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ULSI 확산억제막으로 적합한 Ti-Si-N의 조성 범위에 관한 연구
박상기,강봉주,양희정,이원희,이은구,김희재,이재갑 한국진공학회 2001 Applied Science and Convergence Technology Vol.10 No.3
Ti-Si-N films obtained by using RF reactive sputtering of targets with various Ti/Si ratios in a $N_2(Ar+N_2)$ gas mixture have been investigated in terms of films resistivity and diffusion barrier performance. The chemical bonding state of Si in the Ti-Si-N film which contained a higher Si content was in the form of amorphous $Si_3N_4$, producing increased film resistivity with increased $N_2$flow rate. Lowering the Si content in the deposited Ti-Si-N film favored the formation of crystalline TiN even at low $N_2$flow rates, and leads to low film resistivity. In addition increasing the N content led to Ti-Si-N films having a higher density and compressive stress, suggesting that the N content in the films appear to be one of the most important factors affecting the diffusion barrier characteristics. Consequently, we proposed the optimum composition in the range of 29~49 at.% of Ti, 6~20 at.% of Si, and 45~55 at.% of N for the Ti-Si-N films having both low resistivity and excellent diffusion barrier performance. Radio frequency magnetron sputtering방법으로 타켈의 Ti/si 조성과 $N_2$ 유량을 변화시켜 증착한 다양한 조성비의 Ti-Si-N 박막의 비저항 변화와 확산방지능력을 조사하였다. 높은 Si 함량을 포함한 Ti-Si-N박막내의 Si은 주로 비정질의 $Si_3N_4$ 형태로 존재하였으며 $N_2$의 양이 증가함에 따라 비저항도 증가하였다. 반면, 낮은 Si 함량을 포함한 Ti-Si-N박막은 낮은 $N_2$ 유량에서도 결정질의 TiN이 형성되었고 낮은 비저항을 나타내었다. 또한, 박막내의 N의 양이 증가함에 따라, 높은 박막의 밀도와 압축응력을 갖는 Ti-Si-N이 형성되었으며, 이는 박막 내의 N의 함량이 확산방지능력에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나로 판단된다. 결과적으로, 29~49 at.%, Ti, 6~20 at.% Si, 45~55 at.% N 범위의 조성을 갖는 Ti-Si-N박막이 우수한 확산 억제 능력을 보유하면서 또한 낮은 비저항 특성을 나타내는데 적합한 조성 범위로 나타났다.
Ti/Si의 조성비율이 다른 타겟을 이용한 sputtered Ti-Si-N 박막의 증착특성 연구
박상기,강봉주,양희정,이원희,이은구,김희재,이재갑,Park, Sang-Gi,Kang, Bong-Joo,Yang, Hee-Jeong,Lee, Won-Hee,Lee, Eun-Goo,Kim, Hee-Jae,Lee, Jae-Gap 한국재료학회 2001 한국재료학회지 Vol.11 No.7
Ti과 Si의 비가 서로 다른 종류의 타 을 $Ar/N_2$의 혼합기체를 사용하여 rf magnetron sputtering방법으로 증착된 Ti-Si-N박막의 증착특성에 대해 연구하였다. Ti-Si-N박막의 조성과 증착률은 각 타 Ti/Si의 비율과 증착시의 질소기체의 유량에 따라 크게 변하였다. 이것은 Ti과 Si의 nitriding 정도의 차이로 인한 서로 다른 sputter yield에 의한 것으로 나타났다. Si이 비교적 적게 포함된 Ti-Si-N박막은 증착시부터 박막내 TiN의 결정화가 일어났으며, 낮은 비저항을 나타내었다. N의 함량의 증가는 박막의 밀도와 압축응력을 증가시켜 Ti-Si-N박막의 확산방지 능력에 큰 영향을 미치는 인자로 나타났다. 본 연구에서 $N_2$의 유략과 타 의 Ti/Si비율을 조절함으로써 효율적인 확산방지막인 Ti-Si-N 박막의 공정조건을 확립할 수 있었다. 박막의 공정조건을 확립할 수 있었다. We have investigated the deposition characteristics of Ti-Si-N films obtained by rf magnetron sputtering with ratios of Ti/Si targets in an $Ar/N_2$ gas mixture. The growth rate and stoichiometry dependence of the Ti-Si-N films on the ratio of Ti/Si and $N_2$ flow rate ratio were found to be due to the different nitriding rate of Ti and Si targets. Additionally, their different sputtering yield of nitrified Ti and Si make a reason as well. Lowering Si content in the film favored the formation of crystalline TiN, leading to the low resistivity. Increasing N content led to the Ti-Si-N films having a higher density and compressive stress, suggesting that the N content in the film is one of the most important factors determining the diffusion barrier characteristics. In the current work, the optimum process conditions for the formation of efficient diffusion barrier of Ti-Si-N film has successfully obtained by manipulating the Ti/Si ratio of target and $N_2$ flow rate ratio.
