KR20140051574A - Deposition method of zirconia film doped nb - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a deposition method of a titania thin film doped with niobium and, more specifically, to a method for depositing a titania thin film doped with niobium onto the surface of a substrate using a Nb-Ti alloy target. The deposition method of a titania thin film doped with niobium includes: a mounting step for mounting the Nb-Ti alloy target inside a vacuum chamber; and a deposition step for depositing a titania thin film doped with niobium onto a substrate installed inside the vacuum chamber by sputtering the vacuum chamber after injecting nitrogen and oxygen inside the vacuum chamber.

Description

니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법{Deposition method of zirconia film doped Nb}[0001] The present invention relates to a deposition method of a niobium-doped titania thin film,

본 발명은 니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 Nb-Ti 합금타켓을 이용하여 기판의 표면에 니오븀이 도핑된 티타니아 박막을 증착하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of depositing a niobium-doped titania thin film, and more particularly, to a method of depositing a niobium-doped titania thin film on a substrate using an Nb-Ti alloy target.

플라즈마는 박막의 제작과 가공에 필요한 가장 중요한 기술 중의 하나로서 특히 나노기술에 대한 관심이 급증함에 따라 그 응용범위가 나노 크기의 박막의 증착이나 식각 같은 플라즈마 공정(plasma processing)은 더욱 중요한 첨단 기술로 기대를 받고 있다. Plasma is one of the most important technologies for the fabrication and processing of thin films. Especially as the interest in nanotechnology has increased, the applications of plasma processing such as nano-sized thin film deposition and etching are more important technology It is expected.

나노 소자 제작을 위한 박막 증착, 식각, 표면 개질에 있어서 플라즈마는 중요한 연구가 되어 가고 있다. 수십 나노미터 이하의 정밀도는 플라즈마의 도움이 없이는 불가능하다. 따라서 미래의 모든 전자소자들은 플라즈마 공정에 의존할 것이라고 해도 과언이 아니다. Plasma has become an important study in thin film deposition, etching, and surface modification for nano device fabrication. Precision below tens of nanometers is impossible without the help of plasma. It is no exaggeration to say that all future electronic devices will depend on the plasma process.

한편, 니오븀(Nb)이 도핑된 티타니아(TiO2) 박막은 투명전극, 태양전지, 가스센서 등에 많이 이용되어 연구가 이뤄지고 있다. 티타니아 박막을 형성하기 위한 방법으로 건식 박막코팅 공정이 적용될 수 있는데, 건식 박막코팅 공정은 크게 PVD법과 CVD법으로 나눌 수 있다. Titanium (TiO 2 ) thin films doped with niobium (Nb) are widely used for transparent electrodes, solar cells, and gas sensors. A dry thin film coating process can be applied as a method for forming a titania thin film. The dry thin film coating process can be roughly classified into a PVD process and a CVD process.

CVD법은 1200℃ 이상의 높은 공정온도, 정밀한 공정제어의 어려움 그리고 전구체 제조가 어렵다는 문제점이 있다. 이에 반해 PVD(Physical Vapor Deposition)법은 오염원 배출이 전혀 없는 친환경적인 공정이며 정밀한 공정제어가 가능하고 우수한 부착력과 내마모성을 가진다.The CVD method has a problem in that it is difficult to precisely control the process, and it is difficult to manufacture the precursor. On the other hand, PVD (Physical Vapor Deposition) process is an eco-friendly process with no emission of pollutants and has excellent adhesion and abrasion resistance.

PVD법 중 서퍼터링(sputtering)법은 공정이 단순하고 낮은 기판온도에서 증착되기 때문에 열응력을 최소화할 수 있고, 제조된 티타니아 박막은 낮은 기판온도에서 증착속도가 비교적 커서 화학증착법(CVD)으로 제조된 티타니아 박막에 비하여 안정한 것으로 알려져 있다.  The sputtering method of the PVD method can minimize the thermal stress because the process is simple and the deposition is performed at a low substrate temperature. The formed titania thin film has a relatively high deposition rate at a low substrate temperature and can be manufactured by chemical vapor deposition (CVD) Which is known to be stable compared to the titania thin film.

