Pt와 Ir 첨가에 의한 니켈모노실리사이드의 고온 안정화

Thermal Stability Enhancement of Nickel Monosilicides by Addition of Pt and Ir

약 10%이하의 Pt 또는 Ir 첨가시켜 니켈모노실리싸이드를 고온에서 안정화 시키는 것이 가능한지 확인하기 위해서 활성화영역을 가정한 단결정 실리콘 웨이퍼와 게이트를 상정한 폴리 실리콘 웨이퍼 전면에 Ni, Pt, Ir을 열증착기로 성막하여 10 nm-Ni/l nm-Pt/(poly)Si, 10 nm-Ni/l nm-Ir/(poly)Si 구조를 만들었다. 준비된 시편을 쾌속 열처리기를 이용하여 40초간 실리사이드화 열처리 온도를 $300^{\circ}C{\sim}1200^{\circ}C$ 범위에서 변화시켜 두께 50nm의 실리사이드를 완성하였다. 완성된 Pt와 Ir이 첨가된 니켈실리사이드의 온도별 전기저항변화, 두께변화, 표면조도변화, 상변화, 성분변화를 각각 사점전기저항측정기와 광발산주사전자현미경, 주사탐침현미경, XRD와 Auger depth profiling으로 각각 확인하였다. Pt를 첨가한 결과 기판 종류에 관계없이 기존의 니켈실리사이드 공정에 의한 NiSi와 비교하여 $700^{\circ}C$ 이상의 NiSi 안정화 구역을 넓히는 효과는 없었고 면저항이 커지는 문제가 있었다. Ir을 삽입한 경우는 단결정 실리콘 기판에서는 $500^{\circ}C$ 이상에서의 NiSi와 동일하게 $1200^{\circ}C$까지 안정한 저저항을 보여서 Ir이 효과적으로 Ni(Ir)Si 형태로 $NiSi_{2}$로의 상변태를 적극적으로 억제하는 특성을 보이고 있었고, 다결정 기판에서는 $850^{\circ}C$까지 효과적으로 NiSi의 고온 안정성을 향상시킬 수 있었다.

We fabricated thermally evaporated 10 nm-Ni/(poly)Si, 10 nm-Ni/l nm-Ir/(poly)Si and 10 nm-Ni/l nm-Pt/(poly)Si films to investigate the thermal stability of nickel monosilicides at the elevated temperatures by rapid annealing them at the temperatures of $300{\sim}1200^{\circ}C$ for 40 seconds. Silicides of 50 nm-thick were formed on top of both the single crystal silicon actives and the polycrystalline silicon gates. A four-point tester was used to examine sheet resistance. A scanning electron microscope and field ion beam were employed for thickness and microstructure evolution characterization. An X-ray diffractometer and an Auger depth profiler were used for phase and composition analysis, respectively. Nickel silicides with platinum have no effect on widening the NiSi stabilization temperature region. Nickel silicides with iridium farmed on single crystal silicon showed a low resistance up to $1200^{\circ}C$ while the ones formed on polycrystalline silicon substrate showed low resistance up to $850^{\circ}C$. The grain boundary diffusion and agglomeration of silicides lowered the NiSi stable temperature with polycrystalline silicon substrates. Our result implies that our newly proposed Ir added NiSi process may widen the thermal process window for nano CMOS process.