JPS60213058A - シリサイド膜を有する構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は単結晶Ｓｉ基板上に良質のシリサイド膜を有す
る半導体装置およびその製造方法に関するものである。

〔発明の背景〕

ＬＳＩに代表される高速素子の特性を向上させる目的で
新しい電極材料の検討が盛んである。特に、シリサイド
は安定でかつ再現性があり、電気抵抗も低いために大幅
な特性向上が期待できることから最近特に注目されてい
る。

またシリサイドのあるものは、　Ｓｉ基板上に工ピタキ
シャル成長することが知られており、この単結晶膜を用
いると、さらに良質の電極が形成できるだけでなく、半
導体中に金属を埋め込むことにより、固体二極管等の新
しい素子の作製が可能となる。

従来、良質のシリサイド膜を　Ｓｉ単結晶基板上に作製
する方法として、エピタキシャル成長する金属を用いる
ことが考えられていた。特に、　Ｇ。

およびＮｉはその結晶構造がＣａＦ２型でＳｉの結晶構
造に近いシリサイドＣｏ５１ｚおよびＮｉＳｉ２を単結
晶状態で作製できる材料として注目されていた。特に、
ＣｏＳｉ２膜は、全面単結晶かつ均質の膜が、超高真空
下での蒸着ないし、分子線エピタキシー法で形成できる
ことが知られていた。しかしＣｏＳｉ２とＳｉとの格子
不整合は約１．２％と大きいため、界面転位等の格子欠
陥が発生するという欠点があった６一方、ＮｉＳｉ２は
Ｓｉとの格子不整合は０．４％と非常に小さいが、　Ｎ
ｉとＳｉとの反応が不均一になる傾向があり、平坦かつ
、均質な膜が得られないという欠点があった。

〔発明の目的〕

Ｓｉ単結晶面上に良好な特性を持つシリサイド膜を有す
る構造体を提供するものである。

金属材料として単一のＧｏないし、Ｎ１の変りに、その
混合物を用いることにより、上記のＣｏ５１ｚ膜および
ＮｉＳｉ２膜の欠点を有しないシリサイド膜を提供し得
るものである。

〔発明の概要〕

均質で高品質のシリサイド膜を　Ｓｉ上に形成させるに
は、エピタキシャル成長で、単結晶のシリサイド層を成
長させるのが最上である。特に結晶構造がＳｉに類似の
Ｃ：ａＦ２型であるＣｏ５１２ｒ　Ｎ１５ｉ２は有望で
あり、　中でもＮｉＳｉ２膜はＳ］と、の格子不整合は
０．４％程度と非常に小さく、高品位の単結晶膜ができ
る可能性がある。事実非常に薄いＮｉ膜（２ＯＡ以下）
　を超高真空下で蒸着した後熱処理をすると良質のＮ　
ｉ　Ｓ　ｉ２膜がえられるという報告もある（たとえば
、Ｐｈｙｓ、　Ｒｅν。

ＬｅｌＪ、５０，４２９　（１９８３）に報告される）
。

しかし一般には反応が不均一であることは前にも述べた
通りである。そこで、（１）Ｎｉよりも均−屓せ゛ 応性のよいＣｏを混委ることにより、　Ｎ１５ｉｚ　（
ｉｄかかる欠点が除去できること、また、（２）Ｇｏ単
独では、格子不整合が大きいため　（約１．２％）に格
子欠陥の発生が多いが、　Ｎｉを混ることにより格子欠
陥の発生を抑制することができる。さらに、（３）Ｎｉ
Ｓｉ２の融点は９９３℃と低いが、ＣＯを混合すること
により融点を高くすることができ、耐熱性の向上がみら
れる。

