Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition of SnO2 Thin Films Using SnCl4 and O2 Plasma = SnCl4와 O2 플라즈마를 이용한 PEALD법으로 증착된 SnO2 박막 특성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

SnO2 박막은 n-type 반도체로서 3.62eV의 밴드갭 에너지와 높은 전도도 및 투과도를 가지고 있어 여러 분야에 적용 할 수 있는 매우 유용한 물질이다. SnO2 박막은 다양한 방법으로 제조가 가능한데 그 중 원자층 증착법(ALD; atomic layer deposition)은 자기 제한적 반응의 특징을 가지고 있어 매우 정확한 두께와 조성 조절, 우수한 단차 도포성을 가지고 있다. ALD에 있어서 전구체의 선택은 중요한데, SnO2 박막을 만들기 위한 전구체는 halide 계열, metal orgarnic 계열의 두 종류가 있다. 그 중 halid
e 계열의 전구체중 하나인 SnCl4는 높은 분압과 고온에서의 안정성을 가지고 있어 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 H2O, H2O2와 같은 반응체를 이용한 SnO2 박막 제조는 낮은 증착율과 박막 내 불순물이 존재하며, 저온증착이 어려운 문제점을 가지고 있다.
본 연구에서는 플라즈마 원자층 증착법(PEALD; plasma-enhanced atomic layer deposition)을 통해 SnCl4 전구체와 O2 플라즈마를 이용하여 SnO2 박막을 증착하였다. ALD 공정 최적화를 위하여 전구체 주입시간, 플라즈마 주입시간, 플라즈마 파워에 따른 증착율의 관계를 확인하여 전구체 주입시간, 플라즈마 주입시간, 플라즈마 파워가 각각 1초, 5초, 180W가 최적의 조건인 결과를 도출 하였다. 그 결과, 기존 ALD 방법 대비 약 2배 높은 0.072nm/cycle의 증착율을 구현하였다. 사이클 수와 박막 두께의 관계가 선형관계인 결과를 통해 PEALD-SnO2 박막의 자기 제한적 반응 특성을 확인하였다. 또한, 증착 온도에 따라 증착율을 확인한 결과, 150 °C 온도조건의 0.5nm/cycle에서 350 °C 온도조건의 0.7nm/cycle로 조금 상승한 결과를 보였다.
RBS 분석을 통하여 박막 내 불순물을 확인한 결과, 150°C 저온에서도 chlorine 등의 불순물이 없고 밀도 또한 bulk에 가까운 고순도, 고품질 SnO2 박막을 제조하였다. 결정성 확인을 위해 XRD 분석 결과, 증착온도를 증가 시킬수록 rutile 상을 가진 SnO2의 결정성이 증가 하였다. application 적용을 위해 SnO2 박막의 전기적 특성과 stainless steel 위에 박막 코팅 후 내부식성 특성을 측정 하였고, 350 °C 온도 조건의 박막이 가장 우수한 전도도, 내식성 특성을 나타내었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. INTRODUCTION 1
• Ⅱ. LITERATURE SURVEY 4
• Ⅱ-1. Properties of SnO2 4
• Ⅱ-1-1. Structural Properties 4
• Ⅱ-1-2. Electrical and Chemical Properties 7
• Ⅱ-2. Basic Principle of Atomic Layer Deposition 8
• Ⅱ-2-1. Atomic Layer Deposition 8
• Ⅱ-2-2. Advantage of ALD: Step Coverage Performance 13
• Ⅱ-2-3. Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD) 16
• Ⅱ-3. Requirement of ALD Precursor 18
• Ⅱ-4. Properties of SnCl4 Precursor 20
• Ⅲ. EXPERIMENTAL PROCEDURES 23
• Ⅲ-1. PEALD Apparatus 23
• Ⅲ-2. Deposition Conditions for PEALD-SnO2 Thin Films 26
• Ⅲ-3. Characterization of Thin Films 29
• Ⅳ. RESULTS and DISCUSSION 31
• Ⅳ-1. Growth Characteristics of PEALD-SnO2 Thin Films 31
• Ⅳ-1-1. Characteristics of Self Limiting Reaction 31
• Ⅳ-1-2. Deposition Rate as Deposition Temperature 35
• Ⅳ-2. RBS Results of SnO2 Thin Films 37
• Ⅳ-3. XRD Results of SnO2 Thin Films 40
• Ⅳ-4. Electrical Properties of SnO2 Thin Films 42
• Ⅳ-5. Corrosion Behavior of PEALD-SnO2 Coated SS316L 45
• Ⅴ. CONCLUSIONS 48
• ⅤI. REFERENCES 49