1. 서 론

AlN 박막은 우수한 내열성, 열전도 특성 및 기계적 강도가 높기 때문에 고온 재료로서 사용할 가치가 높이 평가되고 있다.^1,2,3,4,5,6) 또한 압전 특성이나 음향속도를 이용하여 표면탄성파 소자 및 고주파필터에 응용할 수 있기 때문에 ZnO를 대체할 수 있는 재료로 알려져 있다.⁷⁾ 이것을 위해서는 AlN 결정의 c축 배향성이 높은 재료가 요구되며, 지금까지 박막을 제작하는 다양한 방법이 시도되었다.⁸⁾ 이 중에서 하나의 방법인 스퍼터링 방법을 이용하면 저온에서도 박막을 제작할 수 있으며, 저렴한 글래스 기판을 사용하여 원하는 박막을 제작할 수 있지만, 제작 조건에 따라 박막에 균열이 발생하거나 박막 자체가 기판에서 박리되는 현상도 발생할 수 있다.⁹⁾ 이와 같은 현상은 박막 내부에서 발생하는 잔류응력이 원인이며, 박막으로서 신뢰성 있는 안정한 박막을 제작하기 위해서는 박막 내부의 잔류응력 상태를 충분히 파악해야 한다.

이전의 연구에서 대향 타깃형 평판형 마그네트론 스퍼터링 방법(two-facing-target planar magnetron sputtering method)을 이용하여 다양한 스퍼터링 조건으로 박막을 제작하였다.¹⁰⁾ 이 방법을 사용하면 도전성 박막인 ZnO의 경우, 우수한 막질의 박막을 제작할 수 있는 반면,¹¹⁾ 절연막인 AlN은 ZnO만큼 우수한 막질의 박막을 제작할 수 없었다.¹²⁾

본 연구에서는 우수한 막질의 AlN 박막을 제작하기 위하여 전환식 평판형 마그네트론 스퍼터링 방법(alternating planar magnetron sputtering method)을 이용하였다. 이 장치의 특징은 서로 마주 보는 2장의 타깃을 전기적으로 제어하여 박막 오염에 직접적으로 관련된 플라즈마를 발생시키는 터널링 전자를 타깃 사이에 완전하게 가둔 점이다. 박막의 증착 조건은 질소가스 압력과 타깃 전극의 전환시간이며, 이와 같은 전환식 스퍼터링 방법으로 제작한 AlN박막의 c축 배향성 및 잔류응력에 대하여 X선 회절법을 이용하여 측정하였다.

2. 이 론

2.1. c축 배향막의 X선 응력해석 방법¹³⁾

본 실험의 대상은 조밀육방(hcp)구조를 갖는 AlN 박막이며, 이 박막은 AlN 결정의 c축이 기판 면에 대하여 법선 방향으로 우선 배향한다. 어떠한 하나의 결정면(hk∙l)의 법선 변형률 ε33L은 결정계에서 실험실계로의 변환매트릭스 성분 γij 및 시료 좌표계로의 변환매트릭스 성분 πij, 특히 시료 좌표계의 응력성분 σijS를 사용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

ε33L=γ3iγ3jπmkπnlSijkl*σmnS

즉

여기서, ε33*L=γ3iγ3jπmkπnlSijkl*로 하였다. Sijkl*은 단결정의 탄성 용량(elastic compliance)이며, 측정된 박막 상태로서 ⓵ 응력 상태는 등방평면 응력상태 일 것, ⓶ AlN 박막은 c축을 기판 면의 수직 방향으로 우선 배향하는 미세 결정의 집합체이며, 그 면내 방위는 c축 주위에 2π인 회전 자유도를 갖는 것이라고 가정한다면, 식 (1)은

식 (2)로 나타낼 수 있으며, ε33(hkl)L은 sin2ψ에 대해서 하나의 직선상에 정리되는 것을 알 수 있다.

sin2ψ선의 직선 기울기는

식 (3)으로 되기 때문에 S11*+S12*-2S31*의 값을 알 수 있으면 실험적으로 구한 직선의 기울기로부터 박막의 면내 응력 𝜎를 구하는 것이 가능하다.

