$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

Nanoindenter를 이용한 W-C-N 박막의 신뢰도 측정과 열적 안정성 연구
Reliability Measurements and Thermal Stabilities of W-C-N Thin Films Using Nanoindenter 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.20 no.3, 2011년, pp.200 - 204  

김주영 (국민대학교 물리학과) ,  오환원 (국민대학교 물리학과) ,  김수인 (국민대학교 물리학과) ,  최성호 (국민대학교 물리학과) ,  이창우 (국민대학교 물리학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

이 논문에서는 반도체의 기판으로 사용되는 Si(silicon)기판과 금속배선 물질인 Cu(copper)의 확산을 효과적으로 방지하기 위한 W(Tungsten)-C(Carbon)-N(Nitrogen) 확산방지막을 제시하였고, 시료 증착을 위하여 rf magnetron sputter를 사용하여 동일한 증착조건에서 질소(N)의 비율을 다르게 증착한 후 시료의 열적 안정성 측정을 위하여 상온에서 $800^{\circ}C$까지 각각 질소 분위기에서 30분간 열처리 과정을 실시하여 열적 손상을 인가하였다. 이후 Nanoindentation 기법을 이용하여 총 16 points에서 Elastic modulus와 Weibull distribution을 측정하였다. 그 결과 질화물질이 고온에서 물성변화가 적게 나타나는 것을 알 수 있었고, 온도변화에 따른 박막의 균일도와 결정성 또한 질화물질에서 더 안정적이었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we deposited the tungsten carbon nitride (W-C-N; nitrogen gas flow of 2 sccm) and tungsten carbon (W-C) thin film on silicon substrate using rf magnetron sputter. Then the thin films annealed at $800^{\circ}C$ during 30 minute ($N_2$ gas ambient) for thermal dama...

주제어

#나노트라이볼로지   #나노인덴터   #W-C-N 박막   #탄성계수   #와이블 분포  

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 그러나 이들은 확정된 값이 아니고 변동을 나타내는 하나의 확률변수이기 때문에 물질의 고유성질을 나타낼 수 있는 신뢰도 있는 데이터가 필요하다. 그래서 샘플의 탄성계수가 신뢰도 있는 값인지를 확인하기 위해 Fig. 1에 Weibull modulus를 확인하였다. A1과 A2는 m값이 약 56으로 변화가 거의 없다.
  • 이는 구조물의 신뢰성, 설계의 합리화 및 품질관리, 재료의 설계, 제조 및 개발에 사용되는 데이터로 아주 중요하다. 따라서 Weibull distribution을 도입하여 신뢰도 있는 박막에 대한 데이터를 얻는데 중점을 두었다. 하나의 시료당 16 points (4×4)에 압입하중실험을 실시하였고 point 사이의 가로 세로 간격은 5 µm이다.
  • 본 논문은 Nanoindentation을 이용하여 박막의 탄성계수를 얻었다. 현재 나노인덴테이션 기술은 박막의 특성평가와 나노소재, MEMS, 반도체의 특성평가에도 크게 활용되고 있다.
  • 시료의 분석은 Hysitron사의 Triboindenter를 이용하여, 총 16 points의 압입하중 실험을 통해 Elastic modulus를 측정하였다. 압입팁은 Berkovich tip을 사용하였다.
  • 현재 나노인덴테이션 기술은 박막의 특성평가와 나노소재, MEMS, 반도체의 특성평가에도 크게 활용되고 있다. 신뢰도 있는 측정값 산출을 위하여 Weibull distribution을 도입하여 박막의 열적안정성과 Weibull modulus를 이용하여 박막의 전체적인 균일도를 검증하였다.
  • 총 6개의 샘플을 압입 시험한 후 데이터를 각각 Weibull distribution을 사용하여 Fig. 1에 나타내었다. Weibull distribution에서 Characteristic value를 계산하여 Fig.
  • 하나의 시료당 16 points (4×4)에 압입하중실험을 실시하였고 point 사이의 가로 세로 간격은 5 µm이다.

