JP2001308028A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2001308028A JP2001308028A JP2000123681A JP2000123681A JP2001308028A JP 2001308028 A JP2001308028 A JP 2001308028A JP 2000123681 A JP2000123681 A JP 2000123681A JP 2000123681 A JP2000123681 A JP 2000123681A JP 2001308028 A JP2001308028 A JP 2001308028A
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- hydrogen
- metal
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- barrier film
- film
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓｉと金属が接する界面において，一方若し
くは双方の構成原子の他方への侵入・拡散を防ぐバリア
膜を，現在提供されているバリア膜に比べ，極めて省ス
ペース且つ低コストで提供する。 【解決手段】 金属が接するＳｉ基板に，金属層を形成
する前にＳｉ基板表面に存在するＳｉの未結合手を原子
状水素１２によって終端することにより金属相を構成す
る原子がＳｉ基板中へ侵入・拡散することを防止した。
本発明のＳｉ表面を原子状水素により不動態化すること
によるバリア膜の形成法は，従来の金属膜などによるバ
リア膜の形成法と比較して，省スペース化を可能にする
極めて薄い膜によりバリア効果を発揮でき，且つ金属元
素を使用しないことに伴うコストの低減化をもたらす効
果がある。
くは双方の構成原子の他方への侵入・拡散を防ぐバリア
膜を，現在提供されているバリア膜に比べ，極めて省ス
ペース且つ低コストで提供する。 【解決手段】 金属が接するＳｉ基板に，金属層を形成
する前にＳｉ基板表面に存在するＳｉの未結合手を原子
状水素１２によって終端することにより金属相を構成す
る原子がＳｉ基板中へ侵入・拡散することを防止した。
本発明のＳｉ表面を原子状水素により不動態化すること
によるバリア膜の形成法は，従来の金属膜などによるバ
リア膜の形成法と比較して，省スペース化を可能にする
極めて薄い膜によりバリア効果を発揮でき，且つ金属元
素を使用しないことに伴うコストの低減化をもたらす効
果がある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し，
特に，半導体集積回路(半導体装置)におけるシリコン−
金属（若しくは金属シリサイド）界面のバリア膜に関す
る。
特に，半導体集積回路(半導体装置)におけるシリコン−
金属（若しくは金属シリサイド）界面のバリア膜に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路（以下ＬＳＩと記す）は
半導体，絶縁体，金属などの薄膜を微細加工技術により
任意の形状に加工し，それらを積層することにより実現
されている。多くの場合，半導体基板としてはシリコン
（Ｓｉ）が用いられる。半導体基板上への集積回路の構
成は， シリコン基板に対しスパッタ，化学気相成長法
（ＣＶＤ）等による絶縁膜や導電体膜の形成，フォトリ
ソグラフィによるマスクパターンの転写，エッチングに
よる回路パターンの形成，イオン注入による不純物層形
成などを繰り返すことにより実現される。トランジスタ
としては電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられ
るが，これはチャネルを挟んでソース及びドレインの２
つの電極を配置し，ゲート絶縁膜と呼ばれる絶縁膜を挟
んでそれらの電極の上にゲート電極を配置した構造を持
つものである。通常，ソース及びドレインはＳｉに不純
物を高濃度にドープしたもの，ゲート電極には多結晶シ
リコン，絶縁膜には酸化シリコン（ＳｉＯ2）が用いら
れている。現在までに高集積化，高性能化の要求に伴
い，これらの電極，配線などの加工幅および膜厚の縮小
化が進められ，今後もその傾向は変わらず縮小化が進む
ことは確実である。 一方，電気的な絶縁や接触抵抗の
