(57)【要約】【課題】金属シリサイドなどの金属とＩＶ族元素との化合物からなる薄膜や実質的に金属膜として機能する高濃度に金属を含有する金属含有薄膜のパターンを成膜することができる金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法及びこれを適用した半導体装置の製造方法並びにマイクロデバイスを提供する。【解決手段】基板の表面にＩＶ族元素からなるＩＶ族薄膜を成膜した後、パターニングし、所定領域にＩＶ族薄膜パターンを有する被処理体とする工程と、この被処理体の表面に形成されたＩＶ族薄膜パターンに、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、前記ＩＶ族薄膜パターンを空間選択的に金属含有ＩＶ族薄膜パターンとする工程とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面にＩＶ族元素からなるＩＶ族薄膜を成膜した後、パターニングし、所定領域にＩＶ族薄膜パターンを有する被処理体とする工程と、
この被処理体の表面に形成されたＩＶ族薄膜パターンに、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、前記ＩＶ族薄膜パターンを空間選択的に金属含有ＩＶ族薄膜パターンとする工程と
を具備することを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記金属が、ニッケル、鉄、コバルト、チタン及び亜鉛から選択される少なくとも１種であることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記ＩＶ族元素が、シリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記金属含有ＩＶ族薄膜パターンが、多結晶シリコン薄膜であることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記被処理体の表面に形成されたＩＶ族薄膜パターンに、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させる際に、真空容器であるチャンバの内部にハロゲン化物を形成する金属を含む材料で形成した被エッチング部材を配設すると共に当該被エッチング部材にハロゲンを含む作用ガスをプラズマ化して得られるハロゲンラジカルを作用させることにより金属とハロゲンとの化合物である前駆体を形成する一方、前記被処理体を前記チャンバ内に収納した状態でその温度を前記被エッチング部材よりも低温に保持して前記前駆体を前記ＩＶ族薄膜パターンの表面に吸着させると共に前記ハロゲンガスのラジカルを作用させることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記金属含有ＩＶ族薄膜とする際に前記基板温度を２００℃〜３５０℃とすることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記金属含有ＩＶ族薄膜とする際に前記チャンバ内の残留水分の分圧を、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下とすることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記ＩＶ族薄膜が、前記所定領域以外の部分に保護膜を設けた基板を５００℃〜１２００℃とした条件下で、前記ＩＶ族元素を含有するＩＶ族元素含有化合物ガス中に曝すことにより形成されたものであることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記ＩＶ族薄膜の下側には、前記金属含有ＩＶ族薄膜パターンとする際に金属の拡散を規制する置換拡散防止膜が設けられていることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記ＩＶ族薄膜パターンが、実質的に金属とＩＶ族元素との化合物として機能することを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れか一項に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、
前記ＩＶ族薄膜パターンが、実質的に金属薄膜として機能することを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載する金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法を用いて金属含有ＩＶ族薄膜パターンを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法において、前記金属含有ＩＶ族薄膜パターンをＭＩＳトランジスタのゲート電極、ソース、ドレインの少なくとも１つとして製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載された方法で形成された金属含有ＩＶ族薄膜を含むことを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載のマイクロデバイスにおいて、前記金属含有ＩＶ族薄膜を磁性薄膜としたインダクタであることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項１６】
請求項１４に記載のマイクロデバイスにおいて、前記金属含有ＩＶ族薄膜を電極としたキャパシタ又はバリスタであることを特徴とするマイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法及び半導体装置の製造方法並びにマイクロデバイスに関し、金属含有ＩＶ族薄膜を空間制御して形成できるものであり、ＭＩＳ（ＭＯＳ）トランジスタの電極膜などの製造に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、特にＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＦＥＴの電極として金属シリサイド、特にニッケルシリサイドが用いられている。
【０００３】
