코발트/니켈 적층구조 박막으로부터 형성된 복합실리사이드

송오성,정성희,김득중,최용윤,Song Ohsung,Cheong Seonghwee,Kim Dugjoong,Choi Yongyun 한국재료학회 2004 한국재료학회지 Vol.14 No.11

15 nm-Co/15 nm-Ni/P-Si(100)[Type I] and 15 nm-Ni/15 nm-Co/P-Si(100)(Type II) bilayer structures were annealed using a rapid thermal annealer for 40sec at $700/sim1100^{\circ}C$. The annealed bilayer structures developed into composite NiCo silicides and resulting changes in sheet resistance, composition and microstructure were investigated using Auger electron spectroscopy and transmission electron microscopy. Prepared NiCoSix films were further treated in a sequential annealing set up from $900\sim1100^{\circ}C$ with 30 minutes. The sheet resistances of NiCoSix from Type I maintained less than $7\;{\Omega}/sq$. even at the temperature of $1100{\circ}C$, while those of Type II showed about $5\;{\Omega}/sq$. with the thinner and more uniform thickness. With the additive post annealing, the sheet resistance for all the composite silicides remained small up to $900^{\circ}C$. The proposed NiCoSix films were superior over the conventional single-phased silicides and may be easily incorporated into the sub-0.1 ${\mu}m$ process.

Co/Ni 복합실리사이드의 메탈 콘택 건식식각 안정성 연구

송오성,범성진,김득중,Song Ohsung,Beom Sungjin,Kim Dugjoong 한국재료학회 2004 한국재료학회지 Vol.14 No.8

Newly developed silicide materials for ULSI should have the appropriate electrical property of low resistant as well as process compatibility in conventional CMOS process. We prepared $NiCoSi_x$ silicides from 15 nm-Co/15 nm-Ni/Si structure and performed contact dry etch process to confirm the dry etch stability and compatibility of $NiCoSi_x$ layers. We dry etched the photoresist/SiO/silicide/silicon patterns with $CF_4\;and\;CHF_3$ gases with varying powers from 100 to 200 W, and pressures from 45 to 65 mTorr, respectively. Polysilicon and silicon active layers without silicide were etched $0\sim316{\AA}$ during over etch time of 3min, while silicon layers with proposed $NiCoSi_x$ silicide were not etched and showed stable surfaces. Our result implies that new $NiCoSi_x$ silicides may replace the conventional silicides due to contact etch process compatibility.

코발트/니켈 합금박막으로부터 형성된 복합실리사이드

송오성,정성희,김득중,Song Ohsung,Cheong Seonghwee,Kim Dugjoong 한국재료학회 2004 한국재료학회지 Vol.14 No.12

NiCo silicide films have been fabricated from $300{\AA}-thick\;Ni_{1-x}Co_{x}(x=0.1\sim0.9)$ on Si-substrates by varying RTA(rapid thermal annealing) temperatures from $700^{\circ}C\;to\;1100^{\circ}C$ for 40 sec. Sheet resistance, cross-sectional microstructure, and chemical composition evolution were measured by a four point probe, a transmission electron microscope(TEM), and an Auger depth profilemeter, respectively. For silicides of the all composition and temperatures except for $80\%$ of the Ni composition, we observed small sheet resistance of sub- $7\;{\Omega}/sq.,$ which was stable even at $1100^{\circ}C$. We report that our newly proposed NiCo silicides may obtain sub 50 nm-thick films by tunning the nickel composition and silicidation temperature. New NiCo silicides from NiCo-alloys may be more appropriate for sub-0.1${\mu}m$ CMOS process, compared to conventional single phase or stacked composit silicides.

천연루비의 열처리에 의한 향상 처리 연구

송오성,김상엽,Song Ohsung,Kim Sangyeob 한국재료학회 2005 한국재료학회지 Vol.15 No.4

We removed the bluish of the natural ruby successfully by vacuum annealing, and measured the color evolution with annealing time and temperature. We varied the anneal temperature and time $800\~1500^{\circ}C$ and $3\~26$ hrs, respectively. The color evolution of rubies with annealing condition was recorded by a digital camera and a color coordination visible spectrometer. We determined the optimum bluish eliminating annealing condition was $1500^{\circ}C-3hr$, which conserving the natural inclusions. We suggest the bluish shrink with diffusion coefficient of $D=(5\times10^{-3}){\exp}(-200.000/RT)[cm^2/s]$. We propose the color of ruby may be determined as the identical red color if the color difference between two samples are less than 1.0, and the color difference nay be an auxiliary standard to evaluate the color of rubies.

