본 연구에서는 APCVD(Atmospheric pressure chemical vapor deposition)법으로 상온에서 액체 상태인 HMDS(hexamethyldisilane: Si₂(CH₃)_(6)))를 단일 전구체로 사용하여, 열산화막을 갖는 Si 기판에 다결정 3C-SiC박막을 성장하여 특성을 분석 및 평가하였다. 박막의 결정성은 XRD(X-ray diffractrmete), RHEED(Reflection high energy electron diffraction), FT-IR(Fourier transformation infrared spectroscopy)로 분석하였고 성장온도가 높아질수록 결정성은 향상되었으나, 고온에서의 성장시 발생하는 스트레스를 고려해 1100℃를 최적의 성장온도로 결정했다. 최적의 HMDS 유량을 찾기 위해 FE-SEM(Field emission ...
본 연구에서는 APCVD(Atmospheric pressure chemical vapor deposition)법으로 상온에서 액체 상태인 HMDS(hexamethyldisilane: Si₂(CH₃)_(6)))를 단일 전구체로 사용하여, 열산화막을 갖는 Si 기판에 다결정 3C-SiC박막을 성장하여 특성을 분석 및 평가하였다. 박막의 결정성은 XRD(X-ray diffractrmete), RHEED(Reflection high energy electron diffraction), FT-IR(Fourier transformation infrared spectroscopy)로 분석하였고 성장온도가 높아질수록 결정성은 향상되었으나, 고온에서의 성장시 발생하는 스트레스를 고려해 1100℃를 최적의 성장온도로 결정했다. 최적의 HMDS 유량을 찾기 위해 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope)을 통해 박막의 표면과 계면을 분석했으며 전구체는 6 sccm~8 sccm 범위로 제어했다. 6 sccm에 비해 8 sccm에서 2배정도 높은 성장률(36 ㎚/min)과 균일한 막질을 얻었다. 화학적 조성 분석은 표면과 계면을 각각 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)와 GDS(Glow discharge spectrometer)로 분석한 결과, 표면의 Si와 C의 1:1결합이 계면까지 유지됨으로 인해 양질의 박막이 성장됨을 확인했다. 표면의 평탄도 개선을 위해 H2의 유량에 따른 평탄도 변화를 AFM(Atomic force microscope)으로 분석했으며, H2의 증가에 따라 평탄도는 향상되어 100 sccm에서 11.264 ㎚로 측정되었다. H2의 증가에 따라 다결정 3C-SiC 박막의 기계적 특성 또한 향상되었으며, Nano indentor로 측정한 결과 Si의 180 GPa보다 약 2~3배정도 높은 탄성치와 경도를 보였다. 전기적 특성 분석에서는 SiC와 옴익특성을 보이는 Al 전극을 형성하여 Hall 전자 이동도와 마이크로 저항체를 제작하여 TCR(Temperature coefficient of resistivity)도 분석 및 평가했다. 또한, 잔류응력을 감소하기 위하여 본 연구에서는 AlN 버퍼층위에 다결정 3C-SiC 박막을 성장하였다. XRD와 FT-IR의 분석결과, AlN에 증착된 다결정 3C-SiC 박막의 물리적 특성이 SiO₂에 증착된 SiC에 비해 우수하였고 Hall 전자 이동도 측정을 통해 전기적 특성이 14.8 ㎠/V.s로 약 2배정도 향상됨을 확인했다. XPS의 결과에서 기판에 따른 3C-SiC 박막의 조성차이는 없었기 때문에 이러한 결과는 격자부정합의 감소에 의한 스트레스의 감소로 추측된다.
본 연구에서는 APCVD(Atmospheric pressure chemical vapor deposition)법으로 상온에서 액체 상태인 HMDS(hexamethyldisilane: Si₂(CH₃)_(6)))를 단일 전구체로 사용하여, 열산화막을 갖는 Si 기판에 다결정 3C-SiC 박막을 성장하여 특성을 분석 및 평가하였다. 박막의 결정성은 XRD(X-ray diffractrmete), RHEED(Reflection high energy electron diffraction), FT-IR(Fourier transformation infrared spectroscopy)로 분석하였고 성장온도가 높아질수록 결정성은 향상되었으나, 고온에서의 성장시 발생하는 스트레스를 고려해 1100℃를 최적의 성장온도로 결정했다. 최적의 HMDS 유량을 찾기 위해 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope)을 통해 박막의 표면과 계면을 분석했으며 전구체는 6 sccm~8 sccm 범위로 제어했다. 6 sccm에 비해 8 sccm에서 2배정도 높은 성장률(36 ㎚/min)과 균일한 막질을 얻었다. 화학적 조성 분석은 표면과 계면을 각각 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)와 GDS(Glow discharge spectrometer)로 분석한 결과, 표면의 Si와 C의 1:1결합이 계면까지 유지됨으로 인해 양질의 박막이 성장됨을 확인했다. 표면의 평탄도 개선을 위해 H2의 유량에 따른 평탄도 변화를 AFM(Atomic force microscope)으로 분석했으며, H2의 증가에 따라 평탄도는 향상되어 100 sccm에서 11.264 ㎚로 측정되었다. H2의 증가에 따라 다결정 3C-SiC 박막의 기계적 특성 또한 향상되었으며, Nano indentor로 측정한 결과 Si의 180 GPa보다 약 2~3배정도 높은 탄성치와 경도를 보였다. 전기적 특성 분석에서는 SiC와 옴익특성을 보이는 Al 전극을 형성하여 Hall 전자 이동도와 마이크로 저항체를 제작하여 TCR(Temperature coefficient of resistivity)도 분석 및 평가했다. 또한, 잔류응력을 감소하기 위하여 본 연구에서는 AlN 버퍼층위에 다결정 3C-SiC 박막을 성장하였다. XRD와 FT-IR의 분석결과, AlN에 증착된 다결정 3C-SiC 박막의 물리적 특성이 SiO₂에 증착된 SiC에 비해 우수하였고 Hall 전자 이동도 측정을 통해 전기적 특성이 14.8 ㎠/V.s로 약 2배정도 향상됨을 확인했다. XPS의 결과에서 기판에 따른 3C-SiC 박막의 조성차이는 없었기 때문에 이러한 결과는 격자부정합의 감소에 의한 스트레스의 감소로 추측된다.