このようなニッケルシリサイド膜などの金属シリサイドは、シリコン膜上に金属膜を成膜し、これを高温環境下に載置することで金属をシリコン膜内に熱拡散させて形成され、例えば、ニッケルシリサイドの場合には、４５０℃以上で熱処理をする必要がある（特許文献１〜３等参照）。このような熱処理により、ニッケルシリサイド膜においてウェハ面内でニッケル成分の濃度分布にばらつきが生じ易いとい問題があり、デバイス製造上の欠陥や特性劣化を引き起こすことがあるという問題がある。また、熱拡散の方法では、一般的には、熱拡散後、表面に残留した金属膜を除去する必要があった。さらに、従来の熱拡散によるニッケルシリサイドの形成においてはリン（Ｐ）やホウ素（Ｂ）をドープした多結晶シリコン上にニッケル膜を形成して熱処理を行うが、ＰやＢがニッケルシリサイドと多結晶シリコンとの界面に掃き出され、結果的にニッケルシリサイドに固溶できないＰやＢは多結晶シリコンの粒界やニッケルシリサイド膜の底部に掃き出されるという、いわゆる「雪かき効果」があるという問題があった。
【０００４】
一方、シリサイド膜の作製方法として、金属ハロゲン化物ガスと、シリコン水素化物ガスとを独立した分子線として基板上に供給して電子線を照射してシリサイド膜を作成する方法が提案されているが（特許文献４参照）、特殊な設備を必要とし、半導体製造への適用は困難である。
【０００５】
かかるプロセスでは、工程数が多いばかりでなく、まだ処理温度が高いという問題がある。ちなみに、処理温度が高ければ高い程、ドープした不純物の拡散、ゲート絶縁膜での絶縁劣化等に起因する当該ＭＯＳトランジスタの性能劣化という問題を生起する。
【０００６】
また、例えば、半導体製造プロセスにおいて、金属薄膜をパターニングする場合、フォトリソグラフィー及びエッチング等により、材料毎に設定した手法及び条件により加工する必要があり、工程が煩雑であり、また、微細加工を行うのが困難であるという問題がある。さらに、金属薄膜のパターニング工程で汚染物質が発生し易く、半導体の性能劣化の原因になるという問題もあった。
【０００７】
一方、従来の微結晶金属膜を製造する方法は、結晶粒に相当する粉体状の材料に高い圧力等を掛けさらに高温度に晒すことで（焼結）、固体状にするか、又は、さらにその固体状の材料を原料ターゲットにしてスパッタリング法等で薄膜を形成するなどの方法が採用される。また、薄膜をパターンニングする場合は、フォトリソグラフィーとエッチング等により、材料毎に設定した手法、条件で加工することが行われている。
【０００８】
例えば、従来の積層セラミックスコンデンサー（Multi-layer Ceramic Capacitor：ＭＬＣＣ）は、セラミックスグリーンシート上に、内部電極層となるペースト状ニッケル粉末を印刷し、それらを積み重ねて圧着後、焼結することにより製造される（特許文献５参照）。
【０００９】
しかしながら、上述した従来の方法では、材料である粉体の製造方法、さらに焼結での高温処理、およびスパッタリングによるイオン衝撃のばらつき等の原因により、結晶粒の粒径の最小は数百ｎｍ程度と限界があり、かつ、原理上、粒径のばらつきが大きい。また、薄膜をパターンニングする際は、材料毎に夫々のエッチング手法および条件を確立する必要が生じる。また、従来のＭＬＣＣ製造方法では、セラミックスグリーンシート上にペースト状ニッケル粉末を印刷後、さらに焼結する必要があり、製造コストがかかるという問題もある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１８６２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−０１９７０５号公報
【特許文献３】特開２００４−１６５６２７号公報
【特許文献４】特開平０９−０５９０１３号公報
【特許文献５】特開２００４−３００４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、金属シリサイドなどの金属とＩＶ族元素との化合物からなる薄膜や実質的に金属膜として機能する高濃度に金属を含有する金属含有薄膜のパターンを成膜することができる金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法及びこれを適用した半導体装置の製造方法並びにマイクロデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成する本発明の第１の態様は、基板の表面にＩＶ族元素からなるＩＶ族薄膜を成膜した後、パターニングし、所定領域にＩＶ族薄膜パターンを有する被処理体とする工程と、この被処理体の表面に形成されたＩＶ族薄膜パターンに、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることにより、前記ＩＶ族薄膜パターンを空間選択的に金属含有ＩＶ族薄膜パターンとする工程とを具備することを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００１３】
かかる第１の態様では、ＩＶ族薄膜をパターニングし、これに金属とハロゲンとの化合物である前駆体とハロゲンラジカルを作用させることにより、空間選択的にＩＶ族薄膜パターンを金属含有ＩＶ族薄膜とすることができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記金属が、ニッケル、鉄、コバルト、チタン及び亜鉛から選択される少なくとも１種であることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００１５】
かかる第２の態様では、ニッケル、鉄、コバルト、チタン、亜鉛を含有するＩＶ族薄膜パターンを空間選択的に形成することができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記ＩＶ族元素が、シリコン、ゲルマニウム及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００１７】
かかる第３の態様では、ＩＶ族元素としてシリコン、ゲルマニウム又は炭素を含む金属ＩＶ族薄膜パターンを空間選択的に形成することができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記金属含有ＩＶ族薄膜パターンが、多結晶シリコン薄膜であることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００１９】
