(57)【要約】【課題】高温下での使用においてもその物理特性を劣化させることのない、新規なニッケルシリコン系薄膜及びその作製方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１上に、公知の成膜手法を用いてシリコン及び炭素含有下地膜２及びニッケル含有薄膜３を順次に形成して多層膜構造５を作製する。次いで、この多層膜構造５に対して熱処理を施し、シリコン基板１中のシリコン元素、下地膜２中のシリコン元素及び炭素元素、及びニッケル含有薄膜３中のニッケル元素を相互拡散させるとともに、化学的に反応させて炭素を含むニッケルシリコン系薄膜６を作製する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル、シリコン及び炭素を含んでなることを特徴とする、ニッケルシリコン系薄膜。
【請求項２】
前記炭素の含有割合が０．０１原子％〜１０原子％であることを特徴とする、請求項１に記載のニッケルシリコン系薄膜。
【請求項３】
ｎ型不純物又はｐ型不純物を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のニッケルシリコン系薄膜。
【請求項４】
シリコン基板と、このシリコン基板上においてニッケル、シリコン及び炭素を含むニッケルシリコン系薄膜とを具えることを特徴とする、ニッケルシリコン系多層膜構造。
【請求項５】
前記炭素の含有割合が０．０１原子％〜１０原子％であることを特徴とする、請求項４に記載のニッケルシリコン系多層膜構造。
【請求項６】
前記シリコン基板及び前記ニッケルシリコン系薄膜の少なくとも一方にｎ型不純物又はｐ型不純物を含有させたことを特徴とする、請求項４又は５に記載のニッケルシリコン系多層膜構造。
【請求項７】
シリコン基板上に、炭素含有下地膜及びニッケル含有薄膜を順次に形成して、前記シリコン基板、前記炭素含有下地膜及び前記ニッケル含有薄膜からなる多層膜構造を形成する工程と、
前記多層膜構造を所定の温度に加熱することにより、前記多層膜構造の上層部において、ニッケル、シリコン、及び炭素を含むニッケルシリコン系薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、ニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項８】
前記炭素含有下地膜はシリコンを含むことを特徴とする、請求項７に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項９】
前記炭素含有下地膜中の炭素含有量が０．０１原子％〜１０原子％であることを特徴とする、請求項８に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項１０】
前記炭素含有下地膜は炭素薄膜であることを特徴とする、請求項７に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項１１】
前記下地膜の厚さが１０ｎｍ〜１０００ｎｍであり、前記ニッケル含有薄膜の厚さが１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項８又は９に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項１２】
前記下地膜の厚さが０．１ｎｍ〜２ｎｍであり、前記ニッケル含有薄膜の厚さが１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１０に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項１３】
前記多層膜構造は３００℃以上の温度で加熱することを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか一に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項１４】
前記シリコン基板、前記下地膜及び前記ニッケル含有薄膜の少なくとも一つにおいて、ｎ型不純物又はｐ型不純物を含有させることを特徴とする、請求項７〜１３のいずれか一に記載のニッケルシリコン系薄膜の作製方法。
【請求項１５】
請求項１〜３のいずれか一に記載のニッケルシリコン系薄膜からなることを特徴とする、素子電極。
【請求項１６】
請求項１５に記載の素子電極を含むことを特徴とする、電子素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニッケルシリコン系薄膜の作製方法に関し、特に電子素子における素子電極として好適に用いることのできるニッケルシリコン系薄膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケルシリコン系薄膜は、低抵抗かつ平坦な表面を有することから、電子素子における素子電極として注目されている。前記ニッケルシリコン系薄膜を素子電極などとして用いる場合、従来はシリコン基板上にニッケル薄膜を蒸着、スパッタリング、及びＣＶＤなどの成膜手法を用いて形成した後、前記ニッケル薄膜を含めた前記シリコン基板の全体を所定温度に加熱して熱処理を行い、前記シリコン基板のシリコン元素と前記ニッケル薄膜のニッケル元素との化学的な反応を通じて、前記ニッケルシリコン系薄膜を作製していた。
