JPH05326720A - Method for formation of superconducting plug and multilayer interconnection layer - Google Patents

Method for formation of superconducting plug and multilayer interconnection layer

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JPH05326720A
JPH05326720A JP4146843A JP14684392A JPH05326720A JP H05326720 A JPH05326720 A JP H05326720A JP 4146843 A JP4146843 A JP 4146843A JP 14684392 A JP14684392 A JP 14684392A JP H05326720 A JPH05326720 A JP H05326720A
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Abstract

PURPOSE:To obtain a superconducting plug forming method and a multilayer interconnection layer forming method with which a stabilized high temperature superconducting plug can be formed accurately on a microscopic aperture in a relatively short period of time. CONSTITUTION:The superconducting plug forming method, by which the lower wiring layer and the upper wiring layer formed on a semiconductor substrate 10 is electrically connected, consists of the following processes: (A) a process in which a lower wiring layer 24 and a conductive layer 22, consisting of metal or a metal compound, are formed on a semiconductor substrate 10, (B) a process in which a metal layer 30, made of a metal selected from a group consisting of gold, silver and copper, is formed on the conductive layer 22 by a CVD method, (C) a process in which a layer 32, consisting of CuOx material, is formed on the metal layer 30 by a CVD method and the CuOx material is crystallized, and (D) a process in which 3A-group atomic ions and 2A-group atomic ions are implanted into the CuOx layer and a high temperature superconducting plug is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置における超
伝導プラグ及び多層配線層の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a superconducting plug and a multilayer wiring layer in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置のデザインルールの微
細化に伴いコンタクトホール、ビヤホール、スルーホー
ル等(以下、総称して接続孔ともいう)も縮小化してい
る。一般に、接続孔は、層間絶縁層に開口部を設け、こ
の開口部に金属配線材料を埋め込むことによって形成さ
れる。開口部内に埋め込まれた配線材料をプラグと呼
ぶ。また、プラグを構成する配線材料をプラグ材料と呼
ぶ。従来のアルミニウム等の金属をスパッタ法によって
開口部内へ埋め込むことは、金属配線材料のカバレッジ
等の問題から困難になりつつある。そこで、近年、微細
な開口部埋め込み技術としてタングステンを用いた選択
CVD法が注目されている。選択CVD法によって接続
孔を形成するので、タングステンのカバレッジに問題は
無く、開口部内にタングステンから成るプラグを良好に
形成することができる。
2. Description of the Related Art In recent years, contact holes, via holes, through holes, etc. (hereinafter, also collectively referred to as connection holes) have been reduced in size with the miniaturization of design rules of semiconductor devices. Generally, the connection hole is formed by providing an opening in the interlayer insulating layer and embedding a metal wiring material in the opening. The wiring material embedded in the opening is called a plug. Further, the wiring material forming the plug is called a plug material. It is becoming difficult to embed a conventional metal such as aluminum into the opening by a sputtering method because of problems such as coverage of metal wiring material. Therefore, in recent years, a selective CVD method using tungsten has attracted attention as a technique for filling fine openings. Since the connection hole is formed by the selective CVD method, there is no problem in the coverage of tungsten, and the plug made of tungsten can be well formed in the opening.

