Characteristics of tungsten nitride films deposited by reactive sputtering method

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.

Reactive sputtering 방법으로 증착된 W nitride 박막의 특성

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.