(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上にアルミニウム含有中間層を形成する工程と、
前記アルミニウム含有中間層上にコバルト含有膜を形成して多層膜中間構造体を作製する工程と、
前記多層膜中間構造体に対して熱処理を施し、コバルトシリサイド膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、コバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項２】
前記アルミニウム含有中間層の厚さが０．０１ｎｍ〜１ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項３】
前記コバルトシリサイド膜はＣｏＳｉ２相を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項４】
前記コバルトシリサイド膜は、エピタキシャル膜であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項５】
前記コバルトシリサイド膜の表面凹凸の大きさが１ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３又は４に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項６】
前記コバルトシリサイド膜の被覆率が６５％以上であることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項７】
前記コバルトシリサイド膜の厚さが１ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項８】
シリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上にアルミニウム含有中間層を形成する工程と、
前記アルミニウム含有中間層上にコバルト含有膜を形成して多層膜中間構造体を作製する工程と、
前記多層膜中間構造体に対して熱処理を施し、コバルトシリサイド核生成層を形成する工程と、
前記コバルトシリサイド核生成層上に追加のコバルト含有膜を堆積させ、前記コバルトシリサイド核生成層からのエピタキシャル成長を通じて、コバルトシリサイド膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、コバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項９】
前記アルミニウム含有中間層の厚さが０．０１ｎｍ〜１ｎｍであることを特徴とする、請求項８に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項１０】
前記コバルトシリサイド膜はＣｏＳｉ２相を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項１１】
前記コバルトシリサイド膜の表面凹凸の大きさが１ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１０に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項１２】
前記コバルトシリサイド膜の被覆率が８０％以上であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項１３】
前記コバルトシリサイド膜の厚さが５ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載のコバルトシリサイド膜の作製方法。
【請求項１４】
請求項１又は８の方法によって作製されるとともに、ＣｏＳｉ２相を含み、表面凹凸の大きさが１ｎｍ以下であることを特徴とする、コバルトシリサイド膜。
【請求項１５】
厚さが１ｎｍ以上であり、被覆率が６５％以上であることを特徴とする、請求項１４に記載のコバルトシリサイド膜。
【請求項１６】
厚さが５ｎｍ以上であり、被覆率が８０％以上であることを特徴とする、請求項１５に記載のコバルトシリサイド膜。
【請求項１７】
シリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成されたアルミニウム含有中間層と、
前記アルミニウム含有中間層上に形成されたコバルト含有膜と、
を具えることを特徴とする、コバルトシリサイド膜作製用の多層膜中間構造体。
【請求項１８】
