JP3096050B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 通常の集積回路で用いられる半導体酸化物上に高温超
伝導体をエピタキシャル成長することができ、高温超伝
導体配線を形成することができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とし、 半導体基板内に加速された粒子を注入する工程と、該
半導体基板を熱処理して該粒子と該半導体基板の間で化
学結合により該半導体基板内に絶縁層を形成するととも
に、該絶縁層上に半導体層を形成する工程と、該半導体
層上に該半導体層の結晶方位に対して一定の方位を有す
る多結晶あるいは単結晶層を形成する工程とを含むよう
に構成する。
伝導体をエピタキシャル成長することができ、高温超伝
導体配線を形成することができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とし、 半導体基板内に加速された粒子を注入する工程と、該
半導体基板を熱処理して該粒子と該半導体基板の間で化
学結合により該半導体基板内に絶縁層を形成するととも
に、該絶縁層上に半導体層を形成する工程と、該半導体
層上に該半導体層の結晶方位に対して一定の方位を有す
る多結晶あるいは単結晶層を形成する工程とを含むよう
に構成する。
本発明は情報処理用の集積回路、特に高温超伝導配線
を備えた集積回路の製造方法に関するものである。
を備えた集積回路の製造方法に関するものである。
集積回路はその集積度の向上とともに、二つの論理ゲ
ート間を結ぶ配線の長さが長くなり、2cmに及ぶものも
珍しくなくなってきている。そのため、ゲート当たりの
信号遅延速度は長い配線を伴うゲートにおいては、配線
での信号遅延で律速されるようになった。この配線での
信号遅延は主に、配線容量と配線抵抗で決定される。従
って、より抵抗値の低い配線材料が要求されている。現
在集積回路で使用されている配線材料は、ポリシリコ
ン、シリサイド、Ｗ、Mo、Al等である。このうち最も低
抵抗の配線材料はAlであるので、長い配線に対しては通
常Alが用いられているが、このAlよりも更に低抵抗の材
料が望ましい。
ート間を結ぶ配線の長さが長くなり、2cmに及ぶものも
珍しくなくなってきている。そのため、ゲート当たりの
信号遅延速度は長い配線を伴うゲートにおいては、配線
での信号遅延で律速されるようになった。この配線での
信号遅延は主に、配線容量と配線抵抗で決定される。従
って、より抵抗値の低い配線材料が要求されている。現
在集積回路で使用されている配線材料は、ポリシリコ
ン、シリサイド、Ｗ、Mo、Al等である。このうち最も低
抵抗の配線材料はAlであるので、長い配線に対しては通
常Alが用いられているが、このAlよりも更に低抵抗の材
料が望ましい。
近年、液体窒素温度程度の比較的高温で超伝導とな
る、セラミックの高温超伝導体が発見されたので、この
材料を集積回路に用いようという期待が高まっている。
従来からの金属の超伝導体では、超伝導体状態を保つに
は液体He温度近くまで素子を冷却しなければならずコス
トがかかるがこの高温超伝導体の場合は液体窒素温度程
度の冷却で済むので比較的安価に冷却が可能である。ま
た将来室温の超伝導体が発見される期待もある。
る、セラミックの高温超伝導体が発見されたので、この
材料を集積回路に用いようという期待が高まっている。
従来からの金属の超伝導体では、超伝導体状態を保つに
は液体He温度近くまで素子を冷却しなければならずコス
トがかかるがこの高温超伝導体の場合は液体窒素温度程
度の冷却で済むので比較的安価に冷却が可能である。ま
た将来室温の超伝導体が発見される期待もある。
集積回路は、半導体基板を用い、配線は半導体基板の
上につくられた酸化膜上に形成される。一方、セラミッ
ク高温超伝導体薄膜は、スパッタ、蒸着、CVD、MBE等で
形成されているが、どのような材料の上にも付けられる
わけではなく、特定の下地の上にエピタキシャル成長し
ないと高い転移温度（Tc）をもつ膜を得ることはできな
い。使用可能の下地材料は、MgO、SrTiO3、YSZ、Si等の
結晶に限られる。
