JP6503543B2 - Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device - Google Patents

Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP6503543B2
JP6503543B2 JP2015096023A JP2015096023A JP6503543B2 JP 6503543 B2 JP6503543 B2 JP 6503543B2 JP 2015096023 A JP2015096023 A JP 2015096023A JP 2015096023 A JP2015096023 A JP 2015096023A JP 6503543 B2 JP6503543 B2 JP 6503543B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transition metal
gas
silicon
film
source gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015096023A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016211038A5 (en
JP2016211038A (en
Inventor
直也 岡田
直也 岡田
紀行 内田
紀行 内田
多田 哲也
哲也 多田
金山 敏彦
敏彦 金山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2015096023A priority Critical patent/JP6503543B2/en
Publication of JP2016211038A publication Critical patent/JP2016211038A/en
Publication of JP2016211038A5 publication Critical patent/JP2016211038A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6503543B2 publication Critical patent/JP6503543B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明は、電気特性に優れた、遷移金属原子とシリコンから構成される遷移金属シリサイド膜、該遷移金属シリサイド膜を用いた半導体装置、並びに該遷移金属シリサイド膜の製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a transition metal silicide film composed of transition metal atoms and silicon excellent in electrical characteristics, a semiconductor device using the transition metal silicide film, and a method and an apparatus for manufacturing the transition metal silicide film.

金属とシリコンからなる遷移金属シリサイド膜は、遷移金属珪素化合物又は遷移金属珪化物とも呼ばれ、近年に研究開発が進められている。金属としての特性を利用した遷移金属シリサイド膜は、金属性シリサイド又はメタリックシリサイドと呼ばれ、耐熱性、耐酸化性、耐食性、電気伝導特性等に優れ、電極、高温構造物、耐環境用コーティングなどの材料として期待される。半導体としての特性を利用した遷移金属シリサイド膜は、シリサイド半導体又はシリサイド系半導体又はセミコンダクティングシリサイドと呼ばれ、発光素子、太陽電池、熱電変換素子等の材料として期待される。また、半導体装置の技術分野では、遷移金属シリサイド膜は、シリコンを用いるLSI等のプロセスにマッチングのよい材料として知られている。   Transition metal silicide films made of metal and silicon are also called transition metal silicon compounds or transition metal silicides, and research and development have been advanced in recent years. Transition metal silicide films that make use of metal characteristics are called metallic silicides or metallic silicides, and are excellent in heat resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, electrical conductivity, etc., and they are electrodes, high temperature structures, environmental coatings, etc. It is expected as a material for A transition metal silicide film utilizing characteristics as a semiconductor is called a silicide semiconductor or a silicide semiconductor or a semiconducting silicide, and is expected as a material for a light emitting element, a solar cell, a thermoelectric conversion element or the like. In addition, in the technical field of semiconductor devices, transition metal silicide films are known as materials having a good matching with processes such as LSI using silicon.

本発明者らは、先に、MSin(但し、M:遷移金属、Si:シリコン、n=7−16)に係る遷移金属シリサイド膜を提案し、該遷移金属シリサイド膜を用いた半導体装置を提案した(特許文献1、特許文献2参照)。 The present inventors have previously, MSi n (where, M: a transition metal, Si: silicon, n = 7-16) proposes a transition metal silicide film according to the semiconductor device using the transition metal silicide film It proposed (refer patent document 1 and patent document 2).

また、本発明者らは、先に、遷移金属内包シリコンクラスターの反応過程についての研究を報告している(非特許文献1、2参照)。   In addition, the present inventors have previously reported research on the reaction process of transition metal-containing silicon clusters (see Non-Patent Documents 1 and 2).

本願に関連した先行文献調査をしたところ、遷移金属シリサイド膜の製造方法としてスパッタ法や化学気相成長(Chemical Vapor Deposition(CVD))法が例示されている特許文献があった(特許文献3、4、5参照)。   As a result of investigation of prior documents related to the present application, there have been patent documents in which a sputtering method and a chemical vapor deposition (CVD) method are exemplified as a method of producing a transition metal silicide film (Patent Document 3) See 4, 5).

国際公開WO2009/107669International Publication WO2009 / 107669 特開2011−66401号公報JP, 2011-66401, A 特開平8−306882号公報JP-A-8-306882 特開平10−303144号公報JP 10-303144 A 特開2002−47569号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-47569

PHYSICAL REVIEW LETTERS,86,1733(2001).PHYSICAL REVIEW LETTERS, 86, 1733 (2001). CHEMICAL PHYSICS LETTERS,388,463(2004).CHEMICAL PHYSICS LETTERS, 388, 463 (2004).

既に本発明者らが提案したMSin(但し、M:遷移金属、Si:シリコン、n=7−16)に係る遷移金属シリサイド膜について説明する(特許文献1参照)。
特許文献1で示した遷移金属シリサイド膜(MSin膜)は、遷移金属内包シリコンクラスター同士がSi−Si結合することにより、遷移金属原子の第1近接原子及び第2近接原子がSi原子となる構造を有する。この構造を持つことにより、後述する半導体薄膜を形成することができる。
特許文献1以前の、従来知られていた金属的な電気特性を示す遷移金属シリサイド(例えば、MSi2)中では、遷移金属原子を内包したシリコンクラスターは存在しない。例えば、MSi2の結晶構造(C11b型)では、Mがタングステン(W)の場合で説明すると、W原子の周りに10個のSi原子が配位しているが、10個のSi原子の周りにも他のW原子が配置している。つまり、10個のSi原子は複数のW原子で共有している状態になっている。W原子にとっての最近接原子はSi原子になり、第2近接原子はW原子になっている。
特許文献1では、遷移金属内包シリコンクラスターが、最高占有分子軌道(HOMO)と最低非占有分子軌道(LUMO)のギャップEHLの開いた半導体であることに着目して、これを、凝集させることにより、有限のバンドギャップを有する半導体膜を作ることができることを提案した。特にMがモリブデン(Mo)又はWで、シリコン組成比n=10、12の遷移金属内包シリコンクラスターを堆積させたとき、形成される半導体膜のバンドギャップはトランジスタの室温動作に必要な値0.8eVを超える。内包する遷移金属原子の価電子数が奇数の時には、遷移金属内包シリコンクラスターの総価電子数が奇数(奇数電子系)になるので、厳密にはEHLが0eVとなる。しかし、遷移金属内包シリコンクラスターを凝集することにより、クラスター間に結合が形成され、構造の緩和を伴う電荷のやりとりをすることとなるので、偶数電子系の遷移金属内包シリコンクラスターを凝集した場合のように、半導体膜になる。つまり、EHLの代わりに、半占有軌道(SUMO)とLUMOのギャップESLが開いた遷移金属内包シリコンクラスターを凝集させることにより、半導体膜を形成することができる。
以上のように、特許文献1に係る前記遷移金属シリサイド膜MSin(但し、M:遷移金属、Si:シリコン、n=7−16)は、遷移金属とシリコンの化合物であり、遷移金属原子の周りを7個以上16個以下のSi原子が取り囲む遷移金属内包シリコンクラスターを単位構造とし、遷移金属原子の第1及び第2近接原子にSiが配置されており、次のような特徴を備えている。第1は、水素脱離による劣化の抑制であり、第2は、電界効果による電気伝導制御性と高いキャリア移動度である。
MSi n has already been proposed by the present inventors (where, M: a transition metal, Si: silicon, n = 7-16) a transition metal silicide film according to the will be described (see Patent Document 1).
Transition metal silicide film described in Patent Document 1 (MSi n film), by a transition metal-containing silicon cluster are bonded to each other Si-Si, first neighbor atoms and the second neighbor atoms of the transition metal atom is Si atoms It has a structure. By having this structure, a semiconductor thin film described later can be formed.
In transition metal silicides (for example, MSi 2 ) exhibiting metal-like electrical characteristics, which have been known, up to the patent document 1, no silicon clusters containing transition metal atoms are present. For example, in the crystal structure (C11b type) of MSi 2 , when M is tungsten (W), 10 Si atoms are coordinated around W atoms, but around 10 Si atoms. There are also other W atoms. That is, ten Si atoms are shared by a plurality of W atoms. The closest atom to the W atom is a Si atom, and the second adjacent atom is a W atom.
In Patent Document 1, focusing on the fact that the transition metal-encapsulated silicon cluster is an open semiconductor of the gap E HL of the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO), and it is aggregated. Proposed that a semiconductor film having a finite band gap can be produced. In particular, when M is molybdenum (Mo) or W, and a transition metal-containing silicon cluster having a silicon composition ratio n = 10 and 12 is deposited, the band gap of the formed semiconductor film has a value of 0.S. More than 8 eV. When the valence electron number of the contained transition metal atom is an odd number, the total valence electron number of the transition metal-included silicon cluster becomes an odd number (odd electron system), so E HL becomes 0 eV in a strict sense. However, by aggregating the transition metal-encapsulated silicon clusters, bonds are formed between the clusters, and charges are exchanged with relaxation of the structure, so that the transition metal-encapsulated silicon clusters in the even electron system are aggregated. As such, it becomes a semiconductor film. That is, instead of E HL , a semiconductor film can be formed by aggregating a transition metal-encapsulated silicon cluster in which the half occupied orbital (SUMO) and the gap E SL of LUMO are open.
As described above, the transition metal silicide film MSi n (where M: transition metal, Si: silicon, n = 7-16) according to Patent Document 1 is a compound of transition metal and silicon, and is a transition metal atom. A transition metal-containing silicon cluster in which 7 or more and 16 or less Si atoms surround is used as a unit structure, and Si is disposed in the first and second adjacent atoms of the transition metal atom, and has the following features There is. The first is suppression of deterioration due to hydrogen desorption, and the second is electric conductivity controllability by the field effect and high carrier mobility.

また、本発明者らは、遷移金属内包シリコンクラスターを単位構造とした膜は、アモルファスシリコンに代替し薄膜トランジスタのチャネル領域に用いることができることを提案した(特許文献2参照)。   The present inventors have also proposed that a film having a transition metal-containing silicon cluster as a unit structure can be substituted for amorphous silicon and used in the channel region of a thin film transistor (see Patent Document 2).

遷移金属内包シリコンクラスター、及びそれらを単位構造とした前記遷移金属シリサイド膜MSin膜(但し、M:遷移金属、Si:シリコン、n=7−16)の作製方法として、レーザーアブレーション法やイオントラップ法が用いられてきた(特許文献1、2参照)。これらの方法は、膜厚制御性や組成制御性が悪く、基板の大面積化に不向きであり、成膜速度の向上に限界があり、複数枚の基板の同時処理が困難であるという問題がある。さらに、レーザーアブレーション法では、高速粒子やプラズマが影響して、基板が損傷してしまい、イオントラップ法では、イオンを用いることから、絶縁体の基板へ堆積することはできず、電気伝導度の高い基板を用いると、イオンが持つ高い運動エネルギーにより基板が損傷してしまう。よって、従来の方法は、集積化や微細化や大面積化に対応が難しく、LSIやディスプレイの製造に適さないという問題があった。 Transition metal-containing silicon cluster, and the transition metal silicide film MSi n film (where, M: a transition metal, Si: silicon, n = 7-16) were they as a unit structure as a manufacturing method of laser ablation or ion trap The method has been used (see Patent Documents 1 and 2). These methods are poor in film thickness controllability and composition controllability, are not suitable for increasing the area of the substrate, have limitations in improving the deposition rate, and have problems in that simultaneous processing of a plurality of substrates is difficult. is there. Furthermore, in the laser ablation method, the substrate is damaged by the influence of high-speed particles and plasma, and in the ion trap method, since ions are used, it can not be deposited on the insulator substrate, and the electric conductivity When a high substrate is used, the high kinetic energy of ions may damage the substrate. Therefore, the conventional method is difficult to cope with integration, miniaturization, and area increase, and there is a problem that it is not suitable for manufacturing an LSI or a display.

