초록 ▼

위의 연구목표를 위하여 1차년도에 수행한 연구 내용 및 결과는 구체적으로 아래와 같다. (1) 초소형 RF 수동 소자용 유전체 재료 및 소자 설계 기술 개발 (a) 초소형 적층 안테나용 저온 소결 유전체 세라믹스 개발칩 필터 및 안테나에 이용 가능한 1000℃ 이하에서 소결되는 LTCC용 마이크로파 유전체 소재를 개발하기 위해 본 연구팀에서 원천특허를 보유하고 있는 Ca(Li, Nb, Ti)$O_{3-{\sigma}}$, (Pb,Ca)(Fe,Nb,Ti)O₃의 조성에 소결조제를 첨가하여 우수한 특성을 갖는 2종의

위의 연구목표를 위하여 1차년도에 수행한 연구 내용 및 결과는 구체적으로 아래와 같다. (1) 초소형 RF 수동 소자용 유전체 재료 및 소자 설계 기술 개발 (a) 초소형 적층 안테나용 저온 소결 유전체 세라믹스 개발칩 필터 및 안테나에 이용 가능한 1000℃ 이하에서 소결되는 LTCC용 마이크로파 유전체 소재를 개발하기 위해 본 연구팀에서 원천특허를 보유하고 있는 Ca(Li, Nb, Ti)$O_{3-{\sigma}}$, (Pb,Ca)(Fe,Nb,Ti)O₃의 조성에 소결조제를 첨가하여 우수한 특성을 갖는 2종의 LTCC용 소재를 개발하였으며, 그 최적값은 다음과 같다.1) Ca(Li,Nb, Sn)$O_{3-{\sigma}}$ + 0.7 wt% $B_2O_3$ - εr = 34.8, Q ${\cdot} f_0$= 22110 GHz, ${\tau}_f$= -5.6 ppm/℃, sintering temperature =1000℃2) (Pb,Ca)(Fe,Nb,Sn)O₃+ 0.2 wt% CuO + 0.1 wt% $Bi_2O_3$ - εr = 83, Q ${\cdot} f_0$= 6090 GHz, ${\tau}_f$= 8 ppm/℃, sintering temperature =1000℃ (b) 후막형성기술개발개발된 2 종의 LTCC 소재를 이용하여 안정된 후막을 제조하기 위하여 아래와 같은 최적 조건을 얻을 수 있었으며, green sheet에 전극을 인쇄하여 적층 실험을 실시하였다. 실험은 3, 5, 7 층으로 실험하였으며, 적층 소결된 시편에서 원하는 전극패턴을 얻을 수 있었다.1) Ca(Li,Nb,Ti)$O_{3-{\sigma}}$ + 0.7 wt% $B_2O_3$Powder : 50g, solvent : 35g, 분산제 : 0.4g, binder : 4g, plasticizer : 4.5gGreen sheet의 두께 : 0.1mm 소결후 두께 : 0.08mm밀도 : Bulk density의 90%2) (Pb,Ca)(Fe,Nb,Sn)O₃+ 0.2 wt% CuO + 0.1 wt% $Bi_2O_3$Powder : 70g, solvent : 18g, 분산제 : 0.3g, binder : 3g, plasticizer : 4gGreen sheet의 두께 : 0.6mm 소결후 두께 : 0.45mm밀도 : Bulk density의 91.5%(Green sheet의 두께는 blade의 높이와 Tape casting의 속도로써 조절 가능) (c) 설계기술개발1) 마이크로스트립 안테나 개발○ 패치 및 급전 구조 설계 - CPW 급전 구조, 패치 크기 : 20×20㎟, 기판 유전율 : 20, 크기 : 25×25㎟ - 중심주파수 1575 MHz, 대역폭 1% 이상 (VSWR ＜2.0)2) 유전체 후막 적층형 안테나 개발 (유전율 :30)○ 후막 적층형 helical 안테나 (I) - 유전체 크기 : 10×10×1.4㎣ - 중심 주파수 1.1592 GHz, 대역폭 4.1% (1.1336∼1.1816 GHz, VSWR＜2.0)○ 