The Molybdenum Nitride and Carbide Thin Films

Abstract

Molybdenum nitride (MoNx) thin films were prepared on p-type Si(100) wafers using reactive radio frequency (rf) magnetron sputtering at various nitrogen gas ratios in an ultra high vacuum (UHV) system. Two metallic phases, Mo(110) and Mo(211), were detected from the film obtained without nitrogen gas in the sputter gas. The thickness of the films measured with a surface profiler decreased from 186.0 to 21.5 nm with increasing nitrogen gas ratio in the sputter gas from 0 to 100%, respectively. From the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, Mo species were further oxidized by the addition of nitrogen gas in the sputter gas. As nitrogen gas introduced, the portion of Mo4+ species decreased while those of Mo5+ and Mo6+ species increased. As the nitrogen gas ratio in the sputter gas increased, the formation of MoNx thin films was confirmed by N 1s XPS spectra. The conductivity was decreased from 927.7 to 97.1 S/cm with 0 and 100% of nitrogen gas ratio, respectively. Molybdenum carbide (MoCx) thin films were deposited by rf magnetron co-sputtering in high vacuum chamber. Compare the properties of MoCx thin films as the rf power changed on C target. The thickness of MoCx thin films increased from 163.3 to 194.86 nm as C power was increased from 160 to 200 W. The crystallinity of MoCx were β-Mo2C, Mo2C, and diamond like carbon (DLC) structures observed by X-ray diffraction (XRD). The XPS data showed that the fabrication of MoCx thin film was successful and the oxidation states of Mo and C were determined using high resolution XPS spectra of Mo 3d and C 1s. Mo 3d was consisted of metallic Mo, Mo4+, and Mo6+. And the deconvoluted C 1s peaks were assigned to C-Mo, C, C-O, and C=O phase.

몰리브데넘의 질화물 (MoNx) 박막은 초고진공 상태의 챔버에서 다양한 질소 압력상태 하에서 반응성 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법을 통해 p-type Si(100) 기판 위에 증착 하였다. 스퍼터링 기체 내에 질소의 첨가가 없을 경우, Mo(110)과 Mo(211)인 금속상이 확인되었다. 단차두께측정기로 측정한 박막의 두께는 스퍼터링 기체 내의 질소의 비율이 0에서 100%로 증가함에 따라 186.0 에서 21.5 nm로 감소하는 것을 알 수 있었다. X-선 광전자분광기 분석을 통해 몰리브데넘의 산화상태가 질소의 비율이 증가함에 따라 더욱 산화된다는 것을 알 수 있었다. 질소 비율이 증가함에 따라 Mo4+가 감소하는 반면에, Mo5+와 Mo6+가 증가하였다. 질소의 비율이 증가함에 따라 MoNx 박막이 생성되는 것을 질소 1s의 XPS 분석을 통해 알 수 있었다. 또한 전도도는 질소의 비율에 따라 927.7 에서 97.1 S/cm로 감소하였다. 몰리브데넘의 탄화물 (MoCx) 박막은 고주파 마그네트론 코-스퍼터링 방법으로 고진공 챔버에서 증착되었다. 다양한 rf power의 변화에 따라 증착 된 MoCx 박막을 비교해 봤다. MoCx 박막의 두께는 163.3 에서 194.86 nm로 스퍼터링 파워의 160에서 200 W의 변화와 동일하게 증가하였다. X-선 회절분석기를 통해 MoCx 박막이 β-Mo2C, Mo2C, 그리고 diamond like carbon (DLC) 상을 가지고 있는 것을 확인하였다. 또한 몰리브데넘 3d와 탄소 1s의 고분해능 분석을 통해 MoCx 박막이 잘 만들어 졌다는 것을 확인 하였다. 몰리브데넘 3d 피크는 금속성 Mo, Mo4+, 그리고 Mo6+로 구성되어있다. 그리고 탄소 1s 피크는, C-Mo, C, C-O, 그리고 C=O의 상태로 확인되었다.