급속 응고된 CuCo 리본의 Co 조성에 따른 자기저항 변화

송오성(Song Ohsung),윤기정(Yoon, Ki-Jeong) 한국산학기술학회 2006 한국산학기술학회논문지 Vol.7 No.2

산업적으로 경제적인 급속 응고법과 450℃-1hr 대기 어닐링을 이용하여 ±5000Oe 이상의 고자계에서 5% 이상의 거대 자기효과를 보이는 두께 20㎛의 granular CuCo 합금 리본을 제작하였다. Co의 함량에 따른 최대 자기저항 효과를 확인하기 위해서 Co의 함량을 5-30at% 범위에서 변화시키며 아래의 자기저항효과와 포화자화의 자기적 특성과 미세구조를 확인하였다. 최대자기저항 효과는 Cu-10at%Co에서 1.2T에서 5.2%의 GMR ratio를 얻었으며, 0.5T에서 는 Cu-8-l4at%Co에서 공업적으로 활용이 가능한 3% 이상의 MR ratio를 확보할 수 있었다. 5% 이하의 Co 조성범위 리본에서는 초상자성(superparamagnetic)때문에, 20%이상의 Co 조성의 리본에서는 포화자화는 커지지만 Co 클러스터의 과도 성장으로 MR 효과가 급격히 감소하였다. 대기 분위기의 급속 응고와 열처리에 의한 표면 산화막은 자기저항효과에 큰 영향을 주지 못하였다. 따라서 고자계 센서로 사용되는 CuCo 그래뉼라 합금 리본은 8-l4wt%Co의 조성 범위에서 공업적 목적에 유리한 거대 자기저항을 갖는 것이 가능하였다. By employing a rapid solidification method and atmospheric annealing at 450℃-lhr, we were able to manufacture inexpensively granular CuCo alloy ribbons with thickness of 20㎛ showing giant magnetoresistance (GMR) ratio of more than 5% at a high magnetic field of 0.5T. To verify maximum MR effect, the MR ratio, saturation magnetization, and microstructure change were investigated with Co contents between 5 and 30 at%. It was possible to obtain GMR ratios of 5.2% at l.2T, and 3% at 0.5T, which implies an appropriate MR for industrial purpose at a Co content of 8~14%. MR ratio was reduced rapidly at a Co content below 5% due to superparamagnetic effect and at a Co content above 20% due to agglomeration of Co clusters. Surface oxidation during rapid solidification and atmospheric annealing did not have much affect on MR ratio. Our result implies that our economic CuCo granular alloy ribbons may be appropriate for high magnetic field sensor applications with wide content range of 8~14 at%Co.