上につくられた酸化膜上に形成される。一方、セラミッ
ク高温超伝導体薄膜は、スパッタ、蒸着、CVD、MBE等で
形成されているが、どのような材料の上にも付けられる
わけではなく、特定の下地の上にエピタキシャル成長し
ないと高い転移温度（Tc）をもつ膜を得ることはできな
い。使用可能の下地材料は、MgO、SrTiO3、YSZ、Si等の
結晶に限られる。
上記した従来の半導体装置の製造方法では、集積回路
で配線が形成される酸化膜はアモルファス状態であるた
め、通常の集積回路で用いられる半導体酸化物上に高温
超伝導体をエピタキシャル成長することができず、高温
超伝導体配線を形成することができないという問題があ
った。
で配線が形成される酸化膜はアモルファス状態であるた
め、通常の集積回路で用いられる半導体酸化物上に高温
超伝導体をエピタキシャル成長することができず、高温
超伝導体配線を形成することができないという問題があ
った。
そこで、本発明は、通常の集積回路で用いられる半導
体酸化物上に高温超伝導体をエピタキシャル成長するこ
とができ、高温超伝導体配線を形成することができる半
導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
体酸化物上に高温超伝導体をエピタキシャル成長するこ
とができ、高温超伝導体配線を形成することができる半
導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成の
ため、半導体基板内に加速された粒子を注入する工程
と、該半導体基板を熱処理して該粒子と該半導体基板の
間で化学結合により該半導体基板内に絶縁層を形成する
とともに、該絶縁層上に半導体層を形成する工程と、該
半導体層上に該半導体層の結晶方位に対して一定の方位
を有する多結晶あるいは単結晶層を形成する工程とを含
むものである。
ため、半導体基板内に加速された粒子を注入する工程
と、該半導体基板を熱処理して該粒子と該半導体基板の
間で化学結合により該半導体基板内に絶縁層を形成する
とともに、該絶縁層上に半導体層を形成する工程と、該
半導体層上に該半導体層の結晶方位に対して一定の方位
を有する多結晶あるいは単結晶層を形成する工程とを含
むものである。
本発明に係る半導体基板にはSi等からなる基板が挙げ
られ、絶縁層（請求項１記載）にはシリコン酸化物から
なる絶縁層が挙げられる。
られ、絶縁層（請求項１記載）にはシリコン酸化物から
なる絶縁層が挙げられる。
本発明においては、多結晶あるいは単結晶層が導電性
層である場合であってもよく、この導電性層にはセラミ
ック高温超伝導体からなる導電性層が挙げられる。ま
た、導電性層を形成する際、半導体層を酸化物に変換す
る場合であってもよく、この酸化物に変換される半導体
層にはSi等からなる半導体層が挙げられる。
層である場合であってもよく、この導電性層にはセラミ
ック高温超伝導体からなる導電性層が挙げられる。ま
た、導電性層を形成する際、半導体層を酸化物に変換す
る場合であってもよく、この酸化物に変換される半導体
層にはSi等からなる半導体層が挙げられる。
本発明においては、多結晶あるいは単結晶層が絶縁層
である場合であってもよく、この絶縁層にはスピネルと
MgOが積層された絶縁層が挙げられる。また、このMgO膜
上にこのMgO膜の結晶方位に対して一定の方位を有する
例えばセラミック高温超伝導体等の多結晶あるいは単結
晶の導電性層を形成する場合であってもよい。
である場合であってもよく、この絶縁層にはスピネルと
MgOが積層された絶縁層が挙げられる。また、このMgO膜
上にこのMgO膜の結晶方位に対して一定の方位を有する
例えばセラミック高温超伝導体等の多結晶あるいは単結
晶の導電性層を形成する場合であってもよい。
本発明では、第１図に示すように、絶縁層２形成をい
わゆるSIMOX（Separation by Implanted Oxygen）で行
う。即ち、半導体基板１と化学反応をおこして絶縁物を
形成する物質（例えば酸素）を加速し、半導体基板１の
中に絶縁層２形成可能な濃度まで注入する。次いで、高
温のアニールを行うことにより、注入された物質と半導
体が反応して絶縁層２を形成する。この時、加速された
