بررسی اثر مقدار نیتروژن بر خصوصیات ساختاری ، فازی و مورفولوژی سطح لایه های نازک نیترید تنگستن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک .دانشکده علوم پایه .دانشگاه ازاد تهران غرب

2 گروه فیزیک - دانشکده علوم پایه - دانشگاه ازاد تهران غرب

چکیده

لایه های نیترید تنگستن با ساختاری بلوری به روش تبخیر شیمیایی و در غلظتهای مختلفی از گاز نیتروژن در ترکیب گازی آرگون و نیتروژن تولید شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که غلظت نیتروژن در گاز ترکیبی تاثیر بسزایی روی ساختار، فازهای تشکیل شده، مورفولوژی سطح لایه ها و حتی اندازه دانه ها دارد. پراش اشعه ایکس، ساختار بلوری هگزاگونال WN را در نمونه های با غلظت کم نیتروژن )%10N2=، %30N2= و %50N2= (نشان می دهد و لایه ها دارای مورفولوژی غیریکنواخت با سطوحی زبر هستند. در غلظتهای بالاتر نیتروژن(%80N2= و%100N2= ) تغییر فاز رخ می دهد و دو ساختار بلوری مربعی W2N و WNهگزاگونال مشاهده می شود.بنظر میرسد که غلظت نیتروژن در جهت رشد ترجیحی فازهای بلوری نیز تاثیر بسزایی دارد. لایه ها دارای سطوحی صاف و زبری کم می باشند. تصاویر میکروسکوپ پراش الکترونی ساختار ستونی برای غلظتهای کم نیتروژن و ساختار چگال و غیر ستونی را برای غلظتهای بالای نیتروژن نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

influence of nitrogen amount on structural , morphological properties of WN thin films

نویسندگان [English]

  • Somayeh Asgary 1
  • Jhaleh Ebrahimi nejhad 2
1 Department of physics, Islamic Azad university .tehran gharb
2 department of physics-tegran gharb branch - Islsmic azad university - Iran-tehran
چکیده [English]

Tungsten nitride (WXN) thin films with crystalline structure were deposited by reactive Chemical Vapor Deposition (CVD) technique at different mixture of N2 and Ar mixture gases. Experimental data demonstrated that different N2 concentration in gas mixture, strongly affect microstructure, phase formation, grain size and texture morphology of the WXN films. According to XRD spectra, growth of tungsten nitride films promoted hexagonal WN phase for lower N2 concentration in gas mixture (N2=10%, N2=30% and N2=50%) and layers have non- homogenous morphology with rough surface. At higher N2 concentration (N2=80% and N2=100%) a phase transition was happened and two hexagonal WN and cubic W2N crystalline phases were observed. It seems that nitrogen concentration has strong effect on preferred growth orientation .The layers have smooth surfaces with low roughness. SEM micrographs for deposited films at lower nitrogen concentration in gas mixture, indicated a definite dense columnar nanostructure and non-columnar at higher nitrogen amount.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thin film
  • Tungsten nitride
  • Crystslline phase
  • surface morphology

[1] Constable C. P., Yarwood J., Munz W.D. “Raman Microscopic Studies of PVD
Hard Coatings”. Surf. Coat. Technol., 1999; 116-119(2-3): 155.
[2] Becker S.J., Suh S., Wang Sh., Gordon R.G. “Highly Conformal Thin Films of
Tungsten Nitride Prepared by Atomic Layer Deposition from a Novel Precursor”.
Chem. Mater., 2003; 15(15):2969.
[3] Marco J.F., Gancedo J.R., Auger M.A., Sanchez O., Albella J.M. “Chemical
stability of TiN, TiAlN and AlN layers in aggressive SO2 environments”. Surf
Interface Anal., 2005; 37(12): 1082.
[4] Glaser A., Surnev S., Netzer F.P., Fateh N., Fontalvo G.A., Mitterer C.
“Oxidation
of vanadium nitride and titanium nitride coatings”. Surf. Sci., 2007;
601(4): 1153.
[5] Huang C.F., Tsui B.Y., Lu C.H. “Thermal Stability and Electrical Characteristics
of Tungsten Nitride Gates in Metal–Oxide–Semiconductor Devices”. Jpn. J. Appl.
Phys., 2008; 47(2):872.
[6] Chakrapani V., Thangala J., Sunkara M.K. “WO3 and W2N nanowire arrays for
photoelectrochemical hydrogen production”. Hydrogen energy, 2009; 34(22): 9050.
[7] Wang Z., Liu Z., Yang Z., Shingubara S. “Characterization of sputtered tungsten
nitride film and its application to Cu electroless plating”. Microelectronic
Engineering. 2008; 85:395.
[8] Lee C.W., Kim Y.T. “High temperature thermal stability of plasma-deposited
tungsten nitride Schottky contacts to GaAs”. Solid State Electronics, 1995; 38(3):
679.
[9] Lee C.W., Kim Y.T., Min S.K. “Characteristics of plasma enhanced chemical
vapor deposited tungsten nitride thin films”. Appl. Phys Lett., 1993; 62(25): 3312.
[10] Shen Y.G., Mai Y.W., McBride W.E., Zhang Q.C., McKenzie D.R.
“Characteristics in sputtered tungsten nitride films”. Thin Solid Films. 2000; 37(12):
257.