低減，薄膜構成原子の拡散防止を目的として，薄膜間に
異種物質による数１０ｎｍの膜厚を持つ薄膜を挟んだ
り，同じく薄膜上に同様な膜を成長させる。通常，絶縁
膜としは酸化シリコン（ＳｉＯ2），窒化シリコン（Ｓ
ｉ3Ｎ4），酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5），酸化アルミニウ
ム（Ａｌ2Ｏ3）等が，接触抵抗の低減や拡散防止膜（い
わゆるバリア膜）としては珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）
や珪化チタン（ＴｉＳｉ2），珪化タングステン（ＷＳ
ｉ2）や珪化ニッケル（ＮｉＳｉ），チタン（Ｔｉ），
タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ）等が目的に
応じて用いられる。
半導体，絶縁体，金属などの薄膜を微細加工技術により
任意の形状に加工し，それらを積層することにより実現
されている。多くの場合，半導体基板としてはシリコン
（Ｓｉ）が用いられる。半導体基板上への集積回路の構
成は， シリコン基板に対しスパッタ，化学気相成長法
（ＣＶＤ）等による絶縁膜や導電体膜の形成，フォトリ
ソグラフィによるマスクパターンの転写，エッチングに
よる回路パターンの形成，イオン注入による不純物層形
成などを繰り返すことにより実現される。トランジスタ
としては電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられ
るが，これはチャネルを挟んでソース及びドレインの２
つの電極を配置し，ゲート絶縁膜と呼ばれる絶縁膜を挟
んでそれらの電極の上にゲート電極を配置した構造を持
つものである。通常，ソース及びドレインはＳｉに不純
物を高濃度にドープしたもの，ゲート電極には多結晶シ
リコン，絶縁膜には酸化シリコン（ＳｉＯ2）が用いら
れている。現在までに高集積化，高性能化の要求に伴
い，これらの電極，配線などの加工幅および膜厚の縮小
化が進められ，今後もその傾向は変わらず縮小化が進む
ことは確実である。 一方，電気的な絶縁や接触抵抗の
低減，薄膜構成原子の拡散防止を目的として，薄膜間に
異種物質による数１０ｎｍの膜厚を持つ薄膜を挟んだ
り，同じく薄膜上に同様な膜を成長させる。通常，絶縁
膜としは酸化シリコン（ＳｉＯ2），窒化シリコン（Ｓ
ｉ3Ｎ4），酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5），酸化アルミニウ
ム（Ａｌ2Ｏ3）等が，接触抵抗の低減や拡散防止膜（い
わゆるバリア膜）としては珪化コバルト（ＣｏＳｉ2）
や珪化チタン（ＴｉＳｉ2），珪化タングステン（ＷＳ
ｉ2）や珪化ニッケル（ＮｉＳｉ），チタン（Ｔｉ），
タングステン（Ｗ），窒化チタン（ＴｉＮ）等が目的に
応じて用いられる。
【０００３】ＬＳＩを構成する薄膜の膜厚減少に伴い，
将来のＬＳＩ作製に現在の技術をそのまま用いたのでは
生じる問題点が知られている。例えばソース，ドレイン
間のリーク電流や，低抵抗化を目的として電極薄膜上に
形成する金属シリサイド薄膜の高抵抗化（いわゆる細線
効果）等である。こうした問題点の解決には，リーク電
流の一因である金属シリサイドの電極への食い込みを防
止するためにＳｉ結晶膜をエピタキシャル成長させた上
で金属シリサイド膜を形成したり，細線化による高抵抗
化を抑えるためにシリサイドの代わりにＷやニッケル
（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ）などの単体金属をゲート電
極に用いたりする。この場合も上記のように接着性向上
や拡散バリアの目的から， 数ｎｍ程度の厚さのチタン
（Ｔｉ）や窒化チタン（ＴｉＮ）膜を絶縁膜やＳｉとの
間に挿入することが行われる。
将来のＬＳＩ作製に現在の技術をそのまま用いたのでは
生じる問題点が知られている。例えばソース，ドレイン
間のリーク電流や，低抵抗化を目的として電極薄膜上に
形成する金属シリサイド薄膜の高抵抗化（いわゆる細線
効果）等である。こうした問題点の解決には，リーク電
流の一因である金属シリサイドの電極への食い込みを防
止するためにＳｉ結晶膜をエピタキシャル成長させた上
で金属シリサイド膜を形成したり，細線化による高抵抗
化を抑えるためにシリサイドの代わりにＷやニッケル
