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HWAHAK KONGHAK, Vol.33, No.2, 235-242, April, 1995
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RF Magnetron Sputtering 법을 이용한 압전성 ZnO박막의 제조 및 그 표면분석
Preparation of Piezoelectric ZnO Thin Films by RF Magnetron Sputtering Method and Their Surface Analysis
임성우, 설용건, 최지원, 이전국, 정형진
초록
고주파 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 증착조건의 변화에 따라 Si(100), Al/Si, SiO2/Al/Si 등의 기판위에 산화아연 박막을 제조하였으며, 막의 성장속도, 결정구조, 미세구조, 화학적 상태 및막의 조성을 분석하였다. 특히, 여러 증착조건 중 스퍼터링 압력, 반응성 가스인 산소와 방전 가스인 아르곤의 비, 기판의 재질 등의 변화가 막의 성장속도, 결정성 및 stoichiometry의 형성에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 막의 증착조건 중 스퍼터링 압력과 혼합가스 중의 산소의 분율에 따라 막의 성장속도가 변화하였으며 기판의 종류에 따라서도 성장속도는 변화하였다. 5X10-3Torr 이상의 스퍼터링 압력하에서는 모든 증착조건에서 c축 배향이 관찰되었다. 증착된 산화이연 막의 stoichiometry는 예상과는 달리 혼합가스 중의 산소 분율의 증가에서는 그다지 영항을 받지 않는 것으로 관찰되었으며, 스퍼터링 압력에 크게 좌우되는 것으로 밝혀졌다. 즉, 혼합가스 중의 산소 분율의 변화는 산화아연 막의 성장속도와 결정성에 영향을 미치지만, 증착된 막의stoichiometry에는 그다지 영향을 주지 못하였다. 그러나 스퍼터링 압력의 변화는 막의 성장속도와 결정성은 물론, stoichiometry에도 상당한 영향을 끼침을 알 수 있었다. 또한, 전극과 절연층으로 도입된 알루미늄과 SiO2, 그리고 실리콘 등의 기관의 종류에 따라서도 막의 성장속도, 결정성, stoichiometry의 작은 변화가 관찰되었다. 250℃의 기판온도, 200W의 고주파출력의 조건에서는 기판의 종류에 관계없이 5X10-2 Torr의 스퍼터링 압력하에서 화학양론적 산화아연, ZnO막을 얻을 수 있었다.
Zinc oxide thin films have been prepared on Si(100), Al/Si and SiO2/Al/Si substrates by radio-frequency magnetron sputtering method under various deposition conditions. We have investigated the growth rate, crystal structure, morphology, chemical state and composition of the zinc oxide thin films. First of all, we investigated these properties at various sputtering pressures, O2/Ar gas rations and with different substrates. The growth rate strongly depends on the sputtering pressure and O2/Ar gas ratio, and also depends a little on the kinds of substrates. C-axis orientations were obtained under all the deposition conditions for sputtering pressures above 5×10-3 Torr. Contrary to our expectations, the stoichiometry of the zinc oxide films does not depend on the O2/Ar gas ratio, but depends strongly on the sputtering pressure. Thus, the oxygen mole fraction in the chamber affects the growth rate and crystallinity, but not the stoichiometry of the zinc oxide films. On the other hand, the sputtering pressure strongly affects the stoichiometry as well as the growth rate and crystallinity. Finally, the growth rate, crystallinity and stoichiometry of the zinc oxide thin films changed slightly with the different substrates. Under a substrate temperature of 250℃ and RF power of 200W, we could obtain the stoichiometric zinc oxide films at sputtering pressure of 5×10-2 Torr for all of the substrates.
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