• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.2
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• pp.109-112
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• 2008

The miniaturization of device size and submicron process causes serious problems in conventional metallization due to the solubility of silicon and metal at the interface, such as an increasing contact resistance in the contact hole and interdiffusion between metal and silicon. Moreover, the interaction between Cu and Si is so strong and detrimental to the electrical performance of Si even at temperatures below $200^{\circ}C$. Therefore it is necessary to implement a barrier layer between Cu and Si. So we study W-C-N diffusion barrier for prevent Cu diffusion as a function of $N_2$ gas flow and thermal stability. Especially, we also study the W-C-N diffusion barrier for analyzing the change of lattice constants.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.06a
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• pp.114-115
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• 2006

반도체 기술이 초고집적화 되어감에 따라 공정에서 선폭이 줄어들고, 박막을 다층으로 제조하는 것이 중요하게 되었다. 이와 같은 제조 공정 하에서는 Si 기판과 금속 박막간의 확산이 커다란 문제로 부각되어 왔다. 특히 Cu는 높은 확산성에 의하여 Si 기판과 접합에서 많은 확산에 의한 문제가 발생하게 되며. 또한 선폭이 줄어듦에 따라 고열이 발생하여 실리콘으로 spiking이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 우리는 3개의 화합물로 구성된 Tungsten-Carbon-Nitrogen (W-C-N) 확산방지막을 사용하였다. 실험은 물리적 기상 증착법 (PVD)으로 질소비율을 변화하며 확산방지막을 증착하였고, 이를 여러 온도에서 열처리하여 X-ray Diffraction 분석을 하였다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.16 no.1
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• pp.75-78
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• 2006

In case of contacts between semiconductor and metal in semiconductor circuits, they become unstable because of thermal budget. To prevent these problems, we use diffusion barrier that has a good thermal stability between metal and semiconductor. So we consider the diffusion barrier to prevent the increase of contact resistance between the interfaces of metals and semiconductors, and the increase of resistance and the reaction between the interfaces. In this paper we deposited tungsten boron carbon nitride (W-B-C-N) thin film on silicon substrate. The impurities of the $1000\;{\AA}-thick$ W-B-C-N thin films provide stuffing effect for preventing the inter-diffusion between metal thin films $(Cu-2000\;{\AA})$ and silicon during the high temperature $(700\~1000^{\circ}C)$ annealing process.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.4
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• pp.266-270
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• 2011

This paper suggest tungsten (W)-carbon (C)-nitrogen (N) thin films for diffusion barrier that W is main material and C and N are additives. W-C-N thin films are deposited with fixed rates of W and C but with a variation of $N_2$ gas flow and W-C-N thin films are heated at $600^{\circ}C$. From the experimental results, the variation of elastoplastic region for W-C-N thin film measured by tribological property is larger than that of elastic region with a variation of $N_2$ gas flow. These results show that the $N_2$ gas flow is more directly related with the elastoplastic region of W-C-N thin film. Nanoindenting test executed 16 times consecutively and we got the stress-strain curve graphs and hardness datas at each sample. Through the stress-strain curve graphs, the standard diviation of stress-strain curve for $N_2$ gas flow rate of 2.0 sccm is smaller than that of 0, 0.5, 1.5 sccm. Consequently, the physical stability of W-C-N thin film depends on the flow rate of $N_2$ gas.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.12 no.4 s.37
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• pp.345-349
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• 2005

Low resistive ($300{\mu}{\Omega}$-cm) W-C-N films have been deposited on tetraethylorthosilicate (TEOS) interlayer dielectric by atomic layer deposition (ALD) with $WF_6-N_2-CH_4$ gas. The exposure cycles of $N_2$ and $CH_4$ are synchronized with pulse plasma. The W-C-N films on TEOS layer follow the ALD mechanism and keep constant deposition rate of 0.2 nm/cycle from 10 to 100 cycles. As a diffusion barrier for Cu interconnection the W-C-N films maintain amorphous phase and Cu inter-diffusion is not occurred even at $800^{\circ}C$ for 30 min.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.87-88
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• 2007

반도체 소자가 초고집적화 되어감에 따라 반도체 공정에서 선폭은 줄어들고 박막은 다층화 되어가고 있다. 이와 같은 제조 공정 하에서는 Si 기판과 금속 박막간의 확산이 커다란 문제로 부각되어 왔다. 특히 Cu는 높은 확산성에 의하여 Si 기판과 접합에서 많은 확산에 의한 문제가 발생하게 되며, 또한 선폭이 줄어듦에 따라 고열이 발생하여 실리콘으로 spiking이 발생하게 된다. 이러한 확산을 방지하기 위하여 이 논문에서는 Tungsten - Carbon - Nitrogen (W-C-N)에 Boron (B)을 첨가하였고, Boron 타겟 power을 조절하여 다양한 조성을 가지는 W-B-C-N 확산방지막을 제작하여 각 조성에 따른 증착률을 조서하였고 $1000^{\circ}C$까지 열처리하여 그 비저항을 측정하여 각 특성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.228-228
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• 2010

