JPH05206054A - Alコンタクト構造およびその製造方法 - Google Patents
Alコンタクト構造およびその製造方法Info
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- JPH05206054A JPH05206054A JP4038485A JP3848592A JPH05206054A JP H05206054 A JPH05206054 A JP H05206054A JP 4038485 A JP4038485 A JP 4038485A JP 3848592 A JP3848592 A JP 3848592A JP H05206054 A JPH05206054 A JP H05206054A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 LSI技術に用いられているオーミックコン
タクト構造の信頼性,単純性,低抵抗を同時に実現す
る。 【構成】 Si(111)基板と、コンタクト金属Al
との間に1原子層の水素が存在し、かつAl層が基板方
位を引き継いで強く(111)配向した構造を実現し、
Si/Al界面の熱的安定性を大幅に向上した。その結
果、高濃度ドープn−タイプSi基板に対するオーミッ
クコンタクトの熱処理後の抵抗値を非常に低減すること
ができ、しかも従来のAlコンタクトより、はるかに信
頼性を高めることができた。
タクト構造の信頼性,単純性,低抵抗を同時に実現す
る。 【構成】 Si(111)基板と、コンタクト金属Al
との間に1原子層の水素が存在し、かつAl層が基板方
位を引き継いで強く(111)配向した構造を実現し、
Si/Al界面の熱的安定性を大幅に向上した。その結
果、高濃度ドープn−タイプSi基板に対するオーミッ
クコンタクトの熱処理後の抵抗値を非常に低減すること
ができ、しかも従来のAlコンタクトより、はるかに信
頼性を高めることができた。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Si(111)基板を
用いたデバイスのコンタクト構造とその製造方法に関す
るものである。
用いたデバイスのコンタクト構造とその製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来Siを用いたデバイスのオーミック
コンタクトとしては、多結晶のAlが用いられてきた。
コンタクト金属としてAlを使用すると、抵抗が低い,
加工が容易であるといった利点があるものの、デバイス
のプロセス工程において不可欠な400℃以上の熱処理
によって、Alがスパイク状にSi層に侵入して短絡が
起こったり、これを防ぐためにAl中にSiを溶解させ
るとコンタクト界面にSiが再析出してコンタクト抵抗
が増大し、信頼性のうえで大きな問題があった。
コンタクトとしては、多結晶のAlが用いられてきた。
コンタクト金属としてAlを使用すると、抵抗が低い,
加工が容易であるといった利点があるものの、デバイス
のプロセス工程において不可欠な400℃以上の熱処理
によって、Alがスパイク状にSi層に侵入して短絡が
起こったり、これを防ぐためにAl中にSiを溶解させ
るとコンタクト界面にSiが再析出してコンタクト抵抗
が増大し、信頼性のうえで大きな問題があった。
【0003】その後用いられるようになったTi,Wな
どの高融点金属は、コンタクトの熱安定性があるもの
の、抵抗が高いという問題がある。
どの高融点金属は、コンタクトの熱安定性があるもの
の、抵抗が高いという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年のデバイスの集積
化に伴い、素子間をつなぐ配線技術の重要性がますます
増大している。とくに配線のコンタクトでは、信頼性を
維持しながら抵抗の低減を図ることが緊急の課題であ
る。また配線に用いる材料が増え、構造の複雑化や、プ
ロセス工程の増加が起こっているが、材料本来の性質を
生かして単純な製造工程を実現することも重要な課題で
ある。
化に伴い、素子間をつなぐ配線技術の重要性がますます
増大している。とくに配線のコンタクトでは、信頼性を
維持しながら抵抗の低減を図ることが緊急の課題であ
る。また配線に用いる材料が増え、構造の複雑化や、プ
ロセス工程の増加が起こっているが、材料本来の性質を
生かして単純な製造工程を実現することも重要な課題で
ある。
【0005】本発明の目的は、配線構造の高信頼性,単
純性,高性能を同時に実現することにある。