物質のエネルギーを適宜選択することにより、絶縁層２
上には薄い結晶層の半導体層３が形成される。そして、
この薄い半導体層３上に高温超伝導体膜４を形成する。
この場合、この薄い半導体層３が充分薄いか、あるいは
成長する高温超伝導体膜４が充分厚ければ、高温超伝導
体膜４形成時にこの薄い半導体層３を半導体の酸化物に
変えて絶縁層3aを形成することもできる（第２図）。
わゆるSIMOX（Separation by Implanted Oxygen）で行
う。即ち、半導体基板１と化学反応をおこして絶縁物を
形成する物質（例えば酸素）を加速し、半導体基板１の
中に絶縁層２形成可能な濃度まで注入する。次いで、高
温のアニールを行うことにより、注入された物質と半導
体が反応して絶縁層２を形成する。この時、加速された
物質のエネルギーを適宜選択することにより、絶縁層２
上には薄い結晶層の半導体層３が形成される。そして、
この薄い半導体層３上に高温超伝導体膜４を形成する。
この場合、この薄い半導体層３が充分薄いか、あるいは
成長する高温超伝導体膜４が充分厚ければ、高温超伝導
体膜４形成時にこの薄い半導体層３を半導体の酸化物に
変えて絶縁層3aを形成することもできる（第２図）。
また、本発明の別の方法としては、第３図に示すよう
に、上記薄い半導体層３の上に、スピネル膜11を成長
し、スピネル膜11上にMgO膜12を成長した後、MgO膜12上
に高温超伝導体膜４を成長することもできる。
に、上記薄い半導体層３の上に、スピネル膜11を成長
し、スピネル膜11上にMgO膜12を成長した後、MgO膜12上
に高温超伝導体膜４を成長することもできる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施
例を説明する図であり、第１図において、１はSi等から
なり面方位が例えば（100）の基板、２はSiO2等からな
る絶縁層、３は単結晶Si等からなる半導体層、４は配線
として機能し得るYBa2Cu3O7-X等からなる高温超伝導体
膜である。
例を説明する図であり、第１図において、１はSi等から
なり面方位が例えば（100）の基板、２はSiO2等からな
る絶縁層、３は単結晶Si等からなる半導体層、４は配線
として機能し得るYBa2Cu3O7-X等からなる高温超伝導体
膜である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば57
0℃に基板１加熱をした状態で、（100）Si基板１に例え
ば酸素イオンを150KeVで1.7×1018cm-2イオン注入し、
基板１上に膜厚が例えば3000ÅのCVD法により形成したS
iO2からなるキャップ膜（図示せず）を形成した後、例
えば窒素雰囲気で1200℃、３時間のアニールを行って酸
素粒子と基板１の間で化学結合により基板１内に膜厚が
例えば0.3μｍ程度のSiO2からなる絶縁層２を形成する
とともに、絶縁層２上に膜厚が例えば0.2μｍ程度の単
結晶Siからなる半導体層３を形成する。この時、基板１
内に絶縁層２及び半導体層３が形成された３層構造のSI
MOX構造が形成される。次いで、キャップ膜を除去す
る。
0℃に基板１加熱をした状態で、（100）Si基板１に例え
ば酸素イオンを150KeVで1.7×1018cm-2イオン注入し、
基板１上に膜厚が例えば3000ÅのCVD法により形成したS
iO2からなるキャップ膜（図示せず）を形成した後、例
えば窒素雰囲気で1200℃、３時間のアニールを行って酸
素粒子と基板１の間で化学結合により基板１内に膜厚が
例えば0.3μｍ程度のSiO2からなる絶縁層２を形成する
とともに、絶縁層２上に膜厚が例えば0.2μｍ程度の単
結晶Siからなる半導体層３を形成する。この時、基板１
内に絶縁層２及び半導体層３が形成された３層構造のSI
MOX構造が形成される。次いで、キャップ膜を除去す
る。
次に、第１図（ｃ）に示すように、酸素プラズマ中
で、Ｙ、Ba、Cuを例えば蒸着により半導体層３上に付着
させて膜厚が例えば0.3μｍのYBa2Cu3O7-Xからなる高温
超伝導体膜４を形成した。この時、基板１温度は例えば
520℃、真空度は例えば１×10-2Pa、成長速度は約0.2μ
