Do K. W.;Yang C. M.;Kang I. S.;Kim K. M.;Back K. H.;Cho H. I.;Lee H. B.;Kong S. H.;Hahm S. H.;Kwon D. H.;Lee J. H.;Lee J. H.
Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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2005.09a
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pp.193-196
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2005
Low resistance Ni thin films for using NiSi formation and metallization by atomic layer deposition (ALD) method have been studied. ALD temperature window is formed between $200^{\circ}C\;and\;250^{\circ}C$ with deposition rate of $1.25{\AA}$/cycle. The minimum resistance of deposited Ni films shows $4.333\;{\Omega}/\square$ on the $SiO_2/Si$ substrate by $H_2$ direct purging process. The reason of showing the low resistance is believed to be due to format ion of the $Ni_3C$ phase by residual carbon in Bis-Ni The deposited film exhibits excellent step coverage in the trench having 1(100 nm) : 16 (1.6 um) aspect ratio.
Copper(Cu) as an interconnecting metal layer can replace aluminum (Al) in IC fabrication since Cu has low electrical resistivity, showing high immunity to electromigration compared to Al. However, it is very difficult for copper to be patterned by the dry etching processes. The chemical mechanical polishing (CMP) process has been introduced and widely used as the mainstream patterning technique for Cu in the fabrication of deep submicron integrated circuits in light of its capability to reduce surface roughness. But this process leaves a large amount of residues on the wafer surface, which must be removed by the post-CMP cleaning processes. Copper corrosion is one of the critical issues for the copper metallization process. Thus, in order to understand the copper corrosion problems in post-CMP cleaning solutions and study the effects of DC biases and post-CMP cleaning solution concentrations on the Cu film, a constant voltage was supplied at various concentrations, and then the output currents were measured and recorded with time. Most of the cases, the current was steadily decreased (i.e. resistance was increased by the oxidation). In the lowest concentration case only, the current was steadily increased with the scarce fluctuations. The higher the constant supplied DC voltage values, the higher the initial output current and the saturated current values. However the time to be taken for it to be saturated was almost the same for all the DC supplied voltage values. It was indicated that the oxide formation was not dependent on the supplied voltage values and 1 V was more than enough to form the oxide. With applied voltages lower than 3 V combined with any concentration, the perforation through the oxide film rarely took place due to the insufficient driving force (voltage) and the copper oxidation ceased. However, with the voltage higher than 3 V, the copper ions were started to diffuse out through the oxide film and thus made pores to be formed on the oxide surface, causing the current to increase and a part of the exposed copper film inside the pores gets back to be oxidized and the rest of it was remained without any further oxidation, causing the current back to decrease a little bit. With increasing the applied DC bias value, the shorter time to be taken for copper ions to be diffused out through the copper oxide film. From the discussions above, it could be concluded that the oxide film was formed and grown by the copper ion diffusion first and then the reaction with any oxidant in the post-CMP cleaning solution.
Dry etching of copper film using $O_2$ plasma and H(hfac) has been investigated. A one-step process consisting of copper film oxidation with an $O_2$ plasma and the removal of surface copper oxide by the reaction with H(hfac) to form volatile Cu(hfac)$_2$ and $H_2O$ was carried but. The etching rate of Cu in the range from 50 to 700 /min was obtained depending on the substrate temperature, the H(hfac)/O$_2$ flow rate ratio, and the plasma power. The copper film etch rate increased with increasing RF power at the temperatures higher than 215$^{\circ}C$. The optimum H(hfac)/O$_2$ flow rate ratio was 1:1, suggesting that the oxidation process and the reaction with H(hfac) should be in balance. Cu patterning using a Ti mask was performed at a flow rate ratio of 1:1 on 25$0^{\circ}C$\ulcorner and an isotropic etching profile with a taper slope of 30$^{\circ}$was obtained. Cu dry patterning with a tapered angle which is necessary for the advanced high resolution large area thin film transistor liquid-crystal displays was thus successfully obtained from one step process by manipulating the substrate temperature, RF power, and flow rate ratio.