（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ）などの単体金属をゲート電
極に用いたりする。この場合も上記のように接着性向上
や拡散バリアの目的から， 数ｎｍ程度の厚さのチタン
（Ｔｉ）や窒化チタン（ＴｉＮ）膜を絶縁膜やＳｉとの
間に挿入することが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記に挙げたように，
ＬＳＩの高集積化に伴う薄膜の膜厚減少により生じる問
題の一つに配線や電極を構成するＷ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｔ
ｉ，もしくはその珪素化物及び窒化物に含まれるそれら
の金属元素のＳｉ中への，またはＳｉの金属中への侵入
・拡散がある。現時点では上記のバリア膜によってこの
問題を解決しているが，将来更なる縮小かが進んだ場合
に（１）バリア膜の占めるスペース，（２）現時点では
問題にならない程度の微量の金属元素のＳｉ中への侵
入，等の点で問題が生じることが考えられる。本発明で
はこれらの問題を鑑みてなされたものであり，Ｗ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｔｉなどの金属元素のＳｉ中への侵入・拡散
を防止する方法を提供することを目的とする。
ＬＳＩの高集積化に伴う薄膜の膜厚減少により生じる問
題の一つに配線や電極を構成するＷ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｔ
ｉ，もしくはその珪素化物及び窒化物に含まれるそれら
の金属元素のＳｉ中への，またはＳｉの金属中への侵入
・拡散がある。現時点では上記のバリア膜によってこの
問題を解決しているが，将来更なる縮小かが進んだ場合
に（１）バリア膜の占めるスペース，（２）現時点では
問題にならない程度の微量の金属元素のＳｉ中への侵
入，等の点で問題が生じることが考えられる。本発明で
はこれらの問題を鑑みてなされたものであり，Ｗ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｔｉなどの金属元素のＳｉ中への侵入・拡散
を防止する方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は，電極や配線
を構成する単体金属もしくは合金を配するＳｉ表面を原
子状水素により不動態化（水素終端）することにより達
成される。本発明は清浄なＳｉ表面に存在する未結合手
（ダングリングボンド）を原子状水素で不動態化した，
いわゆる水素終端Ｓｉ表面上において，上記金属元素，
Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｔｉがシリコン中に侵入した状態で存
在するよりも水素終端された表面上に存在した方が安定
であることに着目したものである。即ち，ＬＳＩ製造プ
ロセスにおいて，上記金属元素を単結晶もしくは多結晶
Ｓｉ上に製膜する場合に，事前に原子状水素を照射し，
Ｓｉ表面を水素終端することによりこれらの金属元素が
Ｓｉ中に侵入することを防ぐものである。
を構成する単体金属もしくは合金を配するＳｉ表面を原
子状水素により不動態化（水素終端）することにより達
成される。本発明は清浄なＳｉ表面に存在する未結合手
（ダングリングボンド）を原子状水素で不動態化した，
いわゆる水素終端Ｓｉ表面上において，上記金属元素，
Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｔｉがシリコン中に侵入した状態で存
在するよりも水素終端された表面上に存在した方が安定
であることに着目したものである。即ち，ＬＳＩ製造プ
ロセスにおいて，上記金属元素を単結晶もしくは多結晶
Ｓｉ上に製膜する場合に，事前に原子状水素を照射し，
Ｓｉ表面を水素終端することによりこれらの金属元素が
Ｓｉ中に侵入することを防ぐものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】（実施例）本実施例ではＳｉ基板
表面を原子状水素で終端することによってバリア膜を構
成し，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ等の原子のＳｉ中への侵入