박상기 대한전기학회 1993 전기의 세계 Vol.42 No.5
765KV 송전전압 격상사업이 국내 기술의 주도로 성공적으로 완료되면 고전압 분야의 기술 수준을 한단계 높이는 계기가 될것으로 믿어 의심치 않으며 또한 국내 중전기 기기 제작분야의 기술 능력이 고도화 되므로 국제간의 경쟁력이 크게 향상될 것으로 기대한다. 이러한 국제 경쟁력 향상은 전력수요의 성장이 크게 예상되는 주변의 북방 국가 또는 개발 도상국의 전력 산업계에서 한국의 역활이 증대되는데 기여하게 될 것이라 확신한다.
플라즈마 공정 변수가 $TiO_{2\pm}{\delta}$ 박막 형성에 미치는 영향
박상기,강봉주,이원희,이재갑,Park, Sang-Gi,Gang, Bong-Ju,Lee, Won-Hui,Lee, Jae-Gap 한국재료학회 2000 한국재료학회지 Vol.10 No.11
$TEMAT/H_2$플라즈마를 이용하여 $TiO_{2\pm}{\delta}$를 증착하였다. Power를 300W에서 500W로 증가시켜 고 밀도 플라즈마를 형성시킨 경우에는 Ti 함유량이 크게 증가하였고, 무시할 정도의 C, N이 함유되었다. 기판에 bias를 가한 경우에도 Ti 양이 증가되면서, 증착률이 크게 증가되었다. 또한 매우 적은 양의 $H_2O(~10^{-4}Torr)$는 TEAMT[tetrakis (ethylmethylamido) titanium] 분해를 효율적으로 이루어 주어 C, N의 양을 크게 감소시키면서 $TiO_2$에 요구되는 충분한 O을 제공하였다. 결과적으로 플라즈마 반응에 의하여 생성된 Ti 양이온이 TiOx 박막형성에 주요한 기여를 하고 있으며, 고 밀도 플라즈마의 사용은 Ti 양이온 생성을 크게 증가시켜 주고, 분위기 중에 존재하는 미량의 수분이 TEMAT 분해 효율성을 크게 하여 $TiO_2$박막증착을 이루고 있다. Plasma enhanced chemical vapor deposition of $TiO_{2$\pm}{\delta}$ has been carried out using TEMAT [tetrakis(ethylmethylamido) titanium] and $H_2$. Increasing the power from 300 W to 500 W produced the high density plasma, leading to the formation of TiO$_2$films with an increased ratio of Ti to O and a negligible amount of C and N. Applying the bias of 30W to the substrate in creased the growth rate of the film with a slightly increased content of Ti in the film. In addition, $H_2O$ was from either the residual gas in the gase pressure or $H_2(/He)$ gas and actively participated in the formation of $TiO_2$ films. Consequently, Ti ions created in the plasma could be a main contributor to $TiO_2$ formation with a slight amount of $H_2O(~10^{-4}Toor)$ in the ambient, which provided the dissociation of TEMAT.