With the development of photovoltaic industry, the cost of photovoltaic power generation has become the significant issue. And the metallization process has decided the cost of original materials and photovoltaic efficiency of the solar cells. Nowadays, double printing process has been introduced instead of one-step printing process for front contact of polycrystalline silicon solar cells, which can effectively improve the photovoltaic conversion efficiency of silicon solar cells. Here, the relative cheap Cu paste has replaced the expensive Ag paste to form Ag/Cu composite front contact of silicon solar cells. The photovoltaic performance and the cost of photovoltaic power generation have been investigated. With the optimization on structure and height of Cu finger layer for Ag/Cu composite double-printed front contact, the silicon solar cells have exhibited a photovoltaic conversion efficiency of 18.41%, which has reduced 3.42 cent per Watt for the cost of photovoltaic power generation.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.363-363
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2014
Ruthenium (Ru) has attractive material properties due to its promising characteristics such as a low resistivity ($7.1{\mu}{\Omega}{\cdot}cm$ in the bulk), a high work function of 4.7 eV, and feasibility for the dry etch process. These properties make Ru films appropriate for various applications in the state-of-art semiconductor device technologies. Thus, it has been widely investigated as an electrode for capacitor in the dynamic random access memory (DRAM), a metal gate for metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), and a seed layer for Cu metallization. Due to the continuous shrinkage of microelectronic devices, better deposition processes for Ru thin films are critically required with excellent step coverages in high aspect ratio (AR) structures. In these respects, atomic layer deposition (ALD) is a viable solution for preparing Ru thin films because it enables atomic-scale control of the film thickness with excellent conformality. A recent investigation reported that the nucleation of ALD-Ru film was enhanced considerably by using a zero-valent metallorganic precursor, compared to the utilization of precursors with higher metal valences. In this study, we will present our research results on the synthesis and characterization of novel ruthenium complexes. The ruthenium compounds were easy synthesized by the reaction of ruthenium halide with appropriate organic ligands in protic solvent, and characterized by NMR, elemental analysis and thermogravimetric analysis. The molecular structures of the complexes were studied by single crystal diffraction. ALD of Ru film was demonstrated using the new Ru metallorganic precursor and O2 as the Ru source and reactant, respectively, at the deposition temperatures of $300-350^{\circ}C$. Self-limited reaction behavior was observed as increasing Ru precursor and O2 pulse time, suggesting that newly developed Ru precursor is applicable for ALD process. Detailed discussions on the chemical and structural properties of Ru thin films as well as its growth behavior using new Ru precursor will be also presented.
Sohn Yoon-Chul;Yu Jin;Kang S. K.;Shih D. Y,;Lee Taek-Yeong
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.11
no.3
s.32
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pp.37-45
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2004
Electroless Ni(P) has been widely used for under bump metallization (UBM) of flip chip and surface finish layer in microelectronic packaging because of its excellent solderability, corrosion resistance, uniformity, selective deposition without photo-lithography, and also good diffusion barrier. However, the brittle fracture at solder joints and the spatting of intermetallic compound (IMC) associated with electroless Ni(P) are critical issues for its successful applications. In the present study, the mechanism of IMC spatting and microstructure change of the Ni(P) film were investigated with varying P content in the Ni(P) film (4.6,9, and $13 wt.\%$P). A reaction between Sn penetrated through the channels among $Ni_3Sn_4$ IMCs and the P-rich layer ($Ni_3P$) of the Ni(P) film formed a $Ni_3SnP$ layer. Thickening of the $Ni_3SnP$ layer led to $Ni_3Sn_4$ spatting. After $Ni_3Sn_4$ spatting, the Ni(P) film directly contacted the molten solder and the $Ni_3P$ phase further transformed into a $Ni_2P$ phase. During the crystallization process, some cracks formed in the Ni(P) film to release tensile stress accumulated from volume shrinkage of the film.
Photovoltaic (PV) technology permits the transformation of solar light directly into electricity. For the last five years, the photovoltaic sector has experienced one of the highest growth rates worldwide (over 30% in 2006) and for the next 20 years, the average production growth rate is estimated to be between 27% and 34% annually. Currently the cost of electricity produced using photovoltaic technology is above that for traditional energy sources, but this is expected to fall with technological progress and more efficient production processes. A large scale production of solar grade silicon material of high purity could supply the world demand at a reasonably lower cost. A shift from crystalline silicon to thin film is expected in the future. The technical limit for the conversion efficiency is about 30%. It is assumed that in 2030 thin films will have a major market share (90%) and the share of crystalline cells will have decreased to 10%. Our research at Sungkyunkwan University of South Korea is confined to crystalline silicon solar cell technology. We aim to develop a technology for low cost production of high efficiency silicon solar cell. We have successfully fabricated silicon solar cells of efficiency more than 16% starting with multicrystalline wafers and that of efficiency more than 17% on single crystalline wafers with screen printing metallization. The process of transformation from the first generation to second generation solar cell should be geared up with the entry of new approaches but still silicon seems to remain as the major material for solar cells for many years to come. Local barriers to the implementation of this technology may also keep continuing up to year 2010 and by that time the cost of the solar cell generated power is expected to be 60 cent per watt. Photovoltaic source could establish itself as a clean and sustainable energy alternate to the ever depleting and polluting non-renewable energy resource.
