JP2001064099A - 薄膜の形成方法 - Google Patents
薄膜の形成方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓｉ基板上に高品質なβ−ＦｅＳｉ2エピタ
キシャル層を形成する成膜方法を提供する。 【解決手段】 （１００）面のｎ型のＳｉ基板１をマグ
ネトロンスパッタ装置の真空チャンバー２内に配置され
た基板ホルダー３に設置し、基板温度５５０〜６５０℃
で加熱しながら、スパッタガスとしてＸｅガスを用いて
Ｆｅをスパッタ法でＳｉ基板１上に堆積し、β−ＦｅＳ
ｉ2層１７を形成する。Ｘｅは、通常スパッタ法で用い
られるＡｒガスに比して質量が大きく、スパッタ法によ
るＦｅ堆積時に、Ｓｉ基板がこれらのプラズマガスに暴
露されることにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の
解離が効率的に進み、堆積されるＦｅとＳｉとの反応が
促進され、高品質のβ−ＦｅＳｉ2エピタキシャル層が
形成される。
キシャル層を形成する成膜方法を提供する。 【解決手段】 （１００）面のｎ型のＳｉ基板１をマグ
ネトロンスパッタ装置の真空チャンバー２内に配置され
た基板ホルダー３に設置し、基板温度５５０〜６５０℃
で加熱しながら、スパッタガスとしてＸｅガスを用いて
Ｆｅをスパッタ法でＳｉ基板１上に堆積し、β−ＦｅＳ
ｉ2層１７を形成する。Ｘｅは、通常スパッタ法で用い
られるＡｒガスに比して質量が大きく、スパッタ法によ
るＦｅ堆積時に、Ｓｉ基板がこれらのプラズマガスに暴
露されることにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の
解離が効率的に進み、堆積されるＦｅとＳｉとの反応が
促進され、高品質のβ−ＦｅＳｉ2エピタキシャル層が
形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン（以下、
Ｓｉと記す）基板上にベータ鉄シリサイド（以下、β−
ＦｅＳｉ2と記す）を形成する薄膜の形成方法に関する
ものである。
Ｓｉと記す）基板上にベータ鉄シリサイド（以下、β−
ＦｅＳｉ2と記す）を形成する薄膜の形成方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｉと金属との化合物であるシリサイド
には非常に多くの種類があり、これまで主として電極材
料として研究が行われてきた。最近、半導体の性質を持
つシリサイドとしてβ−ＦｅＳｉ2が注目されている。
β−ＦｅＳｉ2は直接遷移型のバンドギャップ（〜０．
８５ｅＶ）を持ち、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長可
能で、太陽電池または古くは熱電素子の材料としても研
究され、近年はＳｉの発光デバイス実現の有力な材料と
して期待されている。
には非常に多くの種類があり、これまで主として電極材
料として研究が行われてきた。最近、半導体の性質を持
つシリサイドとしてβ−ＦｅＳｉ2が注目されている。
β−ＦｅＳｉ2は直接遷移型のバンドギャップ（〜０．
８５ｅＶ）を持ち、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長可
能で、太陽電池または古くは熱電素子の材料としても研
究され、近年はＳｉの発光デバイス実現の有力な材料と
して期待されている。
【０００３】β−ＦｅＳｉ2層のＳｉ基板上への形成方
法としては、今までいろいろ報告されている。代表的な
成膜方法として以下の３つがある。
法としては、今までいろいろ報告されている。代表的な
成膜方法として以下の３つがある。
【０００４】１つ目は、室温の状態でＳｉ基板上に鉄
（以下、Ｆｅと記す）を堆積後、アニールすることによ
りＦｅとＳｉの固相反応により形成する方法（Ｓｏｌｉ
ｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法；ＳＰＥ法）であ
る。これは、例えばＪ．Ｄｅｒｒｉｅｎ ｅｔ ａ
ｌ．，Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．，７３（１９９
３）９０に記載されている。
（以下、Ｆｅと記す）を堆積後、アニールすることによ
りＦｅとＳｉの固相反応により形成する方法（Ｓｏｌｉ
ｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法；ＳＰＥ法）であ
る。これは、例えばＪ．Ｄｅｒｒｉｅｎ ｅｔ ａ
ｌ．，Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．，７３（１９９
３）９０に記載されている。
【０００５】２つ目は、加熱したＳｉ基板上にＦｅを堆
積しながら、ＦｅとＳｉの固相反応により形成する方法
（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ法；ＲＤＥ法）である。これは、例えばＡ．Ｈ．
Ｒｅａｄｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓ
ｃｉ．，７３（１９９３）１３１に記載されている。
積しながら、ＦｅとＳｉの固相反応により形成する方法
（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ法；ＲＤＥ法）である。これは、例えばＡ．Ｈ．
Ｒｅａｄｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓ
ｃｉ．，７３（１９９３）１３１に記載されている。
【０００６】３つ目は、ＭＢＥチャンバー中で、加熱し
たＳｉ基板上に、ＦｅとＳｉを同時に堆積しながら形成
する方法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａ
ｘｙ法；ＭＢＥ法である。これは、例えばＪ．Ｅ．Ｍａ
ｈａｎ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，５６（１９００）２１２６に記載されている。
たＳｉ基板上に、ＦｅとＳｉを同時に堆積しながら形成
する方法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａ
ｘｙ法；ＭＢＥ法である。これは、例えばＪ．Ｅ．Ｍａ
ｈａｎ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．，５６（１９００）２１２６に記載されている。
【０００７】ＳＰＥ法、ＲＤＥ法でＦｅを堆積するに
は、通常、電子ビーム（ＥＢ）蒸着や、Ａｒガスを用い
たスパッタ法が用いられている。
は、通常、電子ビーム（ＥＢ）蒸着や、Ａｒガスを用い
たスパッタ法が用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉ基板にＦｅを堆積
するＳＰＥ法、ＲＤＥ法においては、β−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル層を形成するには、Ｆｅ原子１つに対し
てＳｉ原子２つの割合で反応が生じることが必要であ
り、堆積したＦｅ層の約３．２倍の厚さのβ−ＦｅＳｉ
2層が形成される。
するＳＰＥ法、ＲＤＥ法においては、β−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル層を形成するには、Ｆｅ原子１つに対し
てＳｉ原子２つの割合で反応が生じることが必要であ
り、堆積したＦｅ層の約３．２倍の厚さのβ−ＦｅＳｉ
2層が形成される。
【０００９】β−ＦｅＳｉ2は斜方晶の結晶構造を有
し、Ｓｉ基板に対して表１に示すように、結晶面と結晶
軸との関係でβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が得ら
れる。
し、Ｓｉ基板に対して表１に示すように、結晶面と結晶
軸との関係でβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が得ら
れる。
【００１０】
【表１】
【００１１】しかし、ＳＰＥ法ではこの反応を促進させ
るため、ＲＤＥ法に比して高温の熱処理が必要であり、
上記の結晶関係が初期反応で一意的に決定されず、また
最初に堆積するＦｅ層の膜厚が厚いと未反応のＦｅが残
ったりして多結晶になりやすい。
るため、ＲＤＥ法に比して高温の熱処理が必要であり、
上記の結晶関係が初期反応で一意的に決定されず、また
最初に堆積するＦｅ層の膜厚が厚いと未反応のＦｅが残
ったりして多結晶になりやすい。
【００１２】一方、ＲＤＥ法では最初から加熱したＳｉ
基板にＦｅを堆積するため、ＳＰＥ法に比して上記の結
晶関係が生じやすいが、Ｆｅの堆積速度（デポレート）
が特に速くなると、反応するＳｉ原子がＦｅ：Ｓｉ＝
１：２の関係より欠乏してβ−ＦｅＳｉ2層の形成が困
難になったりして、成膜条件が限定される。
基板にＦｅを堆積するため、ＳＰＥ法に比して上記の結
晶関係が生じやすいが、Ｆｅの堆積速度（デポレート）
が特に速くなると、反応するＳｉ原子がＦｅ：Ｓｉ＝
１：２の関係より欠乏してβ−ＦｅＳｉ2層の形成が困
難になったりして、成膜条件が限定される。
【００１３】また、ＳＰＥ法、ＲＤＥ法共に、形成され
るβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層の厚さが５０ｎｍ
を越えて厚くなると、Ｓｉ原子の拡散が遅くなりＦｅ原
子との反応が抑制され、多結晶になりやすい。
るβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層の厚さが５０ｎｍ
を越えて厚くなると、Ｓｉ原子の拡散が遅くなりＦｅ原
子との反応が抑制され、多結晶になりやすい。
【００１４】次に、ＭＢＥ法では、ＳＰＥ法と同様に、
最初の結晶核形成が一意的に決定されにくい。そこで、
最初はＲＤＥ法と同様にＦｅのみを１ｎｍ程度と極薄に
蒸着堆積して薄いβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層を
形成し、それをテンプレートとして、ＦｅとＳｉをモル
比１：２の割合で同時蒸着するテンプレート法が良く用
いられる。しかし、この方法では工程が複雑になりすぎ
る欠点がある。
最初の結晶核形成が一意的に決定されにくい。そこで、
最初はＲＤＥ法と同様にＦｅのみを１ｎｍ程度と極薄に
蒸着堆積して薄いβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層を
形成し、それをテンプレートとして、ＦｅとＳｉをモル
比１：２の割合で同時蒸着するテンプレート法が良く用
いられる。しかし、この方法では工程が複雑になりすぎ
る欠点がある。
【００１５】また、Ｓｉ基板上に形成したβ−ＦｅＳｉ
2のエピタキシャル層の上に更にＳｉエピタキシャル層
を形成してダブルヘテロ構造を得ることは、β−ＦｅＳ
ｉ2が斜方晶の結晶構造を有していることや、Ｓｉの低
温形成が必要であるため、たいへん難しい。
2のエピタキシャル層の上に更にＳｉエピタキシャル層
を形成してダブルヘテロ構造を得ることは、β−ＦｅＳ
ｉ2が斜方晶の結晶構造を有していることや、Ｓｉの低
温形成が必要であるため、たいへん難しい。
【００１６】また、β−ＦｅＳｉ2層への不純物による
ｎ型あるいはｐ型にするドーピング技術も、一般に不純
物原子とＦｅ原子との電子ビーム蒸着やスパッタ法によ
る同時蒸着が用いられているが、制御性に難がある。
ｎ型あるいはｐ型にするドーピング技術も、一般に不純
物原子とＦｅ原子との電子ビーム蒸着やスパッタ法によ
る同時蒸着が用いられているが、制御性に難がある。
