(57)【要約】【課題】低接触抵抗の金属／半導体接合を有する多層膜構造体を得る。【解決手段】シリコン基板１１上に、炭素及び所定の不純物（Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ、Ａｌなど）を含むシリコン下地膜１２を形成する。次いで、シリコン下地膜１２上にニッケル膜１３を形成して多層膜中間構造体１０を作製する。次いで、多層膜中間構造体１０に対して熱処理を行い、ニッケルシリサイド膜１５を形成するとともに、残留したシリコン下地膜１２とニッケルシリサイド膜１５との界面を含む近傍領域に前記不純物を偏在させる。【選択図】        図２
2004253606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の不純物を含むシリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上にニッケル含有膜を形成して積層体を作製する工程と、
前記積層体の、少なくとも前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間に、炭素を介在させ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、ニッケル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、ニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項２】
前記炭素は少なくとも前記シリコン基材の、前記ニッケル含有膜側に含有させることを特徴とする、請求項１に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項３】
前記炭素は前記シリコン基材の、厚さ方向において均一に含有させることを特徴とする、請求項２に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項４】
前記炭素は、前記シリコン基材中において０．００１原子％から１０原子％の割合で含有させることを特徴とする、請求項２又は３に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項５】
前記シリコン基材はゲルマニウムを含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項６】
前記ゲルマニウムの含有量が１原子％から５０原子％であることを特徴とする、請求項５に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項７】
前記シリコン基材はシリコン下地膜であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項８】
前記シリコン基材はシリコン基板であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項９】
前記不純物は前記シリコン基材と前記ニッケルシリサイド膜との界面に偏在することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項１０】
前記ニッケルシリサイド膜はＮｉＳｉ相及びＮｉＳｉ２相の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載のニッケルシリサイド膜の作製方法。
【請求項１１】
所定の不純物を含むシリコン基材と、前記シリコン基材上に形成されたニッケルシリサイド膜とを具え、
前記不純物は前記シリコン基材と前記ニッケルシリサイド膜との界面を含む近傍領域に偏在していることを特徴とする、多層膜構造体。
【請求項１２】
前記ニッケルシリサイド膜はＮｉＳｉ相及びＮｉＳｉ２相の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の多層膜構造体。
【請求項１３】
少なくとも前記シリコン基材と前記ニッケルシリサイド膜との前記界面を含む近傍領域において炭素が存在していることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の多層膜構造体。
【請求項１４】
前記炭素は前記ニッケルシリサイド膜中に存在することを特徴とする、請求項１３に記載の多層膜構造体。
【請求項１５】
ニッケルシリサイド膜はゲルマニウムを含むことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載の多層膜構造体。
【請求項１６】
所定の不純物を含むシリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成されたニッケル含有膜と、
少なくとも前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間に介在させた炭素と、
を具えることを特徴とする、多層膜中間構造体。
【請求項１７】
前記炭素は少なくとも前記シリコン基材の、前記ニッケル含有膜側に含有させたことを特徴とする、請求項１６に記載の多層膜中間構造体。
【請求項１８】
前記炭素は前記シリコン基材の、厚さ方向において均一に含有させたことを特徴とする、請求項１７に記載の多層膜中間構造体。
【請求項１９】