一方、従来の遷移金属シリサイド膜の作製方法としてスパッタ法や化学気相成長(CVD)法が知られている(特許文献3、4、5参照)。例えば、CVD法を用いたWシリサイド膜及びW膜の作製方法として、WF6とSiH4の原料ガスを供給して、加熱された基板上で表面反応を利用する手法が知られている(特許文献4、5参照)。SiH4はWF6中のFの還元剤として用いられており、還元されたWFx(x=<6)が加熱されたシリコン基板表面で反応することで、シリコン基板上にWシリサイド膜(WSi2)やW膜が形成される(特許文献4参照)。また、鉄ペンタカルボニルとSiH4を用いることで、500℃まで昇温されたシリコン基板上での表面反応により、鉄シリサイド(FeSi2)膜が形成される(特許文献5参照)。特許文献4や5で示されている基板表面反応を利用して作製した遷移金属シリサイド膜は、シリコン/金属の組成比が3以下であると推測される。これは、シリコン中の不純物の固溶限やシリコン化合物の化学量論組成比に起因する。例えば、シリコンの結晶構造を維持させたまま金属原子を侵入、あるいは置換させようとすると、金属原子がシリコン中に溶ける量の限界値(固溶限)によって、シリコン/金属の組成比が制限される。一方、シリコンと金属の化合物を液相から冷却分離して固相にする反応(共晶反応)を用いると、シリコン/金属の組成比は、化学量論組成比に従う。従来の基板表面反応によるCVD法で作製された遷移金属シリサイド膜は、これらの組成比制限の原理に従うために、シリコン/金属の組成比は3以下で制限される。例えば、シリコンリッチなWシリサイド膜と称される膜であっても、基板の表面反応を用いて作製しているために、Si/Wの組成比は2.2−3.0であり、3以下であった(特許文献3参照)。 On the other hand, sputtering methods and chemical vapor deposition (CVD) methods are known as conventional methods for producing transition metal silicide films (see Patent Documents 3, 4, and 5). For example, as a method of manufacturing W silicide film and W film using the CVD method, there is known a method of supplying a source gas of WF 6 and SiH 4 and utilizing surface reaction on a heated substrate (patented) References 4 and 5). SiH 4 is used as a reducing agent for F in WF 6 and the reduced WF x (x = <6) reacts on the heated silicon substrate surface to form a W silicide film (WSi on the silicon substrate). 2 ) A W film is formed (see Patent Document 4). Further, by using iron pentacarbonyl and SiH 4 , an iron silicide (FeSi 2 ) film is formed by a surface reaction on a silicon substrate heated to 500 ° C. (see Patent Document 5). The transition metal silicide film produced by utilizing the substrate surface reaction shown in Patent Documents 4 and 5 is presumed to have a silicon / metal composition ratio of 3 or less. This is due to the solid solution limit of impurities in silicon and the stoichiometric composition ratio of the silicon compound. For example, if it is attempted to penetrate or replace metal atoms while maintaining the crystal structure of silicon, the composition ratio of silicon / metal is limited by the limit value (solid solution limit) of the amount of metal atoms dissolved in silicon. Ru. On the other hand, when using a reaction (eutectic reaction) in which a compound of silicon and metal is cooled and separated from the liquid phase to form a solid phase, the composition ratio of silicon / metal conforms to the stoichiometric composition ratio. In the transition metal silicide film produced by the conventional CVD method based on the substrate surface reaction, the composition ratio of silicon / metal is limited to 3 or less in order to follow the principle of the composition ratio limitation. For example, even if it is a film called a silicon-rich W silicide film, the composition ratio of Si / W is 2.2-3.0 because it is manufactured using the surface reaction of the substrate. It was the following (refer patent document 3).

従来、シリコン/遷移金属の組成比が3を超える遷移金属シリサイド膜は、実現できていなかった。また、半導体装置として有用な特性を備える遷移金属シリサイド膜は、実現できていなかった。   Conventionally, a transition metal silicide film in which the composition ratio of silicon / transition metal exceeds 3 has not been realized. In addition, transition metal silicide films having characteristics useful as semiconductor devices have not been realized.

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、本発明は、シリコン/遷移金属の組成比が3を超える遷移金属シリサイド膜を提供することを目的とする。また、本発明は、シリコン/遷移金属の組成比が3を超える遷移金属シリサイド膜を備える、積層構造、トランジスタ、及び半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明は、シリコン/遷移金属の組成比が3を超える遷移金属シリサイド膜の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide a transition metal silicide film in which the composition ratio of silicon / transition metal is more than 3. Another object of the present invention is to provide a laminated structure, a transistor, and a semiconductor device provided with a transition metal silicide film in which the composition ratio of silicon / transition metal is more than 3. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a transition metal silicide film in which the composition ratio of silicon / transition metal exceeds 3.

本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。   The present invention has the following features to achieve the above object.

本発明は、遷移金属シリサイド膜に関し、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の遷移金属シリサイド膜であり、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスの化学反応により作製されたことを特徴とする。例えば、前記遷移金属は、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウムのうちの少なくとも1つ以上である。例えば、前記遷移金属がタングステンで、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で14以下である。
本発明は、半導体装置に関し、本発明の遷移金属シリサイド膜を備えることを特徴とする。
本発明は、遷移金属シリサイド膜の製造方法に関し、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを気相中で化学反応させることにより、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の前駆体を気相中で作製した後に、該前駆体を基板上に堆積して、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の遷移金属シリサイド膜を該基板上に作製することを特徴とする。例えば、遷移金属の原料ガスとして、フッ素と遷移金属から構成されるガス、塩素と遷移金属から構成されるガス、有機物と遷移金属から構成されるガスのうちの少なくともいずれかを用い、シリコンの原料ガスとして、水素とシリコンから構成されるシランガス、ジシランガス、トリシランガス、及び高次シランガス、塩素とシリコンから構成されるガス、有機物とシリコンから構成されるガスのうちの少なくともいずれかを用いる。例えば、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを50℃以上420℃以下の温度に保持することにより、気相中で化学反応を生じさせる。例えば、遷移金属の原料ガスのみが吸収し、シリコンの原料ガスは吸収しない波長領域の光を用いることにより、気相中で化学反応を生じさせる。
本発明は、遷移金属シリサイド膜の製造装置に関し、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、化学気相成長により遷移金属シリサイド膜を作製する製造装置であって、前記遷移金属の原料ガスと前記シリコンの原料ガスの温度を50℃以上420℃以下に保持する加熱機構を備えることを特徴とする。また、本発明は、遷移金属シリサイド膜の製造装置に関し、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、化学気相成長により遷移金属シリサイド膜を作製する製造装置であって、前記遷移金属の原料ガスのみが吸収し、前記シリコンの原料ガスは吸収しない波長領域の光の照射機構を、備えることを特徴とする。
The present invention relates to a transition metal silicide film, which is a transition metal silicide film having a silicon / transition metal composition ratio of more than 3 and 16 or less, and manufactured by a chemical reaction of a source gas of transition metal and a source gas of silicon. It is characterized by For example, the transition metal is at least one or more of titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium and iridium. is there. For example, the transition metal is tungsten, and the composition ratio of silicon / transition metal is more than 3 and 14 or less.
The present invention relates to a semiconductor device and is characterized by including the transition metal silicide film of the present invention.
The present invention relates to a method of manufacturing a transition metal silicide film, wherein a precursor gas of transition metal and a precursor gas of silicon are chemically reacted in a gas phase to form a precursor having a silicon / transition metal composition ratio of greater than 3 and 16 or less. After preparing the body in the gas phase, the precursor is deposited on the substrate to produce a transition metal silicide film having a silicon / transition metal composition ratio of greater than 3 and 16 or less on the substrate. I assume. For example, using at least one of a gas composed of fluorine and a transition metal, a gas composed of chlorine and a transition metal, and a gas composed of an organic substance and a transition metal as a source gas of a transition metal, a source material of silicon As the gas, at least one of a silane gas composed of hydrogen and silicon, a disilane gas, a trisilane gas, a higher order silane gas, a gas composed of chlorine and silicon, and a gas composed of an organic substance and silicon is used. For example, a chemical reaction is caused in the gas phase by maintaining the transition metal source gas and the silicon source gas at a temperature of 50 ° C. or more and 420 ° C. or less. For example, a chemical reaction is caused in the gas phase by using light in a wavelength range that absorbs only the transition metal source gas and does not absorb the silicon source gas.
The present invention relates to an apparatus for producing a transition metal silicide film, which is a production apparatus for producing a transition metal silicide film by chemical vapor deposition by supplying a source gas of transition metal and a source gas of silicon, wherein A heating mechanism is provided to maintain the temperatures of the source gas and the source gas of silicon at 50 ° C. or more and 420 ° C. or less. The present invention also relates to a manufacturing apparatus for a transition metal silicide film, which is a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film by chemical vapor deposition by supplying a raw material gas of a transition metal and a raw material gas of silicon. It is characterized by comprising an irradiation mechanism of light in a wavelength range in which only the metal source gas absorbs and the silicon source gas does not absorb.

本発明では、原料ガスを気相中で化学反応させて前駆体を作製し、該前駆体を基板上に堆積する手法を用いるので、原料ガスの温度や圧力や流量を調整することで、例えば、成膜速度を約0.1nm/minまで遅くすることで、膜厚を数原子層の厚さで制御でき、また、シリコン/遷移金属の組成比を約0.1きざみの精細さで制御できる。   In the present invention, the source gas is chemically reacted in the gas phase to produce a precursor, and the precursor is deposited on the substrate. Thus, for example, the temperature, pressure and flow rate of the source gas are adjusted. The film thickness can be controlled by the thickness of several atomic layers by decreasing the deposition rate to about 0.1 nm / min, and the composition ratio of silicon / transition metal can be controlled with a resolution of about 0.1 step. it can.

本発明の製造方法は、従来のレーザーアブレーション法やイオントラップ法の製造方法に比べ、基板への損傷を低減し、基板の大面積化や複数枚の基板の同時処理に向いており、膜厚の制御性と均一性、段差構造に対する被覆性等に優れているので、微細化や集積化や大面積化が重要なLSIやディスプレイの工業的製造に有利である。   The manufacturing method of the present invention reduces damage to the substrate and is suitable for increasing the area of the substrate and simultaneous processing of a plurality of substrates, as compared with the conventional laser ablation method or ion trap method. Controllability and uniformity, and coverage with a step structure, etc., it is advantageous for industrial manufacture of LSIs and displays in which miniaturization, integration and enlargement are important.

本発明によれば、シリコン/遷移金属の組成比が3より大きく、16以下の範囲の遷移金属シリサイド膜であるので、光学ギャップが0.1eV以上で1.5eV以下、キャリア移動度が例えば10以上の特性が可能であり、遷移金属シリサイド膜を用いたトランジスタや電極積層構造等において、電気的特性が向上する。また、組成比と光学ギャップやキャリア移動度が相関関係を示すので、用途に応じた所望の特性の膜を実現することが容易である。   According to the present invention, since the composition ratio of silicon / transition metal is a transition metal silicide film having a ratio of more than 3 and 16 or less, the optical gap is 0.1 eV or more and 1.5 eV or less, and the carrier mobility is 10, for example. The above characteristics are possible, and electrical characteristics are improved in a transistor using a transition metal silicide film, an electrode stack structure, and the like. In addition, since the composition ratio and the optical gap and the carrier mobility show a correlation, it is easy to realize a film having desired characteristics according to the application.

第1の実施の形態におけるSiH4とWF6の反応過程を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a reaction process of SiH 4 and WF 6 in the first embodiment. 第1の実施の形態におけるn(Si/W組成比)=12の前駆体WSinとSiH4の反応過程を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a reaction process of the 1 n in the embodiment of (Si / W composition ratio) = 12 precursor WSi n and SiH 4 in. 第1の実施の形態における、前駆体WSi12を凝集させてタングステンシリサイド膜(WSin膜、Si/W組成比n=12)を基板上に作製する過程を示した模式図である。FIG. 13 is a schematic view showing a process of producing a tungsten silicide film (WSi n film, Si / W composition ratio n = 12) on the substrate by aggregating the precursor WSi 12 in the first embodiment. 第1の実施の形態における、基板と堆積される膜との関係を説明する図である。(a)は、石英ガラス基板13に前駆体WSinを堆積させた場合で、(b)は、Si基板上に前駆体WSinを堆積させた場合である。It is a figure explaining the relationship between a substrate and the film deposited in a 1st embodiment. (A) shows the case where the precursor WSi n is deposited on the quartz glass substrate 13, and (b) shows the case where the precursor WSi n is deposited on the Si substrate. 第1の実施の形態における、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the manufacturing apparatus for producing a transition metal silicide film | membrane in 1st Embodiment. 図5の製造装置における、ガス導入口側から見た成膜室の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the film-forming chamber seen from the gas introduction port side in the manufacturing apparatus of FIG. 第1の実施の形態における、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic view showing another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film in the first embodiment. 第1の実施の形態における、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic view showing another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film in the first embodiment. 第1の実施の形態における、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic view showing another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film in the first embodiment. 第1の実施の形態における、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic view showing another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film in the first embodiment. 第1の実施の形態におけるWSin膜のSi/Wの組成比nとSiH4ガス圧力の関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the composition ratio n and SiH 4 gas pressure Si / W of WSi n film in the first embodiment. 第1の実施の形態におけるWSin膜のSi/Wの組成比nとヒーター温度の関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between Si / W composition ratio n and heater temperature of WSi n film in the first embodiment. 第1の実施の形態におけるWSin膜のSi/Wの組成比nと光学ギャップの関係を示した図である。Is a graph showing the relationship between the composition ratio n and the optical gap of the Si / W of WSi n film in the first embodiment. 第1の実施の形態におけるWSin膜の、光学ギャップと電子移動度を示した図である。Of WSi n film in the first embodiment, a view showing the optical gap and the electron mobility. 第2の実施の形態におけるN−MOSトランジスタの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the N-MOS transistor in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における、電極構造に組成傾斜のWSin膜を用いた場合を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the case where the WSi n film | membrane of composition inclination is used for an electrode structure in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における、ソース/ドレイン構造を持つ無接合型トランジスタの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the non-junction type transistor which has a source / drain structure in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における、立体型トランジスタのソース/ドレイン領域を示す要部の鳥瞰図である。It is a bird's-eye view of the principal part which shows a source / drain field of a solid type transistor in a 2nd embodiment. 第2の実施の形態における、ナノワイヤー型トランジスタのソース/ドレイン領域を示す要部の鳥瞰図である。It is a bird's-eye view of the principal part which shows the source / drain region of a nanowire type transistor in a 2nd embodiment. 第3の実施の形態における、WSin膜のチャネル層から構成される薄膜トランジスタの断面模式図である。In the third embodiment, a cross-sectional schematic view of a thin film transistor composed of the channel layer of WSi n film. 第3の実施の形態における、WSin膜のチャネル層から構成される薄膜トランジスタの断面模式図である。In the third embodiment, a cross-sectional schematic view of a thin film transistor composed of the channel layer of WSi n film.

