In this study, as Cu diffusion barrier, tantalum nitrides were successfully deposited on Si(100) substrate and $SiO_2$ by plasma assisted atomic layer deposition(PAALD) and thermal ALD, using pentakis (ethylmethlyamino) tantalum (PEMAT) and NH$_3$ as precursors. The TaN films were deposited at $250^{\circ}C$ by both method. The growth rates of TaN films were 0.8${\AA}$/cycle for PAALD and 0.75${\AA}$/cycle for thermal ALD. TaN films by PAALD showed good surface morphology and excellent step coverage for the trench with an aspect ratio of h/w -1.8:0.12 mm but TaN films by thermal ALD showed bad step coverage for the same trench. The density for PAALD TaN was 11g/cmand one for thermal ALD TaN was 8.3g/$cm^3$. TaN films had 3 atomic % carbon impurity and 4 atomic % oxygen impurity for PAALD and 12 atomic % carbon impurity and 9 atomic % oxygen impurity for thermal ALD. The barrier failure for Cu(200 nm)/TaN(10 nm)/$SiO_2$(85 nm)/ Si structure was shown at temperature above $700^{\circ}C$ by XRD, Cu etch pit analysis.
고 포화자속밀도를 갖는 Fe미세결정 박막의 자기특성 및 미세구조에 미치는 첨가원소의 영향을 조사하였다. Mo 첨가 박막의 경우, $Fe_{2}Mo$, $Fe_{4}N$, $Fe_{3-2}N$상의 생성으로 연자기 특성이 발현되지 않았다. Ta첨가 박막의 경우, 미세한 TaN, TaC 상이 석출하여 $\alpha$-Fe 결정립을 효과적으로 미세화 시켰으며 Fe 질화물의 생성도 억제되었다. 이에 따라 우수한 연자기 특성이 발현되었으며 FeTaN계 박막은 4000, FeTaC 박막은 2700의 높은 투자율을 나타내었다.
Cu는 AI보다 비저항이 더 낮고, 일렉트로마이그레이션 내성이 더 강하기 때문에 AI을 대체하여 사용될 새로운 상부배선 재료로 널리 연구되고 있다. 그러나 Cu는 SiO$_{2}$층을 통해 Si기판 속으로 확산하는 것과 같은 열적불안정성을 갖고 있으므로 Cu 배선을 위해서는 barrier금속을 함께 사용해야 한다. 지금까지 알려진 가장 우수한 재료는 TaSi$_{x}$N$_{y}$이다. Tasi$_{x}$N$_{y}$는 90$0^{\circ}C$에서 불량이 발생하는 것으로 보고된 바 있으나, 그것의 barrier특성과 관련하여 확인하고 또 새로 조사되어야 할 내용들이 많이 있다. 본 연구에서는 반응성 스퍼터링 테크닉을 사용하여 (100)Si 웨이퍼상에 TaSi$_{x}$N$_{y}$막을 증착하고, Cu에 대한 barrier재료로서 반드시 갖추어야 할 열적 안정성을 면저항의측정, X선 회절 및 AES 깊이분석 등에 의하여 조사하였다. 스퍼터링 공정에서 N$_{2}$/Ar기체의 유량비가 15%일때 열적 안정성이 가장 우수한 TaSi$_{x}$N$_{y}$막이 얻어졌다. Ta와 TaN은 각각 $600^{\circ}C$와 $650^{\circ}C$에서 불량이 발생하는 반면, TaSi$_{x}$N$_{y}$는 90$0^{\circ}C$에서 불량이 발생하였다. TaSi$_{x}$N$_{y}$의 불량기구는 다음과 같다:Cu는 TaSi$_{x}$N$_{y}$막을 통과하여 TaSi$_{x}$N$_{y}$/Si계면으로 이동한 다음 Si기판내의 Si원자들과 반응한다. 그 결과 TaSi$_{x}$N$_{y}$Si가 생성된다.
$CCl_4$속에서 티오아세트산아미드(TA)와 몇가지 아미드(N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMA) and N,N-dimethylpropionamide (DMP)) 사이의 수소결합이 TA의 N-C(S) 결합 주위의 부자유 회전에 미치는 영향을 nmr 분광학적인 방법으로 연구하였다. $CCl_4$분율이 증가할 때 TA의 $NH_2$기의 양성자 nmr 스펙트럼은 이중선으로 뚜렷하게 분리되었으며, 그 정도는 DMF < DMA < DMP순으로 증가하였다. 이런 현상을 TA와 아미드사이의 분자간 수소결합으로 설명하였다.