여기서 AlN의 탄성 용량으로는 S11*=0.35×10^-5 /MPa, S12*=-0.20×10^-5/MPa 및 S31*=-0.08×10^-5 /MPa¹⁴⁾을 사용하였다.

3. 실험 방법

3.1. AlN박막의 제작

마그네트론 스퍼터링 방법은 음극 타깃에서 튀어나온 터널링 전자를 마그네트론에 의한 자기장에 구속하고, 타깃 표면 부근의 질소 분자를 전리시킨다. 이렇게 하여 생성된 질소 이온(N+)은 음극 타깃에 고속으로 충돌하여 스퍼터링을 진행하며, 자유전자는 가드 링(guard ring)에 의해 가두어진다. 가드 링이란 타깃 주위를 둘러싸도록 설치된 Al 원판이며, 접지되어 있다.

그러나 절연막을 제작할 때에는 증착이 진행됨에 따라 가드 링 위에 절연막이 퇴적되어 자유전자의 유동을 방해하게 되며, 그 결과 날아갈 곳을 잃어버린 전자가 여러 방향으로 산란되어 플라즈마가 넓어져서 기판 위에 증착된 박막을 오염시키게 된다.

이와 같은 배경에서 새롭게 고안한 전환식 평판형 마그네트론 스퍼터링 방법을 도입하였다. Fig. 1(a)에 장치의 개요를 나타내었다. 챔버에 2개의 평판형 타깃을 서로 마주 보게 배치하였으며, 기판은 측면에 있는 기판 홀더에 장착시켰다. 기판 온도는 기판 홀더에 설치한 히터를 가열하여 조절할 수 있게 하였다.

Fig. 1.

Schematic diagram of TFT (Two-Facing-Targets) sputtering system.

본 장치의 특징은 서로 마주 보는 2개의 타깃 중에서 한쪽을 음극으로 하여 스퍼터링을 진행하고, 다른 쪽을 양극으로 하여 항상 자유전자의 통로를 확보하였다는 점이다. 그리고 일정한 시간마다 전극의 (+), (-)를 전환하여 양극에 부착한 절연체인 AlN막을 스퍼터링으로 제거하여 항상 Al 타깃면을 노출되도록 하였다.

Fig. 1(b)는 각 타깃의 바이어스 전압 상태를 나타낸 것이다. 일정한 시간 tSW만 한쪽의 타깃을 (-)로 바이어스시켜 스퍼터링을 실시하고, 그 사이인 tA 동안만 다른 쪽의 타깃을 (+)로 바이어스시켜 전자의 통로를 확보하였다. 이와 같이 하면 타깃에서 방출된 고속인 2차 전자는 (+)로 바이어스된 타깃(양극)에 가두어지게 되어, 기판으로 향하는 전자 다발이 경감된다. 또한, 전극 전환 시에 양쪽 타깃이 모두 음극으로 되는 시간 δt를 설정하여 연속적으로 스퍼터링이 진행될 수 있도록 하였다.

타깃은 순도 99.9 %인 알루미늄을 사용하였으며, 형상은 직경 100 mm, 두께 3 mm인 원판이다. 주입 가스는 순도 99.999 %인 고순도 질소 가스를 사용하였고, 사용한 기판은 두께 1 mm인 BLC 글래스(borosilicate glass; 붕규산유리)이며, 치수는 25 mm × 50 mm이다. BLC 글래스의 열팽창계수는 5.1 × 10^-6 /K¹⁵⁾로, AlN의 a축에 대한 열팽창계수 5.27 × 10^-6 /K¹⁶⁾에 거의 근사한 값이다. 즉, 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 열 잔류응력은 매우 작고 무시할 수 있다.

