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

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本研究では、次世代ULSI素子の性能向上に必須となる金属/半導体及び半導体/半導体等の異種材料界面の物性及び構造制御技術の開発を目的とする。超平坦界面を有する超低抵抗コンタクト形成技術の開発、及びナノプローブ電子線を装備した走査透過型電子顕微鏡による界面構造及び物性の原子直視技術の確立を目指す。以下、本年度に得られた成果を記す。1.NiSiの熱的安定性及び劣化機構解明の為に、Si上のNiSi層の等温熱処理を行い、その時間変化を詳紬に分析した。その結果、650〜750℃の範囲で熱処理時間に伴いNiSiの凝集によるシート抵抗の増大が顕著に生じることが分かった。また、凝集したNiSiとSi表面露出領域の境界においてエピタキシャルNiSi_2の初期核が形成され、その成長に伴ってシリサイド層の凝集が抑制されることを見出した。2.NiSi/Si界面の熱的安定性改善を目的に、Pd及びPtの添加を試み、TEM、STEMおよびEDXによるナノメータースケールでの解析を行った。Pd添加はNiSi_2への相転移抑制効果を持つが、凝集抑制効果を持たなかった。これはNi_<1-x>Pd_xSi系では、Si基板と特定の結晶方位関係を持つ安定な層を形成しにくい為であることが分かった。3.一方、Pt添加は相転位抑制に加え750℃までの凝集抑制にも効果的であった。これはNiSi/Si界面においてNi_<1-x>Pt_xSi(100)//Si(111)の方位関係を持つ熱的に安定な領域が形成される為と考えられる。4.エピタキシャルNiSi_2の低温形成を目指して、Ti中間層を導入したNi/Ti/Si系の固相反応を調べた。その結果、350℃という従来にない低温でエピタキシャルNiSi_2の連続層を形成できた。また、この層を850℃で熱処理することで、極めて平坦かつ均一な界面承び層構造を持つエピタキシャルNiSi_2の形成に成功した。