[11] Moriwaki M., Yamada T., Harada Y., Fujii S., Fujii S., Yamanaka M., Shibata
J., Mori Y. “Improved metal gate Process by Simultaneous Gate-Oxide Nitridation
during W/WNx Gate Formation”. Jpn. J. Appl. Phys., 2000; 39 (4): 2177.

[12] Ko A., Han S.B., Lee Y.W., Park K.W. “Template-free synthesis and
characterization of mesoporous tungsten nitride nanoplates. Phys”. Chem. Chem.
Phys., 2011;13(28): 12705.
[13] Levy F., Hones P., Schmid P.E., Sanjines R., Diserns M., Wiemer C.
“Electronic states and mechanical properties in transition metal nitrides”. Surf. Coat.
Technol., 1999; 120/121; 284.
[14] Chang K.M., Yeh T.H., Deng I.C., Shih C.W. “Amorphouslike chemical vapor
deposited tungsten diffusion barrier for copper metallization and effects of nitrogen
addition”. J. Appl. Phys., 1997; 82(3): 1469.
[15] Jiang P.C., Lai Y.S., Chen J.S. “Dependence of crystal structure and work
function of WNx films on the nitrogen content”. Appl. Phys. Lett., 2006; 89(12):
122107.
[16] Bereznai M., Toth Z., Caricato A.P., Fernández M., Luches A., Majni G.,
Mengucci P., Nagy P.M. “Reactive pulsed laser deposition of thin molybdenum- and
tungsten-nitride films”. Thin Solid Films. 2005; 473(1): 16.
[17] Chang K.M., Yeh T.H., Deng I.C.
“Nitridation of fine grain chemical vapor
deposited tungsten film as diffusion barrier for aluminum metallization”. Appl.
Phys., 1997; 81(8): 3670.
[18] Eizenberg M., Meyer F., Benhocine A., Bouchier D. “Reactive-ion-beamsputtered

WNx films on silicon: Growth mode and electrical properties”. J. Appl.
Phys., 1994; 75(8): 3900.
[19] Yamamoto T., Kawate M., Hasegawa H., Suzuki T. “Effects of Nitrogen
Concentration on Microstructures of WNX Films Synthesized by Cathodic Arc
Method”. Surf. Coat. Technol., 2005; 193(1-3): 372.
[20] Etaii G.R., Hosseinnejad M.T., Ghoranneviss M., Habibi M., Shirazi M.
“Deposition of tungsten nitride on stainless steel substrates using plasma focus
device”. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2011; 269(10):
1058.
[21] Bystrova S., Aarnink A.A.I., Holleman J., Wolters R. “Atomic Layer
Deposition of W1.5N Barrier Films for Cu Metallization”. J. Electrochem. Soc.,
2005; 152(7): 522.
[22] Lu J.P., Hsu Y., Luttmer J.D., Magel L., Tsai H.L. “A New Process for
Depositing Tungsten Nitride Thin Films”. J. Electrochem. Soc., 1998; 145(2): 21.
[23] Tsai M.H., Chiu H.T., Chuang S.H. “Metalorganic chemical vapor deposition
of tungsten nitride for advanced metallization”. Appl. Phys. Lett., 1996;