本発明の実施の形態について以下説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明者らは、原料ガスを基板表面で化学反応させるのではなく、原料ガスを気相中で化学反応させることによって、より具体的にいえば、シリコン/遷移金属の組成比が3を超える前駆体を気相中で作製し、該前駆体を基板上へ堆積させることによって、シリコン/遷移金属の組成比が3を超える遷移金属シリサイド膜を作製できることを実現したものである。   The present inventors chemically react the source gas in the gas phase rather than chemically react the source gas on the substrate surface, more specifically, the composition ratio of silicon / transition metal exceeds 3 By realizing the precursor in the vapor phase and depositing the precursor on the substrate, it is realized that a transition metal silicide film in which the composition ratio of silicon / transition metal exceeds 3 can be produced.

本発明の実施の形態は、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の遷移金属シリサイド膜に関し、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを気相中で化学反応させて前駆体を作製し、該前駆体を基板に堆積させることで作製した遷移金属シリサイド膜に関する。本発明の遷移金属シリサイド膜を、MSin膜(但し、M:遷移金属、Si:シリコン、3<n≦16)と記す。 The embodiment of the present invention relates to a transition metal silicide film having a silicon / transition metal composition ratio of more than 3 and 16 or less, wherein a precursor gas of a transition metal and a precursor gas of silicon are chemically reacted in the gas phase. And a transition metal silicide film produced by depositing the precursor on a substrate. The transition metal silicide film of the present invention, MSi n film (where, M: a transition metal, Si: silicon, 3 <n ≦ 16) referred to.

本発明の実施の形態のMSin膜は、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスの気相中の化学反応により前駆体を作製して、該前駆体を基板に堆積することで作製するので、遷移金属の原料ガス及びシリコンの原料ガスを構成する、フッ素、塩素、有機物及び水素のうちの、少なくともいずれかが未反応成分として膜中に不可避的に含まれている。これらの未反応成分は、昇温脱離分析や光電子分光分析等で検出することができる。 MSi n film of the embodiment of the present invention is to prepare a precursor by a chemical reaction in the gas phase of the raw material gas of the material gas and the silicon of the transition metal, since the precursor is prepared by depositing on the substrate At least one of fluorine, chlorine, an organic substance, and hydrogen, which constitutes a raw material gas of transition metal and a raw material gas of silicon, is unavoidably contained in the film as an unreacted component. These unreacted components can be detected by temperature programmed desorption analysis, photoelectron spectroscopy analysis or the like.

本発明の実施の形態のMSin膜では、光学ギャップが0.1eV以上で1.5eV以下である。半導体装置として使用するためには、光学ギャップは0eVより大でエネルギーギャップが開いていることが好ましい。
後述するように、Mがタングステン(W)でnが3より大14以下のMSin膜(WSin膜)の場合、0.1eVより大で1.5eV以下であった。この光学ギャップの値は、WSin膜の構成要素となる前駆体がエネルギーギャップを保持していることに起因する。例えば前駆体がW原子を内包したSi12クラスターの時に、該前駆体は1.3eV以上1.7eV以下のエネルギーギャップを保持している。WSin膜は、前駆体のエネルギーギャップを反映させることで、エネルギーギャップを形成する。また、前駆体同士がランダムに結合することで、シリコンのアモルファスネットワーク構造を形成し、WSin膜のエネルギーギャップの裾に状態を形成する。また、光学ギャップは、Si/Wの組成比nと正の相関を持っている。Si/Wの組成比nが増大すると、水素化アモルファスシリコン膜の光学ギャップ(約1.5eV以上で約2.0eV以下)に近くなる。
また、W以外の遷移金属Mとして、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウムを用いた本発明の実施の形態のMSin膜においても、光学ギャップが0.1eV以上で1.5eV以下であり、Si/M組成比nと正の相関があることが類推できる。これは、各々のMとSiから構成される前駆体が、WとSiから構成される前駆体と同様に、固有のエネルギーギャップを持っていることに起因する。
The MSi n film embodiment of the present invention, the optical gap is 1.5eV or less than 0.1 eV. For use as a semiconductor device, the optical gap is preferably larger than 0 eV and the energy gap is open.
As described below, M is a case of tungsten (W) n is 3 than the large 14 following MSi n film (WSi n film) was 1.5eV or less larger than 0.1 eV. The value of the optical gap is due to the fact that the precursor which is a component of WSi n film holds the energy gap. For example, when the precursor is a Si 12 cluster containing W atoms, the precursor holds an energy gap of 1.3 eV or more and 1.7 eV or less. WSi n film, by reflecting the energy gap of the precursor, to form an energy gap. Also, by randomly bonding the precursors, an amorphous network structure of silicon is formed, and a state is formed at the bottom of the energy gap of the WSi n film. Also, the optical gap has a positive correlation with the composition ratio n of Si / W. As the composition ratio n of Si / W increases, the optical gap (approximately 1.5 eV or more and approximately 2.0 eV or less) of the hydrogenated amorphous silicon film approaches.
Also, the present invention is implemented using titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, hafnium, tantalum, rhenium, osmium, iridium as the transition metal M other than W. also in the embodiment MSi n film is a optical gap is 1.5eV or less than 0.1 eV, can be inferred that there is a positive correlation with Si / M composition ratio n. This is due to the fact that each of the precursors composed of M and Si has an inherent energy gap, similar to the precursor composed of W and Si.

本発明の実施の形態のWSin膜では、キャリア移動度が0cm2/Vs以上17cm2/Vs以下である。W以外のMとして、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウムを用いた本発明の実施の形態のMSin膜においても、WSi膜と同様に、キャリア移動度が0cm2/Vsより大で17cm2/Vs以下程度のキャリア移動度を保持することが類推できる。これは、MSin膜の構成要素が前記前駆体で構成されていることに起因する。前駆体が膜中でSiクラスター構造を維持していると、電子構造が局所的に揃い、キャリアの散乱が抑えられ、キャリア移動度が向上する。また、キャリア移動度は、Si/Mの組成比nと相関がある。これは、Si/Mの組成比nが増大することで、膜中のSiクラスター構造の電子構造が局所的に揃い、キャリアの散乱が抑えられることに起因する。 In the WSi n film according to the embodiment of the present invention, the carrier mobility is 0 cm 2 / Vs or more and 17 cm 2 / Vs or less. MSi of the embodiment of the present invention using titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, hafnium, tantalum, rhenium, osmium, iridium as M other than W Similarly to the WSi n film, it is possible to analogize that the n film also has a carrier mobility of about 17 cm 2 / Vs or more, which is greater than 0 cm 2 / Vs. This is due to the fact that the components of the MSi n film is composed of the precursor. When the precursor maintains the Si cluster structure in the film, the electronic structure is locally aligned, carrier scattering is suppressed, and carrier mobility is improved. The carrier mobility is also correlated with the composition ratio n of Si / M. This is because the electronic structure of the Si cluster structure in the film is locally aligned and carrier scattering is suppressed by the increase of the composition ratio n of Si / M.

本発明の実施の形態のMSin膜を構成する遷移金属Mは、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウムのいずれか、あるいは、2つ以上の組み合わせである。
MとSiの原料ガスを気相中で化学反応させて前駆体を作製し、該前駆体を基板に堆積することで、MSin膜を作製する。該前駆体がM原子を内包したSinクラスターである場合には、Mの原子番号ZとSi/M組成比nの和(Z+n)が86になると、M原子を内包したSinクラスターの電子状態が閉殻構造となり、安定組成となる。例えば、Z=77のイリジウムの場合、Si/イリジウムの組成比の最大値nは9(=86−77)となり、Z=72のハフニウムの場合、Si/ハフニウムの組成比の最大値nは14(=86−72)となり、Z=74のWの場合、Si/Wの組成比の最大値nは12(86−74)となる。よって、W原子を内包したSinクラスターの前駆体から作製したWSin膜のSi/W組成比nは12以下であることが好ましい。しかし、下記の実施の形態からも分かるように、WSin膜の作製中において、膜中にSiH4等のシリコン系原料ガスが取り込まれることで、WSin膜のSi/W組成比がプラス2程度のずれを生じる場合がある。これを利用して、目的とする組成比よりも小さい前駆体を気相中で作製し、これを堆積した後に、SiH4ガスとの反応で組成比を増加させる方法も有効である。なお、MSin膜を構成するMとSiが、膜中でM原子を内包したSinクラスター構造を維持している必要はなく、nが3より大で16以下の数値範囲である膜であれば有用である。
Transition metal M constituting the MSi n film of the embodiment of the present invention, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, Osmium, iridium, or a combination of two or more.
The raw material gas of M and Si by chemical reaction in the gas phase to prepare a precursor, to deposit the precursor to the substrate to produce a MSi n film. When the precursor is a Si n cluster containing M atoms, when the sum (Z + n) of the atomic number Z of M and the Si / M composition ratio n becomes 86, the electrons of the Si n cluster containing M atoms The state is a closed shell structure and has a stable composition. For example, in the case of iridium of Z = 77, the maximum value n of the composition ratio of Si / iridium is 9 (= 86−77), and in the case of hafnium of Z = 72, the maximum value n of composition ratio of Si / hafnium is 14 In the case of W of Z = 74, the maximum value n of the composition ratio of Si / W is 12 (86-74). Therefore, the Si / W composition ratio n of the WSi n film produced from the precursor of the Si n cluster containing W atoms is preferably 12 or less. However, as can be seen from the following embodiments, during production of WSi n film, that silicon source gas such as SiH 4 is taken into the film, Si / W composition ratio of WSi n film plus 2 There may be a degree of deviation. It is also effective to use this to make a precursor smaller than the target composition ratio in the gas phase, deposit it, and then increase the composition ratio by reaction with SiH 4 gas. Incidentally, M and Si constituting the MSi n film is not required to maintain a Si n cluster structure containing therein the M atoms in the film, n is a film which is a numerical range of 16 or less larger than 3 there Would be useful.

本発明の実施の形態のMSin膜は、薄膜の電気特性に応じて半導体装置における様々な層に適用できる。
例えば、本発明の実施の形態のMSin膜を、半導体基板と金属電極の接触界面に挿入して、半導体基板、MSin膜、金属電極の順で積層された積層構造となすことにより、半導体基板、金属電極の順で積層された積層構造よりも、積層界面の接触抵抗を減少させ、金属電極と半導体基板の間で流れる電気の伝導率を向上させることが可能である。トランジスタのソース及びドレインの少なくともいずれかに該積層構造を備えるようにするとよい。
例えば、MSin膜を、チャネル領域として配置構成したトランジスタとすると、従来の水素化アモルファスシリコン膜をチャネル領域として配置構成したトランジスタよりも、駆動電流が向上する。
MSi n film embodiment of the present invention is applicable to various layers of a semiconductor device according to the electric characteristics of the thin film.
For example, the MSi n film embodiment of the present invention, by inserting the contact interface between the semiconductor substrate and the metal electrode, a semiconductor substrate, MSi n film, by forming a laminated structure are laminated in this order of the metal electrode, a semiconductor The contact resistance at the laminated interface can be reduced and the conductivity of electricity flowing between the metal electrode and the semiconductor substrate can be improved as compared with the laminated structure in which the substrate and the metal electrode are laminated in this order. The stacked structure may be provided in at least one of the source and the drain of the transistor.
For example, assuming that the MSin film is arranged and configured as a channel region, the drive current is improved more than a transistor arranged and configured as a conventional hydrogenated amorphous silicon film as a channel region.

本発明の実施の形態のMSin膜を製造するために、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、遷移金属とシリコンの原料ガスを気相中で化学反応させて前駆体を作製し、基板上や金属電極下に該前駆体を堆積して、MSin膜を作製する。製造方法及び該製造方法を実施するための製造装置は、例えば次のような構成である。 To produce the MSi n film embodiment of the present invention, by supplying the source gas and silicon source gas transition metals, the raw material gas by a chemical reaction in the gas phase precursor of a transition metal and silicon prepared, by depositing the precursor under the substrate and a metal electrode, to produce a MSi n film. The manufacturing method and the manufacturing apparatus for carrying out the manufacturing method have, for example, the following configurations.

本発明の実施の形態では、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、気相中で化学反応させることで前駆体を作製し、基板上に該前駆体を堆積することによりSi/Mの組成比が3より大で16以下のMSin膜を作製する。この時、MSin膜のSi組成比は、前駆体のSi組成比と同一である必要は無い。例えば、前駆体の堆積後にSi原料ガスから膜表面にSiが付加される反応により、膜の組成比を前駆体よりも増加させることもできる。しかし、表面反応が生じない条件で堆積した方が、膜組成比の制御性が高い。 In the embodiment of the present invention, a precursor of a transition metal source gas and a source gas of silicon are supplied to cause a chemical reaction in a gas phase to produce a precursor, and the precursor is deposited on a substrate to form Si. / composition ratio of M to produce the 16 following MSi n film greater than 3. At this time, Si composition ratio of the MSi n film, need not be identical to the Si composition ratio of the precursors. For example, the composition ratio of the film can be increased more than that of the precursor by a reaction in which Si is added to the film surface from the Si source gas after deposition of the precursor. However, the controllability of the film composition ratio is higher when the deposition is performed under conditions where no surface reaction occurs.

