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XPS를 이용한 TiN / Cu의 Grain boundary diffusion 연구
임관용(Kwanyong Lim),이연승(Youn-Seoung Lee),정용덕(Yong-Duck Chung),이경민(Kyungmin Lee),황정남(Chung-Nam Whang),최범식(Bum-Sik Choi),원정연(Jeungyun Won),강희재(Hee-Jae Kang) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.2
TiN을 Cu의 확산방지막으로 사용하기 위해 많은 연구가 되어왔는데, 이 연구에서는 특히 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 이용하여 TiN박막에서의 Cu의 확산현상을 연구하였다. TiN 박막은 일반적으로 columnar grain을 형성하면서 성장을 하는데, 녹는점의 1/3에 해당하는 비교적 낮은 온도에서는 grain들의 경계를 따라 Cu가 확산함을 확인하였다. Atomic force microscopy(AFM)를 이용하여 grain의 모양을 관찰하였고, 이 grain boundary를 통한 확산 현상을 연구하기 위하여, modified surface accumulation method를 이용하였다. 연구 결과, TiN박막에서의 Cu의 grain boundary diffusion의 활성화 에너지 Q_b는 0.23 eV, Diffusivity D_(bo)는 5.5×10^(-12) ㎠/sec의 값을 얻었다. TiN has been investigated as a good candidate for a diffusion barrier of Cu. Therefore, in this study, the grain boundary diffusion of Cu in TiN film was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In general, TiN has a columnar grain structure. In the relatively lower temperature, less than 1/3 of the melting point, it was observed that Cu diffused into TiN mainly along the grain boundaries of TiN. The grain size of TiN was measured by atomic force microscope (AFM). In order to estimate the grain boundary diffusion constants, we used the modified surface accumulation method. The activation energy, Q_b was 0.23 eV, and the diffusivity, D_(bo) was 5.5×10^(-12) ㎠/sec.
Si 기판에서 원자층 화학 기상 증착법으로 제조된 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 및 ZrO<sub>2</sub> 유전 박막의 결정학적 특성 및 계면 구조 평가
김중정,양준모,임관용,조홍재,김원,박주철,이순영,김정선,김근홍,박대규,Kim, Joong-Jung,Yang, Jun-Mo,Lim, Kwan-Yong,Cho, Heung-Jae,Kim, Won,Park, Ju-Chul,Lee, Soun-Young,Kim, Jeong-Sun,Kim, Geun-Hong,Park, Dae-Gyu 한국재료학회 2003 한국재료학회지 Vol.13 No.8
Crystallographic characteristics and interfacial structures of $Al_2$$O_3$and $ZrO_2$dielectric films prepared by atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) were investigated at atomic scale by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)/electron energy-loss spectroscopy (EELS) coupled with a field-emission transmission electron microscope. The results obtained from cross-sectional and plan-view specimens showed that the $Al_2$$O_3$film was crystallized by annealing at a high temperature and its crystal system might be evaluated as either cubic or tetragonal phase. Whereas the $ZrO_2$film crystallized during deposition at a low temperature of ∼$300^{\circ}C$ was composed of both tetragonal and monoclinic phase. The interfacial thickness in both films was increased with the increased annealing temperature. Further, the interfacial structures of X$ZrO_2$$O_3$and $ZrO_2$films were discussed through analyses of EDS elemental maps and EELS spectra obtained from the annealed films, respectively.
이연승(Youn-Seoung Lee),임관용(Kwanyong Lim),정용덕(Young-Duck Chung),최범식(Bum-Sik Choi),황정남(Chung-Nam Whang) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.4
XPS를 이용하여 공기 중에 노출된 TiN 박막과 상온 증착된 Cu사이의 계면에서의 화학적 반응과 전자 구조적인 변화를 조사하였다. Ti(2p), O(1s), N(1s), Cu(2p) core-level과 Cu LMM Auger line의 spectrum을 보면, Cu의 증착두께가 증가하여도 peak의 위치 뿐만 아니라 line shape이 전혀 변화하지 않는다. 그리고 XPS에 의한 valence bands를 보아도 전혀 변화가 없다. 이것은 공기 중에 노출된 TiN 박막과 Cu 사이의 계면에서 Cu 화합물의 어떠한 형태도 존재하지 않을 뿐만 아니라 전자 구조적인 면에서도 전혀 변화가 없음을 의미한다. 계면에서 Cu가 화학적 반응을 일으키지 않는 것은 계면접합력을 나쁘게 하는 요인이 된다. 우리는 계면에서의 화학 반응 또는 전자구조의 변화에 대한 연구를 통하여 Cu와 TiN 박막의 계면접합력을 이해할 수 있었다. A chemical reaction and electronic structure change at the interface between copper and titanium nitride were investigated by XPS. A thin Cu layer was deposited on a TiN substrate oxidized by exposure to air at room temperature. We observed the Ti(2p), O(1s), N(1s), Cu(2p) core-level, and Cu LMM Auger line spectra. With increasing of the thickness of Cu layer, these spectra do not show any changes in the line shape as well as in peak position. In addition, the valence band spectra in XPS do not show any changes, which indicates that Cu does not react with Ti, N, and O. This inreactivity of Cu might cause a poor adhesion between Cu and TiN.
Reactive sputtering 방법으로 증착된 W nitride 박막의 특성
이연승,이원준,나사균,이윤직,임관용,황정남 한국진공학회 2002 Applied Science and Convergence Technology Vol.11 No.1
Reactive sputtering 방법으로 증착된 tungsten nitride ($(WN_x)$) 박막에 대해 $N_2$ 유량비 변화에 따르는 구조, 화학결합, 그리고 비저항 값의 변화를 조사하였다. $(WN_x)$ 박막 증착시 $N_2$ 유량비를 20%, 40%, 60%로 늘려감에 따라 그 구조는 각각 bcc $\beta$-W상, 비정질상, 그리고 fcc W$_2$N상으로 변화하였으며, 비정질상이 형성되었을 때 박막 표면이 가장 평탄하였다. $(WN_x)$ 박막이 공기 중에 노출된 경우, 모든 시료 표면에서 $WO_3$ 산화물이 형성되었으며, $N_2$유량비가 증가할수록 $(WN_x)$ 박막내 N의 조성비가 증가하였고, W $4f_{7/2}$ peak가 높은 binding energy 쪽으로 이동하였다. 하지만 시료표면을 $Ar^+$ 이온으로 etching한 후에는 WNx 박막 표면이 비정질화되기 때문에 N의 조성비가 변화함에도 불구하고 $W4f_{7/2}$ / peak가 거의 변화하지 않았다. 박막의 비저항 값은 $N_2$ 유량비가 증가함에 따라 증가하였다. We investigated the crystal structure, resistivity, and chemical states change of the tungsten nitride $(WN_x)$ films prepared by reactive sputtering method with various $N_2$ flow ratios. Crystal structures of $WN_x$ films deposited at the $N_2$ flow ratios of 20%, 40%, and 60% were bcc $\beta$-W, amorphous, and fcc $W_2$N, respectively. Surface roughness of $WN_x$ film was smallest when the $WN_x$ film is amorphous. After the air exposure of $WN_x$ films, $WO_3$ layer was formed at the surface of all samples. Both the nitrogen content of $WN_x$ film and the binding energy of W $4f_{7/2}$ peaks increased with increasing $N_2$ flow ratio. However, after $Ar^+$ ion etching, the shift of W $4f_{7/2}$ peaks was not observed with $N_2$ flow ratio due to the amorphization of the $WN_x$ film surface. The resistivity of $WN_x$ films increased with increasing $N_2$ flow ratio.