[논문]아몰퍼스실리콘의 결정화에 따른 복합티타늄실리사이드의 물성변화

송오성; 김상엽

아몰퍼스실리콘의 결정화에 따른 복합티타늄실리사이드의 물성변화
Property of Composite Titanium Silicides on Amorphous and Crystalline Silicon Substrates 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.13 no.1 = no.38, 2006년, pp.1 - 5

송오성 (서울시립대학교 신소재공학과) , 김상엽 (서울시립대학교 신소재공학과)

초록
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반도체 메모리 소자의 스피드 향상을 위해 저저항 배선층을 채용하는 방안으로 70 nm-두께의 아몰퍼스실리콘과 폴리실리콘 기판부에 $TiSi_2$ 타켓으로 각각 80 nm 두께의 TiSix 복합실리콘을 스퍼터링으로 증착한 후 RTA $800^{\circ}C$-20sec 조건으로 실리사이드화 처리하고 사진식각법으로 선폭 $0.5{\mu}m$의 배선층을 만들었다. 배선층에 대해 다시 각각 $750^{\circ}C-3hr,\;850^{\circ}C-3hr$의 부가적인 안정화 열처리를 실시하였으며, 이때의 면저항의 변화는 four-point probe로 실리사이드층의 미세구조와 수직단면 두께 변화를 주사전자현미경과 투과전자현미경으로 관찰하였다. 아몰퍼스실리콘 기판인 경우 후속열처리에 따른 결정화 진행과 함께 급격한 면저항의 증가가 확인되었고, 이 원인은 결정화 과정에서 실리콘과 복합티타늄실리사이드 층과의 상호확산으로 표면 공공(void)을 형성한 것으로 미세구조 관찰에서 확인되었다. 따라서 복합티타늄실리사이드의 하지층의 종류와 열처리 조건을 바꾸어 저저항 또는 고저항 실리사이드를 조절하여 제작하는 것이 가능하여 복합 $TiSi_2$를 저저항 배선층 재료로 채용할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We prepared 80 nm-thick TiSix on each 70 nm-thick amorphous silicon and polysilicon substrate using an RF sputtering with $TiSi_2$ target. TiSix composite silicide layers were stabilized by rapid thermal annealing(RTA) of $800^{\circ}C$ for 20 seconds. Line width of $0.5{\mu}m$ patterns were embodied by photolithography and dry etching process, then each additional annealing process at $750^{\circ}C\;and\;850^{\circ}C$ for 3 hours was executed. We investigated the change of sheet resistance with a four-point probe, and cross sectional microstructure with a field emission scanning electron microscope(FE-SEM) and transmission electron microscope(TEM), respectively. We observe an abrupt change of resistivity and voids at the silicide surface due to interdiffusion of silicide and composite titanium silicide in the amorphous substrates with additional $850^{\circ}C$ annealing. Our result implies that the electrical resistance of composite titanium silicide may be tunned by employing appropriate substrates and annealing condition.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 복합 TiSi2 공정을 상정 하여 아몰퍼스 실리콘과 폴리실리콘 하지층 위에 TiSix 층을스퍼터 링법으로 직접 만들고 부가적으로 후속 고온 열 처 리 공정 이 있는 경우를 고려 하여 각 하지 층에 따라 최종 생성된 복합 TiSi2 층의 전기적 특성과 미세구조의 변화를 확인하여 보았다.

제안 방법

화시 키 고 750°C, 850。(2에 서 3시 간씩 열처 리 하면서 복합티 타늄실 리사이 드의 면저항 변화와 미세구조 변화를 알아보았다. 폴리실리콘은 750 。(2까지의 열처리에서 안정한 면저항을 보였으나 하지 층이 아몰퍼스실리콘인 경우 75CTC부터 급격한 면저항 변화를 보였고 이러한 이유는 급격한 복합 티타늄 실리사이드 층과 실리콘 층의 상호 확산에 의 한 복합티타늄실리사이드 층의 공공 발생이 원인이었다.
Fig. 1에 나타낸 바와 같이 직경 10 cm의 P-Si (100) 기 판에 5.5 nm의 열산화막(SiOQ을 만들고 그 위에 70nm 두께의 아몰퍼스실리콘과 폴리실리콘 증을 LPCVDQow pressure chemical vapor deposition)로 p+(As+ 80 keV 5X10E5)가 도핑 되도록 이온주입공정을 실시하였다. 이때 실리콘층의 두께는 엘립소미터를 써서 확인하였다.
안정화 열처리가 끝나고 패턴 형성이 완성된 시편을 계속해서 온도에 대 한 안정성을 확인하기 위해 700°C-3hrs, 850°C-3hrs의 조건으로 열처리를 달리하며 후속 공정으로 고온 열처리가 있는 경우를 고려 하였다.
완성 된 TiSix/Si 구조의 복합티 타늄실리 사이 드결정화를 위해서 800°C-20sec의 조건으로 RTA (rapid thermal anneal) 처리를 실시 하여 Ti%로 안정화시켰다.
완성된 시편의 미세구조를 확인하기 위해서 실리 사이 드 표면부를 50 nm 이 온 에 칭 하여 이 들의 평 면 미 세 구조를 광발산주사전자현 미 경 (FE-SEM) 으로 확인하고, 수직단면 관찰은 통상의 수직 단면관찰을 위한 투과전자 현미경 시료제작 과정〔°) 을거 쳐 투과전자현미 경으로 진행 하였다.
완성된 실리콘층을 가진 기판을 습식 크리닝을하여 표면의 자연산화막을 제거한 직후, 스퍼터링으로 직경 2인치 TiSi2 타겟을 이용하여 기판 온도를 500°C로 유지 하면서 모두 80nm 두께의 복합 TiSix 층을 성 막하였다.弗) 이 때 TiSix층의 두께를 FE-SEM으로 수직단면을 확인하여 결정하였다.
후속공정을 고려한 열처리가 끝난 후 패턴의 면저 항 확인을 위해 계속하여 사진식각공정으로 0.5 X1000卩m의 장방형 패턴을 다수 만들고 양단에 A1 전극 pad를 만들어 식각전의 면저 항과 식각 후 패턴의 면저항을 확인하였다.

