• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.6
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• pp.518-522
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• 2008

The miniaturization of device size and multilevel interlayers have been developed by ULSI circuit devices. These submicron processes cause serious problems in conventional metallization due to the solubility of silicon and metal at the interface, such as an increasing contact resistance in the contact hole and interdiffusion between metal and silicon. Therefore it is necessary to implement a barrier layer between Si and metal. Thus, the size of multilevel interconnection of ULSI devices is critical metallization schemes, and it is necessary reduce the RC time delay for device speed performance. So it is tendency to study the Cu metallization for interconnect of semiconductor processes. However, at the submicron process the interaction between Si and Cu is so strong and detrimental to the electrical performance of Si even at temperatures below $200^{\circ}C$. Thus, we suggest the tungsten-carbon-nitrogen (W-C-N) thin film for Cu diffusion barrier characterized by nano scale indentation system. Nano-indentation system was proposed as an in-situ and nanometer-order local stress analysis technique.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.184-184
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• 2010

반도체 집적도의 비약적인 발전으로 각 박막 층간의 두께는 더욱 줄어들었고 이는 각 박막 층간의 확산에 대한 문제를 간과할 수 없게 하였다. 따라서 각 층간의 확산을 방지하기 위하여 두께가 수십 nm size의 확산방지막의 연구에 대한 관심도는 증가하게 되었다. 본 연구에서 분석을 위하여 사용된 Nano-indentation은 박막 표면에 다이아몬드 팁을 이용하여 압입을 실시하여 이때 시표의 반응에 의한 팁의 위치(Z-축)를 in-situ로 측정하여 인가력과 팁의 위치에 대한 연속 압입곡선을 측정하게 된다. 이를 통하여 박막의 hardness와 elastic modulus를 측정하게 되고, 연속 압입곡선 분석을 통하여 박막의 표면응력 변화를 측정한다. 이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si기판과 금속배선 물질인 Cu와의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W-C-N 확산 방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 RF-magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 하여 박막 내 질소비율에 따른 확산방지막을 제작하였다. 이후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$로 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 고온에서 확산방지막의 물리적 특성을 알아보기 위해 Nano-indentation을 이용하여 분석하였고, WET-SPM을 이용하여 표면 이미지와 거칠기를 확인하였다. 그 결과 질화물질이 내화물질에 비해 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2008.02a
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• pp.350-350
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• 2008

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2007.08a
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• pp.323-323
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• 2007

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.11 no.4 s.33
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• pp.29-35
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• 2004

We have deposited the W-N diffusion barrier on Si substrate with $NH_3$ pulse plasma enhanced atomic layer deposition (PPALD) method by using $WF_6$ and $NH_3$ gases. The $WF_6$ gas reacts with Si that the surface corrosion occurs severely, but the $NH_3$ gas incorporated with pulse plasma and $WF_6$ gas are easily deposited W-N thin film without Si surface corrosion. Because the $NH_3$ with pulse plasma can be active species dissociated and chemisorbed on Si. Thus the Si surface are covered and saturated with nitrogen, which are able to deposit the W-N thin film. We also examine the deposition mechanism and the effect of $NH_3$ pulse plasma treatment.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.4
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• pp.188-192
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• 2013

Many studies have been conducted for preventing from diffusion between silicon wafer and metallic thin film due to a decrease of line-width and multi-layer thin film for miniaturization and high integration of semiconductor. This paper has focused on the nano-mechanical property of diffusion barrier which sample is prepared for various gas flow rate of nitrogen with tungsten (W) base from 2.5 to 10 sccm. The deposition rate, resistivity and crystallographic properties were measured by a ${\beta}$-ray back-scattering spectroscopy, 4-point probe and x-ray diffraction (XRD), respectively. We also has investigated the nano-mechanical property using the nano-indenter. As a result, the surface hardness of W-N thin film was increased rapidly from 10.07 to 15.55 GPa when the nitrogen gas flow was increased from 2.5 to 5 sccm. And the surface hardness of W-N thin film had 12.65 and 12.77 GPa at the nitrogen gas flow of 7.5 and 10 sccm respectively. These results were decreased by the comparison with the W-N thin film at nitrogen gas flow of 5 sccm. It was inferred that these severe changes were caused by the stoichiometric difference between the crystalline and amorphous state in W-N thin film. In addition, these results were caused by increased compressive stress.

• 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.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.10 no.2
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• pp.189-193
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• 2001

We have characterized physical and electrical properties of W-TiN stacked gate electrode structure with TiN as a diffusion barrier of fluorine. As the $N_2/Ar$ gas ratio increased during sputter deposition, TiN thin films became N-rich, and the resistivity of the films increased. However, the resistivity of W-TiN stacked gate reduced as a result of the crystallization of tungsten with the increase of $N_2/Ar$ gas ratio. On the other hand, tungsten in W-TiN stacked gate structure have the (100)-oriented crystalline structure although TiN films were subjected to annealing at high temperature (600~$800^{\circ}C$). Leakage currents of W-TiN gate MOS capacitors were less than $10^{-7}\textrm{/Acm}^2$ and also were lowered by the order of 2 compared with those of pure W gate electrode.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.11a
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• pp.72-73
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• 2005

Stress behavior was studied to investigate the internal behaviors of boron, carbon, and nitrogen in the 1000${\AA}$-thick tungsten boron carbon nitride (W-B-C-N) thin films. The impurities in the W-B-C-N thin films provide stuffing effects that were very effective for preventing the interdiffusion between interconnection metal and silicon substrate during the subsequent high temperature annealing process. The resistivity of W-B-C-N thin film decreases as an annealing temperature increase. The W-B-C-N thin films have compressive stress, and the stress value decreased up to $4.11\times10^{10}dyne/cm^2$ as an $N_2$ flow rate increases up to 3 sccm.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.173-173
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• 2011

반도체 집적도의 비약적인 발전으로 복잡하고 다양한 공정이 연구되었고 공정 중 박막에서 발생되는 물리적, 화학적 반응들에 대한 연구 필요성이 대두 되었다. 박막은 다양한 공정 환경에서 박막의 특성을 잃지 않고 물성을 유지하여야 한다. 특히 공정상의 고온 환경에서 박막은 안정해야하며 물리적손상이 있어서는 안 된다. 이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si기판과 금속배선 물질인 Cu와의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W-C-N 확산방지막을 제시하였고 시료 증착을 위하여 rf magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 하여 박막 내 질소비율(0 sccm, 2 sccm)에 따른 확산방지막을 제작하였다. 이후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온, 600도, 800도로 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 이후 Nanoindentation기법을 이용하여 총 16 point 측정을 하였다. 이를 Weibull distribution으로 분석하여 정량화 시켜 박막의 균일도와 신뢰도를 연구하였다. 또 WET-SPM을 이용하여 AFM 표면 이미지를 확인하였다. 그 결과 고온에서 박막이 Compressive stress를 받아 박막이 일어남을 확인 하였다. 이는 질화물질이 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.