FIB를 이용한 다이아몬드 기판 위의 나노급 미세 패턴의 형상 가공

송오성(Song Ohsung),김종률(Kim, Jong-Ryul) 한국산학기술학회 2006 한국산학기술학회논문지 Vol.7 No.6

필드이온빔(FIB) 가공기를 써서 초고강도의 벌크다이아몬드를 가공하기 위해 이온 소오스의 종류와 가공 조 건에 따른 나노급 미세 선폭의 최적조건을 알아보고 이에 근거한 2차원적인 텍스트의 가공과 3차원적인 박막요소의 가공을 시도하였다. 다이아몬드 기판과 실리콘 기판을 Ga과 H₂O 소오스를 이용하는 FIB를 써서 30 ㎸ 빔 전류를 10 ㎀~5㎁로 변화시키면서 패터닝하고 이때 각각 20 ㎛ 길이로 생성되는 선형 패턴의 선폭, 깊이, 에치속도, 에치형상, 깊이선폭비 (aspect ratio)를 확인하였다. 다이아몬드도 실리콘 기판과 마찬가지로 나노급 패턴의 형성이 가능하였다. H₂O 소오스를 채용한 경우가 에치 깊이가 2배 정도 증가하였으며 통일한 가공 조건에서는 실리콘에 비해 다이아몬드의 에치 선폭이 감소는 경향이 있었다. 특히 다이아몬드는 절연성 때문에 차지가 축적되어 가공 중 이온빔이 불안정해지는 문제가 있었으나 차지 중화 모드를 이용하여 성공적으로 sub-100 ㎚급 선폭의 미세 가공이 가능하였다. 확인된 선폭가공 조건에 근거하여 2차원적으로 0.3carat의 보석용 다이아몬드의 거들부에 300여개의 글자를 FIB를 활용하여 선폭 240 ㎚정도로 명확히 기록하는 것이 가능하였다. Ga⁺이온과 30 cV-30 ㎀로 조건에서 비교적 넓은 선폭과 Z축 depth 고정범위에서 많은 개인정보의 기록이 영구적으로 가능하였으며 전자현미경으로 재생이 가능하였다. 3 차원적으로 두께 1 ㎛의 박막요소를 FIB가공과 백금 용접으로 떼어낸 후 FIB가공으로 두께가 100 ㎚가 되도록 한 후 투과전자현미경을 이용하여 성분 분석을 하는 것이 성공적으로 수행될 수 있었다. We patterned nano-width lines on a super hard bulk diamond substrate by varying the ion beam current and ion beam sources with a dual beam field ion beam (FIB).In addition, we successfully fabricated two-dimensional nano patterns and three-dimensional nano plate modules. We prepared nano lines on a diamond and a silicon substrate at the beam condition of 30 ㎸, 10 ㎀ ~ 5 ㎁ with Ga⁺ ion and H₂O assisted ion sources. We measured each of the line-width, line-depth, etched line profiles, etch rate, and aspect ratio, and then compared them. We confirmed that nano patterning was possible on both a bulk diamond and a silicon substrate. The etch rate of H₂O source can be enhanced about two times than that of Ga source. The width of patterns on a diamond was smaller than that on a silicon substrate at the same ion beam power. The sub-100 ㎜ patterns on a diamond were made under the charge neutralization mode to prevent charge accumulation. We successfully made a two-dimensional, 240 ㎚-width text of the 300-lettered Lord’s Prayer on a gem diamond with 30 ㎸-30 ㎀ FIB. The patterned text image was readable with a scanning electron microscope. Moreover, three dimensional nano-thick plate module fabrication was made successfully with an FIB and a platinum deposition, and electron energy loss spectrum (EELS) analysis was easily performed with the prepared nano plate module.

코발트 니켈 복합 실리사이드 공정에서 하부 형상에 따른 잔류 금속의 형상 변화

송오성(Song Ohsung),김상엽(Kim, Sang-Yeop) 한국산학기술학회 2005 한국산학기술학회논문지 Vol.6 No.3

새로이 제안된 15 ㎚-Ni/15 ㎚-Co의 적충구조로부터 제조된 NiCo 복합실리사이드를 실제 디바이스에 채용하기 위해, Si0₂ 스페이서를 가진 폴리실리콘 게이트 선폭이 0.25-1.5 ㎛까지 변화하는 테스트그룹을 이용하여 30초-RTA를 이용한 실리사이드화 온도를 700~1100 ℃까지 변화시키면서 이때 cleaning 전후의 잔류금속의 생성모습을 확인하였다, RTA온도가 올라갈수록 Si02로 구성된 필드와 스페이서 상부와, 실리사이드가 형성된 게이트 상부에 0.25 ㎛정도의 단축직경을 가진 타원형 잔류금속이 미로형 또는 게이트 방향으로 생성되는 특정이 있었고 동시에 응집이 많아지는 현상이 있었다. 응집이 많을수록 하부 절연층과의 반응도가 증가하여 절연특성이 저하될 수 있었고 과도한 습식제거 공정을 오래하여야 하므로 실험 범위 내에서 가급적 저온 실리사이드화 열처리가 바람직하였다. We prepared 0.25~ 1.5 ㎛ poly silicon gate array test group with Si0₂ spacers in order to employ NiCo composite salicide process from15 ㎚ Ni/15 ㎚ Co/poly structure. We investigate the residual metal shape evolution by varying the rapid thermal silicide anneal temperature from 700℃ to 1100℃. We observed the residual metals agglomerated into maze type and line type on Si0₂ field and silicide gate, respectively as temperature increased. We propose that lower silicide temperature would be favorable in newly proposed NiCo salicide in order to lessen the agglomeration causing the leakage and scum formation.

가압성형 925 은합금의 미세구조와 경도 변화

송오성(Song Ohsung) 한국산학기술학회 2005 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

기존의 장신구 은제품은 무르고 주조공정 특유의 미세한 표면결함을 가져서 착용 중 쉽게 변색되는 문제가 있었다. 본 연구에서는 내식성을 향상시키기 위해 92.5%Ag-6.5%Cu-1%Zn의 삼원계 은합금을 기초 소재로 해서 반지장신구를 상정하여 기존의 주조공정으로 대략의 형태를 만들고 금형과 유압프레스로 성형 가압시켜서 적극적으로 주조 시에 발생한 미세기공을 제거하고 결정립을 미세화하여 표면경도와 밀도를 향상시켰다. 선반가공과 미세연마를 실시하여 내식성이 향상된 표면과 기존 주조공정에 비해 3배 이상 향상된 경도를 가져서 스프링백 효과에 의해 귀보석을 세팅할 수 있는 개선된 텐션형 은장신구 공정을 개발하였고 이때의 최적 성형 정도를 확인하였다.