前記炭素は、前記シリコン基材中において０．００１原子％から１０原子％の割合で含有させたことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の多層膜中間構造体。
【請求項２０】
前記シリコン基材はゲルマニウムを含有することを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか一に記載の多層膜中間構造体。
【請求項２１】
前記ゲルマニウムの含有量が１原子％から５０原子％であることを特徴とする請求項２０に記載の多層膜中間構造体。
【請求項２２】
前記シリコン基材はシリコン下地膜であることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれか一に記載の多層膜中間構造体。
【請求項２３】
前記シリコン基材はシリコン基板であることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれか一に記載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ニッケルシリサイド膜の作製方法に関し、さらには前記接合構造を有する多層膜構造体、並びにこの多層膜構造体を実現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、金属／半導体界面の接触抵抗を低減させることが不可欠である。近年、ニッケルシリサイド膜は、その低抵抗、並びに平坦な界面及び平面を有することから上述した積層構造における金属電極層として注目を浴びている。前記ニッケルシリサイド膜は、例えばｐ型シリコン基板上にニッケル膜を蒸着などによって形成した後、前記ｐ型シリコン基板及び前記ニッケル膜を含む積層体を所定温度に加熱することにより、前記シリコン基板中のシリコン元素と前記ニッケル膜中のニッケル元素とを相互に拡散させることによって形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにしてニッケルシリサイド膜を形成する場合、前記ｐ型シリコン基板中のＢなどのＩＩＩ族不純物は、前記ニッケルシリサイド膜中、あるいは前記ｐ型シリコン基板中に再分布してしまう。この結果、前記ニッケルシリサイド膜と前記ｐ型シリコン基板との接合領域である界面近傍には前記不純物がほとんど存在しなくなり、これらの接触抵抗が増大してしまうと言う問題があった。この結果、最終的に得た半導体素子の特性は前記ニッケルシリサイド膜と前記ｐ型シリコン基板との間の大きな接触抵抗に依存して極めて低い素子効率しか示さなくなる。
【０００４】
本発明は、金属／半導体界面の接触抵抗を低減させ、このような積層構造を有する半導体素子の効率劣化を抑制することを目的とする。
【０００５】
【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、
所定の不純物を含むシリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上にニッケル含有膜を形成して積層体を作製する工程と、
前記積層体の、少なくとも前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間に、炭素を介在させる工程と、
前記積層体に対して熱処理を施し、ニッケル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、ニッケルシリサイド膜の作製方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定の不純物を含むシリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成されたニッケル含有膜と、
少なくとも前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間に介在させた炭素と、
を具えることを特徴とする、多層膜中間構造体に関する。
【０００７】
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、所定の不純物を含むシリコン基材上にニッケル含有膜を形成して積層体を作製し、さらに前記積層体の、前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間に炭素を介在させて多層膜中間構造体を作製し、この多層膜中間構造体に対して熱処理を施すことにより、前記シリコン基材を構成するシリコン元素と前記ニッケル含有膜を構成するニッケル元素とが相互に拡散し、ニッケルシリサイド膜を形成するとともに、前記シリコン基材中に含まれる前記不純物が、前記シリコン基材と得られた前記ニッケルシリサイド膜との接合領域、すなわち界面に偏在することを見出した。
【０００８】
この結果、前記シリコン基材と前記ニッケルシリサイド膜との接触抵抗を十分に低減することができ、実用に足る十分小さい接触抵抗の金属／半導体接合を実現できることを見出した。したがって、前記シリコン基材及び前記ニッケルシリサイド膜を含む多層膜積層構造から半導体素子を構成することにより、前記金属／半導体接合の十分に小さい接触抵抗に起因して、その効率を十分に向上させることができる。
【０００９】