m/hであった。得られた高温超伝導体膜４はｃ軸配向を
示し、転移温度Tc＝63Kであった。
で、Ｙ、Ba、Cuを例えば蒸着により半導体層３上に付着
させて膜厚が例えば0.3μｍのYBa2Cu3O7-Xからなる高温
超伝導体膜４を形成した。この時、基板１温度は例えば
520℃、真空度は例えば１×10-2Pa、成長速度は約0.2μ
m/hであった。得られた高温超伝導体膜４はｃ軸配向を
示し、転移温度Tc＝63Kであった。
なお、上記実施例では、絶縁層２及び高温超伝導体膜
４間に導電性の高温超伝導体膜４を形成する場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、第２図に示すように、高温超伝導体膜４を形成する
際に、薄膜の半導体層３を酸化して酸化物に変換して絶
縁層3aを形成する場合であってもよい。
４間に導電性の高温超伝導体膜４を形成する場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、第２図に示すように、高温超伝導体膜４を形成する
際に、薄膜の半導体層３を酸化して酸化物に変換して絶
縁層3aを形成する場合であってもよい。
上記各実施例は、半導体層３上に高温超伝導体膜４を
形成した場合と、半導体層３を酸化して形成された絶縁
層3a上に高温超伝導体膜４を形成する場合について説明
したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、半
導体層３上に絶縁性の結晶層を成長させた後、高温超伝
導体膜４をその絶縁性結晶層上に形成する場合であって
もよい。以下、具体的に図面を用いて説明する。
形成した場合と、半導体層３を酸化して形成された絶縁
層3a上に高温超伝導体膜４を形成する場合について説明
したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、半
導体層３上に絶縁性の結晶層を成長させた後、高温超伝
導体膜４をその絶縁性結晶層上に形成する場合であって
もよい。以下、具体的に図面を用いて説明する。
第３図は本発明に係る半導体装置の製造方法の他の実
施例を説明する図である。第３図において、第１図と同
一符号は同一または相当部分を示し、11はAl−Mg−Ｏ等
からなるスピネル膜、12はMgO膜である。
施例を説明する図である。第３図において、第１図と同
一符号は同一または相当部分を示し、11はAl−Mg−Ｏ等
からなるスピネル膜、12はMgO膜である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば57
0℃に基板１加熱をした状態で、（100）Si基板１に例え
ば酸素イオンを150KeVで1.7×1018cm-2イオン注入し、
基板１上に膜厚が例えば3000ÅのCVD法により形成したS
iO2からなるキャップ膜（図示せず）を形成した後、例
えば窒素雰囲気で1200℃、３時間のアニールを行って酸
素粒子と基板１の間で化学結合により基板１内に膜厚が
例えば0.3μｍ程度のSiO2からなる絶縁層２を形成する
とともに、絶縁層２上に膜厚が例えば0.2μｍ程度の単
結晶Siからなる半導体層３を形成する。この時、基板１
内に絶縁層２及び半導体層３が形成された３層構造のSI
MOX構造が形成される。次いで、キャップ膜を除去す
る。
0℃に基板１加熱をした状態で、（100）Si基板１に例え
ば酸素イオンを150KeVで1.7×1018cm-2イオン注入し、
基板１上に膜厚が例えば3000ÅのCVD法により形成したS
iO2からなるキャップ膜（図示せず）を形成した後、例
えば窒素雰囲気で1200℃、３時間のアニールを行って酸
素粒子と基板１の間で化学結合により基板１内に膜厚が
例えば0.3μｍ程度のSiO2からなる絶縁層２を形成する
とともに、絶縁層２上に膜厚が例えば0.2μｍ程度の単
結晶Siからなる半導体層３を形成する。この時、基板１
内に絶縁層２及び半導体層３が形成された３層構造のSI
MOX構造が形成される。次いで、キャップ膜を除去す
る。
次に、第３図（ｃ）に示すように、例えばCVD法によ
り半導体層３上にAl−Mg−Ｏを堆積して膜厚が例えば0.