かかる第４の態様では、多結晶シリコン薄膜をパターニングしてＩＶ族薄膜パターンとし、これに金属とハロゲンとの化合物である前駆体とハロゲンラジカルを作用させることにより、空間選択的にＩＶ族薄膜パターンを金属含有ＩＶ族薄膜とすることができ、比較的容易に所望のパターンの金属含有ＩＶ族薄膜を得ることができる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記被処理体の表面に形成されたＩＶ族薄膜パターンに、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させる際に、真空容器であるチャンバの内部にハロゲン化物を形成する金属を含む材料で形成した被エッチング部材を配設すると共に当該被エッチング部材にハロゲンを含む作用ガスをプラズマ化して得られるハロゲンラジカルを作用させることにより金属とハロゲンとの化合物である前駆体を形成する一方、前記被処理体を前記チャンバ内に収納した状態でその温度を前記被エッチング部材よりも低温に保持して前記前駆体を前記ＩＶ族薄膜パターンの表面に吸着させると共に前記ハロゲンガスのラジカルを作用させることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００２１】
かかる第５の態様では、所定の処理により、ＩＶ族薄膜パターンに、ニッケル、鉄、コバルトを含む遷移金属から選択される少なくとも１種である金属とハロゲンとの化合物である前駆体及びハロゲンラジカルを作用させることができる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記金属含有ＩＶ族薄膜とする際に前記基板温度を２００℃〜３５０℃とすることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００２３】
かかる第６の態様では、基板温度が比較的低温の条件で、金属含有ＩＶ族薄膜を比較的容易に形成することができる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第５又は６の態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記金属含有ＩＶ族薄膜とする際に前記チャンバ内の残留水分の分圧を、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下とすることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００２５】
かかる第７の態様では、残留水分の分圧を所定圧力以下とすることにより、金属とハロゲンとの化合物である前駆体とハロゲンラジカルを作用させることにより、有効に金属含有ＩＶ族薄膜を形成することができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記ＩＶ族薄膜が、前記所定領域以外の部分に保護膜を設けた基板を５００℃〜１２００℃とした条件下で、前記ＩＶ族元素を含有するＩＶ族元素含有化合物ガス中に曝すことにより形成されたものであることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００２７】
かかる第８の態様では、ＩＶ族元素の薄膜を比較的容易に製造でき、これに金属とハロゲンとの化合物である前駆体とハロゲンラジカルを作用させることにより、有効に金属含有ＩＶ族薄膜を形成することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記ＩＶ族薄膜の下側には、前記金属含有ＩＶ族薄膜パターンとする際に金属の拡散を規制する置換拡散防止膜が設けられていることを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００２９】
かかる第９の態様では、金属とハロゲンとの化合物である前駆体とハロゲンラジカルを作用させることにより、有効に金属含有ＩＶ族薄膜を形成する際に、金属が下地層まで拡散することを有効に防止することができる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れか態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記ＩＶ族薄膜パターンが、実質的に金属とＩＶ族元素との化合物として機能することを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００３１】
かかる第１０の態様では、金属とＩＶ元素との化合物としての薄膜パターンとして機能する金属含有ＩＶ族薄膜を比較的容易に形成することができる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第１〜９の何れかの態様に記載の金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法において、前記ＩＶ族薄膜パターンが、実質的に金属薄膜として機能することを特徴とする金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法にある。
【００３３】
かかる第１１の態様では、金属薄膜パターンとして機能する金属含有ＩＶ族薄膜を比較的容易に形成することができる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様に記載する金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法を用いて金属含有ＩＶ族薄膜パターンを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【００３５】
かかる第１２の態様では、金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法を用いて金属含有ＩＶ族薄膜パターンを形成することにより、金属含有ＩＶ族薄膜パターンを含む半導体装置を比較的容易に製造することができる。
