鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法
【課題】結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉを得る。
【解決手段】Ｓｉ基板１の表面を熱酸化して極薄の酸化膜２を形成する（図(a) 及び(b) 参照）。基板温度を１０℃から４００℃の範囲の適当な温度に保持した状態で、該酸化膜２の表面にＦｅ３とＳｉ４とをほぼ３：１の蒸着速度比で同時蒸着させる。室温付近の基板温度で蒸着させた場合にはＦｅ３Ｓｉのアモルファスが形成され、４００℃に近い基板温度で蒸着させた場合には、モノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）を含有したＦｅ３Ｓｉが形成されるが、いずれの場合にも適正な温度でアニールすれば、鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉの結晶が得られる。
【解決手段】Ｓｉ基板１の表面を熱酸化して極薄の酸化膜２を形成する（図(a) 及び(b) 参照）。基板温度を１０℃から４００℃の範囲の適当な温度に保持した状態で、該酸化膜２の表面にＦｅ３とＳｉ４とをほぼ３：１の蒸着速度比で同時蒸着させる。室温付近の基板温度で蒸着させた場合にはＦｅ３Ｓｉのアモルファスが形成され、４００℃に近い基板温度で蒸着させた場合には、モノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）を含有したＦｅ３Ｓｉが形成されるが、いずれの場合にも適正な温度でアニールすれば、鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉの結晶が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉ基層等と鉄シリサイド強磁性体とからなる鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性体である鉄シリサイドＦｅ３Ｓｉは、ホイスラー合金とみなせるＤＯ３構造をとり得るためハーフメタルになる可能性を有しており、また、スピン偏極率の高い強磁性体材料として期待されている（例えば、非特許文献１参照）。さらに、この鉄シリサイドＦｅ３Ｓｉは、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させることが可能であるため、Ｓｉ基板上に高スピン偏極率を有するシリコンベース強磁性体デバイスの作製を可能とする材料として有望視されている。
【非特許文献１】J.Herfortら、“Epitaxial growth of Fe3Si/GaAs(001) hybrid structure”、Appl.Phys. Lett. 83, 3912 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、結晶性の良いＦｅ３ＳｉをＳｉ基板等に形成する技術は未だ確立されていない。
【０００４】
本発明は、好適な鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層（１）の表面に基層側酸化膜（２）を形成する基層側酸化膜形成工程（図１(b) 参照）と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記基層側酸化膜（２）の表面にＦｅ（３）とＳｉ（４）とを略３対１の組成比となるように蒸着させる基層側蒸着工程（図１(c) 参照）と、
該基層側蒸着工程の終了後にアニールを行うアニール工程と、
を実施することにより鉄シリサイド強磁性体を備えたデバイスを製造する鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記アニール工程は３００℃から６００℃の範囲の温度で行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が室温付近であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が３００℃から６００℃の範囲であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が２００℃から４００℃の範囲であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が４００℃から５５０℃の範囲であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ（３）の蒸着とＳｉ（４）の蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ（３）及びＳｉ（４）の供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側酸化膜（２）は、前記基層（１）を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側酸化膜形成工程（図１(b) 参照）を実施した後であって前記基層側蒸着工程（図１(c) 及び図４(b) 参照）を実施する前に前記基層側酸化膜（２）の表面にＳｉ又はＧｅ（図４(a)
の符号１３参照）を蒸着してＳｉ核又はＧｅ核（１０）を形成する核形成工程、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発明において、図６(a) に示すように、蒸着された鉄シリサイド（５）を覆うように、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなるスペーサー層（６）を形成するスペーサー層形成工程と、
前記スペーサー層（同図(b) の符号６参照）の表面にスペーサー層側酸化膜（１２）を形成するスペーサー層側酸化膜形成工程と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記スペーサー層側酸化膜（同図(c) の符号１２参照）の表面にＦｅ（３）とＳｉ（４）とを略３対１の組成比となるように蒸着させるスペーサー層側蒸着工程と、
を前記基層側蒸着工程が終了した後に少なくとも１回実施して鉄シリサイド強磁性体層（図５の符号Ｂ１，Ｂ２参照）を複数形成することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明において、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ（３）の蒸着とＳｉ（４）の蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に係る発明において、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ（３）及びＳｉ（４）の供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成することを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明において、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量と、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量とを異ならせることにより、鉄シリサイドの形状やサイズを一方の強磁性体層（Ｂ１）と他方の強磁性体層（Ｂ２）とで異ならせることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に係る発明は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の発明において、前記スペーサー層側酸化膜（１２）は、前記スペーサー層（６）を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成することを特徴とする。