This paper presents the growth conditions and characteristics of the polycrystalline 3C-SiC thin films for M/NEMS(Micro/Nano electro mechanical system) applications. The growth of the poly 3C-SiC thin film on the oxided Si wafer had been carried out by APCVD using single precursor hexamethyldisilane...
This paper presents the growth conditions and characteristics of the polycrystalline 3C-SiC thin films for M/NEMS(Micro/Nano electro mechanical system) applications. The growth of the poly 3C-SiC thin film on the oxided Si wafer had been carried out by APCVD using single precursor hexamethyldisilane (HMDS: Si₂(CH₃)_(6)). This work had performed crystal depositions under the various conditions; temperature and HMDS flow rate, which were adjusted from 1000 to 1200 °C and from 6 to 8 sccm, respectively. Each samples were analyzed by XRD, RHEED and FT-IR for obtaining an optimized growth temperature. FE-SEM which measures thickness and layer density of the cross-section, was also used to obtain an optimized HMDS flow rate. Moreover, XPS and GDS were used to evaluate the stoichiometry of poly 3C-SiC films and the atomic ratio between Si and C was 1:1 from surface to interface. Moreover, effect of H2 addition has been studied to improve surface roughness and mechanical properties, AFM and Nano indentor had investigated the surface roughness and mechanical properties, respectively. From the these results, the optimal growth condition of the poly 3C-SiC thin film is the deposition temperature of 1100 °C, HMDS flow rate of 8 sccm and the H2 flow rate of 100 sccm. The microcantilever was fabricated by magnetron RIE for M/NEMS applications. However, the cantilever was bent as a main cause of residual stress. These stresses are serious factors in M/NEMS fabrication and other application fields. Among of various buffer layers, the stress of poly 3C-SiC grown on AlN layer is dramatically reduced owing to the lattice mismatch between AlN and SiC is less than 1%. In this work, the physical, chemical, and electrical characteristics of the poly 3C-SiC grown on SiO₂ have been compared with those grown on AlN buffer layer. The electron mobilities of 3C-SiC grown on SiO₂ and AlN buffer layer were 7 ㎠/V.s, 14.8 ㎠/V.s, respectively, at room temperature. Although, XPS showed that the chemical composition of poly 3C-SiC grown on each substrate is very similar, the electron mobility of poly 3C-SiC grown on AlN is two times higher than that on SiO₂. Therefore, since the poly 3C-SiC grown on AlN buffer layer increased the electrical properties caused by the lattice mismatching between SiC and AlN, which was very smaller than that between SiC and SiO₂, the poly 3C-SiC grown on the AlN buffer layer will be suitable M/NEMS applications.
This paper presents the growth conditions and characteristics of the polycrystalline 3C-SiC thin films for M/NEMS(Micro/Nano electro mechanical system) applications. The growth of the poly 3C-SiC thin film on the oxided Si wafer had been carried out by APCVD using single precursor hexamethyldisilane (HMDS: Si₂(CH₃)_(6)). This work had performed crystal depositions under the various conditions; temperature and HMDS flow rate, which were adjusted from 1000 to 1200 °C and from 6 to 8 sccm, respectively. Each samples were analyzed by XRD, RHEED and FT-IR for obtaining an optimized growth temperature. FE-SEM which measures thickness and layer density of the cross-section, was also used to obtain an optimized HMDS flow rate. Moreover, XPS and GDS were used to evaluate the stoichiometry of poly 3C-SiC films and the atomic ratio between Si and C was 1:1 from surface to interface. Moreover, effect of H2 addition has been studied to improve surface roughness and mechanical properties, AFM and Nano indentor had investigated the surface roughness and mechanical properties, respectively. From the these results, the optimal growth condition of the poly 3C-SiC thin film is the deposition temperature of 1100 °C, HMDS flow rate of 8 sccm and the H2 flow rate of 100 sccm. The microcantilever was fabricated by magnetron RIE for M/NEMS applications. However, the cantilever was bent as a main cause of residual stress. These stresses are serious factors in M/NEMS fabrication and other application fields. Among of various buffer layers, the stress of poly 3C-SiC grown on AlN layer is dramatically reduced owing to the lattice mismatch between AlN and SiC is less than 1%. In this work, the physical, chemical, and electrical characteristics of the poly 3C-SiC grown on SiO₂ have been compared with those grown on AlN buffer layer. The electron mobilities of 3C-SiC grown on SiO₂ and AlN buffer layer were 7 ㎠/V.s, 14.8 ㎠/V.s, respectively, at room temperature. Although, XPS showed that the chemical composition of poly 3C-SiC grown on each substrate is very similar, the electron mobility of poly 3C-SiC grown on AlN is two times higher than that on SiO₂. Therefore, since the poly 3C-SiC grown on AlN buffer layer increased the electrical properties caused by the lattice mismatching between SiC and AlN, which was very smaller than that between SiC and SiO₂, the poly 3C-SiC grown on the AlN buffer layer will be suitable M/NEMS applications.
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