• 제목/요약/키워드: TaN

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Ta/TaN 복합 다층 피막의 기계적 특성 (Mechanical Properties of Ta/TaN Multilayer)

  • 강영권;이종무;최상욱
    • 한국재료학회지
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    • 제9권8호
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    • pp.837-842
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    • 1999
  • Ta/TaN 다층피막구조는 경도는 떨어지지만 연성이 큰 Ta 막과 취성을 가지며 경도가 높은 TaN 막을 교대로 반복하여 만든 다층구조로서 경도와 연성의 장점이 잘 조화되어 높은 인성을 나타낼 것으로 기대된다. 본 연구에서는 고속도강 기판위에 Ta/TaN 복합다층피막과 compositional gradient Ta-TaN 막을 각각 반응성 스퍼터링에 의하여 증착하고 열처리에 따른 경도 및 접착성을 조사하였다. $N_2$/Ar 유량비가 0.4일 때 결정성이 가장 우수한 TaN 막이 얻어지며, Ta/TaN 복합다층피막의 경도 및 스크래치 테스트 결과도 가장 우수하였다. 또한 Ta/TaN 복합다층피막 증착후의 어닐링 처리 시 어닐링 온도가 증가할수록 피막의 경도와 접착성이 악화되었으며, compositional modulation wavelength가 감소함에 따라 Ta/TaN 복합다층피막의 경도는 증가하지만 접착성은 wavelength에 대한 의존성이 약하게 나타났다. 그리고 compositional gradient Ta-TaN 막 증착후의 어닐링 처리 시 경도와 스크래치 테스트 값은 각각 20$0^{\circ}C$와 40$0^{\circ}C$에서 최대값을 나타내었다.

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스핀 밸브 Ta 하지층의 질소함유량 변화와 열처리 온도에 따른 자기적 특성 (Magnetic Properties of Spin Valve Ta Underlayer Depending on N2 Concentration and Annealing Temperature)

  • 최연봉;김지원;조순철;이창우
    • 한국자기학회지
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    • 제15권4호
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    • pp.226-230
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    • 2005
  • 본 연구에서는 스핀밸브 구조에서 하지층으로 많이 사용되고 있는 Ta 층에 질소를 첨가하여 질소량에 따른 자기적 특성과 열처리 결과를 비교 검토하였다. 또한 하지층에 질소를 첨가하여 확산 방지막으로서 역할과 기판과 하지층과의 접착력을 측정하여 비교하였다. 사용된 스핀밸브는 Si($SiO_2$)/Ta(TaN)/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/FeMn/Ta 구조이다. Ta 박막에 비해 TaN 박막의 질소량이 증가할수록 증착률은 감소하였고, 비저항과 표면 거칠기는 증가하였다. 고온에서 열처리 후 측정한 XRD 결과를 보면 Si/Ta 박막에서는 규소화합물이 생성된 반면 Si/TaN 박막에서는 규소화합물을 발견할 수 없었다. 자기저항비(MR)와 교환결합자장($H_{ex}$)은 질소량이 4.0 sccm 이상에서는 감소하였다. 열처리 결과 자기저항비는 하지층이 Ta인 시편과 질소량이 4.0 sccm까지 혼합된 TaN 시편은 $200^{\circ}C$까지는 약 $0.5\%$ 정도 증가하다가 감소하였다. 기판과 하지층과의 접착력을 측정한 결과 Ta 박막보다 질소량이 8.0 sccm인 TaN 박막인 경우 약 2배 강한 접착력을 보였다. 본 연구 결과에 의하면 하지층 증착 시 아르곤 가스에 3.0 sccm 정도의 질소 가스를 혼합하여 사용하면 자기적 특성에 크게 영향을 주지 않으면서 확산 방지막, 접착력 향상등의 이점을 얻을 수 있으리라 사료된다.