2μｍのスピネル膜11を形成する。
り半導体層３上にAl−Mg−Ｏを堆積して膜厚が例えば0.
2μｍのスピネル膜11を形成する。
次に、第３図（ｄ）に示すように、例えばCVD法によ
りスピネル膜11上に膜厚が例えば0.2μｍのMgO膜12を形
成する。
りスピネル膜11上に膜厚が例えば0.2μｍのMgO膜12を形
成する。
次に、第３図（ｅ）に示すように、酸素プラズマ中
で、Ｙ、Ba、Cuを例えば蒸着により半導体層３上に付着
させて膜厚が例えば0.3μｍのYBa2Cu3O7-Xからなる高温
超伝導体膜４を形成した。基板１温度は、例えば520
℃、真空度は例えば１×10-2Pa、成長温度は約0.2μm/h
であった。得られた高温超伝導体膜４はｃ軸配向を示
し、転移温度Tc＝63Kであった。
で、Ｙ、Ba、Cuを例えば蒸着により半導体層３上に付着
させて膜厚が例えば0.3μｍのYBa2Cu3O7-Xからなる高温
超伝導体膜４を形成した。基板１温度は、例えば520
℃、真空度は例えば１×10-2Pa、成長温度は約0.2μm/h
であった。得られた高温超伝導体膜４はｃ軸配向を示
し、転移温度Tc＝63Kであった。
本発明によれば、通常の集積回路で用いられる半導体
酸化物上に高温超伝導体をエピタキシャル成長すること
ができ、高温超伝導体配線を形成することができるとい
う効果がある。
酸化物上に高温超伝導体をエピタキシャル成長すること
ができ、高温超伝導体配線を形成することができるとい
う効果がある。
第１図は本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
の製造方法を説明する図、 第２図及び第３図は他の実施例の製造方法を説明する図
である。 １……基板、 ２……絶縁層、 ３……半導体層、 3a……絶縁層、 ４……高温超伝導体膜、 11……スピネル膜、 12……MgO膜。
の製造方法を説明する図、 第２図及び第３図は他の実施例の製造方法を説明する図
である。 １……基板、 ２……絶縁層、 ３……半導体層、 3a……絶縁層、 ４……高温超伝導体膜、 11……スピネル膜、 12……MgO膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/20 H01L 21/31 H01L 39/24 ZAA
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板（１）内に加速された粒子を注
入する工程と、該半導体基板（１）を熱処理して該粒子
と該半導体基板（１）の間で化学結合により該半導体基
板（１）内に絶縁層（２）を形成するとともに、該絶縁
層（２）上に半導体層（３）を形成する工程と、該半導
体層（３）上に該半導体層（３）の結晶方位に対して一
定の方位を有する多結晶あるいは単結晶の酸化物の導電
性層（４）を形成する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】前記導電性層（４）を形成する際に、半導
体層（３）を酸化物に変換することを特徴とする請求項
１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】半導体基板（１）内に加速された粒子を注
入する工程と、該半導体基板（１）を熱処理して該粒子
と該半導体基板（１）の間で化学結合により該半導体基
板（１）内に絶縁層（２）を形成するとともに、該絶縁
層（２）上に半導体層（３）を形成する工程と、該半導
体層（３）上に該半導体層（３）の結晶方位に対して一
定の方位を有する多結晶あるいは単結晶の絶縁層（11、
12）を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項４】前記絶縁層（12）の結晶方位に対して一定
の方位を有する多結晶あるいは単結晶の酸化物の導電性
層（４）を前記絶縁層（12）上に形成することを特徴と
する請求項３記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02212385A JP3096050B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 半導体装置の製造方法 |
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