• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.253-253
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• 2013

본 실험에서는 전구체(Precursor)로 TMA (Tris methyl Aluminum)를 사용한 ALD (Atomic Layer Deposition)와 PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정 중 발생하는 입자(particle)를 ISPM (In-Situ Particle Mornitor)로 관찰하였다. ALD과 PEALD 공정에서 Al2O3 박막을 형성하기 위해서 반응가스(Reactant)로 각 각 H2O와 O2 plasma를 사용하였다. 이러한 차이로 인해서 진공 챔버(Vacuum Chamber) 안에서의 각기 다른 매커니즘에 의해서 Al2O3의 박막이 형성된다. 또한 공정 중 발생할 수 있는 파티클(Particle) 생성 매커니즘의 차이점을 가진다. ALD의 경우 전구체와 반응가스 사이에 충분한 purge가 이루어지지 않거나 dead zone이 존재할 경우 라인과 챔버 상에 잔류한 전구체와 반응가스에 의해서 불완전한 반응물로 파티클이 생성될 수 있다. 반면 PEALD 경우는 반응가스(Reactant)로 O2 plasma를 극부(localization)적으로 형성하여 박막을 형성하므로 반응가스의 잔류의 영향은 없으나 고에너지의 플라즈마에 의해서 물리적 영향에 의한 파티클이 생성될 수 있다. 공정 중 발생하는 입자(Particle)은 수율 감소와 박막의 물성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 두 공정 중 발생하는 파티클을 ISPM으로 관찰하였고, 각 공정에서 형성된 박막의 두께 균일도, 표면의 형상(morphology), 화학적 조성 및 전기적 특성을 측정하였다. 이를 통해서 ALD와 PEALD의 파티클과 박막특성을 비교하였다.

• 한국진공학회지
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• 제19권1호
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• pp.14-21
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• 2010

Ge은 Si에 비하여 높은 이동도를 갖기 때문에 차세대 고속 metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) 소자를 위한 channel 물질로서 각광받고 있다. 그러나 화학적으로 안정한 게이트 산화막의 부재는 MOS 소자에 Ge channel의 사용에 주요한 장애가 되어왔다. 특히, Ge 기판 위에 고품질의 계면 특성을 갖는 게이트 절연막의 제조는 필수 요구사항이다. 본 연구에서, $HfO_xN_y$ 박막은 Ge 기판 위에 플라즈마 원자층 증착법(plasma-enhanced atomic layer deposition, PEALD)을 이용하여 증착되었다. 플라즈마 원자층 증착공정 동안에 질소는 질소, 산소 혼합 플라즈마를 이용한 in situ 질화법에 의하여 첨가되었다. 산소 플라즈마에 대한 질소 플라즈마의 첨가로 성분비를 조절함으로써 전기적 특성과 계면 성질을 향상시키는데 초점을 맞추어서 연구를 진행하였다. 질소 산소의 비가 1：1이었을 때, EOT의 값의 10% 감소를 갖는 고품질의 소자특성을 보여주었다. X-ray photoemission spectroscopy (XPS)와 high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM)를 사용하여 박막의 화학적 결합 구조와 미세구조를 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.117-117
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• 2013

염료감응태양전지의 효율을 높이기 위해서, 광전극으로 쓰이는 다공성 $TiO_2$ 후막에 플라즈마원자증착기술(PEALD)과 원자증착기술(ALD)을 이용하여 알루미나($Al_2O_3$)막을 3차원적으로 균일하고 매우 얇게 형성하였다. 이를 통해서 태양빛에 의해 여기된 염료의 전자가 알루미나를 통과(tunneling)하여 $TiO_2$ 전도대로 도입되게 함과 동시에 $TiO_2$ 전도대로 도입된 전자들이 전해질과 염료로 재결합하는 현상을 방지하였다. 결국 이러한 작용에 의해서 염료감응태양전지의 개방전압을 높이는 효과를 관측하였다. 나아가 PEALD와 ALD 두가지 방식으로 형성된 $Al_2O_3$ 껍질층의 특성 차이를 비교 관찰하고 이에 따른 염료감응태양전지의 소자 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.211-212
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• 2010