【００３６】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の半導体装置の製造方法において、前記金属含有ＩＶ族薄膜パターンをＭＩＳトランジスタのゲート電極、ソース、ドレインの少なくとも１つとして製造することを特徴とする半導体装置の製造方法にある。
【００３７】
かかる第１３の態様では、金属含有ＩＶ族薄膜パターンをゲート電極、ソース、ドレインの少なくとも１つとする半導体装置を比較的容易に製造することができる。
【００３８】
本発明の第１４の態様は、第１１の態様に記載された方法で形成された金属含有ＩＶ族薄膜を含むことを特徴とするマイクロデバイスにある。
【００３９】
かかる第１４の態様では、実質的に金属として機能する金属含有ＩＶ族薄膜を用いてマイクロデバイスとすることができる。
【００４０】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様に記載のマイクロデバイスにおいて、前記金属含有ＩＶ族薄膜を磁性薄膜としたインダクタであることを特徴とするマイクロデバイスにある。
【００４１】
かかる第１５の態様では、実質的に金属として機能する金属含有ＩＶ族薄膜を磁性薄膜とするマイクロインダクタが実現される。
【００４２】
本発明の第１６の態様は、第１４の態様に記載のマイクロデバイスにおいて、前記金属含有ＩＶ族薄膜を電極としたキャパシタ又はバリスタであることを特徴とするマイクロデバイスにある。
【００４３】
かかる第１６の態様では、実質的に金属として機能する金属含有ＩＶ族薄膜を電極としたキャパシタ又はバリスタが実現される。
【００４４】
かかる本発明によれば、金属シリサイドなどの金属とＩＶ族元素との化合物からなる薄膜や実質的に金属膜として機能する高濃度に金属を含有する金属含有薄膜のパターンを比較的容易に形成することができ、これを適用した半導体装置を製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明は、本発明者等によって開発された、金属をハロゲン化して再び還元し堆積させる技術（以下、ＭＣＲ−ＣＶＤ法（塩化還元気相成長法）という。）を応用したものである。よって、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を最初に簡単に説明する。
【００４６】
かかるＭＣＲ−ＣＶＤ法では、まず、金属（Ｍ）製の被エッチング部材が備えられたチャンバ内にハロゲンを含む作用ガスを供給し、誘導プラズマを発生させてハロゲンガスプラズマを発生させ、ハロゲンラジカルを生成する。その後、ハロゲンラジカルで被エッチング部材をエッチングすることにより被エッチング部材に含まれる金属成分とハロゲンガス成分との前駆体を生成し、被エッチング部材よりも低い温度の基板上において、前駆体をハロゲンラジカルにより還元し、金属成分を基板表面に吸着させる方法である。
【００４７】
かかる一連の反応はハロゲンを塩素とした場合、次式の様に表される。
（１）プラズマの解離反応；Ｃｌ2→２Ｃｌ*
（２）エッチング反応；Ｍ＋Ｃｌ*→ＭＣｌ（ｇ）
（３）基板への吸着反応；ＭＣｌ（ｇ）→ＭＣｌ（ａｄ）
（４）成膜反応；ＭＣｌ（ａｄ）＋Ｃｌ*→Ｍ＋Ｃｌ2↑
式中のＣｌ*は塩素ラジカル、（ｇ）はガス状態、（ａｄ）は吸着状態を示す。金属Ｍにはハロゲン化物を作る物質（銅など）が使用される。
【００４８】
かかる、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を応用した本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
【００４９】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係るニッケルシリサイドを含有する薄膜パターンの製造方法を実現する装置（ＭＣＲ−ＣＶＤ装置）の概略を示す正面図である。本形態に係る方法の説明に先立ち、この装置について説明しておく。
【００５０】
図１に示すように、例えば石英を材料として円筒状に形成されたチャンバ１の底部近傍には支持台２が設けられ、支持台２には石英で形成した被処理部材３が載置されている。この被処理部材３としては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板３１の表面に形成された酸化シリコン膜（二酸化シリコン膜）３２上に形成した多結晶シリコン膜３３を、所望パターンにパターニングしたシリコンパターン３４を有するものを用いる。
【００５１】
支持台２にはヒータ４及び冷媒流通手段５を備えた温度制御手段６が設けられている。ここで、支持台２は温度制御手段６により所定温度（例えば、被処理部材３が２００℃乃至４００℃に維持される温度）に制御される。
【００５２】
チャンバ１の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製の板状の天井板７によって塞がれている。天井板７の上方にはチャンバ１の内部をプラズマ化するためのプラズマアンテナ８が設けられ、プラズマアンテナ８は天井板７の面と平行な平面リング状に形成されている。プラズマアンテナ８には整合器９及び電源１０が接続されて高周波電流が供給される。これら、プラズマアンテナ８、整合器９及び電源１０により誘導プラズマを発生させるプラズマ発生手段が構成されている。
【００５３】
チャンバ１にはニッケルを含む材料で形成した被エッチング部材１１が保持され、この被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れに対して被処理部材３と天井板７との間に不連続状態で配置されている。例えば、被エッチング部材１１は、棒状の突起部１２とリング部１３とからなり、突起部１２がチャンバ１の中心側に延びるようにリング部１３が設けられている。これにより、被エッチング部材１１はプラズマアンテナ８の電気の流れ方向である周方向に対して構造的に不連続な状態とされている。
【００５４】
なお、プラズマアンテナ８の電気の流れに対して不連続状態にする構成としては、被エッチング部材１１を格子状に形成したり、網目状に形成したりする等の態様が考えられる。
【００５５】
