(57)【要約】【課題】配線パターンなどの微細構造を極めて簡易な手法を用いて正確に形成する。【解決手段】シリコン基板１１上に、貫通転位１４を有する歪緩和シリコンゲルマニウム層１２をエピタキシャル成長させ、次いで金属層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に対して熱処理を施し、金属層１３中の金属元素を貫通転位１４を介して拡散させ、シリコン基板１１とシリコンゲルマニウム層１２との界面１５に微細構造１６を形成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のシリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上に、貫通転位を有し歪み緩和されたシリコンゲルマニウム層を形成する工程と、
前記シリコンゲルマニウム層上に金属層を形成し、前記シリコン基材、前記シリコンゲルマニウム層、及び前記金属層からなる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加熱処理を施し、前記金属層中の金属元素を前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位を介して拡散させ、前記シリコン基材と前記シリコンゲルマニウム層との界面において、金属シリサイドからなる細線構造を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、細線構造の作製方法。
【請求項２】
前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位の密度が１０−１２／ｃｍ２〜１０−８／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載の細線構造の作製方法。
【請求項３】
前記シリコンゲルマニウム層中のゲルマニウム濃度が２０原子％〜７０原子％であることを特徴とする、請求項２に記載の細線構造の作製方法。
【請求項４】
前記細線構造はシリコン＜０１１＞方向に沿って形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の細線構造の作製方法。
【請求項５】
前記金属層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＰｄなる群より選ばれる少なくとも一の金属を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の細線構造の作製方法。
【請求項６】
前記金属層はニッケル層であることを特徴とする、請求項５に記載の細線構造の作製方法。
【請求項７】
前記細線構造は、ＮｉＳｉ相及びＮｉＳｉ２相の少なくとも一方を含むニッケルシリサイドからなることを特徴とする、請求項６に記載の細線構造の作製方法。
【請求項８】
所定のシリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成された、貫通転位を有し歪み緩和されたシリコンゲルマニウム層と、
前記シリコン基材と前記シリコンゲルマニウム層との界面に形成された、金属シリサイドからなる細線構造と、
を具えることを特徴とする、
多層膜構造体。
【請求項９】
前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位の密度が１０−１２／ｃｍ２〜１０−８／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項８に記載の多層膜構造体。
【請求項１０】
前記シリコンゲルマニウム層中のゲルマニウム濃度が２０原子％〜７０原子％であることを特徴とする、請求項９に記載の多層膜構造体。
【請求項１１】
前記細線構造はシリコン＜０１１＞方向に沿って位置することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載の多層膜構造体。
【請求項１２】
前記細線構造は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＰｄなる群より選ばれる少なくとも一の金属のシリサイドからなることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一に記載の多層膜構造体。
【請求項１３】
前記細線構造はニッケルシリサイドからなることを特徴とする、請求項１２に記載の多層膜構造体。
【請求項１４】
前記ニッケルシリサイドは、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１３に記載の多層膜構造体。
【請求項１５】
所定のシリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成された、貫通転位を有し歪み緩和されたシリコンゲルマニウム層と、
前記シリコンゲルマニウム層上に形成された金属層と、
を具えることを特徴とする、多層膜中間構造体。
【請求項１６】
前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位の密度が１０−１２／ｃｍ２〜１０−８／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１５に記載の多層膜中間構造体。
【請求項１７】
前記シリコンゲルマニウム層中のゲルマニウム濃度が２０原子％〜７０原子％であることを特徴とする、請求項１６に記載の多層膜中間構造体。
【請求項１８】
前記金属層は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＰｄなる群より選ばれる少なくとも一の金属を含むことを特徴とする、請求項１５〜１７のいずれか一に記載の多層膜中間構造体。
【請求項１９】
前記金属層はニッケル層であることを特徴とする、請求項１８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いて好適に用いることのできる細線構造の作製方法、及び前記細線構造を含む多層膜構造体、並びに前記細線構造及び前記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】
