JPH06216064A - Ａｌコンタクト構造およびその製造方法 - Google Patents
Ａｌコンタクト構造およびその製造方法Info
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- JPH06216064A JPH06216064A JP2164493A JP2164493A JPH06216064A JP H06216064 A JPH06216064 A JP H06216064A JP 2164493 A JP2164493 A JP 2164493A JP 2164493 A JP2164493 A JP 2164493A JP H06216064 A JPH06216064 A JP H06216064A
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Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｉデバイスのコンタクト構造において、バ
リアメタルなしに、高信頼性、低抵抗性、製造容易性を
同時に実現するＡｌコンタクト構造を提供する。 【構成】 Ｓｉ基板に直接Ａｌを接触させたコンタクト
構造において、界面ゆらぎを、界面に平行な方向に１０
ｎｍあたり４原子層未満に抑える。あるいはＳｉ基板と
Ａｌコンタクトの方位関係が、界面に平行な面内でＡｌ
＜220＞//Ｓｉ＜220＞であるようにＡｌ結晶を成長す
る。
リアメタルなしに、高信頼性、低抵抗性、製造容易性を
同時に実現するＡｌコンタクト構造を提供する。 【構成】 Ｓｉ基板に直接Ａｌを接触させたコンタクト
構造において、界面ゆらぎを、界面に平行な方向に１０
ｎｍあたり４原子層未満に抑える。あるいはＳｉ基板と
Ａｌコンタクトの方位関係が、界面に平行な面内でＡｌ
＜220＞//Ｓｉ＜220＞であるようにＡｌ結晶を成長す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ基板を用いたデバ
イスのＡｌコンタクト構造に関するものである。
イスのＡｌコンタクト構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
のデバイスの集積化に伴い、素子間をつなぐ配線技術の
重要性がますます増大している。特に配線のコンタクト
では、信頼性を維持しながら抵抗を低減することが緊急
の課題である。また配線に用いる材料が増え、構造の複
雑化やプロセス工程の増加が起こっているが、材料本来
の性質を生かして単純な製造工程を実現することも大き
な課題である。Ａｌを配線材料とするＳｉデバイスのオ
ーミックコンタクトでは、ＡｌとＳｉの間にＴｉやＷな
どの高融点金属やその化合物を挟んだバリアメタル構造
が用いられている。この構造では、コンタクトの熱的安
定性は得られるものの、材料の抵抗が高い、あるいは製
造工程が複雑でコストがかかるという問題点があった。
本発明の目的は、配線構造の高信頼性、単純性、高性能
を同時に備えたＡｌコンタクト構造を実現することにあ
る。
のデバイスの集積化に伴い、素子間をつなぐ配線技術の
重要性がますます増大している。特に配線のコンタクト
では、信頼性を維持しながら抵抗を低減することが緊急
の課題である。また配線に用いる材料が増え、構造の複
雑化やプロセス工程の増加が起こっているが、材料本来
の性質を生かして単純な製造工程を実現することも大き
な課題である。Ａｌを配線材料とするＳｉデバイスのオ
ーミックコンタクトでは、ＡｌとＳｉの間にＴｉやＷな
どの高融点金属やその化合物を挟んだバリアメタル構造
が用いられている。この構造では、コンタクトの熱的安
定性は得られるものの、材料の抵抗が高い、あるいは製
造工程が複雑でコストがかかるという問題点があった。
本発明の目的は、配線構造の高信頼性、単純性、高性能
を同時に備えたＡｌコンタクト構造を実現することにあ
る。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、Ｓｉ基
板に直接Ａｌを接触させた構造を持つＡｌコンタクト構
造において、Ｓｉ／Ａｌ界面のゆらぎが、界面に平行な
方向に１０ｎｍあたり４原子層未満であるような平坦な
界面を持つことを特徴とするＡｌコンタクト構造であ
る。
板に直接Ａｌを接触させた構造を持つＡｌコンタクト構
造において、Ｓｉ／Ａｌ界面のゆらぎが、界面に平行な
方向に１０ｎｍあたり４原子層未満であるような平坦な
界面を持つことを特徴とするＡｌコンタクト構造であ
る。
【０００４】また、本発明の第２は、Ｓｉ基板に直接Ａ
ｌを接触させた構造を持つＡｌコンタクト構造におい