GaN 기반의 상부발광형 LED는 동작되는 동안 생기는 전기적 단락, 그리고 칩 위의 p-형 전극과 n-형 전극 사이에 생기는 누설전류 및 신뢰성 확보를 위하여 칩 표면에 passivation 층을 형성하게 된다. SiO2, Si3N4와 같은 passivation layers는 일반적으로 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)공정을 이용한다, 하지만 이는 공정 특성상 plasma로 인한 damage가 유발되기 때문에 표면 누설 전류가 증가 한다. 이로 인해 forward voltage와 reverse leakage current의 특성이 저하된다. 본 실험에서는 원자층 단위의 박막 증착으로 인해 PECVD보다 단차 피복성이 매우 우수한 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)공정을 이용하여 Al2O3 passivation layer를 증착한 후, 표면 누설전류와 빛의 출력 특성에 대해서 조사해 보았다. PSS (patterned sapphire substrate) 위에 성장된 LED 에피구조를 사용하였고, TCP(Trancformer Copled Plasma)장비를 사용하여 에칭 공정을 진행하였다. 이때 투명전극을 증착하기 위해 e-beam evaporator를 사용하여 Ni/Au를 각각 $50\;{\AA}$씩 증착한 후 오믹 특성을 향상시키기 위하여 $500^{\circ}C$에서 열처리를 해주었다. 그리고 Ti/Au($300/4000{\AA}$) 메탈을 사용하여 p-전극과 n-전극을 형성하였다. Passivation을 하지 않은 경우에는 reverse leakage current가 -5V 에서 $-1.9{\times}10-8$ A 로 측정되었고, SiO2와 Si3N4을 passivation으로 이용한 경우에는 각각 $8.7{\times}10-9$과 $-2.2{\times}10-9$로 측정되었다. Fig. 1 에서 보면 알 수 있듯이 5 nm의 Al2O3 film을 passivation layer로 이용할 경우 passivation을 하지 않은 경우를 제외한 다른 passivation 경우보다 reverse leakage current가 약 2 order ($-3.46{\times}10-11$ A) 정도 낮게 측정되었다. 그 이유는 CVD 공정보다 짧은 ALD의 공정시간과 더 낮은 RF Power로 인해 plasma damage를 덜 입게 되어 나타난 것으로 생각된다. Fig. 2 에서는 Al2O3로 passivation을 한 소자의 forward voltage가 SiO2와 Si3N4로 passivation을 한 소자보다 각각 0.07 V와 0.25 V씩 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 Fig. 3 에서는 Al2O3로 passivation을 한 소자의 output power가 SiO2와 Si3N4로 passivation을 한 소자보다 각각 2.7%와 24.6%씩 증가한 것을 볼 수 있다. Output power가 증가된 원인으로는 향상된 forward voltage 및 reverse에서의 leakage 특성과 공기보다 높은 Al2O3의 굴절률이 광출력 효율을 증가시켰기 때문인 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제30권5호
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• pp.262-266
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• 2020

In this paper, we investigated the effect of the passivation stack with Al₂O₃, hydrogenated silicon nitride (SiN_x:H) stack and Al₂O₃, silicon oxynitride (SiON_x) stack in the n type bifacial solar cell on monocrystalline silicon. SiNx:H and SiON_x films were deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition on the Al₂O₃ thin film deposited by thermal atomic layer deposition. We focus on passivation properties of the two stack structure after laser ablation process in order to improve bifaciality of the cell. Our results showed SiN_x:H with Al₂O₃ stack is 10 mV higher in implied open circuit voltage and 60 ㎲ higher in minority carrier lifetime than SiON_x with Al₂O₃ stack at Ni silicide formation temperature for 1.8% open area ratio. This can be explained by hydrogen passivation at the Al₂O₃/Si interface and Al₂O₃ layer of laser damaged area during annealing.

• 한국재료학회지
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• 제23권8호
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• pp.405-422
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• 2013

Atomic layer deposition(ALD) is a promising deposition method and has been studied and used in many different areas, such as displays, semiconductors, batteries, and solar cells. This method, which is based on a self-limiting growth mechanism, facilitates precise control of film thickness at an atomic level and enables deposition on large and three dimensionally complex surfaces. For instance, ALD technology is very useful for 3D and high aspect ratio structures such as dynamic random access memory(DRAM) and other non-volatile memories(NVMs). In addition, a variety of materials can be deposited using ALD, oxides, nitrides, sulfides, metals, and so on. In conventional ALD, the source and reactant are pulsed into the reaction chamber alternately, one at a time, separated by purging or evacuation periods. Thermal ALD and metal organic ALD are also used, but these have their own advantages and disadvantages. Furthermore, plasma-enhanced ALD has come into the spotlight because it has more freedom in processing conditions; it uses highly reactive radicals and ions and for a wider range of material properties than the conventional thermal ALD, which uses $H_2O$ and $O_3$ as an oxygen reactant. However, the throughput is still a challenge for a current time divided ALD system. Therefore, a new concept of ALD, fast ALD or spatial ALD, which separate half-reactions spatially, has been extensively under development. In this paper, we reviewed these various kinds of ALD equipment, possible materials using ALD, and recent ALD research applications mainly focused on materials required in microelectronics.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제36회 동계학술대회 초록집
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• pp.133.1-133.1
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• 2009

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.179-179
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• 2010