Table 1은 평판형 마그네트론 스퍼터링 방법으로 제작한 AlN 박막의 증착 조건이다. 처음에 챔버 내부를 진공펌프로 2.6 × 10^-3 Pa까지 진공 분위기로 만든 후, 진공펌프를 작동한 상태에서 가변 리크 밸브를 열어 질소가스를 주입하여 Table 1에 나타낸 가스 압력으로 유지하였다. 스퍼터링을 실시한 시간은 3 h이며, 박막 두께가 약 2 µm인 박막을 제작하였다. 방전전류는 300 mA, 양극 전압은 약 40 V로 유지하였다. 타깃 전극의 (+), (-)전환은 전환시간이 짧을 때(tSW < 30 s)에는 모터에 의해 자동으로 실시하고, 전환시간이 긴 경우에는(tSW ≥ 30 s) 수동으로 실시하였다.

기판 온도는 기판표면에 고정시킨 열전쌍으로 측정하였다. 종래형 스퍼터링 방법은 스퍼터링에 의한 온도상승이 나타났지만, 대향 타깃형 스퍼터링 방법에서는 거의 온도상승이 나타나지 않았다.

3.2. X선을 이용한 격자 변형률 측정 및 조건

본 실험에서 사용한 X선 응력측정 장치는 집중 빔 광학계에 따른 경사법(inclination method)을 기본으로 하였고, 특성 X선으로는 CrKα선을 사용하였다. Fixed time법으로 자동 측정한 회절강도 곡선에 대하여 2중선 분리를 실시한 후, Kα1선에 대하여 가우스분포 근사법을 적용하여 피크 위치를 결정하였다.

이 응력해석법은 저각도 회절선도 사용하기 때문에 측정 정밀도를 확보하기 위하여 표준물질로서 AlN 분말을 사용하여 다음에 나타낸 식 (4)로 격자 변형률을 계산하였다.

여기서, d(hk∙l)는 AlN 박막의 격자면 간격, d0(hk∙l)은 AlN 분말의 격자면 간격이며, 사용한 회절선의 hk∙l에 대하여 각각의 회절각 2𝜃, ψhk∙l 및 sin2ψhk∙l의 값을 Table 2에 정리하였다.

4. 결 과

4.1. AlN 박막의 구조

AlN 박막의 구조는 조밀육방정(hcp)이며, 스퍼터링 방법으로 글래스 기판 위에 형성된 박막은 결정의 c축, 즉 [00･l]방향이 글래스 기판면에 수직하게 우선배향 한다.^9,10,13)

CrKα선을 이용하여 𝜓=0인 상태에서 회절강도 분포를 그리면, 제작한 모든 AlN 박막에 대하여 2𝜃 = 54.7°의 위치에만 00･2 회절선이 관찰되었다. 이 결과로부터 전환식 스퍼터링장치를 이용하여 제작한 AlN 박막의 구조는 일반적인 스퍼터링 방법으로 제작한 박막과 동일하게 c축이 기판표면에 거의 수직으로 우선배향 하는 것을 알 수 있다.

4.2. c축 배향성 및 00･2 회절선 강도

4.2.1. 질소가스 압력 의존성

먼저, 전환식 스퍼터링 방법으로 제작한 AlN 박막의 c축 배향성에 대한 질소가스 압력 의존성에 대하여 조사하였다. 박막제작 조건은 Table 1과 같이 기판 온도 TS를 473 K, 전극 전환시간 tSW를 2 s로 고정하고, 질소 가스 압력인 PN만을 변경시켰으며, 전극 전환은 모터를 사용하여 자동으로 진행하였다.

