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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 고정밀급 박막저항을 제조하기 위하여 Ni, Cr의 합금에 미량의 Si성분을 첨가하여 스퍼터링 증착공정 및 열처리공정에 따른 면저항 및 저항온도계수 등의 전기적 특성을 연구하였다.
제안 방법
- 결과이다. Power에 따른 특성을 보고자 진공도는 8〔mtorr〕로선정하였는데, 이는 사용된 Multi sputtering M/C에서 플라즈마가 안정하게 발생할 수 있는 가장 낮은 진공도를 본 결과 DC Power의 경우 8〔mtorr〕이 었고, RF Power의 경우 5〔mtorr〕이기 때문에 진공도는 8 〔mtorr〕로 선정하였다. 그림 1에서의 면저항 특성을 보면 증착시간에 따른 면저항은 두께의 증가로 인한 감소 현상을 볼 수 있으며, 같은 Power 의 크기에서 RF Power에 비하여 DC Power의 경우가 면저항이 큰 것을 알 수 있다.
- 증착된 저 항막을 패 터 닝 (patterning) 을 하기 위해 스핀코터 (WS-400, Laurell)를 이용하여 포토레지스트(AZ1512)을도포하였고, 노광기 (MA-6, Karl-suss)를 이용하여 노광한 후 전용 현상액으로 현상하였다. etching의 경우는 상용화되고 있는 Cr-7K를 이용하여 박막의 두께에 따라 에칭 시간의 차이를 두었다. 패터닝한 후의 패턴형상을 관찰하기 위해서는 광학현미경 (Optical Stereoscope, Leica Wild M 3Z)을 사용하였다.
- 그 중 가장 많이 사용되는 불순물로는 Si, Mo, Al등을 이용하는데, 이는 소량의 불순물에 의한 metastable phase형성이 용이한 결과로 알려지고 있다. 그 중 낮은 온도저항계수 측면을 고려하여본 연구에서는 Negative한 저항온도계수 특성을 가진 Si에 대한 첨가를 고려하여, Ni-Cr-Si에 대한 특성을 보았다. 이때의 3원계 조성함량은 기존의 실험을 통해얻어진 결과를 바탕으로 하여 Ni/Cr비가 0.
- 스퍼터에 의해 증착된 박막의 면저항 측정은 면저항 측정기 (4-Point Probe, ChangMin Tech)를 사용하였고, 박막의 두께는 a-step(Dektak3) 을 사용하여 측정하였다. 증착된 저 항막을 패 터 닝 (patterning) 을 하기 위해 스핀코터 (WS-400, Laurell)를 이용하여 포토레지스트(AZ1512)을도포하였고, 노광기 (MA-6, Karl-suss)를 이용하여 노광한 후 전용 현상액으로 현상하였다.
- 그 중 낮은 온도저항계수 측면을 고려하여본 연구에서는 Negative한 저항온도계수 특성을 가진 Si에 대한 첨가를 고려하여, Ni-Cr-Si에 대한 특성을 보았다. 이때의 3원계 조성함량은 기존의 실험을 통해얻어진 결과를 바탕으로 하여 Ni/Cr비가 0.8에서 1.5 정도가 되는 것 중 51wt%Ni- 41 wt % Cr-8wt%Si의특정 조성으로 선택하였다.
- 증착된 저 항막을 패 터 닝 (patterning) 을 하기 위해 스핀코터 (WS-400, Laurell)를 이용하여 포토레지스트(AZ1512)을도포하였고, 노광기 (MA-6, Karl-suss)를 이용하여 노광한 후 전용 현상액으로 현상하였다. etching의 경우는 상용화되고 있는 Cr-7K를 이용하여 박막의 두께에 따라 에칭 시간의 차이를 두었다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 안정되고 신속한 박막형성을 위해 3타겟 시스템인 RF/DC 마그네트론 스퍼터장치 (A-tech) 를 사용하였다. 실험에 사용된 타겟의 경우 51wt% Ni-41wt%Cr-8wt%Si 합금을 이용하였고 기판의 경우는 일반적으로 박막용 알루미나(AI2O3) 기판을 사용하였으며, 박막의 두께, 면저항, 결정상 및 재료성분 특성 등을 분석하기 위해 glass기판과 Si 웨이퍼를 사용하였다.