【００１８】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、２、５、７〜１０、及び１３に係る発明によれば、基層の表面に基層側酸化膜を形成し、ＦｅとＳｉの蒸着はその基層側酸化膜に対して１０℃〜４００℃の低温で行うようになっているので、基層と蒸着材料（つまり、ＦｅやＳｉ）との間の拡散（例えば、蒸着されたＦｅの基層への拡散）を抑えることができ、ＦｅとＳｉの組成比が略３対１であって結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉを得ることができる。また、ＦｅやＳｉ等の材料は比較的安価であるので、強磁性体デバイス自体も安価に製造することができる。さらに、鉄シリサイド強磁性体をＳｉ基板に形成して強磁性体デバイスとＳｉテクノロジーとの融合を図ることができ、様々な用途に応じたデバイスを作製することも可能となる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、蒸着時の基板温度が低いため、Ｆｅの基層への拡散がほとんど起こらずモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）も形成されないので、ＦｅとＳｉの組成比が３：１に近く不純物もほとんど無い鉄シリサイド強磁性体を得ることができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、Ｆｅ３Ｓｉ以外に余分なモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）も形成されてしまうが、アニールを行うことでモノシリサイドを少なくすることができる。
【００２２】
請求項６及び１１に係る発明によれば、特性の異なる強磁性体を得ることが可能となり、Ｓｉ基板上に作製した超高密度メモリデバイス、スピン偏極発光ダイオード等の強磁性デバイスを実現できる可能性がある。
【００２３】
請求項１２に係る発明によれば、強磁性の層と軟磁性の層とを作製することができ、様々な機能や用途を持つ強磁性体デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１乃至図９に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の一例を示す模式図であり、図２は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の一例を示す断面図であり、図３(a) はボイドが酸化膜中に存在するときの様子を説明するための模式図であり、図３(b) はボイドが酸化膜中に存在しないときの様子を説明するための模式図である。また、図４(a)
(b) は、ＦｅとＳｉの同時蒸着を行う前にＳｉ核又はＧｅ核を形成する様子を説明するための模式図であり、図５は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図であり、図６は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の他の例を示す模式図であり、図７(a)
(b) は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図であり、図８は、Ｆｅ３Ｓｉ鉄シリサイド強磁性体のナノドットの走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）像と反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）図形を示す写真であり、図９は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【００２５】
本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法は、図１(a) 〜(c) に例示するものであって、
・ Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層１の表面に酸化膜（本明細書において“基層側酸化膜”とする）２を形成する基層側酸化膜形成工程（図１(a) (b) 参照）と、
・ 略３対１の組成比となるようにＦｅ（同図(c) の符号３参照）とＳｉ（同図(c) の符号４参照）とを該基層側酸化膜２の表面に蒸着させて鉄シリサイド５を形成する基層側蒸着工程と、
・ 該基層側蒸着工程の終了後にアニールを行うアニール工程と、
からなる。図１(b)
(c) 中の符号７，８は蒸着装置を示す。この方法により、例えば図２に示すような構成の強磁性体デバイスＡ１を得ることができる。図２中の符号９は、鉄シリサイド５を覆うように形成されたキャップ層を示す。
【００２６】
ここで、上述の“Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層”とは、
・ 単結晶Ｓｉからなる層
・ 単結晶Ｇｅからなる層
・ 単結晶ＳｉＧｅからなる層
・ エピタキシャル成長したＳｉ層
・ エピタキシャル成長したＧｅ層
・ エピタキシャル成長したＳｉＧｅ混晶層
を意味するものとし、本明細書においては単に“基層”と称することとする。基板自体がそれらの層で構成されていても、基板自体がＳｉやＧｅやＳｉＧｅ以外の材料で構成されていて前記基層が基板に支持される形で形成されていても、いずれでも良い。なお、上述の基層側酸化膜２や鉄シリサイド５は、例えば、Ｓｉ基板の（１１１）面に形成すると良いが、該面以外の面に形成しても良い。
【００２７】
一方、前記基層側酸化膜２は、前記基層１を酸素雰囲気中で熱酸化して形成すると良く、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成すると良い。基層側酸化膜２の厚さをその範囲内にした場合には、蒸着時の基板温度を調整することで、基層側酸化膜２にボイド２ａを形成したりしなかったりできるため（図３(a) (b) 参照）、鉄シリサイド強磁性体をエピタキシャル成長、非エピタキシャル成長させることを選択することができる。また、このような極薄の酸化膜を用いた場合、Ｆｅ及びＳｉの蒸着量や基板温度を適正に制御することにより、従来よりも、高密度でしかも小さい鉄シリサイド強磁性体ドットを得ることができ、次のような効果を得ることができる。すなわち、
・ 一つの微結晶あたりの不純物を少なくすることができる。たとえば、平均１０１８／ｃｍ３の割合で不純物や点欠陥を含む場合でも、１０ナノメータースケールの微結晶の場合、１個の微結晶中には不純物や点欠陥は０−１個程度し得ない。
・ また、Ｓｉ層、Ｇｅ層、或いはＳｉＧｅ層と鉄シリサイド強磁性体の格子不整合により、膜厚によっては格子不整合から生じる歪みを緩和するために不整合転位が存在してしまうが、鉄シリサイド強磁性体をナノドット状にした場合にはそのような不整合転位は存在しにくい。
【００２８】
ところで、上述の基層側酸化膜２は、基層側蒸着工程にて蒸着されるＦｅの基層側への拡散を防止等するために形成されるものである。図２においては、基層側蒸着工程を経た後において基層側酸化膜２が均一な膜厚のまま残っている状態を示しているが、基層側蒸着工程においてＦｅの拡散を防止さえすれば、
・ 該蒸着工程によって多少の凹凸が出来て、デバイス完成時点では膜厚が均一でなくなっていても、
・ 図３(a) に符号２ａに示すようなボイド（或いはＳｉ核やＧｅ核）が形成されてしまっていても、
・ 蒸着工程の実施に際して酸化膜のほとんどが消失してしまい、鉄シリサイド強磁性体が基層側酸化膜２の表面に形成されるのではなく、基層１の表面に直接形成された状態であっても、
いずれでも良い。
【００２９】
上述の基層側蒸着工程においては、Ｆｅの蒸着とＳｉの蒸着とを同時に行うと良い。なお、鉄シリサイド中のＦｅとＳｉの組成比を３：１にすればハーフメタルになる可能性があるが、強磁性の性質を得るためだけなら、厳密に３：１にする必要はなく、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）を形成すると良い。そして、そのような組成比の鉄シリサイドを生成するには、Ｆｅの蒸着速度とＳｉの蒸着速度との比を３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）にすると良い。つまり、単位時間当たり（微小単位時間当たり）のＦｅとＳｉの供給量は蒸着速度に依存するので、ＦｅとＳｉの蒸着速度比を適正にすればそれらの組成比を適正にできることとなる。また、Ｆｅ及びＳｉの総蒸着量は６〜２４ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（ＭＬ）程度にすると良い。さらに、Ｆｅ及びＳｉを蒸着する方法としては、
・ Ｆｅの蒸着に電子線蒸着装置を用い、Ｓｉの蒸着にＫｕｎｄｓｅｎセルや電子線蒸着装置を用いた分子線エピタキシャル法や、
・ スパッタ法や、
・ Ｓｉなどを含む反応ガス使用する化学気相成長法、
などを挙げることができる。
【００３０】