【００１７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、Ｓｉ基板上に高品質なβ−ＦｅＳｉ
2のエピタキシャル層、β−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル
層への高精度なドーピング技術及びＳｉ／β−ＦｅＳｉ
2／Ｓｉのダブルヘテロ構造エピタキシャル層の形成を
可能にする成膜方法を提供するものである。
になされたもので、Ｓｉ基板上に高品質なβ−ＦｅＳｉ
2のエピタキシャル層、β−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル
層への高精度なドーピング技術及びＳｉ／β−ＦｅＳｉ
2／Ｓｉのダブルヘテロ構造エピタキシャル層の形成を
可能にする成膜方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１及び２記載の薄膜の形成方法は、
加熱したＳｉ基板上に、クリプトン（以下、Ｋｒと記
す）ガスまたはキセノン（以下、Ｘｅと記す）ガスを使
用したスパッタ法を用いてＦｅを堆積、またはＦｅとＳ
ｉを同時に、またはＦｅとＳｉを交互に堆積させて、Ｓ
ｉ基板上にβ−ＦｅＳｉ2層を形成するものである。
に、本発明の請求項１及び２記載の薄膜の形成方法は、
加熱したＳｉ基板上に、クリプトン（以下、Ｋｒと記
す）ガスまたはキセノン（以下、Ｘｅと記す）ガスを使
用したスパッタ法を用いてＦｅを堆積、またはＦｅとＳ
ｉを同時に、またはＦｅとＳｉを交互に堆積させて、Ｓ
ｉ基板上にβ−ＦｅＳｉ2層を形成するものである。
【００１９】これにより、ＫｒガスやＸｅガスは、通常
スパッタ法で用いられるアルゴン（以下、Ａｒと記す）
ガスに比して質量が大きく、スパッタ法によるＦｅ堆積
時に、Ｓｉ基板がこれらのプラズマガスに暴露されるの
で、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率的に進
み、堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応が促進さ
れ、高品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成
できる。
スパッタ法で用いられるアルゴン（以下、Ａｒと記す）
ガスに比して質量が大きく、スパッタ法によるＦｅ堆積
時に、Ｓｉ基板がこれらのプラズマガスに暴露されるの
で、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率的に進
み、堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応が促進さ
れ、高品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成
できる。
【００２０】また、本発明の請求項３記載の薄膜の形成
方法は、加熱したＳｉ基板上に、Ｆｅを負イオンの状態
で堆積させてＳｉ基板のＳｉとの反応により、Ｓｉ基板
上にβ−ＦｅＳｉ2層を形成するものである。
方法は、加熱したＳｉ基板上に、Ｆｅを負イオンの状態
で堆積させてＳｉ基板のＳｉとの反応により、Ｓｉ基板
上にβ−ＦｅＳｉ2層を形成するものである。
【００２１】これにより、負イオンは、付随エネルギー
が電子親和力で通常の正イオンの電離エネルギーより小
さく、その運動エネルギーを効率的にＦｅとＳｉの結合
反応に運ぶため、その反応が促進され、高品質なβ−Ｆ
ｅＳｉ2のエピタキシャル成長が形成できる。
が電子親和力で通常の正イオンの電離エネルギーより小
さく、その運動エネルギーを効率的にＦｅとＳｉの結合
反応に運ぶため、その反応が促進され、高品質なβ−Ｆ
ｅＳｉ2のエピタキシャル成長が形成できる。
【００２２】また、本発明の請求項４、５および６記載
の薄膜の形成方法は、加熱したＳｉ基板上に、Ｆｅを堆
積し、またはＦｅとＳｉを同時に堆積し、Ｓｉ基板上に
β−ＦｅＳｉ2層を形成する工程において、Ｓｉ基板上
に水素（以下、Ｈと記す）または希ガス｛具体的にはネ
オン（以下、Ｎｅと記す）、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等｝のラ
ジカルイオンを、Ｆｅの堆積と同時、またはＦｅとＳｉ
の堆積と同時にあるいは交互に照射する工程を含むもの
である。
の薄膜の形成方法は、加熱したＳｉ基板上に、Ｆｅを堆
積し、またはＦｅとＳｉを同時に堆積し、Ｓｉ基板上に
β−ＦｅＳｉ2層を形成する工程において、Ｓｉ基板上
に水素（以下、Ｈと記す）または希ガス｛具体的にはネ
オン（以下、Ｎｅと記す）、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等｝のラ
ジカルイオンを、Ｆｅの堆積と同時、またはＦｅとＳｉ
の堆積と同時にあるいは交互に照射する工程を含むもの
である。
【００２３】これにより、Ｓｉ基板がＨまたはＮｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスのラジカルイオンに暴露され
ることにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が
効率良く進み、そのイオンエネルギーを与えることによ
り、堆積されるＦｅとＳｉとの結合反応が促進され、高
品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成でき
る。
ｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスのラジカルイオンに暴露され
ることにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が
効率良く進み、そのイオンエネルギーを与えることによ
り、堆積されるＦｅとＳｉとの結合反応が促進され、高
品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成でき
る。
【００２４】また、請求項７記載の本発明は、請求項４
または５に記載の形成方法において、鉄を負イオンの状
態で堆積するものである。
または５に記載の形成方法において、鉄を負イオンの状
態で堆積するものである。
【００２５】これにより、負イオンは、付随エネルギー
が電子親和力で通常の正イオンの電離エネルギーより小
さく、その運動エネルギーを効率良くＦｅとＳｉの結合
反応に運ぶため、その反応が促進される。
が電子親和力で通常の正イオンの電離エネルギーより小
さく、その運動エネルギーを効率良くＦｅとＳｉの結合
反応に運ぶため、その反応が促進される。
【００２６】また、請求項８記載の本発明は、請求項１
ないし５のいずれかに記載の形成方法において、シリコ
ン基板を４００〜７００℃の範囲で加熱するものであ
る。
ないし５のいずれかに記載の形成方法において、シリコ
ン基板を４００〜７００℃の範囲で加熱するものであ
る。
【００２７】これにより、結晶化が最適に進行する。
【００２８】また、本発明の請求項９、１０および１１
記載の薄膜の形成方法は、Ｓｉ基板表面にＦｅ、Ｓｉま
たは希ガス（具体的には、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等）
をイオン注入した後、Ｓｉ基板を加熱しながらＦｅを堆
積してＳｉ基板のＳｉとの反応によりβ−ＦｅＳｉ2層
を形成するものである。
記載の薄膜の形成方法は、Ｓｉ基板表面にＦｅ、Ｓｉま
たは希ガス（具体的には、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等）
をイオン注入した後、Ｓｉ基板を加熱しながらＦｅを堆
積してＳｉ基板のＳｉとの反応によりβ−ＦｅＳｉ2層
を形成するものである。
【００２９】これにより、Ｓｉ基板に予めＦｅ、Ｓｉ、
またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスをイオン注入
することにより、これらの注入原子はＳｉ基板のＳｉ原
子と衝突してそのエネルギーを失い、格子間の位置で止
まる。したがって、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合が解
離し、その後堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応
が促進され、高品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピキャシタル
層が形成できる。
またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスをイオン注入
することにより、これらの注入原子はＳｉ基板のＳｉ原
子と衝突してそのエネルギーを失い、格子間の位置で止
まる。したがって、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合が解
離し、その後堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応
が促進され、高品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピキャシタル
層が形成できる。
【００３０】また、請求項１２及び１３記載の薄膜の形
成方法は、Ｓｉ基板表面にｎ型となるドーピング不純物
（具体的にはコバルト、ニッケル、白金、パラジウム）
またはｐ型となるドーピング不純物（具体的には、マン
ガン、クロム、モリブデン）をイオン注入後、Ｓｉ基板
を加熱しながらＦｅを堆積して、Ｓｉ基板のＳｉとの反
応によりｎ型またはｐ型のβ−ＦｅＳｉ2層を形成する
ものである。
成方法は、Ｓｉ基板表面にｎ型となるドーピング不純物
（具体的にはコバルト、ニッケル、白金、パラジウム）
またはｐ型となるドーピング不純物（具体的には、マン
ガン、クロム、モリブデン）をイオン注入後、Ｓｉ基板
を加熱しながらＦｅを堆積して、Ｓｉ基板のＳｉとの反
応によりｎ型またはｐ型のβ−ＦｅＳｉ2層を形成する
ものである。
【００３１】これにより、前記請求項９〜１１記載の発
明と同様に、注入された不純物は、Ｓｉ基板の表面のＳ
ｉ−Ｓｉ結合を解離させ、その後Ｓｉ基板に堆積される
ＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応が促進されるとともに、
形成されるβ−ＦｅＳｉ2層に不純物が取りこまれてＦ
ｅと置換し、制御性良くｎ型またはｐ型にドーピングす
ることができる。
明と同様に、注入された不純物は、Ｓｉ基板の表面のＳ
ｉ−Ｓｉ結合を解離させ、その後Ｓｉ基板に堆積される
ＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応が促進されるとともに、
形成されるβ−ＦｅＳｉ2層に不純物が取りこまれてＦ
ｅと置換し、制御性良くｎ型またはｐ型にドーピングす
ることができる。
【００３２】また、請求項１４に記載の発明は、上記請
求項９、１０または１２に記載の形成方法において、イ
オン注入のドーズ量が５×１０12ｃｍ-2から１×１０15
ｃｍ -2の範囲であるものである。
求項９、１０または１２に記載の形成方法において、イ
オン注入のドーズ量が５×１０12ｃｍ-2から１×１０15
ｃｍ -2の範囲であるものである。
【００３３】これにより、イオン注入によるダメージを
減らすことができる。
減らすことができる。
【００３４】また、請求項１５に記載の発明は、請求項
９、１０または１２に記載の形成方法において、イオン
注入の深さ方向の範囲がＳｉ基板表面から堆積するＦｅ
の膜厚の約３．２倍以内の範囲にするものである。