を防ぐ方法について図１から図４を用いて説明する。図
１はＳｉ基板１４の表面を水素終端して作ったバリア膜
１５上に金属層１６を形成した半導体素子断面とその界
面近傍の拡大図であり，図２，図３は図１の構造を作製
する過程を説明するもので，前者が清浄Ｓｉ表面で後者
が水素終端されたＳｉ表面の構造である。
表面を原子状水素で終端することによってバリア膜を構
成し，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｎｉ等の原子のＳｉ中への侵入
を防ぐ方法について図１から図４を用いて説明する。図
１はＳｉ基板１４の表面を水素終端して作ったバリア膜
１５上に金属層１６を形成した半導体素子断面とその界
面近傍の拡大図であり，図２，図３は図１の構造を作製
する過程を説明するもので，前者が清浄Ｓｉ表面で後者
が水素終端されたＳｉ表面の構造である。
【０００７】まず，Ｓｉ表面の水素終端方法について述
べる。（１００）面を表面に持ったＳｉ基板を１０-10
Ｔｏｒｒ程度の真空中に導入する。基板を通電加熱する
ことにより８００℃，２時間の脱ガス処理を行った後，
同様に１０２０℃，１１２０℃，１１８０℃，１２００
℃の脱ガス，表面清浄化処理を１０-10Ｔｏｒｒ台の真
空を保つよう，各々１０秒程度行うことにより，Ｓｉ清
浄表面が得られる。図２に表面近傍の断面を拡大した模
式図を示す。この状態で，基板を構成するＳｉ原子１０
のうち，最表面に位置するものは基板外側に向かって未
結合手（ダングリングボンド，図中１１）と呼ばれる化
学結合結合に寄与しない余った価電子を１つ有する。
べる。（１００）面を表面に持ったＳｉ基板を１０-10
Ｔｏｒｒ程度の真空中に導入する。基板を通電加熱する
ことにより８００℃，２時間の脱ガス処理を行った後，
同様に１０２０℃，１１２０℃，１１８０℃，１２００
℃の脱ガス，表面清浄化処理を１０-10Ｔｏｒｒ台の真
空を保つよう，各々１０秒程度行うことにより，Ｓｉ清
浄表面が得られる。図２に表面近傍の断面を拡大した模
式図を示す。この状態で，基板を構成するＳｉ原子１０
のうち，最表面に位置するものは基板外側に向かって未
結合手（ダングリングボンド，図中１１）と呼ばれる化
学結合結合に寄与しない余った価電子を１つ有する。
【０００８】その後，Ｗ製フィラメントを１５００℃程
度になるよう通電加熱した状態で３×１０-8Ｔｏｒｒ程
度の圧力になるよう水素ガスを導入する。ジャーナル・
オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー
誌，第１４巻（１９７７年）第３９７項（Ｊ．Ｖａｃ．
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１４（１９９７），Ｐ３９
７）に記載されているように，水素分子はＷフィラメン
トにより熱分解される。通常，Ｗフィラメントは一端を
開口した細長い円筒状の高融点絶縁材料により囲み，開
口した先端をＳｉ基板表面に向けるよう配置する。こう
することにより，原子状水素を効率よくＳｉ表面に照射
する事が出来る。こうして生成した原子状水素は図中１
２で示すように清浄Ｓｉ表面の未結合手と化学結合する
ことにより，図３のような水素終端Ｓｉ表面を準備する
事が出来る。上記の条件下では原子状水素に晒す時間は
１０分程度あれば十分である。この時間は，水素ガス圧
及びＷフィラメント温度によって決定される単位時間当
たりの原子状水素生成数に依存し，Ｓｉ（１００）面上
にある原子（およそ６．７８×１０14個／ｃｍ2）を水
素化するのに十分な量の原子状水素を供給できればよ
い。
度になるよう通電加熱した状態で３×１０-8Ｔｏｒｒ程
度の圧力になるよう水素ガスを導入する。ジャーナル・
オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー
誌，第１４巻（１９７７年）第３９７項（Ｊ．Ｖａｃ．
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１４（１９９７），Ｐ３９
７）に記載されているように，水素分子はＷフィラメン
トにより熱分解される。通常，Ｗフィラメントは一端を
開口した細長い円筒状の高融点絶縁材料により囲み，開
口した先端をＳｉ基板表面に向けるよう配置する。こう
することにより，原子状水素を効率よくＳｉ表面に照射