하지만, 박막이 광학소자나 광센서 등에 이용되려면 박막의 물리적 및 광학적 특성이 중요하다. 타 금속이 첨가된 티타니아 박막은 서퍼터링법에 의한 증착시 조성제어가 어려워 박막의 특성이 균일하지 못하다는 문제점이 있다. However, the physical and optical properties of thin films are important for thin films to be used for optical devices and optical sensors. The titania thin film to which the other metal is added has a problem that the composition control is difficult during the deposition by the surfering method and the characteristics of the thin film are not uniform.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, Nb-Ti 합금타켓을 이용하여 니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for depositing a niobium-doped titania thin film using an Nb-Ti alloy target.

본 발명의 다른 목적은 우수한 특성을 갖는 박막을 형성할 수 있는 증착시간 및 온도 조건을 파악하여 균일한 박막 특성을 갖는 증착방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a deposition method having uniform thin film characteristics by grasping deposition time and temperature conditions capable of forming a thin film having excellent characteristics.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법은 Nb-Ti 합금타켓을 진공챔버 내부에 장착하는 장착단계와; 상기 진공챔버 내부에 질소와 산소를 유입시킨 후 서퍼터링하여 상기 진공챔버의 내부에 설치된 기판에 니오븀이 도핑된 티타니아 박막을 증착하는 증착단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for depositing a niobium-doped titania thin film, comprising: mounting a Nb-Ti alloy target in a vacuum chamber; And depositing a niobium-doped titania thin film on a substrate provided in the vacuum chamber by introducing nitrogen and oxygen into the vacuum chamber and then performing surfering.

상기 증착단계는 상기 질소와 상기 산소를 동일 부피비로 유입시킨 후 상기 기판을 450 내지 500℃로 유지한 상태에서 200W 파워로 1 내지 4시간 동안 서퍼터링하는 것을 특징으로 한다. The deposition is performed by introducing the nitrogen and the oxygen at the same volume ratio, and then the substrate is maintained at 450 to 500 ° C. and is subjected to surfering for 1 to 4 hours at 200 W power.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 Nb-Ti 합금타켓을 이용하여 Ti과 Nb의 조성비를 정밀하게 제어하여 니오븀이 도핑된 티타니아 박막을 증착할 수 있다. As described above, according to the present invention, niobium-doped titania thin films can be deposited by precisely controlling the composition ratio of Ti and Nb using Nb-Ti alloy targets.

또한, 본 발명은 증착온도와 증착 시간을 조절하여 광학적 특성과 구조적 특성을 개선하여 투명전극, 태양전지, 센서 등의 재료로 유용하게 이용될 수 있는 박막 증착방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a thin film deposition method which can be effectively used as a material for a transparent electrode, a solar cell, and a sensor by improving the optical characteristics and the structural characteristics by controlling the deposition temperature and the deposition time.

도 1은 본 발명에 적용된 하향 증착식 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 실시 예들의 박막의 XRD패턴을 나타내는 그래프이고,
도 3 내지 도 8은 실시 예들의 박막을 나타낸 SEM 사진이고,
도 9는 실시 예들의 박막의 광학적 특성을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a downward-deposition-type sputtering apparatus applied to the present invention,
2 is a graph showing an XRD pattern of a thin film of the embodiments,
3 to 8 are SEM photographs showing the thin films of the embodiments,
9 is a graph showing the optical characteristics of the thin films of the embodiments.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법에 대해서 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of depositing a niobium-doped titania thin film according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 RF(Radio-Frequency) 스퍼터링(sputtering)방법을 이용하여 증착 대상물인 기판에 니오븀(Nb)이 도핑된 티타니아(TiO2) 박막(이하, Nb-TiO2 박막)을 형성한다. The present invention relates to a method of forming a thin film of TiO 2 (hereinafter referred to as Nb-TiO 2 ) doped with niobium (Nb) on a substrate, which is an object to be deposited, by using a radio-frequency sputtering method, Thin film) is formed.

먼저, 스퍼터링에 사용할 타켓으로 Nb-Ti 합금타켓을 준비한다.First, prepare an Nb-Ti alloy target with a target to be used for sputtering.

