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G.MEK의 특허 기술 소개
백금(Pt) 박막
(1) 결정립 성장 방향 제어 기술
스퍼터링 방법으로 백금(Pt) 박막을 증착하면, 일반적으로 FCC 구조에서 가장 낮은 표면 에너지를 갖는 (111)결정면이 기판 표면에 평행하게 배열되며 성장하며 이를 재료공학에서는 (111) 우선 배향성을 갖고 성장한 박막이라 부릅니다. 특별한 목적으로 백금 박막을 (111) 결정면이 아닌 다른 결정면, 예를 들면 (200) 결정면을 우선 성장시키기 위해서는 백금의 (100) 결정면의 격자상수와 매우 비슷한 (100) MgO 단결정을 기판으로 사용하여 증착하거나 Si 기판에 (100)방향으로 크게 우선 배향된 MgO 박막 기판을 사용하여 증착합니다. 하지만 이러한 방법은 비교적 가격이 비싼 MgO 단결정 기판을 사용하거나, (100)방향으로 우선 배향된 MgO 박막을 별도로 증착해야 하는 단점이 있습니다. 지멕㈜은 자사만의 독특한 방법을 사용하여 Si 기판을 포함하여 어떤 기판에서도 (111), (200) 및 (311)방향으로 크게 우선 배향된 백금 박막을 증착할 수 있는 기술을 보유하고 있어 고객의 실험 목적과 요구사항에 맞춰 대응해 드립니다.
(2) 결정립 미세구조 제어 기술
박막의 결정립 미세구조는 디바이스의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 백금 박막의 결정립 미세구조를 제어하는 것은 매우 중요합니다. 당사는 백금 박막 결정립의 미세구조를 일반적인 입상 구조(Granular structure)에서부터 기둥 구조(Columnar structure) 및 각진 구조 (Faceted grain structure)에 이르기까지 넓은 범위에서 조절할 수 있어 고객의 다양한 요구에 대응해 드릴 수 있습니다.
(3) 높은 열적 안정성 확보
백금 박막은 고유전체 (ex; BaTiO3, SrTiO3)나 강유전체 (ex: PbTiO3, PbZrTiO3)의 전극물질로 흔히 사용됩니다. 이러한 고유전체 및 강유전체는 높은 유전율 또는 높은 강유전 및 압전 특성을 얻기 위해 보통 650℃ 이상의 고온, 산소분위기에서 열처리를 하게 되며 이 과정에서 하부 백금 전극이 기판에서 들고 일어 나거나 심각한 구조변화를 겪으면서 이 위에 성막된 고유전체 또는 강유전체의 물성을 현저하게 저하시키는 불량을 종종 일으킵니다. 당사는 15년 이상 Pt 전극을 이용한 고유전체 및 강유전체 소자를 연구 개발하면서 획득한 독자적인 백금 박막 증착 기술로 고온에서도 열적으로 안정된 백금 전극 기판 (ex: Pt/Ti/SiO2/Si, Pt/TiO2/SiO2/Si)을 제공하고 있습니다.
(4) 거대 결정립 성장 기술 (Giant Grain(GG) Technology)
당사는 백금 박막의 결정립 크기를 서브 마이크론 (sub-micron)부터 수십 마이크론에 이르기까지 변화시킬 수 있습니다. 또한 미국 특허로 등록된 당사만의 독특한 거대 결정립 성장 기술을 이용하면 수 mm 크기의 거대 결정립(Giant grain)으로 이루어진 백금 박막도 제작할 수 있습니다. GG Pt 박막 역시 (111), (200) 또는 (220) 방향으로 박막의 우선 배향성을 제어할 수 있으며, 이와 같이 특정한 결정 방향으로 성장된 거대 결정립으로 이루어진 백금 박막을 이용하면 이 위에 기능성 박막을 에피텍셜 성장(epitaxial growth) 시키거나 온도센서 및 MEMS 소자를 제작하는데 활용할 수 있습니다.
이러한 GG Pt 박막은 스퍼터링 공정용 아르곤(Ar) 가스에 일정량의 산소(O2)를 혼입시켜 PtO 박막을 증착한 다음, 후열처리를 통해 거대 결정립 성장을 유도합니다
아래는 6인치 웨이퍼에 제조된 GG Pt 박막에 대해서 X-선 회절 분석 및 EBSD 분석을 실시한 결과입니다. 결정립의 평균입경이 수백 m 크기에 달하는 GG Pt 박막이 (111) 방향으로 크게 우선 배향되었음을 볼 수 있습니다.
GG Pt 박막 기술을 이용하면 아래 광학 현미경 사진에서 볼 수 있는 것처럼 매우 넓은 전극 면적에서 거의 단결정에 가까운 수준의 단일 결정립 Pt 박막 전극을 제조할 수 있습니다. 이 것을 하부 전극으로 사용하여 이 위에 여러 가지 기능성 박막을 다양한 방법으로 증착해 보면, 기능성 박막의 에피텍셜 성장(epitaxial growth)도 가능할 것으로 기대됩니다.
저희 회사는 당사 특허 기술인 GG Pt 기술을 이용하여 특성이 매우 우수한 박막형 Pt RTD 온도센서 및 온도센서 일체형 TC 웨이퍼를 개발하였으며, 현재 사업화를 위한 상용화 연구를 진행하고 있습니다.