前記アルミニウム含有中間層の厚さが０．０１ｎｍ〜１ｎｍであることを特徴とする、請求項１７に記載のコバルトシリサイド膜作製用の多層膜中間構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス工学などにおける金属／半導体接合を実現するコバルトシリサイド膜及びその製造方法、並びに前記コバルトシリサイド膜を作製するための多層膜中間構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路技術の実現のためには、低接触抵抗の金属／半導体接合を実現することが不可欠である。前記接合構造を実現させるための金属層として、従来よりコバルトシリサイド膜が用いられている。前記コバルトシリサイド膜は、シリコン基板上にコバルト膜を形成した後、前記シリコン基板及び前記コバルト膜に対して熱処理を施すことにより、コバルト元素とシリコン元素との反応を促進させて形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法によってコバルトシリサイド膜を形成した場合、前記膜は多結晶となり、前記シリコン基板と前記コバルトシリサイド膜との界面には結晶粒界に沿って数ｎｍ〜数十ｎｍの凹凸が生じてしまう。このような界面の粗れは、将来のナノメートルスケールの極微細デバイス構造を作製する場合は致命的な欠陥となり、前記コバルトシリサイド膜を用いた場合、前記極微細デバイス構造の実現することはできなくなってしまう。
【０００４】
かかる観点より、Applied Surface Science Vol. 53(1991), pp196-205, H. Von Kanel, et al.、Journal of Vacuum Science And Technology A Vol. 8(1990), pp3014, J.R.Jimenentz, et al..及びJournal of Vacuum Science and Technology A Vol. 7(1989) p.1472, S.M.Yalisove, et al..などには、シリコン基板上にコバルトシリサイド膜をエピタキシャル成長させることが試みられているが、これらの方法では目的とするコバルトシリサイド膜が種々の面方位を有して成長してしまったり、ピンホールなどが発生したりしてしまい、十分平坦なコバルトシリサイド膜を形成することができないでいた。
【０００５】
本発明は、平坦な界面を有するコバルトシリサイド膜を作製することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成するため、本発明は、
シリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上にアルミニウム含有中間層を形成する工程と、
前記アルミニウム含有中間層上にコバルト含有膜を形成して多層膜中間構造体を作製する工程と、
前記多層膜中間構造体に対して熱処理を施し、コバルトシリサイド膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、コバルトシリサイド膜の作製方法に関する。
【０００７】
また、本発明は、
シリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成されたアルミニウム含有中間層と、
前記アルミニウム含有中間層上に形成されたコバルト含有膜と、
を具えることを特徴とする、コバルトシリサイド膜作製用の多層膜中間構造体に関する。
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、従来のようにシリコン基板などのシリコン基材上にコバルト膜などのコバルト含有膜を形成した後、これらを熱処理してコバルトシリサイド膜を形成するに際して、前記シリコン基材と前記コバルト含有膜との間にアルミニウム含有中間層を形成することにより、表面（界面）の平坦性に優れたエピタキシャルコバルトシリサイド膜を形成できることを見出した。
【０００９】
前記表面平坦性に優れたコバルトシリサイド膜は、前記コバルト元素が前記シリコン基材に熱拡散して前記シリコン基材を構成するシリコン元素と反応する以前に、前記アルミニウム含有中間層のアルミニウム元素と反応してＣｏＡｌ金属間化合物を形成し、この金属間化合物が前記コバルト元素に対する拡散反応障壁として機能し、前記コバルト元素と前記シリコン元素との拡散反応が調節される結果として形成されるためと考えられる。
【００１０】
このようにして作製したコバルトシリサイド膜は、厚さが１ｎｍ以上で、前記シリコン基材に対する被覆率が６５％以上とすることができる。
【００１１】