半導体素子に配線パターンを作製する場合においては、フォトレジストなどの手法を用いて微細パターンを描画し、このパターンに沿って金属層を蒸着させて実施していた。そして、前記配線パターンを多層構造状に作製するためには、各層間を保護絶縁層で絶縁することによって実施していた。
【０００３】
しかしながら、このようなプロセスにおいては、多数の作製工程が要求されるために、作製工程が繁雑となる問題があった。さらに、多層構造の配線パターンを作製するためには、下方に形成された配線パターン上において、再度微細パターンを正確に作製することが要求される。したがって、多層構造の配線パターンを正確に作製することは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、配線パターンなどの微細構造を極めて簡易な手法を用いて正確に形成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、
所定のシリコン基材を準備する工程と、
前記シリコン基材上に、貫通転位を有し歪み緩和されたシリコンゲルマニウム層を形成する工程と、
前記シリコンゲルマニウム層上に金属層を形成し、前記シリコン基材、前記シリコンゲルマニウム層、及び前記金属層からなる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加熱処理を施し、前記金属層中の金属元素を前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位を介して拡散させ、前記シリコン基材と前記シリコンゲルマニウム層との界面において、金属シリサイドからなる細線構造を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、細線構造の作製方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定のシリコン基材と、
前記シリコン基材上に形成された、貫通転位を有し歪み緩和されたシリコンゲルマニウム層と、
前記シリコンゲルマニウム層上に形成された金属層と、
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、シリコン基材、貫通転位を有する歪緩和シリコンゲルマニウム層、及び金属層がこの順に積層された多層膜中間構造体を作製し、これに熱処理を加えることによって、前記金属層中の金属元素が前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位中を拡散し、前記シリコン基材及び前記シリコンゲルマニウム層間の界面に到達し、前記シリコン基材又は前記シリコンゲルマニウム層中のシリコン元素と反応し、前記界面において金属シリサイドから細線構造が形成されることを見出した。
【０００８】
したがって、本発明によれば、従来のように複雑なパターン形成技術を用いることなく、上述した歪緩和シリコンゲルマニウム層を利用するのみで、前記界面、すなわちシリコン基材上に所望の微細構造を形成できる。なお、前記シリコンゲルマニウム層は、リフトオフ法やエッチング法などの公知の手法を用いることによって、必要に応じて剥離することができ、前記微細構造を露出させることができる。その結果、前記微細構造を用いた種々の半導体素子の作製が可能となる。
【０００９】
上述した歪緩和シリコンゲルマニウム層は、層中のゲルマニウム濃度を所定の濃度に設定することにより、通常のエピタキシャル成長技術を用いて作製することができる。すなわち、前記シリコンゲルマニウム層中のゲルマニウム含有量が所定の値以上になると、前記シリコン基材と前記シリコンゲルマニウム層との結晶格子定数差が比較的大きくなる。したがって、前記シリコン基材上に前記シリコンゲルマニウム層をエピタキシャル成長させると、両者の歪を緩和させるべく界面においてはミスフィット転位が生成される。
【００１０】
このミスフィット転位は、前記シリコンゲルマニウム層のエピタキシャル成長とともの上方に伝播し、前記層が形成された後は前記層中に貫通転位として存在するようになり、上述した歪緩和シリコンゲルマニウム層が得られるものである。
【００１１】
なお、本発明において、上述した微細構造の、前記シリコン基材と前記シリコンゲルマニウム層との界面における形成密度は、前記シリコンゲルマニウム層中の貫通転位の密度に依存して決定される。したがって、前記微細構造の形成密度を所望の値に設定するためには、前記貫通転位の密度を所望の値に設定する。具体的には、前記シリコンゲルマニウム層の形成方法や形成条件などを制御したり、前記層中のゲルマニウム濃度を制御したりして実行する。ゲルマニウム濃度制御によれば、前記貫通転位の密度を広範囲に制御することができる。
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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の細線構造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、シリコン基板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シリコンゲルマニウム層１２をエピタキシャル成長させて形成する。このとき、シリコン基板１１は４００℃〜７００℃の温度に加熱する。
【００１３】
シリコンゲルマニウム層１２は所定量のゲルマニウムを含んでいるため、シリコン基板１１よりも格子定数が増大する。したがって、シリコンゲルマニウム層１２をシリコン基板１１上にエピタキシャル成長させるためには、シリコン基板１１とシリコンゲルマニウム層１２との格子定数差を補完することが必要である。この格子定数差を補完すべく、シリコン基板１１とシリコンゲルマニウム層１２との界面１５にはミスフィット転位が発生する。前記ミスフィット転位は、シリコンゲルマニウム層１２のエピタキシャル成長に伴って層中を伝搬し、層全体を貫通する貫通転位１４が形成される。
【００１４】
次いで、シリコンゲルマニウム層１２上に金属層１３を形成して多層膜中間構造体１０を作製した後、この多層膜中間構造体１０に熱処理を施す。すると、金属層１３を構成する金属元素は貫通転位１４中を拡散して界面１５に至る。そして、シリコン基板１１及びシリコンゲルマニウム層１２のシリコン元素と化学的に反応し、界面１５において金属シリサイドからなる微細構造１６が形成され、シリコン基板１１及びシリコンゲルマニウム層１２、並びに微細構造１６からなる多層膜構造体２０が作製される。