We have investigated the electrical transport properties of polycrystalline tantalum nitride (TaNx) films. Various compositions of tantalum (nitride) thin films have been deposited on SiO2 substrates by reactive DC magnetron sputtering while changing the ratio of nitrogen partial pressure. The substrate temperature was maintained at 283 K during deposition. X-ray diffraction analyses indicated the presence of α-Ta and β-Ta phases in the Ta film deposited in pure argon atmosphere, while fcc-TaNx phases appeared in the sputtering gas mixture of argon and nitrogen. The N/Ta atomic ratio in the film increased ranging from 0.36 to 1.07 for nitrogen partial pressure from 7 to 20.7%. The superconducting transition temperatures of the TaNx thin films were measured to be greater than 3.86 K with a maximum of 5.34 K. The electrical resistivity of TaNx thin film was in the range of 177-577 𝜇Ωcm and increased with an increase in nitrogen content. The upper critical filed at zero temperature for a TaN0.87 thin film was estimated to exceed 11.3 T, while it showed the lowest Tc = 3.86 K among the measured superconducting TaNx thin films. We try to explain the behavior of the increase of the residual resistivity and the upper critical field for TaNx thin films with the nitrogen content by using the combined role of the intergrain Coulomb effect and disorder effect by grain boundaries.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제2권3호
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pp.180-184
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2002
In this paper, the electrical properties of PVD Ta and $TaN_x$ gate electrodes on $SiO_2$ and their thermal stabilities are investigated. The results show that the work functions of $TaN_x$ gate electrode are modified by the amount of N, which is controlled by the flow rate of $N_2$during reactive sputtering process. The thermal stability of Ta and $TaN_x$ with RTO-grown $SiO_2$ gate dielectrics is examined by changes in equivalent oxide thickness (EOT), flat-band voltage ($V_{FB}$), and leakage current after post-metallization anneal at high temperature in $N_2$ambient. For a Ta gate electrode, the observed decrease in EOT and leakage current is due to the formation of a Ta-incorporated high-K layer during the high temperature annealing. Less change in EOT and leakage current is observed for $TaN_x$ gate electrode. It is also shown that the frequency dispersion and hysteresis of high frequency CV curves are improved significantly by a post-metallization anneal.
TiN and TaN films as electrode materials of reactive sputtered $Ta_2$$O_{5}$ were prepared by sputtering to compare their thermal stabilities with $Ta_2$$O_{5}$ The microstructural change of $Ta_2$$O_{5}$ films with annealing was also investigated. As- deposited $Ta_2$$O_{5}$ film on $SiO_2$ was amorphous and annealing of 80$0^{\circ}C$ for 30 min made it transform to $\beta$-Ta$_2$O$_{5}$ crystalline which contains amorphous particles with the size of a few nm. Crystallization temperature of Ta$_2$Ta_2$$O_{5}$ on TaN is higher than that on TiN electrode. The interface between TaN and Ta$_2$O$_{5}$ maintained stably even after vacuum annealing up to $800^{\circ}C$ for 1 hr, but TiN interacted with $Ta_2$$_O{5}$ and so interdiffusion between TiN and $Ta_2$$O_{5}$ occurred by vacuum annealing of 80$0^{\circ}C$ for 1 hr. It indicates that TaN is thermally more stable with $Ta_2$$O_{5}$ than TiN.N.
This paper presents the characteristics of Ta-N thin-film for high precision resistors, which were deposited on Si substrate by DC reactive magnetron sputtering in an argon-nitrogen atmosphere(Ar-(4~16 %)$N_2$). Structural properties studied using X-ray diffraction(XRD) indicate the presence of TaN, $Ta_3N_5$ or a mixture of Ta-N phases in the films depending on the amount of nitrogen in the sputtering gas. The chemical composition are investigated by auger electro spectroscopy(AES). The optimized conditions of Ta-N thin-film resistors were deposited in 4 % $N_2$ gas flow ratio. Under optimum conditions, the Ta-N thin-film resistors are obtained a high resistivity, $\rho=305.7{\mu}{\Omega}cm$, a low temperature coefficient of resistance, TCR=-36 $ppm/^{\circ}C$.
This paper presents the characteristics of Ta-N thin-(ibm for high precision resistors, which were deposited oni substrate by DC reactive magnetorn sputtering in an argon-nitrogen atmosphere(Ar-(4∼16%)N$_2$). Sturcutural properties sutided using X-ray diffraction (XRD) indicate the presence of TaN, Ta$_3$N$\sub$5/ or a mixture of Ta-N phases in the films depending on the amount of nitrogen in the sputtering gas. The chemical composition are investigated by auger electro spectroscopy(AES). The optimized conditions of Ta-N thin-film resistors were deposited in 4 % N$_2$ gas flow ratio. Under optimum conditions, the Ta-N thin-film resistors are obtained a high resistivity, $\rho$=305.7 ${\mu}$Ωcm, a low temperature coefficient of resistance, TCR=-36 ppm/$^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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