被エッチング部材１１の上方におけるチャンバ１の筒部の周囲にはチャンバ１の内部にハロゲンである塩素を含有する作用ガス（Ｃｌ２ガス）２１を供給するノズル１４が周方向に等間隔で複数（例えば８箇所：図には２箇所を示してある）接続されている。ノズル１４には流量及び圧力が制御される流量制御器１５を介してＣｌ２ガス２１が送られる。流量制御器１５によりチャンバ１内に供給されるＣｌ２ガス２１の量を制御することで、チャンバ１内のガスプラズマ密度を制御している。
【００５６】
なお、反応に関与しないガス等は排気口１８から排気され、天井板７によって塞がれたチャンバ１の内部は真空装置１９によって真空引きすることにより所定の真空度に維持される。
【００５７】
ここで、作用ガスに含有されるハロゲンとしては、フッ素、臭素及びヨウ素等を適用することが可能である。本形態ではハロゲンとして安価なＣｌ２ガスを用いたことによりランニングコストの低減を図ることができる。
【００５８】
かかる装置を使用して、被処理部材３を処理すると、酸化シリコン膜３２上に形成されているシリコンパターン３４が、図２（ｃ）に示すように、ニッケルシリサイドを含有する金属含有薄膜３５となる。
【００５９】
以下、このような金属含有薄膜３５の形成プロセスについて説明する。
【００６０】
まず、ノズル１４からＣｌ２ガス２１をチャンバ１内に供給するとともに、プラズマアンテナ８から高周波電磁波をチャンバ１内に入射することで、Ｃｌ２ガス２１をイオン化してＣｌ２ガスプラズマ２３を発生させ、Ｃｌラジカルを生成する。
【００６１】
ここで、ガスプラズマ２３が被エッチング部材１１に作用することにより、被エッチング部材１１を加熱すると共に、被エッチング部材１１にエッチング反応を生じさせる。このエッチング反応により被エッチング部材１１の材料であるニッケルと塩素との化合物であるガス状の前駆体２４（ＮｉｍＣｌｎ：ｍ，ｎは１以上の整数）が形成される。そして、前駆体２４は、前記被エッチング部材１１よりも低温部となっている被処理部材３の表面に向かって輸送される。また、被処理部材３に対しては、前駆体２４と共にＣｌラジカルが輸送される。
【００６２】
ここで、本実施形態では、シリコン基板３１の表面（実際には酸化シリコン膜３２の表面）上にはシリコンパターン３４が予め形成されており、この上へ前駆体２４とＣｌラジカルとが輸送されることで、シリコンパターン３４に対して空間選択的にＮｉ成分が置換拡散すると考えられる。具体的には、シリコン基板３１の表面に対してＣｌラジカルと前駆体２４とが輸送されると、シリコン基板３１の表面近傍においてシリコンパターン３４のみに空間選択的にＣｌラジカルと前駆体２４が作用してＳｉ成分がＮｉ成分に置換されながら、Ｎｉ成分がシリコンパターン３４内に置換拡散しつつ塩素成分が離脱する還元反応が生じ、ニッケルシリサイドが生成する。この処理により、ニッケルシリサイドの生成は、酸化シリコン膜３２の位置で停止され、結果的に、酸化シリコン膜３２上に所定のニッケル濃度分布を有す金属含有薄膜３５が形成される。なお、反応に関与しないガス及びエッチング生成物は排気口から排気される。
【００６３】
シリコンパターン３４としては多結晶シリコン膜乃至単結晶シリコン膜の何れの膜も用いることはできるが、多結晶シリコン膜の方がより望ましい。単結晶シリコンに較べ、粒界が多い分、塩素ラジカルがシリコンパターン３４内に侵入し易く、シリサイド化が容易且つ良好に行なわれ、Ｎｉ２Ｓｉ、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｎｉ５Ｓｉ２などを含むニッケルシリサイド膜を比較的容易に形成することができるからである。また、多結晶シリコン膜は、フォトリソグラフィー及びエッチングなどの公知の手法により、金属膜のパターニングなどと比較して比較的容易にパターニングすることができるという利点がある。
【００６４】
ＩＶ族薄膜の一例である多結晶シリコン膜３３（図２（ａ）参照）は、例えば、公知のＣＶＤ法などにより成膜できる。一般的には、ＩＶ族薄膜は、基板を５００℃〜１２００℃にした後、ＩＶ族元素を含有するＩＶ族元素含有化合物ガス中に曝すことにより容易に形成できる。例えば、多結晶シリコン膜３３は、シリコン基板３１を約６００℃に保持し、原料ガスとして、１００ｍＴｏｒｒの下、２０％ＳｉＨ４（Ｎ２希釈）などに晒すことにより、成膜できる。また、多結晶シリコン膜３３は、例えば、フォトリソグラフィーと、例えば、ＣＦ４／Ｏ２ガスによるドライエッチングにより容易にパターニングして、シリコンパターン３４とすることができる。
【００６５】
また、シリコンパターン３４は、成膜後パターニングにより形成するほか、所望パターン以外の領域をレジストなどの保護膜で保護した後、ＣＶＤ法などでシリコンパターン３４を成膜してもよい。
【００６６】
何れにしても、所望パターン形状のシリコンパターン３４を有するものであれば、シリコンパターン３４の領域のみに空間選択的にニッケル成分が置換拡散され、ニッケルシリサイドを含む金属含有薄膜３５が形成できる。
【００６７】
ここで、空間選択的とは、シリコンパターン３４の領域のみにニッケル成分が空間選択的に置換拡散されて、その周囲の領域にはニッケルが作用しない状態をいう。すなわち、金属含有薄膜３５は、セルフアライメントされた状態でシリコンパターン３４の領域に形成され、その周囲の領域には形成されない。なお、シリコンパターン３４の周囲は、シリコン以外であれば特に限定されないが、酸化膜であるのが好ましく、酸化シリコン膜であるのが好ましい。
【００６８】
また、シリコンパターン３４の下地がシリコン基板の場合には、条件によってはニッケルがシリコン基板まで置換拡散するが、下地が酸化シリコン膜３２であるので、置換拡散防止膜として作用し、ニッケル成分の置換拡散は酸化シリコン膜３２で停止される。よって、シリコンパターン３４を金属含有薄膜３５とする際には、下地として金属の置換拡散を規制する置換拡散防止膜を設けるのが好ましく、この場合には、酸化シリコン膜３２が置換拡散防止膜として作用する。
【００６９】
なお、従来技術で示した熱拡散により形成されたニッケルシリサイド膜の形成では、例えば、シリコン膜上にニッケル膜を設けて８００℃で５分間加熱することによりニッケルがシリコン膜中に熱拡散するが、シリコン膜の下地に酸化シリコン膜があってもニッケルは酸化シリコン膜を突き抜けてさらに下層にまで熱拡散することになり、熱拡散を所定位置で制御するのが困難である。
【００７０】