【０００３】
しかしながら、前記ニッケルシリコン系薄膜を高温の条件下、例えば７５０℃以上の温度条件下で使用した場合、前記ニッケルシリコン系薄膜を構成する結晶粒が凝集してしまい、平坦性が劣化するとともに抵抗値が増大して、素子電極として使用することができない場合があった。したがって、前記ニッケルシリコン系薄膜の使用条件が限定されてしまい、広範な環境下で使用することができないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高温下での使用においてもその物理特性を劣化させることのない、新規なニッケルシリコン系薄膜及びその作製方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、ニッケル、シリコン及び炭素を含んでなることを特徴とする、ニッケルシリコン系薄膜に関する。
【０００６】
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、従来のニッケルシリコン系薄膜に対して所定量の炭素を含有させることにより、前記ニッケルシリコン系薄膜の熱的安定性が向上し、高温下で使用した場合においても結晶粒が凝集しないことを見出した。その結果、ニッケルシリコン系薄膜を高温下で使用した場合においても、平坦性の劣化を抑制し、抵抗値の増大を抑制できることを見出した。したがって、本発明のニッケルシリコン系薄膜は、広範な環境下において使用することができる。
【０００７】
また、本発明は、シリコン基板上に、炭素含有下地膜及びニッケル含有薄膜を順次に形成して、前記シリコン基板、前記炭素含有下地膜及び前記ニッケル含有薄膜からなる多層膜構造を形成する工程と、
前記多層膜構造を所定の温度に加熱することにより、前記多層膜構造の上層部において、ニッケル、シリコン、及び炭素を含むニッケルシリコン系薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、ニッケルシリコン系薄膜の作製方法に関する。
【０００８】
本発明の作製方法によれば、従来のシリコン基板及びニッケル含有薄膜に加えて、これらの間に炭素含有下地膜を形成して多層膜構造を形成し、これを所定温度で加熱処理することのみで目的とする炭素含有のニッケルシリコン系薄膜を作製することができる。したがって、本発明のニッケルシリコン系薄膜を極めて簡易に作製することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の作製方法を説明するための図である。最初に、図１に示すように、シリコン基板１上に、蒸着法、スパッタリング法、及びＣＶＤ法などの公知の成膜手法を用いて、炭素含有下地膜２及びニッケル含有薄膜３を順次に形成して多層膜構造５を作製する。次いで、この多層膜構造５に対して熱処理を施し、シリコン基板１中のシリコン元素と、下地膜２中の炭素元素と、ニッケル含有薄膜３中のニッケル元素とを相互に拡散させるともに化学的に反応させ、図２に示すように、ニッケル、シリコン、及び炭素を含むニッケルシリコン系薄膜６を得る。
【００１０】
なお、下地膜２は炭素薄膜から構成することができる。この場合、ニッケルシリコン系薄膜６中の炭素含有量は、前記炭素薄膜の厚さを適宜に調節することによって制御する。具体的には、下地膜２の厚さを０．１ｎｍ〜２ｎｍ、さらには０．１ｎｍ〜０．５ｎｍに設定する。そして、ニッケル含有薄膜３の厚さを１ｎｍ〜１００ｎｍ、さらには５ｎｍ〜３０ｎｍに設定する。
【００１１】
さらに、下地膜２は炭素以外の元素を含むこともできる。炭素以外の元素としてはニッケルシリコン系薄膜６中に余分な不純物の混入を防止すべく、シリコンが好ましい。この場合、炭素含有下地膜２は、シリコン及び炭素含有薄膜として構成される。このようなシリコン及び炭素含有薄膜中における炭素含有量は、好ましくは０．０１原子％〜１０原子％に設定し、さらには０．１原子％〜５原子％に設定する。これによって、目的とするニッケルシリコン系薄膜６中の炭素含有量を０．０１原子％〜１０原子％、さらには０．１原子％〜５原子％とすることができ、その熱的安定性をさらに向上させることができる。したがって、高温下での使用においても、平坦性を維持することができ、抵抗値の増大を抑制することができる。
【００１２】
また、上記熱処理は３００℃以上、好ましくは３５０℃〜７５０℃で行うことが好ましい。これによって、上述した拡散及び化学的反応をより短時間で効率良く行うことができる。なお、上記７５０℃を超えた温度で熱処理を行うと結晶粒が増大してしまう場合が生じ、本発明の目的を十分に達成することができない場合がある。