する事が出来る。こうして生成した原子状水素は図中１
２で示すように清浄Ｓｉ表面の未結合手と化学結合する
ことにより，図３のような水素終端Ｓｉ表面を準備する
事が出来る。上記の条件下では原子状水素に晒す時間は
１０分程度あれば十分である。この時間は，水素ガス圧
及びＷフィラメント温度によって決定される単位時間当
たりの原子状水素生成数に依存し，Ｓｉ（１００）面上
にある原子（およそ６．７８×１０14個／ｃｍ2）を水
素化するのに十分な量の原子状水素を供給できればよ
い。
【０００９】次に，Ｔｉワイヤを巻き付けたＷフィラメ
ントの通電加熱によってＴｉ原子を水素終端Ｓｉ表面に
吸着させる。図４に少量のＴｉ原子を吸着させた様子を
ＳＴＭにより観察した写真を示す。例えばフィジカル・
レビュー・ビー誌，第５１巻（１９９５年）第２３８０
項から第２３８６項（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ５１（１９
９５），ＰＰ２３８０−２３８６）に掲載されているよ
うに，水素終端していない清浄表面にＴｉを吸着させた
場合に見られる，Ｔｉ原子がＳｉ相に侵入し，自発的に
Ｓｉ原子を抜き出すことによって生じたＳｉ表面の欠陥
構造が全く見られず，Ｓｉ表面を水素終端することによ
りＴｉ原子がＳｉ中に侵入することを防ぐ事が出来てい
ることが分かる。このようにＴｉ原子が水素終端表面に
おいてＳｉ基板内に侵入するとエネルギー的に不安定で
あることはインターナショナル・シンポジウム・オン・
サーフェス・サイエンス・フォー・ミクロ・アンド・ナ
ノデバイス・ファブリケーション第３回（１９９９年）
のアブストラクト，第２０６項（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＳｕｒｆａｃｅＳ
ｃｉｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ− ａｎｄ Ｎａｎ
ｏ−ＤｅｖｉｃｅＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，（１９９
９）Ｐ２０６）において理論的に予想されている。時間
を置いて同じ領域を観察することによってＴｉ原子が同
じ位置にあることも分かっており，上記の効果を確認で
きる。Ｔｉ原子の吸着量を増やし，完全に水素終端Ｓｉ
表面が覆われてしまい数ｎｍを超す膜厚のＴｉ層を形成
しても，Ｔｉ原子がＳｉ中に侵入・拡散していないこと
が確認できる。ここで重要な点は，一旦水素終端しＴｉ
原子相を形成した後は，Ｓｉ基板をその表面を終端して
いる水素原子が熱離脱しない５００℃より低温に熱処理
温度を保つことである。
ントの通電加熱によってＴｉ原子を水素終端Ｓｉ表面に
吸着させる。図４に少量のＴｉ原子を吸着させた様子を
ＳＴＭにより観察した写真を示す。例えばフィジカル・
レビュー・ビー誌，第５１巻（１９９５年）第２３８０
項から第２３８６項（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ５１（１９
９５），ＰＰ２３８０−２３８６）に掲載されているよ
うに，水素終端していない清浄表面にＴｉを吸着させた
場合に見られる，Ｔｉ原子がＳｉ相に侵入し，自発的に
Ｓｉ原子を抜き出すことによって生じたＳｉ表面の欠陥
構造が全く見られず，Ｓｉ表面を水素終端することによ
りＴｉ原子がＳｉ中に侵入することを防ぐ事が出来てい
ることが分かる。このようにＴｉ原子が水素終端表面に
おいてＳｉ基板内に侵入するとエネルギー的に不安定で
あることはインターナショナル・シンポジウム・オン・
サーフェス・サイエンス・フォー・ミクロ・アンド・ナ
ノデバイス・ファブリケーション第３回（１９９９年）
のアブストラクト，第２０６項（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＳｕｒｆａｃｅＳ
ｃｉｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ− ａｎｄ Ｎａｎ
ｏ−ＤｅｖｉｃｅＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，（１９９
９）Ｐ２０６）において理論的に予想されている。時間
を置いて同じ領域を観察することによってＴｉ原子が同
じ位置にあることも分かっており，上記の効果を確認で