성형 은 점토 소재의 미세구조와 경도 변화

송오성(Song Ohsung),김경아(Kim Kyungah) 한국산학기술학회 2005 한국산학기술학회 학술대회 Vol.- No.-

기존의 금속조형물은 만드는 공정으로 주조-후처리 또는 정밀 기계가공방법은 많은 시간과 노력이 필요한 단점이 있었다. 최근에 귀금속 성형점토 (PMC)라는 마이크로 크기의 분말과 바인더가 혼합되어 마치 점토와 같이 직접 수공 또는 치공구를 이용하여 완성하고 650-850℃ 정도의 저온에서 소결하여 단시간 안에 최종 조형물을 만들 수 있는 신공정이 개발된 바 있다. 본 연구에서는 선진사와 비슷한 1~3㎛급은 분말을 1:1로 혼합하고 고형 바인더를 첨부하여 기존 선진사와 동등하거나 우수한 미세조직과 표면경도를 확보하고 조형비가 있는 시작품을 만드는데 성공하였다.

자연산화막 존재에 따른 코발트 니켈 복합실리사이드 공정의 안정성

송오성(Song Ohsung),김상엽(Kim, Sang-Yeop),김종률(Kim, Jong-Ryul) 한국산학기술학회 2007 한국산학기술학회논문지 Vol.8 No.1

코발트 니켈 합금형 실리사이드 공정에서 단결정실리콘과 다결정실리콘 가판에 자연산화막이 있는 경우 나노급 두께의 코발트 니켈 합금 금속을 증착하고 실리사이드화하는 경우의 반응 안정성을 확인하였다. 4인치 p-type(100)Si 기판 전변에 poly silicon을 입힌 기판과 single silicon 상태의 두 종류 기판을 준비하고 두께 4㎚의 자연산화막이 있는 상태에서 10㎚ 코발트 니켈 합금을 니켈의 상대조성을 10-90%로 달리하며 열증착하였다. 통상의 600, 700, 800, 900, 1000, 1100℃ 각 온도에서 실리사이드화 열처리를 시행 후 잔류 합금층을 제거하고, XRD(X-ray diffraction)및 FE-SEM(Field emission scanning electron microscopy), AES(Auger electron spectroscopy)를 사용하여 실리사이드가 생겼는지 확인하였다. 마이크로라만 분석기로 실리사이드 반응시의 실리콘 층의 잔류 스트레스도 확인하였다. 자연산화막이 존재하는 경우 실리사이드 반응이 진행되지 않았고, 폴리실리콘 기판과 고온에서는 금속과 산화층의 반응잔류물이 생성되었다. 단결정 기판의 고온열처리에서는 실리사이드 반응이 없더라도 핀홀이 발생할 수 있는 정도의 열스트레스가 존재하였다. 코발트 니켈 복합실리사이드 공정에서는 자연산화막을 제거하는 공정이 필수적이였다. We investigated the silicide reaction stability between 10 ㎚-Col-xNix alloy films and silicon substrates with the existence of 4 ㎚-thick natural oxide layers. We thermally evaporated 10 ㎚-Col-xNix alloy films by varying x=0.1~0.9 on naturally oxidized single crystal and 70 ㎚-thick polycrystalline silicon substrates. The films structures were annealed by rapid thermal annealing (RTA) from 600℃ to 1100℃ for 40 seconds with the purpose of silicidation. After the removal of residual metallic residue with sulfuric acid, the sheet resistance, microstructure, composition, and surface roughness were investigated using a four-point probe, a field emission scanning electron microscope, a field ion beam, an X-ray diffractometer, and an Auger electron depth profiling spectroscope, respectively, to confirm the silicide reaction. The residual stress of silicon substrate was also analyzed using a micro-Raman spectrometer. We report that the silicide reaction does not occur if natural oxides are present. Metallic oxide residues may be present on a polysilicon substrate at high silicidation temperatures. Huge residual stress is possible on a single crystal silicon substrate at high temperature, and these may result in micro-pinholes. Our results imply that the natural oxide layer removal process is of importance to ensure the successful completion of the silicide process with CoNi alloy films.