Nb-Ti 합금타켓은 니오븀(Nb)과 티타늄(Ti)이 혼합된 합금(이하, Nb-Ti 합금)을 이용하여 제작한다. 일 예로, 니오븀과 티타늄을 진공용해하여 Ti 97 내지 99중량%, Nb 1 내지 3중량% 비율로 혼합된 Nb-Ti 합금타겟을 제조할 수 있다. 이와 같이 합금 소재를 이용하면 티타늄과 니오븀의 비율을 용이하게 조절할 수 있는 장점을 갖는다. Nb-Ti 합금타겟을 이용하여 기판의 표면에 형성된 박막의 티타늄과 니오븀의 비율은 Nb-Ti 합금타겟의 티타늄과 니오븀의 비율에 의해 결정된다. The Nb-Ti alloy target is made of an alloy of niobium (Nb) and titanium (Ti) (hereinafter referred to as Nb-Ti alloy). For example, niobium and titanium may be vacuum-melted to prepare an Nb-Ti alloy target mixed with 97 to 99% by weight of Ti and 1 to 3% by weight of Nb. Such an alloy material has an advantage that the ratio of titanium to niobium can be easily controlled. The ratio of titanium to niobium in the thin film formed on the surface of the substrate using the Nb-Ti alloy target is determined by the ratio of titanium to niobium in the Nb-Ti alloy target.

Nb-Ti 합금타겟 제조를 위해 진공아크용해방식을 적용할 수 있다. 진공아크용해방식은 용융시키고자 하는 니오븀과 티타늄을 진공용해로에 장입한 후 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 아크를 발생시켜 진공용해로에서 금속을 용융시키는 방법이다. 용융된 금속은 주형에서 잉곳 형태로 만들고 선반 등의 가공기계를 이용하여 타겟으로 사용하기 적절한 모양과 크기로 가공한다. A vacuum arc melting method can be applied for the production of Nb-Ti alloy targets. In the vacuum arc melting method, niobium and titanium to be melted are charged into a vacuum melting furnace and an arc is generated in a vacuum or inert gas atmosphere to melt the metal in the vacuum melting furnace. The molten metal is made into ingots from molds and is processed into a shape and size suitable for use as a target using a lathe or other processing machine.

이와 같이 Nb-Ti 합금타겟을 이용하여 박막을 형성하는 경우 티타늄과 니오븀의 조성비를 정밀하게 조절할 수 있다. 반면에, Nb-Ti 합금타겟을 사용하지 않고 Ti타켓과 Nb타겟을 동시에 스퍼터링하여 기판의 표면에 박막을 증착할 수 있으나, 이 경우 조성비를 정밀하게 컨트롤하기가 매우 어렵다.When a thin film is formed using the Nb-Ti alloy target, the composition ratio of titanium and niobium can be precisely controlled. On the other hand, a thin film can be deposited on the surface of a substrate by simultaneously sputtering a Ti target and an Nb target without using an Nb-Ti alloy target, but it is very difficult to control the composition ratio precisely in this case.

상술한 Nb-Ti 합금타켓이 준비되면, 하향 증착식 RF 스터퍼링 장치를 이용하여 박막을 기판의 표면에 증착한다. When the above-mentioned Nb-Ti alloy target is prepared, a thin film is deposited on the surface of the substrate by using a downward deposition type RF stuffer apparatus.

