TiN 박막 (반응성 스퍼터링 증착)

Cu 금속화 공정에서 확산 장벽 매트릭스로 사용되는 주상형 결정립 구조를 지닌 반응성 스퍼터링 증착 질화티타늄 박막으로, TiN-Al-TiN-diffusion-barrier의 매트릭스 구성 성분이다. 주상형 결정립계는 Cu의 빠른 확산 경로로 작용하며, Al₂O₃ 충전(stuffing)을 통해 이를 밀봉해야 한다 (grain-boundary-stuffing).

Ar/N₂ 혼합 가스 분위기, 10 mTorr 조건에서 Ti 타겟을 이용해 증착하였으며, 증착 속도 4.8 Å/sec, DC 100 W로 공정이 수행된다. 증착 직후 O 함량은 ~9 at.%, 사전 어닐링 후에는 ~23 at.%이다 (see Kim et al., J. Appl. Phys. (2002), p. 7). TiN(200) 격자 간격 2.12 Å은 HRTEM으로 확인되었다 (see Kim et al., J. Appl. Phys. (2002), Fig. 3). 결정립계에서 이용 가능한 O₂ 예산은 효과적인 충전을 위한 임계 aluminum-interlayer 두께를 결정한다.

역할 2: DSA 산화 방지 중간층 (Choi 2024)

두 번째, 전기화학적 역할: Ti 기판과 Ru-Sn-Ti-oxide-CER-anode 촉매 코팅 사이에 삽입된 50 nm RF 스퍼터링 증착 TiN 박막 (800 W, 1 mTorr, Ar/N₂)은 산화 방지 중간층으로 기능하며 Ti-passivation-DSA-failure를 억제한다 (see Choi et al., ACS Appl. Energy Mater. (2024)).

• 증착 직후: GI-XRD 피크 36.6°/42.6°/61.8° (JCPDS 00-038-1420) (see Choi et al., ACS Appl. Energy Mater. (2024), Fig. 2e).
• 500 °C 어닐링 후 이중층으로 전환됨: 내부의 TiOₓNy 영역 (20–30 nm; N–K 이중 피크 398.5–402.0 eV)과 외부의 NO₂-TiO₂ 영역 (70–80 nm; N–K 단일 피크 401.7 eV)으로 구성된다 (see Choi et al., ACS Appl. Energy Mater. (2024), Figs. 2f–i, 4f–j).
• 이 치밀한 이중층은 Ti 기판의 추가 산화를 차단하며, CER 양극의 ALT 수명을 3.2배 연장시킨다 (203 → 640 h, 500 mA cm⁻², 0.6 M NaCl, pH 7, 15 °C 조건).

참고 사항. 이 전기화학적 중간층 (50 nm, RF 스퍼터링, 1 mTorr)은 증착 방법 및 적용 분야 면에서 위의 Cu 확산 장벽 역할 (DC 스퍼터링, 10 mTorr; 논문 002–004)과 구별된다. 증착 조건, 적용 분야, 억제 대상 불량 모드가 모두 상이하므로 과학적 모순은 없으며, 두 역할은 별개로 취급된다.