일반적으로 c축 배향성은 로킹 곡선(rocking curve)의 반가 폭으로 평가되지만, 본 실험에서는 응력측정에 사용한 경사법을 그대로 이용하여 임의의 𝜓각에서 00･2 회절강도 분포곡선을 그리고, 이 곡선의 적분 강도인 𝜓각에 대한 변화로서 c축 배향성을 평가하였다. 여기에서 𝜓각은 기판면 법선 방향과 회절면 법선 방향 사이의 각도이다. 질소가스 압력 PN이 0.17 Pa과 1.07 Pa일 때 00･2 회절선의 적분 강도에 대한 𝜓 의존성을 각각 Fig. 2(a), (b)에 나타내었다. 𝜓값과 적분 강도와의 관계는 Fig. 2와 같이 거의 정규분포에 근사하며, 피크값을 최대 회절강도, 이 표준편차 SD의 2배의 값을 c축 배향성으로 정의하였다.

Fig. 2.

Relationship between the 𝜓 value for the substrate temperature of 473 K and the integrated intensity of the 00･2 diffraction line; (a) at PN = 0.17 Pa, (b) at PN = 1.07 Pa.

Fig. 3은 AlN 박막의 최대 회절강도에 대한 질소가스 압력 의존성을 나타낸 것이다. 낮은 질소가스 압력(PN = 0.27 Pa)에서 최대 회절강도는 120 cps로 크며, 질소가스 압력이 높아짐에 따라 회절강도는 비교적 작아진다. 박막 두께는 질소가스 압력에 관계없이 모든 박막이 약 2 µm이었다.

Fig. 3.

Nitrogen gas pressure dependence of maximum diffraction intensity of AlN thin films prepared at substrate temperature of 473 K and switching time of 2 s.

Fig. 4는 AlN 박막의 c축 배향성에 대한 질소가스 압력 의존성이다. 0.5 Pa 이하인 낮은 질소가스 압력에서 c축 배향성은 약 10°이며 우수한 배향성을 나타냈지만, 높은 질소가스 압력으로 될수록 c축 배향성은 나빠지며, 1 Pa 이상인 높은 질소가스 압력으로 되면 c축 배향성이 급격하게 나빠지는 것으로 나타났다.

Fig. 4.

Nitrogen gas pressure dependence on the c-axis orientation of AlN thin films prepared at substrate temperature of 473 K and switching time of 2 s.

4.2.2. 타깃 전극 전환시간 의존성

전환식 스퍼터링 방법으로 제작한 AlN 박막의 c축 배향성에 대한 타깃 전극 전환시간 의존성을 조사하였다. 박막제작 조건은 Table 1의 아래 표와 같으며 기판 온도 TS를 473 K, 질소가스 압력 PN을 0.66 Pa로 고정하고, 전극 전환시간 tSW만을 변화시켰다. 전극 전환은 모두 수동으로 진행하였다.

Fig. 5는 AlN 박막의 최대 회절강도에 대한 타깃 전극 전환시간 의존성을 나타낸 것이며, 최대 회절강도는 전환시간이 길어질수록 증가하였다. 그리고 전혀 전환을 실시하지 않은 경우(tSW=∞)와 2개의 타깃을 동시에 스퍼터링한 경우(tSW=∞^-)의 최대 회절강도는 각각 50, 80 cps으로 작은 값이었고, 박막 두께는 전환시간 tSW에 관계없이 모든 박막이 약 1 µm이었다.

Fig. 5.

Target electrode switching time dependence on maximum diffraction intensity of AlN thin films prepared at substrate temperature of 473 K and nitrogen gas pressure of 0.66 Pa.

Fig. 6은 AlN 박막의 c축 배향성에 대한 타깃 전극 전환시간 의존성이다. 전극 전환시간이 짧은 때(tSW < 120 s)의 c축 배향성은 약 14°이지만, 전환시간이 길어짐에 따라 c축 배향성은 조금 좋아진 것을 알 수 있다. 그리고 전혀 전환을 실시하지 않은 때(tSW=∞)나 2장의 타깃을 동시에 스퍼터링한 때(tSW=∞^-)의 c축 배향성은 약 15°로 타깃 전극을 전환하였을 때보다도 나빠졌다.