純性,高性能を同時に実現することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるAlコンタクト構造においては、Si
(111)基板を用いたデバイスのオーミックコンタク
ト構造であって、Si基板とコンタクト金属Alの間に
約1原子層の水素が存在し、かつAl層は、基板方位を
引き継いで強く(111)配向しているか、或いは完全
に配向した単結晶である。
め、本発明によるAlコンタクト構造においては、Si
(111)基板を用いたデバイスのオーミックコンタク
ト構造であって、Si基板とコンタクト金属Alの間に
約1原子層の水素が存在し、かつAl層は、基板方位を
引き継いで強く(111)配向しているか、或いは完全
に配向した単結晶である。
【0007】また、Alコンタクト構造の製造方法にお
いては、Si(111)面をHF系溶液中に浸して1原
子層の水素原子で終端し、次いでベースプレッシャー1
0-7Torr以下の真空中で、基板温度を200〜40
0℃として、Alを蒸着するものである。
いては、Si(111)面をHF系溶液中に浸して1原
子層の水素原子で終端し、次いでベースプレッシャー1
0-7Torr以下の真空中で、基板温度を200〜40
0℃として、Alを蒸着するものである。
【0008】
【作用】従来用いられていたSi上に、多結晶のAlを
堆積したコンタクトでは、熱処理によって基板側にAl
のスパイクができて、短絡の原因になったり、Siを含
む合金Alを用いると、コンタクト界面に再析出Si層
ができるために、コンタクト抵抗が高くなるという問題
があった。
堆積したコンタクトでは、熱処理によって基板側にAl
のスパイクができて、短絡の原因になったり、Siを含
む合金Alを用いると、コンタクト界面に再析出Si層
ができるために、コンタクト抵抗が高くなるという問題
があった。
【0009】これに対して、Si(111)基板上にイ
オンクラスタービーム法によって純粋なAlのエピタキ
シャル膜を成長させると、界面が熱処理に対して安定に
なることが報告されている[アイトリプルイー・トラン
スアクション・オン・エレクトロン・デバイス(IEE
E Transactions on Electro
n Devices)1987年,34巻,1018
頁]。
オンクラスタービーム法によって純粋なAlのエピタキ
シャル膜を成長させると、界面が熱処理に対して安定に
なることが報告されている[アイトリプルイー・トラン
スアクション・オン・エレクトロン・デバイス(IEE
E Transactions on Electro
n Devices)1987年,34巻,1018
頁]。
【0010】そこで本発明者は、SiとAlの熱的に安
定なコンタクトを、イオンクラスターを使わずに、通常
の蒸着法で、より容易に形成する方法を探索した。この
発明をするにあたって、まず水素原子ビームを用いてS
i(111)表面を1原子層の水素で終端し、Agを蒸
着すると、基板に配向したAg単結晶が層状成長すると
いう報告[フィジカル・レビュー・レター(Physi
cal ReviewLetters)1991年,6
6巻,1193頁]及び、Si(111)表面は、HF
系溶液に浸すことによっても1原子層の水素で終端で
き、しかもこの表面は空気中にさらしても安定であると
いう報告[アプライド・フィジックス・レター(App
lied Physics Letters)1990
年,57巻,1034頁]に着目した。
定なコンタクトを、イオンクラスターを使わずに、通常
の蒸着法で、より容易に形成する方法を探索した。この
発明をするにあたって、まず水素原子ビームを用いてS
i(111)表面を1原子層の水素で終端し、Agを蒸
着すると、基板に配向したAg単結晶が層状成長すると
いう報告[フィジカル・レビュー・レター(Physi
cal ReviewLetters)1991年,6
6巻,1193頁]及び、Si(111)表面は、HF
系溶液に浸すことによっても1原子層の水素で終端で
き、しかもこの表面は空気中にさらしても安定であると
いう報告[アプライド・フィジックス・レター(App
lied Physics Letters)1990
年,57巻,1034頁]に着目した。
【0011】そして、Si(111)表面をHF溶液で
処理した後に、Al蒸着することにより、水素1原子層
を挾むSi/H/Al構造が形成でき、このとき、Al
層は、基板方位に配向した単結晶であって、熱的に安定
な界面が得られるという仮説をたてた。
処理した後に、Al蒸着することにより、水素1原子層
を挾むSi/H/Al構造が形成でき、このとき、Al
層は、基板方位に配向した単結晶であって、熱的に安定
な界面が得られるという仮説をたてた。