Ｓｉ上のＣｏＳｉ２膜の結晶方位を詳細に調べると１例
えば（１１１）面上の場合、面に垂直方向は結晶軸はそ
ろっているが、面内では＜ｔ　ｉ　ｏ＞軸と（１１４）
軸とが反転する、　いわゆるＢタイプの結晶成長が生じ
ていることが知られている。この結果は必ずしも膜質に
大きな悪影響を与えているわけではないが、微細な格子
欠陥の発生を考える場合には結晶軸は完全に基板Ｓｉと
そろっていることが望ましい、　ところで本発明を用い
れば、Ｓｉ基板とのごく界面にはＮｉだけを付着させて
反応させ、Ｎ１５ｉｚ膜を形成させた後、ＮｉおよびＣ
０とを含むシリサイド層を形成させると、結晶軸の完全
にそろったＣｏＳｉ２に近い性質を有するシリサイド膜
を形成させることができる。このように、本発明の主眼
は、ＮｉをＧｏとを混合するこにより、より安定でかつ
結晶性のよいシリサイド膜を形成させる所にあるが、上
記説明でも明らかなように、膜全体にわたって、組成比
が一定である必要は必らずしもなく、むしろ積極的に界
面層と表面層はの組成比を変化させることにより、所望
の特性を有するシリサイド膜をうることができる。

本発明を整理すれば下記の通りである。

Ｓｉ単結晶上の所定領域に少なくとも　ＮｉとＣ。

とを含有するシリサイド膜を有することを特徴とするシ
リサイド膜を有する構造体を提供する。この場合、シリ
サイド膜におけるＮｉのＣｏ原子比が５％〜９５％が良
い。

又、当該シリサイド膜の形成に当って　８１単結晶面に
あらかじめＮｉＳｉ膜を形成しておくことも有用である
。この場合、この上部に形成するシリサイド膜は結晶軸
のそろった性質の膜となる６本発明に係わるシリサイド
膜は真空下で８１単結晶基板上に基板温度を４５０℃〜
８００℃においてＮｉ、ＧｏおよびＳｉを同時に蒸着せ
しめることで実現される。この場合蒸着源よりの金属ビ
ームとＳｉビームとの強度比を０．３対ｌから１対３の
範囲にするのが好都合である。

又、真空下でＳｉ単結晶基板上にＮｉ、　Ｇｏ、および
Ｓｉを同時に基板温度２００℃以下で蒸着しておき、次
いで４５０℃〜８００℃に昇温し、単結晶化しても良い
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の特徴を実施例によって説明する。

〔実施例１〕 まず、化学洗浄を行った、５ｉ（１１１）基板を分子線
エピタキシー装置へ導入し、超高真空下で、熱処理によ
り、Ｓｉ清浄表面を作成する。Ｓｉの結晶面としては（
ｉｉｉ）面が最良である。（１００）面も好ましい、な
お、分子線エピタキシー装置とは、到達真空度がＩ　Ｏ
−”　Ｔｏｒｒ以下であり、蒸発源としておのおのの独
立の複数個の分子線ないし原子線の発生源を有する蒸着
装置の一種である０本実施例で用いた分子線エピタキシ
ー装置は、到達真空度１１ が、５Ｘ１０Ｔｏｒｒで、蒸発源として、Ｓｉ、　Ｎｉ
。

およびＧｏ用にそれぞれ別個の電子銃を有するものであ
る。

次に表面を清浄化したＳｉ基板の温度を、約５５０℃に
設定し、温度が一定になった時点から、Ｓｉ。

ＮｉおよびＧｏの蒸着を開始する。ここで、蒸着速度は
全体で１〜１０Ａ／ｓｅｃに設定し、ＮｉとＣ。

のビーム強度比は０．０５〜０．９５の間のある値に設
定した。また、ＮｉおよびＧｏの金属ビームとＳｉとの
ビーム強度比は、　０．５〜０．２５の間になるように
設定した。

膜厚は、あらかじめ校正を施した、石英膜厚計を分子線
エピタキシー装置内に設置することによりモニターし１
本実施例では約３００ＯＡ成長させた。所望の膜厚にな
った時点で、シャッターによりビームの照射を停止した
後、基板の温度を下げ、室温近くなっ後１分子線エピタ
キシー装置から取出す。