また、前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度（温度条件）は１０℃から４００℃の範囲が好ましい。さらに、アニール工程は３００℃から６００℃の範囲の基板温度で行うことが好ましいが、基層側蒸着工程時の基板温度に応じて温度調整すると良い。具体的には、
・ 前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度を室温付近の温度とした場合には、アニール工程時の基板温度は３００℃から６００℃の範囲にすると良く、
・ 前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度を２００℃から４００℃の程度とした場合には、アニール工程時の基板温度は４００℃から５５０℃の範囲、
にすると良い。蒸着工程のときの基板温度を室温付近とした場合には鉄シリサイドはアモルファス状となるが、上述のようにアニールを行うことで、結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体を得ることができる。この場合は、蒸着時の基板温度が低いため、Ｆｅの基層１への拡散がほとんど起こらずモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）も形成されないので、ＦｅとＳｉの組成比が３：１に近く不純物もほとんど無い鉄シリサイド強磁性体を得ることができる。一方、蒸着工程のときの基板温度を２００℃から４００℃とした場合には、アモルファスではない鉄シリサイドＦｅ３Ｓｉの結晶と、余分なモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）とが形成されてしまうが、上述のようにアニールを行うことでモノシリサイドを少なくすることができる。ここで、アニール工程を実施する前の時点で鉄シリサイドが強磁性体になっている必要は必ずしも無く、アニール工程を実施した後に強磁性体になっていれば足りる。
【００３１】
本発明によれば、基層１の表面に基層側酸化膜２を形成し、ＦｅとＳｉの蒸着はその基層側酸化膜２に対して１０℃〜４００℃の低温で行うようになっているので、基層１と蒸着材料（つまり、ＦｅやＳｉ）との間の拡散（例えば、蒸着されたＦｅの基層１への拡散）を抑えることができ、ＦｅとＳｉの組成比が略３対１であって結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉを得ることができる。また、ＦｅやＳｉ等の材料は比較的安価であるので、強磁性体デバイス自体も安価に製造することができる。さらに、鉄シリサイド強磁性体をＳｉ基板に形成して強磁性体デバイスとＳｉテクノロジーとの融合を図ることができ、様々な用途に応じたデバイスを作製することも可能となる。例えば、図７(a) (b) に示す構成の鉄シリサイド強磁性体デバイスを作製することも可能となる。図中の符号２０は、ＳｉやＧｅやＳｉＧｅからなるキャップ層を示し、符号２１は、III−V族半導体を示し、符号２２は、絶縁層である酸化膜を示す。
【００３２】
本発明によれば、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量（蒸着量）や基板温度を制御することによって、生成する鉄シリサイドの形状を
・ ナノドット状や
・ アイランド状（本明細書においては、直径が１ｎｍ〜１μｍ程度となるドット状を意味するものとする）や
・ 薄膜状
に自由に選択することができ、また、ナノドットやアイランドのサイズも自由に調整することができる。そして、鉄シリサイド強磁性体におけるＦｅとＳｉの組成比やドットサイズを調整することで、特性の異なる強磁性体を得ることが可能となり、Ｓｉ基板上に作製した超高密度メモリデバイス、スピン偏極発光ダイオード等の強磁性デバイスを実現できる可能性がある。
【００３３】
ところで、前記基層側酸化膜形成工程（図１(b) 参照）を実施した後であって前記基層側蒸着工程（図１(c) 及び図４(b) 参照）を実施する前に、図４(a) に例示するように、前記基層側酸化膜２の表面にＳｉやＧｅ（図４(a)
の符号１３参照）を蒸着してＳｉ核やＧｅ核（符号１０参照）を形成する核形成工程を実施すると良い。その蒸着を行う際の基板温度は５００℃から７００℃にすると良い。なお、核形成時の基板温度を高くするとボイド径（核の径）が大きくなるので、ボイド径を小さくしたい場合には５００℃程度にすると良い。また、核形成時のためのＳｉやＧｅの蒸着量は０．２ｂｉｌａｙｅｒ（ＢＬ）から２ＢＬの範囲にすると良い。さらに、ＳｉやＧｅの蒸着は、上述のような分子線エピタキシャル法やスパッタ法や化学気相成長法により行うと良い。
【００３４】
図２に示すデバイスでは鉄シリサイド強磁性体層は１層のみ（符号Ｂ１参照）であるが、もちろんこれに限られるものではない。例えば、図５に符号Ｂ１，Ｂ２で示すように、鉄シリサイド強磁性体層を二層形成しても良く、三層以上形成しても良い。図５中の符号６は強磁性体層Ｂ１を覆うように配置されるスペーサー層を示し、符号１６は強磁性体層Ｂ２を覆うように配置されるスペーサー層を示す。スペーサー層６，１６はＳｉ、Ｇｅ、或いはＳｉＧｅ混晶にて形成すると良く、蒸着によって形成すると良い。
【００３５】
図５に示すように二層の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２を形成する場合、少なくとも一層Ｂ１又はＢ２を上述の製造方法（つまり、酸化膜を形成する工程と、該酸化膜表面にＦｅ及びＳｉを蒸着させる工程と、アニールする工程）により製造すると良く、両方の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２を該製造方法により製造するようにしても良い。両方の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２を該製造方法により製造する場合には、
(1) 前記基層１の表面に前記基層側酸化膜２を形成する基層側酸化膜形成工程（図１(b)
参照）と、
(2) 略３対１の組成比となるようにＦｅ３とＳｉ４とを該基層側酸化膜２の表面にＦｅ３とＳｉ４とを蒸着させる基層側蒸着工程（図１(c)
参照）と、
(3) 該蒸着された鉄シリサイド５を覆うように、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなるスペーサー層６を形成するスペーサー層形成工程（図６(a) 参照）と、
(4) 該スペーサー層６の表面に酸化膜（本明細書において“スペーサー層側酸化膜”とする）１２を形成するスペーサー層側酸化膜形成工程（図６(b)
参照）と、
(5) 略３対１の組成比となるようにＦｅ３とＳｉ４とを該スペーサー層側酸化膜１２の表面にＦｅ３とＳｉ４とを蒸着するスペーサー層側蒸着工程（図６(c)
参照）と、
(6) アニールを行うアニール工程と、
を実施すると良い。
【００３６】
上述のスペーサー層側蒸着工程は基層側蒸着工程と同様の方法で実施すれば良い。すなわち、
・ Ｆｅの蒸着とＳｉの蒸着とを同時に行うと良く、
・ 強磁性の性質を得るためならば、ＦｅとＳｉの組成比を厳密に３：１にする必要はなく、Ｆｅの蒸着速度とＳｉの蒸着速度との比を３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）としてＦｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）を形成すると良く、
・ 蒸着方法としては分子線エピタキシャル法やスパッタ法や化学気相成長法を用いると良く、
・ 基板温度は１０℃から４００℃の範囲にすると良く、
・ スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成する
と良い。
【００３７】
ところで、図５に示すような構成の鉄シリサイド強磁性体デバイスＡ２を製造するに際し、基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量と、スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量とを異ならせることにより、鉄シリサイドの形状（ナノドット状、アイランド状、及び薄膜状）やサイズ（ドット径やアイランド径）を一方の強磁性体層Ｂ１と他方の強磁性体層Ｂ２とで異ならせると良い。例えば、一方の強磁性体層を
・ 複数の鉄シリサイドドットや
・ 複数の鉄シリサイドアイランド
で構成し、他方の強磁性体層を、
・ 前記一方の強磁性体層と径の異なる鉄シリサイドドットや鉄シリサイドアイランド
・ 薄膜状の鉄シリサイド