遷移金属の原料ガスとして、フッ素と遷移金属から構成されるガス、塩素と遷移金属から構成されるガス、及び有機物と遷移金属から構成されるガス、のうちの少なくともいずれかのガスを用いることが好ましい。また、シリコンの原料ガスとして、水素とシリコンから構成されるシランガス、ジシランガス、トリシランガス、及び高次シランガス、塩素とシリコンから構成されるガス、並びに有機物とシリコンから構成されるガス、のうちの少なくともいずれかのガスを用いることが好ましい。   Using at least one of a gas composed of fluorine and a transition metal, a gas composed of chlorine and a transition metal, and a gas composed of an organic substance and a transition metal as a source gas of the transition metal preferable. In addition, as source gases for silicon, at least one of a silane gas composed of hydrogen and silicon, a disilane gas, a trisilane gas, a higher order silane gas, a gas composed of chlorine and silicon, and a gas composed of an organic substance and silicon It is preferable to use any gas.

MSin膜のSi/M組成比nの制御を行うために、シリコン原料ガスの圧力を、成膜室内で、0.1以上で2000Pa以下の範囲内で制御することが好ましい。シリコン原料ガスと遷移金属原料ガスを気相中で衝突させることで化学反応を起こし、MSin膜の前駆体を形成し、該前駆体とシリコン原料ガスとが衝突を繰り返すことで、該前駆体のSi/M組成比が増大する。シリコン原料ガスの圧力を増大させると、シリコン原料ガスと前駆体との衝突回数が増大し、シリコン原料ガスと前駆体が化学反応を起こす機会が増えるために、前駆体のSi/M組成比が増大する。よって、シリコン原料ガスの圧力とMSin膜のSi/M組成比nには正の相関がある。一方、シリコン原料ガスの圧力が或る値を超えた範囲において、シリコン原料ガスの圧力を増大させても、MSin膜のSi/M組成比nは一定の値となる。この理由として、第一に反応エネルギーが不足している場合と、第二に前駆体が気相中で安定組成に達した場合とがある。
第一の理由は以下の通りである。前駆体とシリコン原料ガスを化学反応させるためには反応エネルギーが必要であり、ガス温度が反応エネルギーに満たない場合には、シリコン原料ガスと前駆体が衝突を繰り返しても化学反応が起きない。つまり、ガス温度が低い状況下でガス圧力を増大させても、前駆体のSi/M組成比が増大しない。
第二の理由は以下の通りである。Mの原子番号がZの時、前駆体のSi/M組成比が86−Zの値に達すると、気相安定性が高くなり、前駆体とシリコン原料ガスが衝突を繰り返しても、反応が進まなくなる。よって、Si/M組成比が86−Zの値に達した前駆体においては、シリコン原料ガスの圧力や温度を増大させても、前駆体のSi/M組成比は86−Zの値を越えて増大しない。
第一及び第二の理由からわかるように、MSin膜の組成を高精度に制御するためには、ガス圧力とガス温度を制御することが好ましい。
In order to control the Si / M composition ratio n of MSi n film, the pressure of the silicon source gas, in the deposition chamber is preferably controlled within a range of 2000Pa at least 0.1. The silicon source gas and a transition metal source gas undergoes a chemical reaction by colliding with the gas phase to form a precursor of a MSi n film, that the precursor and the silicon source gas repeatedly collide, precursor The Si / M composition ratio is increased. When the pressure of the silicon source gas is increased, the number of collisions between the silicon source gas and the precursor is increased, and the chance of the chemical reaction between the silicon source gas and the precursor is increased, so the Si / M composition ratio of the precursor is Increase. Therefore, the Si / M composition ratio n of the pressure and the MSi n film of a silicon material gas have a positive correlation. On the other hand, to the extent that the pressure of the silicon source gas exceeds a certain value, also increases the pressure of the silicon source gas, Si / M composition ratio n of MSi n film becomes a constant value. There are two reasons for this: first, the reaction energy is insufficient, and second, the precursor reaches a stable composition in the gas phase.
The first reason is as follows. In order to cause a chemical reaction between the precursor and the silicon source gas, reaction energy is required. When the gas temperature is lower than the reaction energy, no chemical reaction occurs even if the silicon source gas and the precursor repeatedly collide. That is, even if the gas pressure is increased under a low gas temperature, the Si / M composition ratio of the precursor does not increase.
The second reason is as follows. When the atomic number of M is Z, when the Si / M composition ratio of the precursor reaches the value of 86-Z, the gas phase stability becomes high, and even if the precursor and silicon source gas repeatedly collide, the reaction I can not proceed. Therefore, in the precursor in which the Si / M composition ratio reaches the value of 86-Z, the Si / M composition ratio of the precursor exceeds the value of 86-Z even if the pressure and temperature of the silicon source gas are increased. Not increase.
As can be seen from the first and second reasons, in order to control the composition of MSi n film with high accuracy, it is preferable to control the gas pressure and gas temperature.

MSin膜のSi/M組成比nを高精度に制御するためには、シリコン原料ガスを導入した後に、遷移金属原料ガスを導入する方法が好ましい。例えば、WSi12膜の作製を目的とする場合には、気相中で作製する前駆体のSi/W組成比を12にする必要がある。成膜室内をSi原料ガスで充分に満たした後に、W原料ガスを導入することで、W原料ガスとSi原料ガス、及び前駆体とSi原料ガスを気相中で効率よく衝突させて、化学反応を起こすことができる。一方、Si原料ガスとW原料ガスを同時に導入すると、成膜室内にはSi原料ガスが充分に満たされておらず、W原料ガスとSi原料ガス、及び前駆体とSi原料ガスの衝突又は化学反応する機会が減少し、前駆体はSi/W組成比が12に達する前に基板上に到達してしまう。あるいは、Si/W組成比が12未満の前駆体同士が気相中で結合してしまい、気相中でSi/W組成比が12を満たす前駆体を作製できなくなる。 The Si / M composition ratio n of MSi n film to control with high precision, after introducing the silicon source gas, a method of introducing a transition metal raw material gas is preferred. For example, in order to produce a WSi 12 film, it is necessary to set the Si / W composition ratio of the precursor produced in the gas phase to 12. After the film forming chamber is sufficiently filled with the Si source gas, the W source gas is introduced to efficiently collide the W source gas with the Si source gas and the precursor with the Si source gas in the gas phase, It can cause a reaction. On the other hand, when the Si source gas and the W source gas are simultaneously introduced, the film forming chamber is not sufficiently filled with the Si source gas, and the collision or chemistry of the W source gas and the Si source gas, and the precursor and the Si source gas The chance of reaction is reduced and the precursor reaches the substrate before the Si / W composition ratio reaches 12. Alternatively, precursors having a Si / W composition ratio of less than 12 are bonded in the gas phase, and a precursor satisfying the Si / W composition ratio of 12 in the gas phase can not be produced.

MSin膜のSi/M組成比nを高精度に制御するためには、シリコン/遷移金属の原料ガスの質量流量比が、0.1以上で10000以下の範囲内であることが好ましい。例えば、Si原料ガスを導入して所望のガス圧力に達した後に、シリコン/遷移金属の原料ガスの質量流量比が低い条件で、遷移金属の原料ガスを導入すると、時間の経過に伴い、成膜室内におけるシリコンと遷移金属の原料ガスの分圧が変化してしまい、前駆体の組成制御が困難となる。シリコン/遷移金属の原料ガスの質量流量比を高くすることで、シリコンと遷移金属の原料ガスの分圧を安定化することができる。 The MSi n film of Si / M composition ratio n to control with high accuracy, the mass flow ratio of the source gas of the silicon / transition metal, is preferably in the range of 10,000 or less 0.1 or more. For example, after the Si source gas is introduced and the desired gas pressure is reached, the source gas of the transition metal is introduced under the condition that the mass flow ratio of the source gas of silicon / transition metal is low. The partial pressure of the raw material gas of silicon and transition metal in the film chamber changes, which makes it difficult to control the composition of the precursor. By increasing the mass flow ratio of the silicon / transition metal source gas, the partial pressure of the silicon and transition metal source gas can be stabilized.

本発明の実施の形態では、気相中で化学反応により生じた前駆体が、基板に堆積される。   In the embodiments of the present invention, precursors generated by chemical reaction in the gas phase are deposited on a substrate.

本発明の実施の形態では、製造装置は、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを導入する配管と、前記遷移金属の原料ガスと前記シリコンの原料ガスのうちの少なくともいずれかの流量を制御する機構と、前記遷移金属の原料ガスと前記シリコンの原料ガスが反応する成膜室と、前記遷移金属の原料ガスと前記シリコンの原料ガスの圧力を制御するガス圧制御機構と、未反応の前記遷移金属の原料ガスと前記シリコンの原料ガスを排気する排気機構とを、備えることが好ましく、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、気相中で化学反応により生じた前駆体を基板に堆積して、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の遷移金属シリサイド膜を作製する。   In an embodiment of the present invention, the manufacturing apparatus controls a flow rate of at least one of a pipe for introducing a source gas of transition metal and a source gas of silicon, and a source gas of the transition metal and a source gas of silicon. Mechanism, a deposition chamber where the source gas of the transition metal and the source gas of the silicon react, a gas pressure control mechanism for controlling the pressure of the source gas of the transition metal and the source gas of the silicon, and unreacted Preferably, the transition metal source gas and the exhaust mechanism for exhausting the silicon source gas are provided, and the transition metal source gas and the silicon source gas are supplied, and a precursor generated by a chemical reaction in a gas phase The body is deposited on a substrate to make a transition metal silicide film with a silicon / transition metal composition ratio greater than 3 and less than or equal to 16.

本発明の実施の形態では、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを反応させるエネルギーを与えることが好ましい。ガスの温度を上げる方法、又は、ガスに光を照射する方法、あるいは両方を用いることできる。理由は、熱や光を用いることで、選択的なエネルギーを利用できるためである。   In the embodiment of the present invention, it is preferable to provide energy to react the source gas of transition metal and the source gas of silicon. A method of raising the temperature of the gas, or a method of irradiating the gas with light, or both can be used. The reason is that selective energy can be used by using heat or light.

例えば、ガス温度を420℃以上にすると、シリコンの原料ガス同士が反応してしまい、アモルファスシリコン膜が形成されてしまう。一方、ガス温度を50℃以下にすると、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスは反応せずに前駆体が形成されない。シリコンの原料ガス同士の反応を防ぎ、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスのみ、あるいは前駆体とシリコンの原料ガスのみを反応させるためには、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスが反応する温度以上であり、シリコンの原料ガス同士が反応する温度未満の選択的な温度範囲にガス温度を設定すればよい。   For example, when the gas temperature is set to 420 ° C. or more, the source gases of silicon react with each other to form an amorphous silicon film. On the other hand, when the gas temperature is 50 ° C. or lower, the transition metal source gas and the silicon source gas do not react with each other, and a precursor is not formed. In order to prevent the reaction between the silicon source gases and to react only the transition metal source gas and the silicon source gas or the precursor and the silicon source gas, the transition metal source gas and the silicon source gas are reacted. The gas temperature may be set in a selective temperature range which is higher than the temperature at which the source gases of silicon react with each other.

例えば、光を用いる場合、シリコンの原料ガスは吸収せずに、遷移金属の原料ガスのみが吸収する波長領域の光を用いることが好ましい。シリコンの原料ガスが光を吸収すると、シリコンの原料ガス同士が化学反応を起こしてしまい、アモルファスシリコン膜が形成されてしまうためである。   For example, in the case of using light, it is preferable to use light in a wavelength range where only the source gas of the transition metal absorbs, without absorbing the source gas of silicon. When the source gas of silicon absorbs light, the source gases of silicon cause a chemical reaction to form an amorphous silicon film.

本発明の実施の形態として、製造装置は、気相中で遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスが反応するためのエネルギー源となる加熱機構あるいは光照射機構を備えることが好ましい。シリコンの原料ガスとしてSiH4を用いる場合、遷移金属の原料ガスとSiH4ガスを、50℃以上420℃以下の温度にすることが好ましい。50℃以下であると、遷移金属の原料ガスとSiH4ガスが反応しなくなり、420℃を超えるとSiH4ガス同士が反応するためである。
成膜室の外壁、内壁、成膜室内の堆積基板、堆積基板の支持機構、のいずれか1以上に加熱機構を設置することが好ましい。原料ガスを加熱するために、特に、成膜室の内壁、あるいは外壁に加熱機構を取り付けた構造とすることが好ましい。原料ガスを加熱するために、ガス導入配管の内壁、あるいは外壁に加熱機構を取り付けた構造とすることが好ましい。原料ガスを加熱するために、堆積基板に加熱機構を取り付けた構造とすることが好ましく、基板表面での反応促進よりも、基板近傍の気相における反応促進の効果がある。
遷移金属の原料ガスのみが光を吸収し、シリコンの原料ガスが光を吸収しない波長領域100nm以上300nm以下を利用することが好ましい。この波長領域の光源として、半導体レーザー、エキシマレーザー、エキシマランプ、及び、重水素ランプを製造装置に設置するとよい。
シリコンの原料ガスが光励起されることを防ぐために、短波長カットフィルターを、光源と成膜室の間に設置した構造としてもよい。あるいは、短波長カットフィルターの役割を持つ光導入透明窓を設置した構造としてもよい。
例えば、光が、遷移金属とシリコンの原料ガスに当たるように製造装置を構成し、光が原料ガスに当たる場所は、堆積基板の直上、ガス導入口から堆積基板までの間、ガス導入口、ガス導入経路内、のいずれか1以上とすることができる。
As an embodiment of the present invention, the manufacturing apparatus preferably includes a heating mechanism or a light irradiation mechanism as an energy source for reacting the source gas of transition metal and the source gas of silicon in the gas phase. When SiH 4 is used as the source gas of silicon, it is preferable to set the source gas of the transition metal and the SiH 4 gas to a temperature of 50 ° C. or more and 420 ° C. or less. When the temperature is 50 ° C. or less, the source gas of the transition metal and the SiH 4 gas do not react, and when the temperature exceeds 420 ° C., the SiH 4 gases react with each other.
Preferably, the heating mechanism is provided on at least one of the outer wall and the inner wall of the deposition chamber, the deposition substrate in the deposition chamber, and the support mechanism for the deposition substrate. In order to heat the source gas, in particular, a structure in which a heating mechanism is attached to the inner wall or the outer wall of the film forming chamber is preferable. In order to heat source gas, it is preferable to set it as the structure which attached the heating mechanism to the inner wall or outer wall of gas introduction piping. In order to heat the source gas, it is preferable to have a structure in which a heating mechanism is attached to the deposition substrate, and the reaction promotion in the gas phase near the substrate is more effective than reaction promotion on the substrate surface.
It is preferable to utilize a wavelength range of 100 nm to 300 nm in which only the transition metal source gas absorbs light and the silicon source gas does not absorb light. A semiconductor laser, an excimer laser, an excimer lamp, and a deuterium lamp may be installed in the manufacturing apparatus as a light source in this wavelength range.
In order to prevent light excitation of the silicon source gas, a short wavelength cut filter may be provided between the light source and the film forming chamber. Alternatively, a light introducing transparent window having a role of a short wavelength cut filter may be provided.
For example, the manufacturing apparatus is configured such that light strikes the source gases of transition metals and silicon, and the place where the light strikes the source gases is directly above the deposition substrate, between the gas inlet and the deposition substrate, gas inlet, gas introduction It can be any one or more in the path.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態の遷移金属シリサイド膜について、図を参照して以下説明する。なお、遷移金属シリサイド膜の遷移金属がタングステンWの場合を代表例として説明する。
First Embodiment
The transition metal silicide film of the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The case where the transition metal of the transition metal silicide film is tungsten W will be described as a representative example.

