본 연구에서는 BPSG(borophosphosilicate glass)/SiO2/Si 기판상에 5000$\AA$의 구리박막을 화학증착한 후 Ar 분위기하 250-55$0^{\circ}C$, 5-90초 급속열처리하여 열처리 전후의 결정구조, 면저항, 미세구조의 박막특성 변화를 분석하였다. 후열처리된 구리박막에서는 결정성 및 (111) 배향의개선과 함께 결정립 성장이 확인되었으나, 구리의 표면산화반응과 BPSG 내로의 급속한 확산에 의해 전기적 특성의 개선은 미미하였다. 그리고 열처리 박막내에는 구리 실리사이드상의 형성이 발견되지 않았으며, 25$0^{\circ}C$/90초의 저온 장시간 또는 55$0^{\circ}C$/20초의 고온 단시간 조건에서 전형적으로 나타나는 Cu2O 상이 시편의 전기비저항 증가와 표면열화에 직접적으로 영향을 미쳤다. 또한, 이들 결과로부터 급속열처리법에 의한 Cu/BPSG 열처리의 공정범위를 규명할 수 있었다.
급속 열처리 방법으로 두께가 약 80.angs.C인 산화막을 성장시킨 후 950.angs.C와 1150.angs.C의 온도에서 15초-120초 동안 질화 및 재산화 공정을 수행하여 초 박막 구조의 질화 및 재산화된 질화 산화막을 성장하였다. 성장한 질화산 화막과 재 산화된 진화 산화막의 전기적 특성은 C-V, I-V, 전하 포획 및 TDDB 측정등을 통하여 분석하였다. 측정된 소자의 특성으로부터 질화 조건이 950.angs.C, 60초이고 재산화 조건이 1150.angs.C, 60초인 재산화된 질화 산화막은 전기적 스트레스 인가후에 전하 포획에 의한 평탄전압변화(.DELTA. $V_{fb}$ )와 계면 상태밀도( $D_{itm}$)의 증가가 산화막보다 적은 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
낮은 에너지의 보론 이온을 선비정질화된 실리콘 기판과 단결정 기판에 이온 주입하여 0.2μm 정도의 접합 깊이를 갖는 박막의 P/sup +/-n 접합을 형성하였다 이온주입에 의한 결정결함의 제거 및 주입된 보론 이온의 활성화를 위해 급속 열처리기를 이용하였으며, BPSC(bore-phosphosilicate glass)를 흐르도록 하기 위해 노 열처리를 도입하였다. 선비정질화 이온주입은 45keV, 3×10/sup 14/cm/sup -2/ Ge 이온을 사용하였으며, p형 불순물로는 BF2 이온을 20keV, 2×10/sup 15/cm /sup -2/로 이온주입 하였다. 급속 열처리와 노 열처리 조건은 각각 1000。C/ 10초와 850。C/4O분이었다. 형성된 접합의 접합깊이는 SIMS와 ASR로 측정하였으며, 4-point probe로 면 저항을 측정하였다. 또한 전기적인 특성은 다이오드에 역방향 전압을 인가하여 측정된 누설전류로 분석하였다. 측정 결과를 살펴보면, 급속 열처리만을 수행하여도 양호한 접합 특성을 나타내나, 급속 열처리와 노 열처리를 함께 고려해야 할 경우에는 노 열처리 후에 급속 열처리를 수행하는 공정이 급속 열처리 후에 노 열처리를 수행하는 경우보다 더 우수한 박막 접합 특성을 나타내었다.
N형 InGaAs에 대한 Pd/Si/Pd/Ti/Au 오믹 접촉의 급속 열처리 조건에 따른 오믹 특성을 조사하였다. $450^{\circ}C$까지의 열처리 동안에 전반적으로 우수한 오믹 특성을 나타내어 $400^{\circ}C$, 20초의 급속 열처리 조건에서 최저 $3.9\times10^{-7}\Omega\textrm{cm}^2$ 의 접촉 비저항을 나타내었다. 이는 열처리에 의해 생성된 Pd-Si계 화합물의 형성 및 Si의 InGaAs 표면으로의 확산과 관련이 있었다. 그러나 $400^{\circ}C$에서 열처리 시간을 30초 이상으로 연장할 경우 접촉 비저항이 low-$10^{-6}\Omega \textrm{cm}^2$ 으로 약간 증가하였고, 열처리 조건을 425~$450^{\circ}C$/10초로 변화시킬 경우 high-$10^{-7}$~low-$10^{-6}\Omega \textrm{cm}^2$으로 약간 증가하였다. 이는 오믹 재료와 InGaAs의 반응에 의해 Pd-Ga계 화합물이 형성된 것과 관련이 있었다. 고온 열처리 후에도 오믹 재료와 InGaAs의 평활한 계면을 유지하면서 우수한 오믹 특성을 나타내어, 화합물 반도체 소자의 오믹 접촉으로 충분히 응용 가능하다고 판단된다.