９、１０または１２に記載の形成方法において、イオン
注入の深さ方向の範囲がＳｉ基板表面から堆積するＦｅ
の膜厚の約３．２倍以内の範囲にするものである。
【００３５】これにより、イオン注入される深さ方向の
範囲がβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成される
領域であるので、さらに高品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピ
タキシャル層が形成できる。
範囲がβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成される
領域であるので、さらに高品質なβ−ＦｅＳｉ2のエピ
タキシャル層が形成できる。
【００３６】また、請求項１６に記載の発明は、請求項
９、１０または１２に記載の形成方法において、鉄を負
イオンの状態で堆積させるものである。
９、１０または１２に記載の形成方法において、鉄を負
イオンの状態で堆積させるものである。
【００３７】これにより、負イオンは付随エネルギーが
電子親和力で通常の正イオンの電離エネルギーより小さ
く、その運動エネルギーを効率良くＦｅとＳｉの結合反
応に運ぶためその反応が促進される。
電子親和力で通常の正イオンの電離エネルギーより小さ
く、その運動エネルギーを効率良くＦｅとＳｉの結合反
応に運ぶためその反応が促進される。
【００３８】また、請求項１７に記載の発明は、請求項
９、１０または１２に記載の形成方法において、Ｋｒガ
スまたはＸｅガスを使用したスパッタ法を用いてＦｅを
堆積させたものである。
９、１０または１２に記載の形成方法において、Ｋｒガ
スまたはＸｅガスを使用したスパッタ法を用いてＦｅを
堆積させたものである。
【００３９】これにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結
合の解離が効率良く進み、堆積されるＦｅとＳｉ基板の
Ｓｉの反応が促進される。
合の解離が効率良く進み、堆積されるＦｅとＳｉ基板の
Ｓｉの反応が促進される。
【００４０】また、本発明の請求項１８記載の薄膜の形
成方法は、第１のＳｉ基板の表面にＦｅを堆積した後、
第１のＳｉ基板の表面側に第２のＳｉ基板を重ね合わせ
て熱処理し、β−ＦｅＳｉ2層を両Ｓｉ基板の間に埋め
込み形成するものである。
成方法は、第１のＳｉ基板の表面にＦｅを堆積した後、
第１のＳｉ基板の表面側に第２のＳｉ基板を重ね合わせ
て熱処理し、β−ＦｅＳｉ2層を両Ｓｉ基板の間に埋め
込み形成するものである。
【００４１】これにより、Ｆｅを堆積した第１のＳｉ基
板を第２のＳｉ基板と重ねて熱処理することで、Ｆｅは
両側のＳｉ基板と固相反応を生じ、β−ＦｅＳｉ2のエ
ピタキシャル層が両側のＳｉ層に埋め込まれる形で、２
つのＳｉ基板がボンディングされ、Ｓｉ／β−ＦｅＳｉ
2／Ｓｉのダブルヘテロ構造を容易に形成することがで
きる。
板を第２のＳｉ基板と重ねて熱処理することで、Ｆｅは
両側のＳｉ基板と固相反応を生じ、β−ＦｅＳｉ2のエ
ピタキシャル層が両側のＳｉ層に埋め込まれる形で、２
つのＳｉ基板がボンディングされ、Ｓｉ／β−ＦｅＳｉ
2／Ｓｉのダブルヘテロ構造を容易に形成することがで
きる。
【００４２】また、請求項１９に記載の発明は、請求項
１８に記載の形成方法において、第１のシリコン基板と
第２のシリコン基板の少なくとも一方のシリコン基板を
親水処理して重ね合わせるものである。
１８に記載の形成方法において、第１のシリコン基板と
第２のシリコン基板の少なくとも一方のシリコン基板を
親水処理して重ね合わせるものである。
【００４３】これにより、第１と第２のＳｉ基板の密着
性がよくなる。
性がよくなる。
【００４４】また、請求項２０に記載の発明は、請求項
１８に記載の形成方法において、重ね合わせた第１のシ
リコン基板と第２のシリコン基板を、水素ガス、窒素ガ
スまたはアルゴンガスを含む雰囲気中で熱処理するもの
である。
１８に記載の形成方法において、重ね合わせた第１のシ
リコン基板と第２のシリコン基板を、水素ガス、窒素ガ
スまたはアルゴンガスを含む雰囲気中で熱処理するもの
である。
【００４５】これにより、Ｆｅが雰囲気ガスに反応する
ことなく両方のＳｉ基板に拡散して固相反応が促進され
る。
ことなく両方のＳｉ基板に拡散して固相反応が促進され
る。
【００４６】また、請求項２１および２２に記載の発明
は、請求項１８に記載の形成方法において、第１のシリ
コン基板と第２のシリコン基板の少なくともいずれか一
方の基板表面に、鉄を堆積する前に、予めＦｅまたはＳ
ｉあるいはＮｅ、Ａｒ、ＫｒまたはＸｅの希ガスをイオ
ン注入するものである。
は、請求項１８に記載の形成方法において、第１のシリ
コン基板と第２のシリコン基板の少なくともいずれか一
方の基板表面に、鉄を堆積する前に、予めＦｅまたはＳ
ｉあるいはＮｅ、Ａｒ、ＫｒまたはＸｅの希ガスをイオ
ン注入するものである。
【００４７】これにより、Ｓｉ基板がこれらのイオンに
暴露されることにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合
の解離が効率良く進み、そのイオンエネルギーを与える
ことにより、堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの結合
反応が促進される。
暴露されることにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合
の解離が効率良く進み、そのイオンエネルギーを与える
ことにより、堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの結合
反応が促進される。
【００４８】また、請求項２３および２４に記載の発明
は、請求項１８に記載の形成方法において、少なくとも
第１のシリコン基板表面に、鉄を堆積する前に、予めｎ
型となるドーピング不純物（具体的には、コバルト、ニ
ッケル、白金、パラジウム）またはｐ型となるドーピン
グ不純物（具体的には、マンガン、クロム、モリブデ
ン）をイオン注入するものである。
は、請求項１８に記載の形成方法において、少なくとも
第１のシリコン基板表面に、鉄を堆積する前に、予めｎ
型となるドーピング不純物（具体的には、コバルト、ニ
ッケル、白金、パラジウム）またはｐ型となるドーピン
グ不純物（具体的には、マンガン、クロム、モリブデ
ン）をイオン注入するものである。
【００４９】これにより、注入された不純物はＳｉ基板
に堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応により形成
されるβ−ＦｅＳｉ2層に取りこまれてＦｅと置換し、
制御性良くｎ型またはｐ型にドーピングすることができ
る。
に堆積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応により形成
されるβ−ＦｅＳｉ2層に取りこまれてＦｅと置換し、
制御性良くｎ型またはｐ型にドーピングすることができ
る。
【００５０】また、請求項２５に記載の発明は、請求項
２１ないし２４のいずれかに記載の形成方法において、
イオン注入のドーズ量が５×１０12ｃｍ-2から１×１０
15ｃｍ-2の範囲であるものである。
２１ないし２４のいずれかに記載の形成方法において、
イオン注入のドーズ量が５×１０12ｃｍ-2から１×１０
15ｃｍ-2の範囲であるものである。
【００５１】これにより、イオン注入されるダメージを
減らすことができる。
減らすことができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００５３】（実施の形態１）図１は、本発明の第１の
実施形態における薄膜の形成方法を示す装置の概略図と
基板の断面図である。
実施形態における薄膜の形成方法を示す装置の概略図と
基板の断面図である。
【００５４】図１（ａ）に示すように、まず、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、アンモニア過酸化水素水
と塩酸過酸化水素水とを交互に使用する洗浄｛以下、Ｒ
ＣＡ（Ｒａｄｉｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ
ｍｅｒｉｃａ）洗浄と記す｝後、希フッ酸で水素終端処
理を施し、マグネトロンスパッタ装置の真空チャンバー
２内に配置された基板ホルダー３に設置する。
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、アンモニア過酸化水素水
と塩酸過酸化水素水とを交互に使用する洗浄｛以下、Ｒ
ＣＡ（Ｒａｄｉｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａ
ｍｅｒｉｃａ）洗浄と記す｝後、希フッ酸で水素終端処
理を施し、マグネトロンスパッタ装置の真空チャンバー
２内に配置された基板ホルダー３に設置する。
【００５５】なお、真空チャンバー２には、Ｓｉ基板１
を加熱するためのヒーター４と、真空排気するためのポ
ンプにつながっている排気口５と、カソード６、７が設
けられ、カソード６の上にはＦｅターゲット８、カソー
ド７の上にはＳｉターゲット９がそれぞれ設けられてい
る。また、カソード６、７には電力を供給するためにそ
れぞれ１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源１０、１１が、マッ
チングボックス１２、１３を介して設けられている。さ
らに、真空チャンバー２にはスパッタガスを供給するた
めのガス供給口１４が設けられ、マスフローコントロー
ラー１５で流量制御されたＸｅガス１６がガス供給口か
ら真空チャンバー２内に送り込まれる。
を加熱するためのヒーター４と、真空排気するためのポ
ンプにつながっている排気口５と、カソード６、７が設
けられ、カソード６の上にはＦｅターゲット８、カソー
ド７の上にはＳｉターゲット９がそれぞれ設けられてい
る。また、カソード６、７には電力を供給するためにそ
れぞれ１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源１０、１１が、マッ
チングボックス１２、１３を介して設けられている。さ
らに、真空チャンバー２にはスパッタガスを供給するた
めのガス供給口１４が設けられ、マスフローコントロー
ラー１５で流量制御されたＸｅガス１６がガス供給口か
ら真空チャンバー２内に送り込まれる。
【００５６】次に上記装置を用いて、ヒーター４により
基板温度を５５０〜６５０℃、マスフローコントローラ
ー１５と排気によりスパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆ
ｅターゲットに印加するＲＦ電源１０のＲＦパワーを２
００Ｗ、マスフローコントローラー１５を用いてＸｅ流
量を２５ＳＣＣＭに設定し、図１（ｂ）に示すように、
ｎ型のＳｉ基板１上にＦｅを約３ｎｍ／分のデポレート
で３０ｎｍのｎ膜厚に堆積させると、基板加熱により、
Ｓｉ基板１のＳｉとＦｅとが反応し、Ｓｉ基板１上に、
β−ＦｅＳｉ2層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する
ことができる。
基板温度を５５０〜６５０℃、マスフローコントローラ
ー１５と排気によりスパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆ
ｅターゲットに印加するＲＦ電源１０のＲＦパワーを２
００Ｗ、マスフローコントローラー１５を用いてＸｅ流
量を２５ＳＣＣＭに設定し、図１（ｂ）に示すように、
ｎ型のＳｉ基板１上にＦｅを約３ｎｍ／分のデポレート
で３０ｎｍのｎ膜厚に堆積させると、基板加熱により、