図1は、SiH4とWF6の反応過程を示した模式図である。左上に示すように、最初に、気相中でSiH4とWF6が衝突すること(左上矢印)で、SiH4とWF6が反応し、n=1の前駆体WSinが形成される。次に、順次矢印で示すように、前駆体WSinは、SiH4と衝突を繰り返すことで、Siリッチ化、つまりn値の増大化が進む。ここで、SiH4及びWF6は室温下では安定性が高く、反応性が乏しいために、単なる分子同士の衝突のみでは、反応が進まない。そこで、衝突の際に、熱や光といったエネルギーによる援助を与えることにより、反応を促進させることができる。あるいは、衝突前に予め、SiH4やWF6にエネルギーを与えることにより、反応を促進させることができる。しかし、ここで非選択的にエネルギーを与えてしまうとSiH4同士が衝突した際に反応してしまい、アモルファスSi膜が形成されてしまう。これを防ぐために選択的にエネルギーを与えることにより、SiH4とWF6のみ、あるいは前駆体WSinとSiH4のみの反応を起こすことができる。 FIG. 1 is a schematic view showing a reaction process of SiH 4 and WF 6 . As shown in the upper left, first, when SiH 4 and WF 6 collide in the gas phase (upper left arrow), SiH 4 and WF 6 react to form n = 1 precursor WSi n . Next, as indicated by the arrows in sequence, the precursor WSi n repeatedly collides with SiH 4 to promote Si enrichment, that is, increase in n value. Here, SiH 4 and WF 6 have high stability at room temperature, and the reactivity is poor, so that the reaction does not proceed with mere collision of molecules alone. Therefore, in the event of a collision, the reaction can be promoted by providing energy assistance such as heat and light. Alternatively, the reaction can be promoted by applying energy to SiH 4 or WF 6 before collision. However, if energy is applied nonselectively here, SiH 4 reacts with each other when it collides, and an amorphous Si film is formed. By selectively applying energy to prevent this, it is possible to cause a reaction of only SiH 4 and WF 6 or only of a precursor WSi n and SiH 4 .

図2は、n=12の前駆体WSinとSiH4の反応過程を示した模式図である。前駆体WSinは、n=12になると気相安定性が高くなり、SiH4と衝突を繰り返してもそれ以上反応が進まない。なお、図では、前駆体WSi121を、Siが1つ見えない状態で図示している。これらの反応過程の詳細に関しては、非特許文献1や2が参考文献として挙げられる。 FIG. 2 is a schematic view showing the reaction process of n = 12 precursors WSi n and SiH 4 . The precursor WSi n has high gas phase stability when n = 12, and the reaction does not proceed further even if it repeatedly collides with SiH 4 . In the figure, the precursor WSi 12 1, Si is shown in a state invisible one. For details of these reaction processes, Non-Patent Documents 1 and 2 can be cited as references.

遷移金属MがW以外の場合の前駆体MSinの安定組成は、前駆体HfSinでn=14、前駆体TaSinでn=13、前駆体MoSinでn=12、前駆体ReSinでn=11、前駆体IrSinでn=9となる。これらの前駆体を気相中で作製する際には、前駆体WSinと同様に、遷移金属原料となるガスソースを用いる。例えば、Moの原料ガスとしてMoCl6、Taの原料ガスとしてTaCl5、Hfの原料ガスとしてHfCl4の塩素系ガスを用いる。フッ素と塩素は電気陰性度が近いため、これらの遷移金属ガスソースとSiH4との反応過程は、WF6とSiH4の反応過程に類似している。 The stable composition of the precursor MSi n when the transition metal M is other than W, precursors HfSi n at n = 14, the precursor TaSi n at n = 13, n = 12 in the precursor MoSi n, the precursor Resi n n = 11 and n = 9 for the precursor IrSi n . When these precursors are produced in the gas phase, a gas source serving as a transition metal source is used as in the precursor WSi n . For example, a chlorine-based gas of MoCl 6 as a Mo source gas, TaCl 5 as a Ta source gas, and HfCl 4 as a Hf source gas is used. Since fluorine and chlorine have close electronegativity, the reaction process between these transition metal gas sources and SiH 4 is similar to the reaction process of WF 6 and SiH 4 .

図3は、前駆体WSi12を凝集させて、シリコンリッチなタングステンシリサイド膜(WSin膜、n=12)を基板上に作製する過程を示した模式図である。前駆体WSi12を気相で合成した後に、基板上に堆積させ、前駆体WSi12同士が結合を形成したWSi12膜を作製する。WSin膜のラマン散乱測定や光電子分光測定(XPS)を行うことで、膜中のSi−Siの結合状態を観測することができる。また、膜中の残留フッ素や残留水素は、昇温脱離分析(TDS)やXPSやラマン散乱測定で観測することができる。 Figure 3 is permitted to aggregate precursor WSi 12, a schematic diagram silicon-rich tungsten silicide film (WSi n film, n = 12) are shown the process of manufacturing the substrate. After the precursor WSi 12 was synthesized in the gas phase, it is deposited on the substrate to produce a WSi 12 film precursor WSi 12 with each other to form a bond. By performing Raman scattering measurement or photoelectron spectroscopy (XPS) of the WSi n film, the bonding state of Si-Si in the film can be observed. Further, residual fluorine and residual hydrogen in the film can be observed by thermal desorption analysis (TDS), XPS or Raman scattering measurement.

図4は、基板と堆積される膜との関係を説明する図である。堆積基板には、SiやGeなどの半導体、石英やサファイアや樹脂などの絶縁体、及び金属を用いることができる。図4(a)に示すように、石英ガラス基板13上に前駆体WSin4を堆積させた場合には、前駆体WSin4同士がランダムに結合ネットワークを形成した「アモルファス状態のWSin膜」12を作製することができる。また、図4(b)に示すように、清浄表面を有するSi基板23上に前駆体WSin4を堆積させた場合には、「エピタキシャル結晶状態のWSin膜」22を作製することができる。エピタキシャル結晶状態のWSin膜22を作製する場合には、堆積基板の選定が必要となる。堆積基板の格子定数や表面の清浄度に大きく依存して、エピタキシャル膜の成長膜厚や欠陥密度が変化するためである。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between a substrate and a film to be deposited. For the deposition substrate, a semiconductor such as Si or Ge, an insulator such as quartz or sapphire or a resin, or a metal can be used. As shown in FIG. 4A, in the case where the precursor WSi n 4 is deposited on the quartz glass substrate 13, “a WSi n film in an amorphous state in which the precursors WSi n 4 randomly form a bonding network. 12 can be made. Further, as shown in FIG. 4B, when the precursor WSi n 4 is deposited on the Si substrate 23 having a clean surface, the “WSi n film in the epitaxial crystal state” can be produced. . In the case of producing a WSi n film 22 in an epitaxial crystal state, it is necessary to select a deposition substrate. This is because the growth film thickness and defect density of the epitaxial film change depending largely on the lattice constant of the deposition substrate and the cleanliness of the surface.

図5は、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の模式図である。製造装置は、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスが反応する成膜室27と、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを導入するガス配管26と、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスのうちの少なくともいずれか一方の流量を制御するガス流量制御器25等のガス流量制御機構と、遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスの圧力を制御するガス圧制御機構(圧力計32、バルブ30)と、未反応の遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを排気する排気機構(排気口29)と、成膜室27の中に、前駆体を堆積するための基板3、基板を支持し移動させる基板ステージ31とを、備える。
図5では、ヒーター28が成膜室27の外壁に設置される。ヒーター28は成膜室27内のガスを暖める機能を有する。基板ステージ31にも加熱機構を設置することにより、ガス温度の増大化を援助することができ、膜のSiリッチ化を促進することができる。
製造装置は、原料ガスや雰囲気ガス(希釈ガス)をそれぞれ貯蔵する複数のガスボンベ24を備え、原料ガス及び雰囲気ガスは、それぞれのガス配管26を経由して、成膜室27に導入される。
例えば、WSin膜を作製する場合には、原料ガスとしてSiH4とWF6を用いる。Si原料としてSi26やSi38といった高次シラン系ガスを用いることもでき、W原料としてWCl6といった塩化物系ガスを用いることもできる。高次シラン系ガスは、SiH4よりも反応性が高いことが特徴である。また、希釈ガスとしてArやH2ガスを用いてもよい。図示のように、複数のガスボンベ(図中左からWF6、SiH4、Ar、H2)からガスが供給される。
ガス配管26の途中にガス流量制御器25を設置することにより、成膜室27に導入するガス流量を制御する。成膜室27内の圧力は、成膜室27内に設置した圧力計32で確認を行い、ガスの排気(図中の矢印)のための排気口29に設置したバルブ30の絞りを調整することにより、成膜室内の圧力を制御する。成膜室内でSiH4とWF6の気相反応を起こすためには、反応空間を充分に確保する必要があり、ガスの排気口29とガス導入口の距離が充分に離れていること、及び、成膜室の容量が充分に大きいことが望ましい。反応空間を大きくすることにより、成膜室内において充分な気相反応を起こすことができる。例えば、成膜室の大きさとして、直径203mm、長さ1mの単管を用いることで、WSin膜を作製することができる。
FIG. 5 is a schematic view of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film. The manufacturing apparatus includes a film forming chamber 27 in which a transition metal source gas reacts with a silicon source gas, a gas pipe 26 introducing a transition metal source gas and a silicon source gas, a transition metal source gas and a silicon source A gas flow rate control mechanism such as a gas flow rate controller 25 that controls the flow rate of at least one of the gases, and a gas pressure control mechanism (pressure gauge 32, which controls the pressure of the transition metal source gas and the silicon source gas Valve 30), an exhaust mechanism (exhaust port 29) for exhausting the raw material gas of unreacted transition metal and the raw material gas of silicon, the substrate 3 for depositing the precursor in the film forming chamber 27, and And a substrate stage 31 for supporting and moving.
In FIG. 5, the heater 28 is installed on the outer wall of the film forming chamber 27. The heater 28 has a function of warming the gas in the film forming chamber 27. By providing a heating mechanism also on the substrate stage 31, it is possible to assist the increase of the gas temperature and to promote the Si enrichment of the film.
The manufacturing apparatus includes a plurality of gas cylinders 24 each storing a source gas and an atmosphere gas (dilution gas), and the source gas and the atmosphere gas are introduced into the film forming chamber 27 via the respective gas pipes 26.
For example, in the case of manufacturing the WSi n film, using SiH 4 and WF 6 as a source gas. A higher order silane gas such as Si 2 H 6 or Si 3 H 8 can be used as the Si raw material, and a chloride gas such as WCl 6 can also be used as the W raw material. It is characterized that the higher order silane gas is more reactive than SiH 4 . Alternatively, Ar or H 2 gas may be used as the dilution gas. As shown, gas is supplied from a plurality of gas cylinders (from the left in the figure, WF 6 , SiH 4 , Ar, H 2 ).
By installing the gas flow rate controller 25 in the middle of the gas pipe 26, the flow rate of the gas introduced into the film forming chamber 27 is controlled. The pressure in the film forming chamber 27 is confirmed by the pressure gauge 32 installed in the film forming chamber 27 and the throttle of the valve 30 installed at the exhaust port 29 for gas exhaust (arrows in the drawing) is adjusted. Thus, the pressure in the deposition chamber is controlled. In order to cause a gas phase reaction between SiH 4 and WF 6 in the film forming chamber, it is necessary to secure a sufficient reaction space, and the distance between the gas exhaust port 29 and the gas inlet is sufficiently separated, and It is desirable that the capacity of the deposition chamber be sufficiently large. By enlarging the reaction space, it is possible to cause a sufficient gas phase reaction in the film formation chamber. For example, a WSi n film can be manufactured by using a single tube with a diameter of 203 mm and a length of 1 m as the size of the deposition chamber.

