CMOS 소자에의 적용을 위한 Ni/Si_(1-x)Ge_x 시스템에서의 germanosilicide 형성 반응 연구 = A study on the germanosilicide formation in the Ni/Si_(1-x)Ge_x system for CMOS devices

국문 초록 (Abstract)

Ge 의 함량을 0%, 16%, 25%로 설정하여 Ge 함량 및 열처리 온도 변화에 따른 Ni과 Si_(x)Ge_(1-x) 간의 고상 반응에 대한 실험결과를 바탕으로 Ni germanosilicide 형성 반응에 대한 연구를 진행하였다.
Si/SiO_(2)/Poly-Si_(1-x)Ge_(x)(2000Å)/Ni(250Å) 구조의 시편을 500℃∼980℃ 온도구간에서 30초 동안 RTA 공정을 실시한 결과 초기에 형성된 상은 저 저항의 Ni(Si_(1-y)Ge_(y))로 관찰되었다. Poly-Si/Ni 인 경우에는 660℃에서 NiSi_(2) 로의 상변이가 일어났지만 X=0.16, 0.25인 시편에서는 germanosilicide 가 820℃ 까지 관찰되었다. 500℃∼580℃온도구간에서는 저 저항의 Ni(Si_(1-y)Ge_(y)) 상에 의해서 10Ω/□ 이하의 낮은 면저항 값이 관찰되고 620℃ 이후에 germanosilicide 와 poly-Si_(1-x)Ge_(x) 결정립의 inversion 에 의해서 약 10^(6)Ω/□로 면저항 값이 급격히 증가하였다. 실리사이드 박막의 inversion은 NiSi 와 NiGe 의 생성열의 차이로부터, Ge 이 Si 으로 대체됨으로써 crystal energy를 낮출 수 있기 때문에 Ge rich Si-Ge alloy가 형성되어 620℃ 이후에 급격히 결정립계 사이에서 성장하므로 실리사이드 박막의 열적 안정성이 악화되었기 때문에 발생하였다.
Ge이 첨가되면 실리사이드 박막의 계면에너지의 변화량(Δσ)은 증가하고 자유에너지의 변화량(ΔG)은 감소하므로 상변이에 필요한 에너지 장벽이 증가하여 NiSi_(2) 로의 상변이를 지연시킨다. 따라서 Ni(Si_(1-y)Ge_(y)) 에서 Ge이 모두 실리사이드 결정립 밖으로 확산해 나간 이후에 NiSi_(2) 로의 상변이가 관찰되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The solid-state reaction and thermal stability of nickel germanosilicide on poly-Si_(1-x)Ge_(x) has been studied as a function of both the initial germanium content and the annealing temperature.
The silicidation was performed by RTP under N_(2) flow ranging from 500℃ to 980℃ for 30sec and the first phase formed was observed to be the low resistive Ni(Si_(1-y),Ge_(y)). This accounts for the low Rs values below 10Ω/□ ranging from 500℃ to 580℃. NiSi phase is not detected above 660℃ in the case of X=0, but Ni(Si_(1-y),Ge_(y)) that forms a Ni/Si_(1-x),Ge_(x) reaction is observed until above 820℃. The sharp increase in sheet resistance above 10^(6)Ω/□ observed after a 620℃ anneal is attributed to the onset of germanosilicide layer inversion caused by the formation and the growth of the Ge rich Si-Ge grains at germanosilicide grain boundaries. The driving force of the Si-Ge alloy grain formation is the crystal energy reduction caused by substituting Ge with Si.
When Ge is incorporated into the silicide grains, the increase in surface energy and the decrease in the free energy changes are expected. So, according to the classical thermodynamics the phase transition delay from monosilicide to disilicide is observed in the Ni/Si_(1-x),Ge_(x) system. And it occurred after all Ge inside Ni(Si_(1-y),Ge_(y)) grains has diffused out of them.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• Llst of Tables
• List of Figures
• 국문요약
• 제1장 서론 = 1
• 제2장 문헌 고찰 = 5
• 2.1. 샐리사이드 공정기술 = 5
• 2.2. 샐리사이드와 관련된 고집적화에 따른 문제점 = 8
• 2.3. Ni-샐리사이드 공정의 장점 = 14
• 2.2. Ni-실리사이드화 고상반응 = 15
• 제3장 실험 방법 = 19
• 3.1. 시편 준비 = 19
• 3.2. 급속 가열 방식 (RTA)을 통한 germanosilicide 박막의 형성 = 19
• 3.3. 박막의 전기적 특성평가 = 21
• 3.4. 미세구조의 관찰 = 21
• 3.4.1. XRD = 21
• 3.4.2. TEM (TEM-EDS) = 23
• 3.5. 라만 분광 실험 (Raman scattering) = 23
• 제4장 결과 및 고찰 = 26
• 4.1. 열처리에 따른 면저항 변화 = 26
• 4.2. germanosilicide 형성 반응 = 31
• 4.3. morphology의 변화 관찰 = 40
• 4.3.1. germanosilicide 박막의 inversion : TEM (EDS) = 40
• 4.3.2. Raman 분석 = 53
• 4.3.3. inversion 이후의 morphology 변화 = 57
• 4.4. Ni/Si_(1-x)Ge_(x) 고상반응에 관한 모델링 = 57
• 4.4.1. Ni/Si_(0.75)Ge_(0.25) 시스템에서의 고상 반응 = 71
• 4.4.2. 열역학적 접근 = 73
• 제5장 결론 = 78
• 참고문헌 = 79
• Abstract = 82