Ｓｉ基板１のＳｉとＦｅとが反応し、Ｓｉ基板１上に、
β−ＦｅＳｉ2層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する
ことができる。
【００５７】図２は、こうして本発明のＸｅガスを用い
た方法によって形成されたβ−ＦｅＳｉ2層１７と、従
来のＡｒガスを用いた方法によって形成されたβ−Ｆｅ
Ｓｉ2層のＸ線回折の結果を示したものである。
た方法によって形成されたβ−ＦｅＳｉ2層１７と、従
来のＡｒガスを用いた方法によって形成されたβ−Ｆｅ
Ｓｉ2層のＸ線回折の結果を示したものである。
【００５８】なお、Ａｒガスの場合、Ｆｅのデポレート
はＸｅガスの場合とほぼ同じになるように調節した。
はＸｅガスの場合とほぼ同じになるように調節した。
【００５９】図２に示すように、Ｘｅガスを用いた本発
明の形成方法によるサンプルはβ−ＦｅＳｉ2の（４０
０）、（６００）、（８００）面の単結晶相のピークが
見られ、高品質なエピタキシャル膜が形成されているこ
とがわかるが、Ａｒガスを用いた従来の形成方法による
サンプルは（２０２）や（４２２）面のピークが見ら
れ、単結晶性が劣化していることがわかる。
明の形成方法によるサンプルはβ−ＦｅＳｉ2の（４０
０）、（６００）、（８００）面の単結晶相のピークが
見られ、高品質なエピタキシャル膜が形成されているこ
とがわかるが、Ａｒガスを用いた従来の形成方法による
サンプルは（２０２）や（４２２）面のピークが見ら
れ、単結晶性が劣化していることがわかる。
【００６０】また、従来のＡｒガスを用いた方法では、
β−ＦｅＳｉ2層の厚さが５０〜１００ｎｍを越えると
多結晶になるが、本発明のＸｅガスを用いた方法では、
β−ＦｅＳｉ2層の厚さが２００ｎｍを越えても単結晶
性が維持された。
β−ＦｅＳｉ2層の厚さが５０〜１００ｎｍを越えると
多結晶になるが、本発明のＸｅガスを用いた方法では、
β−ＦｅＳｉ2層の厚さが２００ｎｍを越えても単結晶
性が維持された。
【００６１】（実施の形態２）第１の実施形態では、Ｆ
ｅのみをスパッタ法で堆積したが、図３に示すように、
本発明の第２の実施形態の薄膜の形成方法では、Ｆｅと
Ｓｉの両方をスパッタ法により（１００）面のｎ型のＳ
ｉ基板１に同時に堆積してβ−ＦｅＳｉ2層１７を形成
するものである。第２の実施の形態の薄膜の形成方法に
用いる装置、及びＳｉ基板の配置は、図１（ａ）に示し
たものと同一なので図１（ａ）を参照して説明する。
ｅのみをスパッタ法で堆積したが、図３に示すように、
本発明の第２の実施形態の薄膜の形成方法では、Ｆｅと
Ｓｉの両方をスパッタ法により（１００）面のｎ型のＳ
ｉ基板１に同時に堆積してβ−ＦｅＳｉ2層１７を形成
するものである。第２の実施の形態の薄膜の形成方法に
用いる装置、及びＳｉ基板の配置は、図１（ａ）に示し
たものと同一なので図１（ａ）を参照して説明する。
【００６２】図１の装置を用いて、基板温度を５５０〜
６５０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅターゲ
ット８のＲＦパワーを２００Ｗ、Ｓｉターゲット９のＲ
Ｆパワーを１５０Ｗ、Ｘｅ流量を２５ＳＣＣＭに設定
し、図３に示すようにＳｉ基板１上に、Ｆｅ及びＳｉを
それぞれ約３ｎｍ／分と約１０ｎｍ／分のデポレートで
堆積させ、Ｓｉ基板１上にβ−ＦｅＳｉ2層１７を約１
００ｎｍの厚さに形成する。この場合も、図２に示した
ものと同様な高品質なエピタキシャル層を示すＸ線回折
が得られた。
６５０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅターゲ
ット８のＲＦパワーを２００Ｗ、Ｓｉターゲット９のＲ
Ｆパワーを１５０Ｗ、Ｘｅ流量を２５ＳＣＣＭに設定
し、図３に示すようにＳｉ基板１上に、Ｆｅ及びＳｉを
それぞれ約３ｎｍ／分と約１０ｎｍ／分のデポレートで
堆積させ、Ｓｉ基板１上にβ−ＦｅＳｉ2層１７を約１
００ｎｍの厚さに形成する。この場合も、図２に示した
ものと同様な高品質なエピタキシャル層を示すＸ線回折
が得られた。
【００６３】第１と第２の実施の形態で示したように高
品質なエピキャシタル層が形成される理由は、Ｘｅガス
が、Ａｒに比して大きな質量を有しており、Ｓｉ原子と
の衝突に際し、Ｓｉ原子へのエネルギーの寄与率がＡｒ
に比して小さく、また原子半径が大きいことからより多
くのＳｉ原子と衝突する確率が大きく、成長表面層の多
数のＳｉ原子に低ダメージでエネルギーを与えるのでＳ
ｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率良く進み、堆
積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応が促進されるか
らである。また、程度は少ないが、同様の状況がＦｅ原
子との衝突についても成り立つからである。
品質なエピキャシタル層が形成される理由は、Ｘｅガス
が、Ａｒに比して大きな質量を有しており、Ｓｉ原子と
の衝突に際し、Ｓｉ原子へのエネルギーの寄与率がＡｒ
に比して小さく、また原子半径が大きいことからより多
くのＳｉ原子と衝突する確率が大きく、成長表面層の多
数のＳｉ原子に低ダメージでエネルギーを与えるのでＳ
ｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率良く進み、堆
積されるＦｅとＳｉ基板のＳｉとの反応が促進されるか
らである。また、程度は少ないが、同様の状況がＦｅ原
子との衝突についても成り立つからである。
【００６４】上記では、ＦｅとＳｉの同時堆積について
説明したが、ＦｅとＳｉを交互に堆積しても同様の効果
が得られる。
説明したが、ＦｅとＳｉを交互に堆積しても同様の効果
が得られる。
【００６５】また、第１及び第２の実施形態の説明で
は、Ｘｅガスについて説明したが、Ｋｒガスについても
同様の効果がある。また、（１００）面のｎ型のＳｉ基
板について述べたが、（１００）面のｐ型のＳｉ基板
や、（１１１）面のｎ型またはｐ型のＳｉ基板について
も同様の効果がある。また、ＲＦマグネトロンスパッタ
法について説明したが、ＤＣスパッタ、２極スパッタ等
の他のスパッタ法についても同様の結果が得られる。
は、Ｘｅガスについて説明したが、Ｋｒガスについても
同様の効果がある。また、（１００）面のｎ型のＳｉ基
板について述べたが、（１００）面のｐ型のＳｉ基板
や、（１１１）面のｎ型またはｐ型のＳｉ基板について
も同様の効果がある。また、ＲＦマグネトロンスパッタ
法について説明したが、ＤＣスパッタ、２極スパッタ等
の他のスパッタ法についても同様の結果が得られる。
【００６６】（実施の形態３）図４は、本発明の第３の
実施形態による薄膜の形成方法を示す装置の概略図と基
板の断面図である。
実施形態による薄膜の形成方法を示す装置の概略図と基
板の断面図である。
【００６７】図４（ａ）に示すように、まず、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、希フッ酸
で水素終端処理を施し、イオンビーム蒸着装置の真空チ
ャンバー１８内に配置された基板ホルダー１９に設置す
る。なお、真空チャンバー１８にはＳｉ基板１を加熱す
るためのヒーター２０と、真空排気するためのポンプに
つながっている排気口２１と、Ｆｅの負イオンを発生す
るためのＲＦプラズマスパッタ型負重イオン源２２が設
けられている。また、ＲＦプラズマスパッタ型負重イオ
ン源２２にはＲＦ電源２３とマッチングボックス２４が
接続されている。
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、希フッ酸
で水素終端処理を施し、イオンビーム蒸着装置の真空チ
ャンバー１８内に配置された基板ホルダー１９に設置す
る。なお、真空チャンバー１８にはＳｉ基板１を加熱す
るためのヒーター２０と、真空排気するためのポンプに
つながっている排気口２１と、Ｆｅの負イオンを発生す
るためのＲＦプラズマスパッタ型負重イオン源２２が設
けられている。また、ＲＦプラズマスパッタ型負重イオ
ン源２２にはＲＦ電源２３とマッチングボックス２４が
接続されている。
【００６８】図５は、ＲＦプラズマスパッタ型負重イオ
ン源２２の構造図を示したものである。このＲＦプラズ
マスパッタ型負重イオン源２２は、中性のセシウム（以
下、Ｃｓと記す）蒸気２５を供給することにより表面に
Ｃｓが付着したＦｅターゲット２６をＸｅガス２７のプ
ラズマ放電でたたくことにより、Ｆｅの負イオンを形成
させるものである。また、イオンのエネルギーは引出電
極２８で調節することができる。なお、２９は高周波コ
イル、３０は磁石である。
ン源２２の構造図を示したものである。このＲＦプラズ
マスパッタ型負重イオン源２２は、中性のセシウム（以
下、Ｃｓと記す）蒸気２５を供給することにより表面に
Ｃｓが付着したＦｅターゲット２６をＸｅガス２７のプ
ラズマ放電でたたくことにより、Ｆｅの負イオンを形成
させるものである。また、イオンのエネルギーは引出電
極２８で調節することができる。なお、２９は高周波コ
イル、３０は磁石である。
【００６９】次に上記装置を用いて、ＲＦプラズマスパ
ッタ型負重イオン源２２に１０-4Ｔｏｒｒ台の低圧力の
Ｘｅガス２７を供給し、１３．５６ＭＨｚのＲＦパワー
を約３００Ｗ印加して、Ｆｅの負イオンを生成し、図４
（ｂ）に示すようにＦｅの負イオンを約３ｎｍ／分のデ
ポレートで、５５０〜６５０℃に加熱したＳｉ基板１に
照射させ、Ｓｉ基板１上にβ−ＦｅＳｉ2層１７を約１
００ｎｍの厚さに形成する。この場合も、図２に示した
ものと同様な高品質なエピタキシャル層を示すＸ線回折
が得られた。
ッタ型負重イオン源２２に１０-4Ｔｏｒｒ台の低圧力の
Ｘｅガス２７を供給し、１３．５６ＭＨｚのＲＦパワー
を約３００Ｗ印加して、Ｆｅの負イオンを生成し、図４
（ｂ）に示すようにＦｅの負イオンを約３ｎｍ／分のデ
ポレートで、５５０〜６５０℃に加熱したＳｉ基板１に
照射させ、Ｓｉ基板１上にβ−ＦｅＳｉ2層１７を約１
００ｎｍの厚さに形成する。この場合も、図２に示した
ものと同様な高品質なエピタキシャル層を示すＸ線回折
が得られた。
【００７０】これは、負イオンが、付随エネルギーが電
子親和力（通常は〜１ｅＶ程度）で、通常の正イオンの
電離エネルギー（通常は〜１０ｅＶ）より小さく、その
運動エネルギーを効率良くＦｅとＳｉの結合反応に運ぶ
ため、その反応が促進され、高品質なβ−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル成長が可能となるからである。この場
合、Ｆｅの負イオンのエネルギーとしては、数ｅＶ程度
（２〜８ｅＶ）が望ましい。Ｆｅの負イオンのエネルギ
ーが１０ｅＶを越えてあまり高くなるとダメージが発生
し、膜質が劣化する。
子親和力（通常は〜１ｅＶ程度）で、通常の正イオンの
電離エネルギー（通常は〜１０ｅＶ）より小さく、その
運動エネルギーを効率良くＦｅとＳｉの結合反応に運ぶ
ため、その反応が促進され、高品質なβ−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル成長が可能となるからである。この場
合、Ｆｅの負イオンのエネルギーとしては、数ｅＶ程度
（２〜８ｅＶ）が望ましい。Ｆｅの負イオンのエネルギ
ーが１０ｅＶを越えてあまり高くなるとダメージが発生
し、膜質が劣化する。
【００７１】（実施の形態４）図６は、本発明の第４の
実施形態による薄膜の形成方法を示す装置の概略図と基
板の断面図である。
実施形態による薄膜の形成方法を示す装置の概略図と基
板の断面図である。
【００７２】図６（ａ）に示すように、（１００）面の
ｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、希フッ酸での水素