본 발명에 적용된 하향 증착식 RF 스터퍼링 장치를 도 1에 나타내고 있다. 도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치는 진공챔버(1)의 내부 상부 측에 설치된 Nb-Ti 합금타켓(3)과, Nb-Ti 합금타켓(1)으로부터 하방으로 70mm 떨어진 위치에 설치된 기판홀더(7)와, 기판홀더(7) 위에 장착되어 박막이 증착되는 기판(10)과, 기판홀더(7)에 설치된 히터(13)를 포함한다. 그리고 RF 전압을 인가하기 위한 전원 공급부(21)와, RF플라즈마 조절기(25)와, 박막 증착을 위해 불활성 가스와 반응성 가스를 공급하기 위해 진공챔버(1)와 가스공급관으로 연결된 가스저장붐베(17)(19)가 함께 구비된다. 그리고 Nb-Ti 합금타켓(3) 내부에는 보자력이 대단히 큰 원반형 영구자석(5)을 내장하여 플라즈마 상태에서 반응 기체를 한 군데로 집중시켜 진공 중 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있도록 한다. 기판(10)은 순도 99.99%인 규소로 이루어진 웨이퍼를 이용할 수 있다. The downward deposition type RF stuffer device applied to the present invention is shown in Fig. 1, the sputtering apparatus includes a Nb-Ti alloy target 3 installed on the upper side of the inside of the vacuum chamber 1 and a substrate holder 7 (see FIG. 1) provided at a position 70 mm downward from the Nb-Ti alloy target 1 A substrate 10 mounted on the substrate holder 7 to deposit a thin film thereon and a heater 13 provided in the substrate holder 7. [ And a gas storage bumble 17 (17) connected to the vacuum chamber 1 and a gas supply pipe for supplying inert gas and reactive gas for thin film deposition, a power supply unit 21 for applying an RF voltage, an RF plasma regulator 25, ) 19 are provided together. Inside the Nb-Ti alloy target 3, a disk-shaped permanent magnet 5 having a very large coercive force is embedded, thereby concentrating the reaction gas in one place in a plasma state so as to obtain a high plasma density in vacuum. The substrate 10 may be a wafer made of silicon having a purity of 99.99%.

진공챔버(1)의 내부에 Nb-Ti 합금타켓(3)을 장착한 후 기판홀더(7)에 기판(10)을 장착한다. The Nb-Ti alloy target 3 is mounted on the inside of the vacuum chamber 1 and then the substrate 10 is mounted on the substrate holder 7.

기판(10)을 기판홀더(7)에 장착하기 전에 기판(10)의 표면에 존재하는 유기 및 무기물질을 제거하기 위하여 에탄올을 사용하여 초음파 세척기에 15분 동안 세척한 다음 탈이온수로 세척한 후 질소 가스로 세정한다. Before mounting the substrate 10 on the substrate holder 7, the substrate 10 was washed with ultrasonic cleaner for 15 minutes using ethanol to remove organic and inorganic substances present on the surface of the substrate 10, followed by washing with deionized water It is cleaned with nitrogen gas.

그리고 진공펌프를 사용하여 진공챔버(1)의 내부 압력을 2×10-6torr까지 낮춘 후 진공챔버 내부로 증착에 필요한 가스를 주입하여 진공챔버(1)의 내부 압력을 400mtorr로 유지시킨다. 증착에 필요한 가스로서 Nb-Ti 합금타켓(3)과 반응하여 타켓(3) 물질을 원자상태 또는 분자상태로 만들기 위한 불활성 가스와, 원자상태 또는 분자상태의 타겟물질과 반응하여 기판(10)에 박막을 형성하기 위한 반응성 가스이다. 불활성 가스로 질소를, 반응성 가스로 산소를 이용한다. Then, the internal pressure of the vacuum chamber 1 is lowered to 2 × 10 -6 torr by using a vacuum pump, and the gas necessary for deposition is injected into the vacuum chamber to maintain the internal pressure of the vacuum chamber 1 at 400 mtorr. Reacted with an Nb-Ti alloy target 3 as a gas necessary for deposition to react with an inert gas and an atomic or molecular target material to make the target 3 atomic or molecular, Is a reactive gas for forming a thin film. Nitrogen is used as an inert gas and oxygen is used as a reactive gas.

본 발명에서는 진공챔버(1)의 내부로 산소 및 질소가스를 주입하되 산소가스의 부피에 대한 질소가스의 부피 비는 동일하게 조절한다. 가령, 유량조절기(15)를 통해 단위 시간당 진공챔버(1) 내부로 유입되는 산소와 질소의 부피는 각각 10sccm으로 조절한다. In the present invention, oxygen and nitrogen gas are injected into the vacuum chamber 1, and the volume ratio of the nitrogen gas to the volume of the oxygen gas is controlled in the same manner. For example, the volumes of oxygen and nitrogen introduced into the vacuum chamber 1 per unit time through the flow regulator 15 are adjusted to 10 sccm, respectively.

