• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.27 no.3
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• pp.55-60
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• 2020

The recent semiconductor packaging technology is evolving into a high-performance system-in-packaging (SIP) structure, and copper-to-copper bonding process becomes an important core technology to realize SIP. Copper-to-copper bonding process faces challenges such as copper oxidation and high temperature and high pressure process conditions. In this study, the bonding interface quality of low-temperature copper-to-copper bonding using a two-step plasma treatment was investigated through quantitative bonding strength measurements. Our two-step plasma treatment formed copper nitride layer on copper surface which enables low-temperature copper bonding. The bonding strength was evaluated by the four-point bending test method and the shear test method, and the average bonding shear strength was 30.40 MPa, showing that the copper-to-copper bonding process using a two-step plasma process had excellent bonding strength.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.6 no.3
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• pp.267-274
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• 1997

Silicon shallow trenches applied to the STI (Shallow Trench Isolation) of integrated circuits were etched using inductively coupled $Cl_2$ and HBr/$Cl_2$ plasmas and the effects of process parameters on the etch profiles of silicon trenches and the physical damages on the trench sidewall and bottom were investigated. The increase of inductive power and bias voltage in $Cl_2$ and HBr/$Cl_2$ plasmas increased polysilicon etch rates in general, but reduced the etch selectivities over nitride. In case of $Cl_2$ plasma, low inductive power and high bias voltage showed an anisotropic trench etch profile, and also the addition of oxygen or nitrogen to chlorine increased the etch anisotropy. The use of pure HBr showed a positively angled etch profile and the addition of $Cl_2$ to HBr improved the etch profile more anisotropically. HRTEM study showed physical defects formed on the silicon trench surfaces etched in $Cl_2/N_2$ or HBr/ $Cl_2$ plasmas.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.98-98
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• 2000

초고집적(ULSI) 반도체 소자의 multilevel metalization을 위한 중간 유저네로서 저 유전상수(k<)와 높은 열적안정성(>45$0^{\circ}C$)을 갖는 새로운 물질을 도입하는 것이 필요하다. 중합체 박막은 낮은 유전상수와 높은 열적 안정성으로 인하여 low-k 물질로 적당하다고 여겨진다. PECVD에 의한 plasma polymer 박막의 증착은 많이 보고되어 왔으마 고밀도 플라즈마 형성이 가능하고 기판으로 유입되는 ion의 energy 조절이 가능한 inductively coupled plasma(ICP) CVD에 의한 plasma polymer 박막에 대한 연구는 보고된 바 없다. 본 연구에서는 Mtehyl-cyclohexane precusor를 사용하여 substrate에 bias를 주면서 inductively coupled plasma(ICP)를 이용하여 플라즈마 폴리머 박막(plasma polymerized methyl-cyclohexane : 이하^g , pp MCH라 칭함)을 증착하였으며 ICP power와 substrate bias(SB) power가 증착된 박막의 특성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 증착된 박막의 유전상 수 및 열적 안정성은 ICP power의 변화에 비해 SB power의 변화에 더 크게 영향을 받았다.^g , pp MCH 박막은 platinum(Pt) 기판과 silicon 기판위에서 같이 증착되었다. Methyl-cyclohexane precursor는 4$0^{\circ}C$로 유지된 bubbler에 담겨지고 carrier 가스 (H2:10%, He:90%)에 의해 reactor 내부로 유입된다.^g , pp MCH 박막은 증착압력 350 mTorr, 증착온도 6$0^{\circ}C$에서 \circled1SB power를 10W에 고정시키고 ICP power를 5W부터 70W까지, \circled2ICP power를 10W에 고정시키고 SB power를 5W부터 70W까지 변화하면서 증착하였다. 유전 상수 및 절연성은 Al/PPMCH//Pt 구조의 capacitor를 만들어서 측정하였으며, 열적 안정성은 Ar 분위기에서 30분간의 열처리 전후의 두께 변화를 측정함으로써 분석하였다. SB power 10W에서 ICP power가 5W에서 70w로 증가함에 따라 유전상수는 2.65에서 3.14로 증가하였다. 열적 안정성은 ICP power의 증가에 따라서는 크게 향상되지 않은 것으로 나타났다. ICP power 10W에서 SB power가 5W에서 70W로 증가함에 따라 유전상수는 2.63에서 3.46으로 증가하였다. 열적 안정성은 SB power의 증가에 따라 현저하게 향상되었으며 30W 이상에서 증착된 박막은 45$0^{\circ}C$까지 안정하였고, 70W에서 증착된 박막은 50$0^{\circ}C$까지 안정하였다. 열적 안정성은 ICP power의 증가에 따라서는 현저하게 향상되었다. 그 원인은 SB power의 인가에 의해 활성화된 precursor 분자들이 큰 에너지를 가지고 기판에 유입되어 치밀한 박막이 형성되었기 때문으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.169-169
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• 2012