終端処理を施し、高真空電子ビーム蒸着装置の真空チャ
ンバー３１内に配置された基板ホルダー３２に設置す
る。
ｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、希フッ酸での水素
終端処理を施し、高真空電子ビーム蒸着装置の真空チャ
ンバー３１内に配置された基板ホルダー３２に設置す
る。
【００７３】なお、真空チャンバー３１にはＳｉ基板１
を加熱するためのヒーター３３と、真空排気するための
ポンプにつながっている排気口３４と、Ｆｅの電子ビー
ム蒸着のためのＦｅのＥガン３５と、Ｓｉの電子ビーム
蒸着のためのＳｉのＥガン３６およびガスソース用のＲ
Ｆラジカルイオン源３７が設けられている。なお、３８
はＲＦ電源、３９はマッチングボックス、４０はマスフ
ローコントローラー、４１はＨ2ガスである。
を加熱するためのヒーター３３と、真空排気するための
ポンプにつながっている排気口３４と、Ｆｅの電子ビー
ム蒸着のためのＦｅのＥガン３５と、Ｓｉの電子ビーム
蒸着のためのＳｉのＥガン３６およびガスソース用のＲ
Ｆラジカルイオン源３７が設けられている。なお、３８
はＲＦ電源、３９はマッチングボックス、４０はマスフ
ローコントローラー、４１はＨ2ガスである。
【００７４】次に、上記装置を用いて、基板温度を５５
０〜６５０℃に設定し、ＲＦラジカルイオン源３７にＨ
2ガス４１を２ＳＣＣＭ供給し、ＲＦ電源３８より１５
０ＷのＲＦパワーを印加して、図６（ｂ）に示すように
Ｈのラジカルイオン４２をＳｉ基板１に照射しながら、
電子ビームによりＦｅを約１ｎｍ／分のデポレートで３
０ｎｍの膜厚に堆積させ、Ｓｉ基板１上にβ−ＦｅＳｉ
2層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する。この場合
も、図２に示したものと同様な高品質なエピタキシャル
層を示すＸ線回折が得られた。
０〜６５０℃に設定し、ＲＦラジカルイオン源３７にＨ
2ガス４１を２ＳＣＣＭ供給し、ＲＦ電源３８より１５
０ＷのＲＦパワーを印加して、図６（ｂ）に示すように
Ｈのラジカルイオン４２をＳｉ基板１に照射しながら、
電子ビームによりＦｅを約１ｎｍ／分のデポレートで３
０ｎｍの膜厚に堆積させ、Ｓｉ基板１上にβ−ＦｅＳｉ
2層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する。この場合
も、図２に示したものと同様な高品質なエピタキシャル
層を示すＸ線回折が得られた。
【００７５】これは、Ｈラジカルイオン４２がＳｉ基板
１に照射されると、Ｓｉ原子と反応してＳｉＨ4を形成
するため、Ｓｉ基板１の表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が
効率良く進み、又そのイオンエネルギーを与えることに
より、堆積されるＦｅとＳｉとの結合反応が促進される
からである。これによって、高品質なβ−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル層が形成できる。なお、上記の説明では
Ｈのラジカルイオンの照射とＦｅの堆積とを同時に行っ
ていたが交互に行ってもよい。
１に照射されると、Ｓｉ原子と反応してＳｉＨ4を形成
するため、Ｓｉ基板１の表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が
効率良く進み、又そのイオンエネルギーを与えることに
より、堆積されるＦｅとＳｉとの結合反応が促進される
からである。これによって、高品質なβ−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル層が形成できる。なお、上記の説明では
Ｈのラジカルイオンの照射とＦｅの堆積とを同時に行っ
ていたが交互に行ってもよい。
【００７６】（実施の形態５）本発明の第４の実施形態
では、Ｆｅのみを電子ビーム蒸着で堆積したが、本発明
の第５の実施形態では、ＦｅとＳｉを同時に堆積してβ
−ＦｅＳｉ2層を形成する場合について説明する。装
置、及びＳｉ基板の配置は図６（ａ）に示したものと同
一なので図６（ａ）を参照して説明する。
では、Ｆｅのみを電子ビーム蒸着で堆積したが、本発明
の第５の実施形態では、ＦｅとＳｉを同時に堆積してβ
−ＦｅＳｉ2層を形成する場合について説明する。装
置、及びＳｉ基板の配置は図６（ａ）に示したものと同
一なので図６（ａ）を参照して説明する。
【００７７】図６（ａ）に示した装置を用いて、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１の基板温度を５５０〜６５０
℃に設定し、ＲＦラジカルイオン源３７にＨ2ガス４１
を２ＳＣＣＭ供給し、ＲＦ電源３８により１５０ＷのＲ
Ｆパワーを印加して、図７に示すようにＨのラジカルイ
オン４２をＳｉ基板１に照射しながら、電子ビームによ
りＦｅ及びＳｉをそれぞれ約１ｎｍ／分と約３．３ｎｍ
／分のデポレートで同時に堆積させ、Ｓｉ基板１上にβ
−ＦｅＳｉ2層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する。
この場合も、図２に示したものと同様な高品質なエピタ
キシャル層を示すＸ線回折が得られた。
０）面のｎ型のＳｉ基板１の基板温度を５５０〜６５０
℃に設定し、ＲＦラジカルイオン源３７にＨ2ガス４１
を２ＳＣＣＭ供給し、ＲＦ電源３８により１５０ＷのＲ
Ｆパワーを印加して、図７に示すようにＨのラジカルイ
オン４２をＳｉ基板１に照射しながら、電子ビームによ
りＦｅ及びＳｉをそれぞれ約１ｎｍ／分と約３．３ｎｍ
／分のデポレートで同時に堆積させ、Ｓｉ基板１上にβ
−ＦｅＳｉ2層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する。
この場合も、図２に示したものと同様な高品質なエピタ
キシャル層を示すＸ線回折が得られた。
【００７８】上記の説明では、ＦｅとＳｉの同時堆積に
ついて説明したが、ＦｅとＳｉを交互に堆積しても同様
の効果が得られる。また、Ｈのラジカルイオンの照射と
ＦｅとＳｉの堆積とも同時に行っていたが、交互に行っ
てもよい。
ついて説明したが、ＦｅとＳｉを交互に堆積しても同様
の効果が得られる。また、Ｈのラジカルイオンの照射と
ＦｅとＳｉの堆積とも同時に行っていたが、交互に行っ
てもよい。
【００７９】第４及び第５の実施形態の説明では、ＲＦ
ラジカルイオン源３７にＨ2ガスを用いた場合について
説明したが、Ｘｅ、Ｋｒ等の希ガスを用いた場合にも、
Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率良く進み、
又そのイオンエネルギーを与えることにより、堆積され
るＦｅとＳｉとの結合反応が促進され、同様の効果が得
られる。
ラジカルイオン源３７にＨ2ガスを用いた場合について
説明したが、Ｘｅ、Ｋｒ等の希ガスを用いた場合にも、
Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率良く進み、
又そのイオンエネルギーを与えることにより、堆積され
るＦｅとＳｉとの結合反応が促進され、同様の効果が得
られる。
【００８０】また、Ｆｅは電子ビーム蒸着したが、実施
の形態３に示したように負イオンの状態で堆積すると、
更に高品質のβ−ＦｅＳｉ2層が得られる。
の形態３に示したように負イオンの状態で堆積すると、
更に高品質のβ−ＦｅＳｉ2層が得られる。
【００８１】また、（１００）面のｎ型のＳｉ基板につ
いて述べたが、（１００）面のｐ型のＳｉ基板や、（１
１１）面のｎ型またはｐ型のＳｉ基板についても同様で
ある。
いて述べたが、（１００）面のｐ型のＳｉ基板や、（１
１１）面のｎ型またはｐ型のＳｉ基板についても同様で
ある。
【００８２】また、実施の形態１から実施の形態５で
は、基板温度として５５０〜６５０℃を用いたが、４０
０〜７５０℃の範囲であれば高品質なβ−ＦｅＳｉ2層
の成膜ができる。
は、基板温度として５５０〜６５０℃を用いたが、４０
０〜７５０℃の範囲であれば高品質なβ−ＦｅＳｉ2層
の成膜ができる。
【００８３】（実施の形態６）図８は、本発明の第６の
実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面図
である。
実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面図
である。
【００８４】まず、図８（ａ）に示すように、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、イオン注
入機を用いて、Ｓｉ基板１の表面にＦｅ56イオンを加速
電圧が１００ｋｅＶ、ドーズ量が３×１０14ｃｍ-2の条
件で注入してＦｅ注入層４３を形成する。
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、イオン注
入機を用いて、Ｓｉ基板１の表面にＦｅ56イオンを加速
電圧が１００ｋｅＶ、ドーズ量が３×１０14ｃｍ-2の条
件で注入してＦｅ注入層４３を形成する。
【００８５】次に、図８（ｂ）に示すように、Ｆｅが注
入されたＳｉ基板１を再びＲＣＡ洗浄後、希フッ酸での
水素終端処理を施し、その後、Ａｒガスを用いた通常の
マグネトロンスパッタ装置を用いて、第１の実施の形態
で示したのと同じような条件、即ち、基板温度を５５０
〜６５０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅター
ゲットのＲＦパワーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣ
Ｍに設定してＳｉ基板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデ
ポレートで３０ｎｍの厚さに堆積させ、β−ＦｅＳｉ2
層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する。この場合も、
図２に示したものと同様な高品質なエピタキシャル層を
示すＸ線回折が得られた。
入されたＳｉ基板１を再びＲＣＡ洗浄後、希フッ酸での
水素終端処理を施し、その後、Ａｒガスを用いた通常の
マグネトロンスパッタ装置を用いて、第１の実施の形態
で示したのと同じような条件、即ち、基板温度を５５０
〜６５０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅター
ゲットのＲＦパワーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣ
Ｍに設定してＳｉ基板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデ
ポレートで３０ｎｍの厚さに堆積させ、β−ＦｅＳｉ2
層１７を約１００ｎｍの厚さに形成する。この場合も、
図２に示したものと同様な高品質なエピタキシャル層を
示すＸ線回折が得られた。
【００８６】これは、Ｓｉ基板に予めＦｅをイオン注入
することにより、注入されたＦｅ原子はＳｉ基板のＳｉ
原子と衝突してそのエネルギーを失い、格子間の位置で
止まり、これにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合が
解離し、加熱したＳｉ基板上に堆積されるＦｅとＳｉと
の反応が促進され、また注入されたＦｅもＳｉとの反応
に寄与するためである。これによって、高品質なβ−Ｆ
ｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成できる。
することにより、注入されたＦｅ原子はＳｉ基板のＳｉ