【0003】このタングステンを用いた選択CVD法の
概要を、図6を参照して以下説明する。 (a)従来の方法にて、半導体基板10に素子分離領域
12を形成する。 (b)ゲート酸化を行い、ポリシリコン層及びWSi2
層を堆積させる。次に、ゲート酸化膜、ポリシリコン層
及びWSi2層のパターニングを行い、ゲート酸化膜、
ポリシリコン層及びWSi2層から成るゲート電極領域
14を形成し、その後LDD構造を形成するためにイオ
ン注入を行い浅い不純物拡散領域16を形成する。 (c)次に、全面にSiO2膜を堆積させる。その後、
SiO2膜をエッチバックして、ゲート電極領域の側部
にサイドウォール18を形成する(図6の(A)参
照)。次いで、ソース/ドレイン領域24を形成するた
めにイオン注入を施す。 (d)その後、層間絶縁層26を堆積させた後、活性化
アニール処理を行う。そして、層間絶縁層のパターニン
グを行い開口部28を形成する(図6の(B)参照)。 (e)次いで、選択タングステンCVD法により、開口
部26のみにタングステン50を堆積させ、タングステ
ンから成るプラグを完成させる。 (f)金属配線層(例えば、Al−1%Si/Ti/T
iON/Ti構造)を形成する。次に、レジストパター
ニングを行い、ドライエッチングにより金属配線部52
を形成する(図6の(C)参照)。
An outline of the selective CVD method using this tungsten will be described below with reference to FIG. (A) The element isolation region 12 is formed in the semiconductor substrate 10 by the conventional method. (B) Gate oxidation is performed to form a polysilicon layer and WSi 2
Deposit layers. Next, patterning of the gate oxide film, the polysilicon layer and the WSi 2 layer is performed, and the gate oxide film,
A gate electrode region 14 made of a polysilicon layer and a WSi 2 layer is formed, and then ion implantation is performed to form an LDD structure to form a shallow impurity diffusion region 16. (C) Next, a SiO 2 film is deposited on the entire surface. afterwards,
The SiO 2 film is etched back to form sidewalls 18 on the sides of the gate electrode region (see FIG. 6A). Then, ion implantation is performed to form the source / drain regions 24. (D) Then, after depositing the interlayer insulating layer 26, activation annealing treatment is performed. Then, the interlayer insulating layer is patterned to form the opening 28 (see FIG. 6B). (E) Next, tungsten 50 is deposited only in the opening 26 by the selective tungsten CVD method to complete a plug made of tungsten. (F) Metal wiring layer (for example, Al-1% Si / Ti / T
iON / Ti structure) is formed. Next, resist patterning is performed, and the metal wiring portion 52 is dry-etched.
Are formed (see FIG. 6C).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上のような選択タン
グステンCVD法で形成された接続孔の抵抗値を調べる
と、10μΩcm程度の値であり、アルミニウム系配線
材料から形成された接続孔の抵抗値の3倍程度大きいと
いう問題がある。また、0.35μmルール以降の半導
体装置においては、今後半導体素子の集積度が増すと、
1つの半導体装置内に109〜1010個程度以上の接続
孔が形成される。そのため接続孔での電圧降下も無視で
きず、プラグ材料の低抵抗化を図る必要がある。
When the resistance value of the connection hole formed by the selective tungsten CVD method as described above is examined, it is about 10 μΩcm, and the resistance value of the connection hole formed of the aluminum-based wiring material. There is a problem that it is about three times as large. Further, in the semiconductor device of the 0.35 μm rule or later, if the degree of integration of semiconductor elements increases in the future,
About 10 9 to 10 10 or more connection holes are formed in one semiconductor device. Therefore, the voltage drop in the connection hole cannot be ignored, and it is necessary to reduce the resistance of the plug material.

【0005】接続孔の電気抵抗を低減するために、Cu
X系材料が種々検討されている。近年の高温超伝導現
象の研究においては、CuOXそれ自体が超伝導物質で
あることが示唆されている。即ち、Ba−Y−CuOX
系等のセラミックにおいて、電気抵抗がゼロになる領
域、即ち電流が流れる部分は、CuOX面に沿って電流
が支配的に流れる部分であると考えられている。
In order to reduce the electric resistance of the connection hole, Cu
O X based material have been studied. Recent studies on high-temperature superconductivity have suggested that CuO x itself is a superconducting substance. In other words, Ba-Y-CuO X
In a ceramic such as a system, a region where electric resistance is zero, that is, a portion where a current flows is considered to be a portion where a current mainly flows along the CuO x plane.

【0006】接続孔の電気抵抗を低減するために、超伝
導材料から成るプラグ材料を使用した超電導体装置が、
例えば特開昭63−275144号公報に開示されてい
る。
In order to reduce the electric resistance of the connection hole, a superconductor device using a plug material made of a superconducting material is disclosed.
For example, it is disclosed in JP-A-63-275144.