目的とするコバルトシリサイド膜をより厚く、さらには高い被覆率を実現するためには、上述のようにして作製したコバルトシリサイド膜上に追加のコバルト含有膜を堆積させ、前記コバルトシリサイド層を核生成層としてさらにコバルトシリサイド膜をエピタキシャル成長させることによって実現することができる。この場合、最終的に得たコバルトシリサイド膜は５ｎｍ以上の厚さで、８０％以上の被覆率を実現することができる。
【００１２】
上記のようにして得たコバルトシリサイド膜は、追加のコバルト含有膜をエピタキシャル成長させることの如何にかかわらず、その表面（界面）における凹凸の大きさ（平坦性）を１ｎｍ以下にまで低減することができる。
【００１３】
なお、前記シリコン基材はシリコン基板から直接的に構成することもできるし、所定の基板上において、所定の厚さに形成したシリコン下地膜から構成することもできる。
本発明の詳細及びその他の特徴については以下に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明のコバルトシリサイド膜の作製方法を説明するための図である。図１に示すように、最初に、例えばシリコンからなる基板１１を準備する。このシリコン基板１１は、目的に応じてｐ型不純物又はｎ型不純物などを含むことができる。次いで、シリコン基板１１上にアルミニウム含有中間層１２を公知の成膜手法を用いて形成する。次いで、アルミニウム含有中間層１２上に公知の成膜手法を用いてコバルト含有膜１３を形成し、多層膜中間構造体１０を作製する。
【００１５】
次いで、多層膜中間構造体１０に対して熱処理を施し、シリコン基板１１中のシリコン元素とコバルト含有膜１３中のコバルト元素とを、アルミニウム含有中間層１２を介して相互に拡散して反応させ、図２に示すように、目的とするコバルトシリサイド膜１５を得る。前記熱処理は、例えば真空雰囲気や窒素雰囲気などの不活性な非酸化性雰囲気中で、例えば４００℃〜７００℃に加熱して行う。なお、熱処理時間は、数十秒〜数十分程度である。
【００１６】
アルミニウム含有中間層１２の厚さは、０．０１ｎｍ〜１ｎｍに設定することが好ましく、さらには０．０３ｎｍ〜０．２ｎｍに設定することが好ましい。上述した熱処理において、アルミニウム含有中間層１２のアルミニウム元素と、コバルト含有膜１３中のコバルト元素とが互いに反応することにより、コバルトシリサイド膜１５を熱拡散反応を制御する拡散反応障壁層を形成するようになるが、アルミニウム含有中間層１２の厚さが上記範囲外であると、前記拡散反応障壁層の厚さが適切な範囲外となって、拡散反応障壁としての機能を十分に発揮しなくなる場合がある。
【００１７】
上記のような工程を経て得たコバルトシリサイド膜１５は安定なエピタキシャルＣｏＳｉ２相を含み、半導体素子などにおける金属／半導体接合を実現することができる。
【００１８】
なお、図１及び図２から明らかなように、本発明の作製方法においては、作製過程で設けたアルミニウム含有中間層１２は、コバルトシリサイド膜１５を作製した後に消失してしまい、中間層１２を構成するアルミニウム元素などはコバルトシリサイド膜１５中に固溶してしまう。したがって、コバルトシリサイド膜１５中には、前記ＣｏＳｉ２相以外にＣｏ−Ｓｉ−Ａｌ複合相が生成される。
【００１９】
以上のようにして得たコバルトシリサイド膜１５は、優れた表面（界面）平坦性を示し、表面（界面）における凹凸の大きさは１ｎｍ以下にまで低減することができる。また、厚さは１ｎｍ以上であり、シリコン基板１１に対する被覆率は６５％以上である。
【００２０】
より厚くかつ高い被覆率を有するコバルトシリサイド膜を作製するためには、上述のようにして得たコバルトシリサイド膜１５を核生成層として用い、この核生成層上に追加のコバルト含有膜を堆積させ、前記核生成層からのエピタキシャル成長を行う。これによって、厚さが５ｎｍ以上であり、被覆率が８０％以上のコバルトシリサイド膜を得ることができる。なお、このコバルトシリサイド膜も、前記同様に安定なＣｏＳｉ２相を含み、表面凹凸の大きさが１ｎｍ以下となる。
【００２１】
アルミニウム含有中間層１２は、アルミニウム単独から構成することもできるし、目的に応じてその他の金属などを含むこともできる。同様に、コバルト含有膜１３も、コバルト単独から構成することもできるし、目的に応じてＡｕ、Ｔｉ及びＮｉ，Ｐｔ，Ｐｄなどの金属を含んだり、これらの元素で置換したりすることができる。Ｐｔ及びＰｄはコバルト元素同様に、エピタキシャル成長したシリサイド膜を形成することができる。
【００２２】
図１及び図２においては、シリコン基板１１上に直接アルミニウム含有中間層１２及びコバルト含有膜１３を形成しているが、所定の基板を別途準備し、この基板上においてシリコン含有下地膜を介して形成することもできる。この場合は、前記シリコン含有下地膜中のシリコン元素が上述した拡散反応に供することになるので、目的とするシリコンシリサイド膜を形成できるように十分な厚さに設定する。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