原子と衝突してそのエネルギーを失い、格子間の位置で
止まり、これにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合が
解離し、加熱したＳｉ基板上に堆積されるＦｅとＳｉと
の反応が促進され、また注入されたＦｅもＳｉとの反応
に寄与するためである。これによって、高品質なβ−Ｆ
ｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成できる。
【００８７】上記の説明では、Ｆｅをイオン注入した場
合について説明したが、同じβ−ＦｅＳｉ2の構成元素
であるＳｉをイオン注入しても同様の効果が得られる。
合について説明したが、同じβ−ＦｅＳｉ2の構成元素
であるＳｉをイオン注入しても同様の効果が得られる。
【００８８】（実施の形態７）図９は、本発明の第７の
実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面図
である。
実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面図
である。
【００８９】まず、図９（ａ）に示すように、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、イオン注
入機を用いて、Ｓｉ基板１の表面にＡｒ40イオンを加速
電圧が４５ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2の条件
で注入してＡｒ注入層４４を形成する。
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、イオン注
入機を用いて、Ｓｉ基板１の表面にＡｒ40イオンを加速
電圧が４５ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０14ｃｍ-2の条件
で注入してＡｒ注入層４４を形成する。
【００９０】次に、図９（ｂ）に示すように、Ａｒが注
入されたＳｉ基板１を再びＲＣＡ洗浄後、希フッ酸での
水素終端処理を施した後、Ａｒガスを用いた通常のマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて、第１の実施の形態で示
したのと同じような条件、即ち、基板温度を５５０〜６
５０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅターゲッ
トのＲＦパワーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣＭに
設定してＳｉ基板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデポレ
ートで３０ｎｍの厚さに堆積させ、β−ＦｅＳｉ2層１
７を約１００ｎｍの膜厚に形成する。この場合も、図２
に示したものと同様な高品質なエピタキシャル層を示す
Ｘ線回折が得られた。
入されたＳｉ基板１を再びＲＣＡ洗浄後、希フッ酸での
水素終端処理を施した後、Ａｒガスを用いた通常のマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて、第１の実施の形態で示
したのと同じような条件、即ち、基板温度を５５０〜６
５０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅターゲッ
トのＲＦパワーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣＭに
設定してＳｉ基板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデポレ
ートで３０ｎｍの厚さに堆積させ、β−ＦｅＳｉ2層１
７を約１００ｎｍの膜厚に形成する。この場合も、図２
に示したものと同様な高品質なエピタキシャル層を示す
Ｘ線回折が得られた。
【００９１】これは、Ｓｉ基板に予めＡｒをイオン注入
することにより、注入されたＡｒ原子はＳｉ基板のＳｉ
原子と衝突してそのエネルギーを失い、格子間の位置で
止まり、これにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合が
解離し、加熱したＳｉ基板上に堆積されるＦｅとＳｉと
の反応が促進されるからである。これによって、高品質
なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層を形成することが
できる。
することにより、注入されたＡｒ原子はＳｉ基板のＳｉ
原子と衝突してそのエネルギーを失い、格子間の位置で
止まり、これにより、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合が
解離し、加熱したＳｉ基板上に堆積されるＦｅとＳｉと
の反応が促進されるからである。これによって、高品質
なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層を形成することが
できる。
【００９２】このとき、注入されたＡｒ原子はＳｉ基板
内に残るが、中性不純物であるので何の影響も与えな
い。
内に残るが、中性不純物であるので何の影響も与えな
い。
【００９３】上記の説明では、Ａｒを注入した場合につ
いて説明したが、同じ希ガス原子のＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅを
注入しても同様の効果が得られる。
いて説明したが、同じ希ガス原子のＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅを
注入しても同様の効果が得られる。
【００９４】また、実施の形態６及び実施の形態７にお
いては、ＦｅイオンあるいはＡｒイオンの注入のドーズ
量が多いとＳｉ基板中にダメージが残るため、ドーズ量
は５×１０12ｃｍ-2から１×１０15ｃｍ-2の範囲が好ま
しく、またイオン注入の深さの範囲はβ−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル層が形成される領域（Ｓｉ基板表面から
堆積するＦｅの膜厚の約３．２倍以内）に限定されるの
が好ましい。
いては、ＦｅイオンあるいはＡｒイオンの注入のドーズ
量が多いとＳｉ基板中にダメージが残るため、ドーズ量
は５×１０12ｃｍ-2から１×１０15ｃｍ-2の範囲が好ま
しく、またイオン注入の深さの範囲はβ−ＦｅＳｉ2の
エピタキシャル層が形成される領域（Ｓｉ基板表面から
堆積するＦｅの膜厚の約３．２倍以内）に限定されるの
が好ましい。
【００９５】（実施の形態８）図１０は、本発明の第８
の実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面
図である。
の実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面
図である。
【００９６】まず、図１０（ａ）に示すように、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、イオン注
入機を用いて、Ｓｉ基板１の表面にコバルト（以下、Ｃ
ｏと記す）イオンを加速電圧が１００ｋｅＶ、ドーズ量
が３×１０14ｃｍ-2の条件で注入してＣｏ注入層４５を
形成する。
０）面のｎ型のＳｉ基板１を、ＲＣＡ洗浄後、イオン注
入機を用いて、Ｓｉ基板１の表面にコバルト（以下、Ｃ
ｏと記す）イオンを加速電圧が１００ｋｅＶ、ドーズ量
が３×１０14ｃｍ-2の条件で注入してＣｏ注入層４５を
形成する。
【００９７】次に、図１０（ｂ）に示すように、Ｃｏが
注入されたＳｉ基板１を再びＲＣＡ洗浄後、希フッ酸で
の水素終端処理を施し、Ａｒガスを用いた通常のマグネ
トロンスパッタ装置を用いて、第１の実施の形態で示し
たのと同じような条件、即ち、基板温度を５５０〜６５
０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅターゲット
のＲＦパワーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣＭに設
定してＳｉ基板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデポレー
トで３０ｎｍの厚さに堆積させ、Ｃｏをドープしたｎ型
のβ−ＦｅＳｉ2層４６を約１００ｎｍの厚さに形成す
る。この場合も、図２に示したものと同様な高品質なエ
ピタキシャル層を示すＸ線回折が得られた。
注入されたＳｉ基板１を再びＲＣＡ洗浄後、希フッ酸で
の水素終端処理を施し、Ａｒガスを用いた通常のマグネ
トロンスパッタ装置を用いて、第１の実施の形態で示し
たのと同じような条件、即ち、基板温度を５５０〜６５
０℃、スパッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、Ｆｅターゲット
のＲＦパワーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣＭに設
定してＳｉ基板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデポレー
トで３０ｎｍの厚さに堆積させ、Ｃｏをドープしたｎ型
のβ−ＦｅＳｉ2層４６を約１００ｎｍの厚さに形成す
る。この場合も、図２に示したものと同様な高品質なエ
ピタキシャル層を示すＸ線回折が得られた。
【００９８】これは、Ｓｉ基板に予めｎ型となる不純物
のＣｏをイオン注入することにより、注入されたＣｏ原
子はＳｉ基板のＳｉ原子と衝突してそのエネルギーを失
い、格子間の位置で止まり、これにより、Ｓｉ基板表面
のＳｉ−Ｓｉ結合が解離し、加熱したＳｉ基板上に堆積
されるＦｅとＳｉとの反応が促進され、また注入された
ＣｏはＦｅと置換するからである。これによって、Ｃｏ
ドープの高品質なｎ型のβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャ
ル層を形成することができる。
のＣｏをイオン注入することにより、注入されたＣｏ原
子はＳｉ基板のＳｉ原子と衝突してそのエネルギーを失
い、格子間の位置で止まり、これにより、Ｓｉ基板表面
のＳｉ−Ｓｉ結合が解離し、加熱したＳｉ基板上に堆積
されるＦｅとＳｉとの反応が促進され、また注入された
ＣｏはＦｅと置換するからである。これによって、Ｃｏ
ドープの高品質なｎ型のβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャ
ル層を形成することができる。
【００９９】なお、通常β−ＦｅＳｉ2層はｐ型である
が、Ｃｏをドーピングすることによりｎ型のβ−ＦｅＳ
ｉ2層が得られる。
が、Ｃｏをドーピングすることによりｎ型のβ−ＦｅＳ
ｉ2層が得られる。
【０１００】また、ドーピング量は、イオン注入のドー
ズ量により、制御性良く変化させることができる。
ズ量により、制御性良く変化させることができる。
【０１０１】上記の説明では、Ｃｏをイオン注入した場
合について説明したが、ｎ型の不純物として、ニッケル
（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、またｐ
型の不純物としてマンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、
モリブデン（Ｍｏ）等を用いても同様の効果が得られ
る。
合について説明したが、ｎ型の不純物として、ニッケル
（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、またｐ
型の不純物としてマンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、