상기와 같이 산소 가스와 질소 가스를 동일 부피 비로 조절하여 진공챔버(1) 내에 주입한 후 전원공급부(21)에서 RF 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 바람직하게는 플라즈마 형성 후 플라즈마가 안정된 상태가 되면 Nb-Ti 합금타켓 표면의 불순물을 제거하기 위해 20분 동안 프리 서퍼터링(pre sputtering)한다. 이 경우 불순물이 기판(10)의 표면에 증착되는 것을 방지하기 위해 기판(10)이 장착된 기판홀더(7)의 셔터(11)를 닫은 채 프리 서퍼터링한다. As described above, the oxygen gas and the nitrogen gas are adjusted to the same volume ratio and injected into the vacuum chamber 1, and then the RF power is applied from the power supply unit 21 to generate plasma. Preferably, after plasma formation, the plasma is pre-sputtered for 20 minutes to remove impurities on the Nb-Ti alloy target surface when the plasma is in a stable state. In this case, in order to prevent impurities from being deposited on the surface of the substrate 10, the shutter 11 of the substrate holder 7, on which the substrate 10 is mounted, is pre-surferred while being closed.

프리 서퍼터링 후 셔터(11)를 제거한 후 서퍼터링하여 기판(10)에 박막을 증착한다. 증착은 히터(13)를 이용하여 기판(10)을 450 내지 500℃로 유지한 상태에서 200W 파워로 1 내지 4시간 동안 서퍼터링한다. 박막의 증착시 영구자석에 의해 플라즈마가 집중된 상태에서 질소가스가 타겟 물질을 원자 또는 분자상태로 만들고, 산소 가스에 의해 원자상태 또는 분자상태의 티타늄이 산화되어 증착 대상물인 기판의 표면에 박막이 증착된다. 합금타겟에 함유된 니오븀은 티타늄에 비해 미량이므로 대부분의 산소는 티타늄과 반응하여 TiO2를 형성하고, 니오븀은 TiO2에 도핑된 형태로 박막에 함유된다. After free surfering, the shutter 11 is removed and then a thin film is deposited on the substrate 10 by surfering. In the deposition, the substrate 10 is maintained at 450 to 500 DEG C by using the heater 13, and is subjected to surfering for 1 to 4 hours at 200 W power. In the deposition of the thin film, the nitrogen gas makes the target material into an atomic or molecular state in a state where the plasma is concentrated by the permanent magnet, and the atomic state or the molecular state titanium is oxidized by the oxygen gas to deposit a thin film on the substrate, do. Since niobium contained in the alloy target is very small compared to titanium, most oxygen reacts with titanium to form TiO 2 , and niobium is contained in the thin film in the form of TiO 2 .

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명의 실시예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, it should be understood that the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

(실시예)(Example)

도 1에 도시된 바와 같이 하향 증착식 RF-sputtering 장치를 사용하여 기판의 표면에 박막을 증착하였다.  As shown in FIG. 1, a thin film was deposited on the surface of a substrate by using a downward deposition type RF-sputtering apparatus.

박막 증착에 적용된 타겟으로 Ti:Nb이 98:2의 중량비로 혼합된 Nb-Ti합금타겟(길이: 102 mm, 직경 6.35 mm)을 이용하였다. 그리고 기판은 p-타입 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. A Nb-Ti alloy target (length: 102 mm, diameter 6.35 mm) mixed with a weight ratio of Ti: Nb of 98: 2 was used as a target for thin film deposition. The substrate was a p-type silicon wafer.

기판의 표면에 존재하는 유기 및 무기물질을 제거하기 위하여 에탄올을 사용하여 초음파 세척기에 15분 동안 세척하고, 탈이온수로 세척한 후 N2 가스로 세정을 하였다. 기판가열용 히터를 통하여 기판의 온도는 450℃와 500℃를 유지하여 각각 실험을 진행하였다. 진공펌프를 사용하여 진공챔버 내부 압력을 3×10-6torr까지 진공도를 낮춘 후 질소가스와 산소 가스는 유량 조절기(G mate 2000 A MFC controller, lokas co. ltd)를 통해 10sccm으로 조절하여 진공챔버 내에 주입을 시켰으며, 가스 주입 후의 압력은 400mtorr를 유지하였다. In order to remove organic and inorganic substances present on the surface of the substrate, the substrate was washed with an ultrasonic washing machine for 15 minutes using ethanol, washed with deionized water, and then cleaned with N 2 gas. The temperature of the substrate was maintained at 450 ° C and 500 ° C through a heater for heating the substrate, respectively. After the vacuum inside the vacuum chamber was lowered to 3 × 10 -6 torr by using a vacuum pump, the nitrogen gas and the oxygen gas were adjusted to 10 sccm through a flow controller (G mate 2000 A MFC controller, lokas co. And the pressure after the gas injection was maintained at 400 mTorr.