きる。Ｔｉ原子の吸着量を増やし，完全に水素終端Ｓｉ
表面が覆われてしまい数ｎｍを超す膜厚のＴｉ層を形成
しても，Ｔｉ原子がＳｉ中に侵入・拡散していないこと
が確認できる。ここで重要な点は，一旦水素終端しＴｉ
原子相を形成した後は，Ｓｉ基板をその表面を終端して
いる水素原子が熱離脱しない５００℃より低温に熱処理
温度を保つことである。
【００１０】ここではＳｉ基板として（１００）面を主
面に持つ基板を例に挙げたが，（１１１）面を表面に持
つものや多結晶シリコンが基板であっても構わない。ま
た，上記の実施例ではＴｉの供給方法としてＴｉワイヤ
を用いた方法を例に挙げたが，これは一例であってＳｉ
表面を終端する水素原子の解離をもたらさない方法であ
れば，レーザーアブレーション法やＣＶＤ法，分子線エ
ピタキシー法など，その供給法は任意に選択する事が出
来る。
面に持つ基板を例に挙げたが，（１１１）面を表面に持
つものや多結晶シリコンが基板であっても構わない。ま
た，上記の実施例ではＴｉの供給方法としてＴｉワイヤ
を用いた方法を例に挙げたが，これは一例であってＳｉ
表面を終端する水素原子の解離をもたらさない方法であ
れば，レーザーアブレーション法やＣＶＤ法，分子線エ
ピタキシー法など，その供給法は任意に選択する事が出
来る。
【００１１】水素終端Ｓｉ表面に吸着もしくは膜を形成
した原子種としてここではＴｉを挙げたが，Ｔｉの代わ
りにＷ，Ｎｉ，Ｃｏのいずれか，もしくはこれらの元素
を含んだＣｏＳｉ2，ＮｉＳｉ，ＮｉＳｉ2，ＴｉＳ
ｉ2，ＷＳｉ2，ＴｉＮ等の化合物であっても，Ｔｉの場
合と同様に，水素終端Ｓｉ表面からＳｉ中へこれらの構
成原子は侵入・拡散しない。金属相を形成した状態での
模式図を図１に示す。なお，水素終端Ｓｉ表面原子上に
位置する金属相の原子配置の詳細は金属相によって異な
り，図１と必ずしも一致しない。
した原子種としてここではＴｉを挙げたが，Ｔｉの代わ
りにＷ，Ｎｉ，Ｃｏのいずれか，もしくはこれらの元素
を含んだＣｏＳｉ2，ＮｉＳｉ，ＮｉＳｉ2，ＴｉＳ
ｉ2，ＷＳｉ2，ＴｉＮ等の化合物であっても，Ｔｉの場
合と同様に，水素終端Ｓｉ表面からＳｉ中へこれらの構
成原子は侵入・拡散しない。金属相を形成した状態での
模式図を図１に示す。なお，水素終端Ｓｉ表面原子上に
位置する金属相の原子配置の詳細は金属相によって異な
り，図１と必ずしも一致しない。
【００１２】Ｓｉ清浄表面を得る方法としてここでは通
電加熱による方法を例としてあげたが，清浄な表面が得
られるのであれば他の方法でも構わない。例えば通電に
よる加熱でなく，不活性ガス等を流した加熱炉中に入れ
る方法でもよい。不活性ガスを用いてプラズマを発生さ
せ，不活性ガスイオンを用いてＳｉ表面を清浄化する方
法などもある。
電加熱による方法を例としてあげたが，清浄な表面が得
られるのであれば他の方法でも構わない。例えば通電に
よる加熱でなく，不活性ガス等を流した加熱炉中に入れ
る方法でもよい。不活性ガスを用いてプラズマを発生さ
せ，不活性ガスイオンを用いてＳｉ表面を清浄化する方
法などもある。
【００１３】Ｓｉ基板周囲の圧力に関しても，一旦水素
終端してしまった後であれば，Ｓｉ上に堆積することを
目的とした金属を堆積することが可能な限りにおいて真
空，若しくは不活性ガス圧下であれば，基板周囲の圧力
に制限はない。水素終端時の圧力に関しても上記の条件
は一例を示しているだけであり，下記で述べる水素終端
の方法に応じて圧力は可変である。
終端してしまった後であれば，Ｓｉ上に堆積することを
目的とした金属を堆積することが可能な限りにおいて真
空，若しくは不活性ガス圧下であれば，基板周囲の圧力
に制限はない。水素終端時の圧力に関しても上記の条件
は一例を示しているだけであり，下記で述べる水素終端
の方法に応じて圧力は可変である。
【００１４】また，Ｓｉ表面の水素終端の方法として，
ここではＷフィラメントによる熱分解を例としてあげた
が，原子状水素が作製できるものであれば，その他の方
法でも構わない。例えばアプライド・フィジクス・レタ
ース誌，第７６巻（２０００年）第４６３項から第４６
５項（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６（２００
０），ＰＰ４６３−４６５）に示されているように，Ｓ
ｉ基板を弗化水素（弗酸，ＨＦ）中で洗浄することによ
ってもＳｉ表面に水素終端表面が形成されることが知ら