Fig. 6.

Target electrode switching time dependence on c-axis orientation of AlN thin films prepared at substrate temperature of 473 K and nitrogen gas pressure of 0.66 Pa.

4.3. 격자 변형률 측정(sin²𝜓선도)

X선 측정으로 구한 ε(hk∙l)과 sin2ψhk∙l과의 관계를 Fig. 7에 나타내었다. Fig. 7(a), (b), (c)는 각각 질소가스 압력 PN이 0.17 Pa, 0.80 Pa, 1.07 Pa에 대한 것이다. 4개의 회절선 00･2, 10･1, 10･2, 10･3에 대하여 각각 3회씩 측정을 실시하였지만, 질소가스 압력이 높은 PN = 1.07 Pa일 때는 회절강도가 너무 작았기 때문에 편차가 큰 측정값은 제외하였다. 00･2 회절선(𝜓 = 0)을 제외하고 회절강도가 매우 작았기 때문에 측정값에 편차가 있었지만, 대부분은 최소 자승법으로 구한 직선 주위에 분산되어 있다고 판단할 수 있다.

Fig. 7.

Relationship between lattice strain and sin2ψ determined using X-ray measurement; substrate temperature of 473 K, switching time of 2 s.

4.4. AlN 박막의 잔류응력

4.4.1. 질소가스 압력 의존성

AlN 박막의 잔류응력에 대한 질소가스 압력 의존성을 Fig. 8에 나타내었다. 박막제작 조건은 Table 1과 같다. 낮은 질소가스 압력 영역(PN ≤ 0.3 Pa) 및 높은 질소가스 압력 영역(PN ≥ 0.9 Pa)에서 약 500 MPa의 인장 잔류응력, 그 사이의 영역(0.3 Pa < PN < 0.9 Pa)에서는 압축 잔류응력을 나타내었으며, PN = 0.8 Pa일 때에 최대 압축 잔류응력(약 -350 MPa)을 나타내었다.

Fig. 8.

Nitrogen gas pressure dependence on residual stress in AlN thin films prepared at substrate temperature of 473 K and switching time of 2 s.

4.4.2. 타깃 전극 전환시간 의존성

AlN 박막의 잔류응력에 대한 전극 전환시간 의존성을 Fig. 9에 나타내었다. 박막제작 조건은 Table 2와 같다. 전환시간 tSW가 가장 짧은 30 s일 때 약 300 Pa인 인장 잔류응력이 나타났으며, tSW가 길어짐에 따라 인장 잔류응력은 감소하였으며, tSW > 120 s일 때 압축응력으로 이동하였다. 그리고 전혀 전환을 하지 않은 경우(tSW=∞)에는 0 MPa, 2장의 타깃을 동시에 스퍼터링하였을 때(tSW=∞^-)는 1 GPa인 인장응력을 나타내었다.

Fig. 9.

Electrode switching time dependence on residual stress in AlN thin films prepared at substrate temperature of 473 K and nitrogen gas pressure of 0.66 Pa.

5. 고 찰

5.1. 질소가스 압력 의존성

5.1.1. c축 배향성 및 00･2 회절선 강도

질소가스 압력이 낮으면 스퍼터링된 Al 원자가 챔버 내의 질소 분자에 충돌하여 산란될 확률은 낮고, Al 원자는 운동에너지를 거의 잃지 않고 기판에 도달한다. 이와 같이 큰 운동에너지는 Al 원자가 기판 위에서 충분한 거리를 이동하게 할 수 있다. 따라서 원자끼리의 결합, 분리를 반복하면서 커다란 결정이 형성되며, 생성된 결정핵의 밀도도 작아진다. 더구나 인접한 불안정한 결정을 붙잡아서 결정성장을 촉진시켜 결정립 크기가 커진다. 이와 같이 낮은 질소가스 압력 영역(PN ≤ 0.5 Pa)에서는 안정하며 비교적 큰 크기의 결정립을 형성하기 때문에 회절강도가 높아지며, c축 배향성이 우수하게 된다.