て、Ｓｉ基板とＡｌの方位関係が、界面に平行な面内で
Ａｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞であることを特徴とするＡｌ
コンタクト構造である。上記のようなＡｌとＳｉの関係
は、例えば、Ｓｉ（100）基板に対してＡｌ(110）//Ｓ
ｉ（100）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞を満たす関
係、Ｓｉ（111）基板に対してＡｌ（111）//Ｓｉ（11
1）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞またはＡｌ（100）//
Ｓｉ（111）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞を満たす関
係などによって実現される。
ｌを接触させた構造を持つＡｌコンタクト構造におい
て、Ｓｉ基板とＡｌの方位関係が、界面に平行な面内で
Ａｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞であることを特徴とするＡｌ
コンタクト構造である。上記のようなＡｌとＳｉの関係
は、例えば、Ｓｉ（100）基板に対してＡｌ(110）//Ｓ
ｉ（100）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞を満たす関
係、Ｓｉ（111）基板に対してＡｌ（111）//Ｓｉ（11
1）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞またはＡｌ（100）//
Ｓｉ（111）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞を満たす関
係などによって実現される。
【０００５】また、これらのＡｌコンタクト構造の製造
方法は、Ｓｉ基板の表面をｐＨ値が４〜８のフッ酸系水
溶液に浸して該Ｓｉ表面の平坦性を１０ｎｍあたり４原
子層未満とし、次いでこのＳｉ平坦面にＡｌを堆積させ
ることを特徴とする。ここでＡｌコンタクトとはＡｌを
主成分とするコンタクトのことであって、Ｓｉ、Ｃｕ、
Ｐｄなどの材料を含んでもかまわない。
方法は、Ｓｉ基板の表面をｐＨ値が４〜８のフッ酸系水
溶液に浸して該Ｓｉ表面の平坦性を１０ｎｍあたり４原
子層未満とし、次いでこのＳｉ平坦面にＡｌを堆積させ
ることを特徴とする。ここでＡｌコンタクトとはＡｌを
主成分とするコンタクトのことであって、Ｓｉ、Ｃｕ、
Ｐｄなどの材料を含んでもかまわない。
【０００６】
【作用】 請求項１の作用 従来用いられていたスパッタ法などで堆積したＡｌコン
タクトでは、４００℃以上の熱処理によって、ＳｉがＡ
ｌ中に大量に拡散するために、基板側にＡｌスパイクが
できて短絡の原因になったり、コンタクト界面に再析出
Ｓｉ層ができてコンタクト抵抗が高くなるという問題が
あった。ところが本発明者は、ｐＨをコントロールした
フッ酸溶液処理によって表面を原子レベルで平坦化した
Ｓｉ基板上に、表面へのダメージの小さい真空蒸着法を
用いてＡｌコンタクトを形成したところ、４５０℃，１
時間の熱処理に対しても、スパイクが観測されず電気特
性にも全く劣化が起こらないことを見い出した。
タクトでは、４００℃以上の熱処理によって、ＳｉがＡ
ｌ中に大量に拡散するために、基板側にＡｌスパイクが
できて短絡の原因になったり、コンタクト界面に再析出
Ｓｉ層ができてコンタクト抵抗が高くなるという問題が
あった。ところが本発明者は、ｐＨをコントロールした
フッ酸溶液処理によって表面を原子レベルで平坦化した
Ｓｉ基板上に、表面へのダメージの小さい真空蒸着法を
用いてＡｌコンタクトを形成したところ、４５０℃，１
時間の熱処理に対しても、スパイクが観測されず電気特
性にも全く劣化が起こらないことを見い出した。
【０００７】そこで本発明者は、界面の熱的安定性は、
Ａｌ／Ｓｉ界面の平坦性に密接な関係があり、ある程度
以上平坦な界面を実現することにより、バリアメタルな
しでも十分な信頼性のあるコンタクトが実現できるとの
仮説をたてた。
Ａｌ／Ｓｉ界面の平坦性に密接な関係があり、ある程度
以上平坦な界面を実現することにより、バリアメタルな
しでも十分な信頼性のあるコンタクトが実現できるとの
仮説をたてた。
【０００８】この仮説を検証するために、界面ゆらぎを
コントロールしたＡｌ／Ｓｉ界面を用意し、ゆらぎの程
度と熱的安定性との相関を調べる実験を行った。まずｐ
Ｈをコントロールしたフッ酸溶液で表面を平坦化したＳ
ｉ（100）基板を用意し、超高真空中でＡｒイオンビー
