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100 keV O+ 이온 빔에 의한 SIMOX SOI의 Si - SiO₂계면 구조
김영필(Y. P. Kim),최시경(S. K. Choi),김현경(H. K. Kim),문대원(D. W. Moon) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.1
100 keV O^+ 이온 빔에 의해 형성된 separation by implanted oxygen(SIMOX) silicon on insulator (SOI)의 열처리 전후의 계면 구조를 high resolution transmission electron microscopy(HRTEM)을 이용하여 관찰하였다. 실리콘에 주입 온도 550℃에서 ~5×10^(17) ㎝-² O^+를 주입한 직후의 계면은 매우 거칠고 산화물 석출, stacking fault, coesite SiO₂상 석출물 등 여러 가지 형태의 결함들을 가지고 있었다. 반면, 이것을 1300℃에서 열처리한 후의 계면은 매우 편편하고 잘 정의된 계면으로 변하였다. 열처리후의 계면은 HRTEM을 통해서 3 keV O₂^+ 이온 빔에 의해 형성된 산화막 계면, 그리고 게이트 산화막으로 사용되는 ~6 ㎚ 열 산화막 계면과 비교하여 볼 때 비슷한 수준의 roughness를 보여 주었다. The Si-SiO₂ interface of silicon on insulator (SOI) formed by 100 keV O^+ was observed using high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), before and after annealing. The interface of as-implanted sample, ~5×10^(17) O^+ implanted at 550℃, was very rough and it has many defectsoxide precipitate, stacking fault, coesite SiO₂ etc. However, the interface became flat by high temperature annealing at 1300℃ for 4 hour. It′s roughness, observed by HRTEM, was comparable to the interface roughness of 3 keV O₂^+ ion beam oxide and ~6 ㎚ gate oxide formed by thermal oxidation.
표면 조성분석의 정량화를 위한 Pt - Co 합금박막 표준시료의 개발 및 공동분석
김경중(K. J. Kim),문대원(D. W. Moon),한명섭(M. S. Han),강희재(H. J. Kang),김준곤(J. K. Kim),한승희(S. H. Han),이중환(J. H. Lee),윤선진(S. J. Yun),신광수(K. S. Shin),김차연(C. Y. Kim),김태형(T. H. Kim),이동석(D. S. Lee),김영남(Y. N. Kim),최홍 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.3
Si 기판 위에 3종의 Pt-Co 합금박막 (Pt66-Co34, Pt40-Co60, Pt18-Co82)과 순수한 Pt, Co 박막 시료를 제작하여 표면 조성분석의 정량화 및 표준화를 위한 표준시료로 제안하였다. in-situ X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석에 의해 증착된 이원 합금박막의 조성이 정확히 조절되었으며, 합금박막의 실제 조성은 유도결합플라즈마-원자방출분광법 (inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy: ICP-AES)과 러더퍼드 후방산란분광법 (Rutherford back-scattering spectrometry: RBS)에 의해 결정되었다. in-situ XPS 결과와 ICP에 의한 조성을 비교한 결과 매질 효과를 고려하면 비교적 정확한 조성을 구할 수 있음이 확인되었다. 이 시료를 이용한 XPS와 Auger electron spectroscopy(AES)에 의한 국내 공동분석 결과는 약 4% 내외의 큰 편차를 보이고 있지만, 평균 조성 값은 약 1%의 오차 범위 내에서 두 방법에 의한 결과가 서로 잘 일치하였다. 이온빔 스퍼터링에 의해 Pt 조성이 증가된 표면층이 형성되어 정확한 조성분석을 위해서는 선택스퍼터링에 의한 표면 변형을 정량적으로 이해하여야 함을 알았다. Pure Pt, Co and their alloy thin films with three different compositions (Pt66-Co34, Pt40-Co60 and Pt18-Co82) were deposited on Si(100) wafers and proposed as a set of certified reference materials (CRM) for the quantification and standardization of surface compositional analysis. The compositions of the binary alloy thin films were controlled by in-situ XPS analyses and the certified compositions of the films have been determined by ICP-AES and RBS analyses after thin film growth. Through comparison of the compositions determined by in-situ XPS with those by ICP, relatively accurate compositions could be obtained with a matrix effect correction. Standard deviations of XPS and AES round robin tests with the Pt-Co alloy thin films were large up to about 4%. On the other hand, the average compositions of the Pt-Co alloy thin films by two methods were in a good agreement within 1 %. The formation of a Pt rich surface layer by ion beam sputtering indicates that the surface modification by preferential sputtering must be understood for a better compositional analysis.