Microstructural evolution of tantalum nitride thin films synthesized by inductively coupled plasma sputtering

  • Sung-Il Baik;Young-Woon Kim
    • Applied Microscopy
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    • 제50권
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    • pp.7.1-7.10
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    • 2020
  • Tantalum nitride (TaNx) thin films were grown utilizing an inductively coupled plasma (ICP) assisted direct current (DC) sputtering, and 20-100% improved microhardness values were obtained. The detailed microstructural changes of the TaNx films were characterized utilizing transmission electron microscopy (TEM), as a function of nitrogen gas fraction and ICP power. As nitrogen gas fraction increases from 0.05 to 0.15, the TaNx phase evolves from body-centered-cubic (b.c.c.) TaN0.1, to face-centered-cubic (f.c.c.) δ-TaN, to hexagonal-close-packing (h.c.p.) ε-TaN phase. By increasing ICP power from 100 W to 400 W, the f.c.c. δ- TaN phase becomes the main phase in all nitrogen fractions investigated. The higher ICP power enhances the mobility of Ta and N ions, which stabilizes the δ-TaN phase like a high-temperature regime and removes the micro-voids between the columnar grains in the TaNx film. The dense δ-TaN structure with reduced columnar grains and micro-voids increases the strength of the TaNx film.

초고진공 UBM 스퍼터링으로 제조된 라멜라 구조 TaN 박막의 연구 (Lamellar Structured TaN Thin Films by UHV UBM Sputtering)

  • 이기락;;;;이정중
    • 한국표면공학회지
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    • 제38권2호
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    • pp.65-68
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    • 2005
  • The effect of crystal orientation and microstructure on the mechanical properties of $TaN_x$ was investigated. $TaN_x$ films were grown on $SiO_2$ substrates by ultrahigh vacuum unbalanced magnetron sputter deposition in mixed $Ar/N_2$ discharges at 20 mTorr (2.67 Pa) and at $350^{\circ}C$. Unlike the Ti-N system, in which TiN is the terminal phase, a large number of N-rich phases in the Ta-N system could lead to layers which had nano-sized lamella structure of coherent cubic and hexagonal phases, with a correct choice of nitrogen fraction in the sputtering mixture and ion irradiation energy during growth. The preferred orientations and the micro-structure of $TaN_x$ layers were controlled by varing incident ion energy $E_i\;(=30eV\~50eV)$ and nitrogen fractions $f_{N2}\;(=0.1\~0.15)$. $TaN_x$ layers were grown on (0002)-Ti underlayer as a crystallographic template in order to relieve the stress on the films. The structure of the $TaN_x$ film transformed from Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ to lamellar structured Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ + hexagonal $\varepsilon-TaN_x$ or Bl-NaCl $\delta-TaN_x$ + hexagonal $\gamma-TaN_x$ with increasing the ion energy at the same nitrogen fraction $f_{N2}$. The hardness of the films also increased by the structural change. At the nitrogen fraction of $0.1\~0.125$, the structure of the $TaN_x$ films was changed from $\delta-TaN_x\;+\;\varepsilon-TaN_x\;to\;\delta-TaN_x\;+\;\gamma-TaN_x$ with increasing the ion energy. However, at the nitrogen fraction of 0.15 the film structure did not change from $\delta-TaN_x\;+\;\varepsilon-TaN_x$ over the whole range of the applied ion energy. The hardness increased significantly from 21.1 GPa to 45.5 GPa with increasing the ion energy.

$TaN_x$/Cr Cermet 적층 박막의 비저항 및 저항온도계수에 관한 연구 (A Study on the Reistivity and Temperature Coefficient of Resistivity of Stacked $TaN_x$/Cr Cermet Thin Film)

  • 허명수;천희곤;인건환;권식철;조동율
    • 한국진공학회지
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    • 제3권2호
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    • pp.190-197
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    • 1994
  • 본 연구에서는 DC magnetron 스퍼터링법을 이용하여 고정밀, 고저항 저항체 박막으로 TaNx film을 제조하였을 때 형성될 수 있는 화합물 중 TaN0.1, TaN0.8과 TaN 박막의 Rs와 TCR특성을 평가하 고 film층의 우선방향성을 XRD를 이용하여 판명한 뒤 저항체의 Rs와 TCR에 미치는 영향을 조사하였 다. TaN0.1 박막이 35$\Omega$/$\square$의 면저항값과 안정된 TCR값을 나타내는 것을 알수 있었다. 두께50~200nm 의 TaN0.1과 Alumina 기판 사이에 정(+)의 TCR을 갖는 약 50nm의 Cr층을 증착하였을 때 Rs는 180$\Omega$/ $\square$ 과 TCR는 20ppm/$^{\circ}C$인 적층박막을 제조할 수 있었다. TaN0.1, TaN0.8 과 TaN 시편에서 화합물 형성 에 따른 Ta의 결합에너지를 ESCA를 이용하여 조사하였다. 이상의 연구결과로부터 TaN0.1 film이 TaNfilm 보다 고정밀, 고저항 박막 저항체 제조에 있어 우수한 전기저항 특성을 가지며 Cr 중간층 형성 으로 TCR이 $\pm$ppm/$^{\circ}C$정도로 안정된 고정밀 다층 저항체 박막을 형성할 수 있었다.