なお、本発明においては、前記炭素は、少なくとも前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間に存在していれば良く、具体的な存在形態については特に限定されない。例えば、前記シリコン基材の、前記ニッケル含有膜側に含有させることもできるし、前記シリコン基材の厚さ方向にほぼ均一となるように含有させることもできる。また、前記シリコン基材と前記ニッケル含有膜との間において膜状に存在させることもできる。但し、前記シリコン基材中の不純物を前記シリコン基材と前記ニッケルシリサイド膜との界面に効率良く偏在させるためには、前記炭素は前記シリコン基材中に含有させることが好ましい。
【００１０】
また、前記シリコン基材は所定のシリコン膜から構成することもできるし、所定のシリコン基板から直接に形成することもできる。前者の場合、前記シリコン膜を支持するための基板が必要となり、例えばシリコン基板などの基板上に、公知の成膜手法を用いて形成する。
【００１１】
前記シリコン基材はゲルマニウムを含むことが好ましい。これによって、ゲルマニウムを含むＮｉ（Ｓｉ１−αＧｅα）なる組成のニッケルシリサイド膜を形成することができ、前記ニッケルシリサイド膜の熱的安定性をさらに向上させることができる。なお、前記シリコン基材がゲルマニウムを含まない場合のおいては、前記ニッケルシリサイド膜は特定の熱処理条件下で安定なＮｉＳｉ相を形成する。
【００１２】
なお、上記作製方法及び上記多層膜中間構造体を経れば、本発明の多層膜構造体を得ることができる。本発明の多層膜構造体は、前記シリコン基材と前記ニッケルシリサイド膜とで構成された金属／半導体接合を有しており、両者の界面に偏在する不純物によって、その接触抵抗が低減されている。
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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明のニッケル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、例えばシリコンからなる基板１１を準備し、このシリコン基板１１上に、所定の成膜手法により炭素含有シリコン下地膜１２を形成する。次いで、シリコン下地膜１２に対しイオン注入法などを用いて所定の不純物（Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ、Ａｌなど）を含有させる。このとき、前記不純物は、シリコン下地膜１２の表層部分に局在するようになる。
【００１４】
なお、前記不純物の含有は、シリコン下地膜１２の形成中に行うこともできる。この場合は、イオン注入の注入条件を適宜に調節することにより、前記不純物をシリコン下地膜１２の表層部分に局在するように含有させることもできるし、厚さ方向に亘ってほぼ均一となるように含有させることもできる。また、シリコン下地膜１２をＣＶＤ法などを用いて形成する場合は、イオン注入法の代わりに前記不純物元素を含む不純物ガスを用いて含有させることもできる。この場合も、前記不純物ガスの導入時機を調節することにより、シリコン下地層１２の表層部分に局在するようにして含有させることもできるし、厚さ方向に亘ってほぼ均一となるように含有させることもできる。
【００１５】
次いで、シリコン下地膜１２上にニッケル膜１３を公知の成膜手法を用いて形成し、多層膜中間構造体１０を得る。
【００１６】
次いで、多層膜中間構造体１０に対して熱処理を施し、シリコン下地膜１２を構成するシリコン元素とニッケル膜１３を構成するニッケル元素とを相互に拡散させ、図２に示すようなニッケルシリサイド膜１５を形成する。前記熱処理は、真空雰囲気中や窒素雰囲気中などの不活性な非酸化性雰囲気中で、例えば３５０℃〜８５０℃に加熱して行う。なお、熱処理時間は、数秒〜数十分程度である。
【００１７】
このとき、シリコン下地膜１２及びニッケルシリサイド膜１５の界面１６を含む近傍の、シリコン下地膜１２の表層部分１２Ａには、シリコン下地膜１２中に炭素を含有させたことによって前記不純物が偏在するようになる。したがって、シリコン下地膜１２とニッケルシリサイド膜１５との接触抵抗は、前記不純物が界面１６近傍に高濃度に存在することにより、低減される。結果として、シリコン下地膜１２とニッケルシリサイド膜１５とから構成される金属／半導体接合の接触抵抗は十分に低減することができる。
【００１８】
したがって、図２に示すような上記金属／半導体接合を有する多層膜積層構造体２０から半導体素子を構成した場合において、前記金属／半導体接合の低接触抵抗に基づいてその効率を十分に向上させることができる。
【００１９】
ニッケル膜１３はシリコン下地膜１２と完全に反応してニッケルシリサイド膜１５を構成する必要があるが、シリコン下地膜１２は、その総てがニッケル膜１３と反応する必要はなく、図２に示すように、その下部領域が残存しても良い。また、ニッケル膜１３及びシリコン下地膜１２の厚さを適宜に調節して、ニッケル膜１３及びシリコン下地膜１２が完全に反応し、ニッケルシリサイド膜１５作製後において、完全に消失するようにすることもできる。
【００２０】
なお、ニッケルシリサイド膜１５の厚さは特に限定されるものではないが、このニッケルシリサイド膜１５を半導体素子の電極層などとして用いる場合、その厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
シリコン下地膜１２中に含有させる炭素の量は特に限定されるものではないが、０．００１原子％から１０原子％が好ましく、さらには０．１原子％〜４原子％であることが好ましい。これによって、ニッケルシリサイド膜１５の形成と不純物の界面１６近傍での局在とをバランスさせて、より低い接触抵抗の金属／半導体接合を実現することができるようになる。