などで形成すると良い。鉄シリサイドの磁性は形状やサイズに応じて異なるので、強磁性の層と軟磁性の層とを作製することができ、様々な機能や用途を持つ強磁性体デバイスを製造することができる。また、それらの強磁性の層及び軟磁性の層は、同じ材料（Ｆｅ及びＳｉ）を使用し、製造条件を変更するだけで作ることができるので、安価でかつ簡単にデバイスを製造できる。また、三層以上の鉄シリサイド層を有するデバイスにおいて、各層の鉄シリサイドのサイズや形状を変更するようにしても良い。
【００３８】
ところで、上述のスペーサー層側酸化膜１２は前記スペーサー層６を酸素雰囲気中で熱酸化して形成すると良く、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成すると良い。スペーサー層側酸化膜１２の厚さを上述の範囲（つまり、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の範囲）にした場合には、蒸着時の基板温度を調整することで、スペーサー層側酸化膜１２にボイドを形成したりしなかったりできるため、鉄シリサイド強磁性体をエピタキシャル成長、非エピタキシャル成長させることを選択することができる。また、このような極薄の酸化膜を用いた場合、Ｆｅ及びＳｉの蒸着量や基板温度を適正に制御することにより、従来よりも、高密度でしかも小さい鉄シリサイド強磁性体ドットを得ることができる。
【実施例１】
【００３９】
本実施例では、図１及び図６に示す製造方法によって、図５に示す構造の鉄シリサイド強磁性体デバイスＡ２を作製した。
【００４０】
本実施例では、基層１としてＳｉ基板を使用し、１０−４Ｐａ程度の酸素圧力下で該Ｓｉ基板１の表面を熱酸化させて極薄Ｓｉ酸化膜２を形成した。次に、図４(a) に符号１１で示す蒸着装置を用いて、超高真空下で、基板温度５００℃でＧｅ（符号１３参照）を酸化膜上に蒸着して核１０を形成し、その後、蒸着装置７，８を用いて、超高真空下で、基板温度を２３℃程度でＦｅとＳｉ（符号３，４参照）を同時に蒸着して鉄シリサイド５を形成し、その後、３００〜４００℃程度の温度でアニールを行い、鉄シリサイド強磁性体を形成した。この条件では鉄シリサイド強磁性体はエピタキシャル成長している。ＦｅとＳｉの蒸着速度比は３：１とし、総蒸着量は２４ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（ＭＬ）程度とした。そして、形成した鉄シリサイド強磁性体を埋めるようにＳｉのスペーサー層（図６の符号６参照）を形成し、該スペーサー層６を熱酸化してスペーサー層側酸化膜１２を形成し（図６(b)
参照）、該酸化層１２の表面には上述と同様の方法で、１０ＭＬ程度の鉄シリサイド強磁性体を形成した（図６(c) 参照）。そして、該鉄シリサイド強磁性体を埋め込むようにＳｉのキャップ層（図５の符号１６参照）を形成して鉄シリサイド強磁性体のデバイスを作製した。
【００４１】
一層目と二層目の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２中の鉄シリサイド強磁性体の蒸着量を異ならせ、一層目と二層目においてアイランドサイズの異なる鉄シリサイド強磁性体を有する鉄シリサイド強磁性体デバイスを幾つか作製してみた。図８に１２ＭＬのＦｅ３Ｓｉ鉄シリサイド強磁性体のナノドットの走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）像と反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）図形を示す。
【実施例２】
【００４２】
本実施例では、図９に示す構造のスピン偏極発光ダイオード（強磁性体デバイス）を作製した。まず、ｎ型のＳｉ基板３１上に酸化膜３２を形成し、鉄シリサイド強磁性体３５、ｎ型ＧａＳｂ半導体層３６、活性層であるＧａＳｂ半導体層３７、ｐ型ＧａＳｂ半導体層３８を該酸化膜３２に順番に積層した。その後、蒸着法を用いて、Ａｕ電極３４とＡｌ電３３とを図示の位置にそれぞれ形成した。本実施例によれば、良質のスピン偏極発光ダイオードを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の一例を示す断面図である。
【図３】図３(a) はボイドが酸化膜中に存在するときの様子を説明するための模式図であり、図３(b)はボイドが酸化膜中に存在しないときの様子を説明するための模式図である。
【図４】図４(a)(b) は、ＦｅとＳｉの同時蒸着を行う前にＳｉ核又はＧｅ核を形成する様子を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の他の例を示す模式図である。
【図７】図７(a)(b) は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【図８】図８は、Ｆｅ３Ｓｉ鉄シリサイド強磁性体のナノドットの走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）像と反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）図形を示す写真である。
【図９】図９は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 基層
２ 基層側酸化膜
３ Ｆｅ
４ Ｓｉ
６ スペーサー層
１０ Ｓｉ核又はＧｅ核
１２ スペーサー層側酸化膜
Ａ１，Ａ２ 鉄シリサイド強磁性体デバイス
Ｂ１，Ｂ２ 強磁性体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉ基層等と鉄シリサイド強磁性体とからなる鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性体である鉄シリサイドＦｅ３Ｓｉは、ホイスラー合金とみなせるＤＯ３構造をとり得るためハーフメタルになる可能性を有しており、また、スピン偏極率の高い強磁性体材料として期待されている（例えば、非特許文献１参照）。さらに、この鉄シリサイドＦｅ３Ｓｉは、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長させることが可能であるため、Ｓｉ基板上に高スピン偏極率を有するシリコンベース強磁性体デバイスの作製を可能とする材料として有望視されている。
【非特許文献１】J.Herfortら、“Epitaxial growth of Fe3Si/GaAs(001) hybrid structure”、Appl.Phys. Lett. 83, 3912 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、結晶性の良いＦｅ３ＳｉをＳｉ基板等に形成する技術は未だ確立されていない。
【０００４】
本発明は、好適な鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層（１）の表面に基層側酸化膜（２）を形成する基層側酸化膜形成工程（図１(b) 参照）と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記基層側酸化膜（２）の表面にＦｅ（３）とＳｉ（４）とを略３対１の組成比となるように蒸着させる基層側蒸着工程（図１(c) 参照）と、
該基層側蒸着工程の終了後にアニールを行うアニール工程と、
を実施することにより鉄シリサイド強磁性体を備えたデバイスを製造する鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記アニール工程は３００℃から６００℃の範囲の温度で行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が室温付近であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が３００℃から６００℃の範囲であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が２００℃から４００℃の範囲であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が４００℃から５５０℃の範囲であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ（３）の蒸着とＳｉ（４）の蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ（３）及びＳｉ（４）の供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側酸化膜（２）は、前記基層（１）を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発明において、前記基層側酸化膜形成工程（図１(b) 参照）を実施した後であって前記基層側蒸着工程（図１(c) 及び図４(b) 参照）を実施する前に前記基層側酸化膜（２）の表面にＳｉ又はＧｅ（図４(a)