- 사용하였다. 실험에 사용된 타겟의 경우 51wt% Ni-41wt%Cr-8wt%Si 합금을 이용하였고 기판의 경우는 일반적으로 박막용 알루미나(AI2O3) 기판을 사용하였으며, 박막의 두께, 면저항, 결정상 및 재료성분 특성 등을 분석하기 위해 glass기판과 Si 웨이퍼를 사용하였다. 알루미나 기판은 70x70[min] 크기이고, 각 Cell의 절단을 위해 레이저 스크라이빙 (laser scribing)을 하여 제조하였다.
- 실험에 사용된 타겟의 경우 51wt% Ni-41wt%Cr-8wt%Si 합금을 이용하였고 기판의 경우는 일반적으로 박막용 알루미나(AI2O3) 기판을 사용하였으며, 박막의 두께, 면저항, 결정상 및 재료성분 특성 등을 분석하기 위해 glass기판과 Si 웨이퍼를 사용하였다. 알루미나 기판은 70x70[min] 크기이고, 각 Cell의 절단을 위해 레이저 스크라이빙 (laser scribing)을 하여 제조하였다.
이론/모형
- etching의 경우는 상용화되고 있는 Cr-7K를 이용하여 박막의 두께에 따라 에칭 시간의 차이를 두었다. 패터닝한 후의 패턴형상을 관찰하기 위해서는 광학현미경 (Optical Stereoscope, Leica Wild M 3Z)을 사용하였다. 이와 같은 초정밀급 박막저항의 제조공정의 공정도는 표 1에 나타내었다.
성능/효과
- 1) Power의 변화에 대한 결과, DC를 이용하는 것이 RF를 이용하는 것보다 증착률이 크고, 또한 면 저항 값이 큰 값을 얻을 수 있었다. 이는 RF을 이용하는 경우 치밀한 박막의 형성으로 인한 증착율의 감소 및 면저항 값의 감소라고 생각되고, 이때의 비저항 값을 계산한 결과 두께가 약 1000A정도를 기준하면, RF의 경우 비저항은 172〔μQcm〕이며 , DC 의 경우 비저항 209의 값을 얻었다.
- 2) RF와 DC을 사용한 경우의 초기 저항온도계수값은각각 -52〔ppm/℃〕와 -25〔ppm/℃〕값을 얻었다. 이는기의 결과들과 동일하게 RF Power로 인한 박막의 치밀성의 결과로 인해 얻어진 결과라 말할 수 있다.
- 100℃, 200℃. 300℃로 증가함에 따라, 각각 4.56〔nm〕, 3.25[nm], 2.54〔nm〕, 2.44〔mn〕로 감소됨을 알 수 있었다. 이러한 결과는 기판 온도의 증가로 인해 박막의 미세구조는 치밀해 지고 grain의 증가로 인하여 박막표면이 안정화되는 현상으로 생각할 수 있다.
- 그림 1에서의 면저항 특성을 보면 증착시간에 따른 면저항은 두께의 증가로 인한 감소 현상을 볼 수 있으며, 같은 Power 의 크기에서 RF Power에 비하여 DC Power의 경우가 면저항이 큰 것을 알 수 있다. 또한, 그림 2에서 볼 수 있듯이 같은 진공 도내에서의 두께변화를 본 결과 RF Power에 비하여 DC Power를 이용한 경우, 더 두껍게 증착되고 있음을 알 수 있었고, RF나 DC 모두 전형적인 스퍼터링의 선형성을 볼 수 있었다. 두 그림으로부터 알 수 있는 결론은 DC는 RF에 비하여 증착율이 커서 두꺼운 막의 증착을 이룰 수 있지만, 치밀한 막의 성장이 어려워 면 저항 증가된 것으로 생각된다.
- 두 그림으로부터 알 수 있는 결론은 DC는 RF에 비하여 증착율이 커서 두꺼운 막의 증착을 이룰 수 있지만, 치밀한 막의 성장이 어려워 면 저항 증가된 것으로 생각된다. 이때의 비저항 값을 계산한 결과 두께가 약 1000A정도를 기준하면, RF의 경우 비저항은 172〔μQcm〕이며, DC의 경우 비저항 209〔μQcm〕의 값을 얻을 수 있었다.
- 이와 같은 결과로부터 초정밀급 박막저항을 제조하기 위한 제조공정조건중 Power변화에 따라 증착된 막의 미세조직의 치밀화 및 비저항 특성을 조정할 수 있음을 알 수 있으며, 낮은 저항온도계수를 가진 저항박막 소자를 제조할 수 있음을 알았다.
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