【0012】この仮説を検証するために、Si(11
1)基板上に様々な条件でAlを堆積し、Alの膜質と
界面との熱的安定性を調べた。まず、上記Si基板を熱
酸化して、約1000Åの熱酸化膜を形成し、HF溶液
でエッチングして、表面の研磨ダメージを取り去った。
1)基板上に様々な条件でAlを堆積し、Alの膜質と
界面との熱的安定性を調べた。まず、上記Si基板を熱
酸化して、約1000Åの熱酸化膜を形成し、HF溶液
でエッチングして、表面の研磨ダメージを取り去った。
【0013】ついで、pH9〜10のバッファードフッ
酸に1分間浸して、純水でリンスした後、即座にベース
プレッシャー10-7Torr以下の真空槽に導入し、A
lの蒸着を行った。条件は、基板温度250℃,成長速
度30A/secとした。この基板温度では、Si表面
上の1原子層の水素が安定に存在していることが報告さ
れていることから[アプライド・フィジックス・レター
(Applied Physics Letters)
1991年,59巻,685頁]、Alは、1原子層の
水素層を挾んで、Si基板に蒸着されたと考えられる。
酸に1分間浸して、純水でリンスした後、即座にベース
プレッシャー10-7Torr以下の真空槽に導入し、A
lの蒸着を行った。条件は、基板温度250℃,成長速
度30A/secとした。この基板温度では、Si表面
上の1原子層の水素が安定に存在していることが報告さ
れていることから[アプライド・フィジックス・レター
(Applied Physics Letters)
1991年,59巻,685頁]、Alは、1原子層の
水素層を挾んで、Si基板に蒸着されたと考えられる。
【0014】このようにして作製したAl膜をX線及び
透過型電子顕微鏡を用いて評価したところ、Si基板の
方位に配向した、ほぼ完全な単結晶になっていることが
確認できた。
透過型電子顕微鏡を用いて評価したところ、Si基板の
方位に配向した、ほぼ完全な単結晶になっていることが
確認できた。
【0015】次に、この界面の熱的安定性を調べた。窒
素雰囲気中で550℃,1時間の熱処理を行い、Al層
をリン酸でエッチングしたところ、界面にスパイクは、
観測されなかった。また、低濃度ドープ(5×1014c
m-3)のn−タイプSi基板上に、上記方法によってA
l蒸着を行い、上記条件で550℃の熱処理を行った
後、ショットキーダイオードを作製して、ショットキー
障壁の高さをI−V法によって測定した。
素雰囲気中で550℃,1時間の熱処理を行い、Al層
をリン酸でエッチングしたところ、界面にスパイクは、
観測されなかった。また、低濃度ドープ(5×1014c
m-3)のn−タイプSi基板上に、上記方法によってA
l蒸着を行い、上記条件で550℃の熱処理を行った
後、ショットキーダイオードを作製して、ショットキー
障壁の高さをI−V法によって測定した。
【0016】その結果、Si/多結晶Alを熱処理した
場合にみられるような障壁高さの増大は全くなく、理想
的ショットキー特性を保持していた。これらのことか
ら、前記方法によって作製したSi/Al界面の熱的安
定性が証明された。
場合にみられるような障壁高さの増大は全くなく、理想
的ショットキー特性を保持していた。これらのことか
ら、前記方法によって作製したSi/Al界面の熱的安
定性が証明された。
【0017】またAl蒸着を、基板温度200℃で行っ
たサンプルは、完全な単結晶Alになっておらず、基板
方位を反映したグレインと、そうでないグレインが混在
していたが、熱処理後のショットキー障壁特性の劣化は
見られず、400℃,1時間以上の熱処理により、Al
膜は、単結晶化していることを見出した。このことか
ら、Al/Siコンタクトの電気的特性の熱的安定性に
関し、Alは必ずしも単結晶である必要がないことがわ
かった。
たサンプルは、完全な単結晶Alになっておらず、基板
方位を反映したグレインと、そうでないグレインが混在
していたが、熱処理後のショットキー障壁特性の劣化は
見られず、400℃,1時間以上の熱処理により、Al
膜は、単結晶化していることを見出した。このことか
ら、Al/Siコンタクトの電気的特性の熱的安定性に
関し、Alは必ずしも単結晶である必要がないことがわ
かった。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0019】(実施例1)高濃度ドープ(2×1019c
m-3)したn−タイプSi(111)基板表面に、熱酸
化によりSiO2膜を厚さ200A形成し、さらにCV
D法によりSiO2膜を1μm堆積して、レジストパタ
ーン形成後、HF水溶液でエッチングして径1μmの柱