さらに、本発明によれば、金属の置換拡散による金属含有薄膜３５の形成を比較低温で行うので、従来技術で説明したような「雪かき効果」などの不具合が生じないという利点がある。
【００７１】
この点、本発明の金属含有薄膜の形成方法では、処理温度を熱拡散が生じない温度、例えば、２００℃〜４００℃、好ましくは２００℃〜３５０℃で行うことができる。すなわち、本発明によると、低温処理で金属シリサイド膜を形成することができるので、半導体装置の製造方法に適用した場合にも、他の層への影響も小さいという利点もある。
【００７２】
また、本発明方法では、金属含有薄膜３５とする際にチャンバ内の残留水分の分圧を、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下とするのが好ましい。
【００７３】
上述したＭＣＲ−ＣＶＤ法では、一般的には、基板表面に作用するハロゲンラジカルのフラックスと前駆体のフラックスとの和である総フラックスと、総フラックスに対するハロゲンラジカルのフラックスの比率とにより、処理条件が決定し、ハロゲンラジカルのフラックスの比率が相対的に低くなると、成膜モードとなり、ハロゲンラジカルのフラックスの比率が高くなるとエッチングモードとなる。
【００７４】
本発明方法では、総フラックスを高くなるように制御することにより、金属含有薄膜３５中の平均ニッケル濃度を高くすることができ、逆に低くなるように制御することにより、平均ニッケル濃度を低くすることができる。例えば、被エッチング部材１１を同一とし、ハロゲンガスである作用ガス２１の導入量を一定とし、プラズマアンテナ８に印加するＲＦパワーを高くすると、総フラックスが高くなると共にニッケルを含む前駆体２４のフラックスが高くなり、一方、ＲＦパワーを低くすると、総フラックスが低くなると共にニッケルを含む前駆体２４のフラックスが低下する。
【００７５】
ここで、ＭＣＲ−ＣＶＤ法を実施する条件では、一般的には、ハロゲンラジカルのフラックスが飽和状態となるので、この条件下ではＲＦパワーを変化させてもハロゲンラジカルのフラックスはほとんど変化せずに、ＲＦパワーを低くすると、前駆体のフラックスが低くなり、ＲＦパワーを高くすると、前駆体のフラックスが高くなるので、これにより平均ニッケル濃度を制御することができる。
【００７６】
また、平均ニッケル濃度は、ハロゲンラジカルのフラックスと前駆体２４のフラックスとの比や被処理部材３の温度、基板の温度などによっても変化し、これらによって変化する前駆体２４の吸着量と、この前駆体２４が吸着した表面へ作用するハロゲンラジカルの量によって、ニッケルシリサイドの生成量が規定されると推定される。
【００７７】
したがって、本発明方法によると、主にＲＦパワーによって制御できる総フラックスを制御することにより、平均ニッケル濃度を増減できるが、被エッチング部材１１の形状、温度、ハロゲンガスの導入量、被処理部材３の温度など諸条件によっても変化するものである。例えば、他の条件を同一にし、被処理部材３の温度を高くすると、平均ニッケル濃度は低くなる方向に制御でき、逆に被処理部材３の温度を低くすると、平均ニッケル濃度が高くなる方向に制御できる。
【００７８】
また、ニッケルとシリコンとの比が１：２〜２：１の領域、すなわち、例えば、ニッケル平均濃度が３５％を超えると、ニッケルがシリコン中に全固溶する領域となり、ニッケルがシリコン中に拡散し易くなり、ニッケル分布が膜厚方向に平均化するようになる。一方、ニッケル濃度が３５％〜６０％の範囲では金属含有薄膜３５がニッケルシリサイド膜として機能する傾向が強く、ニッケル濃度が６０％を超えると、ニッケル膜と同様な特性を有する傾向が強いが、これらは用途に応じて、金属含有量を選定すればよい。
【００７９】
また、ニッケル濃度が６０％を超え、特に８０％以上となると、金属含有薄膜３５が実質的にはニッケル膜として機能する。すなわち、空間選択的に金属パターンが形成できるということになり、半導体製造プロセスやマイクロデバイスなど種々の用途に適用可能である。また、ニッケル濃度が高いと、軟磁性体としての特性も出現する、種々の用途で使用可能である。
【００８０】
なお、以上説明した実施形態では、ＩＶ族元素としてシリコンを例示したが、化学的にシリコンに近いゲルマニウム又は炭素をシリコンに置き換えても同様な金属含有薄膜が形成できる。
【００８１】
また、上述した実施形態では、金属としてニッケルを例示したが、ニッケルの代わりに、鉄、コバルト、チタン、亜鉛などに置き換えても、同様に金属含有薄膜が形成できると容易に推測できる。
【００８２】
以上説明した金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法によると、所望の金属含有薄膜パターンを形成できる。したがって、かかる方法は、金属含有ＩＶ族薄膜をゲート電極、ソース、ドレインなどとして使用する半導体装置、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴなどの製造方法に適用できる。また、この際、処理温度が、２００℃〜４００℃と比較的低温であるので、半導体装置の製造に適用して非常に有用である。
【００８３】
半導体装置の製造に適用する場合、上述したような二次元の多結晶シリコンパターンの他、貫通孔を介してのプラグ接続用パターンに用いることもできる。この手法の概略を図３を参照しながら説明する。図３（ａ）に示すように、例えば、シリコン基板４１上に形成された絶縁膜としての酸化シリコン膜４２に貫通孔４２ａを形成した後、図３（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜４３を成膜し、パターニングしてシリコンパターン４４とする。これにより、貫通孔４２ａの内周面を介してシリコン基板４１と接続したシリコンパターン４４が形成される。このシリコンパターン４４を有するシリコン基板４１に、上述しように、前駆体２４及び塩素ラジカルを作用させると、空間選択的にシリコンパターン４４に作用してシリコンパターン４４中にニッケルシリサイドが生成し、図３（ｃ）に示すように、金属含有薄膜４５が形成される。なお、この場合、条件によっては、ニッケルがシリコン基板４１中にも侵入する。
【００８４】