ムの照射量によってダメージの程度を変えた基板および
ダメージを与えない基板上に、それぞれ基板温度を室温
に保ったまま、Ａｌを蒸着した。このようにして作製し
た多結晶Ａｌコンタクトの界面を高分解能断面電子顕微
鏡で観察し、ダメージの度合いによって、界面ゆらぎの
大きさが変わることを確認した。このコンタクトの熱的
安定性を調べた結果、界面ゆらぎが４原子層未満のサン
プルでは、４５０℃，１時間までの窒素雰囲気中アニー
ルに対しアロイピットは観測されず、Ｉ−Ｖ法やＣ−Ｖ
法で評価した電気特性も理想的振る舞いを示したのに対
し、それ以外のサンプルでは、４００℃，１時間のアニ
ールですでに表面モホロジーの劣化と電気特性の劣化が
認められた。これらの事実から、Ａｌ／Ｓｉ界面の熱的
安定性が界面平坦性に密接な関係があるという前記仮説
が証明され、界面ゆらぎは界面に平行な方向に１０ｎｍ
あたり４原子層未満であることが望ましいことが判明し
た。
コントロールしたＡｌ／Ｓｉ界面を用意し、ゆらぎの程
度と熱的安定性との相関を調べる実験を行った。まずｐ
Ｈをコントロールしたフッ酸溶液で表面を平坦化したＳ
ｉ（100）基板を用意し、超高真空中でＡｒイオンビー
ムの照射量によってダメージの程度を変えた基板および
ダメージを与えない基板上に、それぞれ基板温度を室温
に保ったまま、Ａｌを蒸着した。このようにして作製し
た多結晶Ａｌコンタクトの界面を高分解能断面電子顕微
鏡で観察し、ダメージの度合いによって、界面ゆらぎの
大きさが変わることを確認した。このコンタクトの熱的
安定性を調べた結果、界面ゆらぎが４原子層未満のサン
プルでは、４５０℃，１時間までの窒素雰囲気中アニー
ルに対しアロイピットは観測されず、Ｉ−Ｖ法やＣ−Ｖ
法で評価した電気特性も理想的振る舞いを示したのに対
し、それ以外のサンプルでは、４００℃，１時間のアニ
ールですでに表面モホロジーの劣化と電気特性の劣化が
認められた。これらの事実から、Ａｌ／Ｓｉ界面の熱的
安定性が界面平坦性に密接な関係があるという前記仮説
が証明され、界面ゆらぎは界面に平行な方向に１０ｎｍ
あたり４原子層未満であることが望ましいことが判明し
た。
【０００９】請求項２の作用 スパッタ法などで形成されたＡｌコンタクトでは、ｎタ
イプ基板に対してオーミックコンタクトをとるために、
４００℃程度のアニールを必要とする。これは、４００
℃程度のアニールによって、コンタクトのショットキー
障壁高さが、０．１ｅＶ近くも減少することが原因とな
っている。一方、Ｓｉ（111）基板上に形成したＡｌ（1
11）エピタキシャル単結晶コンタクトでは、アニールを
行わなくても０．７ｅＶの低いショットキー障壁高さを
示し、しかもアニールによってその値が変化しないこと
が報告されている［アイトリプルイー・トランスアクシ
ョン・オン・エレクトロン・デバイス(IEEE Transactio
n on Electron Devices）1987年、34巻、1018頁］。こ
の単結晶Ａｌをオーミックコンタクトに用いれば、アニ
ールなしに良好な電気特性が得られるはずである。しか
し、単結晶のＡｌは作製が難しいという問題がある。
イプ基板に対してオーミックコンタクトをとるために、
４００℃程度のアニールを必要とする。これは、４００
℃程度のアニールによって、コンタクトのショットキー
障壁高さが、０．１ｅＶ近くも減少することが原因とな
っている。一方、Ｓｉ（111）基板上に形成したＡｌ（1
11）エピタキシャル単結晶コンタクトでは、アニールを
行わなくても０．７ｅＶの低いショットキー障壁高さを
示し、しかもアニールによってその値が変化しないこと
が報告されている［アイトリプルイー・トランスアクシ
ョン・オン・エレクトロン・デバイス(IEEE Transactio
n on Electron Devices）1987年、34巻、1018頁］。こ
の単結晶Ａｌをオーミックコンタクトに用いれば、アニ
ールなしに良好な電気特性が得られるはずである。しか
し、単結晶のＡｌは作製が難しいという問題がある。
【００１０】そこで本発明者は、この障壁高さの減少が
Ａｌ／Ｓｉ界面構造の安定化に起因していると考え、た
とえＡｌが多結晶であっても構造的に安定な特定のエピ
タキシャル関係をもつコンタクトであれば、アニールな
しで、０．７ｅＶの低いショットキー障壁高さを示し、
しかもアニールに対してこの値は変化しないという仮説
をたてた。
Ａｌ／Ｓｉ界面構造の安定化に起因していると考え、た
とえＡｌが多結晶であっても構造的に安定な特定のエピ
タキシャル関係をもつコンタクトであれば、アニールな
しで、０．７ｅＶの低いショットキー障壁高さを示し、
