코발트 실리사이드 박막을 2×2cm n-type Si(100) 기판 위에 RF 스퍼터링 방법으로 증착하였고, 이 때 기판은 H2SO4:H2O4(4:1)로 불순물을 제거한 후 HF:H2O(1:50)를 이용하여 산화막을 제거하였다 코발트 실리사이드 박막의 전기. 적인 특성을 관찰하기 위하여 본 실험에서는 금속 반도체의 구조인 쇼트키 접합의 다이오드를 제작하였다 이 때 제작된 다이오드의. 면적은 각각 4mm2, 8mm2로 하였으며, LTS Chemical Inc.사의 순도 99.99%의 2인치 CoSi2 타겟을 사용하 여 RF스퍼터링 전력을 50watt, 아르곤(Ar) 가스 유량(flux) 20sccm, 진공 압력 5×10-4Torr으로 하여 10분 동안 100℃에서 증착하여 튜브형 세라믹 연구용 전 기로에서 10분간 예열한 후 900℃로 열처리한 시료를 이용하여 전류 전압 특성 -을 관찰 하였다 증착 직후의. CoSi2 박막의 두께는 엘립소미터(J. A. Woollam 를 이용하여 측정하였고 평균 두께는 이었다 위 의 실험
Co., M-2000 V) 480nm .
조건을 표 2에 요약하여 나타내었다 제작된 실리사이드 박막의 단면 사진을 그림. 에 나타내었으며 실리콘 기판과
13 , CoSi2 사이의 계면접합에서 약간의 facet가 존재 하였으나 이중층(Co/Ti) 구조 방법으로 형성된 박막에서 나타내는 전이금속 으로 인한 void와 같은 결함과 실리사이드의 응집으로 인한 접촉계면의 facet 보 다는 고주파 스퍼터링 방식으로 단일층을 형성한 CoSi2 박막에서는 실리사이드 계면과 접촉 평탄화가 더 양호한 것으로 사료된다[43].
Table 2 Process Parameters of Sputtered CoSi2 and Diode Area.
Substrate N-Type Si(100) Ar Gas Flow Rate 20 sccm
Sputtering Time 10 minutes RF Power 50 watts Vacuum Level 5×10-4 Torr Substrate Temperature 100℃
Electrode Area 4 mm2, 8 mm2
Fig. 13 Cross-sectional SEM Micrograph of the CoSi2 Thin Film in the Interface after Annealing at the Temperature of 900 .℃
측정 및 분석 공정 B.
두께 측정 1.
각 공정 조건들의 CoSi2 박막의 두께를 측정하기 위해서 J. A Woollam 사의 엘립소미터(M-2000V) 장비를 사용하였다. 엘립소미터는 레이저빔을 사용하며 스펙트로미터와는 다른 원리로 측정한다 레이저빔은 편광. (polarization)되어 있는 데 편광된 빔은 박막이 입혀진 웨이퍼에 어떤 각도로 들어오게 되고 그 빔은 산, , 화막을 통과하여 실리콘과 산화막의 경계에서 반사된다 박막에 빛이 들어오고 있. 을 때 빔의 면이 회전하면 이때 빔이 회전하는 두께와 굴절률을 계산하여 측정하, 는 장비이다.
하지만 시료 전체의 평균 균일도를 측정하기에 엘립소미터의 박막 표면의 측정 범위가 협소하고 전체적인 평균값을 구할 수 없기 때문에 바둑판 배열 방식으로 시료를 측정함으로써 CoSi2 박막 표면 평균 두께를 구하고 그 평균 두께에 따른, 표준 편차 값을 구함으로써 박막의 표면 균일도를 구하였다 즉. 6번을 측정 하여 각 부분별 평균값을 이용하여 구한 표준 편차 값이 작을수록 표면 균일도가 우수 함을 뜻한다 그림. 14는 본 논문에서 사용한 J. A Woollam 사의 엘립소미터
장비의 사진 및 측정원리 모식도이다
(M-2000V) .