最初に、（１００）シリコン基板を準備し、このシリコン基板を室温において電子銃蒸着法を用いることによって、前記シリコン基板上にアルミニウム中間層及びコバルト層を、それぞれ厚さ約０．３４ｎｍ及び０．２３ｎｍに形成した。次いで、このようにして得た多層膜中間構造体に、窒素雰囲気中、５３０℃で１０分間の熱処理を行った。得られた多層膜構造体の走査トンネル顕微鏡像を図３に示すとともに、図３のＸ−Ｘ’線における断面プロファイルを図４に示す。なお、図３における黒色領域は露出したシリコン基板に相当し、その他の白色領域及び灰色領域が形成されたコバルトシリサイド層に相当する。
【００２４】
図４から明らかなように、本実施例で得たコバルトシリサイド膜における表面の凹凸の大きさは、約１ｎｍ以下であることが分かる。また、シリコン基板に対する被覆率は６５％であった。なお、前記コバルトシリサイド膜の厚さは、約１．２ｎｍであった。
【００２５】
（比較例）
アルミニウム中間層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にしてコバルトシリサイド膜を形成した。図５は、得られた多層膜構造体の走査トンネル顕微鏡像であり、図６は、図５のＹ−Ｙ’線における断面プロファイルである。前述したように、図５における黒色領域が露出したシリコン基板に相当し、その他の白色領域及び灰色領域が形成されたコバルトシリサイド層に相当する。
【００２６】
図６から明らかなように、本比較例で得たコバルトシリサイド膜における表面の凹凸の大きさは、約２ｎｍ以下であることが分かる。また、シリコン基板に対する被覆率は４０％であった。
【００２７】
以上、実施例１及び比較例から明らかなように、本発明に従って得たコバルトシリサイド膜は、優れた表面平坦性を呈するとともに、高い被覆率を呈することが分かる。
【００２８】
（実施例２）
実施例１で得たコバルトシリサイド膜を核生成層とし、前記シリコン基板を５３０℃に加熱するとともに、前記核生成層上に電子銃蒸着法によってコバルト膜を厚さ２．８ｎｍに堆積させ、前記核生成層から膜厚のコバルトシリサイド膜を形成した。図７は、得られた多層膜構造体の走査トンネル顕微鏡像であり、図８は、図７のＺ−Ｚ’線における断面プロファイルである。前述したように、図７における黒色領域が露出したシリコン基板に相当し、その他の白色領域及び灰色領域が形成されたコバルトシリサイド層に相当する。
【００２９】
図８から明らかなように、本実施例で得たコバルトシリサイド膜における表面の凹凸の大きさは、約１ｎｍ以下であることが分かる。また、シリコン基板に対する被覆率は８０％であった。なお、前記コバルトシリサイド膜の厚さは１０ｎｍであった。
【００３０】
実施例１及び２を比較すると、形成したコバルトシリサイド膜を核生成層としてエピタキシャル成長させて得たものは、高い表面平坦性と被覆率とを維持しながら、１０ｎｍ程度まで厚くすることができることが分かる。
【００３１】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコバルトシリサイド膜の作製方法及び多層膜中間構造体によれば、表面（界面）平坦性に優れ、高い被覆率を呈するコバルトシリサイド膜を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のコバルトシリサイド膜の作製方法を説明するための図である。
【図２】  同じく、本発明のコバルトシリサイド膜の作製方法を説明するための図である。
【図３】  本発明のコバルトシリサイド膜の走査トンネル顕微鏡像である。
【図４】  図３に示すコバルトシリサイドの断面プロファイルである。
【図５】  従来のコバルトシリサイド膜の走査トンネル顕微鏡像である。
【図６】  図５に示すコバルトシリサイド膜の断面プロファイルである。
【図７】  本発明のコバルトシリサイド膜の走査トンネル顕微鏡像である。
【図８】  図７に示すコバルトシリサイドの断面プロファイルである。
【符号の説明】
１０  多層膜中間構造体
１１  シリコン基板
１２  アルミニウム含有中間層
１３  コバルト含有膜
１５  コバルトシリサイド膜
【図１】
0003700004.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003700004.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003700004.tif 000007
【図７】
0003700004.tif 000008
【図８】
0003700004.tif 000009