しかもアニールに対してこの値は変化しないという仮説
をたてた。
【００１１】この仮説を検証するために、Ｓｉ（100）
およびＳｉ（111）表面上に超高真空中での蒸着法で形
成したＡｌ膜で上記エピタキシャル関係を持つ多結晶コ
ンタクト構造の探索を行った。その結果、基板の表面状
態に応じて、上記エピタキシャル関係を持つＡｌ膜と持
たないＡｌ膜が得られることが、平面電子顕微鏡観察に
よりわかった。Ｓｉ（100）基板では、２×１の表面超
構造上にＡｌ（110）//Ｓｉ（100）かつＡｌ＜220＞//
Ｓｉ＜220＞と等価なエピタキシャル関係を持つグレイ
ンからなる多結晶（bicrystal）が得られるのに対し、
水素終端表面上には（110）配向ではあるが基板に対し
て垂直な軸を中心にランダムに回転したグレインからな
る多結晶が得られた。Ｓｉ（111）基板では、７×７の
表面超構造上にＡｌ（111）//Ｓｉ（111）かつＡｌ＜22
0＞//Ｓｉ＜220＞のエピタキシャル関係を持つ単結晶
が、水素終端表面上には、Ａｌ（111）//Ｓｉ（111）か
つＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞、あるいはＡｌ（100）//
Ｓｉ（111）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞と等価なエ
ピタキシャル関係を持つグレインからなる多結晶（bicr
ystal）が得られた。それに対し、表面再構成の不完全
な清浄表面上では、（111）配向ではあるが基板に対し
て垂直な軸を中心にランダムに回転したグレインからな
る多結晶が得られた。これら５種類の結晶方位関係を持
つＡｌコンタクトに対し、４５０℃，１時間までの窒素
雰囲気中アニールによるショットキー障壁高さの変化を
調べたところ、界面に平行な面内でＡｌ＜220＞//Ｓｉ
＜220＞のエピタキシャル関係を持つ全てのサンプル
で、アニール温度と無関係に約０．７ｅＶの障壁高さを
示したのに対し、前記エピタキシャル関係を持たない全
てのサンプルで、アニール温度の上昇と共に障壁高さ
が、約０．８ｅＶから約０．７ｅＶに減少した。以上の
結果から、エピタキシャル関係が界面に平行な面内で、
Ａｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞である場合に、前記仮説が正
しいことが検証された。
およびＳｉ（111）表面上に超高真空中での蒸着法で形
成したＡｌ膜で上記エピタキシャル関係を持つ多結晶コ
ンタクト構造の探索を行った。その結果、基板の表面状
態に応じて、上記エピタキシャル関係を持つＡｌ膜と持
たないＡｌ膜が得られることが、平面電子顕微鏡観察に
よりわかった。Ｓｉ（100）基板では、２×１の表面超
構造上にＡｌ（110）//Ｓｉ（100）かつＡｌ＜220＞//
Ｓｉ＜220＞と等価なエピタキシャル関係を持つグレイ
ンからなる多結晶（bicrystal）が得られるのに対し、
水素終端表面上には（110）配向ではあるが基板に対し
て垂直な軸を中心にランダムに回転したグレインからな
る多結晶が得られた。Ｓｉ（111）基板では、７×７の
表面超構造上にＡｌ（111）//Ｓｉ（111）かつＡｌ＜22
0＞//Ｓｉ＜220＞のエピタキシャル関係を持つ単結晶
が、水素終端表面上には、Ａｌ（111）//Ｓｉ（111）か
つＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞、あるいはＡｌ（100）//
Ｓｉ（111）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞と等価なエ
ピタキシャル関係を持つグレインからなる多結晶（bicr
ystal）が得られた。それに対し、表面再構成の不完全
な清浄表面上では、（111）配向ではあるが基板に対し
て垂直な軸を中心にランダムに回転したグレインからな
る多結晶が得られた。これら５種類の結晶方位関係を持
つＡｌコンタクトに対し、４５０℃，１時間までの窒素
雰囲気中アニールによるショットキー障壁高さの変化を
調べたところ、界面に平行な面内でＡｌ＜220＞//Ｓｉ
＜220＞のエピタキシャル関係を持つ全てのサンプル
で、アニール温度と無関係に約０．７ｅＶの障壁高さを
示したのに対し、前記エピタキシャル関係を持たない全
てのサンプルで、アニール温度の上昇と共に障壁高さ
が、約０．８ｅＶから約０．７ｅＶに減少した。以上の
結果から、エピタキシャル関係が界面に平行な面内で、
Ａｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞である場合に、前記仮説が正
