Crystallization Characteristics of Reactively Sputtered Titanium Oxide Thin Films

반응성 스퍼터링된 산화 티타늄 박막의 결정화 특성

Crystallization characteristics of titanium oxide thin film during post-annealing of reactive sputter deposition were studied. Amorphous phases of as-deposited films were crystallized into rutile after annealing at $900^{\circ}C$ and anatase at $500^{\circ}C$, respectively when $O_2$ concentration during sputtering was more than 15%. However, rutile was the only phase obtainable after annealing if %$O_2$ was less than 10%. For these films, Magneli phase($Ti_nO_{2n-1}$) were crystallized below $500^{\circ}C$ at first place due to slow oxidation of nonstoichiometric films but $500^{\circ}{\sim}600^{\circ}C$ anatase with nonstoichiometry was crystallized for a short period. It was, therefore, concluded that crystal growth can proceed without phase transition if stoichiometric phase is formed at the first stage of crystallization, and that rutile, the most stable phase, was resulted from any oxygen deficient nonstoichiometric films.

반응성 스퍼터링법을 이용하며 산화티타늄 박막을 10%~60%의 산소분압하에서 증착하고 열처리 온도와 시간에 따른 박막의 결정화 특성을 고찰하였다. 증착직후에 형성된 비정질 상은 열처리시 산소분압이 15% 이상인 경우에서는 $900^{\circ}C$에서는 rutile로，$500^{\circ}C$에서는 anatase상으로 각각 결정화되었으나 산소 결핑성 비정량도가 심한 10%의 경우에는 온도와 무관하게 장시간의 열처리에서는 rutile 상으로 결정화되었다. 이 경우에 결정화 초기에 형성되는 상은 박막의 산화진행속도가 느린 $500^{\circ}C$이하의 온도에서는 Magneli상 ($Ti_6O_{2n-1}$)이，$50^{\circ}C{sim}600^{\circ}C$ 에서는 비정량적인 anatase상이 형성 되었다. 따라서 초기에 형성된 상이 비정량적일 경우 산화의 진행에 따라서 최종적으로 가장 안정한 상인 rutile상으로 변화하며 초기에 정량적인 상이 형성되면 열처리시 상변화 없이 성장이 계속될 수 있음을 알 수 있다.