다양한 분야에서 확산 방지막은 소자의 신뢰성 향상에 중요한 역할을 하고 있다. 최근 반도체에 적용되기 시작한 구리 배선 형성 공정에서도 실리콘이나 실리콘 산화막으로 구리가 확산하는 것을 방지하는 기술이 중요한 부분을 차지하고 있다. 기존 physical vapor deposition (PVD)법을 이용한 $TaN_x$ 확산 방지막 형성 기술이 성공적으로 적용되고 있으나 반도체의 최소선폭이 지속적으로 감소함에 따라 한계에 다다르고 있다. 20 nm 급과 그 이하의 구리 배선을 위해서는 5 nm 이하의 매우 얇고 높은 피복 단차율을 가진 확산 방지막 형성 기술이 요구된다. 또한, 요구 두께의 감소에 따라 더 우수한 확산 방지 특성이 요구된다. Atomic layer deposition (ALD)은 박막의 정교한 두께 조절이 가능하며 높은 종횡비를 가지는 구조에서도 균일한 박막 형성이 가능하다. 이번 연구에서는 다른 질소 함량을 가진 $TaN_x$ 박막을 Tertiarybutylimido tris (ethylamethlamino) tantalum (TBITEMAT) 전구체와 $H_2+N_2$ 반응성 플라즈마를 사용하여 plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) 법으로 형성하였다. 박막 내질소 함량에 따라 $TaN_x$의 상 (phase)과 미세구조 변화가 관찰되었고, 이러한 물성의 변화는 확산 방지 특성에 영향을 주었다. TEM (Transmission electron microscopy)과 SEM (scanning electron microscope), XPS (x-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 $TaN_x$의 물성을 분석하였고, 300 도에서 700 도까지 열처리 후 XRD (x-ray deffraction)와 I-V test를 통해 확산 방지막의 열적 안정성이 평가되었다. PEALD를 통해 24 nm 크기의 trench 기판 위에 약 4 nm의 $TaN_x$ 확산 방지막이 매우 균일하게 형성할 수 있었으며 향후 구리 배선에 효과적으로 적용될 것으로 예상된다.

• Current Applied Physics
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• 제18권11호
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• pp.1436-1440
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• 2018

SiN and SiCN film production using plasma-enhanced atomic layer deposition (PE-ALD) is investigated in this study. A developed high-power and high-density multiple inductively coupled plasma (multi-ICP) source is used for a low temperature PE-ALD process. High plasma density and good uniformity are obtained by high power $N_2$ plasma discharge. Silicon nitride films are deposited on a 300-mm wafer using the PE-ALD method at low temperature. To analyze the quality of the SiN and SiCN films, the wet etch rate, refractive index, and growth rate of the thin films are measured. Experiments are performed by changing the applied power and the process temperature ($300-500^{\circ}C$).

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.229-229
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• 2010

With the scaling down of ultra large integrated circuits (ULSI) to the sub-50 nm technology node, the need for an ultra-thin, continuous and conformal diffusion barrier and Cu seed layer is increasing. However, diffusion barrier and Cu seed layer formation with a physical vapor deposition (PVD) method has become difficult as the technology node is reduced to 30 nm and beyond. Recent work on self-forming barrier processes using PVD Cu alloys have attracted great attention due to the capability of conformal ultra-thin barrier formation using a simple technique. However, as in the case of the conventional barrier and Cu seed layer, PVD of the Cu alloy seed layer will eventually encounter the difficulty in conformal deposition in narrow line trenches and via holes. Atomic layer deposition (ALD) has been known for its good step coverage and precise thickness control, and is a candidate technique for the formation of a thin conformal barrier layer and Cu seed layer. Conformal Cu-Mn seed layers were deposited by plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) at low temperature ($120^{\circ}C$), and the Mn content in the Cu-Mn alloys were controlled form 0 to approximately 10 atomic percent with various Mn precursor feeding times. Resistivity of the Cu-Mn alloy films decreased by annealing due to out-diffusion of Mn atoms. Out-diffused Mn atoms were segregated to the surface of the film and interface between a Cu-Mn alloy and $SiO_2$, resulting in self-formed $MnO_x$ and $MnSi_xO_y$, respectively. No inter-diffusion was observed between Cu and $SiO_2$ after annealing at $500^{\circ}C$ for 12 h, indicating an excellent diffusion barrier property of the $MnSi_xO_y$. The adhesion between Cu and $SiO_2$ was enhanced by the formation of $MnSi_xO_y$. Continuous and conductive Cu-Mn seed layers were deposited with PEALD into 32 nm $SiO_2$ trench, enabling a low temperature process, and the trench was perfectly filled using electrochemical plating (ECD) under conventional conditions. Thus, it is the resultant self-forming barrier process with PEALD Cu-Mn alloy film as a seed layer for plating Cu that has further potential to meet the requirement of the smaller than 30 nm node.