In this study, effect of nitrogen volume in the shielding gas of Ar-$N_2$ mixing gas on the bead shape, hardness and microstructure of GTA welds of 3mm thick Commercial Pure Ti was investigated. As the nitrogen volume increased, the welding current for full penetration was reduced and hardness in the fusion zone significantly increased compared with that of the base metal, but there is no difference in the hardness of HAZ. Microstructure in the fusion zone with pure Ar gas changed from equiaxed alpha of the base metal to serrated alpha. On the other hand, microstructure using Ar-$N_2$ mixing gas changed to acicular alpha. With the increasing of nitrogen content, the amount of acicular alpha increased and the size of that was fine.
We investigated the dry-etching mechanism of the TiN thin film using a $Cl_2$/Ar inductively coupled plasma system. To understand the effect of the $Cl_2$/Ar gas mixing ratio, we etched the TiN thin film by varying $Cl_2$/Ar gas mixing ratio. When the gas mixing ratio was 100% $Cl_2$, the highest etch rate was obtained. The chemical reaction on the surface was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine etched profiles of the TiN thin film.
This study described the effects of RF power, DC bias voltage, chamber pressure and gas mixing ratio on the etch rates of TiN thin film and selectivity of TiN thin film to $SiO_2$ with $BCl_3$/Ar gas mixture. When the gas mixing ratio was $BCl_3$(20%)/Ar(80%) with other conditions were fixed, the maximum etch rate of TiN thin film was 170.6 nm/min. When the DC bias voltage increased from -50 V to -200 V, the etch rate of TiN thin film increased from 15 nm/min to 452 nm/min. As the RF power increased and chamber pressure decreased, the etch rate of TiN thin film showed an increasing tendency. When the gas mixing ratio was $BCl_3$(20%)/Ar(80%) under others conditions were fixed, the intensity of optical emission spectra from radical or ion such as Ar(750.4 nm), $Cl^+$(481.9 nm) and $Cl^{2+}$(460.8 nm) was highest. The TiN thin film was effectively removed by the chemically assisted physical etching in $BCl_3$/Ar ICP plasma.
대체 소화제로 사용되는 불활성 기체 중 Ar, $N_2$, $CO_2$에 대한 혼합물에서의 물성(포화압력, 밀도, 점도)에 관한 실험식을 구하였다. Mixing rule에 의해 계산한 값을 이용하여 다항식 등의 회귀분석에 의해서 실험식을 얻었다. 포화압력은 온도에 대하여 1차 실험식으로 표시하였다. 압축인자와 포화압력을 이용하여 온도에 대한 밀도에 관한 실험식을 제시하였다. 점도는 온도에 대한 지수함수로 표시하였다. Ar, $N_2$, $CO_2$혼합물의 조성이 40/50/10(mol. %)에서 열역학적 실험식을 구하였다.
In this study, the plasma etching of the TaN thin film with $O_2/BCl_3$/Ar gas chemistries was investigated. The equipment for the etching was an inductively coupled plasma (ICP) system. The etch rate of the TaN thin film and the selectivity of TaN to $SiO_2$ and PR was studied as a function of the process parameters, including the amount of $O_2$ added, an RF power, a DC-bias voltage and the process pressure. When the gas mixing ratio was $O_2$(3 sccm)/$BCl_3$(6 sccm)/Ar(14 sccm), with the other conditions fixed, the highest etch rate was obtained. As the RF power and the dc-bias voltage were increased, the etch rate of the TaN thin film was increased. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to investigate the chemical states of the surface of the TaN thin film.
In this study, we used a inductively coupled plasma (ICP) source for etching $Al_2O_3$ thin films because of its high plasma density, low process pressure and easy control bias power. $Al_2O_3$ thin films were etched using $Cl_2/BCl_3$, $N_2/Cl_2/BCl_3$, and Ar/$Cl_2/BCl_3$ plasma. The experiments were carried out measuring the etch rates and the selectivities of $Al_2O_3$ to $SiO_2$ as a function of gas mixing ratio, rf power, and chamber pressure. When $Cl_2$ 50% was added to $Cl_2/BCl_3$ plasma, the etch rate of the $Al_2O_3$ films was 118 nm/min. We also investigated the effect of gas addition. In case of $N_2$ addition, the etch rate of the $Al_2O_3$ films decreased while $N_2$ was added into $Cl_2/BCl_3$ plasma. However, the etch rate increased slightly as Ar added into $Cl_2/BCl_3$ plasma, and then further increase of Ar decreased the etch rate. The maximum etch rate was 130 nm/min at Ar 20% in $Cl_2/BCl_3$ plasma, and the highest etch selectivity was 0.81 in $N_2$ 20% in $Cl_2/BCl_3$ plasma. And, we obtained the results that the etch rate increases as rf power increases and chamber pressure decreases. The characteristics of the plasmas were estimated using optical emission spectroscopy (OES).