질소가스 압력이 높아지면 스퍼터링된 Al 원자는 질소 분자에 충돌하고 산란하기 때문에 운동에너지의 대부분을 잃게 된다. 즉, 기판 위에 스퍼터링된 원자의 이동 능력은 작고, 기판 위에 많은 결정핵이 생성되어 각각의 원자가 기판면 내의 방향에서 다른 방위를 갖는 결정으로 성장한다. 즉, 기판 위에서 결정핵의 생성 밀도는 높아지게 되므로 결정립 크기는 매우 작아지기 때문에 결정립 미세화 효과로 인하여 회절강도가 작아진다.

스퍼터링된 Al 원자가 질소 분자와 충돌하여 산란함으로써 기판에 도달하였을 때의 Al 원자의 속도벡터는 다양한 방향을 향할 것으로 판단된다. 스퍼터링된 원자가 기판 법선에 대하여 각도를 가지고 입사하는 경우, 배향축이 그 방향으로 기울어진다는 것은 Muller가 보고하였다.¹⁷⁾ 따라서 높은 질소가스 압력 영역(PN > 0.5 Pa)에서 Al 원자는 충돌하여 산란되므로 다양한 방향에서 기판으로 도달하기 때문에 c축 배향성이 나빠지게 된다.

5.1.2. 잔류응력

Fig. 8과 같이 매우 낮은 질소가스 압력 영역(PN ≦ 0.3 Pa) 및 높은 질소가스 압력 영역(PN ≥ 0.9 Pa)에서는 인장 잔류응력, 그 사이인 낮은 질소가스 압력 영역(0.3 Pa < PN < 0.9 Pa)에서는 압축 잔류응력이 나타났다.

매우 낮은 질소가스 압력 영역(PN ≦ 0.3 Pa)을 포함한 낮은 질소가스 압력 영역(PN < 0.9 Pa)에서는 스퍼터링된 Al 원자는 챔버 내의 질소 분자에 충돌하여 산란할 확률이 낮고, Al 원자는 운동에너지를 거의 잃지 않으면서 기판에 도달한다. 즉, 큰 운동에너지를 가진 스퍼터링된 입자가 기판 위에 퇴적된 막을 때려서 피닝 효과(peening effect)에 의하여 압축응력이 발생한다고 판단된다.^18,19)

그러나 매우 낮은 질소가스 압력 영역(PN ≦ 0.3 Pa)에서는 기판 부근에 존재하는 질소 분자의 개수가 매우 적기 때문에 기판에 도달한 Al 원자는 충분한 화학반응을 할 수 없다. 즉, 질소가 부족한 AlN을 형성하게 되며, 이것은 XPS측정에서도 뚜렷하게 나타났다. 따라서 질소 원자의 부족으로 결정격자 내에 틈새가 발생하며, 여기에 원자 간의 힘이 작용하기 때문에 인장 잔류응력이 발생한다. 이 영역에서는 peening효과 보다 질소 원자가 부족한 것이 잔류응력에 크게 영향을 미친다.

높은 질소가스 압력 영역(PN > 0.6 Pa)에서는 질소 분자와의 충돌 및 산란으로 스퍼터링된 Al 원자의 운동에너지가 손실되기 때문에 peening효과에 따른 압축응력이 감소하고, 박막의 진응력(true stress)인 인장 잔류응력이 발생하였다고 판단된다. 높은 질소가스 압력 영역에서는 결정립 크기가 작고, 결정 사이에 틈새가 많이 존재하며, 이 틈새 효과로 인장 잔류응력이 발생하였다고 판단된다.⁵⁾