図6は、図5の製造装置におけるガス導入口側から見た成膜室の断面模式図である。図中、ヒーター28は成膜室27の外壁に設置されており、成膜室内に導入されたSiH4、WF6、Ar、及びH2といった気相を加熱することができる。成膜室内の気相温度の均一化のために、成膜室に円筒型のチャンバーを用いて、基板3が円筒の中心に位置するように設置するとよい。また、成膜室の形、ヒーターの設置場所、及び、基板の設置場所はこの限りではなく、適宜設計することができる。 6 is a schematic cross-sectional view of a film forming chamber as viewed from the gas inlet side in the manufacturing apparatus of FIG. In the drawing, the heater 28 is provided on the outer wall of the film forming chamber 27 and can heat gas phases such as SiH 4 , WF 6 , Ar, and H 2 introduced into the film forming chamber. In order to make the vapor phase temperature in the film forming chamber uniform, it is preferable to use a cylindrical chamber in the film forming chamber so that the substrate 3 is positioned at the center of the cylinder. Further, the shape of the film formation chamber, the installation place of the heater, and the installation place of the substrate are not limited to the above, and can be appropriately designed.

図7は、ヒーター28を、基板3から離れた場所でかつガス導入口の近傍に配置した例の模式図である。ヒーターを、基板の近くに設置するのではなく基板から離れた場所に設置しても、WSin膜を作製することができる。 FIG. 7 is a schematic view of an example in which the heater 28 is disposed at a location away from the substrate 3 and in the vicinity of the gas inlet. The WSi n film can be produced even if the heater is not located near the substrate but located away from the substrate.

図8は、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例の模式図である。図8では、図5乃至7の製造装置とは異なり、ヒーター28をWF6ガス用のガス配管26の外壁に設置する。成膜室27内に導入するWF6ガスを予め加熱しておくことにより、WSin膜を作製することができる。ヒーター28を、WF6ガスのガス配管26の先端まで設置することにより、高温に維持した状態のWF6ガスを成膜室内に導入することができ、WSin膜のSiリッチ化に有効である。 FIG. 8 is a schematic view of another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film. In FIG. 8, unlike the manufacturing apparatus of FIGS. 5 to 7, the heater 28 is installed on the outer wall of the gas pipe 26 for WF 6 gas. By previously heating the WF 6 gas introduced into the film forming chamber 27, a WSi n film can be produced. The heater 28, by installing to the tip of the WF 6 gas in the gas pipe 26, it is possible to introduce a WF 6 gas while maintaining a high temperature in a deposition chamber, it is effective in Si enrichment WSi n film .

図9は、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例の模式図である。図9のように、成膜室27内に設置した基板3の近くまでWF6ガスのガス配管26を伸ばし、ガス配管出口と基板3との距離を可変にすることにより、SiH4とWF6が基板に到達するまでの距離を制御して、WSin膜のSi組成比を制御することができる。 FIG. 9 is a schematic view of another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film. As shown in FIG. 9, extend the gas piping 26 of WF 6 gas close to the substrate 3 was placed in the film forming chamber 27, by the distance between the gas pipe outlet and the substrate 3 to the variable, SiH 4 and WF 6 It is possible to control the Si composition ratio of the WSi n film by controlling the distance until W reaches the substrate.

また、WF6ガス配管のみならず、SiH4ガス配管、Arガス配管、H2ガス配管のいずれか1以上の配管にヒーターを設置しても、WSin膜を作製することができる。 Also, the WSi n film can be produced by installing a heater not only on the WF 6 gas piping but also on one or more of the SiH 4 gas piping, Ar gas piping, and H 2 gas piping.

図10は、遷移金属シリサイド膜を作製するための製造装置の他の例の模式図である。光源となるランプ34を成膜室27に設置することにより、原料ガスを光で励起して、WSin膜を作製することができる。
SiH4とWF6を用いてWSin膜を作製する場合、SiH4は約150nm以下の波長領域の光で励起され、WF6は約200nm以下の波長領域の光で励起される。従って、約150nm以下の波長領域の光を用いると、SiH4とWF6の両方が光励起されてしまい、SiH4同士の反応が進み、アモルファスSi膜が形成されてしまう。これを防ぐためには、SiH4は光励起せずにWF6のみが選択的に光励起されるような波長領域の光を用いる必要があることから、約150nmより大で約200nm以下の範囲内の波長の光を用いることで原料ガスを選択的に光励起、即ち、WF6のみを光励起して、WSin膜を作製することができる。例えば、中心波長172nmのXeエキシマランプが適用できる。また、光透過窓33に約150nm以下の波長領域の光を遮断する材質を用いることや、約150nm以下の波長領域の光を遮断するフィルターを光透過窓とランプの間に挿入することにより、同様の効果を得ることができる。
Si原料として、SiH4ではなく、Si26を用いる場合には、約190nmから200nmの波長領域の光を用いることにより、Si原料ガス同士の反応を防ぎ、WSin膜を作製することができる。Si原料としてSi38を用いる場合には、Si38が約210nmの波長領域以下の光を吸収することから、WF6の選択的な光励起は不可能である。
光源の設置場所は、基板の直上位置、基板と平行位置、基板と離れた成膜室内の任意の位置、ガス配管の導入口等のうちのいずれの位置でも有効である。
光は、光照射範囲が広く、光強度が強いほど、WSin膜の成膜速度を増大することができる。レーザー光においてもWSin膜を作製することはできるが、成膜速度の観点からは、光照射範囲の広いランプ光の方が望ましい。
FIG. 10 is a schematic view of another example of a manufacturing apparatus for manufacturing a transition metal silicide film. The lamp 34 as a light source by placing the film forming chamber 27, the raw material gas is excited by light, it can be manufactured WSi n film.
When a WSi n film is produced using SiH 4 and WF 6 , SiH 4 is excited by light of a wavelength range of about 150 nm or less, and WF 6 is excited by light of a wavelength range of about 200 nm or less. Therefore, when light of a wavelength range of about 150 nm or less is used, both SiH 4 and WF 6 are photoexcited, reaction between SiH 4 progresses, and an amorphous Si film is formed. In order to prevent this, it is necessary to use light in a wavelength range in which only WF 6 is selectively photoexcited without SiH 4 being photoexcited, so a wavelength within the range of about 200 nm or less and more than about 150 nm selectively photoexcited a raw material gas by using the light, i.e., it is possible to photoexcitation only WF 6, to produce the WSi n film. For example, an Xe excimer lamp with a center wavelength of 172 nm can be applied. Also, by using a material that blocks light in the wavelength range of about 150 nm or less for the light transmission window 33, or inserting a filter that blocks light in the wavelength range of about 150 nm or less between the light transmission window and the lamp Similar effects can be obtained.
When Si 2 H 6 is used instead of SiH 4 as the Si source, the reaction between Si source gases can be prevented by using light in the wavelength range of about 190 nm to 200 nm to produce a WSi n film. it can. When Si 3 H 8 is used as the Si source, selective photoexcitation of WF 6 is impossible because Si 3 H 8 absorbs light of a wavelength range of about 210 nm or less.
The installation position of the light source is effective at any position of the position immediately above the substrate, the position parallel to the substrate, any position in the film forming chamber apart from the substrate, the introduction port of gas piping, and the like.
Light, the light irradiation range is wide, as the light intensity is strong, it is possible to increase the deposition rate of the WSi n film. Although a WSi n film can be produced also by laser light, a lamp light with a wide light irradiation range is preferable from the viewpoint of the film forming speed.

図11は、図5の製造装置を用いて作製したWSin膜のSi/W組成比nとSiH4ガス圧力の関係を示した図である。作製条件として、WF6ガス流量は0.2sccm、SiH4ガス流量は10sccm、ヒーター温度は50−300℃、基板温度は350−420℃、ガス圧力は10−1350Paとした。ここで、SiH4/WF6ガス流量比が50と大きいことから、ガス圧力はほとんどSiH4で決まっており、図5の排気口に位置するバルブ30の絞りを調節することにより、ガス圧力を制御した。堆積基板には、石英ガラス基板を用いた。ヒーター温度300℃で基板温度420℃の条件、及びヒーター温度300℃で基板温度350℃の条件で作製したWSin膜に着目すると、SiH4ガス圧力が増大するに伴い、Si/W組成比nが増大し、特定のガス圧力以上ではSi/W組成比nが12で一定となった。これは、SiHガス圧力の増大に伴い、SiH4とWF6の衝突回数が増大することで前駆体WSinがSiリッチ化して、その後、前駆体WSinがn=12となった時点で安定組成となり反応が自己停止したことを示している。これらの作製条件よりもガス温度が低温となる作製条件にすることにより、自己停止時のSi/W組成比nを小さくすることができる。例えば、ヒーター温度50℃、基板温度350℃の条件で作製したWSin膜はSi/W組成比nがおおよそ5未満で反応が自己停止する。この理由は、前駆体WSinのSi/W組成比nが増大するに伴い、前駆体WSinとSiH4の反応に要するエネルギーが大きくなるためである。ヒーター温度50℃、基板温度350℃の条件では、おおよそ5未満の前駆体WSinとSiH4の反応を起こさせるエネルギーを満たすことができないことを示している。この時のガス温度は、基板からの輻射熱や基板からガスへ伝導した熱であるため、基板温度の350℃よりも少し低い温度となっている。また、ガスの温度は、基板とヒーターの温度のみで決まるのではなく、基板とヒーターの位置関係、ガスの対流、ガス流量、ガス圧力で決まる。 FIG. 11 is a view showing the relationship between the Si / W composition ratio n of the WSi n film manufactured using the manufacturing apparatus of FIG. 5 and the SiH 4 gas pressure. As production conditions, WF 6 gas flow rate was 0.2 sccm, SiH 4 gas flow rate was 10 sccm, heater temperature was 50-300 ° C., substrate temperature was 350-420 ° C., and gas pressure was 10-1350 Pa. Here, since the SiH 4 / WF 6 gas flow ratio is as large as 50, the gas pressure is almost determined by SiH 4 , and the gas pressure is adjusted by adjusting the throttling of the valve 30 located at the exhaust port of FIG. It controlled. A quartz glass substrate was used as the deposition substrate. Focusing on the WSi n film fabricated under the conditions of a heater temperature of 300 ° C., a substrate temperature of 420 ° C., and a heater temperature of 300 ° C. and a substrate temperature of 350 ° C., the Si / W composition ratio n increases as the SiH 4 gas pressure increases. The Si / W composition ratio n became constant at 12 above a specific gas pressure. This is because when the number of collisions of SiH 4 and WF 6 increases with the increase of the SiH 4 gas pressure, the precursor WSi n is enriched with Si, and then the precursor WSi n becomes n = 12 It is a stable composition and shows that the reaction is self-terminating. By setting the manufacturing conditions under which the gas temperature is lower than these manufacturing conditions, the Si / W composition ratio n at the time of self-stop can be reduced. For example, the heater temperature 50 ° C., WSi n film produced under the conditions of a substrate temperature of 350 ° C. has Si / W composition ratio n reaction at less than approximately 5 to self-limiting. This is because, with the Si / W composition ratio n of the precursor WSi n is increased, because the energy required for the reaction of the precursor WSi n and SiH 4 is increased. It has been shown that under the conditions of a heater temperature of 50 ° C. and a substrate temperature of 350 ° C., the energy for causing the reaction of the precursor WSi n and SiH 4 to be less than about 5 can not be satisfied. Since the gas temperature at this time is radiant heat from the substrate and heat conducted from the substrate to the gas, the temperature is slightly lower than 350 ° C. of the substrate temperature. Further, the temperature of the gas is determined not only by the temperatures of the substrate and the heater but also by the positional relationship between the substrate and the heater, the convection of the gas, the gas flow rate, and the gas pressure.

図12は、図5の製造装置を用いて作製したWSin膜のSiの組成比nとヒーター温度の関係を示す図である。作製条件として、WF6ガス流量は0.2sccm、SiH4ガス流量は10sccm、ヒーター温度は50−400℃、基板温度は390℃、ガス圧力は1300Paとした。ヒーター温度の増大、つまり、成膜室内のガス温度の増大に伴い、Siの組成比nは増大し、n=12で一定となる。図12によれば、WSi12膜は気相安定性の高い前駆体WSi12を基に形成されたことがわかる。 FIG. 12 is a view showing the relationship between the Si composition ratio n of the WSi n film manufactured using the manufacturing apparatus of FIG. 5 and the heater temperature. As the manufacturing conditions, the WF 6 gas flow rate was 0.2 sccm, the SiH 4 gas flow rate was 10 sccm, the heater temperature was 50 to 400 ° C., the substrate temperature was 390 ° C., and the gas pressure was 1300 Pa. With the increase of the heater temperature, that is, the increase of the gas temperature in the film formation chamber, the composition ratio n of Si increases and becomes constant at n = 12. According to FIG. 12, it can be seen that the WSi 12 film was formed based on the precursor WSi 12 having high gas phase stability.