の符号１３参照）を蒸着してＳｉ核又はＧｅ核（１０）を形成する核形成工程、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発明において、図６(a) に示すように、蒸着された鉄シリサイド（５）を覆うように、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなるスペーサー層（６）を形成するスペーサー層形成工程と、
前記スペーサー層（同図(b) の符号６参照）の表面にスペーサー層側酸化膜（１２）を形成するスペーサー層側酸化膜形成工程と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記スペーサー層側酸化膜（同図(c) の符号１２参照）の表面にＦｅ（３）とＳｉ（４）とを略３対１の組成比となるように蒸着させるスペーサー層側蒸着工程と、
を前記基層側蒸着工程が終了した後に少なくとも１回実施して鉄シリサイド強磁性体層（図５の符号Ｂ１，Ｂ２参照）を複数形成することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明において、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ（３）の蒸着とＳｉ（４）の蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に係る発明において、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ（３）及びＳｉ（４）の供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成することを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明において、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量と、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量とを異ならせることにより、鉄シリサイドの形状やサイズを一方の強磁性体層（Ｂ１）と他方の強磁性体層（Ｂ２）とで異ならせることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に係る発明は、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の発明において、前記スペーサー層側酸化膜（１２）は、前記スペーサー層（６）を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成することを特徴とする。
【００１８】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、２、５、７〜１０、及び１３に係る発明によれば、基層の表面に基層側酸化膜を形成し、ＦｅとＳｉの蒸着はその基層側酸化膜に対して１０℃〜４００℃の低温で行うようになっているので、基層と蒸着材料（つまり、ＦｅやＳｉ）との間の拡散（例えば、蒸着されたＦｅの基層への拡散）を抑えることができ、ＦｅとＳｉの組成比が略３対１であって結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉを得ることができる。また、ＦｅやＳｉ等の材料は比較的安価であるので、強磁性体デバイス自体も安価に製造することができる。さらに、鉄シリサイド強磁性体をＳｉ基板に形成して強磁性体デバイスとＳｉテクノロジーとの融合を図ることができ、様々な用途に応じたデバイスを作製することも可能となる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、蒸着時の基板温度が低いため、Ｆｅの基層への拡散がほとんど起こらずモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）も形成されないので、ＦｅとＳｉの組成比が３：１に近く不純物もほとんど無い鉄シリサイド強磁性体を得ることができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、Ｆｅ３Ｓｉ以外に余分なモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）も形成されてしまうが、アニールを行うことでモノシリサイドを少なくすることができる。
【００２２】
請求項６及び１１に係る発明によれば、特性の異なる強磁性体を得ることが可能となり、Ｓｉ基板上に作製した超高密度メモリデバイス、スピン偏極発光ダイオード等の強磁性デバイスを実現できる可能性がある。
【００２３】
請求項１２に係る発明によれば、強磁性の層と軟磁性の層とを作製することができ、様々な機能や用途を持つ強磁性体デバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図１乃至図９に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の一例を示す模式図であり、図２は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の一例を示す断面図であり、図３(a) はボイドが酸化膜中に存在するときの様子を説明するための模式図であり、図３(b) はボイドが酸化膜中に存在しないときの様子を説明するための模式図である。また、図４(a)
(b) は、ＦｅとＳｉの同時蒸着を行う前にＳｉ核又はＧｅ核を形成する様子を説明するための模式図であり、図５は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図であり、図６は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の他の例を示す模式図であり、図７(a)
(b) は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図であり、図８は、Ｆｅ３Ｓｉ鉄シリサイド強磁性体のナノドットの走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）像と反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）図形を示す写真であり、図９は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【００２５】
本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法は、図１(a) 〜(c) に例示するものであって、
・ Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層１の表面に酸化膜（本明細書において“基層側酸化膜”とする）２を形成する基層側酸化膜形成工程（図１(a) (b) 参照）と、
・ 略３対１の組成比となるようにＦｅ（同図(c) の符号３参照）とＳｉ（同図(c) の符号４参照）とを該基層側酸化膜２の表面に蒸着させて鉄シリサイド５を形成する基層側蒸着工程と、
・ 該基層側蒸着工程の終了後にアニールを行うアニール工程と、
からなる。図１(b)
(c) 中の符号７，８は蒸着装置を示す。この方法により、例えば図２に示すような構成の強磁性体デバイスＡ１を得ることができる。図２中の符号９は、鉄シリサイド５を覆うように形成されたキャップ層を示す。
【００２６】
ここで、上述の“Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層”とは、
・ 単結晶Ｓｉからなる層
・ 単結晶Ｇｅからなる層
・ 単結晶ＳｉＧｅからなる層
・ エピタキシャル成長したＳｉ層
・ エピタキシャル成長したＧｅ層
・ エピタキシャル成長したＳｉＧｅ混晶層
を意味するものとし、本明細書においては単に“基層”と称することとする。基板自体がそれらの層で構成されていても、基板自体がＳｉやＧｅやＳｉＧｅ以外の材料で構成されていて前記基層が基板に支持される形で形成されていても、いずれでも良い。なお、上述の基層側酸化膜２や鉄シリサイド５は、例えば、Ｓｉ基板の（１１１）面に形成すると良いが、該面以外の面に形成しても良い。
【００２７】