5.2. 타깃 전극 전환시간 의존성

5.2.1. c축 배향성 및 00･2 회절선 강도

타깃 전극의 (+), (-)를 수동으로 전환할 때, 양극에서 음극으로 전환되는 타깃 표면에 몇 초간 작은 불꽃이 발생하고, 그 주변에서 플라즈마가 흐트러지는 것이 확인되었다. 전극 전환시간이 짧은 영역(tSW ≤ 120 s)에서는 플라즈마가 흐트러지는 횟수가 많아지기 때문에 플라즈마가 기판 위에 증착된 막을 오염시키는 시간이 길어진다. 따라서 플라즈마 오염에 의해 제작된 박막의 c축 배향성은 우수하지 못할 것이라고 예측된다. 그러나 Fig. 4와 같이 전극 전환을 모터를 이용하여 순간적으로 실시하여 플라즈마 산란 시간을 단축하면 플라즈마 오염이 줄어들어 c축 배향성이 우수한 박막을 제작할 수 있었다. 그리고 전혀 전환하지 않은 경우(tSW=∞)나 2장의 타깃을 동시에 스퍼터링 하였을 때(tSW=∞^-)에는 시간이 경과함에 따라 가드 링이나 양극 타깃 표면에 AlN 박막이 증착되고, 전자산란에 의해서 플라즈마가 넓어져서 플라즈마 영역이 시료면을 덮어버리는 것이 관찰되었기 때문에 플라즈마 오염으로 인하여 c축 배향성이 악화되었다고 판단된다.

최대 회절강도는 c축 배향성이 우수할 때 높으며, 나쁜 경우에는 작아지는 경향이 나타났다. 본 실험에서 박막 두께는 거의 일정한 점으로부터 최대 회절강도는 기판면 법선 방향으로 c축이 일치하는 결정의 체적에 비례하므로, c축 배향성의 우수성은 최대 강도의 크기에 직접적으로 관련이 있다고 판단된다.

5.2.2. 잔류응력

Fig. 8과 같이 기판 온도 TS가 473 K, 전극 전환시간 tSW가 2 s, 질소가스 압력 PN이 0.3~0.8 Pa인 범위에서 peening효과에 의해 압축 잔류응력이 발생하지만, Fig. 9처럼 전환시간이 짧은 경우(tSW ≤ 120 s), 특히 전극 전환을 하지 않았을 때(tSW=∞)나 2개의 타깃을 동시에 스퍼터링하였을 때(tSW=∞^-)에 인장 잔류응력이 발생하였다. 후자의 경우, 제작된 박막의 c축 배향성은 나쁘며, 결정립계에 다수의 틈새가 존재한다. 따라서 틈새 효과로 인하여 인장 잔류응력이 발생하였다고 판단된다.⁵⁾

6. 결 론

본 연구는 전환식 평판형 마그네트론 스퍼터링 방법으로 글래스 기판 위에 증착된 AlN 박막의 결정 특성과 잔류응력을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

(1) 전환식 평판형 마그네트론 스퍼터링 방법으로 글래스 기판 위에 제작한 AlN 박막은 기판면의 법선 방향으로 c축이 우선배향된 결정구조를 나타내었다.

(2) c축 배향성은 낮은 질소가스 압력 조건에서 타깃 전극 전환시간이 짧을 때에 더 우수하다.

(3) 잔류응력은 아주 낮은 질소가스 압력 영역(PN ≦ 0.3 Pa)에서는 인장응력, 낮은 질소가스 압력 영역(0.3 < PN < 0.9 Pa)에서는 압축응력, 높은 질소가스 압력 영역(PN ≥ 0.9 Pa)에서는 인장응력으로 된다.

(4) 잔류응력은 전환시간이 짧을 때는 인장응력이 나타나고, 전환시간이 길어질수록 인장응력은 감소하며, 전환시간이 충분히 길 때(300~600 s)는 압축응력으로 된다.

(5) 2장의 타깃을 동시에 스퍼터링한 경우에 비하여 전환식 스퍼터링 방법을 이용하면 c축 배향성이 우수하고, 잔류응력이 작은 양질의 박막을 제작할 수 있다.