JP2003188100A - 半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜とその作製方法 - Google Patents
半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜とその作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クラスターイオンビーム蒸着法、分子線エピ
タキシャル成長法、イオン注入法、ＲＦマグネトロンス
パッタリング法において、β−ＦｅＳｉ2に近い特性の
半導体特性を有する完全なアモルファス鉄シリサイドは
これまで得られていない。 【構成】 ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ2
合金ターゲットを用い、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガ
ス圧力下で、４００℃未満の基板上にスパッタリング法
によりＦｅＳｉ2を粒状でない平坦な膜、すなわち連続
膜として成長させることにより半導体特性を示すアモル
ファスＦｅＳｉ2膜を得る。スパッタリング法は、対向
ターゲット式スパッタリング法が特に好ましい。
タキシャル成長法、イオン注入法、ＲＦマグネトロンス
パッタリング法において、β−ＦｅＳｉ2に近い特性の
半導体特性を有する完全なアモルファス鉄シリサイドは
これまで得られていない。 【構成】 ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ2
合金ターゲットを用い、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガ
ス圧力下で、４００℃未満の基板上にスパッタリング法
によりＦｅＳｉ2を粒状でない平坦な膜、すなわち連続
膜として成長させることにより半導体特性を示すアモル
ファスＦｅＳｉ2膜を得る。スパッタリング法は、対向
ターゲット式スパッタリング法が特に好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体特性を示す
アモルファス鉄シリサイド膜およびその作製方法に関す
る。
アモルファス鉄シリサイド膜およびその作製方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】β−ＦｅＳｉ2は０．８５ｅＶのバンド
ギャップを持つ直接遷移型の半導体で太陽電池素子や通
信用発受光素子への応用が期待されている。本発明者
は、先にレーザーアブレーション法で基板上に堆積した
ままでβ相のＦｅＳｉ2薄膜を堆積する方法を開発した
（特開２０００−１７８７１３号公報）。
ギャップを持つ直接遷移型の半導体で太陽電池素子や通
信用発受光素子への応用が期待されている。本発明者
は、先にレーザーアブレーション法で基板上に堆積した
ままでβ相のＦｅＳｉ2薄膜を堆積する方法を開発した
（特開２０００−１７８７１３号公報）。
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉが６９〜７２．５
ａｔ％の範囲で安定な固溶体を作るζ−ＦｅＳｉ２相の
非晶質膜が半導体特性を示すことが特公平１−３１４５
３号公報に開示されているが、この非晶質膜は、Ｆｅと
Ｓｉを別々の密閉型坩堝から噴射させて蒸着するクラス
ターイオンビーム蒸着法で製作されており、Ｓｉが６８
ａｔ％のもので電気伝導度σの値は５９０°Ｋで〜１Ω
−１ｃｍ−１であり、バンドギャップは１．２５８ｅＶ
であり、β−ＦｅＳｉ2に近い特性を示していない。
ａｔ％の範囲で安定な固溶体を作るζ−ＦｅＳｉ２相の
非晶質膜が半導体特性を示すことが特公平１−３１４５
３号公報に開示されているが、この非晶質膜は、Ｆｅと
Ｓｉを別々の密閉型坩堝から噴射させて蒸着するクラス
ターイオンビーム蒸着法で製作されており、Ｓｉが６８
ａｔ％のもので電気伝導度σの値は５９０°Ｋで〜１Ω
−１ｃｍ−１であり、バンドギャップは１．２５８ｅＶ
であり、β−ＦｅＳｉ2に近い特性を示していない。
【０００３】良質なアモルファス構造膜を得るには、で
きるだけ高エネルギーな状態でかつ原子状の粒子を基板
に到達させ、加熱されていない、あるいは冷却された低
い温度の基板にて急冷させる必要があるが、クラスター
イオンビーム蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イ
オン注入法などの他の既存の方法に比べて、アモルファ
ス構造膜を得るには最も適していると考えられているＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法においても、通常の方