플라즈마 형성의 중요한 조건인 파워는 RF-plasma 조절기(XSP-06MF RF-plasma generator, youngsin. eng)를 통해 플라즈마를 형성시켰다. 플라즈마가 안정된 상태가 되면 기판홀더에 장착되어있는 셔터를 닫은 채 타겟 표면의 불순물을 제거하기 위하여 약 20분 동안 pre-sputtering을 하였으며, 셔터를 제거한 후 박막을 기판에 증착시켰다. 각 실시 예의 실험조건은 구체적으로 하기 표 1과 같다.The plasma, which is an important condition for plasma formation, was formed through an RF plasma regulator (XSP-06MF RF-plasma generator, youngsin. Eng). When the plasma was in a stable state, the shutter attached to the substrate holder was closed, and pre-sputtering was performed for about 20 minutes to remove impurities on the target surface. After removing the shutter, the thin film was deposited on the substrate. The experimental conditions of each example are specifically shown in Table 1 below.

구분division 증착시간(hr)Deposition time (hr) 기판온도(℃)Substrate temperature (캜) N2:O2(sccm)N 2 : O 2 (sccm) 파워(W)Power (W) 실시예1(S401)Example 1 (S401) 1One 500500 10:1010:10 200200 실시예2(S402)Example 2 (S402) 22 500500 10:1010:10 200200 실시예3(S403)Example 3 (S403) 33 500500 10:1010:10 200200 실시예4(S502)Example 4 (S502) 22 450450 10:1010:10 200200 실시예5(S503)Example 5 (S503) 33 450450 10:1010:10 200200 실시예6(S504)Example 6 (S504) 44 450450 10:1010:10 200200

<1. XRD 패턴 분석><1. XRD Pattern Analysis>

도 2는 실시예들에서 제조된 박막의 XRD패턴을 나타내는 그래프이다. 2 is a graph showing the XRD patterns of the thin films prepared in the examples.

도 2를 참조하면, 기판의 온도를 500℃로 고정시킨 실시예 1 내지 3의 경우 증착 시간이 증가됨에 따라서 피크(2Theta=22.5°)의 강도는 감소하여 박막의 결정성이 감소되는 것으로 확인되었고, 기판의 온도를 450℃로 고정시킨 실시예 4 내지 6의 경우 증착 시간과 상관없이 피크(2Theta=22.5°)의 강도는 일정한 값을 가져 박막의 증착 온도가 낮을 때는 박막의 결정성에는 거의 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 2, in Examples 1 to 3 in which the temperature of the substrate is fixed at 500 ° C, the intensity of the peak (2Theta = 22.5 °) decreases as the deposition time increases, and the crystallinity of the thin film decreases , The intensity of the peak (2Theta = 22.5 °) was constant regardless of the deposition time in Examples 4 to 6 in which the temperature of the substrate was fixed at 450 ° C. When the deposition temperature of the thin film was low, .

그리고 2Theta=29.5°에서 피크를 관찰해보면, 기판의 온도를 500℃로 고정시킨 실시예 1 내지 3의 경우 증착 시간이 1, 2hr에서는 거의 변동이 없었지만 3hr에서는 피크의 강도가 급격히 감소하였다. 또한, 기판의 온도를 450℃로 고정시킨 실시예 4 내지 6의 경우 증착 시간이 증가됨에 따라서 강도의 세기가 증가하다가 감소하는 것으로 나타나 일정한 경향성을 갖지 않는 것으로 보인다. 박막의 결정 성장방향은 박막 내의 내부에너지나 박막 내 존재하는 원자들의 상호 원자적인 힘 관계에 밀접한 영향을 가진다. 따라서 2 Theta 39.5°에서는 박막의 성장방향이 어느 한가지 영향에 의해서 일정한 방향으로 성장이 되지 않음을 보여준다. Observation of the peak at 2Theta = 29.5 deg. Showed that the deposition time was almost unchanged at 1 and 2 hr in Examples 1 to 3 in which the temperature of the substrate was fixed at 500 deg. C, but the peak intensity was drastically decreased at 3 hr. In the case of Examples 4 to 6 in which the temperature of the substrate is fixed at 450 占 폚, the intensity is increased and then decreased as the deposition time is increased, so that it does not seem to have a certain tendency. The crystal growth direction of the thin film has a close influence on the internal energy in the thin film or the mutual atomic force relationship of the atoms existing in the thin film. Therefore, at 2 Theta 39.5 °, the growth direction of the thin film does not grow in a certain direction due to any one influence.