Fig. 14 Photograph and Principle of Ellipsometry Measurement.
박막의 표면 형상 특성 2.
박막의 표면 특성을 측정하기 위해서는 AFM(atomic force microscopy)을 사용하 여 박막 표면의 RMS Roughness와 Peak-to-Valley 값을 측정하였다 본 논문에서. 는 PSIA사의 XE-100 AFM 장비를 이용하여 비접촉방식(non-contact mode)로 측정하였다. 여기서 RMS Roughness란 박막 표면의 거친 정도를 수치로 나타낸 값 으로 작을수록 표면 거칠기가 우수함을 나타낸다 또한. Peak-to-Valley는 박막 표면 의 최고점과 최저점간의 차를 나타낸 값으로 역시 작을수록 박막의 표면 상태가 양호 함을 의미한다 그림. 15는 본 논문에서 사용한 AFM 장비의 사진이다.
Fig. 15 AFM(Atomic Force Microscopy) Equipment.
박막의 결정학적 특성 3.
박막의 결정구조 및 방향성의 특성 변화를 알아보기 위하여 XRD(X-ray 분석을 실시하였다 는 독일의 물리학자 뢴트겐에 의해 Diffractometer) . XRD
년에 발견되었으며 라우에의 의해 결정에도 이용할 수 있는 선의 회절현
1895 ,
X-상이 발견되었다 이는 계속하여 브래그 부자에 의한. X-선이 원자가 규칙적으로 배열되어 있는 평행면에서 반사된다는 생각에 기인한 유명한 법칙인 브래그 법칙 을 축으로 한 계속적인 발전을 거듭하여 오늘날에 이르게 되었다.
회절피크들은
X-ray Bragg 식 θ λ를 만족하며 여기에서, d 는 두 격 자면간의 거리, λ는 사용된 x-ray의 파장, θ는 x-ray의 반사각, n은 정수이 다 단결정의 단위 셀이 단사정계 구조를 가지므로 면간거리. d와 격자상수 a, b, 그리고 c의 관계식은 다음과 같이 주어진다.
β β (43)
여기에서, 은 Miller 지수이다. Bragg 식의 d 값과 각각의 회절 peak에 대응하 는 면지수 값을 식 (43)에 대입하여 격자 상수 값을 결정했다.
이 때 격자상수 값은, θ값에 따라 보정해야 하며 다음과 같은 방법을 사용했다. 즉, Bragg 식의 양변을 미분하면 다음과 같이 된다.
Δλ Δ θ θΔ (44)
Δ Δλ
λ θ Δθ (45)
사용된 x-ray 파장은 단일 파장이므로 Δλ = 0 이고 식, (45)은 다음과 같이
된다.
Δ θ Δθ (46)
따라서 θ가 90o에 가까워짐에 따라 cotθ가 0에 가까워지므로 Δd/d가 0 에 근 사되어 θ = 90o 부근에서의 반사에 의해 얻어진 피크들로부터 격자상수를 계산하 면 오차를 줄일 수 있다 그러나 실제로는. , θ = 90o에서는 측정이 불가능하므로
의 여러 값에 대하여 격자상수 값을 구하고
θ θ = 90o에 접근시키는 방법이 사용
된다. J. B. Nelson 과 D. P. Rily[44]는 격자상수 값을 θ의 가장 작은 값까지 다음 항에 일차 비례함을 보였다.
θ
θ θ (47)
식 (43)을 사용해 구한 격자 상수 값들을 식 (47)의 함수로 그려서 외삽법으로 가장 오차가 적은 격자상수 값을 구한다.
본 논문에서는 그림 16과 같이 Philips사의 X’pert-PRO-MRD XRD 장 비를 이용하여, X-ray 파장 CuKα = 0.15405 nm이며, 2θ의 범위는 10°∼
이고 는 약 으로 하였으며 가속전압과 전류는
65° , Scan Speed 3°/min , 40 kV, 으로 분석하였다
30 mA .