An investigation on the step-coverage of PECVD and $O_3$ ThCVD oxides was undertaken to implement into the void-free inter metal dielectric planarization using multi-chamber system for the submicron double level metallization. At various initial aspect ratios the instantaneous aspect ratios were measured through modelling and experiment by depositing the oxides up to $0.9{\mu}m$ in thickness in order to monitor the onset of void formation. The modelling was found to be in a good agreement with the observed instantaneous aspect ratio of TEOS-based PECVD oxide whose re-entrant angle was less than $5^{\circ}$. It is demonstrated that either keeping the instantaneous aspect ratio of PECVD oxide as a first layer less than a factor of 0.8 or employing Ar sputter etch to create sloped oxide edge ensures the void-free planarization after$O_3$ ThCVD oxide deposition whose step-coverage is superior to PECVD oxide. It has been observed that $O_3$ ThCVD oxide etchback scheme has shown higher yield of via contact chain than non etchback process, with resistance per via contact of $0.1~0.3{\Omega}/{\mu}m^2$.
Wang Qian;Kim Woonbae;Choa Sung-Hoon;Jung Kyudong;Hwang Junsik;Lee Moonchul;Moon Changyoul;Song Insang
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.12
no.3
s.36
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pp.197-205
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2005
Development of the packaging is one of the critical issues for commercialization of the RF-MEMS devices. RF MEMS package should be designed to have small size, hermetic protection, good RF performance and high reliability. In addition, packaging should be conducted at sufficiently low temperature. In this paper, a low temperature hermetic wafer level packaging scheme for the RF-MEMS devices is presented. For hermetic sealing, Au-Sn eutectic bonding technology at the temperature below $300{\times}C$ is used. Au-Sn multilayer metallization with a square loop of $70{\mu}m$ in width is performed. The electrical feed-through is achieved by the vertical through-hole via filled with electroplated Cu. The size of the MEMS Package is $1mm\times1mm\times700{\mu}m$. By applying $O_2$ plasma ashing and fabrication process optimization, we can achieve the void-free structure within the bonding interface as well as via hole. The shear strength and hermeticity of the package satisfy the requirements of MIL-STD-883F. Any organic gases or contamination are not observed inside the package. The total insertion loss for the packaging is 0.075 dB at 2 GHz. Furthermore, the robustness of the package is demonstrated by observing no performance degradation and physical damage of the package after several reliability tests.
Kim, Kwang-Seok;Koo, Ja-Myeong;Joung, Jae-Woo;Kim, Byung-Sung;Jung, Seung-Boo
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.17
no.3
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pp.43-49
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2010
Direct printing technology is an attractive metallization method, which has become immerging as "Green technology" to the conventional photolithography, on account of low cost, simple process and environment-friendliness. In order to commercialize the printed electronics in industry, it is essential to evaluate the electrical properties of conductive circuits using direct printing technology. In this contribution, we focused on the electrical characteristics of inkjet-printed circuits. A Cu nanoink was inkjet-printed onto a Bisaleimide triazine(BT) substrate with parallel transmission line(PTL) and coplanar waveguide(CPW) type, then was sintered at $250^{\circ}C$ for 30 min. We calculated the resistivity of printed circuits through direct current resistance by the measurement of I-V curve: the resistivity was approximately 0.558 ${\mu}{\Omega}{\cdot}cm$ which is about 3.3 times that of bulk Cu. Cascade's probe system in the frequency range from 0 to 30 GHz were employed to measure the Scattering parameter(S-parameter) with or without a gap between the substrate and the probe station chuck. The result of measured S-parameter showed that all printed circuits had over 5 dB of return loss in the entire frequency range. In the curve of insertion loss, $S_{21}$, showed that the PTL type circuits had better transmission of radio frequency (RF) than CPW type.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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