표면구조가 다른 Si(100)기판 위에서의 화학적 산화막을 이용한 CoSi₂상형성에 관한 연구 = (A) study on the growth of CoSi₂using chemical oxide on the different surface structure of Si(100) subjectes

국문 초록 (Abstract)

화학적 산화막을 이용한 Si(100) 기판의 표면 구조에 따른 Co-silicide성장에 관한 연구를 하였다. 기판은 일반적으로 사용하는 0.5。 미만의 miscut을 갖는 on-axis Si(100)기판과 4。의 miscut을 갖는 off-axis Si(100) 기판 위에서의 Co-silicide상 형성을 비교해 보았다. 모든 시편들은 과산화수소수(H2O2)에 10분간 처리하여 20 Å의 화학적 산화막을 형성시킨 후, 전자빔 증착기(electron-beam evaporation system)를 사용하여 Co 박막을 증착한 후 400 ℃～700 ℃에서 10분간 in-situ 열처리하였다. 실험은 두 부분으로 나누어 연구되었다. 첫째로는 off-axis 기판과 on-axis 기판위에 Co를 단일 증착하여 기판의 표면구조에 따른 상형성 차이를 연구하였으며, 둘째로는 off-axis 기판위에 Co와 Si 원소를 1 : 0.5과 1 : 1의 원자비로 동시 증착하여 증착비에 따른 상형성온도의 변화와 계면의 변화를 연구하였다. 이때 형성된 silicide는 XRD, SEM, TEM, AES를 이용하여 상형성, 표면과 계면형상 및 조성분석을 하였다. Co 단일증착된 경우에는 Co2Si 상이 초기상이었으며, off-axis 기판에서는 CoSi2 성장이 600 ℃에서 on-axis 기판에서는 CoSi2의 성장이 700 ℃에서 형성되었다. 즉, on-axis 기판에서보다 off-axis 기판에서의 Co-silicide 형성이 보다 빠르게 일어남이 관찰되었다. 이는 step이 존재하는 off-axis 기판의 경우 표면확산을 위한 활성화에너지가 작기 때문에 동일온도 동일시간에서의 표면확산이 보다 빠르게 일어나 상형성이 빠르게 일어난 것이다. 동시증착의 경우, 단일증착과는 다르게 CoSi상이 초기상이었다. Co와 Si를 1 : 0.5로 증착하였을 때 700 ℃에서 CoSi2가 형성되었으며, Co와 Si를 1 : 1로 증착하였을 시에는 600 ℃에서 CoSi2가 형성되었다. Co와 Si를 1 : 0.5의 원자비로 동시 증착하였을시 화학적 산화막은 600 ℃에서 부분적으로 깨지면서 기판의 Si가 결합을 끊고 화학적 산화막위로 확산을 하여 불균일한 상을 형성시켰다. 그러나, Co와 Si를 1 : 1의 원자비로 동시증착하였을 시에는 화학적 산화막 위에서 CoSi2의 균질한 silicide가 형성됨이 관찰되었다. Co-silicide의 형성 엔탈피가 음이기 때문에 증착된 Co원자는 Si 원자와 결합하려고 한다. 깁스 자유에너지를 줄이기 위해 증착된 Si과 더욱 결합하려고 하며 기판의 Si가 화학적 산화막위로 확산하여 Co-silicide를 형성한다. 즉, 단일증착의 경우에는 Co가 확산종으로 작용하였으나, 동시증착의 경우는 Si가 확산종으로 작용하였다.