성능/효과

이렇게 850。(2에서 아몰퍼스실리콘 하지층인 경우가 폴리실리콘인 경우보다 더 급격히 저항이 증가하는 이유는 후속 열처리에서 아몰퍼스 실리콘이 결정화 되면서 미세구조적으로 많은 변화를 겪는 것을 암시하는 것으로 나노급 두께를 가진 TiSi2의 배선층의 저저항을 유지시키기 위해 후속 공정을 750°C 이하로 유지되어야 함을 알 수 있었다.
반면에 그림 (b)의 아몰퍼스실리콘 하지 층위에 생성된 복합 Ti$2는 a-실리콘 이라고 표시 한 부분에서 보이듯이 아몰퍼스실리콘 하지층이 850°C- 3hr의 열처리에 의해 완전히 결정화 되어 폴리실리콘이 되었음을 컨트라스트 변화에서 확인할 수 있었다. 또한 (a)의 원래 폴리실리콘 하지층에 비해서 (b)는 절연층과의 계면부에서 실리콘이 계면 확산에 의해서 TiSi2쪽으로 더 많이 이동하여 실리사이드층의 중심부보다 약 40nin정도 더 올라와 있는 것이 보이고, 실리사이드층의 두께는 약 160 nm로 변화하며 원래 증착된 두께 인 80nm의 2배 정도로 두께변화를 보여 (a) 보다 더 많은 두께 변화를 보임을 알 수 있다.
유무에 관계없이 기판온도를 500。。로 유지시키면서 스퍼터링한 복합 TiSix는 후속 열처리 공정이 750°C-3hr 정도가 되면 하부 실리콘 층으로부터 실리콘을 공급받아 더욱 안정 한 TiSi2를 형성하게 됨을 확인하였고, 이때 아몰퍼스실리콘은 완전히 폴리실리콘으로 결정화 되면서 하지층이 원래 폴리실리콘인 경우보다 더욱 많은 실리콘과 티타늄의 상호확산이 일어나서 더 많은, 두께 변화와 심지어 계면부의 공공의 발생까지 일어나는 것으로 판단된다.
이러한 아폴퍼스실리콘 하지 층에서의 공공의 발생은 85CTC이상의 후속 열처리 공정에서 발견되었고 폴리실리콘이 하지층인 경우보다 더 큰 두께변화를 가지고 고저항 복합 티타늄 실리사이드로 변화 되었다. 따라서 저저항 복합실리사이드를 만들기 위해서는 하지층의 종류에 관계없이 실리사이드공정 이후의 후속 열처리 공정을 750°C 이하로 제한하여야 하였고 하지층이 아몰퍼스 실리콘인 경우에는 실리사이드의 부피 팽창과 공공의 발생을 고려하여 후속공정을 실험 범위내에서 750°C 이하의 저온으로 유지하는 것이 요구되었다.
10 ea仙静의 밀도로 공공이 발생하였으며 평균 공공의 크기는 50nm 정도 이었다卢)반면에 폴리실리콘인 경우의 복합 티타늄 실리사이드의 표면부 공공은 발견되지 않았다. 유독 아몰퍼스실리콘 하지층에서 만 공공이 발견된 이유는 실리콘과 TiSi2의 Ti 원자의 상호 이동속도가 매우 클때 Kirkendall 효과”)에 의한 것으로 추정되며, 폴리실리콘에 비해 아몰퍼스 실리콘에서의 실리콘의 이동속도가 매우 빨라서 생기는 현상으로 판단되었다. .
로 증가하는 것을 알수 있었다. 즉 850°C 이상의 열처리에서는 모두 급격히 면저항이 증가하는 것으로 추측되며, 750°C까지의 후속 열처리에서는 하지층의 종류에 관계없이 모두 비슷한 정도의 저저항 복합티타늄실리사이드를 유지시킴을 알 수 있었다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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