法では、プラズマが堆積中の膜に接するために、膜が損
傷を受けるとともにアニール的な効果を受けて微結晶が
生成してしまい、完全なアモルファス膜は得にくくβ−
ＦｅＳｉ2に近い特性の半導体特性を有するアモルファ
ス鉄シリサイドはこれまで得られていない。
きるだけ高エネルギーな状態でかつ原子状の粒子を基板
に到達させ、加熱されていない、あるいは冷却された低
い温度の基板にて急冷させる必要があるが、クラスター
イオンビーム蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イ
オン注入法などの他の既存の方法に比べて、アモルファ
ス構造膜を得るには最も適していると考えられているＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法においても、通常の方
法では、プラズマが堆積中の膜に接するために、膜が損
傷を受けるとともにアニール的な効果を受けて微結晶が
生成してしまい、完全なアモルファス膜は得にくくβ−
ＦｅＳｉ2に近い特性の半導体特性を有するアモルファ
ス鉄シリサイドはこれまで得られていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、高エネルギ
ーな粒子堆積が可能なスパッタリング法を用いることに
よって粒状でない平坦な膜、すなわち連続膜を堆積する
ことにより極めて良質なアモルファス状態のＦｅＳｉ2
が得られ、該アモルファス状態のＦｅＳｉ2がβ−Ｆｅ
Ｓｉ2に近い特性の半導体特性を示すことを見いだし
た。
ーな粒子堆積が可能なスパッタリング法を用いることに
よって粒状でない平坦な膜、すなわち連続膜を堆積する
ことにより極めて良質なアモルファス状態のＦｅＳｉ2
が得られ、該アモルファス状態のＦｅＳｉ2がβ−Ｆｅ
Ｓｉ2に近い特性の半導体特性を示すことを見いだし
た。
【０００５】すなわち、本発明は、スパッタリング法に
より得られた０．６〜１．０ｅＶのバンドギャップを有
するアモルファスＦｅＳｉ2膜からなる半導体特性を示
すアモルファス鉄シリサイド膜である。さらに、本発明
は、ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ2合金タ
ーゲットを用い、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガス圧力
下で、４００℃未満の基板上にスパッタリング法により
ＦｅＳｉ2を連続膜として堆積することにより０．６〜
１．０ｅＶのバンドギャップを有するβ−ＦｅＳｉ2に
近い特性の半導体特性を示すアモルファスＦｅＳｉ2膜
を作製する方法である。
より得られた０．６〜１．０ｅＶのバンドギャップを有
するアモルファスＦｅＳｉ2膜からなる半導体特性を示
すアモルファス鉄シリサイド膜である。さらに、本発明
は、ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ2合金タ
ーゲットを用い、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガス圧力
下で、４００℃未満の基板上にスパッタリング法により
ＦｅＳｉ2を連続膜として堆積することにより０．６〜
１．０ｅＶのバンドギャップを有するβ−ＦｅＳｉ2に
近い特性の半導体特性を示すアモルファスＦｅＳｉ2膜
を作製する方法である。
【０００６】アモルファスＦｅＳｉ2は５ｍＴｏｒｒ以
下の低いＡｒガス圧力下の低圧スパッタリング法により
得られる。特に、対向ターゲット式スパッタリング法に
よって、より良質なアモルファスＦｅＳｉ2膜を成長で
きる。
下の低いＡｒガス圧力下の低圧スパッタリング法により
得られる。特に、対向ターゲット式スパッタリング法に
よって、より良質なアモルファスＦｅＳｉ2膜を成長で
きる。
【０００７】図１は、対向ターゲット式ＤＣスパッタリ
ング法の原理を示す概念図である。この方法では、電場
Ｅと並行に印加された磁場Ｂによりプラズマがターゲッ
ト２およびターゲット３間に完全に閉じ込められ、ター
ゲット２および３と垂直方向に配置された基板１にプラ
ズマが接しないために、中性粒子のみが基板１に堆積さ
れ、成長膜がプラズマによる損傷を受けず、アニール的
な効果を受けないために微結晶が生成せず、より良質な
アモルファス膜が得られる。また、堆積膜の表面温度上
昇が少ないために連続膜（ａｓ−ｇｒｏｗｔｈ）が成長
できる。
ング法の原理を示す概念図である。この方法では、電場
Ｅと並行に印加された磁場Ｂによりプラズマがターゲッ
ト２およびターゲット３間に完全に閉じ込められ、ター
ゲット２および３と垂直方向に配置された基板１にプラ
ズマが接しないために、中性粒子のみが基板１に堆積さ
れ、成長膜がプラズマによる損傷を受けず、アニール的