김현경(H. K. Kim),문대원(D. W. Moon),김영필(Y. P. Kim),이재철(J. C. Lee),강희재(H. J. Kang) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.2
이온-고체 표면 사이의 상호작용에 관한 연구를 수행하기 위하여 중 에너지 이온산란 분광장치를 개발하였고 그 특성 평가를 수행하였다. 제작된 MEIS의 에너지 분해능은 4×10^(-3)으로 측정되었다. MEIS의 표면분석의 응용으로 60 keV H^+을 Ta₂O_5(300 Å)/Si에 적용하여 에너지 손실인자와 깊이 분해능을 얻은 결과는 42eV/Å와 9.7 Å이었다. 또한, Si(100) 표면에 97.5 keV H^+이온을 random 방향으로 입사시켜 이차윈 스펙트럼을 얻었다. A medium energy ion scattering spectroscopy(MEIS) system has been developed and tested. In the MEIS system a toroidal electrostatic energy analyzer(TEA) and a two dimensional position sensitive detector(PSD) were used. The energy resolution of MEIS system was estimated to be less than 4×10^(-3) and the overall angular resolution was less than 0.3°. From the MEIS spectrum of Ta₂O_5(300 Å) on Si analyzed using 60 keV H^+, the energy loss factor[S] and depth resolution were estimated to be 42 eV/Å and 9.7 Å, respectively. Also Si(100) surface was analyzed using the MEIS system. A random MEIS spectrum was obtained from the Si(100) covered with native oxide layers. At the double alignment condition, MEIS spectrum showed a Si surface peak, a oxygen peak and a carbon peak.
in - line XPS와 AFM을 이용한 유기물의 UV / ozone 건식세정과정 연구
이경우(K. W. Lee),황병철(B. C. Hwang),손동수(D. S. Son),천희곤(H. G. Chun),김경중(K. J. Kim),문대원(D. W. Moon),안강호(K. H. Ahn) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.3
본 실험에서는 실리콘 웨이퍼 위에 photoresist(PR)와 octadecyltrichlorosilane(OTS, CH₃(CH₂)_l7SiCl₃)를 입혀서 UV/ozone 처리를 하였을 때 어떻게 유기물질들이 UV/ozone과 반응하여, 어떻게 표면에서 제거되는지를 in-line으로 연결된 XPS로 분석하고 반응시킨 표면들의 거칠기(roughness)를 AFM을 이용하여 관찰하였다. 실험결과 상온에서 UV/ozone 처리를 했을 경우, PR과 OTS같은 유기물질이 표면에서 산화되는 것을 알 수 있었으나 이들이 제거되지 않고 표면에 그대로 남아있음을 알 수 있었다. 그러나 가열하면서(PR : 250℃, ORS : 100℃) UV/ozone 처리를 하였을 경우 표면에서 산화됨과 동시에 이들 산화물들이 표면에서 제거됨을 알 수 있었다. XPS 분석으로부터 이들의 산화 반응물은 PR과 OTS 모두 -CH₂- , -CH₂O- , =C=O, -COO-를 가지는 것으로 나타났으며, 열에너지에 의해서 이들이 표면에서 제거되는 것으로 나타났다. AFM 분석결과는 상온에서 UV/ozone 처리를 하였을 경우에 표면의 거칠기가 적은 반면, 가열하면서 UV/ozone 처리를 하였을 경우에는 표면의 거칠기가 다소 증가하였다. In this work, photoresist (PR) and octadecyltrichlorosilane (OTS, CH₃(CH₂)_17SiCl₃) on Si were removed by the UV/ozone cleaning method and the surfaces were analyzed byin-line XPS to study mechanisms how the organic films react with UV/ozone and removed from the surface. The surface topographic changes were also observed by AFM. UV/ozone treatments of PR and OTS films at room temperature resulted in the oxidation of the organic surface contaminants, which remained on the surface of the silicon substrates at room temperature. The PR and OTS were oxidized and desorbed very rapidly by UV/ozone treatment at 100℃ and 200~250℃, respectively. From the XPS analyses, it was found that PR and OTS were oxidized to compounds having -CH₂-, -CH₂O-, =C=O, -COO- and desorbed from the surface upon heating. Thd AFM results showed that the UV/ozone treatments of PR and OTS at room temperature did not increase the surface roughness, but the surface roughness was increased at the higher temperature(PR : 250℃, OTS : 100℃).
