Characteristics of Ni/Co Composite Silicides for Poly-silicon Gates

게이트를 상정한 니켈 코발트 복합실리사이드 박막의 물성연구

We fabricated Ni/Co(or Co/Ni) composite silicide layers on the non-patterned wafers from Ni(20 nm)/Co(20 nm)/poly-Si(70 nm) structure by rapid thermal annealing of $700{\~}1100^{\circ}C$ for 40 seconds. The sheet resistance, cross-sectional microstructure, and surface roughness were investigated by a four point probe, a field emission scanning electron microscope, and a scanning probe microscope, respectively. The sheet resistance increased abruptly while thickness decreased as silicidation temperature increased. We propose that the poly silicon inversion due to fast metal diffusion lead to decrease silicide thickness. Our results imply that we should consider the serious inversion and fast transformation in designing and process f3r the nano-height fully cobalt nickel composite silicide gates.

궁극적으로 게이트를 저저항 복합 실리사이드로 대체하는 가능성을 확인하기 위해 70 nm 두께의 폴리실리콘 위에 각 20nm의 Ni, Co를 열증착기로 적층순서를 달리하여 poly/Ni/Co, poly/Co/Ni구조를 만들었다. 쾌속열처리기를 이용하여 실리사이드화 열처리를 40초간 $700{\~}1100^{\circ}C$ 범위에서 실시하였다. 복합 실리사이드의 온도별 전기저항변화, 두께변화, 표면조도변화를 각각 사점전기저항측정기와 광발산주사전자현미경, 주사탐침현미경으로 확인하였다. 적층순서와 관계없이 폴리실리콘으로부터 제조된 복합실리사이드는 $800^{\circ}C$ 이상부터 급격한 고저항을 보이고, 두께도 급격히 얇아졌다. 두께의 감소는 기존의 단결정에서는 없던 현상으로 폴리실리콘의 두께가 한정된 경우 금속성분의 inversion 현상이 커서 폴리실리콘이 오히려 실리사이드 상부에 위치하여 제거되기 때문이라고 생각되었고 $1000^{\circ}C$ 이상에서는 실리사이드가 형성되지 못하였다. 이러한 결과는 나노급 두께의 게이트를 저저항 실리사이드로 만 들기 위해서는 inversion과 두께감소를 고려하여야 함을 의미하였다.