• 한국진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.188-192
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• 2013

반도체 소자의 소형화, 고집적화로 박막의 다층화 및 선폭 감소로 인한 실리콘 웨이퍼와 금속 박막 사이의 확산을 방지하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 tungsten (W)을 주 물질로 증착시 nitrogen (N)의 유량을 2.5~10 sccm으로 변화시키며 증착된 확산방지막의 nano-mechanics 특성에 대해 연구하였다. 증착률, 비저항 및 결정학적 특성을 ${\beta}$-ray backscattering spectroscopy, 4-point probe, X-ray diffraction (XRD)을 이용하여 측정한 후 Nano-indenter를 사용하여 nano-mechanics 특성을 조사하였다. 그 결과 질소 가스 유량이 5 sccm 포함된 박막에서 표면 경도(surface hardness)는 10.07 에서 15.55 GPa로 급격하게 증가하였다. 이후 질소가스의 유량이 7.5 및 10 sccm에서는 표면 경도가 각각 12.65와 12.77 GPa로 질소 가스 유량이 5 sccm인 박막보다 표면경도가 상대적으로 감소하였다. 이는 박막 내 결정질과 비정질의 W과 N의 결합 비율의 차이에 의한 영향으로 생각되며, 또한 압축응력에 기인한 스트레스 증가가 원인으로 판단된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제24권6호
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• pp.573-580
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• 2004

본 연구는 cMUT 제작을 위한 미세공정기술을 개발하기 위하여 수행되었다. 이를 위하여 외국의 관련 제조공정 연구결과들을 분석하였다. cMUT 제작의 주요 공정인 미소 진동 박막 형성, 희생층 형성, 식각 공정에 대한 실험을 수행하여 적절한 공정조건을 찾고자 하였다. 각 제작 공정조건들을 변화시켜 가면서 증착된 실리콘 질화막의 두께, 균일도, 잔류응력을 측정하였다. 희생층으로서 실리콘 산화막의 공정조건을 변화시켜 가면서 산화막의 성장률을 분석하였다. 마지막으로 희생층 식각을 위한 최적 식각공정을 얻기 위한 실험을 수행하였다. 본 연구에서 얻어진 주요 미세공정 조건은 추후 cMUT 제작에 적용될 예정이다.

• 한국진공학회지
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• 제14권2호
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• pp.97-102
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• 2005

제일원리 분자동역학 방법을 이용하여 Si(001) 표면에 NO 분자 흡착을 연구하였다. NO 분자가 Si(001)의 dimer축과 나란히 흡착될 경우에 50K에서도 분해가 일어났다. 이를 에너지 장벽으로 환산해 보면 0.006eV로서 거의 무시해도 좋을 정도이다 만일 NO 분자가 표면에 수직으로 들어오면 이웃에 있는 dimer에 걸쳐서 분해가 일어났다. 이 경우는 에너지 장벽은 0.08eV 정도였으며 여전히 낮은 수준이다. 분해가 된 산소분자는 dimer와 기판 사이의 backbend로 파고들어서 (에너지 장벽 0.007eV) 안정된 구조를 만들었다. 또 dimer에 나란히 흡착된 분자 상태의 경우는 N=Si_3$를 만들기도 하는데 속전자준위분광학(core level spectroscopy) 실험 결과와 일치한다.

• 전자공학회논문지D
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• 제34D권2호
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• pp.38-45
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• 1997

본 논문에서는 반도체 소자 제조 공정 중, 염산화 공정 시에 발생하는 스트레스에 따른 산화막의 3차원적 거동을 시뮬레이션하였다. 이를 위해, 이동하는 3차원 경계면에서의 노드 생성 및 제거 기능을 지는 3차원 적응 메쉬 생성기를 개발하였고, 지배 방정식을 유한요소법(finite element method)으로 이산화시켜 수치 해석적으로 해를 구하는, 스트레스 효과를 고려한 3차원 산화 시뮬레이터를 개발하였다. 본 연구에서는 열산화 공정에 의한 산화막의 3차원적 거동을 관찰하기 위하여, 섬구조(island) 및 공구조(hole structure)의 산화막 성장을 <100> 실리콘 기판에 대하여 $1000^{\circ}C$, 60분간 습식 산화 조건에서 시뮬레이션하였다. 초기 산화막의 두께는 $300\AA$, 질화막의 두께는 $2,000\AA$으로 가정하였다. 마스크의 형태에 따라 코너에서의 새부리(bird's beak)형태가 변하는데, 코너에서의 효과는 마스크 형태에 따라 산화제의 확산이 다른 영역에 비해 감소하거나 증가하는 영향이 주된 이유이지만, 스트레스에 의해 그 영향이 더 커짐을 확인하였다. 섬구조에서는 compressive 스트레스에 의해 코너 부근에서 산화가 감소하는 결과를 가져오고, 공구조에서는 tensile 스트레스로 인해 산화가 더 증가하는 결과를 보임을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.177-177
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• 2010