状のコンタクト孔をあけた。ついでpH9〜10のバッ
ファードフッ酸に1分間浸して、純水でリンスした後、
即座にベースプレッシャー10-7Torr以下の真空槽
に導入して、Alの蒸着を行った。
m-3)したn−タイプSi(111)基板表面に、熱酸
化によりSiO2膜を厚さ200A形成し、さらにCV
D法によりSiO2膜を1μm堆積して、レジストパタ
ーン形成後、HF水溶液でエッチングして径1μmの柱
状のコンタクト孔をあけた。ついでpH9〜10のバッ
ファードフッ酸に1分間浸して、純水でリンスした後、
即座にベースプレッシャー10-7Torr以下の真空槽
に導入して、Alの蒸着を行った。
【0020】条件は、基板温度250℃,成長速度30
A/sec,Al膜厚は、平坦部で1000Aとした。
さらにバイアススパッタ法により、1μmのAlを堆積
してコンタクト孔を埋め込み、電気測定用の配線パター
ンを形成した。また、基板の裏面エッチングを行い、共
通のオーミック電極をとれるようにした。
A/sec,Al膜厚は、平坦部で1000Aとした。
さらにバイアススパッタ法により、1μmのAlを堆積
してコンタクト孔を埋め込み、電気測定用の配線パター
ンを形成した。また、基板の裏面エッチングを行い、共
通のオーミック電極をとれるようにした。
【0021】このようにして作製したサンプルを、N2
/H2雰囲気中、500℃の条件で、1時間の熱処理を
行い、コンタクトの電気特性を調べた。その結果、コン
タクトは、オーミック特性を示し、しかも、100個の
コンタクトの平均の比抵抗値は、1×10−7Ω・cm
2と極めて低い値が得られた。このことから、従来の多
結晶Alを用いたコンタクトに比べてはるかに高い信頼
性があること、高融点金属を用いたコンタクトより低い
抵抗が得られることが確認できた。
/H2雰囲気中、500℃の条件で、1時間の熱処理を
行い、コンタクトの電気特性を調べた。その結果、コン
タクトは、オーミック特性を示し、しかも、100個の
コンタクトの平均の比抵抗値は、1×10−7Ω・cm
2と極めて低い値が得られた。このことから、従来の多
結晶Alを用いたコンタクトに比べてはるかに高い信頼
性があること、高融点金属を用いたコンタクトより低い
抵抗が得られることが確認できた。
【0022】(実施例2)高濃度ドープ(2×1019c
m-3)したn−タイプSi(111)基板表面に、熱酸
化によりSiO2膜を厚さ200A形成し、さらに、C
VD法によりSiO2膜を1μm堆積して、レジストパ
ターン形成後、HF水溶液でエッチングして、径1μm
の柱状のコンタクト孔をあけた。ついで、pH9〜10
のバッファードフッ酸に1分間浸して、純水でリンスし
た後、即座にベースプレッシャー10-7Torr以下の
真空槽に導入し、Alの蒸着を行った。
m-3)したn−タイプSi(111)基板表面に、熱酸
化によりSiO2膜を厚さ200A形成し、さらに、C
VD法によりSiO2膜を1μm堆積して、レジストパ
ターン形成後、HF水溶液でエッチングして、径1μm
の柱状のコンタクト孔をあけた。ついで、pH9〜10
のバッファードフッ酸に1分間浸して、純水でリンスし
た後、即座にベースプレッシャー10-7Torr以下の
真空槽に導入し、Alの蒸着を行った。
【0023】条件は、基板温度200℃,成長速度30
A/sec,Al膜厚は、平坦部で1000Aとした。
さらにバイアススパッタ法により1μmのAlを堆積し
てコンタクト孔を埋め込み、電気測定用の配線パターン
を形成した。また、基板の裏面エッチングを行い、共通
のオーミック電極をとれるようにした。
A/sec,Al膜厚は、平坦部で1000Aとした。
さらにバイアススパッタ法により1μmのAlを堆積し
てコンタクト孔を埋め込み、電気測定用の配線パターン
を形成した。また、基板の裏面エッチングを行い、共通
のオーミック電極をとれるようにした。
【0024】このようにして作製したサンプルを、N2
/H2雰囲気中、500℃の条件で、1時間の熱処理を
行い、コンタクトの電気特性を調べた。その結果、コン
タクトは、オーミック特性を示し、しかも、100個の
コンタクトの平均の比抵抗値は、2×10−7Ω・cm
2と極めて低い値が得られた。また、この条件で作製し
たAl膜は、完全に基板方位に配向した膜ではなかっ
た。このことからAl膜の体積条件が最適条件から若干
はずれ、理想的な単結晶膜ではない場合でも高い信頼性
を保持していることが確認できた。
/H2雰囲気中、500℃の条件で、1時間の熱処理を
行い、コンタクトの電気特性を調べた。その結果、コン
タクトは、オーミック特性を示し、しかも、100個の
コンタクトの平均の比抵抗値は、2×10−7Ω・cm