대상 데이터

  • 본 논문에서 사용한 W-C박막, W-C-N(N2 gas flow:2sccm) 박막은 rf magnetron sputtering 시스템을 사용해 증착하였다. 타겟은 순도 99.
  • Cu와 Si기판 사이의 반응을 효과적으로 방지할 수 있는 확산방지막의 개발이 필수 요건이 되었다. 이 연구에서는 텅스텐(W)을 주 구성물질로 불순물인 탄소(C)와 질소(N)를 첨가한 W-C-N 확산방지막을 사용하였다[1,2]. 박막은 다양하고 복잡한 공정에서 박막 본래의 물성의 변화가 적어야하고, 만약 물성변화가 발생할 경우, 그 편차는 아주 미세해야 한다.
  • 증착시 압력은 3 mTorr로 하였고, 본 실험에 들어가기 전 pre-sputtering을 하여 타겟의 산화막을 제거한 후 상온에서 증착을 실시하였다. 증착된 시료 두께는 1,000 Å이었으며 증착 후 박막은 as-deposited 샘플과 Furnace에서 600℃, 800℃로 각각 N2 상태에서 30분씩 열처리한 총 6개의 시료를 사용했다. 각각의 데이터는 편의를 위해 다음 Table.
  • gas flow:2sccm) 박막은 rf magnetron sputtering 시스템을 사용해 증착하였다. 타겟은 순도 99.99%인 W, 99.95%인 WC를 사용하였으며, 증착시 사용한 Ar과 N2의 양은 mass flow controller를 사용하여 정확하게 조절하였다. 증착시 압력은 3 mTorr로 하였고, 본 실험에 들어가기 전 pre-sputtering을 하여 타겟의 산화막을 제거한 후 상온에서 증착을 실시하였다.

이론/모형

  • Median-rank (메디안-순위)법을 이용하여 P를 결정한다.
  • 시료의 분석은 Hysitron사의 Triboindenter를 이용하여, 총 16 points의 압입하중 실험을 통해 Elastic modulus를 측정하였다. 압입팁은 Berkovich tip을 사용하였다. 최대 압입력은 8 mN으로 측정하였다.
  • 하나의 시료당 16 points (4×4)에 압입하중실험을 실시하였고 point 사이의 가로 세로 간격은 5 µm이다. 측정한 데이터는 Weibull distribution에 의한 방법을 이용하였는데, 횡축은 (6)번 식, 종축은 (5)번 식을 사용하여 계산하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
확산방지막의 개발이 필수가 된 이유는? 반도체 소자의 지속적인 발전으로 인하여 금속 배선 공정에 필요한 배선선폭은 더욱 줄어들고 배선길이는 더욱 증가되고 있다. Cu와 Si기판 사이의 반응을 효과적으로 방지할 수 있는 확산방지막의 개발이 필수 요건이 되었다. 이 연구에서는 텅스텐(W)을 주 구성물질로 불순물인 탄소(C)와 질소(N)를 첨가한 W-C-N 확산방지막을 사용하였다[1,2].
반도체 소자의 추세에 다른 금속 배선의 변화는? 반도체 소자의 지속적인 발전으로 인하여 금속 배선 공정에 필요한 배선선폭은 더욱 줄어들고 배선길이는 더욱 증가되고 있다. Cu와 Si기판 사이의 반응을 효과적으로 방지할 수 있는 확산방지막의 개발이 필수 요건이 되었다.
W-C 박막과 W-C-N박막 모두 600oC까지는 Weibull modulus 값이 증가한 걸로 알 수 있는 것은? Weibull distribution 분석 결과 W-C 박막과 W-C-N박막 모두 600oC까지는 Weibull modulus 값이 증가했다. 이는 박막이 균일하며 안정해졌다고 볼 수 있겠다. 하지만 800oC의 W-C 박막에서 탄성계수의 Weibull modulus 값이 0에 가깝게 감소하였다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (8)

  1. S. I. Kim and C. W. Lee, J. Korean Vacuum Soc.17, 518 (2008). 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. S. I. Kim and C. W. Lee, J. Korean Phys. Soc. 55(3),995 (2009). 

    상세보기 crossref

  3. B. Bhushan, Handbook of micro nanotribiologypp.321-409 (1996). 

  4. I. N. Sneddon, J. Eng. Sci. 3, 47 (1965). 

    상세보기 crossref

  5. M. F. Doerner and W. D. Nix, J. Mater. Res. 1, 601(1986). 

    상세보기 crossref

  6. W. C. Oliver and G. M. Pharr, J. Mater. Res. 7, 1564(1992). 

    상세보기 crossref

  7. D. Olteanu and L. Freeman, Quality Engineering 22,256 (2010). 

    상세보기 crossref

  8. S. I. Kim and C. W. Lee, J. Korean Vacuum Soc.16, 348 (2007). 

    원문보기 상세보기 crossref

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로