図5の製造装置を用いて図11で示した作製条件で作製したWSin膜の、ヒーター温度(50−300℃)、基板温度(350−420℃)、SiH4ガス圧力(10−1350Pa)、Siの組成比n、光学ギャップ(eV)、電子移動度(cm2/Vs)を、表1に示す。電子移動度は、ホール効果測定により算出した。なお、ヒーター温度300℃で基板温度350℃の光学ギャップ及び電子移動度のデータの一部は、膜厚が薄いためにシート抵抗が高くて測定できず、省略している。 Heater temperature (50-300 ° C.), substrate temperature (350-420 ° C.), SiH 4 gas pressure (10-1350 Pa) of WSi n film manufactured under the manufacturing conditions shown in FIG. 11 using the manufacturing apparatus of FIG. The composition ratio n of Si, the optical gap (eV), and the electron mobility (cm 2 / Vs) are shown in Table 1. The electron mobility was calculated by Hall effect measurement. Note that part of the optical gap with a heater temperature of 300 ° C. and a substrate temperature of 350 ° C. and electron mobility data are omitted because they can not be measured because the sheet resistance is too high because the film thickness is thin.

Figure 0006503543
Figure 0006503543

同様に、図12で示したWSin膜の作製条件の、ヒーター温度(45−380℃)、基板温度(390℃)、SiH4ガス圧力(1300Pa)、及び、WSin膜のSiの組成比n、光学ギャップ(eV)、電子移動度(cm2/Vs)を、表2に示す。 Similarly, the manufacturing conditions of WSi n film shown in FIG. 12, heater temperature (45-380 ℃), the substrate temperature (390 ℃), SiH 4 gas pressure (1300 Pa), and the composition ratio of Si of WSi n film n, optical gap (eV), and electron mobility (cm 2 / Vs) are shown in Table 2.

Figure 0006503543
Figure 0006503543

図13は、図10と図11で示したWSin膜の、光学ギャップとSiの組成比nの関係を示した図である。図によれば、光学ギャップを0.1eVから1.5eVの範囲で制御できることがわかる。なお、Si組成比nが約2以下の時には、光学ギャップが閉じている。WSin膜を半導体装置に利用する場合、nが3より大であり、エネルギーギャップが開いていることが好ましい。また、図によれば、作製条件に因らずに、光学ギャップとSi/W組成比nには一定の関係がある。これは、WSin膜の光学ギャップを決める主な要因がSi/W組成比nであることを示している。例えば、Si/W組成比nを3より大で14以下の範囲にするとき、光学ギャップを0.1eVから1.5eV程度の範囲で制御できる。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the optical gap and the composition ratio n of Si in the WSi n films shown in FIG. 10 and FIG. According to the figure, it can be seen that the optical gap can be controlled in the range of 0.1 eV to 1.5 eV. When the Si composition ratio n is about 2 or less, the optical gap is closed. When a WSi n film is used for a semiconductor device, it is preferable that n is larger than 3 and the energy gap is open. Also, according to the figure, there is a fixed relationship between the optical gap and the Si / W composition ratio n regardless of the manufacturing conditions. This indicates that main factors for determining the optical gap of WSi n film is Si / W composition ratio n. For example, when the Si / W composition ratio n is in the range of more than 3 and 14 or less, the optical gap can be controlled in the range of about 0.1 eV to 1.5 eV.

図14は、図10と図11で示したWSin膜の、光学ギャップと電子移動度を示した図である。図によれば、光学ギャップの増大に伴い、電子移動度が増大する傾向にある。図14から、光学ギャップが0.1eVから1.5eVの範囲のとき、電子移動度は0.1−17cm2/Vsの範囲をとることがわかる。光学ギャップが小さいときには、フェルミレベルが光学ギャップ中央付近に存在しており、電子濃度と正孔濃度が均衡することで、見かけ上の電子移動度が小さくなる。一方、光学ギャップが大きいときには、フェルミレベルが比較的に伝導帯端側に存在しており、電子濃度と正孔濃度の均衡が崩れて、見かけ上の電子移動度が大きくなる。 FIG. 14 is a view showing the optical gap and the electron mobility of the WSi n films shown in FIG. 10 and FIG. According to the figure, the electron mobility tends to increase as the optical gap increases. From FIG. 14, it is understood that the electron mobility is in the range of 0.1-17 cm 2 / Vs when the optical gap is in the range of 0.1 eV to 1.5 eV. When the optical gap is small, the Fermi level exists near the center of the optical gap, and the electron concentration and the hole concentration are balanced to reduce the apparent electron mobility. On the other hand, when the optical gap is large, the Fermi level is relatively present at the conduction band end side, the balance between the electron concentration and the hole concentration is broken, and the apparent electron mobility is increased.

なお、スパッタ法で形成したSiリッチなWとSiの化合物膜(Si/W組成比=8)は、WSin膜と同様なSi/W組成比を保持しているが、W原子とSi原子がランダムに結合したネットワーク構造を持っていて、光学ギャップとキャリア移動度はほとんど0を示す。WSin膜とスパッタ法で形成した膜の判別には、光学ギャップやキャリア移動度の評価以外に、光電子分光測定(XPS)やラマン散乱測定による膜中の原子の結合状態の評価、透過型電子顕微鏡による断面像の観察、半導体基板との電気的接合特性評価が有効である。 The Si-rich W and Si compound film (Si / W composition ratio = 8) formed by sputtering maintains the same Si / W composition ratio as the WSi n film, but W atoms and Si atoms Have a network structure randomly coupled, and the optical gap and carrier mobility show almost zero. In order to distinguish a WSi n film from a film formed by sputtering, in addition to the evaluation of the optical gap and carrier mobility, evaluation of the bonding state of atoms in the film by photoelectron spectroscopy (XPS) or Raman scattering measurement, transmission electron It is effective to observe a cross-sectional image by a microscope and evaluate the electrical bonding characteristics with a semiconductor substrate.

(第2の実施の形態)
本実施の形態は、遷移金属シリサイド膜を、半導体装置における電極積層構造に適用した例である。該構造は、遷移金属シリサイド膜を、半導体基板と金属電極の接触界面に挿入した積層構造であり、半導体基板、遷移金属シリサイド膜、金属電極の順で積層して形成される。
Second Embodiment
The present embodiment is an example in which a transition metal silicide film is applied to an electrode stack structure in a semiconductor device. The structure is a laminated structure in which a transition metal silicide film is inserted at the contact interface between a semiconductor substrate and a metal electrode, and is formed by laminating a semiconductor substrate, a transition metal silicide film, and a metal electrode in this order.

図15は、金属膜(金属電極44)と半導体基板(N型Si基板41)の接触界面にWSin膜42を挿入したソース/ドレイン構造を持つSiのN−MOSトランジスタの断面模式図である。なお、図示中央において、P型Si基板40上に、ゲート絶縁膜43とゲート電極(金属電極44)が積層されてなるゲート構造である。Si組成比nの高いWSin膜(例えば、n=8−12)を用いることにより、Si基板とWSin膜の接触界面に生じる欠陥準位を低減することができ、金属とSi基板の間で生じるエネルギー障壁の高さを制御して金属/Si基板の接触抵抗を低減することが可能となる。WSin膜を備える電極構造は、N−MOSトランジスタのみならず、P−MOSトランジスタにも有効であり、また、Siトランジスタのみならず、Geトランジスタにも有効である。 Figure 15 is a schematic cross-sectional view of the N-MOS transistor of Si with source / drain structure of inserting the WSi n film 42 in the contact interface between the metal film (metal electrode 44) and the semiconductor substrate (N-type Si substrate 41) . In the center of the figure, the gate insulating film 43 and the gate electrode (metal electrode 44) are stacked on the P-type Si substrate 40. By using a WSi n film (for example, n = 8-12) having a high Si composition ratio n, it is possible to reduce the defect level generated at the contact interface between the Si substrate and the WSi n film, and between the metal and the Si substrate It is possible to control the height of the energy barrier generated by reducing the contact resistance of the metal / Si substrate. The electrode structure provided with the WSi n film is effective not only for the N-MOS transistor but also for the P-MOS transistor, and also effective for not only the Si transistor but also the Ge transistor.

半導体基板と金属膜の間に挿入するWSin膜は、Si基板から金属膜へかけて、Si/W組成比nが段階的あるいは連続的に減少するように、組成比が組成傾斜する構成にすることができる。図16に、Si基板50上に、Si基板から金属W膜56へ、WSi12膜51、WSi10膜52、WSi6膜53、WSi4膜54、WSi2膜55、というように、Si組成比nが減少する構成を模式的に図示した。金属膜のW膜はWSin膜と同じ製造装置で作製することが可能であるため、WSin膜からW膜までの同一成膜室内での連続作製が可能である。半導体同士、半導体と絶縁体、又は半導体と金属の異種材料同士の接合では、接合界面にバンドオフセットやショットキー障壁といったエネルギー障壁が形成され、電気伝導を阻害する要因となる。半導体基板と金属膜の間にWSin膜を挿入することで、半導体基板から金属にかけて、バンドオフセットを段階的あるいは連続的に変化させることができるため、エネルギー障壁に起因する寄生抵抗を低減できる効果がある。 In the WSi n film inserted between the semiconductor substrate and the metal film, the composition ratio is inclined so that the Si / W composition ratio n decreases stepwise or continuously from the Si substrate to the metal film. can do. In FIG. 16, the Si composition on the Si substrate 50, Si substrate to metal W film 56, WSi 12 film 51, WSi 10 film 52, WSi 6 film 53, WSi 4 film 54, WSi 2 film 55, and so on. The configuration in which the ratio n decreases is schematically illustrated. For W film of a metal film can be manufactured by the same manufacturing apparatus as WSi n film, it is possible to continuously produce in the same deposition chamber from WSi n film to the W film. In junctions of semiconductors, semiconductors and insulators, or dissimilar materials of semiconductors and metals, an energy barrier such as a band offset or a Schottky barrier is formed at the junction interface, which causes electric conduction to be inhibited. By inserting a WSi n film between the semiconductor substrate and the metal film, the band offset can be changed stepwise or continuously from the semiconductor substrate to the metal, so that the parasitic resistance due to the energy barrier can be reduced. There is.

図17は、金属電極44、及び、SiとSiO2から構成されるSilicon on Insulator(SOI)基板50の接触界面にWSin膜42を挿入したソース/ドレイン構造を持つ無接合型トランジスタの断面模式図である。図15のトランジスタと異なり、ソース/ドレイン領域にドーピングによるPN接合が形成されていない。チャネルとソース/ドレイン領域のドーパント濃度が同じであるため、トランジスタ特性のばらつき抑制に効果的である。特に、ドーパント濃度を低くすると、短チャネル効果の一つであるDrain―Induced Barrier Lowering(DIBL)の抑制に効果的である。しかし、ドーパント濃度が低いと、金属とSOI基板の接触抵抗が高くなる。WSin膜を金属とSOI基板の接触界面に挿入することにより、金属とSOI基板の間で生じるエネルギー障壁の高さを制御して、金属とSOI基板の接触抵抗を低減することが可能となる。図16のようなSi基板から金属膜へかけてSi組成比nが変化するWSin膜を用いてもよい。 FIG. 17 is a schematic sectional view of a non-junction transistor having a source / drain structure in which a WSi n film 42 is inserted at the contact interface of a metal electrode 44 and a silicon on insulator (SOI) substrate 50 composed of Si and SiO 2. FIG. Unlike the transistor of FIG. 15, no PN junction is formed in the source / drain region by doping. Since the dopant concentrations in the channel and the source / drain regions are the same, it is effective in suppressing the variation in transistor characteristics. In particular, lowering the dopant concentration is effective in suppressing one of the short channel effects, that is, the Drain-Induced Barrier Lowering (DIBL). However, if the dopant concentration is low, the contact resistance between the metal and the SOI substrate will be high. By inserting a WSi n film at the contact interface between the metal and the SOI substrate, the height of the energy barrier generated between the metal and the SOI substrate can be controlled to reduce the contact resistance between the metal and the SOI substrate. . A WSi n film in which the Si composition ratio n changes from the Si substrate to the metal film as shown in FIG. 16 may be used.

図18は、立体型トランジスタのソース/ドレイン領域を示す要部の鳥瞰図である。図18では、SiO2膜57を表面に備えるSi基板50の一部に起立した立体型のSi構造を形成して、該Si構造の側面と立体型の金属電極44の間にWSin膜42を設けている。WSin膜は、気相反応で形成するため、被覆性に優れており、立体構造に均一に堆積することができる。 FIG. 18 is a bird's-eye view of an essential part showing source / drain regions of a three-dimensional transistor. In FIG. 18, a three-dimensional Si structure is formed on a part of a Si substrate 50 having an SiO 2 film 57 on the surface, and a WSi n film 42 is formed between the side surface of the Si structure and the three-dimensional metal electrode 44. Is provided. WSi n film, to form a gas phase reaction, is excellent in coating properties can be uniformly deposited on the three-dimensional structure.

図19は、ナノワイヤー型トランジスタのソース/ドレイン領域を示す要部の鳥瞰図である。図19では、Siナノワイヤー58とその周囲を囲む円柱状の金属電極44との間に、WSin膜42からなる介在層が設けられている。WSin膜42は、気相反応で形成されるため、被覆性に優れており、立体構造に均一に堆積することができる。 FIG. 19 is a bird's-eye view of an essential part showing source / drain regions of the nanowire type transistor. In FIG. 19, an intervening layer made of a WSi n film 42 is provided between the Si nanowire 58 and the cylindrical metal electrode 44 surrounding the periphery thereof. WSi n film 42 is to be formed in a gas phase reaction, is excellent in coating properties can be uniformly deposited on the three-dimensional structure.