な効果を受けないために微結晶が生成せず、より良質な
アモルファス膜が得られる。また、堆積膜の表面温度上
昇が少ないために連続膜（ａｓ−ｇｒｏｗｔｈ）が成長
できる。
【０００８】また、プラズマ接触による再スパッタが起
こらないために得られた膜はターゲットからの組成ずれ
が極めて小さく、レーザーアブレーション法と同様に、
ＦｅＳｉ2合金ターゲットを使用できる。さらに、５ｍ
ｔｏｒｒ以下、好ましくは１ｍｔｏｒｒ以下の低圧スパ
ッタリングが可能なために、ターゲットからの放出粒子
（原子）はスパッタ用のＡｒガスにほとんど衝突するこ
となく高エネルギーを維持したまま基板に到達する。同
じスパッタリング法でも、ＲＦマグネトロンスパッタリ
ング法に比べて以上の２つの改善点により、より良質な
アモルファス鉄シリサイド膜の成長が可能になる。
こらないために得られた膜はターゲットからの組成ずれ
が極めて小さく、レーザーアブレーション法と同様に、
ＦｅＳｉ2合金ターゲットを使用できる。さらに、５ｍ
ｔｏｒｒ以下、好ましくは１ｍｔｏｒｒ以下の低圧スパ
ッタリングが可能なために、ターゲットからの放出粒子
（原子）はスパッタ用のＡｒガスにほとんど衝突するこ
となく高エネルギーを維持したまま基板に到達する。同
じスパッタリング法でも、ＲＦマグネトロンスパッタリ
ング法に比べて以上の２つの改善点により、より良質な
アモルファス鉄シリサイド膜の成長が可能になる。
【０００９】対向ターゲット式スパッタリング法は、レ
ーザーアブレーション法と同様に、アモルファス膜に有
効な他の元素の添加による特性改善が容易に実現でき
る。通常のスパッタリング法ではプラズマが成膜中の膜
に接しないようにしてアニール的な効果が作用しないよ
うにすることによって、良質なアモルファス膜を得るこ
とができるが、対向ターゲット式スパッタリング法では
プラズマフリーであるために、アモルファス膜が容易に
得られる。したがって、積層化も容易である。大面積化
にも適し、工業的応用が容易である。
ーザーアブレーション法と同様に、アモルファス膜に有
効な他の元素の添加による特性改善が容易に実現でき
る。通常のスパッタリング法ではプラズマが成膜中の膜
に接しないようにしてアニール的な効果が作用しないよ
うにすることによって、良質なアモルファス膜を得るこ
とができるが、対向ターゲット式スパッタリング法では
プラズマフリーであるために、アモルファス膜が容易に
得られる。したがって、積層化も容易である。大面積化
にも適し、工業的応用が容易である。
【００１０】また、アモルファス鉄シリサイドは、磁性
元素を添加することによる磁性半導体化や、水素化によ
るキャリア濃度の調整が可能である。さらに、アモルフ
ァス鉄シリサイドは、室温で成長する為に、基板加熱機
構が不要である。
元素を添加することによる磁性半導体化や、水素化によ
るキャリア濃度の調整が可能である。さらに、アモルフ
ァス鉄シリサイドは、室温で成長する為に、基板加熱機
構が不要である。
【００１１】
【実施例】実施例１
対向ターゲット式ＤＣスパッタリング装置（（株）薄膜
ソフト社製、ミラートロンスパッタリング装置ＭＴＳ−
Ｌ２０００−２Ｔ）を用いて、パッタリング法によりＳ
ｉ（１００）、（１１１）基板上に室温から４００℃の
温度範囲で膜厚約２４０ｎｍの鉄シリサイド薄膜を作製
した。比較のため４００℃以上の温度範囲で同様に鉄シ
リサイド薄膜を作製した。ターゲットには組成比１：２
のＦｅＳｉ2合金（９９．９９％）を使用した。スパッ
タリングチャンバー内はターボ分子ポンプを用いて１０
-4Ｐａ以下まで排気し、成膜時は１５．０ｓｃｃｍのＡ
ｒガスを流入してガス圧を１．０ｍＴｏｒｒとし、印加
電圧、電流をそれぞれ９５０ｍＶ、６．０ｍＡとした。
堆積速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎであった。
ソフト社製、ミラートロンスパッタリング装置ＭＴＳ−
Ｌ２０００−２Ｔ）を用いて、パッタリング法によりＳ
ｉ（１００）、（１１１）基板上に室温から４００℃の
温度範囲で膜厚約２４０ｎｍの鉄シリサイド薄膜を作製
した。比較のため４００℃以上の温度範囲で同様に鉄シ
リサイド薄膜を作製した。ターゲットには組成比１：２
のＦｅＳｉ2合金（９９．９９％）を使用した。スパッ
タリングチャンバー内はターボ分子ポンプを用いて１０
-4Ｐａ以下まで排気し、成膜時は１５．０ｓｃｃｍのＡ
ｒガスを流入してガス圧を１．０ｍＴｏｒｒとし、印加
電圧、電流をそれぞれ９５０ｍＶ、６．０ｍＡとした。
堆積速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００１２】作成膜の評価はＳＥＭ観察、Ｘ線回折、光
吸収スペクトル測定、電気抵抗測定により行った。Ｘ線
回折測定により基板温度が４００℃未満ではアモルファ