しいことが検証された。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 実施例１ ｐ−タイプＳｉ（100）基板（抵抗率１０〜２０Ωｃ
ｍ，４インチφ）を用い、以下の要領でコンタクト抵抗
測定用のケルビン法テストパターンを作製し、Ａｌ／Ｓ
ｉ微細オーミックコンタクトの評価を行った。まず厚さ
０．５μｍのフィールド酸化膜を形成し、通常のフォト
リソグラフィーで活性化領域の酸化膜を除去し、防護用
熱酸化膜２０ｎｍを成長した後、Ａｓイオンの打ち込み
を行った。打ち込み条件は、ドーズ量５×１０15ｃ
ｍ-2、エネルギー８０ｋｅＶである。窒素中で１０００
℃，４５分間のアニールで活性化し、さらに低圧ＣＶＤ
法で０．５μｍのＳｉＯ2層を形成した。２回目のフォ
トリソグラフィーでコンタクト部分の酸化膜を完全に除
去し、続いてＳｉ表面を水素終端化すると同時に原子オ
ーダーで平坦化するために、バッファードフッ酸（ｐＨ
〜４）に１分間浸す。超純水でリンスした後、即座にバ
ックプレッシャー１０-10ＴｏｒｒのＭＢＥ真空槽に導
入し、コンタクト部に２×１の超構造を形成するために
ＲＴＡ法で７００℃，１０分間のアニールを行った。基
板温度を１００℃まで冷した後、エフュージョンセルお
よびスパッタをソースに用いて、Ａｌ膜を形成した。は
じめの２０ｎｍはエフュージョンセルを用いて０．０５
ｎｍ／ｓｅｃのレートで蒸着を行い、続いてスパッタで
０．８μｍのＡｌ層を堆積した。３回目のフォトリソグ
ラフィーでメタルパターンを形成した。
ｍ，４インチφ）を用い、以下の要領でコンタクト抵抗
測定用のケルビン法テストパターンを作製し、Ａｌ／Ｓ
ｉ微細オーミックコンタクトの評価を行った。まず厚さ
０．５μｍのフィールド酸化膜を形成し、通常のフォト
リソグラフィーで活性化領域の酸化膜を除去し、防護用
熱酸化膜２０ｎｍを成長した後、Ａｓイオンの打ち込み
を行った。打ち込み条件は、ドーズ量５×１０15ｃ
ｍ-2、エネルギー８０ｋｅＶである。窒素中で１０００
℃，４５分間のアニールで活性化し、さらに低圧ＣＶＤ
法で０．５μｍのＳｉＯ2層を形成した。２回目のフォ
トリソグラフィーでコンタクト部分の酸化膜を完全に除
去し、続いてＳｉ表面を水素終端化すると同時に原子オ
ーダーで平坦化するために、バッファードフッ酸（ｐＨ
〜４）に１分間浸す。超純水でリンスした後、即座にバ
ックプレッシャー１０-10ＴｏｒｒのＭＢＥ真空槽に導
入し、コンタクト部に２×１の超構造を形成するために
ＲＴＡ法で７００℃，１０分間のアニールを行った。基
板温度を１００℃まで冷した後、エフュージョンセルお
よびスパッタをソースに用いて、Ａｌ膜を形成した。は
じめの２０ｎｍはエフュージョンセルを用いて０．０５
ｎｍ／ｓｅｃのレートで蒸着を行い、続いてスパッタで
０．８μｍのＡｌ層を堆積した。３回目のフォトリソグ
ラフィーでメタルパターンを形成した。
【００１３】上記テストパターンのＡｌ／Ｓｉ界面を高
分解能断面ＴＥＭ法を用いて観察したところ、界面は原
子層オーダーで急峻であり、平均の界面ゆらぎは１０ｎ
ｍあたり１原子層のステップが２個以下と極めて小さか
った。またＡｌとＳｉの方位関係は、Ａｌ（110）//Ｓ
ｉ（100）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞であり、これ
を満たす等価な２種類のグレインから成っていることが
明らかになった。電気特性の評価は、コンタクトサイズ
１×１μｍのものに対して、Ｉ−Ｖ法を用いて行った。
１００個のコンタクトの平均比抵抗値は、１×１０-7Ω
ｃｍ2以下であり、アニールを行わなくても極めて低い
値が得られた。また同じサンプルに対し、水素雰囲気中
で、４５０℃，６０分間のアニールを行った後、同様の
電気特性評価を行ったところ、平均比抵抗値はほとんど
劣化しなかった。以上の結果から、請求項１、２の特徴
を持つＡｌ／Ｓｉオーミックコンタクトでは、アニール
なしでも低いコンタクト抵抗が得られ、しかも高温アニ
ールに対しても特性が安定であることが証明された。
分解能断面ＴＥＭ法を用いて観察したところ、界面は原
子層オーダーで急峻であり、平均の界面ゆらぎは１０ｎ
ｍあたり１原子層のステップが２個以下と極めて小さか
った。またＡｌとＳｉの方位関係は、Ａｌ（110）//Ｓ
ｉ（100）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞であり、これ
を満たす等価な２種類のグレインから成っていることが
明らかになった。電気特性の評価は、コンタクトサイズ
