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半導体用語集

CoSi₂

英語表記：cobalt silicide

　ケイ化コバルト。TiSi₂ にみられるような細線部での抵抗上昇（細線効果）が発生しにくいため、NiSi と並んでサブクォータミクロン以降のロジックLSIに適したサリサイド材料である。コバルトのシリサイド化反応は Co→Co₂Si→CoSi→CoSi₂ と進行していくが、Coから Co₂Si への反応はCo拡散、Co₂Si から CoSiへ の反応はSi拡散、CoSiから CoSi₂ への反応はCo拡散によって行われる。このため、初めのステップのアニールを Co₂Si形成温度とする2ステップアニール法を用いてCoSi₂を形成することで、TiSi₂でみられる、横方向拡散に起因する絶縁膜上でのシリサイド成長（這い上がり）は発生しにくくなる。また、WSi₂やTiSi₂とくらべると、シリサイド膜中のホウ素やリンの拡散係数が低いため、デュアルゲートを形成した際にゲート電極部のドーパントの相互拡散が起こりにくいという利点も持つ。一方、チタンと比較してコバルトは還元性が弱いため、シリコン上に形成した自然酸化膜（Si0₂) を還元作用で除去することができな
い。したがってCoSi₂の形成では、界面制御の技術がより重要となる。また、CoSi₂中に酸索が混入すると細線抵抗が上昇してしまうため、コバルト膜を形成した後にin-situで酸化防止膜（キャップ層）を形成する技術が用いられることがある。キャップ層としては、酸素を透過しにくく、選択除去の際に未反応のコバルトと同時に溶解する窒化チタン (TiN) が使用されることが多い。コバルトとシリコンとの反応では体積変化が大きいため、シリサイド化反応の制御は比較的難しく、 CoSi2/Si界面のラフネスを良好に保ちにくい。さらに、シリサイド反応の際にシリコン中にコバルトが局所的に拡散する「スパイク」と呼ばれる現象が発生することが知られている。これらの現象に起因した接合リーク電流の低減が、CoSi₂をサリサイドプロセスに適用する際の最大の課題となっている。局所的な「スパイク」は、シリサイド形成時の熱処理条件を高温にするほど回復するとの報告があるが、一方でCoSi₂/Si 界面のラフネスは高温熱処理を加えるほど悪化する傾向があるため、シリサイド形成の熱処理条件の最適化が重要である。また、CoSi₂ はシリコンと格子定数が近いために、シリコン上でエピタキシャル成長しやすいという特徴を持つ。ただし、急激にシリサイド反応を起こすとエピタキシャル成長しにくくなるため、コバルト/シリコン界面にチタン層を挿入して反応速度を緩和するという手法が報告されている。

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