후막 적층형 helical 안테나 (II) - 유전체 body : 15×4×1.4㎣ - 중심 주파수 1.687 GHz, 대역폭 8% (1.621∼1.756 GHz, VSWR＜2.0)○ 후막 적층형 helical dipole 안테나 - 유전체 크기 : 15×4×1.4㎣ - 중심 주파수 1.485 GHz, 대역폭 16.4% (1.368∼1.1629 GHz, VSWR＜2.0)(2) 적층형 마이크로파 소자용 BiNbO₄ 유전체 세라믹스의 개발본 연구에서는 그 자체가 낮은 소결온도를 가지고 있는 것으로 알려진 BiNbO₄계 유전체에 Bi 자리의 일부를 $Ta_2O_5와/; Sb_2O_5$로 치환시킴으로서 고용체를 형성시켜 치환 원소에 따른 소결 거동 및 고주?? 정방정 결정구조의 완전한 상이 형성되었고 소결조제의 첨가에 따라 소결 중 액상을 형성하여 880℃에서도 소결이 가능하였다. 치환 원소와 소결조제는 미세구조와 유전특성의 변화를 가져왔다. 이러한 결과는 저온 동시소결이 가능한 적층형 소자로서의 응용가능성을 보여 주고 있다.$BiNb_{1-x}B_xO_4$(B=Ta, Sb, 0≤x≤0.2)계 유전체 세라믹스에 880℃ ∼980℃에서 Ag 전극과 동시 소결이 가능하도록 소결조제로 CuO 와 $V_2O_5$를 첨가한 후, 유전특성을 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.- $BiNb_{0.95}Sb_{0.05}O_4$ + 0.05wt% CuO + 0.075 wt% $V_2O_5$εr= 43∼44, Q${\cdot} f_0$ = 28,000∼37,000, ${\tau}_f$ = -24∼-35, sintering temperature = 880∼980℃- $BiNb_{0.9}Ta_{01}O_4$ + 0.05 wt% CuO + 0.075 wt% $V_2O_5$εr= 42.∼43, Q${\cdot} f_0$ = 20,000∼30,000, ${\tau}_f$ = -24∼-29, sintering temperature = 880∼980℃(3) 고주파 SAW 디바이스용 ta-C 필름 개발통신기술의 발달과 함께 수 GHz 대역의 SAW device개발 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 ta-C 필름의 높은 탄성계수와 낮은 밀도로 인한 높은 음파 진행속도를 응용하여 고주파 대역의 SAW device구현을 위한 박막기반기술을 확보하고자 한다.(a) Filtered vacuum arc process를 이용한 ta-C 필름 개발(b) 개발된 ta-C 필름의 특성 분석 기술 개발 - ta-C 필름의 구조와 기계적 특성의 관계를 규명 - 제삼원소 첨가에 의한 ta-C 필름의 잔류응력을 제어 기술 개발 - ta-C 필름의 탄성계수를 평가하기 위해 제안된 새로운 기법을 이용하여 극미세 박막의 기계적 특성과 합성초기 필름의 구조적 변화를 관찰(4) 배선용 구리박막 제조, 가공 및 특성평가기술 개발 (a) 전해증착 구리막의 물성평가 - 구리막의 전해증착 장비 및 기법 확립 - Self-annealing 발생 조건 및 물성 변화 양상 이해(b) 구리배선형성을 위한 trench 충진 기술 연구 - DC, pulse, PR(periodic reverse) 등에 따른 void 형성 기구 이해 - 폭 0.5㎛ 이하, 종횡비 2 이상의 trench 충진 기술 개발(c) 방사광을 이용한 damascene 구리배선 특성평가 - Sub-micron 급 배선의 집합조직 분석. - Laue 법을 이용한 구리배선 미소 방위 분석.