현재 디스플레이 시장은 LCD (Liquid Crystal Display), PDP (Plasma Display Panel) 등과 같이 평판 디스플레이가 주류를 이루고 있으며 현재에는 기존의 디스플레이와는 달리 잘 휘어지고 높은 투과성을 가지는 플렉시블 디스플레이에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 이러한 플렉시블 디스플레이에 사용되는 플라스틱 기판의 경우 용제에 대한 화학적 저항성 및 기계적인 안정성이 취약한 점과 대기중의 수분이나 산소가 플라스틱 기판을 통하여 소자내로 침투하게 되어 금속전극을 산화시키거나 기포 또는 흑점 등과 같은 비 발광 영역이 확산되어 소자의 수명을 단축시키는 치명적인 단점을 가진다. 이에 본 실험에서는 고밀도 플라즈마 형성이 가능하고 저온공정이 가능한 FTS (Facing Target Sputtering) 장비를 이용하여 Polyethylene terephthalate (PET) 기판위에 낮은 수분 투과율 또는 산소 투과율을 갖는 양질의 무기 산화막을 적층하기 위해 저 투습도 및 기계적인 경도 향상을 위한 비 반응성 박막으로 $Al_20_3$층을 Ar분위기에서 증착하였고 그 위에 박막의 stress 감소, 유연성 향상을 위한 반응성 박막으로 Al을 Ar과 $O_2$를 비율별로 증착하여 비교 실험하였다. 이와 같이 제작된 무기산화막들을 Uv- spectrophotometer를 이용하여 광학적 특성을 조사한 결과 가시광 영역에서 모두 80% 이상의 높은 투과율을 나타내었으며, 그 외 XRD (X-ray Diffraction)를 사용하여 결정성을 확인, SEM (Scanning Electron Microscope), AFM (Atomic Force Microscope)을 이용하여 박막의 구조와 표면향상 및 표면조도를 측정한 결과 모든 박막에서 밀집도가 좋으며 거칠기가 작은 것으로 확인되었다. 마지막으로 수분 투과율(WVTR)을 알아보기 위해 Mocon (Permatran W3/31)장비를 이용하여 측정한 결과 $1.0{\sim}3.0{\times}10^{-3}g/m{\cdot}day$의 낮은 수분 투과율을 볼 수 있었다. 이러한 측정 결과로 볼 때 향후 FTS 장비를 이용하여 양질의 플라즈마를 형성하여 알루미늄 무기산화막을 이용한 고밀도 다층막을 형성하면 더욱 낮은 수분투과율을 갖는 가스차단막을 제작할 수 있을 것으로 보여지며 반도체 소자 및 디바이스의 Pachaging으로도 사용가능 할 것이라 사료된다. 본 연구는 한국산업기술진흥원에서 지원하는 2011년도 지역산업기술개발사업의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝힙니다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.24 no.1
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• pp.1-7
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• 2014

Aluminum nitride, which has outstanding properties such as high thermal conductivity and electrical resistivity, has been received a great attention as a substrate and packaging material of semiconductor devices. Since aluminum nitride has a high sintering temperature of 2173 K and its properties depends on the impurity level, it is necessary to synthesize high-purity and nano-sized aluminum nitride powders for the applications. In this research, we synthesized high purity aluminum nitride nanopowders from aluminum using RF induction thermal plasma system. Sheath gas (NH3) flow was controlled to establish the synthesis condition of high purity aluminum nitride nanopowders. The obtained aluminum nitride nanopowders were evaluated by XRD, SEM, TEM, BET, FTIR and N-O analysis.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.180-180
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• 2015

