(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ２合金ターゲットを用いるスパッタリング法により得られた０．６〜１．０ｅＶのバンドギャップを有するアモルファスＦｅＳｉ2膜からなる半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜 。
【請求項２】
ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ2合金ターゲットを用い、スパッタリングチャンバー内を１０−４Ｐａ以下まで排気し、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガス圧力下で、４００℃未満の基板上にスパッタリング法によりＦｅＳｉ2を粒状でない平坦な連続膜として堆積することにより半導体特性を示すアモルファスＦｅＳｉ2膜を得ることを特徴とする請求項１記載のアモルファス鉄シリサイド膜の作製方法。
【請求項３】
スパッタリング法が、対向ターゲット式スパッタリング法であることを特徴とする請求項２記載のアモルファス鉄シリサイド膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
β−ＦｅＳｉ2は０．８５ｅＶのバンドギャップを持つ直接遷移型の半導体で太陽電池素子や通信用発受光素子への応用が期待されている。本発明者は、先にレーザーアブレーション法で基板上に堆積したままでβ相のＦｅＳｉ2薄膜を堆積する方法を開発した（特開２０００−１７８７１３号公報）。
【発明が解決しようとする課題】
Ｓｉが６９〜７２．５ａｔ％の範囲で安定な固溶体を作るζ−ＦｅＳｉ２相の非晶質膜が半導体特性を示すことが特公平１−３１４５３号公報に開示されているが、この非晶質膜は、ＦｅとＳｉを別々の密閉型坩堝から噴射させて蒸着するクラスターイオンビーム蒸着法で製作されており、Ｓｉが６８ａｔ％のもので電気伝導度σの値は５９０°Ｋで〜１Ω−１ｃｍ−１であり、バンドギャップは１．２５８ｅＶであり、β−ＦｅＳｉ2に近い特性を示していない。
【０００３】
良質なアモルファス構造膜を得るには、できるだけ高エネルギーな状態でかつ原子状の粒子を基板に到達させ、加熱されていない、あるいは冷却された低い温度の基板にて急冷させる必要があるが、クラスターイオンビーム蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオン注入法などの他の既存の方法に比べて、アモルファス構造膜を得るには最も適していると考えられているＲＦマグネトロンスパッタリング法においても、通常の方法では、プラズマが堆積中の膜に接するために、膜が損傷を受けるとともにアニール的な効果を受けて微結晶が生成してしまい、完全なアモルファス膜は得にくくβ−ＦｅＳｉ2に近い特性の半導体特性を有するアモルファス鉄シリサイドはこれまで得られていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、高エネルギーな粒子堆積が可能なスパッタリング法を用いることによって粒状でない平坦な膜、すなわち連続膜を堆積することにより極めて良質なアモルファス状態のＦｅＳｉ2が得られ、該アモルファス状態のＦｅＳｉ2がβ−ＦｅＳｉ2に近い特性の半導体特性を示すことを見いだした。
【０００５】
すなわち、本発明は、ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ２合金ターゲットを用いるスパッタリング法により得られた０．６〜１．０ｅＶのバンドギャップを有するアモルファスＦｅＳｉ2膜からなる半導体特性を示すアモルファス鉄シリサイド膜である。
さらに、本発明は、ＦｅとＳｉの成分原子比１：２のＦｅＳｉ2合金ターゲットを用い、スパッタリングチャンバー内を１０−４Ｐａ以下まで排気し、５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガス圧力下で、４００℃未満の基板上にスパッタリング法によりＦｅＳｉ2を粒状でない平坦な連続膜として堆積することにより０．６〜１．０ｅＶのバンドギャップを有するβ−ＦｅＳｉ2に近い特性の半導体特性を示すアモルファスＦｅＳｉ2膜を作製する方法である。
【０００６】
アモルファスＦｅＳｉ2は５ｍＴｏｒｒ以下の低いＡｒガス圧力下の低圧スパッタリング法により得られる。特に、対向ターゲット式スパッタリング法によって、より良質なアモルファスＦｅＳｉ2膜を成長できる。
【０００７】
図１は、対向ターゲット式ＤＣスパッタリング法の原理を示す概念図である。この方法では、電場Ｅと並行に印加された磁場Ｂによりプラズマがターゲット２およびターゲット３間に完全に閉じ込められ、ターゲット２および３と垂直方向に配置された基板１にプラズマが接しないために、中性粒子のみが基板１に堆積され、成長膜がプラズマによる損傷を受けず、アニール的な効果を受けないために微結晶が生成せず、より良質なアモルファス膜が得られる。また、堆積膜の表面温度上昇が少ないために連続膜（ａｓ−ｇｒｏｗｔｈ）が成長できる。
【０００８】