(第3の実施の形態)
本実施の形態は、遷移金属シリサイド膜を半導体層として適用した例である。
図20は、WSin膜のチャネル層から構成される薄膜トランジスタの断面模式図である。WSin膜の高いキャリア移動度を利用することにより、薄膜トランジスタの駆動力を向上させることができる。図では、ガラス基板60の上にWSin膜42が形成され、WSin膜42上に、ゲート構造部ではゲート絶縁膜43と金属電極44が積層され、ソース/ドレイン構造部では金属電極44が設けられている。
図21は、WSin膜のチャネル層から構成される薄膜トランジスタの断面模式図である。WSin膜42はガラス基板60から金属電極44にかけて、Si組成比nが段階的あるいは連続的に減少するように構成されている。ゲート構造部では、ゲート絶縁膜43下のチャネル層となる箇所は、高いSi組成比nで構成することにより、高いキャリア移動度を得ることができ、ソース/ドレイン構造部では、金属電極44と接触する箇所を、低いSi組成比nで構成することにより、低い電気抵抗率を得ることができる。その結果、全体として、薄膜トランジスタの駆動力を向上させることができる。
Third Embodiment
The present embodiment is an example in which a transition metal silicide film is applied as a semiconductor layer.
Figure 20 is a cross-sectional schematic view of a thin film transistor composed of the channel layer of WSi n film. By using the high carrier mobility of the WSi n film, the driving power of the thin film transistor can be improved. In the figure, the WSi n film 42 is formed on the glass substrate 60, the gate insulating film 43 and the metal electrode 44 are stacked on the W Si n film 42 in the gate structure portion, and the metal electrode 44 is in the source / drain structure portion. It is provided.
Figure 21 is a cross-sectional schematic view of a thin film transistor composed of the channel layer of WSi n film. The WSi n film 42 is configured to decrease the Si composition ratio n stepwise or continuously from the glass substrate 60 to the metal electrode 44. In the gate structure portion, high carrier mobility can be obtained by forming the channel layer below the gate insulating film 43 with a high Si composition ratio n, and in the source / drain structure portion, the metal electrode 44 and A low electrical resistivity can be obtained by configuring the contact point with a low Si composition ratio n. As a result, the driving power of the thin film transistor can be improved as a whole.

なお、上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。   Note that the examples shown in the above-described embodiment and the like are described to facilitate understanding of the invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

本発明の遷移金属シリサイド膜は、所望の光学ギャップや電子移動度の特性を有する膜を実現可能であるので、半導体装置の電極構造、半導体チャンネル層、ディスプレイ等に幅広く利用できる。また、本発明の製造方法や製造装置によれば、遷移金属シリサイド膜の大面積化、均一化に適し、LSIの集積化や微細化等がさらに期待でき、産業上有用である。   Since the transition metal silicide film of the present invention can realize a film having desired optical gap and electron mobility characteristics, it can be widely used for an electrode structure of a semiconductor device, a semiconductor channel layer, a display, and the like. Further, according to the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the present invention, it is suitable for increasing the area and uniformity of the transition metal silicide film, and further integration and miniaturization of LSI can be expected, which is industrially useful.

1 WSi12前駆体
2 WSi12
3 基板
4 WSin前駆体
12 アモルファス状態のWSin
13 石英ガラス基板
22 エピタキシャル結晶状態のWSin
23 清浄表面を有するSi基板
24 ガスボンベ
25 ガス流量制御器
26 ガス配管
27 成膜室
28 ヒーター
29 排気口
30 バルブ
31 基板ステージ
32 圧力計
33 光透過窓
34 ランプ
40 P型Si基板
41 N型Si基板
42 WSin
43 ゲート絶縁膜
44 金属電極
50 Si基板又はSOI基板
51 WSi12
52 WSi10
53 WSi6
54 WSi4
55 WSi2
56 W膜
57 SiO2
58 Siナノワイヤー
60 ガラス基板
Reference Signs List 1 WSi 12 precursor 2 WSi 12 film 3 substrate 4 WSi n precursor 12 amorphous WSi n film 13 quartz glass substrate 22 epitaxial crystalline WSi n film 23 Si substrate having a clean surface 24 gas cylinder 25 gas flow controller 26 Gas piping 27 deposition chamber 28 heater 29 exhaust port 30 valve 31 substrate stage 32 pressure gauge 33 light transmission window 34 lamp 40 P type Si substrate 41 N type Si substrate 42 WSi n film 43 gate insulating film 44 metal electrode 50 Si substrate or SOI substrate 51 WSi 12 film 52 WSi 10 film 53 WSi 6 film 54 WSi 4 film 55 WSi 2 film 56 W film 57 SiO 2 film 58 Si nanowire 60 glass substrate

Claims (9)

シリコン/遷移金属(但し、遷移金属は、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウムのうちの少なくとも1つ以上である。)の組成比が3より大で16以下(但し、タングステンの場合は組成比が5未満を除く)の遷移金属シリサイド膜であり、フッ素、塩素、有機物及び水素のうちの、少なくともいずれかが膜中に含まれていることを特徴とする遷移金属シリサイド膜。 Silicon / transition metal (wherein the transition metal is at least one of titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium) A transition metal silicide film having a composition ratio of 1 or more and 3 or more and 16 or less (in the case of tungsten, except the composition ratio is less than 5) , and it is a fluorine, chlorine, organic substance and hydrogen A transition metal silicide film characterized in that at least one is contained in the film. 前記遷移金属がタングステンで、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で14以下(但し、5未満を除く)であることを特徴とする請求項1に記載の遷移金属シリサイド膜。 The transition metal silicide film according to claim 1, wherein the transition metal is tungsten, and the composition ratio of silicon / transition metal is greater than 3 and less than or equal to 14 (except for less than 5) . 請求項1に記載の遷移金属シリサイド膜を備える半導体装置。   A semiconductor device comprising the transition metal silicide film according to claim 1. 遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを気相中で化学反応させることにより、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の前駆体を気相中で作製した後に、該前駆体を基板上に堆積して、シリコン/遷移金属の組成比が3より大で16以下の遷移金属シリサイド膜を該基板上に作製することを特徴とする、請求項1に記載された遷移金属シリサイド膜の製造方法。 The chemical reaction between the source gas of transition metal and the source gas of silicon in the gas phase produces a precursor having a silicon / transition metal composition ratio of greater than 3 and 16 or less in the gas phase, and then the precursor 2. The transition metal silicide according to claim 1, wherein a transition metal silicide film having a silicon / transition metal composition ratio of more than 3 and 16 or less is formed on the substrate by depositing Method of producing a membrane 遷移金属の原料ガスとして、フッ素と遷移金属から構成されるガス、塩素と遷移金属から構成されるガス、有機物と遷移金属から構成されるガスのうちの少なくともいずれかを用い、シリコンの原料ガスとして、水素とシリコンから構成されるシランガス、ジシランガス、トリシランガス、及び高次シランガス、塩素とシリコンから構成されるガス、有機物とシリコンから構成されるガスのうちの少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項に記載の遷移金属シリサイド膜の製造方法。 At least one of a gas composed of fluorine and a transition metal, a gas composed of chlorine and a transition metal, and a gas composed of an organic substance and a transition metal as a source gas of a transition metal, and a source gas of a silicon And at least one of a silane gas composed of hydrogen and silicon, a disilane gas, a trisilane gas, a higher order silane gas, a gas composed of chlorine and silicon, and a gas composed of an organic substance and silicon A method of manufacturing a transition metal silicide film according to claim 4 . 遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを50℃以上420℃以下の温度に保持することにより、気相中で化学反応を生じさせることを特徴とする請求項に記載の遷移金属シリサイド膜の製造方法。 5. The transition metal silicide film according to claim 4 , wherein a chemical reaction is caused in a gas phase by maintaining the transition metal source gas and the silicon source gas at a temperature of 50 ° C. or more and 420 ° C. or less. Production method. 遷移金属の原料ガスのみが吸収し、シリコンの原料ガスは吸収しない波長領域の光を用いることにより、気相中で化学反応を生じさせることを特徴とする、請求項に記載の遷移金属シリサイド膜の製造方法。 The transition metal silicide according to claim 4 , wherein a chemical reaction is caused in a gas phase by using light in a wavelength range that absorbs only the source gas of the transition metal and does not absorb the source gas of the silicon. Method of producing a membrane 遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、化学気相成長により遷移金属シリサイド膜を作製する製造装置であって、前記遷移金属の原料ガスと前記シリコンの原料ガスの温度を50℃以上420℃以下に保持する加熱機構を備えることを特徴とする、請求項1に記載された遷移金属シリサイド膜の製造装置。 A manufacturing apparatus for producing a transition metal silicide film by chemical vapor deposition by supplying a source gas of transition metal and a source gas of silicon, wherein the temperature of the source gas of the transition metal and the source gas of silicon is 50 ° C. 2. The apparatus for manufacturing a transition metal silicide film according to claim 1, further comprising a heating mechanism for maintaining the temperature at 420 ° C. or less. 遷移金属の原料ガスとシリコンの原料ガスを供給して、化学気相成長により遷移金属シリサイド膜を作製する製造装置であって、前記遷移金属の原料ガスのみが吸収し、前記シリコンの原料ガスは吸収しない波長領域の光の照射機構を、備えることを特徴とする、請求項1に記載された遷移金属シリサイド膜の製造装置。 A manufacturing apparatus for producing a transition metal silicide film by chemical vapor deposition by supplying a raw material gas of transition metal and a raw material gas of silicon, wherein only the raw material gas of the transition metal is absorbed, and the raw material gas of silicon is The apparatus for producing a transition metal silicide film according to claim 1, further comprising an irradiation mechanism of light in a wavelength range that does not absorb light.
JP2015096023A 2015-05-08 2015-05-08 Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device Active JP6503543B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015096023A JP6503543B2 (en) 2015-05-08 2015-05-08 Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015096023A JP6503543B2 (en) 2015-05-08 2015-05-08 Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016211038A JP2016211038A (en) 2016-12-15
JP2016211038A5 JP2016211038A5 (en) 2018-06-21
JP6503543B2 true JP6503543B2 (en) 2019-04-24

Family

ID=57549394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015096023A Active JP6503543B2 (en) 2015-05-08 2015-05-08 Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6503543B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6601365B2 (en) 2016-07-27 2019-11-06 株式会社デンソー Control system
JP6893372B2 (en) * 2017-11-09 2021-06-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Conductive laminates and electronic devices
CN113718227B (en) * 2020-05-25 2022-07-26 中国科学院金属研究所 Two-dimensional layered ternary compound and preparation method thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60178622A (en) * 1984-02-27 1985-09-12 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
US4696834A (en) * 1986-02-28 1987-09-29 Dow Corning Corporation Silicon-containing coatings and a method for their preparation
US4684542A (en) * 1986-08-11 1987-08-04 International Business Machines Corporation Low pressure chemical vapor deposition of tungsten silicide
US4966869A (en) * 1990-05-04 1990-10-30 Spectrum Cvd, Inc. Tungsten disilicide CVD
JP3154145B2 (en) * 1992-10-28 2001-04-09 ソニー株式会社 CVD apparatus and film forming method using the apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016211038A (en) 2016-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1306571C (en) Fabricating method of metallic silicide film and metal-oxide semiconductor
TWI567218B (en) Method of epitaxial doped germanium tin alloy formation
KR20190093498A (en) A method for depositing a semiconductor structure on a surface of a substrate and related semiconductor structures
US9613859B2 (en) Direct deposition of nickel silicide nanowire
TW201921592A (en) Methods for depositing a molybdenum metal film on a dielectric surface of a substrate and related semiconductor device structures
US20140154875A1 (en) Method of epitaxial germanium tin alloy surface preparation
US8895443B2 (en) N-metal film deposition with initiation layer
JP5280843B2 (en) Method for forming metal compound layer and apparatus for forming metal compound layer
JP6503543B2 (en) Transition metal silicide film, method and apparatus for manufacturing the same, and semiconductor device
JP5464570B2 (en) Metallic silicon compound thin film and method for producing the same
TWI521600B (en) Method of forming high growth rate, low resistivity germanium film on silicon substrate(1)
US20150179743A1 (en) Graphene as a Ge Surface Passivation Layer to Control Metal-Semiconductor Junction Resistivity
TWI515803B (en) Doping aluminum in tantalum silicide
US10593543B2 (en) Method of depositing doped amorphous silicon films with enhanced defect control, reduced substrate sensitivity to in-film defects and bubble-free film growth
JP6896291B2 (en) Tungsten and germanium compound membranes and semiconductor devices
US10593592B2 (en) Laminate and core shell formation of silicide nanowire
KR20180074803A (en) METHOD FOR PRODUCING NICKEL THIN FILM ON Si SUBSTRATE BY CHEMICAL VAPOR DEPOSITION METHOD, AND METHOD FOR PRODUCING Ni SILICIDE THIN FILM ON Si SUBSTRATE
US10354882B2 (en) Low thermal budget crystallization of amorphous metal silicides
Sprenger Electron Enhanced Atomic Layer Deposition (EE-ALD) for Room Temperature Growth of Gallium Nitride, Silicon, and Boron Nitride Films
TWI711716B (en) Selective deposition of silicon using deposition-treat-etch process
TW202108815A (en) Methods for depositing a molybdenum nitride film on a surface of a substrate by a cyclical deposition process and related semiconductor device structures including a molybdenum nitride film
KR20190107759A (en) Self-aligned Nanodots for 3D NAND Flash Memory
TW202009318A (en) Methods for selective deposition using self-assembled monolayers
JP2007204851A (en) Method for producing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180423

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180425

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181023

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6503543

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250