Fig. 16 X R D (X-ray Diffractometer) E quipm ent.
박막의 광학적 특성 4.
CoSi2 박막의 광투과도(optical transmittance) 및 광흡수도(absorbance)등을 측정하기 위해서 Varian Techtron사의 Cary500scan UV-Visible
장비를 이용하여 측정하였다 측정 파장의 범위는
spectrophotometer . CoSi2 박
막의 흡수영역인 900 1400nm∼ 범위영역으로 국한하였다. UV-Visible 장비는 시료의 흡수도 및 투과도를 특정하는 장비로써 측정 spectrophotometer
파장의 정확도는 가시광 영역에서 ±0.05nm로 대단히 정확한 계측 장비에 속한 다. 또한, 측정 온도는 상온이며 사용 광원은 tungsten-halogen, deuterium
등을 사용하는 장비이다
lamp .
광흡수 스펙트럼으로부터 광흡수 계수 α와 입사광의 에너지 ν와 관계로부 터 광학적 에너지 갭를 구할 수 있다 먼저 광흡수 계수. , α와 입사광의 에너지 ν와의 관계식인 α ν ν 로부터 실제측정으로 얻을 수 있는 광학 밀도(O.D.)와 ν와의 관계를 구해보면 식 (48)과 같다.
α ν ν (48)
여기에서 광흡수 계수, α는 시료에 입사되는 입사광의 강도 I0와 투과되어 나오는 투과광의 강도 와의 관계식I [45]
α (49)
로부터 다음과 같이 표현된다 여기에서. d는 시료의 두께이다.
α (50)
식 (50)으로부터 O.D.에 의해 광흡수 계수 α를 구하면 식 (48)은
α ν ν (51)
로 된다 이렇게 구해진 광투과도를. Lambert's law에 적용하여 흡광도를 구하고 평균 흡광도를 산출하였다. 그림 17은 본 논문에서 사용한 UV-Visible
장비 사진이다 spectrophotometer .
Fig. 17 UV-Visible Spectrophotometer Equipment.
박막의 전기 특성 5.
CoSi2 박막의 캐리어 이동도(carrier mobility), 비저항(resistivity) 및 캐리 어 농도(carrier density)는 HL5500PC Hall 계수 측정기(Bio-Rad)를 사용 하여 40K에서 300K까지 온도영역에서 4단자프로브로 측정하였다. Hall 측정시스템은 박막의 비저항 표면 저항 캐리어 농도 캐리어 형태 전하의
effect , , , ,
이동도 등을 측정할 수 있는 장비로써 측정 온도는 상온이며 측정 방식은, Van 로 할 수 있다 그림 은 본 논문에서는
der Pauw, Hall bar . 18 CoSi2 박막의 표면 저항값과 전하 이동도 등을 측정하는 데에 사용한 Hall effect 측정시스템의 사진 이다.
금속과 반도체를 접합할 때 생성되는 전위 장벽을 이용한 것으로 p-n 확산 접 합에 비해 소수 캐리어의 축적 효과가 없으며 역회복 시간이 두드러지게 적기 때, 문에 고주파 시의 정류 효과가 매우 좋으며 순방향 전압도 낮아 전력 손실이 적, 어 고주파 정류 용도로 사용되어지는 쇼트키 다이오드의 전압 전류 특성을 -를 사용하여 다이오드의 면적 Semiconductor parameter analyzer(HP 4155A)
에 따라 측정 하였으며 그림 19는 본 논문에서 사용한 Semiconductor 장비 그림이다
parameter analyzer .
Fig. 18 Photographs Showing the Whole View of Hall Effect Measurement System.
Fig. 19 Schematic Diagrams of Semiconductor Parameter Analyzer.