一方、前記基層側酸化膜２は、前記基層１を酸素雰囲気中で熱酸化して形成すると良く、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成すると良い。基層側酸化膜２の厚さをその範囲内にした場合には、蒸着時の基板温度を調整することで、基層側酸化膜２にボイド２ａを形成したりしなかったりできるため（図３(a) (b) 参照）、鉄シリサイド強磁性体をエピタキシャル成長、非エピタキシャル成長させることを選択することができる。また、このような極薄の酸化膜を用いた場合、Ｆｅ及びＳｉの蒸着量や基板温度を適正に制御することにより、従来よりも、高密度でしかも小さい鉄シリサイド強磁性体ドットを得ることができ、次のような効果を得ることができる。すなわち、
・ 一つの微結晶あたりの不純物を少なくすることができる。たとえば、平均１０１８／ｃｍ３の割合で不純物や点欠陥を含む場合でも、１０ナノメータースケールの微結晶の場合、１個の微結晶中には不純物や点欠陥は０−１個程度し得ない。
・ また、Ｓｉ層、Ｇｅ層、或いはＳｉＧｅ層と鉄シリサイド強磁性体の格子不整合により、膜厚によっては格子不整合から生じる歪みを緩和するために不整合転位が存在してしまうが、鉄シリサイド強磁性体をナノドット状にした場合にはそのような不整合転位は存在しにくい。
【００２８】
ところで、上述の基層側酸化膜２は、基層側蒸着工程にて蒸着されるＦｅの基層側への拡散を防止等するために形成されるものである。図２においては、基層側蒸着工程を経た後において基層側酸化膜２が均一な膜厚のまま残っている状態を示しているが、基層側蒸着工程においてＦｅの拡散を防止さえすれば、
・ 該蒸着工程によって多少の凹凸が出来て、デバイス完成時点では膜厚が均一でなくなっていても、
・ 図３(a) に符号２ａに示すようなボイド（或いはＳｉ核やＧｅ核）が形成されてしまっていても、
・ 蒸着工程の実施に際して酸化膜のほとんどが消失してしまい、鉄シリサイド強磁性体が基層側酸化膜２の表面に形成されるのではなく、基層１の表面に直接形成された状態であっても、
いずれでも良い。
【００２９】
上述の基層側蒸着工程においては、Ｆｅの蒸着とＳｉの蒸着とを同時に行うと良い。なお、鉄シリサイド中のＦｅとＳｉの組成比を３：１にすればハーフメタルになる可能性があるが、強磁性の性質を得るためだけなら、厳密に３：１にする必要はなく、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）を形成すると良い。そして、そのような組成比の鉄シリサイドを生成するには、Ｆｅの蒸着速度とＳｉの蒸着速度との比を３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）にすると良い。つまり、単位時間当たり（微小単位時間当たり）のＦｅとＳｉの供給量は蒸着速度に依存するので、ＦｅとＳｉの蒸着速度比を適正にすればそれらの組成比を適正にできることとなる。また、Ｆｅ及びＳｉの総蒸着量は６〜２４ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（ＭＬ）程度にすると良い。さらに、Ｆｅ及びＳｉを蒸着する方法としては、
・ Ｆｅの蒸着に電子線蒸着装置を用い、Ｓｉの蒸着にＫｕｎｄｓｅｎセルや電子線蒸着装置を用いた分子線エピタキシャル法や、
・ スパッタ法や、
・ Ｓｉなどを含む反応ガス使用する化学気相成長法、
などを挙げることができる。
【００３０】
また、前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度（温度条件）は１０℃から４００℃の範囲が好ましい。さらに、アニール工程は３００℃から６００℃の範囲の基板温度で行うことが好ましいが、基層側蒸着工程時の基板温度に応じて温度調整すると良い。具体的には、
・ 前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度を室温付近の温度とした場合には、アニール工程時の基板温度は３００℃から６００℃の範囲にすると良く、
・ 前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度を２００℃から４００℃の程度とした場合には、アニール工程時の基板温度は４００℃から５５０℃の範囲、
にすると良い。蒸着工程のときの基板温度を室温付近とした場合には鉄シリサイドはアモルファス状となるが、上述のようにアニールを行うことで、結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体を得ることができる。この場合は、蒸着時の基板温度が低いため、Ｆｅの基層１への拡散がほとんど起こらずモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）も形成されないので、ＦｅとＳｉの組成比が３：１に近く不純物もほとんど無い鉄シリサイド強磁性体を得ることができる。一方、蒸着工程のときの基板温度を２００℃から４００℃とした場合には、アモルファスではない鉄シリサイドＦｅ３Ｓｉの結晶と、余分なモノシリサイド（Ｃ−ＦｅＳｉ）とが形成されてしまうが、上述のようにアニールを行うことでモノシリサイドを少なくすることができる。ここで、アニール工程を実施する前の時点で鉄シリサイドが強磁性体になっている必要は必ずしも無く、アニール工程を実施した後に強磁性体になっていれば足りる。
【００３１】
本発明によれば、基層１の表面に基層側酸化膜２を形成し、ＦｅとＳｉの蒸着はその基層側酸化膜２に対して１０℃〜４００℃の低温で行うようになっているので、基層１と蒸着材料（つまり、ＦｅやＳｉ）との間の拡散（例えば、蒸着されたＦｅの基層１への拡散）を抑えることができ、ＦｅとＳｉの組成比が略３対１であって結晶性の良い鉄シリサイド強磁性体Ｆｅ３Ｓｉを得ることができる。また、ＦｅやＳｉ等の材料は比較的安価であるので、強磁性体デバイス自体も安価に製造することができる。さらに、鉄シリサイド強磁性体をＳｉ基板に形成して強磁性体デバイスとＳｉテクノロジーとの融合を図ることができ、様々な用途に応じたデバイスを作製することも可能となる。例えば、図７(a) (b) に示す構成の鉄シリサイド強磁性体デバイスを作製することも可能となる。図中の符号２０は、ＳｉやＧｅやＳｉＧｅからなるキャップ層を示し、符号２１は、III−V族半導体を示し、符号２２は、絶縁層である酸化膜を示す。
【００３２】
本発明によれば、前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量（蒸着量）や基板温度を制御することによって、生成する鉄シリサイドの形状を
・ ナノドット状や
・ アイランド状（本明細書においては、直径が１ｎｍ〜１μｍ程度となるドット状を意味するものとする）や
・ 薄膜状
に自由に選択することができ、また、ナノドットやアイランドのサイズも自由に調整することができる。そして、鉄シリサイド強磁性体におけるＦｅとＳｉの組成比やドットサイズを調整することで、特性の異なる強磁性体を得ることが可能となり、Ｓｉ基板上に作製した超高密度メモリデバイス、スピン偏極発光ダイオード等の強磁性デバイスを実現できる可能性がある。
【００３３】
ところで、前記基層側酸化膜形成工程（図１(b) 参照）を実施した後であって前記基層側蒸着工程（図１(c) 及び図４(b) 参照）を実施する前に、図４(a) に例示するように、前記基層側酸化膜２の表面にＳｉやＧｅ（図４(a)
の符号１３参照）を蒸着してＳｉ核やＧｅ核（符号１０参照）を形成する核形成工程を実施すると良い。その蒸着を行う際の基板温度は５００℃から７００℃にすると良い。なお、核形成時の基板温度を高くするとボイド径（核の径）が大きくなるので、ボイド径を小さくしたい場合には５００℃程度にすると良い。また、核形成時のためのＳｉやＧｅの蒸着量は０．２ｂｉｌａｙｅｒ（ＢＬ）から２ＢＬの範囲にすると良い。さらに、ＳｉやＧｅの蒸着は、上述のような分子線エピタキシャル法やスパッタ法や化学気相成長法により行うと良い。
【００３４】
図２に示すデバイスでは鉄シリサイド強磁性体層は１層のみ（符号Ｂ１参照）であるが、もちろんこれに限られるものではない。例えば、図５に符号Ｂ１，Ｂ２で示すように、鉄シリサイド強磁性体層を二層形成しても良く、三層以上形成しても良い。図５中の符号６は強磁性体層Ｂ１を覆うように配置されるスペーサー層を示し、符号１６は強磁性体層Ｂ２を覆うように配置されるスペーサー層を示す。スペーサー層６，１６はＳｉ、Ｇｅ、或いはＳｉＧｅ混晶にて形成すると良く、蒸着によって形成すると良い。
【００３５】
