플라즈마 보조 유기금속 화학기상 증착법에 의한 MCN(M=Ti, Hf) 코팅막의 저온성장과 그들의 특성연구

서지정보

· 발행기관 : 한국진공학회
· 수록지 정보 : Applied Science and Convergence Technology / 15권 / 6호 / 563 ~ 575페이지
· 저자명 : 부진효, 허철호, 조용기, 윤주선, 한전건

초록

Ti(C,N) 박막을 온도범위 200 - 300 ℃에서 tetrakis diethylamido titanium 유기금속 화합물을 전구체로 이용하여 pulsed DC 플라즈마 보조 유기금속 화학기상 증착법 (PEMOCVD)으로 합성하였다. 본 연구에서는 플라즈마 특성을 서로 비교하기 위하여 수소 (N2)와 헬륨/수소 (He/H2) 혼합기체를 각각 운반기체로 사용하였으며, 전구체 이외에 질소 (N2)와 암모니아 (NH3) 기체를 반응기체로 사용하여 서로 다른 플라즈마 화학조건에서 얻어지는 박막내의 탄소함유량 (C content)의 변화를 비교하여 탄소가 가장 적게 함유된 저온 코팅막 합성공정을 찿으려고 하였다. 이를 위하여 증착시 서로 다른 pulsed bias 전압과 기체종류 하에서 여기된 플라즈마 상태의 라디칼종들과 이온화 경향을 in-situ optical emission spectroscopy (OES)법으로 플라즈마 진단분석을 실시하였다. 그 결과 He/H2 혼합기체를 N2와 함께 사용할 경우 라디칼 종들의 이온화를 매우 효과적으로 향상시킴을 관찰하였다. 아울러 NH3 기체를 H2 또는 He/H2 혼합기체와 같이 사용할 경우는 CN 라디칼의 생성을 억제하여 결과적으로 Ti(C,N) 박막내의 탄소함량을 크게 낮춤을 알 수 있었고, CN 라디칼의 농도가 탄소 함유량과 많은 관련이 있음을 알았다. 이 결과는 바로 박막의 미세경도와도 연관이 되며, bias 전압과 기체종류에 크게 의존하여 Ti(C,N) 박막의 미세경도가 1250 - 1760 Hk0.01 사이에서 나타났고, 최대치 (1760 Hk0.01)는 600 V bias 전압과 H2와 N2 기체를 사용한 경우에 얻어졌다.
Hf(C,N) 박막 역시 tetrakis diethylamido hafnium 전구체와 N2/He-H2 혼합기체를 이용하여 pulsed DC PEMOCVD법으로 기판온도 300℃ 이하, 공정압력 1 Torr, 그리고 bias 전압과 기체 혼합비를 변화시키면서 증착하였다. 증착시 in-situ OES 분석결과 플라즈마 내의 질소종의 함유량 변화에 따라 증착속도가 크게 변화됨을 알 수 있었고, 많은 질소기체를 인입하면 질소종이 많아지지만 증착률은 급격히 감소하였고 박막내 탄소의 함량이 커지면서 막질이 비정질로 바뀌고 미세경도 또한 감소함을 알 수 있었다. 이는 in-situ 플라즈마 진단분석이 전체 PEMOCVD공정에 있어서 대단히 중요하고, Ti(C,N)과 Hf(C,N) 코팅막의 탄소함량과 미세경도는 플라즈마내의 CH과 CN radical종의 세기에 크게 의존함을 의미한다. 그리고 Hf(C,N) 박막의 경우도 Ti(C,N) 박막의 경우와 유사하게 최대 미세경도값 (2460 Hk0.025)이 -600 V bias 전압과 10% 질소기체 혼합비를 사용한 경우에 얻어졌고, 이는 박막이 주로 (111) 방향으로 성장됨에 기인한 것으로 사료된다.

참고자료

· 없음