보른이 고농도 도핑된 p+-Si 영역상에서 비저항이 낮고 열적 안정성이 우수한 Co/Ti 이중막 실리사이드의 형성을 연구하였다. 본 연구에서는 Co/Ti 이중막 실리사이드는 청결한 p+-Si 기판상에 Co(150Å)/Ti(50Å) 박막을 E-beam 기술로 진공증착하고 질소분위기(10-1atm)에서 2단계 RTA 공정(1차열처리:650˚C/20sec, 2차열처리:800˚C/20sec)을 수행하여 제작된다. 실험에서 얻어진 Co/Ti 이중막 실리사이드는 약 500Å의 균일한 두께를 갖고 18μΩ-cm의 낮은 비저항 특성을 나타내었으며, 1000˚C에 이르기까지 장시간 후속 열처리를 실시하여도 면저항 변화나 열응집 현상이 발생되지 않았다.

P가 고농도로 도핑된 다결정 Si 기판 위에 Co/Ti 이중층막을 스퍼터 증착하고 급속열처리함으로써 얻어지는 실리사이드 층구조, 실리사이드막의 응집, 그리고 도펀트의 재분포 등을 단결정 Si 기판 위에서의 그것들과 비교하여 조사하였다. 다결정 Si 기판위에 형성한 Co/Si 이중층을 열처리할 때 단결정 기판에서의 경우보다 CoSi2로의 상천이는 약간 더 낮은 온도에서 시작되며, 막의 응집은 더 심하게 일어난다. 또한, 다결정 Si 기판내의 도펀트보다 웨이퍼 표면을 통하여 바깥으로 outdiffusion 함으로써 소실되는 양이 훨씬 더 많다. 이러한 차이는 다결정 Si 내에서의 결정립계 확산과 고농도의 도펀트에 기인한다. Co/Ti/doped-polycrystalline si의 실리사이드화 열처리후의 층구조는 polycrystalline CoSi2/polycrystalline Si 으로서 Co/Ti(100)Si을 열처리한 경우의 층구조인 Co-Ti-Si/epi-CoSi2/(100)Si 과는 달리 Co-Ti-Si층이 사라진다.

배선 재료나 salicide 트랜지스터에 적용될 것으로 기대되는 Cu 배선과 Co 단일층 및 Co/Ti 이중층을 사용하여 형성된 코발트 실리사이드간의 열적 안정성에 대하여 조사하였다. 400˚C열처리후 Cu3Si 막이 CoSi2층과 Si 기판 사이에 형성되었는데, 이것은 Cu 원자의 확산에 기인한 것이다. 600˚C에서의 열처리 후에 형성된 최종막의 구조는 각각 Cu/CoSi2/Cu3Si/Si과 TiO2/Co-Ti-Si 합금/CoSi2/Cu3Si/Si였으며, 상부에 형성된 TiO2층은 산소 오염에 의한 것으로 밝혀졌다.

Co 단일층과 Co/Ti 이중층으로부터 형성된 코발트 실리사이드를 최종 막의 구조와 에피텍셜 성장 측면에서 조사하였다. Co 단일층은 그 두께와는 관계없이 전체 막이 CoSi2로 변화된 반면에, Co/Ti 이중층 구조에서는 Co와 Ti 막의 두께비가 최종막 구조에 상당한 영향을 주었다. 그리고 CoSi2막의 에피 성장이 Co 단일층에서 보다는 Co/Ti 이중층에서 보다 용이하였다.

nptype Si(100)웨이퍼를 precleaning하고 HF 용액에 dip etching한 후 E-beam dvaporator에 장착하여 Co 단일막(170Å, 340Å)과 Co/Ti 이중막(200Å/ (50-100)Å)을 성장시켰다. 시편의 RTA 과정에서는 N2분위기에서 direct annealing 방식으로 열처리 온도와 시간을 변화시켜가며 Co-silicidation 공정을 수행하였다. Co 단일막으로 형성된 Co-실리사이드의 면저항은 500˚C≤T≤850˚C범위에서 열처리 온도와 시간의 변화에 관계없이 거의 일정한 값을 나타내었다. Co/Ti 이중막의 경우 Co-실리사이드의 형성온도가 Co 단일막의 경우에 비해 높게 나타나고 낮은 비저항의 CoSi2를 얻기 위해서는 800˚C이상의 온도로 열처리해야 함을 알 수 있었다. XRD 분석결과, Co 단일막으로부터 얻어진 CoSi2는 (111) 및 (220) 결정상을 나타내었으나, Co/Ti 이중막에 의한 CoSi2는 (200)결정상만이 나타나서 Si(100)기판과 에피층을 이루고 있음을 알 수 있었다. 본 실험에서 CoSi2의 비저항은 약 18μΩ.cm로 나타났으며, TEM 및 AES 분석으로부터 Co/Ti bilayer-실리사이드가 다량의 Si과 Ti 외에 소량의 Co가 섞여있는 표면 복합층과, Si과 Co만이 존재하는 내부 에피층으로 구성됨을 확인하였다.

전자빔 증착법을 사용하여 10nm두께의 Ti과 18nm두께의 Co를 Si(100)기판에 증착한 후, N2분위기에서 900˚C, 20초 급속 열처리하여, Co/Ti 이중금속박막의 역전을 유도함으로서 CoSi2박막을 형성하였다. 4점 탐침기로 측정한 면저항은 3.9Ω/ㅁ 었으며, 열처리 시간을 증가해도 이값은 유지하여 열적 안정성을 나타내었다. XRD 결과는 형성된 실리사이드는 기판과 에피관계를 갖는 CoSi2상 임을 보였으며, SEM 사진은 평탄한 표면을 나타내었다. 단면 TEM 사진은 기판위에 형성된 박막층은 70nm 두께의 CoSi2 에피박막과 그위에 두개의 C0-Ri-Si합금층등 세개의 층으로 되어 있음을 보였다. AES 분석은, 기판상의 자연산화막을 형성할 수 있었음을 보여주었다. AES분석은, 기판상의 잔연산화막이 열처리초기, Ti에 의해 제거된후 Co가 원자적으로 깨끗한 Si기판에 확산하여 CoSi2에피박막을 형성할 수 있었음을 보여주었다. 700˚C, 20초 + 900˚C, 20초 이중 열처리를 한 경우, CoSi2결정성장으로 면저항값은 약간 낮아졌으나, 박막의 표면과 계면이 거칠었다. 이 CoSi2에피박막의 실제 소자에의 적용방안과 막의 역전을 통한 에피박막형성의 기제를 열역학 및 kinetics 관점에서 고찰하였다.