【００１５】
なお、図２においては、前記熱処理によって金属層１３は消失しているが、一部が残存するようにしても良い。
【００１６】
また、シリコンゲルマニウム層１２は、リフトオフ法やエッチング法などの公知の手法を用いることにより、必要に応じて剥離することができ、微細構造１６を露出させることができる。その結果、微細構造１６を用いた種々の半導体素子の作製が可能となる。
【００１７】
微細構造１６の界面１５における形成密度は、目的に応じて任意に定めることができる。前記形成密度は貫通転位１４の密度を調節することによって制御することができる。貫通転位１４の密度は特に限定されるものではないが、１０−１２／ｃｍ２〜１０−８／ｃｍ２に設定することが好ましい。これによって、微細構造１６を高密度かつ高精度に形成することができる。
【００１８】
上述したように、貫通転位１４の密度は、シリコンゲルマニウム層１２の形成方法及び形成条件などを制御することによって調節することができる。また、シリコンゲルマニウム層１２中のゲルマニウム量を調節することによっても制御することができる。貫通転位１４の密度を広範囲に制御するためには、ゲルマニウムの含有量を調節することが好ましい。そして、上述した範囲の貫通転位１４の密度を実現するためには、ゲルマニウム含有量を２０原子％〜７０原子％に設定する。
【００１９】
貫通転位１４はシリコン基板１１の種々の結晶方位に沿って発生するが、作製条件などを制御することにより、主としてシリコン基板１１の＜０１１＞方位に沿って形成することができるようになる。したがって、微細構造１６もシリコン＜０１１＞方位に沿って形成することができるようになり、複数の微細構造１６を界面１５において規則的に配列することができるようになる。
【００２０】
金属層１３は如何なる金属からも構成することができるが、シリコン元素との親和性が高い金属元素を含むことが好ましい。これによって、シリコンゲルマニウム層１２からのシリコン元素の分離を良好に行い、金属層１３の金属元素と前記シリコン元素との反応を促進して金属シリサイドからなる微細構造１６の形成を簡易に行うことができるようになる。
【００２１】
上記金属元素としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｆｅ及びＰｄなどの金属元素を例示することができる。金属層１３がこのような金属元素を含むことによって、これら金属のシリサイドからなる微細構造１６が形成される。
【００２２】
なお、これらの金属元素はシリコン基板１１内でエピタキシャル成長する傾向があり、この結果、微細構造１６はシリコン基板１１の内部に形成される傾向が強くなる。したがって、微細構造１６が形成された後においても、界面１５は原子レベルで平坦となり、極めて精緻な微細構造を形成することが可能となる。
【００２３】
上記金属の内では、半導体素子の電極材料などとして汎用されていることから、特にニッケルを好ましく用いることができる。この場合、微細構造１６はＮｉＳｉ相及び／又はＮｉＳｉ相から相転移したＮｉＳｉ２相を含むニッケルシリサイドから構成されるようになる。
【００２４】
図３は、上述した工程を経て得た多層膜構造体２０を模式的に示す斜視図である。本発明の方法によれば、図３に示すように、微細構造１６を格子状に形成することによって、シリコン基板１１上に金属シリサイドからなるパターン１８を形成することができるようになる。
【００２５】
【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、（１００）シリコン基板を準備し、このシリコン基板を６００℃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Ｓｉ０．５３Ｇｅ０．４７層を厚さ約５００ｎｍにエピタキシャル成長させた。次いで、前記Ｓｉ０．５３Ｇｅ０．４７層上に、電子銃蒸着法を用いることによってニッケル層を厚さ２０ｎｍに形成し、多層膜中間構造体を作製した。次いで、この多層膜中間構造体に対し、窒素雰囲気中、７５０℃で熱処理を行い、前記ニッケル層を前記Ｓｉ０．５３Ｇｅ０．４７層の貫通転位を介し、前記Ｓｉ０．５３Ｇｅ０．４７層と前記シリコン基板との界面へ向けて拡散させた。なお、この熱処理は前記ニッケル層が消失するまで実施した。
【００２６】
図４は、上記工程を経て得た多層膜構造体の断面透過型電子顕微鏡写真である。図４から明らかなように、（１００）シリコン基板とＳｉ０．５３Ｇｅ０．４７層との間には、エピタキシャル成長したＮｉＳｉ２相からなるニッケルシリサイドの微細構造が形成されて要ることが確認された。すなわち、本発明によれば、従来のような複雑な工程を用いることなく、貫通転位を有する歪緩和シリコンゲルマニウム層を用いるのみで、微細な構造体を簡易に得られることが分かる。
【００２７】
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。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微細構造の作製方法及び多層膜中間構造体によれば、配線パターンなどの微細構造を極めて簡易かつ正確に形成することができ、このような微細構造を有する多層膜構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層膜構造体の作製方法を説明するための図である。
【図２】同じく、本発明の多層膜構造体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模式図である。
【図４】本発明の多層膜構造体の断面透過型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０  多層膜中間構造体
１１  シリコン基板
１２  シリコンゲルマニウム層
１３  金属層
１４  貫通転位
１５  界面
１６  微細構造
１８  パターン
２０  多層膜構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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