れている。ケミカル・フィジクス・レタース誌，第２４
４巻（１９９５年）第１０５項（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．２４４（１９９５），Ｐ１０５）に記載され
ているように，ＨＦ中などで表面を水素終端化したＳｉ
基板を超純水中で洗浄することによってその表面を水素
終端する方法もある。この場合，新たに安定な構造が現
れて水素終端されるまで，不安定な局所構造が純水中に
溶解するため，ＨＦを用いて水素終端した場合に比べて
表面欠陥の減少が期待できる。
ここではＷフィラメントによる熱分解を例としてあげた
が，原子状水素が作製できるものであれば，その他の方
法でも構わない。例えばアプライド・フィジクス・レタ
ース誌，第７６巻（２０００年）第４６３項から第４６
５項（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６（２００
０），ＰＰ４６３−４６５）に示されているように，Ｓ
ｉ基板を弗化水素（弗酸，ＨＦ）中で洗浄することによ
ってもＳｉ表面に水素終端表面が形成されることが知ら
れている。ケミカル・フィジクス・レタース誌，第２４
４巻（１９９５年）第１０５項（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．２４４（１９９５），Ｐ１０５）に記載され
ているように，ＨＦ中などで表面を水素終端化したＳｉ
基板を超純水中で洗浄することによってその表面を水素
終端する方法もある。この場合，新たに安定な構造が現
れて水素終端されるまで，不安定な局所構造が純水中に
溶解するため，ＨＦを用いて水素終端した場合に比べて
表面欠陥の減少が期待できる。
【００１５】更に，水素化物を原料に用いるＣＶＤでＳ
ｉ表面上に他の物質を成膜する場合，成膜の初期におい
て水素が過剰になるような条件で成膜することにより，
Ｓｉ表面を水素終端することも出来る。また，上記で述
べたＷフィラメントを用いた原子状水素の照射法による
水素終端方法は，ＣＶＤやスパッタなどによる膜生成と
同時に使用してＳｉ表面を水素終端することも出来る。
これらの方法は上記の液体を用いる方法に比べ，ＬＳＩ
作製プロセス中に組み込む事が容易であるという利点が
ある。
ｉ表面上に他の物質を成膜する場合，成膜の初期におい
て水素が過剰になるような条件で成膜することにより，
Ｓｉ表面を水素終端することも出来る。また，上記で述
べたＷフィラメントを用いた原子状水素の照射法による
水素終端方法は，ＣＶＤやスパッタなどによる膜生成と
同時に使用してＳｉ表面を水素終端することも出来る。
これらの方法は上記の液体を用いる方法に比べ，ＬＳＩ
作製プロセス中に組み込む事が容易であるという利点が
ある。
【００１６】原子状水素によるＳｉ表面の水素終端化の
後，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｔｉなどの金属を堆積させる前
に，ＷＳｉ2，ＴｉＮ，Ｔｉ，ＴｉＷなどをバリア膜と
して用いることにより更なるバリア効果を期待できる
後，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｔｉなどの金属を堆積させる前
に，ＷＳｉ2，ＴｉＮ，Ｔｉ，ＴｉＷなどをバリア膜と
して用いることにより更なるバリア効果を期待できる
【００１７】
【発明の効果】本発明のＳｉ表面を原子状水素により終
端することによるバリア膜は，従来の金属膜などによる
バリア膜と比較して，省スペース化を可能にする極めて
薄い膜によりバリア効果を発揮でき，且つ金属元素を使
用しないことに伴うコストの低減化をもたらす効果があ
る。
端することによるバリア膜は，従来の金属膜などによる
バリア膜と比較して，省スペース化を可能にする極めて
薄い膜によりバリア効果を発揮でき，且つ金属元素を使
用しないことに伴うコストの低減化をもたらす効果があ
る。
【図１】水素終端されたＳｉ（１００）表面に金属層を
形成した半導体素子断面とバリア膜近傍断面模式図。
形成した半導体素子断面とバリア膜近傍断面模式図。
【図２】（１００）表面を主面に持つＳｉの清浄状態に
おける表面近傍断面図。
おける表面近傍断面図。
【図３】水素終端されたＳｉ（１００）表面近傍の断面
図。
図。
【図４】水素終端されたＳｉ（１００）基板上のＴｉ原