スな膜になっていることが分かった。吸収スペクトル測
定により、アモルファスＦｅＳｉ2は０．６〜０．７ｅ
Ｖのバンドギャップを示した。
吸収スペクトル測定、電気抵抗測定により行った。Ｘ線
回折測定により基板温度が４００℃未満ではアモルファ
スな膜になっていることが分かった。吸収スペクトル測
定により、アモルファスＦｅＳｉ2は０．６〜０．７ｅ
Ｖのバンドギャップを示した。
【００１３】図２は、鉄シリサイドの膜表面形状の基板
温度に対する変化を示すＳＥＭ像を示す。基板温度に係
わらず、試料表面は極めて平滑である。８００℃ではわ
ずかにうねりのような凹凸が観察された。図３は、Ｘ線
回析パターンの基板温度依存性を示す。基板温度が４０
０℃未満でアモルファスＦｅＳｉ2が得られ、４００℃
以上ではβ−ＦｅＳｉ2が得られることが分かる。
温度に対する変化を示すＳＥＭ像を示す。基板温度に係
わらず、試料表面は極めて平滑である。８００℃ではわ
ずかにうねりのような凹凸が観察された。図３は、Ｘ線
回析パターンの基板温度依存性を示す。基板温度が４０
０℃未満でアモルファスＦｅＳｉ2が得られ、４００℃
以上ではβ−ＦｅＳｉ2が得られることが分かる。
【００１４】図４は、光吸収スペクトルと吸収係数αの
基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜はα
＝１．３〜１．６×１０５ｃｍ−１，多結晶β−ＦｅＳ
ｉ2膜はα＝５．０〜７．８×１０４ｃｍ−１である。
図５は、光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの
基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜は
０，６４〜０．８２ｅＶ，多結晶β−ＦｅＳｉ2膜は
０，８４〜０，９４ｅＶである。図６は、シート抵抗お
よび比抵抗ρの基板温度依存性を示す。アモルファスＦ
ｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、３．２〜７．３×１０−３Ω
ｃｍであり、多結晶β−ＦｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、
１．０〜３．２×１０−１Ωｃｍである。
基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜はα
＝１．３〜１．６×１０５ｃｍ−１，多結晶β−ＦｅＳ
ｉ2膜はα＝５．０〜７．８×１０４ｃｍ−１である。
図５は、光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの
基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜は
０，６４〜０．８２ｅＶ，多結晶β−ＦｅＳｉ2膜は
０，８４〜０，９４ｅＶである。図６は、シート抵抗お
よび比抵抗ρの基板温度依存性を示す。アモルファスＦ
ｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、３．２〜７．３×１０−３Ω
ｃｍであり、多結晶β−ＦｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、
１．０〜３．２×１０−１Ωｃｍである。
【図１】図１は、対向ターゲット式ＤＣスパッタリング
法の原理を示す概念図である。
法の原理を示す概念図である。
【図２】図２の（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の
方法により作製したアモルファス鉄シリサイドおよび多
結晶β−ＦｅＳｉ2膜の表面ＳＥＭ像を示す図面代用写
真である。
方法により作製したアモルファス鉄シリサイドおよび多
結晶β−ＦｅＳｉ2膜の表面ＳＥＭ像を示す図面代用写
真である。
【図３】図３は、本発明の方法により作製された鉄シリ
サイドのＸ線回析パターンの基板温度依存性を示すグラ
フである。
サイドのＸ線回析パターンの基板温度依存性を示すグラ
フである。
【図４】図４は、本発明の方法により作製された鉄シリ
サイドの光吸収スペクトルと吸収係数αの基板温度依存
性を示すグラフである。
サイドの光吸収スペクトルと吸収係数αの基板温度依存
性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の方法により作製された鉄シリ
サイドの光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの
基板温度依存性を示すグラフである。
サイドの光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの
基板温度依存性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の方法により作製された鉄シリ
サイドのシート抵抗および比抵抗ｐの基板温度依存性を
示すグラフである。
サイドのシート抵抗および比抵抗ｐの基板温度依存性を
示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】 スパッタリング法により得られた０．６
〜１．０ｅＶのバンドギャップを有するアモルファスＦ
ｅＳｉ2膜からなる半導体特性を示すアモルファス鉄シ
リサイド膜 。 - 【請求項２】 ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳ
ｉ2合金ターゲットを用い、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡ
ｒガス圧力下で、４００℃未満の基板上にスパッタリン
グ法によりＦｅＳｉ2を連続膜として堆積することによ
り半導体特性を示すアモルファスＦｅＳｉ2膜を得るこ
とを特徴とする請求項１記載のアモルファス鉄シリサイ
ド膜の作製方法。 - 【請求項３】 スパッタリング法が、対向ターゲット式
スパッタリング法であることを特徴とする請求項２記載
のアモルファス鉄シリサイド膜の作製方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001386824A JP4009102B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜とその作製方法 |
| CA002470332A CA2470332A1 (en) | 2001-12-19 | 2002-09-10 | Amorphous iron-silicide film exhibiting semiconductor characteristics and method of preparing same |
| PCT/JP2002/009242 WO2003052159A1 (fr) | 2001-12-19 | 2002-09-10 | Couche de ferrosiliciure amorphe presentant des caracteristiques semiconductrices et procede de production de ladite couche |
| US10/499,091 US20050155675A1 (en) | 2001-12-19 | 2002-09-10 | Amorphous ferrosilicide film exhibiting semiconductor characteristics and method of for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001386824A JP4009102B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜とその作製方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188100A true JP2003188100A (ja) | 2003-07-04 |
| JP2003188100A5 JP2003188100A5 (ja) | 2005-04-07 |
| JP4009102B2 JP4009102B2 (ja) | 2007-11-14 |
Family
ID=19188001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001386824A Expired - Fee Related JP4009102B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜とその作製方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050155675A1 (ja) |
| JP (1) | JP4009102B2 (ja) |
| CA (1) | CA2470332A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003052159A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004064166A1 (ja) * | 2003-01-16 | 2004-07-29 | Tdk Corporation | 光電変換素子、光電変換装置、及び鉄シリサイド膜 |
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