Abstract ▼

In this first research period, the following results are obtained.(1) Development of the dielectric ceramics and design technologies for the ultra small RF passive components.(a) Low temperature co-fired ceramics (LTCC)1) Ca(Li,Nb, Ti)$O_{3-{\sigma}}$ + 0.7 wt% $B_2O_3$ - εr =

In this first research period, the following results are obtained.(1) Development of the dielectric ceramics and design technologies for the ultra small RF passive components.(a) Low temperature co-fired ceramics (LTCC)1) Ca(Li,Nb, Ti)$O_{3-{\sigma}}$ + 0.7 wt% $B_2O_3$ - εr = 34.8, Q ${\cdot} f_0$= 22110 GHz, ${\tau}_f$= -5.6 ppm/℃, sintering temperature =1000℃2) (Pb,Ca)(Fe,Nb,Sn)O₃+ 0.2 wt% CuO + 0.1 wt% $Bi_2O_3$- εr = 83, Q ${\cdot} f_0$= 6090 GHz, ${\tau}_f$= 8 ppm/℃, sintering temperature =1000℃(b) Thick film manufacturing technology1) Ca(Li,Nb,Ti)$O_{3-{\sigma}}$ + 0.7 wt% $B_2O_3$Powder : 50g, solvent : 35g, dispersant : 0.4g, binder : 4g, plasticizer : 4.5gThickness of green sheet : 0.1mm, Thickness after sintering : 0.08mmDensity : 90% of bulk density2) (Pb,Ca)(Fe,Nb,Sn)O₃+ 0.2 wt% CuO + 0.1 wt% $Bi_2O_3$Powder : 70g, solvent : 18g, dispersant : 0.3g, binder : 3g, plasticizer : 4gThickness of green sheet : 0.6mm, Thickness after sintering : 0.45mmDensity : 91.5% of bulk density(It is possible to control the thickness of green sheet, adjusting blade height and Tape casting velocity)(c) Design Technology1) Microstrip antenna○ Patch and feeding design - CPW feeding, Patch size 20×20㎟, substrate dielectric constant : 20(25×25㎟) - Center frequency : 1575 MHz, BW : above 1% (VSWR ＜2.0)2) MLC antenna (dielectric constant : 30)○ MLC helical antenna(I) - size : 10×10×1.4㎣ - Center frequency : 1.1592 GHz, BW : 4.1% (1.1336∼1.1816 GHz, VSWR＜2.0)○ MLC helical antenna(II) - size : 15×4×1.4㎣ - Center frequency : 1.687 GHz, BW : 8% (1.621∼1.756 GHz, VSWR＜2.0)○ MLC helical dipole antenna - size : 15×4×1.4㎣ - Center frequency : 1.485 GHz, BW : 16.4% (1.368∼1.629 GHz, VSWR＜2.0)(2) Development of BiNbO₄ dielectric ceramics for multilayer microwave componentsThis study is focused on the improvement and understanding for low temperature sinterability and microwave dielectric properties in BiNbO₄ system.The microwave dielectric properties and the microstructure of Ta₂O5 and $Sb_2O_5$ modified BiNb_{1-x}B_xO_4$ceramics are investigated. The structure of these ceramics are orthohombic phase at all sintering temperatures. These ceramics added sintering additive such as CuO and $V_2O_5$ are sinterable at a low temperature at 880℃ by liquid phase. Dielectric properties of $BiNb_{1-x}B_xO_4$ceramics were also improved than these of BiNbO₄ ceramics. The content of modified atoms and sintering additives controlled the sinterability, microstructure, dielectric constant and quality factor. As a result, these properties are shown the possibility of low temperature multilayer device.- $BiNb_{0.95}Sb_{0.05}O_4$ + 0.05wt% CuO + 0.075 wt% $V_2O_5$εr= 43∼44, Q${\cdot} f_0$ = 28,000∼37,000, ${\tau}_f$ = -24∼-35, sintering temperature = 880∼980℃- $BiNb_{0.9}Ta_{01}O_4$ + 0.05 wt% CuO + 0.075 wt% $V_2O_5$εr= 42.∼43, Q${\cdot} f_0$ = 20,000∼30,000, ${\tau}_f$ = -24∼-29, sintering temperature = 880∼980℃(3) Development of ta-C thin films for microwave SAW devices.Surface acoustic wave (SAW) device for high resonance frequency of a few GHz is developing for advanced telecommunication equipments. In this project, we focus on the fundamental thin film technology to implement the SAW devices for high frequency telecommunication. Because of high elastic modulus with low mass density of ta-C films deposited by filtered vacuum arc (FVA) process, ta-C film has been considered as a strong candidate for phonon transmission layer which can increase the frequency range of the SAW devices.(a) ta-C films deposited by FVA(b) Properties of ta-C films - Atomic bond structure and mechanical properties of the ta-C film. - The effect of third element addition were investigated. - Elastic modulus of extremely thin films, and their relation to the structural evolution during initial stage of the film deposition was studied using recently suggested free overhang method.(4) Property evaluation and process development of electroplated Cu films for advanced interconnects.(a) Property evaluation of electroplated Cu films. - Development of plating equipment and conditions. - Understanding the self-annealing behavior and the property evolution during self-annealing.(b) Trench filling for damascene Cu interconnects. - Elucidating void formation mechanism in various wave forms of DC, pulse, and PR(periodic reverse). - Technology development of filling trenches of ＜0.5㎛ width and ＞2 aspect ratio.(c) Property evaluation of damascene Cu interconnects using synchrotron x-ray beam. - Texture analysis of sub-micron Cu interconnects. - Analysis of micro-crystalline orientation using Laue method.

