[논문]기판과 성장조건에 따른 질화탄소막의 결정성장 특성

이지공; 이성필

doi:10.4313/jkem.2003.16.12.1103

기판과 성장조건에 따른 질화탄소막의 결정성장 특성
Crystalline Properties of Carbon Nitride films According to Substrates and Growth Conditions 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.16 no.12, 2003년, pp.1103 - 1109

이지공 (경남대학교 전기전자공학부) , 이성필 (경남대학교 전기전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Crystalline carbon nitride films have been deposited by RF reactive magnetron sputtering system with negative DC bias. The carbon nitride films deposited on various substrates showed ${\alpha}$- C$_3$N$_4$,${\beta}$-C$_3$N$_4$ and lonsdaleite structures through XRD and FTIR We can find the grain growth of hexagonal structure from SEMI photographs, which is coincident with the theoretical carbon nitride unit cell. When nitrogen gas ratio is 70 % and RF power is 200 W, the growth rate of carbon nitride film on quartz substrate is about 2.1 $\mu\textrm{m}$/hr.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

. 본 연구에서는 합성된 물질을 확인하기 위하여 Zhang 등 [20]에 의해 계산된 데이터를 이용하였디..

가설 설정

즉, 증착된 CN막은 완전히 화학적으로 반응하였음을 알 수 있다. :丄림 3에서 보는 바와 같이 RF 전력과 시간에 따른 회 절 패턴은 큰 차이가 없는 것으로 나티.났다.

제안 방법

스퍼터링이 완료되면 열팽창률의 차이에 의한 크랙이나 변형을 방지하기 위하여 2 단계로 서서히 챔버를 냉 각시키고, 대기압으로 맞추기 위해서는 질소 가스를 주입하였匸}. CN막 증착이 완료된 시료들은 측정 조건에 알맞게 가공 변형하여 막의 특성을 분석하였다. 본 실험과정을 도식화하면 그림 2와 같다.
CN막의 결합 상태와 분자구조를 확인하기 위하여 FTIR과 라만 분광기를 사용하였디..
특히 챔버 벽면의 온도를 100 °C 이상으로 유지함으로서 수분을 증발시켜 CN막내부에서 불순물로 작용할 수 있는 수소의 유입을최소화하였다. MFC를 통해 아르곤을 유입하고 예비 스퍼터링을 하였다. 스퍼터링이 완료되면 열팽창률의 차이에 의한 크랙이나 변형을 방지하기 위하여 2 단계로 서서히 챔버를 냉 각시키고, 대기압으로 맞추기 위해서는 질소 가스를 주입하였匸}.
모든 기판은 초음파 세척기를 이용하여 세척을 하였고 특히 실리콘 웨이퍼는 7:1 BHF 용액에담구어 천연 산화막(native oxide)을 제거한 후 세척하였다. 기판은 타겟과 5 〜 10 cm 사이에서 거리 조절이 가능하게 하였고, 챔버와 함께 접지가되거나 따로 직류 바이어스 단자와 연결할 수 있도록 하였다. Si 기 판은 붕소가 도핑된 p형 (100)을사용하였다.
구소를 관찰하였디-. 두께측성을 위해서는 알파 스텝을 사용하였고, 이를 SEM 측면사진을 통해 계산된 두께와 비교 확인하였다. 분석을 위해 ABT 32(TOPCON, Japan)와 Alpha step 500 (KLA Tencor, U.
본 연구에 서済 RF 마:z네드론 반응성 스퍼 터 링장치를 이용하여 기판의 종류, RF 파워, 직류바이어스, 진소와 아르곤의 비, 챔버의 온도, 박막 증착시간 V 다양한 조건하에서 걸정성 질화탄소막을성장하고 :L 득성을 관찰한 결과 다음과 같은 걸론을 얻었다.
본 연구에서는 질화탄소막을 형성하기 위하여 막 질이 치밀하고 저온에서 성막이 가능한 반응성 RF 마二L네트론 스퍼터링 장치를 이용하였디..
특히 기존 스퍼터링 시스템은 기판만을 가열하였으나 본 시스템에서는 챔버 전체를 가열하여 챔버 내부에 균일한 온도를 유지할 수 있으며, 기판 전역에 동일한 열에너지를 공급할 수 있게 하였다. 성 막된 막의 결정성을 확인하기위해 엑스선 회절 분석기(X-Ray Diffractometer, XRD), 박막의 화학적 결합구조를 분소하기위하여 퓨리에 변환 적외선 분광기(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR)와 표면상태와 두께를 측정하기 위해 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM) 과 알파 스텝을 사용하였匸}.
주사전자현미경(SEM)을- 사용하여 막의 표면 및측면 구소를 관찰하였디-. 두께측성을 위해서는 알파 스텝을 사용하였고, 이를 SEM 측면사진을 통해 계산된 두께와 비교 확인하였다.
. 특히 기존 스퍼터링 시스템은 기판만을 가열하였으나 본 시스템에서는 챔버 전체를 가열하여 챔버 내부에 균일한 온도를 유지할 수 있으며, 기판 전역에 동일한 열에너지를 공급할 수 있게 하였다. 성 막된 막의 결정성을 확인하기위해 엑스선 회절 분석기(X-Ray Diffractometer, XRD), 박막의 화학적 결합구조를 분소하기위하여 퓨리에 변환 적외선 분광기(Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR)와 표면상태와 두께를 측정하기 위해 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM) 과 알파 스텝을 사용하였匸}.
챔버 히터를 고 진공에서 동작시킨 것은 지 진공상태에서 남아있는 오염원이나 산소와의 반응을줄이기 위해서이다. 특히 챔버 벽면의 온도를 100 °C 이상으로 유지함으로서 수분을 증발시켜 CN막내부에서 불순물로 작용할 수 있는 수소의 유입을최소화하였다. MFC를 통해 아르곤을 유입하고 예비 스퍼터링을 하였다.