그리고 2Theta=44.25°에서 피크를 관찰해보면, 기판의 온도를 500℃로 고정시킨 실시예 1 내지 3의 경우와 기판의 온도를 450℃로 고정시킨 실시예 4 내지 6의 경우 모두 증착 시간이 증가됨에 따라 피크의 강도가 일정하게 감소하는 것으로 나타났다. 이는 박막의 결정성은 박막의 증착온도와 상관없이 증착시간에 영향을 받는 것으로 알 수 있다. Observation of the peak at 2Theta = 44.25 ° shows that the cases of Examples 1 to 3 in which the temperature of the substrate is fixed at 500 ° C and the cases of Examples 4 to 6 in which the temperature of the substrate is fixed at 450 ° C are increased The intensity of the peak was found to be decreased constantly. It can be understood that the crystallinity of the thin film is affected by the deposition time regardless of the deposition temperature of the thin film.

그리고 2Theta=46°에서 피크를 관찰해보면, 기판의 온도를 500℃로 고정시킨 실시예 1 내지 3의 경우와 기판의 온도를 450℃로 고정시킨 실시예 4 내지 6의 경우 모두 증착 시간이 1, 2hr에서는 거의 변동이 없었지만, 3hr에서는 피크의 강도가 급격히 감소하여는 일정한 경향성을 가진 것으로 나타났다. Observation of peaks at 2Theta = 46 ° shows that the cases of Examples 1 to 3 in which the temperature of the substrate is fixed at 500 ° C and the cases of Examples 4 to 6 in which the temperature of the substrate is fixed at 450 ° C are 1, 2 hrs, there was almost no change, but at 3 hrs, the peak intensity showed a steep tendency when the intensity decreased sharply.

<2. 박막의 입자크기 분석><2. Particle size analysis of thin films>

도 3은 실시 예1에서 제조된 박막, 도 4는 실시 예2에서 제조된 박막, 도 5는 실시 예3에서 제조된 박막, 도 6은 실시 예4에서 제조된 박막, 도 7은 실시 예5에서 제조된 박막, 도 8은 실시 예6에서 제조된 박막의 SEM 사진이다. Fig. 3 shows the thin film produced in Example 1, Fig. 4 shows the thin film produced in Example 2, Fig. 5 shows the thin film produced in Example 3, Fig. 6 shows the thin film produced in Example 4, FIG. 8 is a SEM photograph of the thin film prepared in Example 6. FIG.

도 내지 도 8을 참조하면, 기판의 온도를 500℃로 고정시킨 실시예 1 내지 3의 경우 증착 시간이 증가됨에 따라 박막의 입자 크기는 증대되었고, 박막 표면에서 비정형 입자의 형상이 관찰되었다. 반면에 기판의 온도를 450℃로 고정시킨 실시예 4 내지 6의 경우 증착 시간이 증가됨에 따라 입자 크기는 증대되었지만 박막 표면에서 비정형 입자의 모습은 거의 보이지 않았다. 이는 박막의 증착 온도가 박막 내 비정형입자의 출현에 영향을 주고 있음을 보여준다. 증착 온도의 증가는 박막 내부의 변형에너지 증가를 가져오고 이에 따라 박막에 비정형입자가 나타난 것으로 보인다. Referring to FIG. 8, in Examples 1 to 3 in which the temperature of the substrate was fixed at 500 ° C., the particle size of the thin film was increased with the increase of the deposition time, and the shape of the amorphous particles was observed on the thin film surface. On the other hand, in Examples 4 to 6 in which the temperature of the substrate was fixed at 450 캜, the particle size was increased as the deposition time was increased, but the shape of the amorphous particles was hardly observed on the surface of the thin film. This indicates that the deposition temperature of the thin film affects the appearance of the amorphous particles in the thin film. The increase of the deposition temperature leads to the increase of the strain energy inside the thin film, and thus the atypical particles appear in the thin film.