１×１μｍのものに対して、Ｉ−Ｖ法を用いて行った。
１００個のコンタクトの平均比抵抗値は、１×１０-7Ω
ｃｍ2以下であり、アニールを行わなくても極めて低い
値が得られた。また同じサンプルに対し、水素雰囲気中
で、４５０℃，６０分間のアニールを行った後、同様の
電気特性評価を行ったところ、平均比抵抗値はほとんど
劣化しなかった。以上の結果から、請求項１、２の特徴
を持つＡｌ／Ｓｉオーミックコンタクトでは、アニール
なしでも低いコンタクト抵抗が得られ、しかも高温アニ
ールに対しても特性が安定であることが証明された。
【００１４】実施例２ ｐ−タイプＳｉ（111）基板（抵抗率１０〜２０Ωｃ
ｍ，４インチφ）を用い、以下の要領でコンタクト抵抗
測定用のケルビン法テストパターンを作製し、Ａｌ／Ｓ
ｉ微細オーミックコンタクトの評価を行った。まず厚さ
０．５μｍのフィールド酸化膜を形成し、通常のフォト
リソグラフィーで活性化領域の酸化膜を除去し、防護用
熱酸化膜２０ｎｍを成長した後、Ａｓイオンの打ち込み
を行った。打ち込み条件は、ドーズ量５×１０15ｃ
ｍ-2、エネルギー８０ｋｅＶである。窒素中で１０００
℃，４５分間のアニールで活性化し、さらに低温ＣＶＤ
法で０．５μｍのＳｉＯ2層を形成した。２回目のフォ
トリソグラフィーでコンタクト部分の酸化膜を完全に除
去し、続いてＳｉ表面を水素終端化すると同時に原子オ
ーダーで平坦化するために、フッ酸系水溶液（フッ化ア
ンモン水溶液，ｐＨ〜８）に１分間浸す。超純水でリン
スした後、即座にバックプレッシャー１０-7Ｔｏｒｒの
真空槽に導入し、表面終端水素以外の不純物ガスを脱離
させるため、ＲＴＡ法で４００℃，１０分間のアニール
を行った。基板温度を１００℃まで冷した後、エフュー
ジョンセルおよびスパッタをソースとして、コリメート
法を用いてＡｌ膜を形成した。はじめの２０ｎｍはエフ
ュージョンセルを用いて０．０５ｎｍ／ｓｅｃのレート
で蒸着を行い、続いてスパッタで０．８μｍのＡｌ層を
堆積した。３回目のフォトリソグラフィーでメタルパタ
ーンを形成した。
ｍ，４インチφ）を用い、以下の要領でコンタクト抵抗
測定用のケルビン法テストパターンを作製し、Ａｌ／Ｓ
ｉ微細オーミックコンタクトの評価を行った。まず厚さ
０．５μｍのフィールド酸化膜を形成し、通常のフォト
リソグラフィーで活性化領域の酸化膜を除去し、防護用
熱酸化膜２０ｎｍを成長した後、Ａｓイオンの打ち込み
を行った。打ち込み条件は、ドーズ量５×１０15ｃ
ｍ-2、エネルギー８０ｋｅＶである。窒素中で１０００
℃，４５分間のアニールで活性化し、さらに低温ＣＶＤ
法で０．５μｍのＳｉＯ2層を形成した。２回目のフォ
トリソグラフィーでコンタクト部分の酸化膜を完全に除
去し、続いてＳｉ表面を水素終端化すると同時に原子オ
ーダーで平坦化するために、フッ酸系水溶液（フッ化ア
ンモン水溶液，ｐＨ〜８）に１分間浸す。超純水でリン
スした後、即座にバックプレッシャー１０-7Ｔｏｒｒの
真空槽に導入し、表面終端水素以外の不純物ガスを脱離
させるため、ＲＴＡ法で４００℃，１０分間のアニール
を行った。基板温度を１００℃まで冷した後、エフュー
ジョンセルおよびスパッタをソースとして、コリメート
法を用いてＡｌ膜を形成した。はじめの２０ｎｍはエフ
ュージョンセルを用いて０．０５ｎｍ／ｓｅｃのレート
で蒸着を行い、続いてスパッタで０．８μｍのＡｌ層を
堆積した。３回目のフォトリソグラフィーでメタルパタ
ーンを形成した。
【００１５】上記テストパターンのＡｌ／Ｓｉ界面を高
分解能断面ＴＥＭ法を用いて観察したところ、界面は原
子層オーダーで急峻であり、平均の界面ゆらぎは１０ｎ
ｍあたり１原子層のステップが２個以下と極めて小さか
った。またＡｌ膜は、Ｓｉ基板に対してＡｌ（111）//
Ｓｉ（111）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞の関係を持
つグレイン、またはＡｌ（100）//Ｓｉ（111）かつＡｌ
＜220＞//Ｓｉ＜220＞と等価な３種類のグレインとから
成っていることが明らかになった。電気特性の評価は、
コンタクトサイズ０．５×０．５μｍのものに対して、
Ｉ−Ｖ法を用いて行った。１００個のコンタクトの平均
比抵抗値は、１×１０-7Ωｃｍ2以下であり、アニール
を行わなくても極めて低い値が得られた。また同じサン
プルに対し、水素雰囲気中で、５００℃，６０分間のア
ニールを行った後、同様の電気特性評価を行ったとこ
ろ、平均比抵抗値はほとんど劣化しなかった。以上の結
果から、請求項１、２の特徴を持つＡｌ／Ｓｉオーミッ
クコンタクトでは、アニールなしでも低いコンタクト抵
抗が得られ、しかも高温アニールに対しても特性が安定
