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문제 정의
- 본 논문에서는 Boron Cluster (B18H22) implanted 된 SOI 와 Bulk 기판 위에서 니켈 실리사이드 (NISI)의 열 안정성 개선을 위하여 Ni-V(5 %)을제안하였으며, 순수 Ni를 증착한 것과 비교 분석하였다.
제안 방법
- 금속 박막과 니켈 실리사이드의 두께 및 계면 특성을 확인하기 위해 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy, 한국 기초 과학지원 연구원 전주 분소, 모델명 S-4700)을 이용하여 급속 열처리 후의 두께와 계면특성분석도 관찰하였다. 니켈-실리사이드의 상변이 (phase shift)를확인하기 위하여 XRD (X-ray Diffraction)를 이용하여 분석하였으며 표면의 거칠기를 확인하기 위해서 AFM (Atomic Force Microscope)을 이용하여 분석하였다.
- 니켈-실리사이드의 상변이 (phase shift)를확인하기 위하여 XRD (X-ray Diffraction)를 이용하여 분석하였으며 표면의 거칠기를 확인하기 위해서 AFM (Atomic Force Microscope)을 이용하여 분석하였다.
- 9x10” Torr에서 순수 Ni 과 Ni-V(5 %)를 각각 10 nm 증착하였다. 다음에 Ni-Silicide 형성을 위해 급속 열처리(RTP : Rapid Thermal Process)를 기본 진공도 3 x 10~2 Torr에서 400 ~700 ℃, 30초간 실시하였으며, Silicide 형성 후 반응하지 않은 금속은 H2SO4 : H2O2 (4:1) 용액에서 선택적으로 식각 하였다. 열 안정성 (Thermal StabiHty) 분석 실험을 위하여 고순도 질소 (N2, 99.
- 면저항은 실리사이드의 두께와 밀접한 관계가 있기 때문에 형성된 두께를 정확히 확인하기 위해 500 ℃, 30 초에서 실리사이드를 형성 한 후 FE-SEM 으로 단면 특성을 그림 3과 같이 확인하였다. 면저항은 그림 2와 같이 다소 달랐지만 전체적으로 얇고 안정한 실리사이드가 형성되었음을 확인하였다.
- 본 논문에서는 Boron Cluster (Bi8H22 10 KeV, 3el5/cm2)가 이온 주입된 SOI와 Bulk 기판에 Ni-V(5 %)를 적용하였으며, 순수 Ni을 증착한 경우와 열 안정성을 비교 분석하였다. 분석 결과 SOI 기판위에 Ni-V을 증착한 것이 순수 Ni을 증착한 것에 비해 낮은 면 저항을 보여준 반면 Bulk 기판 위에 Ni-V을 증착한 것은 제일 높은 면저항을 보여줌으로써 Bulk에서와 SOI 기판 위에 서의 열 안정성 특성이 다르게 나타남을 보여주었다.
- 다음에 Ni-Silicide 형성을 위해 급속 열처리(RTP : Rapid Thermal Process)를 기본 진공도 3 x 10~2 Torr에서 400 ~700 ℃, 30초간 실시하였으며, Silicide 형성 후 반응하지 않은 금속은 H2SO4 : H2O2 (4:1) 용액에서 선택적으로 식각 하였다. 열 안정성 (Thermal StabiHty) 분석 실험을 위하여 고순도 질소 (N2, 99.99 %) 분위기에서 고온 열처리 (Furnace Anneal) 를 60(广700 ℃ 에서 30분간 열처리하였다.
대상 데이터
- 본 실험을 위하여 Bulk와 Si-film 두께 50 nm 를 갖는 SOI 기판에 B18H22 을 10 KeV의 이온 에너지 및 3xl015 cm"의 도즈로 이온 주입하였고 공정 순서는 그림 1과 같다. Ni-V을 증착하기 전에 1 % HF 희석용액에서 30초간 자연 산화막을 식각하였다.
- Ni-V을 증착하기 전에 1 % HF 희석용액에서 30초간 자연 산화막을 식각하였다. Ion beam sputter를 이용해 기본 압력 (Base pressure) 5x7*7 Torr, 동작 압력 (working pressure) 1.9x10” Torr에서 순수 Ni 과 Ni-V(5 %)를 각각 10 nm 증착하였다. 다음에 Ni-Silicide 형성을 위해 급속 열처리(RTP : Rapid Thermal Process)를 기본 진공도 3 x 10~2 Torr에서 400 ~700 ℃, 30초간 실시하였으며, Silicide 형성 후 반응하지 않은 금속은 H2SO4 : H2O2 (4:1) 용액에서 선택적으로 식각 하였다.
성능/효과
- 650 ℃에서 고온 열처리 후 AFM 분석 결과를 보면 그림 7과 같이 Ni 구조의 경우 평균 roughness는 2.2 nm이고, Ni-V 구圣인 경우에는 1.5 nm 로 Pure Ni보다 표면 거칠기가 좋음을 알 수 있었다.