本実施例で作製したシリサイド膜には以下のような特徴
がある。第１図は結晶性（転位等の格子欠陥の数から判
定）と、ＣＯとＮｉとの組成比との関係を示したもので
あり、第２図は表面の平坦性（光の散乱性から判定）と
組成比との関係を示したものである。これらの図から明
らかなように、Ｇｏに５％以上Ｎｉを混合することによ
り、結晶性の大幅な改善がみられるとともに、　Ｎｉだ
けではすぐに表面が荒れて白濁する傾向にある層が、Ｃ
Ｏを５％以上混合することにより、膜の平坦化が達成で
き、表面の滑らかなシリサイド膜かえられている。

またＮ　ｉ　Ｓ　ｉ２の融点は９９３℃であり、膜形成
後の熱処理は融点より５０℃以上低くおさえねばならな
いが、本発明のシリサイド膜では、１００”ＣＮ　ｉ　
Ｓ　ｉ　２膜よりも高くしてもなんら変化はみられなか
った。

なお、本実施例では基板温度を５５０℃に設定したが、
同様の結果は４５０℃〜８００℃の間でえら才ｔたが、
この温度範囲をはずれると表面状態は著しく劣化するこ
とが認められた。

また、基板を上記の温度に常時設定することは必ずしも
必要ではなく、２００℃以下の温度で蒸着した後、４５
０℃以上の熱処理することによっても従来のシリサイド
膜よりも表面状態の良好な膜かえられた。

金属とＳｉの線量の比は０．１＝１から】：５について
検討したが、ｏ、ｓ：ｉが最良であったが、０．３　：
　１〜１：３　の範囲でも従来のシリサイド膜よりも改
善された膜かえられた。しかし、この範囲を越えると、
膜質は大幅に劣化した。

本実施例では、得られた膜はＳｉ基板の結晶軸と１８０
°ずれたタイプＢの結晶構造であることがわかった。し
かし、成長直前にＮｉ膜のみを室温で２０Ａ以下蒸着し
、熱処理してＮｉＳｉ２膜を形成させると　Ｓｉの結晶
軸と一致したタイプＡの膜かえられるがこの膜上に本実
施例と同様の成長を行うと、タイプＡのシリサイド膜か
えられることが確認された。

〔発明の効果〕

シリサイド膜をＳｉ基板上に成長させる場合に、ＣＯと
Ｎ１の混合物を　８１と同時に蒸着することにより、結
晶欠陥が少く、かつ表面状態の良好な膜かえられ、半導
体素子用の金属膜として利用価値の高い膜かえられた。

欠陥密度および表面平坦性に関しては、第１図および第
２図を用いて説明したところである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｏとＮｉの組成を変えた場合のシリサイド膜
の欠陥密度の相対的変化を示す図、第２図はその際の表
面の平坦性の変化を示す図である。 特許出願人 工業技術院長　用田裕部 場　１　遍 ６　の４１山４針　（鈴） θ　んＶ ｏの＋烏キ祷λ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．３ｉ単結晶面上の所定領域に少なくともＮｉとＣＯ
   とを含有するシリサイド膜を有することを特徴とするシ
   リサイド膜を有する構造体。 ２、前記シリサイド膜におけるＮｉの対ＣＯ原子匙が５
   ％〜９５％なることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のシリサイド膜を有する構造体。 ３、少なくともＮｉとＧｏとを含有する前記シリサイド
   膜とＳｉ単結晶面との間にＮ１５ｉｚ膜を有することを
   特徴する特許請求の範囲第１項又は第２項記載のシリサ
   イド膜を有する構造体。 ４、真空下で所定のＳｉ単結晶基板上に、基板温度が４
   ５０℃〜８００℃においてＮｉ、ＧｏおよびＳｌを同時
   に蒸着する工程を有することを特徴とするシリサイド膜
   を有する構造体の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項記載のシリサイド膜を有する
   構造体の製造方法において、蒸着源よすの金属ビームと
   Ｓｉビームとの強度比を０．３対ｌから１対３の範囲内
   に設定することを特徴とするシリサイド膜を有する構造
   体の製造方法。 ６、真空下で所定のＳｉ単結晶基板上にＮｉ、Ｇ。 およびＳｉを同時に基板温度２００℃以下で蒸着した後
   、４５０℃〜８００℃に昇温し単結晶化させることを特
   徴とするシリサイド膜を有する構造体の製造方法。