<3. 광학특성><3. Optical properties>

도 9는 광루미네선스(photoluminescence, PL)분석을 이용하여 실시 예들의 박막의 광학적 특성을 나타낸 PL 그래프이다.FIG. 9 is a PL graph showing the optical characteristics of the thin films of Examples using photoluminescence (PL) analysis.

PL 장비로 A He-Cd laser(Kimon, 1K, Japan) with a wavelength of 325nm and a power of 50mW was utilized as an excitation source for PL measurement를 이용하였다[6K using a closed-cycle liquid helium cryogenerator(APD, SH-4, USA), spectrometer(f = 0.5m, Acton Research Co., Spectrograph 500i, USA), intensified photo diode array detector(Princeton Instrument Co., IRY1024, USA)].(6K) using a closed-cycle liquid helium cryogenator (APD, Japan) with a wavelength of 325nm and a power of 50mW as an excitation source for PL measurement. SH-4, USA), spectrometer (f = 0.5m, Acton Research Co., Spectrograph 500i, USA), intensified photo diode array detector (Princeton Instrument Co., IRY1024, USA).

도 9를 참조하면, 증착 시간 2hr인 박막인 경우 증착 온도가 증가됨에 따라서 460, 470nm binding energy의 강도가 줄어들었다. 반대로 증착 시간이 3hr인 경우 증착 온도가 증가됨에 따라서 460, 470nm binding energy 의 강도가 커져 광학적 특성이 더 우수해진 것으로 나타났다. 이는 박막의 증착 시간이 박막 내부의 결합에너지와 관계가 있음을 보여준다. Referring to FIG. 9, in the case of a thin film having a deposition time of 2 hr, the intensity of the binding energy at 460 nm and 470 nm was decreased as the deposition temperature was increased. On the contrary, when the deposition time was 3 hr, the intensity of the binding energy at 460 and 470 nm was increased as the deposition temperature was increased. This indicates that the deposition time of the thin film is related to the binding energy inside the thin film.

상기의 실험들을 통해 박막의 특성은 박막의 증착 온도와 증착 시간에 의해 변화될 수 있음을 확인하였다. 따라서 박막의 증착 온도와 시간은 박막의 특성에 중요한 의의를 갖는다. Through the above experiments, it was confirmed that the characteristics of the thin film can be changed by the deposition temperature and the deposition time of the thin film. Therefore, the deposition temperature and time of the thin film are important for the properties of the thin film.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation.

1: 챔버 3: 타켓
7: 기판홀더 10: 기판
11: 셔터 15: 유량조절기
21: 전원공급부
1: Chamber 3: Target
7: substrate holder 10: substrate
11: Shutter 15: Flow regulator
21: Power supply

Claims (2)

Nb-Ti 합금타켓을 진공챔버 내부에 장착하는 장착단계와;
상기 진공챔버 내부에 질소와 산소를 유입시킨 후 서퍼터링하여 상기 진공챔버의 내부에 설치된 기판에 니오븀이 도핑된 티타니아 박막을 증착하는 증착단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법.
A mounting step of mounting an Nb-Ti alloy target inside the vacuum chamber;
And depositing a niobium-doped titania thin film on a substrate provided in the vacuum chamber by surfering the nitrogen and oxygen introduced into the vacuum chamber to deposit the niobium-doped titania thin film on the substrate. Deposition method.
제 1항에 있어서, 상기 증착단계는 상기 질소와 상기 산소를 동일 부피비로 유입시킨 후 상기 기판을 450 내지 500℃로 유지한 상태에서 200W 파워로 1 내지 4시간 동안 서퍼터링하는 것을 특징으로 하는 니오븀이 도핑된 티타니아 박막의 증착방법.The method of claim 1, wherein the deposition is performed by introducing the nitrogen and the oxygen at the same volume ratio, and then the substrate is maintained at 450 to 500 DEG C and is subjected to surfering at 200 W for 1 to 4 hours. And depositing the doped titania thin film.
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