High-entropy TiAlCrSiN nano-composite coating was designed to improve mold life for high temperature liquid molding. Alloy design, powder fabrication and single alloying target fabrication for the high-entropy nano-composite coating were carried out. Using the single alloying target, an arc ion plating method was applied to prepare a TiAlCrSiN nano-composite coating had a 30 nm TiAlCrSiN layers are deposited layer by layer, and form about 4 ㎛-thickness of multi-layered coating. TiAlCrSiN nano-composite coating had a high hardness of about 39.9 GPa and a low coefficient of friction of less than about 0.47 in a dry environment. In addition, there was no change in the structure of the coating after the dissolution loss test in the molten metal at a temperature of about 1100 degrees.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.54-54
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2011
The demand for low-friction, wear and corrosion resistant components, which operate under severe conditions, has directed attentions to advanced surface engineering technologies. The Filtered Vacuum Arc Cathode Deposition (FVACD) process has demonstrated atomically smooth surface at relatively high deposition rates over large surface areas. Preparation of Ti-Si-C-N nanocomposite coatings on (100) Si and stainless steel substrates with tetramethylsilane (TMS) gas pressures to optimize the film preparation conditions. Ti-S-C-N coatings were characterized using X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, nanoindentation, Rockwell C indentation and ball-on-disk wear tests. The XRD results have confirmed phase formation information of TiSiCN coatings, which shows mixing of TiN and TiC structure, corresponding to (111), (200) and (220) planes of TiCN. The chemical composition of the film was investigated by XPS core level spectra. The binding energy of the elements present in the films was estimated using XPS measurements and it shows present of elemental information corresponding to Ti2p, N1s, Si 2p and C1. Film hardness and elastic modulus were measured with a nano-indenter, and film hardness reached 40 GPa. Tribological behaviors of the films were evaluated using a ball-on-disk tribometer, and the films demonstrated properties of low-friction and good wear resistance.
The $CoSi_2$ process is widely employed in a salicide as well as an ohmic layer process. In this experiment, we investigated the characteristics of $CoSi_2$ films by combinations of I-type (TiN 100$\AA$/Co 150$\AA$), II-type(TiN 100$\AA$/Co 150$\AA$/Ti 50$\AA$), III-type(Ti 100$\AA$/Co 150$\AA$/Ti 50$\AA$), and IV-type(Ti 100$\AA$/Co 150$\AA$/Ti 100$\AA$). Sheet resistances of $CoSi_2$ show the lowest resistance with 2.9 $\Omega$/sq. in a TiN/Co condition and much higher resistances in conditions simultaneously applying Ti capping layers and Ti interlayers. Though we couldn't observe a $CoSi_2$roughness dependence on the film stacks from RMS values, Ti capping layers turned into 78∼94$\AA$ thick TiN layers of (200) preferred orientation at $N_2$ambient. In addition, Ti interlayers helped to form the epitaxial $CoSi_2$with (200) preferred orientation and ternary compounds of Co-Ti-Si. We propose that film structures of II-type and III-type may be appropriate in the salicide process and the ohmic layer process from the viewpoint of Co diffusion kinetics and the CoSi$_2$epitaxy.
Kim, Yeong-Uk;Kim, Yeong-Uk;Go, Jong-U;Lee, Nae-In;Kim, Il-Gwon;Park, Sun-O;An, Seong-Tae;Lee, Mun-Yong;Lee, Jong-Gil
Korean Journal of Materials Research
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v.3
no.1
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pp.12-18
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1993
Abstract The effect of the film stress on the thermal stability of TiSi, films under the dielectric overcoat was investigated. TiS$i_2$ films with the sheet resistance of 1.2 ohm/sq. were produced by a solid-state reaction between sputtered Ti film and single-crystalline Si in an RTA (rapid thermal anneal) machine. Dielectric overcoats such as the USG (Undoped Silicate Glass, Si$O_2$) film and the PE-SiN(S$i_3$$N_4$) film were deposited by AP-CVD and PE-CVD, respectively, on the TiS$i_2$ film. The thermal stability of the TiSi, film was evaluated by changes in the sheet resistance, film stress and microstructure after furnace anneals at 90$0^{\circ}C$. Agglomeration of the TiSi2 film high temperatures results in the increase of sheet resistance and the decrease of tensile stress of TiSi, film. The stress level of the TiSi" PE-SiN and ~SG films at 90$0^{\circ}C$C was 1.3${\times}{10^{9}}$, 1.25 ${\times}{10^{10}}$, 2.26 ${\times}{10^{10}}$ dyne/c$m^2$ in tensile, respectively. Dielectric films deposited by CVD on TiSi, was effective on preventing agglomeration of TiSi,. The PE-SiN film mproved the thermal stability of TiSi, more effectively than the AP-CVD USG film. It is considered that agglomeration of the TiS$i_2$ film under the stress of dielectric overcoat at high temperature can be caused by a diffusional flow of atom called Nabarro-Herring microcreep.reep.