- 이용하여 상변이를 분석하였다. Ni을 증착한 경우에는 고온 열처리 후 비저항이 큰 다이 실리사이드 Peak(NiSi2)가 나타났지만 Ni-V을 사용한 경우에는 모노 실리사이드(NiSi) Peak만 뿐존재할 뿐 다이 (di)-실리사이드 peak가 나타나지 않은 것을 확인하였다.
- 고온 열처리 후의 단면 특성을 분석해 보면, 그림 5와 같이 순수 Ni를 증착한 SOI와 Bulk 기판 위에서는 모두 Agglomeration 현상이 나타난 것을 확인 하였다. 따라서 Ni만을 적용한 경우에는 열 안정성을 만족할 수 없음을 알 수 있다.
- 하지만 Ni-V을 증착한 SOI 기판인 경우에는 650 ℃, 30분의 고온 열처리 후에도 낮은 면 저항 특성, 응집 현상과 단절 현상이 없는 단면 특성과 낮은 표면 거칠기를 보여주었으며 XRD의 상변이 확인 결과 Ni-V 합금구조에 의한 Silicide의 결합이 비저항이 낮은 mono-silicide로 형성됨을 알 수 있었다. 그러므로 순수 Ni을 증착한 것에 비하여 열 안정성이 개선됨을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 Ultra shallow junction을 적용한 SOI PMOSFET 에서는 Ni-V이 필요하다고 할 수 있다.
- 따라서 Boron Cluster가 (玖8氏2)이온 주입된 SOI 기판 경우에 Ni-V을 적용했을 때 순수 Ni을증착한 것에 비하여 열 안정성 특성을 개선시킬수 있었다.
- 반면에 Ni-V(5 %)를 적용한 SOI 기판에서는 열화 및 단절 현상이 일어나지 않으나 Bulk 기판에서는 Agglo meration 현상이 나타난 것을 확인하였다. 따라서 Ni-V을 증착한 SOI 기판에서만 열안정성이 향상되었음을 확인 할 수 있었다.
- 열 안정성을 비교 분석하였다. 분석 결과 SOI 기판위에 Ni-V을 증착한 것이 순수 Ni을 증착한 것에 비해 낮은 면 저항을 보여준 반면 Bulk 기판 위에 Ni-V을 증착한 것은 제일 높은 면저항을 보여줌으로써 Bulk에서와 SOI 기판 위에 서의 열 안정성 특성이 다르게 나타남을 보여주었다. 후속 열처리 후 단면 특성 분석 결과 순수 Ni을 사용한 경우에는 S()I와 Bulk 기판에서 모두 Agglomeration 현상이 나타났으며, Ni-V을 증착한 Bulk 기판 위에서도 Agglomeration 현상이 발생했음을 파악하였다.
- 후속 열처리 후 단면 특성 분석 결과 순수 Ni을 사용한 경우에는 S()I와 Bulk 기판에서 모두 Agglomeration 현상이 나타났으며, Ni-V을 증착한 Bulk 기판 위에서도 Agglomeration 현상이 발생했음을 파악하였다. 하지만 Ni-V을 증착한 SOI 기판인 경우에는 650 ℃, 30분의 고온 열처리 후에도 낮은 면 저항 특성, 응집 현상과 단절 현상이 없는 단면 특성과 낮은 표면 거칠기를 보여주었으며 XRD의 상변이 확인 결과 Ni-V 합금구조에 의한 Silicide의 결합이 비저항이 낮은 mono-silicide로 형성됨을 알 수 있었다. 그러므로 순수 Ni을 증착한 것에 비하여 열 안정성이 개선됨을 확인할 수 있었다.
- 분석 결과 SOI 기판위에 Ni-V을 증착한 것이 순수 Ni을 증착한 것에 비해 낮은 면 저항을 보여준 반면 Bulk 기판 위에 Ni-V을 증착한 것은 제일 높은 면저항을 보여줌으로써 Bulk에서와 SOI 기판 위에 서의 열 안정성 특성이 다르게 나타남을 보여주었다. 후속 열처리 후 단면 특성 분석 결과 순수 Ni을 사용한 경우에는 S()I와 Bulk 기판에서 모두 Agglomeration 현상이 나타났으며, Ni-V을 증착한 Bulk 기판 위에서도 Agglomeration 현상이 발생했음을 파악하였다. 하지만 Ni-V을 증착한 SOI 기판인 경우에는 650 ℃, 30분의 고온 열처리 후에도 낮은 면 저항 특성, 응집 현상과 단절 현상이 없는 단면 특성과 낮은 표면 거칠기를 보여주었으며 XRD의 상변이 확인 결과 Ni-V 합금구조에 의한 Silicide의 결합이 비저항이 낮은 mono-silicide로 형성됨을 알 수 있었다.
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