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Ta-Si-N박막의 조성에 따른 결정구조 및 구리 확산 방지 특성 연구 (Crystalline Structure and Cu Diffusion Barrier Property of Ta-Si-N Films)

  • 정병효;이원종
    • 한국재료학회지
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    • 제21권2호
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    • pp.95-99
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    • 2011
  • The microstructure and Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films for various Si and N compositions were studied. Ta-Si-N films of a wide range of compositions (Si: 0~30 at.%, N: 0~55 at.%) were deposited by DC magnetron reactive sputtering of Ta and Si targets. Deposition rates of Ta and Si films as a function of DC target current density for various $N_2/(Ar+N_2)$ flow rate ratios were investigated. The composition of Ta-Si-N films was examined by wavelength dispersive spectroscopy (WDS). The variation of the microstructure of Ta-Si-N films with Si and N composition was examined by X-ray diffraction (XRD). The degree of crystallinity of Ta-Si-N films decreased with increasing Si and N composition. The Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films with more than sixty compositions was investigated. The Cu(100 nm)/Ta-Si-N(30 nm)/Si structure was used to investigate the Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films. The microstructure of all Cu/Ta-Si-N/Si structures after heat treatment for 1 hour at various temperatures was examined by XRD. A contour map that shows the diffusion barrier failure temperature for Cu as a function of Si and N composition was completed. At Si compositions ranging from 0 to 15 at.%, the Cu diffusion barrier property was best when the composition ratio of Ta + Si and N was almost identical.

구리배선용 베리어메탈로 쓰이는 Ta-N/Ta/Si(001)박막에 관한 X-선 산란연구 (X-ray Scattering Study of Reactive Sputtered Ta-N/Ta/Si(001)Film as a Barrier Metal for Cu Interconnection)

  • 김상수;강현철;노도영
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2001년도 춘계학술대회 논문집 반도체재료
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    • pp.79-83
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    • 2001
  • In order to compare the barrier properties of Ta-N/Si(001) with those of Ta-N/Ta/Si(001), we studied structural properties of films grown by RF magnetron sputtering with various $Ar/N_2$ ratios. To evaluate the barrier properties, the samples were annealed in a vacuum chamber. Ex-situ x-ray scattering measurements were done using an in-house x-ray system. With increasing nitrogen ratio in Ta-N/Si(001), the barrier property of Ta-N/Si(001) was enhanced, finally failed at $750^{\circ}C$ due to the crystallization and silicide formation. Compared with Ta-N/Si(001), Ta-N/Ta/Si(001) forms silicides at $650^{\circ}C$. However it does not crystallize even at $750^{\circ}C$. With increasing nitrogen composition in Ta-N/Ta/Si(001), the formation of tantalum silicide was reduced and the surface roughness was improved. To observe the surface morphology of Ta-N/Ta/Si(001) during annealing, we performed an in-situ x-ray scattering experiment using synchrotron radiation of the 5C2 at Pohang Light Source(PLS). Addition of Ta layer between Ta-N and Si(001) improved the surface morphology and reduced the surface degradation at high temperatures. In addition, increasing $N_2/Ar$ flow ratio reduced the formation of tantalum silicide and enhanced the barrier properties.

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플라즈마 강화 원자층 증착법에 의한 TaNx 박막의 전기 전도도 조절 (Electrical Conductivity Modulation in TaNx Films Grown by Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)

  • 류성연;최병준
    • 한국재료학회지
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    • 제28권4호
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    • pp.241-246
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    • 2018
  • $TaN_x$ film is grown by plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) using t-butylimido tris(dimethylamido) tantalum as a metalorganic source with various reactive gas species, such as $N_2+H_2$ mixed gas, $NH_3$, and $H_2$. Although the pulse sequence and duration are the same, aspects of the film growth rate, microstructure, crystallinity, and electrical resistivity are quite different according to the reactive gas. Crystallized and relatively conductive film with a higher growth rate is acquired using $NH_3$ as a reactive gas while amorphous and resistive film with a lower growth rate is achieved using $N_2+H_2$ mixed gas. To examine the relationship between the chemical properties and resistivity of the film, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is conducted on the ALD-grown $TaN_x$ film with $N_2+H_2$ mixed gas, $NH_3$, and $H_2$. For a comparison, reactive sputter-grown $TaN_x$ film with $N_2$ is also studied. The results reveal that ALD-grown $TaN_x$ films with $NH_3$ and $H_2$ include a metallic Ta-N bond, which results in the film's higher conductivity. Meanwhile, ALD-grown $TaN_x$ film with a $N_2+H_2$ mixed gas or sputtergrown $TaN_x$ film with $N_2$ gas mainly contains a semiconducting $Ta_3N_5$ bond. Such a different portion of Ta-N and $Ta_3N_5$ bond determins the resistivity of the film. Reaction mechanisms are considered by means of the chemistry of the Ta precursor and reactive gas species.