이온빔 스퍼터링 방법으로 증착한 NiFe/Ag 박막의 확산 거동
지재범(J. B. Ji),이성래(S. R. Lee),문대원(D. W. Moon) 한국표면공학회 2001 한국표면공학회지 Vol.34 No.2
We have studied diffusion behavior of NiFe/Ag bilayer deposited by on silicon Ion Beam Sputtering methods. The diffusion behavior of NiFe and Ag in NiFe/Ag thin film is analyzed by Medium Energy Ion Scattering Spectroscopy. For samples without Ta underlayer, silicides such as Ni-Si or Fe-Si were formed at Si substrate and NiFe interface. In contrast, Ag predominantly diffused into the NiFe layer probably through their grain boundaries for Ta underlavered samples.
UV - excited chlorine radical을 이용한 실리콘 웨이퍼상의 금속 오염물의 건식세정에 관한 연구
손동수(D. S. Son),황병철(B. C. Hwang),조동율(T. Y. Cho),천희곤(H. G. Chun),김경중(K. J. Kim),문대원(D. W. Moon),구경완(K. W. Koo) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.1
본 연구에서는 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는 미량의 Zn, Fe, Ti 금속 오염물들이 UV-excited chlorine radical을 이용한 건식세정 방법으로 제거되는 반응과정을 찾아내고자 하였다. 실리콘 웨이퍼 상에 진공증착법으로 원형패턴이 있는 Zn, Fe, Ti 박막을 증착시켜 상온 및 200℃에서 UV/Cl₂ 세정하였을 때, 염소 래디컬 (Cl*)이 Fe, Zn, Ti와 반응하여 제거되는 것을 반응 전후 광학현미경과 SEM을 통해 표면 형상 변화을 관찰하였고, in-line으로 연결된 XPS를 통해서 반응 후 웨이퍼 표면에 남아있는 화합물의 화학적 결합상태를 관찰하였으며, UV/Cl₂ 세정 후 실리콘 기판이 손상받는 정도를 알기 위해 AFM으로 표면 거칠기를 측정하였다. 광학현미경과 SEM의 분석 결과에 의하면 Zn와 Fe는 쉽게 제기되는 반면 염화물을 형성하기 보다는 휘발성이 적은 산화물을 형성하는 경향이 강한 Ti은 약간만 제거되는 것을 확인하였다. XPS 분석을 통해서 이들 금속 오염물들이 chlorine radical과 반응하여 웨이퍼 표면에 금속 염화물을 형성하고 있는 것을 확인하였고, UV/Cl₂ 세정처리를 하였을 때 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기가 약간 증가하는 것을 알 수 있었다. 지금까지의 결과를 통해 볼 때, 습식세정과 UV/Cl₂ 건식세정을 병행하면 플라즈마 및 레이저를 사용하는 다른 건식세정 방법에 비하여 보다 저온에서 실리콘 기판의 큰 손상 없이 비교적 용이하게 금속 오염물을 제거할 수 있음을 제안하였다. The reaction mechanisms of dry cleaning with UV-excited chlorine radical for Zn, Fe and Ti trace contaminants on the Si wafer have been studied by SEM, AFM and XPS analyses in this work. The patterned Zn, Fe and Ti films were deposited on the Si wafer surface by thermal evaporation and changes in the surface morphology after dry cleaning with Cl₂ and UV/Cl₂ at 200℃ were studied by optical mocroscopy and SEM. In addition, changes in the surface roughness of Si wafer with the cleaning was observed by AFM. The chemical bonding states of the Zn, Fe and Ti deposited silicon surface were observed with in-line XPS analysis. Zn and Fe were easily cleaned in the form of volatile zinc-chloride and iron-chloride as verified by the surface morphology changes. Ti which forms involatile oxides was not easily removed at room temperature but was slightly removed by UV/Cl₂ at elevated temperature of 200℃. It was also found that the surface roughness of the Si wafer increased after Cl₂ and UV/Cl₂ cleaning. Therefore, the metallic contaminants on the Si wafer can be easily removed at lower temperature without surface damage by a continuous process using wet cleaning followed by UV/Cl₂ dry cleaning.