• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2004.11a
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• pp.195-198
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• 2004

실리콘 산화막 위에 구리 확산 방지막으로서 W-N 박막을 $NH_3$ 펄스 플라즈마를 이용한 원자층 증착방법으로 형성하였다. 플라즈마 원자층 증착방법 (PPALD)은 일반적인 원자층 증착방법(ALD)의 성장 기구를 그대로 따라 간다. 그러나 일반적인 ALD 방법에 의해 증착한 W-N 박막에 비해 PPALD 방법으로 증착한 W-N 박막은 F 함유량과 비저항이 감소하였고 열적 안정성에 대한 특성도 향상되었다. 또한 $WF_6$ 가스는 실리콘 산화막과 반응을 하지 않기 때문에 $WF_6$ 가스와 $NH_3$ 가스를 사용해서 ALD 증착방법으로 실리콘 산화막 위에 W-N 박막을 증착하기 어려운 문제점(8,9)을 $NH_3$ 반응종으로 실리콘 산화막 표면을 먼저 변형시켜 $WF_6$ 가스가 산화막과 반응을 할 수 있게 함으로써 ALD 방법으로 W-N 박막을 실리콘 산화막 위에 증착 할 수 있었다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.72-72
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• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.25 no.4
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• pp.75-81
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• 2018

The effect of $Ar-N_2$ plasma treatment on Cu surface as one of solutions to realize reliable Cu-Cu wafer bonding was investigated. Structural characteristic of $Ar-N_2$ plasma treated Cu surface were analyzed using X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscope. Ar gas was used for a plasma ignition and to activate Cu surface by ion bombardment, and $N_2$ gas was used to protect the Cu surface from contamination such as -O or -OH by forming a passivation layer. The Cu specimen under high Ar partial pressure plasma treatment showed more copper oxide due to the activation on Cu surface, while Cu surface after high $N_2$ gas partial pressure plasma treatment showed less copper oxide due to the formation of Cu-N or Cu-O-N passivation layer. It was confirmed that nitrogen plasma can prohibit Cu-O formation on Cu surface, but nitrogen partial pressure in the $Ar-N_2$ plasma should be optimized for the formation of nitrogen passivation layer on the entire surface of Cu wafer.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.5
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• pp.361-366
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• 2001

It is difficult to obtain high Cu nucleation density and continuous Cu films in Cu-MOCVD without cleaning the TiN substrate prior to Cu deposition. In this study effects of plasma precleaning on the Cu nucleation density were investigated using SEM, XPS, AES, AFM analyses. Direct plasma pretreatment is much more effective than remote plasma pretreatment in enhancing Cu nucleation. Cleaning effects are enhanced with increasing the rf-power and the plasma exposure time in hydrogen plasma pretreatment. The mechanism through which Cu nucleation is enhanced by plasma pretreatment is as follows: Hydrogen ion\ulcorner in the hydrogen plasma react with TiN to form Ti and $NH_3$ Cu nucleation is easier on the Ti substrate than TiN substrate.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.3
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• pp.200-204
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• 2011

In this paper, we deposited the tungsten carbon nitride (W-C-N; nitrogen gas flow of 2 sccm) and tungsten carbon (W-C) thin film on silicon substrate using rf magnetron sputter. Then the thin films annealed at $800^{\circ}C$ during 30 minute ($N_2$ gas ambient) for thermal damage. Nano-indenter was executed 16 points on thin film surface to measure the thermal stability, and we also propose the elastic modulus and the Weibull distribution, respectively. This nanotribology method provides statistically reliable information. From these results, the W-C-N thin film included nitrogen gas flow is more stable for film uniformities, physical properties and crystallinities than that of not included nitrogen gas flow.

• Composites Research
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• v.36 no.5
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• pp.377-382
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• 2023

To enhance the performance of graphene-based devices, it is of great importance to better understand the interfacial interaction of graphene with its underlying substrates. In this study, the adhesion energy of monolayer graphene placed on dielectric substrates was characterized using mode I fracture tests. Large-area monolayer graphene was synthesized on copper foil using chemical vapor deposition (CVD) with methane and hydrogen. The synthesized graphene was placed on target dielectric substrates using polymer-assisted wet transfer technique. The monolayer graphene placed on a substrate was mechanically delaminated from the dielectric substrate by mode I fracture tests using double cantilever beam configuration. The obtained force-displacement curves were analyzed to estimate the adhesion energies, showing 1.13 ± 0.12 J/m² for silicon dioxide and 2.90 ± 0.08 J/m² for silicon nitride. This work provides the quantitative measurement of the interfacial interactions of CVD-grown graphene with dielectric substrates.