であることが証明された。
分解能断面ＴＥＭ法を用いて観察したところ、界面は原
子層オーダーで急峻であり、平均の界面ゆらぎは１０ｎ
ｍあたり１原子層のステップが２個以下と極めて小さか
った。またＡｌ膜は、Ｓｉ基板に対してＡｌ（111）//
Ｓｉ（111）かつＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞の関係を持
つグレイン、またはＡｌ（100）//Ｓｉ（111）かつＡｌ
＜220＞//Ｓｉ＜220＞と等価な３種類のグレインとから
成っていることが明らかになった。電気特性の評価は、
コンタクトサイズ０．５×０．５μｍのものに対して、
Ｉ−Ｖ法を用いて行った。１００個のコンタクトの平均
比抵抗値は、１×１０-7Ωｃｍ2以下であり、アニール
を行わなくても極めて低い値が得られた。また同じサン
プルに対し、水素雰囲気中で、５００℃，６０分間のア
ニールを行った後、同様の電気特性評価を行ったとこ
ろ、平均比抵抗値はほとんど劣化しなかった。以上の結
果から、請求項１、２の特徴を持つＡｌ／Ｓｉオーミッ
クコンタクトでは、アニールなしでも低いコンタクト抵
抗が得られ、しかも高温アニールに対しても特性が安定
であることが証明された。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バリアメタルを用いないＡｌコンタクト構造によって、
アニールなしにオーミック性が確保でき、しかもプロセ
スに用いられる程度の熱処理に対しては特性が変化しな
いような優れたコンタクトを実現できる。これは従来の
Ａｌコンタクトでは不可能であった。また従来のバリア
メタル構造に比べても、材料自体の抵抗が低い、製造工
程が容易であるためにコストが安い、という工業的に多
くの利点を有するものである。
バリアメタルを用いないＡｌコンタクト構造によって、
アニールなしにオーミック性が確保でき、しかもプロセ
スに用いられる程度の熱処理に対しては特性が変化しな
いような優れたコンタクトを実現できる。これは従来の
Ａｌコンタクトでは不可能であった。また従来のバリア
メタル構造に比べても、材料自体の抵抗が低い、製造工
程が容易であるためにコストが安い、という工業的に多
くの利点を有するものである。
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板に直接Ａｌを接触させた構造を
持つＡｌコンタクト構造において、Ｓｉ／Ａｌ界面のゆ
らぎが、界面に平行な方向に１０ｎｍあたり４原子層未
満であるような平坦な界面を持つことを特徴とするＡｌ
コンタクト構造。 - 【請求項２】 Ｓｉ基板に直接Ａｌを接触させた構造を
持つＡｌコンタクト構造において、Ｓｉ基板とＡｌの方
位関係が界面に平行な面内でＡｌ＜220＞//Ｓｉ＜220＞
であることを特徴とするＡｌコンタクト構造。 - 【請求項３】 Ｓｉ基板の表面をｐＨ値が４〜８のフッ
酸系水溶液に浸して該Ｓｉ表面の平坦性を１０ｎｍあた
り４原子層未満とし、次いでこのＳｉ平坦面にＡｌを堆
積させることを特徴とするＡｌコンタクト構造の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021644A JP2727902B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | Ａｌコンタクト構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021644A JP2727902B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | Ａｌコンタクト構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216064A true JPH06216064A (ja) | 1994-08-05 |
| JP2727902B2 JP2727902B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=12060771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5021644A Expired - Fee Related JP2727902B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | Ａｌコンタクト構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2727902B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129174B2 (en) | 2003-03-24 | 2006-10-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of fabricating a semiconductor substrate for reducing wafer warpage |