また、図４に示すように、シリコン基板４１上にパターニングした酸化シリコン膜４２を形成した状態で、上述したように、前駆体２４及び塩素ラジカルを作用させてもよく、この場合、貫通孔４２ａの中のシリコン基板４１にニッケルシリサイドを含有する金属含有領域４１ａが形成される。
【００８５】
このような金属含有薄膜４５及び金属含有領域４１ａは、ニッケルの平均含有量が６０％より少なければ、ニッケルシリサイド膜として機能し、ニッケルの平均含有量が６０％を超えて、好ましくは８０％以上となると、ニッケル膜として機能するので、用途に応じて適用すればよい。
【００８６】
例えば、図３の金属含有薄膜４５は、ニッケル膜としてプラグ配線などに使用することができ、また、図４の金属含有領域４１ａは、ＭＯＳトランジスタのソース又はドレイン領域として適用することができる。
【００８７】
＜半導体装置の実施形態＞
図５及び図６には、本発明方法を適用できる半導体装置の構造を示し、上述した金属含有ＩＶ族薄膜の形成方法を従来から公知の半導体製造装置の製造方法に適用して製造することができる。
【００８８】
図５は、ＭＯＳトランジスタの一例であり、このＭＯＳトランジスタは、ｎ型シリコン基板１０４上に二つのｐ領域を形成し、各ｐ領域にソース電極１０１及びドレイン電極１０２を形成するとともに、前記ｎ型シリコン基板１０４上に形成したＳｉＯ２膜であるゲート絶縁膜１０５を介してゲート電極１０３を形成したものである。かかるＭＯＳトランジスタにおいて、ゲート電極１０３は、ニッケルシリサイド膜などの金属シリサイド膜からなり、上述した実施形態で説明した方法により製造することができ、また、ソース電極１０１及びドレイン電極１０２も上述したニッケルシリサイド膜で形成することができる。
【００８９】
図６は、立体チャンネル構造の半導体装置の一例であり、ｎ型シリコン基板２０４上に二つのｐ領域を形成し、各ｐ領域にソース電極２０１及びドレイン電極２０２を形成するとともに、前記ｎ型シリコン基板２０４上に形成したＳｉＯ２膜であるゲート絶縁膜２０５を介してゲート電極２０３を形成した構造は図５と同様であるが、この上に酸化シリコン膜２０６を形成してソース電極２０１及びドレイン電極２０２の上にコンタクトホール２０７、２０８を形成し、コンタクトホール２０７、２０８の内周面に上述した手法で、ニッケルシリサイド膜などの金属含有薄膜２０９、２１０を形成したのち、コンタクトホール２０７、２０８をタングステンなどの金属２１１、２１２で埋め込んだ構造を有するものである。
【００９０】
図７〜図９には、本発明方法を適用した半導体装置の製造プロセスの要部（マルチゲートの製造工程）の一例を示す。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板３０１の表面をパターニングして帯状に延びる（図面の紙面厚さ方向）凸部３０２を形成した後、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板３０１を熱酸化することにより、凸部３０２を含む表面に熱酸化膜３０３を形成する。続いて、図７（ｄ）に示すように、熱酸化膜３０３上にポリシリコン（多結晶シリコン）膜３０４をＣＶＤ、スパッタなどにより形成する。次に、図７（ｅ）に示すように、ポリシリコン膜３０４上に凸部３０２の長手方向の一部の領域を覆うレジストパターン３０５を形成して、レジストパターン３０５以外の領域のポリシリコン膜３０４を除去した後、図７（ｆ）に示すように、レジストパターン３０５を除去し、凸部３０２の長手方向の一部を覆うポリシリコンパターン３０６を形成する。そして、ポリシリコンパターン３０６の凸部３０２の幅方向外側の領域にレジストパターン３０７を形成し（図８参照）、この状態でＰ、Ｂなどをドープする。
【００９１】
この後、上述した本発明方法を適用し、例えば、図１に示すような装置に投入し、図９（ａ）に示すように、ニッケルとハロゲンとの化合物である前駆体とハロゲンラジカルとを作用させ、ポリシリコンパターン３０６中にニッケル成分を置換拡散させ、ニッケルシリサイド膜３０８とする。この際、ポリシリコンパターン３０６以外の領域は熱酸化膜３０３で覆われているので、ニッケル成分がシリコン基板３０１に置換拡散することは基本的にはないが、熱酸化膜３０３が薄い場合には、ニッケル成分を置換拡散したくない領域に二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）や酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）などをさらに設けてもよい。
【００９２】
この後、図９（ｂ）に示すように、ニッケルシリサイド膜３０８を含む全体に、二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）や酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）などからなる層間絶縁膜３０９を、例えば、低温プラズマＣＶＤなどにより形成し、パターニングによりニッケルシリサイド膜３０８の凸部３０２の頂部に対向する領域にコンタクトホール３１０を形成し、図９（ｃ）に示すように、コンタクトホール３１０中に、ニッケルシリサイド膜３０８と電気的に導通されるコンタクト電極３１１を形成する。
【００９３】
以上説明した半導体装置及び製造プロセスは例示であり、比較的低温条件下で、且つ空間選択的に金属含有薄膜を製造できるという利点を生かして、種々の半導体装置に適用可能である。
【００９４】
＜マイクロデバイスの実施形態＞
図１０には、上述した金属含有薄膜を磁性薄膜として用いたマイクロインダクタを模式的に示す。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ′線断面図及びＢ−Ｂ′線断面図である。これらの図面に示すように、マイクロインダクタ１２０は、例えば、半導体装置に組み込まれるものであり、例えば、シリコン基板１２１の酸化シリコン膜１２２上に設けられた磁性薄膜１２３は、例えば、酸化シリコン膜などの絶縁膜１２４で覆われ、その周りを螺旋状に巻回するように金属薄膜からなる配線１２５を設けたものである。
【００９５】
なお、このようなマイクロインダクタでは、配線１２５は磁性薄膜１２３を必ずしも巻回するように設ける必要はない。図１１には他の例のマイクロインダクタを示す。図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ′線断面図である。これらの図面に示すように、磁性薄膜１２３の上部を覆うように配線１２５Ａを設けたマイクロインダクタ１２０Ａとしてもよく、何れにしても、インダクタとして機能する。