A STUDY ON THE SOFT MAGNETIC PROPERRTIES OF Fe-Ta-(N,C) NANOCRYSTALLINE THIN FILMS

  • Shin, Dong-Hoon;Ahn, Dong-Hoon;Kim, Hyoung-June;Nam, Seung-Eui
    • 한국자기학회지
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    • 제5권5호
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    • pp.601-605
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    • 1995
  • Magnetic properties of FeTaN and FeTaC films deposited by DC magnetron reactive sputter were investigated, and correlated with their microstructures. The optimum magnetic properties of Hc : 0.25 Oe, Bs : 14.5 kG, and ${\mu}'$ : 4000 (5MHz) are observed in the $Fe_{78.8}Ta_{8.5}N_{12.7}$ film, and Hc : 0.25 Oe, Bs : 14.5 kG, and ${\mu}'$ : 2700 (5MHz) in the $Fe_{75.6}Ta_{8.1}C_{16.3}$ film. In both FeTaN and FeTaC films with minimum grain size show the best soft magnetic properties. Thermal stability of the soft magnetic properties of FeTaN is found to be higher than FeTaC for similar compositons. TaN and TaC particles form to retard the growth of $\alpha$-Fe grains. TaN particles in FeTaN show higher efficiency in retarding the grain growth during heat treatments resulting the higher thermal stability, compared to TaC particles in FeTaC films.

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Ta-Al 합금박막의 열적안정성에 미치는 질소첨가 효과 (Effects of Nitrogen Addition on Thermal Stability of Ta-Al Alloy Films)

  • 조원기;김태영;강남석;김주한;안동훈
    • 한국재료학회지
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    • 제7권10호
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    • pp.877-883
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    • 1997
  • Ar 및 Ar과 $N_{2}$ 분위기하에서 rf 마그네트론 스퍼터링방법으로 Ta-AI과 Ta-AI-N합금막을 제조하였다. Ta-7.9at.% AI계열, Ta-26.7 at% AI게열과 Ta-45.4at.%AI계열에 Ar에 대한 질서유량비로 26%까지 질소를 첨가하여 Ta-AI-N박막을 증착한후, 300-$600^{\circ}C$온도 구산에서 열처리 전후의 구조 및 전기적 특성과 열적안정성을 통하여 레지스터의 적용가능성을 조사하였다. 구조 및 조성 분석은 X-선 회절과 Rutherford Backscattering Spectrometry(RBS)로 관찰하였고 열적안정성은 4단자법(four point probe method)을 이용한 저항변화를 통하여 측정하였다. 순수 Ta에 AI을 첨가하면 확장된 $\beta$($\beta$-Ta)N 합금박막에서 가장 열적안정성이 우수하게 나타났던 질소첨가 범위는 Ta $N_{hcp}$또는 TaN/ sub fcc/또는 Ta $N_{fcc}$와 비정질과의 혼합상순으로 상천이를 나타내었다. Ta-AI-N 합금박막에서 가장 열적안정성이 우수하게 나타났던 질서첨가 범위는 Ta-26.7at. % AI계열의 경우 19-36at.% $N_{2}$구간이었고, Ta-45.5at.% AI계열의 경우는 30-45at.%구간이었다. Ta-AI합금박막은 질소가 첨가되지 않아도 열처리 온도 및 시간에 따라 약 10% 이내의 비교적 작은 저항변화를 보여 열적안정성이 우수하지만 질소를 첨가하여 Ta-AI-N합금박막을 형성시킬경우, 증착된 상태에서 이미 큰 비저항을 나타내었고 열처리 동안 3%이내의 매우 작은 저항변화를 나타내었기 때문에 레지스터용 재료로써 열적안정성에 대한 잠재력이 크다.

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