대상 데이터

기판 조건에 따른 CN막의 형성 특성을 곤F찬하기 위하여 Al-jO:), 석영, Si 웨이퍼 기판을 준비하였다. 모든 기판은 초음파 세척기를 이용하여 세척을 하였고 특히 실리콘 웨이퍼는 7:1 BHF 용액에담구어 천연 산화막(native oxide)을 제거한 후 세척하였다.
두께측성을 위해서는 알파 스텝을 사용하였고, 이를 SEM 측면사진을 통해 계산된 두께와 비교 확인하였다. 분석을 위해 ABT 32(TOPCON, Japan)와 Alpha step 500 (KLA Tencor, U.S.A)을 사용하였다. 二〔림 6은 실리큰 웨이퍼 위에 진소와 아르곤의 혼합 가스 중진소의 농도를 0 %에서 100 %까지 변화시키면서헝성 된 CN막의 사진이디、증착 조건은 RF 전력 이 300 W, 직류 바이어스가 80 V, 증착 시간은 30 분 二L리고 챔버 온도는 150 °C로 히-였다.
Si 기 판은 붕소가 도핑된 p형 (100)을사용하였다. 타겟은 고순도(99.999 %)의 3 인치 :L 래파이트를 사용하였고, 반응성 가스와 스퍼터링가스로 각각 99.999 %의 질소와 아르곤을 사용하였다. 二1림 1은 본 실험에서 사용된 RF 마二I네드론 스퍼터링 장치의 구조이匸]■.