図５に示すように二層の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２を形成する場合、少なくとも一層Ｂ１又はＢ２を上述の製造方法（つまり、酸化膜を形成する工程と、該酸化膜表面にＦｅ及びＳｉを蒸着させる工程と、アニールする工程）により製造すると良く、両方の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２を該製造方法により製造するようにしても良い。両方の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２を該製造方法により製造する場合には、
(1) 前記基層１の表面に前記基層側酸化膜２を形成する基層側酸化膜形成工程（図１(b)
参照）と、
(2) 略３対１の組成比となるようにＦｅ３とＳｉ４とを該基層側酸化膜２の表面にＦｅ３とＳｉ４とを蒸着させる基層側蒸着工程（図１(c)
参照）と、
(3) 該蒸着された鉄シリサイド５を覆うように、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなるスペーサー層６を形成するスペーサー層形成工程（図６(a) 参照）と、
(4) 該スペーサー層６の表面に酸化膜（本明細書において“スペーサー層側酸化膜”とする）１２を形成するスペーサー層側酸化膜形成工程（図６(b)
参照）と、
(5) 略３対１の組成比となるようにＦｅ３とＳｉ４とを該スペーサー層側酸化膜１２の表面にＦｅ３とＳｉ４とを蒸着するスペーサー層側蒸着工程（図６(c)
参照）と、
(6) アニールを行うアニール工程と、
を実施すると良い。
【００３６】
上述のスペーサー層側蒸着工程は基層側蒸着工程と同様の方法で実施すれば良い。すなわち、
・ Ｆｅの蒸着とＳｉの蒸着とを同時に行うと良く、
・ 強磁性の性質を得るためならば、ＦｅとＳｉの組成比を厳密に３：１にする必要はなく、Ｆｅの蒸着速度とＳｉの蒸着速度との比を３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）としてＦｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）を形成すると良く、
・ 蒸着方法としては分子線エピタキシャル法やスパッタ法や化学気相成長法を用いると良く、
・ 基板温度は１０℃から４００℃の範囲にすると良く、
・ スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成する
と良い。
【００３７】
ところで、図５に示すような構成の鉄シリサイド強磁性体デバイスＡ２を製造するに際し、基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量と、スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量とを異ならせることにより、鉄シリサイドの形状（ナノドット状、アイランド状、及び薄膜状）やサイズ（ドット径やアイランド径）を一方の強磁性体層Ｂ１と他方の強磁性体層Ｂ２とで異ならせると良い。例えば、一方の強磁性体層を
・ 複数の鉄シリサイドドットや
・ 複数の鉄シリサイドアイランド
で構成し、他方の強磁性体層を、
・ 前記一方の強磁性体層と径の異なる鉄シリサイドドットや鉄シリサイドアイランド
・ 薄膜状の鉄シリサイド
などで形成すると良い。鉄シリサイドの磁性は形状やサイズに応じて異なるので、強磁性の層と軟磁性の層とを作製することができ、様々な機能や用途を持つ強磁性体デバイスを製造することができる。また、それらの強磁性の層及び軟磁性の層は、同じ材料（Ｆｅ及びＳｉ）を使用し、製造条件を変更するだけで作ることができるので、安価でかつ簡単にデバイスを製造できる。また、三層以上の鉄シリサイド層を有するデバイスにおいて、各層の鉄シリサイドのサイズや形状を変更するようにしても良い。
【００３８】
ところで、上述のスペーサー層側酸化膜１２は前記スペーサー層６を酸素雰囲気中で熱酸化して形成すると良く、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成すると良い。スペーサー層側酸化膜１２の厚さを上述の範囲（つまり、０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の範囲）にした場合には、蒸着時の基板温度を調整することで、スペーサー層側酸化膜１２にボイドを形成したりしなかったりできるため、鉄シリサイド強磁性体をエピタキシャル成長、非エピタキシャル成長させることを選択することができる。また、このような極薄の酸化膜を用いた場合、Ｆｅ及びＳｉの蒸着量や基板温度を適正に制御することにより、従来よりも、高密度でしかも小さい鉄シリサイド強磁性体ドットを得ることができる。
【実施例１】
【００３９】
本実施例では、図１及び図６に示す製造方法によって、図５に示す構造の鉄シリサイド強磁性体デバイスＡ２を作製した。
【００４０】
本実施例では、基層１としてＳｉ基板を使用し、１０−４Ｐａ程度の酸素圧力下で該Ｓｉ基板１の表面を熱酸化させて極薄Ｓｉ酸化膜２を形成した。次に、図４(a) に符号１１で示す蒸着装置を用いて、超高真空下で、基板温度５００℃でＧｅ（符号１３参照）を酸化膜上に蒸着して核１０を形成し、その後、蒸着装置７，８を用いて、超高真空下で、基板温度を２３℃程度でＦｅとＳｉ（符号３，４参照）を同時に蒸着して鉄シリサイド５を形成し、その後、３００〜４００℃程度の温度でアニールを行い、鉄シリサイド強磁性体を形成した。この条件では鉄シリサイド強磁性体はエピタキシャル成長している。ＦｅとＳｉの蒸着速度比は３：１とし、総蒸着量は２４ｍｏｎｏｌａｙｅｒ（ＭＬ）程度とした。そして、形成した鉄シリサイド強磁性体を埋めるようにＳｉのスペーサー層（図６の符号６参照）を形成し、該スペーサー層６を熱酸化してスペーサー層側酸化膜１２を形成し（図６(b)
参照）、該酸化層１２の表面には上述と同様の方法で、１０ＭＬ程度の鉄シリサイド強磁性体を形成した（図６(c) 参照）。そして、該鉄シリサイド強磁性体を埋め込むようにＳｉのキャップ層（図５の符号１６参照）を形成して鉄シリサイド強磁性体のデバイスを作製した。
【００４１】
一層目と二層目の強磁性体層Ｂ１，Ｂ２中の鉄シリサイド強磁性体の蒸着量を異ならせ、一層目と二層目においてアイランドサイズの異なる鉄シリサイド強磁性体を有する鉄シリサイド強磁性体デバイスを幾つか作製してみた。図８に１２ＭＬのＦｅ３Ｓｉ鉄シリサイド強磁性体のナノドットの走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）像と反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）図形を示す。
【実施例２】
【００４２】
本実施例では、図９に示す構造のスピン偏極発光ダイオード（強磁性体デバイス）を作製した。まず、ｎ型のＳｉ基板３１上に酸化膜３２を形成し、鉄シリサイド強磁性体３５、ｎ型ＧａＳｂ半導体層３６、活性層であるＧａＳｂ半導体層３７、ｐ型ＧａＳｂ半導体層３８を該酸化膜３２に順番に積層した。その後、蒸着法を用いて、Ａｕ電極３４とＡｌ電３３とを図示の位置にそれぞれ形成した。本実施例によれば、良質のスピン偏極発光ダイオードを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の一例を示す断面図である。
【図３】図３(a) はボイドが酸化膜中に存在するときの様子を説明するための模式図であり、図３(b)はボイドが酸化膜中に存在しないときの様子を説明するための模式図である。
【図４】図４(a)(b) は、ＦｅとＳｉの同時蒸着を行う前にＳｉ核又はＧｅ核を形成する様子を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法の手順の他の例を示す模式図である。
【図７】図７(a)(b) は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【図８】図８は、Ｆｅ３Ｓｉ鉄シリサイド強磁性体のナノドットの走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）像と反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）図形を示す写真である。
【図９】図９は、本発明によって製造される鉄シリサイド強磁性体デバイスの構成の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 基層
２ 基層側酸化膜
３ Ｆｅ
４ Ｓｉ
６ スペーサー層
１０ Ｓｉ核又はＧｅ核
１２ スペーサー層側酸化膜