【００２２】
また、シリコン下地膜１２にはゲルマニウムを含有させることもできる。これによって、上述した熱処理を経て得たニッケルシリサイド膜１５中に、例えばＮｉＳｉ−ＮｉＳｉ２相を生成することができ、ニッケルシリサイド膜１５の熱的安定性を向上させることができる。ゲルマニウムはシリコン下地膜１２中に１原子％〜５０原子％の割合で含有させることが好ましい。これによって、ニッケルシリサイド膜１５及びニッケルシリコン下地膜１２から構成される金属／半導体接合の低接触抵抗と、ニッケルシリサイド膜１５の熱的安定性とをバランスさせることができる。
【００２３】
また、上記作製方法によれば、シリコン下地膜１２中にゲルマニウムを含有させない場合においても、ニッケルシリサイド膜１５中には安定なＮｉＳｉ２相を生成させることができる。
【００２４】
なお、ニッケル膜１３は目的に応じてニッケル以外の金属、例えばＡｕ、Ｔｉ及びＣｏ、Ｐｔ、Ｐｄで置き換えることもできる。
【００２５】
図１及び図２においては、シリコン基板１１を準備し、このシリコン基板１１上に炭素及び不純物を含むシリコン下地膜１２を形成しているが、このようなシリコン下地膜１２を設けることなく、シリコン基板１１内に直接炭素及び不純物を含有させることもできる。この場合においては、所定の不純物がドープされたｐ型あるいはｎ型シリコン基板を準備し、このシリコン基板に対してイオン注入法などを施すことにより、前記シリコン基板の少なくとも表層部分に炭素を含有させる。
【００２６】
【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）
最初に、（００１）シリコン基板を準備し、このシリコン基板を５００℃に加熱するとともに、ＣＶＤ法を用いることによって、前記シリコン基板上に炭素含有シリコン下地膜を厚さ約４００ｎｍに形成した。同時に不純物ガスを導入することによって、前記シリコン下地膜中に不純物としてのＢをドープした。なお、前記炭素の濃度は２×１０２０ｃｍ−３であり、前記Ｂ不純物の濃度は７×１０２０ｃｍ−３であった。
【００２７】
次いで、前記シリコン下地膜上にニッケル膜を電子銃蒸着法を用いることによって厚さ２０ｎｍに形成し、多層膜中間構造体を作製した。次いで、前記多層膜中間構造体を窒素雰囲気中において、７５０℃で３０秒間熱処理を実施した。
【００２８】
このようにして得た多層膜積層構造に対して、二次イオン質量分析法を施し、厚さ方向における組成分析を実施した。結果を図３に示す。
【００２９】
（比較例）
シリコン下地膜中に炭素を含有させず、熱処理温度を８５０℃にした以外は、上記実施例と同様にして多層膜構造体を作製した。前記多層膜構造体に二次イオン質量分析法を施し、厚さ方向における組成分析を実施した。結果を図４に示す。
【００３０】
図３及び図４から明らかなように、本発明に従って、シリコン下地膜中に炭素を含有させた場合においては、ニッケルシリサイド膜及びシリコン下地膜の界面近傍の、前記シリコン下地膜の表層部分においては、含有させたＢ不純物濃度（７×１０２０ｃｍ−３）を超えて前記Ｂ不純物が存在し、前記界面近傍に前記Ｂ不純物が偏在していることが分かる。一方、シリコン下地膜中に炭素を含有させなかった場合においては、ニッケルシリサイド膜及びシリコン下地膜の界面近傍の、前記シリコン下地膜の表層部分においては、Ｂ不純物の局在は生じることなく、むしろ、界面から表面に向けてＢ不純物濃度が単調に減少していくことが分かる。
【００３１】
したがって、本発明に従って得た上記実施例中の多層膜構造体においては、前記ニッケルシリサイド膜及び前記シリコン下地膜から構成された低接触抵抗の金属／半導体接合が実現されていることが分かる。
【００３２】
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。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のニッケル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、接触抵抗を低減させた金属／半導体接合を有する多層膜構造体を得ることができる。したがって、この多層膜構造体から半導体素子を構成した場合において、前記素子の効率を十分に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のニッケル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、本発明のニッケル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】本発明の多層膜構造体の、二次イオン質量分析法による厚さ方向の組成分析プロファイルである。
【図４】炭素含有シリコン下地膜を用いることなく作製した多層膜構造体の、二次イオン質量分析法による厚さ方向の組成分析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  シリコン下地膜
１３  ニッケル膜
１５  ニッケルシリサイド膜
１６  ニッケルシリサイド膜とシリコン下地膜との界面
２０  多層膜構造体
【図１】
2004253606.tif 000003
【図２】
2004253606.tif 000004
【図３】
2004253606.tif 000005
【図４】
2004253606.tif 000006