티타늄 화합물은 뛰어난 물리적 특성과 인체 무해성을 가지고 있어 생체, 내식 및 내마모 재료 등에 널리 응용되고 있으며, 다양한 색상 구현을 통한 미려한 외관 등 기능성을 위한 표면처리 분야에도 많은 관심을 받고 있다. 이중 질화 티타늄은 금색을 대체할 수 있는 물질로 코팅방법과 기판온도, 바이어스, 질소유량 등과 같은 공정변수 제어를 통해 그 물성을 변화시킬 수 있어 기능적 측면과 함께 미려한 외관처리에 응용이 가능하다. 본 연구에서는 아크(cathodic arc) 코팅 시스템을 이용하여 다양한 조건에서 TiN 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다. 아크 장비는 화합물 박막을 코팅할 수 있는 아크 소스와 시편 홀더, 가스 주입구, 시편 가열장치 그리고 배기 장치로 구성되어 있고, 아크 소스에 장착된 타겟은 99.5%의 Ti 타겟을 사용하였다. 시편과 타겟 간의 거리는 약 31cm이며, 시편은 알코올과 아세톤으로 초음파 세척 된 강판(냉연 강판), 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. 시편을 진공용기에 장착하고 ${\sim}10^{-6}$ Torr까지 진공배기를 실시하고, Ar 가스를 진공용기 내로 공급하여 ${\sim}10^{-4}$ Torr에서 시편에 bias (Pulse : 400V)를 인가한 후 아크를 발생시켜 약 5분간 청정을 실시하였다. 플라즈마 청정이 끝나면 시편에 인가된 bias를 차단하고, 질소 유량, 온도, bias, 시간 등의 공정변수에 따라 코팅을 실시하였다. 질소의 유량이 80sccm 일 때, Ti 금속 결정구조가 나타났는데, 이는 질소와 충분하게 반응하지 못한 Ti이 기판에 코팅되어 나타나는 현상으로 판단된다. 색상변화에서는 질소 유량이 증가함에 따라 노란색이 짙어지며, TiN은 시편에 인가되는 bias 전압이 높아질수록 붉은색이 증가하고, 온도에 따른 큰 변화는 관찰되지 않았다. 공정변수에 따른 반사율 변화는 TiN의 경우 질소 가스 유량이 200sccm, bias 150V, 공정 온도 200도에서 반사율이 가장 높았으며, 코팅 시간이 짧을수록 반사율이 높아지는 경향을 나타냈다. 따라서 본 연구에서 얻어진 결과를 외관 코팅 분야에 응용한다면 장식성과 외관의 경도, 내마모성, 내식성의 향상 등 많은 장점을 가질 것으로 예상된다.

• 한국재료학회지
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• 제26권1호
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• pp.47-53
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• 2016

Silicon nitride ($SiN_x:H$) films made by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) are generally used as antireflection layers and passivation layers on solar cells. In this study, we investigated the properties of silicon nitride ($SiN_x:H$) films made by PECVD. The passivation properties of $SiN_x:H$ are focused on by making the antireflection properties identical. To make equivalent optical properties of silicon nitride films, the refractive index and thickness of the films are fixed at 2.0 and 90 nm, respectively. This limit makes it easier to evaluate silicon nitride film as a passivation layer in realistic application situations. Next, the effects of the mixture ratio of the process gases with silane ($SiH_4$) and ammonia ($NH_3$) on the passivation qualities of silicon nitride film are evaluated. The absorption coefficient of each film was evaluated by spectrometric ellipsometry, the minority carrier lifetimes were evaluated by quasi-steady-state photo-conductance (QSSPC) measurement. The optical properties were obtained using a UV-visible spectrophotometer. The interface properties were determined by capacitance-voltage (C-V) measurement and the film components were identified by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and Rutherford backscattering spectroscopy detection (RBS) - elastic recoil detection (ERD). In hydrogen passivation, gas ratios of 1:1 and 1:3 show the best surface passivation property among the samples.