2と極めて低い値が得られた。また、この条件で作製し
たAl膜は、完全に基板方位に配向した膜ではなかっ
た。このことからAl膜の体積条件が最適条件から若干
はずれ、理想的な単結晶膜ではない場合でも高い信頼性
を保持していることが確認できた。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高濃度ド
ープn−タイプSi基板に対するオーミックコンタクト
の熱処理後の抵抗値を非常に低減することができ、従来
のAlコンタクトに比べてはるかに信頼性を向上できる
効果を有する。
ープn−タイプSi基板に対するオーミックコンタクト
の熱処理後の抵抗値を非常に低減することができ、従来
のAlコンタクトに比べてはるかに信頼性を向上できる
効果を有する。
Claims (2)
- 【請求項1】 Si(111)基板を用いたデバイスの
オーミックコンタクト構造であって、 Si基板とコンタクト金属Alの間に約1原子層の水素
が存在し、かつAl層は、基板方位を引き継いで強く
(111)配向しているか、或いは完全に配向した単結
晶であることを特徴とするAlコンタクト構造。 - 【請求項2】 Si(111)面をHF系溶液中に浸し
て1原子層の水素原子で終端し、次いでベースプレッシ
ャー10-7Torr以下の真空中で、基板温度を200
〜400℃として、Alを蒸着することを特徴とするA
lコンタクト構造の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4038485A JPH05206054A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Alコンタクト構造およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4038485A JPH05206054A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Alコンタクト構造およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05206054A true JPH05206054A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=12526566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4038485A Pending JPH05206054A (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | Alコンタクト構造およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05206054A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4847699B2 (ja) * | 2002-08-12 | 2011-12-28 | エイコーン・テクノロジイズ・インコーポレーテッド | 電気接合における半導体のフェルミ準位をピン止め解除する方法および同接合を組み入れたデバイス |
WO2012026428A1 (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
JP2019040975A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-01-29 JP JP4038485A patent/JPH05206054A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4847699B2 (ja) * | 2002-08-12 | 2011-12-28 | エイコーン・テクノロジイズ・インコーポレーテッド | 電気接合における半導体のフェルミ準位をピン止め解除する方法および同接合を組み入れたデバイス |
WO2012026428A1 (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
JP2012049193A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
JP2019040975A (ja) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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