급속 열처리 방식에 의한 Ti-실리사이드의 상전이 및 형성에 관한 연구 = A study on the phase transition and formation of Ti-silicide by rapid thermal annealing

국문 초록 (Abstract)

n-type Si (100) 웨이퍼를 precleaning하고 HF용액에 dip etching한 후 e-beam evaporator에서 두께 800Å의 Ti 박막을 성장시켰다. Ti/Si 박막의 rapid thermal annealing 과정에서는 열처리 온도, 시간 및 가스 분위기(Ar/N_2)를 변화시켜가며 TiSi_2 형성을 실험하였고, 열처리 시 정상온도까지를 computer programming에 의해 다단계 step 방식으로 승온시켰다. 열처리 후 4단자 탐침법(4-point probe method)으로 면저항(Rs)을 측정한 결과, 형성된 TiSi_2의 면저항 값은 RTA의 가스분위기에는 크게 의존하지 않으며 열처리 온도에 민감하게 변화하였다. RTA 온도에 따른 Ti-실리사이드의 면저항 값이 T=500℃ 부근에서 가장 크게 나타나고 T=700℃ 이상에서는 일정한 낮은 값(Rs≤1.2Ω/□, p=13∼16μΩ·cm)을 보였는데 이는 T≥700℃ 이상에서 C54의 안정된 TiSi_2 상이 형성된 결과이다. 또한, 시편을 N_2 분위기에서 500℃, 600℃, 700℃, 800℃의 온도로 20초간 열처리한 후 Ti-silicide 박막의 결정구조와 상전이를 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석한 결과, 500℃에서 20초간 RTA 열처리한 시료는 TiSi상과 불안정한 tiSi_2 초기상(C49)이 형성되었으며 열처리 온도가 700℃ 이상에서는 고온 안정상인 TiSi_2 상(C54)이 성장되었음을 보여주었다. C54의 TiSi_2에 대한 결정성장방향은 (040) 방향으로 배향(oriented) 성장하는 경향을 나타내었다, N_2 분위기로 600℃와 850℃의 온도에서 20초간 열처리한 실리사이드의 표면과 단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 결과, 온도가 증가됨에 따라 TiSi_2의 결정입계 크기가 증가하였고, 약 800Å 두께의 as-deposited Ti 박막에 대한 TiSi_2/Si 시편은 850℃에서 20 sec간 열처리한 경우 약 1500Å의 실리사이드 두께를 보여주었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The substrates, n-type (100) Si wafers with the resistivity of 1∼10 Ω·cm are subjected to standard cleaning procedures followed by a diluted HF solution (HF : H_2O=1 : 50) dip immediately prior to loading into e-beam chamber. Thin Ti films with the thickness of 800Å are deposited by e-beam evaporation with base pressure of 4×10^6 Torr. The samples are annealed over a range of temperatures (T=450∼850℃) in an atmosphere of N_2 and Ar with annealing times (t=5∼60 sec) in a RTA system. After selective etching of unreacted Ti in a solution of (NH_4OH : H_2O_2 :H_2O=1 : 1 : 5), the reacted Ti-silicides are characterized by in-line four point probe, x-ray diffraction(XRD), and scanning electron microscopy(SEM). the results of four point probe measurements show that sheet resistances of TiSi_2(C54) are not greatly affected by the RTA process variables such as annealing temperatures, times and gas ambinets. the deposited Ti films start to convert into Ti-silicide phases at the annealing temperature of about 450℃, showing sheet resistance of about 1Ω/□ between 750℃ and 850℃ for 20 sec. The annealed samples show the mixed phases of TiSi-TiSi_2(C49) at 500℃ and the (040) oriented growth of TiSi_2(C54) above 700℃. SEM micrographs exhibit that the thickness and resistivity of TiSi_2 annealed at 850℃ for 20 sec is 1500Å(about 2 times of Ti thickness) and 15 μΩ·cm.