초록 ▼

전이금속이 Si와 접합하게 되면 금속-Si 계면에서 다양한 상의실리사이드가 형성된다. 형성되는 실리사이드는 그 전기적, 광학적 물성에 따라 금속형 실리사이드와 반도체형 실리사이드로 구분된다. 금속형 실리사이드는 VLSI에서interconnection이나 gate 전극으로 이용되고 있으며, 반도체형 실리사이드는 energy bandgap이 작아 적외선 검지기 등에 응용가능성이 높다. 그러나 반도체형 실리사이드를device에 응용하기 위해서는 적정 두께의 우수한 에피택시 박막을 Si기판에 성장

전이금속이 Si와 접합하게 되면 금속-Si 계면에서 다양한 상의실리사이드가 형성된다. 형성되는 실리사이드는 그 전기적, 광학적 물성에 따라 금속형 실리사이드와 반도체형 실리사이드로 구분된다. 금속형 실리사이드는 VLSI에서interconnection이나 gate 전극으로 이용되고 있으며, 반도체형 실리사이드는 energy bandgap이 작아 적외선 검지기 등에 응용가능성이 높다. 그러나 반도체형 실리사이드를device에 응용하기 위해서는 적정 두께의 우수한 에피택시 박막을 Si기판에 성장시키는 일이 매우 중요하다.본 연구에서는 energy band gap이 약 0.8 eV인 β-FeSi2와 약 0.3 eV인 CrSi2를Si(111) 기판에 에피택시 성장시키고 그 구조적, 전기적 및 전자구조적 특성을 조사하였다.1차 연도에서는 이들 두종의 반도체형의 실리사이드를 고상에피택시 방법으로 성장시키기위하여 초고진공에서 원자적으로 깨끗한 표면을 준비한 후 금속을 증착한 후 고진공에서 열처리하여 실리사이드를 형성시킬 때의 형성운동학을 RBS, XRD, TEM으로 연구하였다. 2차 연도에서는 초고진공에서 in situ로 이들 실리사이드를 형성시키는 과정에서 금속-Si 계면의 구조적 변화와 이에 따른 전자구조의 변화를 LEED, SRUPS, HRTEM, DCD 방법을연구하였다. 그리고 이와 병행하여 금속형 실리사이드인 CoSi2와 PtSi를 Si(111) 기판에에피택시 성장시키고 그 구조적 특성을 연구하였다.먼저 고상에피택시 방법으로 β-FeSi2를 성장시키는 경우 기판의 청정도와 열처리 온도가 매우 중요한 것으로 나타났는데, 900℃ 에서 30분간 열처리하면 β-FeSi2가 성장하나만일 온도가 930℃ 이상이 되면 α-FeSi2로 상전이가 일어나는 것을 발견하였다. 초고진공에서 in situ로 고상에피택시 혹은 반응성 에피택시 시키는 경우에는 약 680℃에서 700℃의 온도 범위에서는 β-FeSi2의 단일 phase로 성장하였다. CrSi2의 경우에는 초고진공에서도 만일 기판의 온도를 실온을 유지한채 금속을 증착하면 다결정상으로만 성장하였으며기판의 온도를 450℃에서 600℃로 유지하면서 금속을 증착한 후 약 800℃ 이상의 고온에서후열처리를 하여야만 에피택시 성장이 가능하였다. 형성된 에피택시 실리사이드-Si 계면의 미시구조를 조사한 결과 계면은 상당히 평활하였으며, 각 실리사이드와 기판과의 정합성은 Zur criteria를 잘 만족하였고, 또한 SRPES으로 가전자띠에서 반도체성의 gap을 확인하였다.

Abstract ▼

Various phase of silicide is formed at the metal-Si interfacewhen transition metal contacts to Si. Silicides belong to metallic or semiconductingaccording to their electrical and optical properties. Metallic silicides are used as gateelectrodes or interconnections in VLSI devices. Semi

Various phase of silicide is formed at the metal-Si interfacewhen transition metal contacts to Si. Silicides belong to metallic or semiconductingaccording to their electrical and optical properties. Metallic silicides are used as gateelectrodes or interconnections in VLSI devices. Semiconducting silicides can be usedas a new material for IR detectors because of their narrow energy band gap. In orderto achieve practical device application, it is important to grow high quality epitaxial filmon the Si substrate.In this research β-FeSi2 with energy band gap of ∼ 0.8 eV and CrSi2 withenergy band gap of ∼ 0.35 eV were grown epitaxially on Si(111) substrate, and theirstructural, electrical and electronic properties were investigated. In the 1st year westudied the kinetics of formation of these two semiconducting by RBS, XRD andHRTEM when samples are prepared by solid phase epitaxy. In the 2nd year weinvestigated the surface structure and the electronic structures at the metal-Si interfaceby LEED, SRUPS, HRTEM and DCD when β-FeSi2 and CrSi2 are prepared bydeposition of Fe or Cr in ultra high vacuum followed by in situ annealing. Theformation and characterization of epitaxial CoSi2 and PtSi, which are metallic, were alsostudied.We found that the cleanliness of the substrate and the annealing temperature arevery important for epitaxial growth of β-FeSi2 by solid phase epitaxy. β-FeSi2 canbe grown by thermal annealing at 900℃ for 30min, but α-FeSi2 is formed if theannealing temperature is higher than 930℃. On the other hand β-FeSi2 was begrown epitaxially at 680℃∼700℃ for in situ SPE or RDE in ultra high vacuum. Onlypolycrystalline CrSi2 is formed even if Cr is deposited at room temperature in ultra highvacuum, but if Cr is deposited at 450℃∼600℃ and is postannealed at temperatureshigher than 800℃ then CrSi2 is grown epitaxially. The silicide-Si interface is flat andare well oriented with the substrate and show good lattine matching as is predicted byZur criteria. The semiconducting gap in β-FeSi2 and CrSi2 were confirmed bySRPES measurements.

목차 Contents

• 목차...6
• 1. 제 1 부. 반도체형 $ {\beta}-FeSi_2 $의 에피택시 성장과 그 전자구조 및 실리사이드-Si계면의 미시구조 연구...7
• (1) 서론...7
• (2) 실험...9
• (3) 결과 및 고찰...11
• (4) 결론...29
• 참고문헌...30