성능/효과

2) FTIR 분석결과 석영기판위에 성장한 박막에서결정성 질화탄소막을 증명하는 6-C₃N₄의 피크오} aGN의 적외선 흡수 파장대의 피크가 모두 나타났으며, 질소농도가 70%로 증가할수록 6상이 증가하고 30%보 감소할수룩 a상이 강해젔다.
3) SEM을 통한 표면 분석결과 120°각을 갖는 육방정계 결정립 성장이 호}.인되었다.
4) 막의 성장률은 부도체인 알루미나 기판과 석영기판이 실리콘 기판에서 보다 더 높게 나타났으녀. 알루미나 기판에 성장한 질화탄소막은 중간층의 형성이 뚜렷하게 나타났다.
4) 질소량에 따른 막의 성장률 변화는 질소의 양이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다.
5) 질소가스 비를- 70 %로 하고 200 W의 전력으로 석영기판 위에 성장된 결정성 질화 탄소 막 의성 장률은 약 2.1 /an/hr로 매우 높은 성 장률을 나타내었다.
특히 알루미나 기핀. 이나석영 기판은 부도체이므로 기판 바이어스를 인가하여도 기핀- 에칭의 영향은 실리콘 기판에 비해 낮게 나타늣알루미나 위에 성장한 질화 탄소 막은 접착력도 높았으며, 스퍼터 중 발생한 중간층의 모양도 뚜렷하게 나타났다. 이는 알루미나와 질화 탄소 막이 화학적으로 결합을 하여 중간층을 형성하고 이로 인해 화학적으로 강한 접착력이 생긴 것으로 생각된匸卜.
비교를 위해 사용된 :丄림 5(d)는 주목할 만한 피크가 발건되 지 않았디-. 질소농도가 3() % 쪽으로 낮아질수록 a C₃N₄의 결정성이 강하게 나타났고, 70 % 쪽으诅 증가할수록 &-GN의 결성 성이 강해졌다.

참고문헌 (16)

LIU, AMY Y., COHEN, MARVIN L.. Prediction of New Low Compressibility Solids. Science, vol.245, no.4920, 841-842.

상세보기
10.1007/s100190050035
Corkill, Jennifer L., Cohen, Marvin L.. Calculated quasiparticle band gap of β-C3N4. Physical review. B, Condensed matter, vol.48, no.23, 17622-17624.

상세보기
Matsumoto, S., Xie, E.-Q., Izumi, F.. On the validity of the formation of crystalline carbon nitrides, C₃N₄. Diamond and related materials, vol.8, no.7, 1175-1182.

상세보기
Sung, Chien-Min, Sung, Michael. Carbon nitride and other speculative superhard materials. Materials chemistry and physics, vol.43, no.1, 1-18.

상세보기
Muhl, Stephen, Méndez, Juan Manuel. A review of the preparation of carbon nitride films. Diamond and related materials, vol.8, no.10, 1809-1830.

상세보기
10.1142/S0217979295001385
Chen, Ming Y., Lin, X., Dravid, V.P., Chung, Y.W.. Growth and characterization of C-N thin films. Surface & coatings technology, vol.54, no.2, 360-364.

상세보기
Han, He-Xiang, Feldman, Bernard J.. Structural and optical properties of amorphous carbon nitride. Solid state communications, vol.65, no.9, 921-923.

상세보기
Wu, D.W., Fan, W., Guo, H.X., He, M.B., Meng, X.Q., Fan, X.J.. X-ray diffraction analysis on the RF-CVD deposited carbon nitride films. Solid state communications, vol.103, no.3, 193-196.

상세보기
Gonzalez, P., Soto, R., Parada, E., Redondas, X., Chiussi, S., Serra, J., Pou, J., Leon, B., Perez-Amor, M.. Carbon nitride films prepared by excimer laser ablation. Applied surface science, vol.109, 380-383.

상세보기
Ong, C.W., Zhao, X.-A., Tsang, Y.C., Choy, C.L., Chan, P.W.. Effects of substrate temperature on the structure and properties of reactive pulsed laser deposited CN_x films. Thin solid films, vol.280, no.1, 1-4.

상세보기
LI, YIN-AN, XU, S., LI, HAN-SHI, LUO, WEI-YI. Polycrystalline carbon nitride β-C3N4 films synthesized by radio frequency magnetron sputtering. Journal of materials science letters, vol.17, no.1, 31-35.

상세보기
Rivière, J.P., Texier, D., Delafond, J., Jaouen, M., Mathé, E.L., Chaumont, J.. Formation of the crystalline β-C₃N₄ phase by dual ion beam sputtering deposition. Materials letters, vol.22, no.1, 115-118.

상세보기
10.1080/09500830110051809
Kusano, Y., Evetts, J., Somekh, R., Hutchings, I.. Properties of carbon nitride films deposited by magnetron sputtering. Thin solid films, vol.332, no.1, 56-61.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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