Dimension of a transistor has rapidly shrunk to increase the speed of device and to reduce the power consumption. However, it is accompanied with several problems like direct tunneling through the gate dioxide layer and low conductivity characteristic of poly-Si gate in nano-region. To cover these faults, study of new materials is urgently needed. Recently, high dielectric materials like $Al_2O_3$, $ZrO_2$, and $HfO_2$ are being studied for equivalent oxide thickness (EOT). However, poly-Si gate is not compatible with high-k materials for gate-insulator. Poly Si gate with high-k material has some problems such as gate depletion and dopant penetration problems. Therefore, new gate structure or materials that are compatible with high-k materials are also needed. TiN for metal/high-k gate stack is conductive enough to allow a good electrical connection and compatible with high-k materials. According to this trend, the study on dry etching of TiN for metal/high-k gate stack is needed. In this study, the investigations of the TiN etching characteristics were carried out using the inductively coupled $BCl_3$-based plasma system and adding $Cl_2$ gas. Dry etching of the TiN was studied by varying the etching parameters including $BCl_3$/Ar gas mixing ratio, RF power, DC-bias voltage to substrate, and $Cl_2$ gas addition. The plasmas were characterized by optical emission spectroscopy analysis. Scanning electron microscopy was used to investigate the etching profile.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제12권4호
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pp.144-147
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2011
In this work, we present a study regarding the etching characteristics on titanium nitride (TiN) thin films using an inductively coupled plasma system. The TiN thin film was etched using a $N_2/BCl_3$/Ar plasma. The studied etching parameters were the gas mixing ratio, the radio frequency (RF) power, the direct current (DC)-bias voltages, and the process pressures. The baseline conditions were as follows: RF power = 500 W, DC-bias voltage = -150 V, substrate temperature = $40^{\circ}C$, and process pressure = 15 mTorr. The maximum etch rate and the selectivity of the TiN to the $SiO_2$ thin film were 62.38 nm/min and 5.7, respectively. The X-ray photoelectron spectroscopy results showed no accumulation of etching byproducts from the etched surface of the TiN thin film. Based on the experimental results, the etched TiN thin film was obtained by the chemical etching found in the reactive ion etching mechanism.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제14권2호
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pp.67-70
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2013
In this study, we changed the input parameters (gas mixing ratio, RF power, DC bias voltage, and process pressure), and then monitored the effect on TiN etch rate and selectivity with $SiO_2$. When the RF power, DC-bias voltage, and process pressure were fixed at 700 W, - 150 V, and 15 mTorr, the etch rate of TiN increased with increasing $CF_4$ content from 0 to 20 % in $CF_4$/Ar plasma. The TiN etch rate reached maximum at 20% $CF_4$ addition. As RF power, DC bias voltage, and process pressure increased, all ranges of etch rates for TiN thin films showed increasing trends. The analysis of x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was carried out to investigate the chemical reactions between the surfaces of TiN and etch species. Based on experimental data, ion-assisted chemical etching was proposed as the main etch mechanism for TiN thin films in $CF_4$/Ar plasma.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권1호
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pp.6-9
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2012
In this study, we carried out an investigation of the etching characteristics (etch rate, selectivity to $SiO_2$) of ZnO thin films in $N_2/Cl_2$/Ar inductivity coupled plasma. A maximum etch rate and selectivity of 108.8 nm/min and, 3.21, respectively, was obtained for ZnO thin film at a $N_2/Cl_2$/Ar gas mixing ratio of 15:16:4 sccm. The plasmas were characterized by optical emission spectroscopy. The x-ray photoelectron spectroscopy analysis showed the efficient destruction of oxide bonds by ion bombardment. An accumulation of low volatile reaction products on the etched surface was also shown. Based on this data, an ion-assisted chemical reaction is proposed as the main etch mechanism for plasmas containing $Cl_2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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