Contact resistance and contact leakage current of the $Al/TiSi_2/Si$ system are investigated for $N^+\;and\;P^+$ junctions. Titanium disilicide is one of the most common silicides because of its thermal stability, ability, to form selective formation and low resistivity. In this paper, the effect of RTA temperature and Junction implant dose are characterized. The $TiSi_2$ contact resistance to $N^+$ silicon is lower than that of Al to $N^+$ silicon, but $TiSi_2$ of contact resistance to $P^+$ silicon is higher than that of Al to $P^+$ silicon. The $TiSi_2$ of contact leakage current to $N^+\;and\;P^+$ silicon is similar to that of Al contact.
The properties of TiN as a barrier against Cu diffusion ere studied by sheet resistance measurement, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Auger electron spectroscopy, and capacitance-voltage(C-V) measurement. The sensitivities of the various methods were compared. Specimens with Cu/TiN/Ti/SiO2/Si structure were prepared by various deposition techniques and annealed at various temperatures ranging from $500^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$ in 10%H2/90%Ar ambient for hours. As the effectiveness of the barrier property of TiN against Cu diffusion was vanished, the irregular-shaped sports were observed and outdiffused Si were detected on the surface of the Cu thin film. The C-V characteristics of the MOS capacitors varied drastically with annealing temperatures. In C-V measurement, the inversion capacitance decreased at annealing temperature range from $500^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$ and increased remarkably at $800^{\circ}C$. These variations may be due to the Cu diffusion through TiN into $SiO_2$ and Si.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2000.02a
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pp.61-61
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2000
Device의 고성능화를 위하여 소자의 고속화, 고집적화가 가속됨에 따라 SALICIDE Process가 더욱 절실하게 요구되고 있다. 이러한 SALICIDE Process의 재료로써는 metal/silicide 중에서 비저항이 가장 낮은 TiSi2(15-25$\mu$$\Omega$cm), CoSi2(17-25$\mu$$\Omega$cm)가 일반적으로 많이 연구되어 왔다. 그러나 Ti-silicide의 경우 Co-silicide는 배선 선폭의 감소에 따른 면저항 값의 변화가 작으며, 고온에서 안정하고, 도펀트 물질과 열역학적으로 안정하여 화합물을 형성하지 않는다는 장점이 있으마 Ti처럼 자연산화막을 제거할 수 없어 Si 기판위에 자연산화막이 존재시 균일한 실리사이드 박막을 형성할 수 없는 단점등을 가지고 있다. 본 연구에서는 Ti Capping layer 에 의한 균일한 Co-silicide의 형성을 일반적인 Si(100)기판과 SCl 방법에 의하여 chemical Oxide를 성장시킨 Si(100)기판의 경우에 대하여 연구하였다. 스퍼터링 방법에 의해 Co를 150 증착후 capping layer로써 TiN, Ti를 각각 100 씩 증착하였다. 열처리는 RTP를 이용하여 50$0^{\circ}C$~78$0^{\circ}C$까지 4$0^{\circ}C$ 구간으로 N2 분위기에서 30초 동안 열처리를 한후, selective metal strip XRD, TEM의 분석장비를 이용하여 관찰하였다. lst RTP후 selective metal strip 후 면저항의 측정과 XRD 분석결과 낮은 면저항을 갖는 CoSi2로의 상전이는 TiN capping과 Co 단일박막이 일반적인 Si(100)기판과 interfacial oxide가 존재하는 Si(100)기판위에서 Ti capping의 경우보다 낮은 온도에서 일어났다. 또한 CoSi에서 CoSi2으로 상전이는 일반적인 Si(100)기판위에서 보다 interfacial Oxide가 존재하는 Si(100)기판 위에 TiN capping과 Co 단일박막의 경우 열처리 후에도 Oxide가 존재하는 불균인한 CoSi2박막을 관찰하였으며, Ti capping의 경우 Oxise가 존재하지 않는 표면과 계면이 더 균일한 CoSi2 박막을 형성 할 수 있었다.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2000.02a
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pp.123-123
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2000