반도체 집적도의 비약적인 발전으로 각 박막 층간의 두께는 더욱 줄어들었고 이는 각 박막 층간의 확산에 대한 문제를 간과할 수 없게 하였다. 따라서 각 층간의 확산을 방지하기위한 확산방지막의 연구에 대한 관심도는 증가하게 되었다. 또한 본 연구에서 분석을 위하여 사용된 Nanoindenter는 박막 표면에 다이아몬드 팁을 이용하여 압입을 실시하여 이때 시표의 반응에 의한 팁의 위치(Z-축)를 in-situ로 측정하여 인가력과 팁의 위치에 대한 연속 압입곡선을 측정하게 된다. 이를 통하여 박막의 hardness와 elastin modulus를 측정하게 되고, 연속 압입곡선 분석을 통하여 박막의 표면응력 변화를 측정한다. 이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si 기판과 금속배선 물질인 Cu와의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W-C-N 확산방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 rf magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착 조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 하여 박막내 질소 비율에 따른 확산방지막을 제작하였다. 이후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온에서 $900^{\circ}C$ 까지 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였고, 고온에서 확산방지막의 열적인 안정성을 Nanoindentation 분석을 이용하여 측정하였다. 측정 결과 박막내 질소 불포함된 박막의 경우 표면 강도는 9.01 GPa에서 194.01 GPa의 급격한 변화를 보였고, 질소가 포함된 박막은 9.41 GPa에서 43.01 GPa으로 상대적으로 적은 차이를 보였다. X-ray 분석 결과에서도 박막내 질소가 포함된 박막이 고온에서도 더 안정된 특성을 보이는 것을 확인하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.6
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• pp.518-522
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• 2008

The miniaturization of device size and multilevel interlayers have been developed by ULSI circuit devices. These submicron processes cause serious problems in conventional metallization due to the solubility of silicon and metal at the interface, such as an increasing contact resistance in the contact hole and interdiffusion between metal and silicon. Therefore it is necessary to implement a barrier layer between Si and metal. Thus, the size of multilevel interconnection of ULSI devices is critical metallization schemes, and it is necessary reduce the RC time delay for device speed performance. So it is tendency to study the Cu metallization for interconnect of semiconductor processes. However, at the submicron process the interaction between Si and Cu is so strong and detrimental to the electrical performance of Si even at temperatures below $200^{\circ}C$. Thus, we suggest the tungsten-carbon-nitrogen (W-C-N) thin film for Cu diffusion barrier characterized by nano scale indentation system. Nano-indentation system was proposed as an in-situ and nanometer-order local stress analysis technique.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.271-271
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• 2011

본 논문에서는 W-N 확산 방지막을 각각 다른 질소 유입 조건 (0 sccm, 0.5 sccm, 1 sccm) 하에 Si (Silicon) (100) 기판 위에 rf (radio-frequency) magnetron sputter를 이용하여 증착하였다. 증착된 박막은 800$^{\circ}C$에서 열처리하였고, 이때 각각의 W-N 확산 방지 막의 열적 안정성을 분석하였다. 기존 W-N박막의 분석은 X-ray diffraction (XRD)와 같은 분광학적 방법을 사용하여 분석하였으나, 이는 점점 미세화 되어가는 반도체 산업의 최근 동향에는 적합하지 않다. 따라서 이번 실험에서는 박막 국부적인 영역에서 nano scale의 분석이 가능한 nano indentation을 이용하여 분석하였다. 본 연구에서는 열적 안정성을 분석하기 위하여 각각 열처리 온도가 다른 박막의 stress 분포를 XRD와 AFM를 이용하여 구한 격자상수로 먼저 박막 전체적인 영역을 분석하였다. 박막의 국부적인 영역은 앞서 언급하였던 nano indentation을 이용하여 stress 분포를 분석하였다. 실험 결과, 표면의 RMS roughness는 3.6에서 1.4 nm으로 변하였으며, 박막은 미열처리에서 열처리 온도의 증가 시 보다 tensile stress를 많이 받는 것으로 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.184-184
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• 2010

반도체 집적도의 비약적인 발전으로 각 박막 층간의 두께는 더욱 줄어들었고 이는 각 박막 층간의 확산에 대한 문제를 간과할 수 없게 하였다. 따라서 각 층간의 확산을 방지하기 위하여 두께가 수십 nm size의 확산방지막의 연구에 대한 관심도는 증가하게 되었다. 본 연구에서 분석을 위하여 사용된 Nano-indentation은 박막 표면에 다이아몬드 팁을 이용하여 압입을 실시하여 이때 시표의 반응에 의한 팁의 위치(Z-축)를 in-situ로 측정하여 인가력과 팁의 위치에 대한 연속 압입곡선을 측정하게 된다. 이를 통하여 박막의 hardness와 elastic modulus를 측정하게 되고, 연속 압입곡선 분석을 통하여 박막의 표면응력 변화를 측정한다. 이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si기판과 금속배선 물질인 Cu와의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W-C-N 확산 방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 RF-magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 하여 박막 내 질소비율에 따른 확산방지막을 제작하였다. 이후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$로 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 고온에서 확산방지막의 물리적 특성을 알아보기 위해 Nano-indentation을 이용하여 분석하였고, WET-SPM을 이용하여 표면 이미지와 거칠기를 확인하였다. 그 결과 질화물질이 내화물질에 비해 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.