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전자회전공명 플라즈마를 이용한 a-C:H 박막의 특성 연구
The Study on Characteristics of a-C:H Films Deposited by ECR Plasma 원문보기

한국산업정보학회 2001년도 춘계학술대회논문집:21세기 신지식정보의 창출, 2001 May 01, 2001년, pp.224 - 231  

김인수 (경운대학교 전자공학과) ,  장익훈 (경운대학교 전자공학과) ,  손영호 ((주)알파플러스 기술연구소)

초록
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2.45 GHz 마이크로웨이브를 사용하는 전자회전공명 플라즈마를 이용하여 화학적 기상증착(electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapor deposition; ECR-PECVD) 방법으로 ECR 마이크로웨이브 power, CH$_4$/H$_2$가스 혼합비와 유량, 증착시간, 그리고 기판 bias 전압 등을 변화시켜 가면서 수소가 함유된 비정질 탄소(a-C:H) 박막을 증착하였고, 증착시킨 박막의 특성을 AES(Auger electron spectroscopy), ERDA(elastic recoil detection analysis), FTIR(Fourier transform infrared) 및 Raman 측정 등으로 조사하였다. 증착시킨 a-C:H 박막은 탄소 및 수소원소들로만 구성되어 있음을 AES 측정으로 확인하였다. 그리고 FTIR 측정으로부터 a-C:H 박막은 대부분 sp$^3$결합을 하고 있고 일부는 sp$^2$결합을 하고 있음을 확인하였으며, CH$_4$/H$_2$가스 혼합비와 유량의 변화가 a-C:H 박막의 탄소와 수소의 결합구조에 큰 영향을 미치지 않았으며, 다만 증착시간이 증가할수록 탄소와 수소 원자들의 결합구조가 $CH_3$구조에서 CH$_2$나 CH 구조로 변하고 있음을 알았다. 또한 Raman 스펙트럼의 Gaussian curve fitting을 통하여 sp$^3$/sp$^2$의 결합수에 비례하는 D 및 G peak의 면적 강도비(I$_{D}$/l$_{G}$)는 기판 bias 전압을 증가시킬수록 증가하였으며, 경도도 역시 증가하였다.하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hydrogenated amorphous carbon films were deposited by ERC-PECVD with deposition conditions, such as ECR power, gas composition of methane and hydrogen, deposition time, and substrate bias voltage. The characteristics of the film were analyzed using the AES, ERDA, FTIR. Raman spectroscopy and micro h...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 2.45 GHz 마이크로웨이브를 사용하는 전자회전공명 플라즈마를 이용하여 화학적 기상증착 방법으로 ECR 마이크로웨이브 power, CHVH2 가스 혼합비와 유량, 증착시간, 그리고 기판 bias 전압 등을 변화시켜 가면서 수소가 함유된 비정질 탄소 (a-C:H) 박막을 증착하였고, 증착시킨 박막의 특성을 AES, ERD, FTIR, Raman 및 미소경도측정 등으로 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 ECR-PECVD 장치를 이용하여 ECR power, CH4/H2 가스 혼합비와 유량, 증착시간, 기판 bias 전압 등의 증착조건을 변화 시켜가면서 박막을 증착하였고, AES, ERDA, FTIR Raman 스펙트럼 그리고 미소경도 등을 측정 및 분석하여 증착조건이 박막의 특성 변화에 미치는 영향을 조사하였다.
  • 박막의 성분분석은 AES을 이용하였고, Si 기판 위에 증착된 a-C:H 박막의 미소경도는 nano indentation 방법으로 측정하였다. 수소함량은 박막표면을 헬륨이온에 대해 75° 기울인 상태로 놓고 전방(헬륨이온 입사각에 대해 30° )으로 되튐되는 수소원소를 ERDA의 검출기를 이용하여 측정하였으며, 이때 헬륨이온의 에너지는 2.5 MeV로 하였다.
  • 탄소와 수소의 결합구조를 분석하기 위한 IR 흡수 스펙트럼은 2600~3200 cm 1 범위에서 FTIR 분광계로 측정하였으며, 탄소와 탄소의 결합구조를 분석하기 위하여 1000-1800 cm 1 범위에서 Raman 분광계를 이용하였다. 박막의 성분분석은 AES을 이용하였고, Si 기판 위에 증착된 a-C:H 박막의 미소경도는 nano indentation 방법으로 측정하였다.
  • ECR-PECVD 장치를 사용하며[12] ECR 소스로 부터 150 mm 떨어진 거리에 기판을 설치하고 a-C:H 박막을 증착하였으며, 박막 제조시 사용된 기판은 4" 크기의 (100)면을 가진 Si wafer이었고, 박막을 제조하기 전에 진공중에서 플라즈마 전처리를 실시하였다. 플라즈마 전처리는 아르곤을 150 seem 주입하여 5x10 3 torr의 진공도를 유지시키면서 ECR power를 700 W로 고정하고, bias 전압 을 -300 V로 하여 5 분 동안 기판을 청정하였다. 증착변수는 표 1에 나타난 것처럼 4개이며, 하나의 변수를 변화시킬 때 다른 3개의 변수는 고정하였다.

대상 데이터

  • ECR-PECVD 장치를 사용하며[12] ECR 소스로 부터 150 mm 떨어진 거리에 기판을 설치하고 a-C:H 박막을 증착하였으며, 박막 제조시 사용된 기판은 4" 크기의 (100)면을 가진 Si wafer이었고, 박막을 제조하기 전에 진공중에서 플라즈마 전처리를 실시하였다. 플라즈마 전처리는 아르곤을 150 seem 주입하여 5x10 3 torr의 진공도를 유지시키면서 ECR power를 700 W로 고정하고, bias 전압 을 -300 V로 하여 5 분 동안 기판을 청정하였다.

이론/모형

  • a-C:H 박막 내의 탄소 결합구조를 파악하기 위하여, 서로 다른 결합형태를 구분하는데 유용한 방법인 Raman 분광분석[21]을 하였다. 일반적으로 a-C:H 박막에 대한 Raman 스펙트럼에는 2개의 특정 peak이 나타나는데, 이를 D peak과 G peak이라고 부른다.
  • 범위에서 Raman 분광계를 이용하였다. 박막의 성분분석은 AES을 이용하였고, Si 기판 위에 증착된 a-C:H 박막의 미소경도는 nano indentation 방법으로 측정하였다. 수소함량은 박막표면을 헬륨이온에 대해 75° 기울인 상태로 놓고 전방(헬륨이온 입사각에 대해 30° )으로 되튐되는 수소원소를 ERDA의 검출기를 이용하여 측정하였으며, 이때 헬륨이온의 에너지는 2.
  • 지금까지 a-C:H 박막을 제조하기 위한 다양한 방법이 시도되었으며[4-9], 본 연구에서는 ECR- PECVD 방법을 사용하였다[10-12]. 이 방법은 최근에 많이 이용되고 있는 방법으로 이온화율이 높 을 뿐만 아니라 상온에서도 성막이 가능하며 특히, 넓은 진공도 영역에서 플라즈마 공정이 가능하다는 장점이 있다.
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