Solution processed Resistive random access memory (ReRAM)은 간단한 공정 과정, 고집적도, 저렴한 가격, 대면적화 플라즈마 데미지 최소화 등의 장점으로 차세대 비휘발성 메모리로 써 많은 관심을 받고 있으며, 주로 high-k 물질인 HfOx, TiOx, ZnO 가 이용 된다. IGZO와 ZTO와 같은 산화물 반도체는 높은 이동도, 대면적화, 넓은 밴드갭으로 인하여 투명한 장점으로 LCDs (Liquid crystal displays)에 이용 가능하며, 최근에는 IGZO와 ZTO에서 Resistive Switching (RS) 특성을 확인한 논문이 보고되면서 IGZO와 ZTO를 ReRAM의 switching medium와 TFT의 active material로써 동시에 활용하는 것에 많은 관심을 받고 있다. 이와 같은 산화물 반도체는 flat panel display 회로에 TFT와 ReRAM의 active layer로써 집적가능 하며 systems-on-panels (SOP)에 적용 가능하다. 하지만 IGZO 보다는 ZTO가 In과 Ga을 포함하지 않기 때문에 저렴하다. 그러므로 IGZO를 대신하는 물질로 ZTO가 각광 받고 있다. 본 실험에서는 ZTO film에 Al을 doping하여 메모리 특성을 평가하였다. 실험 방법으로는 p-type Si에 습식산화를 통하여 SiO2를 300 nm 성장시킨 기판을 사용하였다. 그리고 Electron beam evaporator를 이용하여 Ti를 10 nm, Pt를 100 nm 증착 한다. 용액은 Zn와 Tin의 비율을 1:1로 고정한 후 Al의 비율을 0, 0.1, 0.2의 비율로 용액을 각각 제작하였다. 이 용액을 이용하여 Pt 위에 spin coating방법을 이용하여 1000 rpm 10초, 6000 rpm 30초의 조건으로 AZTO (Al-ZnO-Tin-Oxide) 박막을 증착한 뒤, solvent 및 불순물 제거를 위하여 $250^{\circ}C$의 온도로 30분 동안 열처리를 진행하였다. 이후 Electron beam evaporator를 이용하여 top electrode인 Ti를 100 nm 증착하였다. 제작된 메모리의 전기적 특성은 HP 4156B semiconductor parameter analyzer를 이용하여 측정하였다. 측정 결과, AZTO (0:1:1, 0.1:1:1, 0.2:1:1)를 이용하여 제작한 ReRAM에서 RS특성을 얻었으며 104 s이상의 신뢰성 있는 data retention특성을 확인하였다. 그리고 Al의 비율이 증가할수록 on/off ratio가 증가하고 endurance 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 결론적으로 Al을 doping함으로써 ZTO film의 메모리 특성을 향상 시켰으며 AZTO film을 메모리와 트랜지스터의 active layer로써 활용 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.616-616
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• 2013

그래핀(Graphene)은 열전도도가 높고 전자 이동도(200,000 cm2V-1s-1)가 우수한 전기적 특성을 가지고 있어 전계 효과 트랜지스터(Field effect transistor; FET), 유기 전자 소자(Organic electronic device)와 광전자 소자(Optoelectronic device) 같은 반도체 소자에 응용 가능하다. 최근에는 아크 방출(Arc discharge method), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition; CVD), 이온-조사법(Ionirradiation)등을 이용한 이종원자(Hetero atom)도핑과 화학적 처리를 이용한 기능화(Functionalization)등의 방법으로 그래핀의 전도도를 향상시킬 수 있었다. 그러나 이러한 방법들은 기판의 표면을 거칠게 하며, 그래핀에 많은 결함들이 발생한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 자가조립 단층막법(Self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 기판을 기능화한 후 그 위에 그래핀을 전사하면, 자가조립 단층막의 기능기에 따라 그래핀의 일함수를 조절 가능하고 운반자 농도나 도핑 유형을 변화시켜 소자의 전기적 특성을 최적화 할 수 있다 [1-3]. 본 연구에서는 PET(polyethylene terephthalate) 기판에 SAMs를 이용하여 유연하고 투명한 그래핀 전극을 제작하였다. 산소 플라즈마와 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 이용하여 PET 기판 표면 위에 하이드록실 기(Hydroxyl group; -OH)와 아민 기(Amine group; -NH2)를 순차적으로 기능화 하였고, 그 위에 화학적 기상 증착법을 이용하여 합성한 대면적의 균일한 그래핀을 전사하였다. PET 기판 위에 NH2 그룹이 존재하는 것을 접촉각 측정(Contact angle measurement)과 X-선 광전자 분광법(Xray photoelectron spectroscopy: XPS)을 통해 확인하였으며, NH2그룹에 의해 그래핀에 도핑 효과가 나타난 것을 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 전류-전압 특성곡선(I-V characteristic curve)을 이용하여 확인하였다. 본 연구 결과는 유연하고 투명한 기판 위에 안정적이면서 패턴이 가능하기 때문에 그래핀을 기반으로 하는 반도체 소자에 적용 가능할 것이라 예상된다.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.9 no.1
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• pp.35-40
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• 2010