モリブデン（Ｍｏ）等を用いても同様の効果が得られ
る。
【０１０２】また、実施の形態６及び実施の形態７と同
様に、イオン注入のドーズ量が多いとＳｉ基板中にダメ
ージが残るため、ドーズ量は５×１０12ｃｍ-2から１×
１０ 15ｃｍ-2の範囲が好ましく、またイオン注入の深さ
方向の範囲はβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成
される領域（Ｓｉ基板表面から堆積するＦｅの膜厚の約
３．２倍以内）に限定されるのが好ましい。
様に、イオン注入のドーズ量が多いとＳｉ基板中にダメ
ージが残るため、ドーズ量は５×１０12ｃｍ-2から１×
１０ 15ｃｍ-2の範囲が好ましく、またイオン注入の深さ
方向の範囲はβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成
される領域（Ｓｉ基板表面から堆積するＦｅの膜厚の約
３．２倍以内）に限定されるのが好ましい。
【０１０３】また、第６、第７及び第８の実施形態の説
明では、Ａｒガスを用いた通常のマグネトロンスパッタ
法を用いてＦｅを堆積する方法について説明したが、Ｄ
Ｃスパッタ、２極スパッタ、イオンビームスパッタ等の
他のスパッタ方法、電子ビーム蒸着方法、第１の実施の
形態で示したＸｅガス、Ｋｒガスを用いるスパッタ方
法、及び第３の実施の形態で示したＦｅを負イオンの状
態で堆積する方法でも前述した同様の効果が得られる。
明では、Ａｒガスを用いた通常のマグネトロンスパッタ
法を用いてＦｅを堆積する方法について説明したが、Ｄ
Ｃスパッタ、２極スパッタ、イオンビームスパッタ等の
他のスパッタ方法、電子ビーム蒸着方法、第１の実施の
形態で示したＸｅガス、Ｋｒガスを用いるスパッタ方
法、及び第３の実施の形態で示したＦｅを負イオンの状
態で堆積する方法でも前述した同様の効果が得られる。
【０１０４】また、（１００）面のｎ型のＳｉ基板につ
いて述べたが、（１００）面のｐ型のＳｉ基板や、（１
１１）面のｎ型またはｐ型のＳｉ基板についても同様の
効果が得られる。
いて述べたが、（１００）面のｐ型のＳｉ基板や、（１
１１）面のｎ型またはｐ型のＳｉ基板についても同様の
効果が得られる。
【０１０５】（実施の形態９）図１１は、本発明の第９
の実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面
図である。
の実施形態による薄膜の形成方法を示す基板の工程断面
図である。
【０１０６】まず、図１１（ａ）に示すように、（１０
０）面のｎ型のＳｉ基板１は、ＲＣＡ洗浄後、希フッ酸
での水素終端処理を施し、Ａｒガスを用いた通常のマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて、基板温度を常温、スパ
ッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、ＦｅターゲットのＲＦパワ
ーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣＭに設定しＳｉ基
板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデポレートで６０ｎｍ
の厚さに堆積させ、Ｆｅ層４７を形成する。なお、基板
温度はＦｅとＳｉの反応が生じない２５０℃以下が適当
である。
０）面のｎ型のＳｉ基板１は、ＲＣＡ洗浄後、希フッ酸
での水素終端処理を施し、Ａｒガスを用いた通常のマグ
ネトロンスパッタ装置を用いて、基板温度を常温、スパ
ッタ圧力を５ｍｍＴｏｒｒ、ＦｅターゲットのＲＦパワ
ーを２００Ｗ、Ａｒ流量を２５ＳＣＣＭに設定しＳｉ基
板１上に、Ｆｅを約３ｎｍ／分のデポレートで６０ｎｍ
の厚さに堆積させ、Ｆｅ層４７を形成する。なお、基板
温度はＦｅとＳｉの反応が生じない２５０℃以下が適当
である。
【０１０７】次に、図１１（ｂ）に示すように、（１０
０）面のｐ型のＳｉ基板４８を、Ｈ 2Ｏ2−Ｈ2ＳＯ4溶液
等に浸透させて親水処理を施した後、ｎ型のＳｉ基板１
上のＦｅ層４７を間に挟むように重ねて張り合わせて密
着させる。
０）面のｐ型のＳｉ基板４８を、Ｈ 2Ｏ2−Ｈ2ＳＯ4溶液
等に浸透させて親水処理を施した後、ｎ型のＳｉ基板１
上のＦｅ層４７を間に挟むように重ねて張り合わせて密
着させる。
【０１０８】次に、図１１（ｃ）に示すように、電気炉
を用いて、７００℃の温度で１時間Ｈ2ガス雰囲気で熱
処理を施す。この熱処理により、Ｆｅ原子が雰囲気ガス
に反応することなく両方のＳｉ基板に拡散して固相反応
が生じ、β−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層１７が両側
のＳｉ層に埋め込まれる形で形成され、２つの基板がボ
ンディングされる。
を用いて、７００℃の温度で１時間Ｈ2ガス雰囲気で熱
処理を施す。この熱処理により、Ｆｅ原子が雰囲気ガス
に反応することなく両方のＳｉ基板に拡散して固相反応
が生じ、β−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層１７が両側
のＳｉ層に埋め込まれる形で形成され、２つの基板がボ
ンディングされる。
【０１０９】このあと、図１１（ｄ）に示すようにｐ型
のＳｉ基板４８を研磨して、所望の厚さにする。これに
より、半導体装置を形成することができるｐ−Ｓｉ／β
−ＦｅＳｉ2／ｎ−Ｓｉのダブルヘテロ構造を形成する
ことができる。
のＳｉ基板４８を研磨して、所望の厚さにする。これに
より、半導体装置を形成することができるｐ−Ｓｉ／β
−ＦｅＳｉ2／ｎ−Ｓｉのダブルヘテロ構造を形成する
ことができる。
【０１１０】上記の説明では、熱処理でＨ2ガス雰囲気
を用いた場合について説明したが、窒素（Ｎ2）ガスや
Ａｒガスを用いても同様の効果が得られる。また、Ｓｉ
基板の親水処理については、ｎ型のＳｉ基板１でも良
く、少なくともどちらか一方について行えばよい。
を用いた場合について説明したが、窒素（Ｎ2）ガスや
Ａｒガスを用いても同様の効果が得られる。また、Ｓｉ
基板の親水処理については、ｎ型のＳｉ基板１でも良
く、少なくともどちらか一方について行えばよい。
【０１１１】また、Ａｒガスを用いた通常のマグネトロ
ンスパッタ法を用いてＦｅを堆積する方法について説明
したが、ＤＣスパッタ、２極スパッタ、イオンビームス
パッタ等の他のスパッタ方法や電子ビーム蒸着法、第１
の実施の形態で示したＸｅガス、Ｋｒガスを用いるスパ
ッタ法を用いても同様の効果が得られる。
ンスパッタ法を用いてＦｅを堆積する方法について説明
したが、ＤＣスパッタ、２極スパッタ、イオンビームス
パッタ等の他のスパッタ方法や電子ビーム蒸着法、第１
の実施の形態で示したＸｅガス、Ｋｒガスを用いるスパ
ッタ法を用いても同様の効果が得られる。
【０１１２】また、第６から第８の実施の形態で示した
ように、（１００）面のｎ型のＳｉ基板１または（１０
０）面のｐ型のＳｉ基板４８に、Ｆｅを堆積する前に予
めＦｅ、Ｓｉ、またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガ
ス、あるいはｎ型不純物となるＣｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、また
はｐ型不純物となるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等をイオン注入し
ても前述した同様の効果がある。
ように、（１００）面のｎ型のＳｉ基板１または（１０
０）面のｐ型のＳｉ基板４８に、Ｆｅを堆積する前に予
めＦｅ、Ｓｉ、またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガ
ス、あるいはｎ型不純物となるＣｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、また
はｐ型不純物となるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等をイオン注入し
ても前述した同様の効果がある。
【０１１３】
【発明の効果】本発明は、加熱したＳｉ基板上にＦｅを
堆積するのに、ＫｒガスまたはＸｅガスを使用したスパ
ッタ法を用いることにより、また負イオンの状態にして
Ｆｅを堆積することにより、またＨ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅ等の希ガスのラジカルイオンをＳｉ基板上に照
射しながらＦｅを堆積することにより、また予めＳｉ基
板にＦｅ、Ｓｉ、またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希
ガスをイオン注入しておいてからＦｅを堆積することに
より、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率的に
進み、堆積されるＦｅとＳｉとの反応が促進され、高品
質のβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成されると
いうすぐれた効果を有する薄膜の形成方法を提供するこ
とができるものである。
堆積するのに、ＫｒガスまたはＸｅガスを使用したスパ
ッタ法を用いることにより、また負イオンの状態にして
Ｆｅを堆積することにより、またＨ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅ等の希ガスのラジカルイオンをＳｉ基板上に照
射しながらＦｅを堆積することにより、また予めＳｉ基
板にＦｅ、Ｓｉ、またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希
ガスをイオン注入しておいてからＦｅを堆積することに
より、Ｓｉ基板表面のＳｉ−Ｓｉ結合の解離が効率的に
進み、堆積されるＦｅとＳｉとの反応が促進され、高品
質のβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層が形成されると
いうすぐれた効果を有する薄膜の形成方法を提供するこ
とができるものである。
【０１１４】また、ｎ型の不純物となるＣｏ、Ｎｉ、Ｐ
ｔ、Ｐｄ、またｐ型の不純物となるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等
を予めイオン注入したＳｉ基板を加熱して、Ｆｅを堆積
することにより、これらの注入不純物がＦｅ原子と置換
し、制御性良くｎ型またはｐ型にドーピングした高品質
なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層を形成することが
できる効果も有する。
ｔ、Ｐｄ、またｐ型の不純物となるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等
を予めイオン注入したＳｉ基板を加熱して、Ｆｅを堆積
することにより、これらの注入不純物がＦｅ原子と置換
し、制御性良くｎ型またはｐ型にドーピングした高品質
なβ−ＦｅＳｉ2のエピタキシャル層を形成することが
できる効果も有する。
【０１１５】さらには、Ｆｅを堆積したＳｉ基板を他の
Ｓｉ基板と重ねて熱処理することにより、Ｆｅは両側の
Ｓｉ基板と固相反応を生じ、β−ＦｅＳｉ2のエピタキ
シャル層が両側のＳｉ層に埋め込まれる形で、２つの基
板がボンディングされ、Ｓｉ／β−ＦｅＳｉ2／Ｓｉの
ダブルヘテロ構造を形成することができるいう効果も有
する。
Ｓｉ基板と重ねて熱処理することにより、Ｆｅは両側の
Ｓｉ基板と固相反応を生じ、β−ＦｅＳｉ2のエピタキ
シャル層が両側のＳｉ層に埋め込まれる形で、２つの基