선폭이 초미세화됨에 따라 게이트 전극에서의 공핍 현상 및 불순물 확산의 물제를 갖는 poly-Si 게이트를 대체할 전극 물질로 텅스텐(W)이 많이 연구되어 왔다. 반도체 소자의 배선물질로 일찍부터 사용되어온 텅스텐은 내화성 금속의 일종으로 용융점이 높고, 저항이 낮다. 그러나, 일반적으로 사용되고 있는 CVD에 의한 텅스텐의 증착은 반응가스(WF6)로부터 오는 불소(F)의 게이트 산화막내로의 확산으로 인해 MOS 소자가 크게 열화될수 있다. 본 연구에서는 W/TiN 이중 게이트 전극 구조를 갖는 MOS 캐패시터를 제작하여 전기적 특성을 살펴보았다. P-Type (100) Si위에 RTP를 이용, 85$0^{\circ}C$에서 110 의 열산화막을 성장 및 POA를 수행한 후, 반응성 스퍼터링법에 의해 상온, 6mTorr, N2/Ar=1/6 sccm, 100W 조건에서 TiN 박막을 150, 300, 500 의 3그룹으로 증착하였다. 그 위에 LPCVD 방법으로 35$0^{\circ}C$, 0.7Torr, WF6/SiH4/H2=5/5~10/500sccm 조건에서 2000~3000 의 텅스텐을 증착하였다. Photolithography 공정 및 습식 에칭을 통해 200$\mu\textrm{m}$$\times$200$\mu\textrm{m}$ 크기의 W/TiN 복층 게이트 MOSC를 제작하였다. W/TiN 복측 게이트 소자와 비교분석하기 위해 같은 조건의 산화막을 이용한 알루미늄(Al) 게이트, 텅스텐 게이트 MOSC를 제작하였다. 35$0^{\circ}C$에서 증착된 텅스텐 박막은 10~11$\Omega$/ 의 면저항을 가졌고 미소한 W(110) peak값을 나타내는 것으로 보아 비정질 상태에 가까웠다. TiN 박막의 경우 120~130$\Omega$/ 의 면저항을 가졌고 TiN (200)의 peak 값이 크게 나타난 반면, TiN(111) peak가 미소하게 나타났다. TiN 박막의 두께와 WF/SiH4의 가스비를 변화시켜가며 제작된 MOS 캐패시터를 HF 및 QS C-V, I-V 그리고 FNT를 통한 전자주입 방법을 이용하여 TiN 박막의 불소에 대한 확산 방지막 역할을 살펴 보았다. W/TiN 게이트 MOS 소자는 모두 순수 텅스텐 게이트보다 우수하였고, Al 게이트와 유사한 전기적 특성을 보여주었다. W/TiN 게이트 MOS 소자는 모두 순수 텅스텐 게이트보다 우수하였고, Al 게이트와 유사한 전기적 특성을 보여주었다. TiN 박막이 300 , 500 이고 WF6/SiH4의 가스비가 5:10인 경우 소자 특성이 우수하였으나, 5:5의 경우에는 FNT 전자주입 특성이 열화되기 시작하였다. 그리고, TiN박막의 두께가 150 으로 얇아질 경우에는 WF6/SiH4의 가스비가 5:10인 경우에서도 소자 특성이 열화되기 시작하였다. W/TiN 복층 게이트 MOS 캐패시터를 제작하여 전기적인 특성 분석결과, 순수 텅스텐 게이트 소자의 큰 저전계 누설 전류 특성을 해결할 수 있었으며, 불소확산에 영향을 주는 조건이 WF6/SiH4의 가스비에 크게 의존됨을 알 수 있었다. TiN 박막의 증착 공정이 최적화 될 경우, 0.1$\mu\textrm{m}$이하의 초미세소자용 게이트 전극으로서 텅스텐의 사용이 가능할 것으로 보여진다.
Kim, Sang-Yang;Seo, Yong-Jin;Lee, Woo-Sun;Chung, Hun-Sang;Kim, Chang-Il;Chang, Eui-Goo;Chung, Yong-Ho
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.05b
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pp.54-56
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2001
The $SiH_4$ soak step is widely used during the CVD Tungsten(W) plug deposition process on the Ti/TiN barrier metal to prevent the $WF_6$ attack to the underlayer metal. We tried to reduce or skip the time of $SiH_4$ soak process to optimize W-plug deposition process on Via. The electrical characteristics including Via resistance and the structure of W film are affected according to $SiH_4$ soak time. The elimination possibility of $SiH_4$ soak process was confirmed in the case of that the CVD W film grows on the stable Ti/TiN underlayer.
Ti-Si-N coating layers were codeposited on silicon wafer substrates by a DC reactive magnetron sputtering technique using separate titanium and silicon targets in $N_2$/Ar gas mixtures. The oxidation behavior of Ti-Si-N coating layers containing 4.0 at.%, 10.0 at.%, and 27.3 at.% Si was investigated at temperatures ranging from 600 to $960^{\circ}C$. The coating layers containing 4.0 at.% Si became fast oxidized from $600^{\circ}C$ while the coating layers containing 10.0 at.% Si had oxidation resistance up to $800^{\circ}C$. It was concluded that an increase in Si content to a level of 10.0 at.% led to the formation of finer TiN grains and a uniformly distributed amorphous Si3N4 phase along grain boundaries, which acted as efficient diffusion barriers against oxidation. However, the coating layers containing 27.3 at.% Si showed relatively low oxidation resistance compared with those containing 10.0 at.% Si. This phenomenon would be explained by the existence of free Si which was not nitrified in the coating layers containing 27.3 at.% Si.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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