異種材料界面制御による超低抵抗コンタクトの開発と半導体/金属界面の原子直視研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025224
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 財満 鎭明 名古屋大学, 先端技術共同センター, 教授 (70158947)
• 研究分担者: 中塚 理 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助手 (20334998) ; 池田 浩也 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00262882) ; 田中 信夫 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40126876)
• キーワード: 界面 / シリコン / シリサイド / シリコンゲルマニウム / ニッケル / コバルト / エピタキシャル / 高角度散乱暗視野走査透過電子顕微鏡

研究概要

本研究では、次世代ULSI素子の性能向上の為に、異種材料(金属/半導体及び半導体/半導体)界面の物性制御ならびに構造制御技術の開発を目的とする。超低抵抗コンタクト及び超平坦界面形成の為の材料探索、高濃度ドーピング技術及びエピタキシャルシリサイド応用技術の開発を目指している。更にナノプローブ電子線を用いた走査透過型電子顕微鏡によって、異種材料界面の構造及び物性を原子直視的に研究し、応用技術への貢献を目指す。以下に本年度に得られた成果を記す。
(1)NiSi/Si構造を用いることにより、n_+型及びp_+型双方のコンタクトにおいて、10^<-8>Ωcm^2台の低抵抗コンタクトを同時に形成可能であることを示した。NiSi/Siコンタクトにおいて、n型ではP原子の界面へのパイルアップ、p型では低いショットキー障壁高さの実現とB原子の界面からの吸出し及びNiSi表面への偏析を見出すことで、コンタクト抵抗低減機構の解明を行った。
(2)NiSi層は750℃を越える熱処理によってシリサイド層のシート抵抗が増大する。これは、NiSi結晶粒の凝集、及びNiSi_2相への相転移の結果であることを見出した。更に、Cを0.4at.%導入したSi基板上へのNiSi層形成によって、結晶粒の凝集を抑制することで、シート抵抗増大を抑制可能なことを明らかにした。また、同構造において基板不純物の再分布抑制、NiSi相の熱的安定性向上も期待される。
(3)CoSi_2/Ge/Si構造におけるCoSi_2形成過程を詳細に調べ、GeがCoとSiの反応障壁層となることで界面平坦化を阻害する機構を解明した。
(4)200keV超高分解能電子顕微鏡を改良し、高角度散乱電子を用いた走査透過像において世界最高水準の0.14nmの点分解能を実現した。また、高感度X線検出器の導入により、半導体中の不純物の原子レベルマッピングが可能となった。
(5)透過型電子顕微鏡を用いた原子直視観察技法によって、熱処理後のTi/SiGe/Si界面において、従来報告のなかったTi_6Ge_5の極薄高抵抗層の残存を見出し、その除去の方法について検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Tsuchiya, A.Tobioka, O.Nakatsuka, H.Ikeda, A.Sasaki, S.Zaima, Y.Yasuda: "Electrical properties and solid-phase reactions in Ni/Si(100) contacts"Japanese Journal of Applied Physics. (掲載決定済). (2002)
• [文献書誌] N.Tanaka, Y.Murooka, M.Koguchi, H.Kakibayashi, R.Tsuneta, K.Kase, M.Iwaki: "Three-dimensional STEM with nm-scale sapatila resolution"Electron Microscopy and Analysis. 168. 159-162 (2001)
• [文献書誌] N.Tanaka, J.J.Hu, J.Yamasaki, Y.Murooka, S.Zaima, Y.Yasuda: "Interface reactions in Ti/Si_<1-x>Ge_xSi(100) studied by TEM and ADF imaging on a newly installed 200kV TEM/STEM"Electron Microscopy and Analysis. 172. 373-376 (2001)
• [文献書誌] M.Koguchi, H.Kakibayashi, R.Tsuneta, M.Yamaoka, T.Niino, N.Tanaka, K.Kase, M.Iwaki: "Three-dimensional STEM for observing nanostructures"J.Elelectron Microscopy. 50. 235-241 (2001)
• [文献書誌] N.Tanaka, M.Koguchi, H.Kakibayashi, R.Tsuneta, K.Kase, M.Iwaki: "3D-SEM for observing semiconductor nano-structures"Microscopy and Analysis. 7. 230-231 (2001)