본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된 Co/Cu 인공초격자를 저온에서 열처리함으로써 열적 안정성을 펑가하고 수반된 계면 반응이 자기저항에 미치는 영향을 조사하였다. Cu 사잇층 두께, Fe 바닥층 두께, 바닥층의 종류에 따른 열처리 거동의 차이를 조사하였으며, X선 회절분석과 저항분석을 통해 계면반응과 자기저항의 상관관계를 검토하였다. Co/Cu 인공초격자를 저 온($450^{\circ}C$ 이하) 에서 급속열처리하는 경우 열처리 온도가 증가함에 따라 Cu 사잇층 두께가 얇 을 때 ($7\AA$)에는 기존의 보고와 마찬가지로 자기저항이 일방적으로 감소하였으나 Cu 사잇층 두께가 두꺼울 때($20~25\AA$)에는 이와는 달리 자기저항이 증가하는 것으로 나타났다. 소각 X선 회절 분석 결과에 의하면, 이는 계면 명확성이 증대되기 때문인 것으로 밝혀졌다. Fe 바닥층 두 께가 두꺼울수록 열적 안정성이 우수하였다. (200)우선방위가 발달한 Cu 바닥층의 경우 Fe 바닥층보다 낮은 온도에서 계면반응(Co와 Cu의 분리) 이 일어났는데, 이는 결정방향에 따른 확산속도의 차이로 설명될 수 있었다.
본 논문에서는 선비정질화, 저에너지 이온 주입, 이중 열처리 공정을 이용하여 p/sup +/-n 박막 접합을 형성하였다. Ge 이온을 이용하여 결정 Si 기판을 선비정질화하였다. 선비정질화된 시편과 결정 기판에 p-형 불순물인 BF₂이온을 주입하여 접합을 형성하였다. 열처리는 급속 열처리 (RTA : rapid thermal anneal) 방법과 850℃의 노 열처리 (FA : furnace anneal) 방법을 병행하였다. 두 단계의 이중 열처리 방법으로 네 가지 조건을 사용하였는데, 이는 RTA(750℃/10초)+Ft, FA+RTA(750℃/10초), RTA(1000℃/10초)+F4 FA+RTA(1000℃/10초)이다. Ge 선비정질화를 통하여 시편의 접합 깊이를 감소시킬 수 있었다. RTA 온도가 1000℃인 경우에는 RTA보다는 FA를 먼저 수행하는 것이 접합 깊이(x/sub j/), 면저항(R/sub s/), R/sub s/ x/sub j/, 누설 전류 등의 모든 면에서 유리함을 알 수 있었다.
N형 InGaAs에 대한 Pd/Ge/Ti/Pt 오믹 접촉 특성을 조사하였다. $450^{\circ}C$까지의 급속 열처리에 의해 우수한 오믹 특성을 나타내어 $400^{\circ}C$, 10초의 급속 열처리 조건에서 최저 $3.7\times10^{-6}\; \Omega\textrm{cm}^2$ 의 접촉 비저항을 나타내었다. 이는 열처리에 의해 생성된 Pd-Ge계 화합물의 형성 및 Ge의 InGaAs 표면으로의 확산과 관련이 있었다. 그러나 열처리 시간을 연장할 경우 접촉 비저항이 $low-10^5\; \Omega\textrm{cm}^2$로 약간 증가하였다. 고온 열처리 후에도 오믹 재료와 InGaAs의 평활한 계면을 유지하면서 우수한 오믹 특성을 나타내어, 화합물 반도체 소자의 오믹 접촉으로 충분히 응용 가능하다고 판단된다.
초박막 재산화 질화산화막을 $1050^{\circ}C-1100^{\circ}C$ 온도에서 20, 40초 동안 산소 분위기에서 램프 가열 방법의 급속 열처리 공정에 의해 형성 시켰다. 초박막의 전기적 특성은 누설전류, 항복전압, 시간종속 항복과 F-N 관통을 분석 하였다. 질화와 재산화 조건에 따른 전하포획의 의존성 즉 고전계 스트레스에 유기되는 항복전하량$(Q_{BD})$ 증가 여부와 평탄대역 전압이동$(\DeltaV_{FB})$을 연구하였다. 분석 결과에 의하면, 급속 열처리 재산화시 유전적 성질이 상당히 개선되었고, 항복전하량은 증가되었으며, 평탄대역전압은 감소 되었다.
N형 InGaAs에 대한 Pd/Ge/Pd/Ti/Au 오믹 접촉의 급속 열처리 조건에 따른 오믹 특성을 조사하였다. $450^{\circ}C$까지의 열처리에 의해 우수한 오믹 특성을 나타내어 $400^{\circ}C$/10초의 급속 열처리 후에 최저 $1.1\times10^{-6}\Omega\textrm{cm}^2$의 접촉 비저항을 나타내었다. $425^{\circ}C$ 이상의 열처리 후에 접촉 비저항이 점점 증가하여 $450^{\circ}C$에서는 오믹 재료와 InGaAs의 반응에 의해 오믹 특성의 열화가 나타났다. 그러나 high-$10^{-6}\Omega\textrm{cm}^2$ 정도의 비교적 우수한 오믹 특성을 유지하였고, 양호한 표면 및 계면이 얻어져 화합물 반도체 소자에의 응용 가능성이 충분한 것으로 판단된다.
[ $500^{\circ}C$ ]에서 30초 동안 급속 열처리 하여 니켈실리사이드를 형성하고 니켈실리사이드의 후속 공정시의 열 안정성을 개선 시키기 위해 $SiO_2$ 박막을 FECVD로 증착하였다. 실리사이드의 열 안정성은 면저항 측정을 통하여 평가하였다. 후속 열처리 시 $SiO_2$ 보호층을 증착한 경우 열 안정성이 개선 되었다. 이 이유를 알아보기 위해 열처리 전후의 스트레스를 측정하였다. 그 결과 후속열처리 시 $SiO_2$ 보호층이 없을 때는 열처리 전과 후의 스트레스 큰 차이가 없었으나 $SiO_2$ 보호층이 있을 매는 스트레스가 크게 감소하였다. 이 스트레스의 감소가 니켈실리사이드의 응집현상을 억제하여 니켈실리사이드의 열 안정을 개선시키는 이유라고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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