また、プラズマ接触による再スパッタが起こらないために得られた膜はターゲットからの組成ずれが極めて小さく、レーザーアブレーション法と同様に、ＦｅＳｉ2合金ターゲットを使用できる。さらに、５ｍｔｏｒｒ以下、好ましくは１ｍｔｏｒｒ以下の低圧スパッタリングが可能なために、ターゲットからの放出粒子（原子）はスパッタ用のＡｒガスにほとんど衝突することなく高エネルギーを維持したまま基板に到達する。同じスパッタリング法でも、ＲＦマグネトロンスパッタリング法に比べて以上の２つの改善点により、より良質なアモルファス鉄シリサイド膜の成長が可能になる。
【０００９】
対向ターゲット式スパッタリング法は、レーザーアブレーション法と同様に、アモルファス膜に有効な他の元素の添加による特性改善が容易に実現できる。通常のスパッタリング法ではプラズマが成膜中の膜に接しないようにしてアニール的な効果が作用しないようにすることによって、良質なアモルファス膜を得ることができるが、対向ターゲット式スパッタリング法ではプラズマフリーであるために、アモルファス膜が容易に得られる。したがって、積層化も容易である。大面積化にも適し、工業的応用が容易である。
【００１０】
また、アモルファス鉄シリサイドは、磁性元素を添加することによる磁性半導体化や、水素化によるキャリア濃度の調整が可能である。さらに、アモルファス鉄シリサイドは、室温で成長する為に、基板加熱機構が不要である。
【００１１】
【実施例】
実施例１
対向ターゲット式ＤＣスパッタリング装置（（株）薄膜ソフト社製、ミラートロンスパッタリング装置ＭＴＳ−Ｌ２０００−２Ｔ）を用いて、スパッタリング法によりＳｉ（１００）、（１１１）基板上に室温から４００℃の温度範囲で膜厚約２４０ｎｍの鉄シリサイド薄膜を作製した。比較のため４００℃以上の温度範囲で同様に鉄シリサイド薄膜を作製した。ターゲットには組成比１：２のＦｅＳｉ2合金（９９．９９％）を使用した。スパッタリングチャンバー内はターボ分子ポンプを用いて１０-4Ｐａ以下まで排気し、成膜時は１５．０ｓｃｃｍのＡｒガスを流入してガス圧を１．０ｍＴｏｒｒとし、印加電圧、電流をそれぞれ９５０Ｖ、６．０ｍＡとした。堆積速度は１．０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００１２】
作成膜の評価はＳＥＭ観察、Ｘ線回折、光吸収スペクトル測定、電気抵抗測定により行った。Ｘ線回折測定により基板温度が４００℃未満ではアモルファスな膜になっていることが分かった。吸収スペクトル測定により、アモルファスＦｅＳｉ2は０．６〜０．７ｅＶのバンドギャップを示した。
【００１３】
図２は、鉄シリサイドの膜表面形状の基板温度に対する変化を示すＳＥＭ像を示す。基板温度に係わらず、試料表面は極めて平滑である。８００℃ではわずかにうねりのような凹凸が観察された。図３は、Ｘ線回析パターンの基板温度依存性を示す。基板温度が４００℃未満でアモルファスＦｅＳｉ2が得られ、４００℃以上ではβ−ＦｅＳｉ2が得られることが分かる。
【００１４】
図４は、光吸収スペクトルと吸収係数αの基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜はα＝１．３〜１．６×１０５ｃｍ−１，多結晶β−ＦｅＳｉ2膜はα＝５．０〜７．８×１０４ｃｍ−１である。図５は、光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜は０，６４〜０．８２ｅＶ，多結晶β−ＦｅＳｉ2膜は０，８４〜０，９４ｅＶである。図６は、シート抵抗および比抵抗ρの基板温度依存性を示す。アモルファスＦｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、３．２〜７．３×１０−３Ωｃｍであり、多結晶β−ＦｅＳｉ2膜の抵抗率ρは、１．０〜３．２×１０−１Ωｃｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、対向ターゲット式ＤＣスパッタリング法の原理を示す概念図である。
【図２】図２の（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の方法により作製したアモルファス鉄シリサイドおよび多結晶β−ＦｅＳｉ2膜の表面ＳＥＭ像を示す図面代用写真である。
【図３】図３は、本発明の方法により作製された鉄シリサイドのＸ線回析パターンの基板温度依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の方法により作製された鉄シリサイドの光吸収スペクトルと吸収係数αの基板温度依存性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の方法により作製された鉄シリサイドの光吸収スペクトルと光学バンドギャップＥｇの基板温度依存性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の方法により作製された鉄シリサイドのシート抵抗および比抵抗ｐの基板温度依存性を示すグラフである。
【図１】
0004009102.tif 000002
【図２】
0004009102.tif 000003
【図３】
0004009102.tif 000004
【図４】
0004009102.tif 000005
【図５】
0004009102.tif 000006
【図６】
0004009102.tif 000007