목차 Contents

• 제1장 서 론...17
• 제2장 초소형 RF 수동 소자용 유전체 재료 및 소자 설계 기술 개발...21
• 제1절 서 언...23
• 제2절 실험 방법...26
• 1. 패치형 마이크로스트립 안테나 기판용 마이크로파 유전체 조성 개발...26
• 2. 후막 적층 칩 안테나용 저온소결용 마이크로파 유전체 조성 개발...28
• 3. 적층 칩 안테나용 마이크로파 유전체 후막 형성기술 개발...29
• 4. 패치형 마이크로스트립 안테나 설계기술 개발...32
• 5. 후막 적층 칩 안테나 설계기술 개발...35
• 6. 후막 적층 칩 안테나 제조...41
• 제3절 실험 결과 및 고찰...42
• 1. 패치형 마이크로스트립 안테나 기판용 마이크로파 유전체 조성 개발...42
• 2. 후막 적층 칩 안테나용 저온소결용 마이크로파 유전체 조성 개발...55
• 3. 적층 칩 안테나용 마이크로파 유전체 후막 형성기술 개발...71
• 4. 마이크로스트립 안테나 개발...72
• 5. 유전체 후막 적층형 칩 안테나...78
• 제4절 결 언...82
• 참고문헌...84
• 제3장 적층형 마이크로파 소자용 유전체 세라믹스의 개발...87
• 제1절 서 언...89
• 제2절 실험 방법...91
• 1. 시편 준비...91
• 2. 물성측정...93
• 제3절 실험 결과 및 고찰...94
• 1. $BiNb_{1-x}Ta_xO_4$계 마이크로파 유전체의 특성...94
• 2. $BiNb_{1-x}Sb_xO_4$계 마이크로파 유전체의 특성...106
• 제4절 결 언...118
• 참고문헌...119
• 제4장 고주파 SAW 디바이스용 ta-C 필름 개발...121
• 제1절 서 언...123
• 제2절 실험 방법...124
• 제3절 실험 결과 및 고찰...126
• 제4절 결 언...135
• 참고문헌...136
• 첨부자료...137
• 제5장 배선용 구리박막 제조, 가공 및 특성평가기술 개발...155
• 제1절 서 언...157
• 제2절 실험 방법...159
• 1. 전해증착장비...159
• 2. 트렌치 충진 평가...159
• 3. Self-annealing 거동 평가...159
• 4. 구리 배선의 미세구조 분석...160
• 제3절 실험 결과 및 고찰...163
• 1. 전해증착한 구리 박막의 물성 평가...163
• 2. 전해증착한 damascene 구리 배선 충진...167
• 3. 전해증착한 구리 박막에서 self-annealing 거동 분석...180
• 제4절 결 언...213
• 참고문헌...214