板がボンディングされ、Ｓｉ／β−ＦｅＳｉ2／Ｓｉの
ダブルヘテロ構造を形成することができるいう効果も有
する。
【図１】本発明の第１の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す装置の概略図と基板の断面図
2膜の形成方法を示す装置の概略図と基板の断面図
【図２】本発明の形成方法により形成されたβ−ＦｅＳ
ｉ2膜のＸ線回折図
ｉ2膜のＸ線回折図
【図３】本発明の第２の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す基板の断面図
2膜の形成方法を示す基板の断面図
【図４】本発明の第３の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す装置の概略図と基板の断面図
2膜の形成方法を示す装置の概略図と基板の断面図
【図５】図４に示したＲＦプラズマスパッタ型負重イオ
ン源の構造断面図
ン源の構造断面図
【図６】本発明の第４の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す装置の概略図と基板の断面図
2膜の形成方法を示す装置の概略図と基板の断面図
【図７】本発明の第５の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す基板の断面図
2膜の形成方法を示す基板の断面図
【図８】本発明の第６の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す基板の断面図
2膜の形成方法を示す基板の断面図
【図９】本発明の第７の実施形態におけるβ−ＦｅＳｉ
2膜の形成方法を示す基板の断面図
2膜の形成方法を示す基板の断面図
【図１０】本発明の第８の実施形態におけるβ−ＦｅＳ
ｉ2膜の形成方法を示す基板の断面図
ｉ2膜の形成方法を示す基板の断面図
【図１１】本発明の第９の実施形態におけるβ−ＦｅＳ
ｉ2膜の形成方法を示す基板の断面図
ｉ2膜の形成方法を示す基板の断面図
１ Ｓｉ基板 ２、１８、３１ 真空チャンバー ３、１９、３２ 基板ホルダー ４、２０、３３ ヒーター ５、２１、３４ 排気口 ６、７ カソード ８、２６ Ｆｅターゲット ９ Ｓｉターゲット １０、１１、２３、３８ ＲＦ電源 １２、１３、２４、３９ マッチングボックス １４ ガス供給口 １５、４０ マスフローコントローラー １６ Ｘｅガス １７ β−ＦｅＳｉ2層 ２２ ＲＦプラズマスパッタ型負重イオン源 ２５ Ｃｓ蒸気 ２７ Ｘｅガス ２８ 引出電極 ２９ 高周波コイル ３０ 磁石 ３５ ＦｅのＥガン ３６ ＳｉのＥガン ３７ ＲＦラジカルイオン源 ４１ Ｈ2ガス ４２ Ｈラジカルイオン ４３ Ｆｅ注入層 ４４ Ａｒ注入層 ４５ Ｃｏ注入層 ４６ ｎ型のβ−ＦｅＳｉ2層 ４７ Ｆｅ層 ４８ ｐ型のＳｉ基板
Claims (25)
- 【請求項１】 加熱したシリコン基板上に、クリプトン
ガスまたはキセノンガスを使用したスパッタ法を用いて
鉄を堆積して、前記シリコン基板のシリコンとの反応に
より前記シリコン基板上にベータ鉄シリサイド層を形成
することを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 加熱したシリコン基板上に、クリプトン
ガスまたはキセノンガスを使用したスパッタ法を用い
て、鉄とシリコンとを同時に、または交互に堆積して、
前記シリコン基板上にベータ鉄シリサイド層を形成する
ことを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 加熱したシリコン基板上に、鉄を負イオ
ンの状態で堆積し、前記シリコン基板のシリコンとの反
応により、前記シリコン基板上にベータ鉄シリサイド層
を形成することを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項４】 加熱したシリコン基板上に、鉄を堆積し
て前記シリコン基板のシリコンとの反応により、前記シ
リコン基板上にベータ鉄シリサイド層を形成する工程に
おいて、前記シリコン基板上に水素または希ガスのラジ
カルイオンを、鉄の堆積と同時にあるいは交互に照射す
る工程を含むことを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項５】 加熱したシリコン基板上に、鉄とシリコ
ンを同時に堆積して、前記シリコン基板上にベータ鉄シ
リサイド層を形成する工程において、水素または希ガス
のラジカルイオンを、鉄およびシリコンの堆積と同時に
あるいは交互に照射することを特徴とする薄膜の形成方
法。 - 【請求項６】 希ガスが、ネオン、アルゴン、クリプト
ン、キセノンのいずれかの成分を含むことを特徴とする
請求項４または５に記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項７】 鉄を負イオンの状態で堆積することを特
徴とする請求項４または５記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項８】 シリコン基板を４００〜７００℃の範囲
で加熱することを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
かに記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項９】 シリコン基板表面に鉄またはシリコンを
イオン注入した後、前記シリコン基板を加熱しながら鉄
を堆積して、前記シリコン基板のシリコンとの反応によ
り、ベータ鉄シリサイド層を形成することを特徴とする
薄膜の形成方法。 - 【請求項１０】 シリコン基板表面に希ガスをイオン注
入した後、前記シリコン基板を加熱しながら鉄を堆積し
て前記シリコン基板のシリコンとの反応により、ベータ
鉄シリサイド層を形成することを特徴とする薄膜の形成
方法。 - 【請求項１１】 希ガスが、ネオン、アルゴン、クリプ
トン、キセノンのいずれかの成分を含むことを特徴とす
る請求項１０記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項１２】 シリコン基板表面にｎ型またはｐ型と
なるドーピング不純物をイオン注入した後、前記シリコ
ン基板を加熱しながら鉄を堆積して前記シリコン基板の
シリコンとの反応により、ｎ型またはｐ型のベータ鉄シ
リサイド層を形成することを特徴とする薄膜の形成方
法。 - 【請求項１３】 ｎ型となるドーピング不純物として、
コバルト、ニッケル、白金、パラジウムのいずれかを、
ｐ型となるドーピング不純物としてマンガン、クロム、
モリブデンのいずれかをイオン注入することを特徴とす
る請求項１２記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項１４】 イオン注入のドーズ量が、５×１０12
ｃｍ-2から１×１０15ｃｍ-2の範囲であることを特徴と
する請求項９、１０または１２のいずれかに記載の薄膜
の形成方法。 - 【請求項１５】 イオン注入の深さ方向の範囲がシリコ
ン基板表面から堆積する鉄の膜厚の３．２倍以内の範囲
であることを特徴とする請求項９、１０または１２に記
載の薄膜の形成方法。 - 【請求項１６】 鉄を負イオンの状態で堆積することを
特徴とする請求項９、１０または１２に記載の薄膜の形
成方法。 - 【請求項１７】 クリプトンガスまたはキセノンガスを
使用したスパッタ法を用いて鉄を堆積することを特徴と
する請求項９、１０または１２に記載の薄膜の形成方
法。 - 【請求項１８】 第１のシリコン基板の表面に鉄を堆積
して鉄堆積層を形成した後、前記第１のシリコン基板の
表面側に第２のシリコン基板を重ね合わせて熱処理し、
ベータ鉄シリサイド層を前記第１のシリコン基板と前記
第２のシリコン基板の間に埋め込み形成することを特徴
とする薄膜の形成方法。 - 【請求項１９】 第１のシリコン基板と第２のシリコン
基板の少なくとも一方のシリコン基板を親水処理して重
ね合わせることを特徴とする請求項１８記載の薄膜の形
成方法。 - 【請求項２０】 重ね合わせた第１のシリコン基板と第
２のシリコン基板を、水素ガス、窒素ガスまたはアルゴ
ンガスを含む雰囲気中で熱処理することを特徴とする請
求項１８記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項２１】 第１のシリコン基板と第２のシリコン
基板の少なくともいずれか一方の基板表面に、鉄を堆積
する前に、予め鉄またはシリコンをイオン注入すること
を特徴とする請求項１８に記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項２２】 第１のシリコン基板と第２のシリコン
基板の少なくともいずれか一方の基板表面に、鉄を堆積
する前に、予めネオン、アルゴン、クリプトンまたはキ
セノンの希ガスをイオン注入することを特徴とする請求
項１８に記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項２３】 第１のシリコン基板と第２のシリコン
基板の少なくともいずれか一方の基板表面に、鉄を堆積
する前に、予めｎ型またはｐ型となるドーピング不純物
をイオン注入することを特徴とする請求項１８に記載の
薄膜の形成方法。 - 【請求項２４】 ｎ型となるドーピング不純物として、
コバルト、ニッケル、白金、パラジウムのいずれかを、
ｐ型となるドーピング不純物としてマンガン、クロム、
モリブデンのいずれかをイオン注入することを特徴とす
る請求項２３記載の薄膜の形成方法。 - 【請求項２５】 イオン注入のドーズ量が、５×１０12
ｃｍ-2から１×１０15ｃｍ-2の範囲であることを特徴と
する請求項２１ないし２４のいずれかに記載の薄膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23934399A JP2001064099A (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23934399A JP2001064099A (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001064099A true JP2001064099A (ja) | 2001-03-13 |
Family
ID=17043339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23934399A Pending JP2001064099A (ja) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 薄膜の形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001064099A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6949463B2 (en) | 2003-01-16 | 2005-09-27 | Tdk Corporation | Method of making iron silicide and method of making photoelectric transducer |
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-
1999
- 1999-08-26 JP JP23934399A patent/JP2001064099A/ja active Pending
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