子のＳＴＭ像を示す写真。
子のＳＴＭ像を示す写真。
１０…Ｓｉ原子，１１…Ｓｉ未結合手，１２…水素原
子，１３…金属原子，１４…Ｓｉ基板，１５…バリア
膜，１６…金属層。
子，１３…金属原子，１４…Ｓｉ基板，１５…バリア
膜，１６…金属層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平家 誠嗣 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 Ｆターム(参考） 4M104 AA01 BB04 BB05 BB14 BB18 BB20 BB21 BB28 BB30 CC01 DD22 FF16 HH04 5F033 HH07 HH15 HH18 HH19 HH23 HH28 HH33 JJ07 JJ15 JJ18 JJ19 JJ23 JJ28 JJ33 KK01 MM05 MM13 NN07 PP06 PP15 PP19 PP20 QQ00 XX28
Claims (4)
- 【請求項１】シリコン結晶と，シリコンとは異なる原子
を含む原子層とを有する半導体装置であって，前記原子
層と前記シリコン結晶の主面との間に，前記シリコン結
晶を水素終端して形成したバリア膜を備えることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項２】請求項１において，前記原子層を構成する
原子は，コバルト，ニッケル，チタン，あるいは，タン
グステン，のいずれかであることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項３】シリコン結晶と，シリコンとは異なる原子
を含む原子層とを有する半導体装置であって，前記原子
層と前記シリコン結晶の主面との間に，前記シリコン結
晶の表面に存在する未結合手を原子状水素で不動態化し
て形成したバリア膜を備えることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれかにおいて，前記
バリア膜と前記原子層との間に，ＷＳｉ2，ＴｉＮ，Ｔ
ｉ，あるいはＴｉＷのいずれかからなる膜を第２のバリ
ア膜として備えることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000123681A JP2001308028A (ja) | 2000-04-19 | 2000-04-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000123681A JP2001308028A (ja) | 2000-04-19 | 2000-04-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001308028A true JP2001308028A (ja) | 2001-11-02 |
Family
ID=18633927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000123681A Pending JP2001308028A (ja) | 2000-04-19 | 2000-04-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001308028A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009514238A (ja) * | 2005-10-28 | 2009-04-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 半導体接合部に薄膜物質を選択的に堆積させる方法 |
-
2000
- 2000-04-19 JP JP2000123681A patent/JP2001308028A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009514238A (ja) * | 2005-10-28 | 2009-04-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 半導体接合部に薄膜物質を選択的に堆積させる方法 |
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