【００１３】
さらに、下地膜２の厚さは、得ようとするニッケルシリコン系薄膜６の厚さに依存して決定されるが、１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、さらには１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。同様に、ニッケル含有薄膜３の厚さも、得ようとするニッケルシリコン系薄膜６の厚さに依存して決定されるが、１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、さらには５ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましい。これによって、例えば上述した温度範囲で熱処理を実施した際において、シリコン元素などの相互拡散及び化学的反応などを十分に行うことができ、十分な厚さのニッケルシリコン系薄膜６を比較的短時間で効率良く作製することができる。
【００１４】
なお、必要に応じて、シリコン基板１、炭素含有薄膜２、及びニッケル薄膜３中に、ボロン、ガリウムなどｐ型不純物、砒素、アンチモン、燐などのｎ型不純物を含有させることもできる。これによって、最終的に得たニッケルシリコン系薄膜６をｐ型素子電極又はｎ型素子電極などとして用いることができる。
【００１５】
また、図２においては、下地膜２及びニッケル含有薄膜３が完全に反応して消失し、その結果としてニッケルシリコン系薄膜６が形成された場合について示しているが、下地膜２が比較的厚く形成されたような場合においては部分的に残留していても良い。
【００１６】
【実施例】
＜ニッケルシリコン系薄膜の作製＞
（実施例）
本実施例においては、本発明の作製方法を用いて図２に示すようなニッケルシリコン系薄膜６を作製した。（００１）シリコン基板上に、蒸着法を用いて炭素を０．４原子％含むシリコン薄膜を厚さ４００ｎｍに形成した。次いで、同じくニッケル薄膜を厚さ２０ｎｍに形成して、多層膜構造を作製した。次いで、前記多層膜構造に対して真空中、３５０℃で３０分間の熱処理を行い、炭素を０．４原子％含有する、厚さ４０ｎｍのニッケルシリコン系薄膜を作製した。
【００１７】
（比較例）
シリコン膜中に炭素を含有させなかった以外は、上記実施例と同様にして厚さ４０ｎｍのニッケルシリコン系薄膜を作製した。
【００１８】
＜ニッケルシリコン系薄膜の評価＞
上記のようにして作製したニッケルシリコン系薄膜を窒素雰囲気内に３０秒間配置し、６００℃〜８５０℃の温度範囲において高温試験を実施した。なお、本高温試験は、各測定温度において前記ニッケルシリコン系薄膜を３０秒間保持することにより実施した。測定結果のグラフを図３に示す。
【００１９】
図３から明らかなように、上記実施例で得た炭素を０．４原子％含むニッケルシリコン系薄膜は、上述した高温試験後においても、シート抵抗がほとんど増大することなく、ほぼ一定となることが判明した。一方、上記比較例で得た炭素を含まないニッケルシリコン系薄膜は、７００℃以上の温度でシート抵抗が増大していることが分かる。
【００２０】
図４は、上記実施例及び比較例で得たニッケルシリコン系薄膜の断面ＴＥＭ写真である。図４（ａ）が比較例で得たニッケルシリコン系薄膜の断面ＴＥＭ写真に相当し、図４（ｂ）が実施例で得たニッケルシリコン系薄膜の断面ＴＥＭ写真に相当する。図４（ａ）から明らかなように、上記比較例で得たニッケルシリコン系薄膜は結晶粒が凝集して、シリコン基板上に偏在するようにして形成されていることが分かる。したがって、前記ニッケルシリコン系薄膜は平坦性が劣化していることが分かる。一方図４（ｂ）から明らかなように、上記実施例で得たニッケルシリコン系薄膜は結晶粒が凝集することなく、シリコン基板上にほぼ均一に形成され、平坦性に優れることが分かる。
【００２１】
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。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高温下での使用においても結晶粒の凝集を抑制して、平坦性や抵抗値増大などの物理特性を劣化させることのない、新規なニッケルシリコン系薄膜及びその作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作製方法を説明するための図である。
【図２】同じく、本発明の作製方法を説明するための図である。
【図３】高温試験温度とシート抵抗値との関係を示すグラフである。
【図４】ニッケルシリコン系薄膜の断面ＴＥＭ写真である。
【符号の説明】
１　シリコン基板
２　シリコン及び炭素を含む下地膜
３　ニッケル含有薄膜
５　多層膜構造
６　ニッケルシリコン系薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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