Ａ１，Ａ２ 鉄シリサイド強磁性体デバイス
Ｂ１，Ｂ２ 強磁性体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層の表面に基層側酸化膜を形成する基層側酸化膜形成工程と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記基層側酸化膜の表面にＦｅとＳｉとを略３対１の組成比となるように蒸着させる基層側蒸着工程と、
該基層側蒸着工程の終了後にアニールを行うアニール工程と、
を実施することにより鉄シリサイド強磁性体を備えたデバイスを製造する鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記アニール工程は３００℃から６００℃の範囲の温度で行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が室温付近であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が３００℃から６００℃の範囲である、
ことを特徴とする請求項２に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が２００℃から４００℃の範囲であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が４００℃から５５０℃の範囲である、
ことを特徴とする請求項２に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記基層側蒸着工程におけるＦｅの蒸着とＳｉの蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記基層側酸化膜は、前記基層を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記基層側酸化膜形成工程を実施した後であって前記基層側蒸着工程を実施する前に前記基層側酸化膜の表面にＳｉ又はＧｅを蒸着してＳｉ核又はＧｅ核を形成する核形成工程、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項９】
蒸着された鉄シリサイドを覆うように、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなるスペーサー層を形成するスペーサー層形成工程と、
前記スペーサー層の表面にスペーサー層側酸化膜を形成するスペーサー層側酸化膜形成工程と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記スペーサー層側酸化膜の表面にＦｅとＳｉとを略３対１の組成比となるように蒸着させるスペーサー層側蒸着工程と、
を前記基層側蒸着工程が終了した後に少なくとも１回実施して鉄シリサイド強磁性体層を複数形成する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅの蒸着とＳｉの蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量と、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量とを異ならせることにより、鉄シリサイドの形状やサイズを一方の強磁性体層と他方の強磁性体層とで異ならせる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記スペーサー層側酸化膜は、前記スペーサー層を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成する、
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１】
Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなる基層の表面に基層側酸化膜を形成する基層側酸化膜形成工程と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記基層側酸化膜の表面にＦｅとＳｉとを略３対１の組成比となるように蒸着させる基層側蒸着工程と、
該基層側蒸着工程の終了後にアニールを行うアニール工程と、
を実施することにより鉄シリサイド強磁性体を備えたデバイスを製造する鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記アニール工程は３００℃から６００℃の範囲の温度で行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が室温付近であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が３００℃から６００℃の範囲である、
ことを特徴とする請求項２に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記基層側蒸着工程を実施するときの基板温度が２００℃から４００℃の範囲であって、
前記アニール工程を実施するときの温度が４００℃から５５０℃の範囲である、
ことを特徴とする請求項２に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記基層側蒸着工程におけるＦｅの蒸着とＳｉの蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記基層側酸化膜は、前記基層を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記基層側酸化膜形成工程を実施した後であって前記基層側蒸着工程を実施する前に前記基層側酸化膜の表面にＳｉ又はＧｅを蒸着してＳｉ核又はＧｅ核を形成する核形成工程、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項９】
蒸着された鉄シリサイドを覆うように、Ｓｉ、Ｇｅ又はＳｉＧｅからなるスペーサー層を形成するスペーサー層形成工程と、
前記スペーサー層の表面にスペーサー層側酸化膜を形成するスペーサー層側酸化膜形成工程と、
１０℃から４００℃の範囲の温度条件下で前記スペーサー層側酸化膜の表面にＦｅとＳｉとを略３対１の組成比となるように蒸着させるスペーサー層側蒸着工程と、
を前記基層側蒸着工程が終了した後に少なくとも１回実施して鉄シリサイド強磁性体層を複数形成する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅの蒸着とＳｉの蒸着とを３＋ｖ：１−ｖ（但し、−０．２＜ｘ＜０．６）の蒸着速度比で同時に行い、Ｆｅ３＋ｘＳｉ１−ｘ（−０．２＜ｘ＜０．６）の組成比の鉄シリサイドを生成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量を制御することにより、鉄シリサイドをナノドット状、アイランド状、又は薄膜状に形成する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記基層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量と、前記スペーサー層側蒸着工程におけるＦｅ及びＳｉの供給量とを異ならせることにより、鉄シリサイドの形状やサイズを一方の強磁性体層と他方の強磁性体層とで異ならせる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記スペーサー層側酸化膜は、前記スペーサー層を酸素雰囲気中で熱酸化して０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下の厚さに形成する、
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の鉄シリサイド強磁性体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２６８４７（Ｐ２００９−２６８４７Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６６８６（Ｐ２００７−１８６６８６）
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１８日（２００７．７．１８）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
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