• 센서학회지
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• 제23권2호
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• pp.114-121
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• 2014

We report a polysilicon active area membrane field effect transistor (PSAFET) pressure sensor for low stress deflection of membrane. The PSAFET was produced in conventional FET semiconductor fabrication and backside wet etching. The PSAFET located at the front side measured pressure change using 300 nm thin-nitride membrane when a membrane was slightly strained by the small deflection of membrane shape from backside with any physical force. The PSAFET showed high sensitivity around threshold voltage, because threshold voltage variation was composed of fractional function form in sensitivity equation of current variation. When gate voltage was biased close to threshold voltage, a fractional function form had infinite value at $V_{tn}$, which increased the current variation of sensitivity. Threshold voltage effect was dominant right after the PSAFET was turned on. Narrow transistor channel established by small current flow was choked because electron could barely cross drain-source electrodes. When gate voltage was far from threshold voltage, threshold voltage effect converged to zero in fractional form of threshold voltage variations and drain current change was mostly determined by mobility changes. As the PSAFET fabrication was compatible with a polysilicon FET in CMOS fabrication, it could be adapted in low pressure sensor and bio molecular sensor.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권11호
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• pp.816-820
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• 2013

We investigated the characteristics of the silicon oxy-nitride and nitride films grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) at the low temperature with a varying $NH_3/N_2O$ mixing ratio and a fixed $SiH_4$ flow rate. The deposition temperature was held at $150^{\circ}C$ which was the temperature compatible with the plastic substrate. The composition and bonding structure of the nitride films were investigated using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Nitrogen richness was confirmed with increasing optical band gap and increasing dielectric constant with the higher $NH_3$ fraction. The leakage current density of the nitride films with a high NH3 fraction decreased from $8{\times}10^{-9}$ to $9{\times}10^{-11}(A/cm^2$ at 1.5 MV/cm). This results showed that the films had improved electrical properties and could be acceptable as a gate insulator for thin film transistors by deposited with variable $NH_3/N_2O$ mixing ratio.

• 한국재료학회지
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• 제19권12호
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• pp.637-643
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• 2009

In this study, we analyzed the effect of silicon oxynitride matrix on the optical properties of Au nanoparticles dispersed on composite film and explored the effectiveness of the silicon in fine tuning the refractive index of the composite film for applications in optical waveguide devices. The atomic fraction of nitrogen in $SiO_xN_y$ films was controlled by varying the relative flow ratio of nitrogen gas in reactive sputtering and was evaluated optically using an effective medium theory with Bruggeman geometry consisting of a random mixture between $SiO_2$ and $Si_3N_4$. The Au nanoparticles were embedded in the $SiO_xN_y$ matrix by employing the alternating deposition technique and clearly showed an absorption peak due to the excitation of surface plasmon. With increasing nitrogen atomic fraction in the matrix, the surface plasmon resonance wavelength shifted to a longer wavelength (a red-shift) with an enhanced resonance absorption. These characteristics were interpreted using the Maxwell-Garnett effective medium theory. The formation of a guided mode in a slab waveguide consisting of 3 $\mu$m thick Au:$SiO_xN_y$ nanocomposite film was confirmed at the telecommunication wavelength of 1550 nm by prism coupler method and compared with the case of using $SiO_2$ matrix. The use of $SiO_xN_y$ matrix provides an effective way of controlling the mode confinement while maintaining or even enhancing the surface plasmon resonance properties.

• 한국재료학회지
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• 제14권2호
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• pp.141-145
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• 2004

Silicon nitride thin films were deposited by atomic layer deposition (ALD) technique in a batch-type reactor by alternating exposures of precursors. XJAKO200414714156408$_4$ or$ SiH_2$$Cl_2$ was used as the Si precursor, $NH_3$ was used as the N precursor, and the deposited films were characterized comparatively. The thickness of the film linearly increased with the number of deposition cycles, so that the thickness of the film can be precisely controlled by adjusting the number of cycles. As compared with the deposition using$ SiCl_4$, the deposition using $SiH_2$$Cl_2$ exhibited larger deposition rate at lower precursor exposures, and the deposited films using $SiH_2$$Cl_2$ had lower wet etch rate in a diluted HF solution. Silicon nitride films with the Si:N ratio of approximately 1:1 were obtained using either Si precursors at $500^{\circ}C$, however, the films deposited using $SiH_2$$Cl_2$ exhibited higher concentration of H as compared with those of the $SiC_4$ case. Silicon nitride thin films deposited by ALD showed similar physical properties, such as composition or integrity, with the silicon nitride films deposited by low-pressure chemical vapor deposition, lowering deposition temperature by more than $200^{\circ}C$.