We have investigated the effects of hydrogen injection via in-situ gas addition ($O_2$, $H_2$, or $O_2$ + $H_2$ gas) and plasma post-treatment (Ar or Ar + H plasma) on material properties of ZnO that is considered to be as a channel layer in transparent thin film transistors. The variations in the electrical resistivity, optical transmittance and bandgap energy, and crystal quality of ZnO thin films were characterized in terms of the methods and conditions used in hydrogen injection. The resistivity was significantly decreased by injection of hydrogen; approximately $10^6\;{\Omega}cm$ for as-grown, $1.2\;{\times}\;10^2\;{\Omega}cm$ for in-situ with $O_2/H_2\;=\;2/3$ addition, and $0.1\;{\Omega}cm$ after Ar + H plasma treatment of 90 min. The average transmittance of ZnO films measured at a wavelength of 400-700 nm was gradually increased by increasing the post-treatment time in Ar + H plasma. The optical bandgap energy of ZnO films was almost monotonically increased by decreasing the $O_2/H_2$ ratio in in-situ gas addition or by increasing the post-treatment time in Ar + H plasma, while the post-treatment using Ar plasma hardly affected the bandgap energy. The role of hydrogen in ZnO was discussed by considering the creation and annihilation of oxygen vacancies as well as the formation of shallow donors by hydrogen.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.3 no.2
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• pp.166-174
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• 1993

Abstract The crack resistance of PSG(Phosphosilicate Glass) and PE-SiN(Plasma Enhanced CVD S${i_2}{N_4}$)films deposited on aluminium thin films on Si substrate was analyzed in this study. PSG was deposited by AP-CVD and PE- SiN by PE-CVD. All the films underwent repeated heat cycles at 45$0^{\circ}C$for 30 min. Crack formation and development were examined between each heat cycle. The crack behavior was found to be closely related to the stresses in the films. The stress induced by the difference in thermal expansion behavior between the passivation layers and underlying aluminum film may cause the crack. Crack resistance decreases as the thickness of PSG films increases due to the high tensile stress of the films. Phosphorus in the PSG films releases tensile stress and consequently the stress of the films tends to show compressive stress. As a result, crack resistance increased as the concentratin of P in the PSG films increased. Crack resistance in the PE-SiN films also increased with compressive stress. An experimental model to predict crack generation in the PSG and PE-SiN films during heat cycle was suggested.

• Journal of Advanced Navigation Technology
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• v.22 no.4
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• pp.319-324
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• 2018

In this paper, a high power amplifier using RF power solid-state semiconductor is implemented to overcome a problem of plasma generator which has the low efficiency, short life span, the difficult maintenance and the high-operation cost. This power amplifier consists of a radial combiner of low-loss and high power operation and the sixteen 300 W power amplifiers to obtain 3 kW output power for high power operation implemented in semiconductors at industrial scientific medical (ISM) band of 2.45 GHz. In addition, this amplifier overcomes the problem of heat generation due to high power by applying a water-cooled structure to the individual amplifiers. This power amplifier, which is made up of a small system, achieves 50% efficiency at the desired output.