| WO2012026428A1 (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6092614A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-24 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS61281523A (ja) * | 1985-06-07 | 1986-12-11 | Nippon Gakki Seizo Kk | コンタクト形成法 |
| JPS6333569A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 金属薄膜の製造方法 |
| JPH02307224A (ja) * | 1989-05-23 | 1990-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPH03286524A (ja) * | 1990-04-03 | 1991-12-17 | Kawasaki Steel Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-01-18 JP JP5021644A patent/JP2727902B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6092614A (ja) * | 1983-10-27 | 1985-05-24 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS61281523A (ja) * | 1985-06-07 | 1986-12-11 | Nippon Gakki Seizo Kk | コンタクト形成法 |
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| JPH02307224A (ja) * | 1989-05-23 | 1990-12-20 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPH03286524A (ja) * | 1990-04-03 | 1991-12-17 | Kawasaki Steel Corp | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129174B2 (en) | 2003-03-24 | 2006-10-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of fabricating a semiconductor substrate for reducing wafer warpage |
| US7498213B2 (en) | 2003-03-24 | 2009-03-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of fabricating a semiconductor substrate for reducing wafer warpage |
| WO2012026428A1 (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-01 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
| JP2012049193A (ja) * | 2010-08-24 | 2012-03-08 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2727902B2 (ja) | 1998-03-18 |
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| A02 | Decision of refusal |
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