【００９６】
このようなマイクロインダクタにおいては、コアコイル型でもトロイダルコイル型でも、その特性を結晶粒内の磁化特性に依存しているから、小型化（薄膜化）には粒径の微小化が必須である。磁性薄膜１２３を上述した金属含有薄膜とすることにより、その成膜条件から膜中の粒径を容易に制御でき、かつ、数十ｎｍの粒径での成膜が可能であるので、小型化が容易であるという利点がある。また、特に酸化シリコン膜上の成膜選択性より、多結晶シリコンのパターンニングに依存した成膜が可能であり、個別のパターニング条件の設定なしに、かつ、粒径の小さい薄膜による所望の微小パターンの形成が可能となり、電子回路としてのＬＳＩと同チップ上に受動素子としてのインダクタの形成が可能となり、電子回路の機能向上、小型化、低コスト化を果たすことができる。
【００９７】
図１２には、微結晶金属薄膜を電極としたマイクロバリスタの一例を示す。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ′線断面図である。これらの図面に示すように、マイクロバリスタ１３０は、例えば、半導体装置に組み込まれるものであり、例えば、シリコン基板１３１の酸化シリコン膜１３２上に設けられた下電極１３３と上電極１３４との間にバリスタ膜１３５を有するものである。なお、図１２（ａ）では、下電極１３３からのリード線１３３ａと、絶縁層１３６を介して設けられた上電極１３４からのリード線１３４ａとを示している。
【００９８】
かかるマイクロバリスタ１３０では、下電極１３３及び上電極１３４の一方又は両方を上述した金属含有薄膜とすることができる。なお、このように金属含有薄膜を電極として用いた場合、金属薄膜と比較してパターニングしやすいという利点があり、また、表面粗さを粗くすることにより、素子としての容量を増大することができるという利点がある。このような構成により、電子回路としてのＬＳＩと同チップ上に保護素子としてのバリスタの形成が可能となり、小型化、低コスト化が果たせるという効果を奏する。
【００９９】
なお、バリスタ膜１３５の代わりに誘電体膜を用いることにより、同様にマイクロキャパシタを構成することができる。
【０１００】
＜他の実施形態＞
第１の実施の形態に用いた、図１に示す装置においては、チャンバ１内でハロゲンガスをプラズマ化することによりそのラジカルを形成したが、ラジカルの形成方法はこれに限る必要はない。例えば次のような方法によっても形成し得る。
１）  チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスに高周波の電界を作用させてこのハロゲンガスをプラズマ化する。
２）  チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスにマイクロ波を供給してこのハロゲンガスをプラズマ化する。
３）  チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを加熱して熱的解離する。
４）  チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスに電磁波又は電子線を供給してこのハロゲンガスを解離させる。
５）  チャンバ１内に連通する筒状の通路を流通するハロゲンガスを、触媒作用により解離させる触媒金属に接触させる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、半導体装置の製造の他、他の電子デバイスの製造に関する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属含有薄膜の形成方法に使用する装置の概略を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における金属含有薄膜部材の形成方法の一例を説明する断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における金属含有薄膜部材の形成方法の他の例を説明する断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における金属含有薄膜部材の形成方法の他の例を説明する断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を適用した半導体装置の一例のＭＯＳトランジスタを概念的に示す説明図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法を適用した半導体装置の他の例を概念的に示す説明図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法の一例を概念的に示す説明図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法の一例を概念的に示す説明図である。
【図９】本発明の半導体装置の製造方法の一例を概念的に示す説明図である。
【図１０】本発明のマイクロデバイスの一例であるマイクロインダクタを模式的に表す図である。
【図１１】本発明のマイクロデバイスの他の例であるマイクロインダクタを模式的に表す図である。
【図１２】本発明のマイクロデバイスの一例であるマイクロバリスタを模式的に表す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１        チャンバ
３        被処理部材
８        プラズマアンテナ
１１        被エッチング部材
２１        作用ガス
【図１】
2008270251.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008270251.tif 000011
【図１０】
2008270251.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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