【0007】この公報に記載された超電導体装置は、超
電導材料に密接して銅、金、白金、又はこれらを主成分
とする材料、及び該材料に密接して耐熱性金属材料又は
該金属と基板を構成する材料の化合物材料の多層構造を
有する。耐熱性金属、及び銅、金又は白金は、スパッタ
法にて形成される。超電導を呈すべき材料は、(A1- X
X)CuZWから成る。そして、超電導を呈すべき材
料をスパッタ法やCVD法で薄膜状に形成する。形成さ
れた超電導を呈すべき薄膜を、酸素中400゜C(1〜
30時間、例えば10時間)でアニール処理を行い、超
電導化する。
The superconducting device described in this publication includes a superconducting material in close contact with copper, gold, platinum, or a material containing these as a main component, and a superconducting material in close contact with a heat-resistant metal material or the metal. It has a multi-layer structure of a compound material of the material forming the substrate. The refractory metal and copper, gold or platinum are formed by the sputtering method. Materials that should exhibit superconductivity are (A 1- X
B X ) Cu Z O W. Then, a material that should exhibit superconductivity is formed into a thin film by a sputtering method or a CVD method. The formed thin film that should exhibit superconductivity is heated to 400 ° C (1 to
Annealing treatment is performed for 30 hours, for example, 10 hours to make it superconducting.

【0008】この公報に記載された超電導体装置の製造
方法では、耐熱性金属、及び銅、金又は白金を、スパッ
タ法にて形成するので、微細な開口部にカバレッジ良く
しかも安定した膜厚にてこれらの材料を堆積させること
は困難である。従って、これらの材料を開口部に堆積さ
せた後、銅、金又は白金の薄膜上に超電導を呈すべき薄
膜を形成することは極めて困難である。また、形成され
た超電導を呈すべき薄膜を、酸素中400゜Cで長時間
アニール処理する必要があり、超電導体装置の製造に長
時間を要する。
In the method for manufacturing a superconductor device described in this publication, the refractory metal and copper, gold or platinum are formed by the sputtering method, so that the fine openings have good coverage and a stable film thickness. It is difficult to deposit these materials. Therefore, it is extremely difficult to form a thin film which should exhibit superconductivity on a copper, gold or platinum thin film after depositing these materials in the opening. Further, it is necessary to anneal the formed thin film which should exhibit superconductivity in oxygen at 400 ° C. for a long time, and it takes a long time to manufacture a superconductor device.

【0009】特開昭63−265473号公報には、超
伝導電子回路の作成法が開示されている。この作成法に
おいては、Ba2Cu33から成る絶縁体基板に、加速
電圧200keVでY+イオンを打ち込み、YBa2Cu
33から成る超伝導配線層を形成する。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-265473 discloses a method for producing a superconducting electronic circuit. In this manufacturing method, Y + ions are implanted into an insulating substrate made of Ba 2 Cu 3 O 3 at an accelerating voltage of 200 keV to obtain YBa 2 Cu.
A superconducting wiring layer made of 3 O 3 is formed.

【0010】セラミック系超伝導物質において、超伝導
現象を生じさせる最も重要な要素は、安定したCuOX
層を形成することである。ところが、予めBaを含むC
uOX層を安定して形成することは困難である。
In the ceramic superconducting material, the most important factor causing the superconducting phenomenon is stable CuO x.
Forming a layer. However, C containing Ba in advance
It is difficult to stably form the uO x layer.

【0011】従って、本発明の目的は、微細な開口部に
安定した高温超伝導プラグを確実にしかも比較的短時間
で形成することができる超伝導プラグの形成方法及び多
層配線層の形成方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a superconducting plug and a method for forming a multi-layer wiring layer, which can reliably form a stable high temperature superconducting plug in a fine opening in a relatively short time. To provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、半導体基
板上に形成された下層配線層と上層配線層とを電気的に
接続するための超伝導プラグの形成方法であって、
(イ)半導体基板上に、下層配線層及びその上に金属あ
るいは金属化合物から成る導体層を形成する工程と、
(ロ)導体層上に、金、銀又は銅から成る群から選択さ
れた金属層を選択CVD法にて形成する工程と、(ハ)
金属層上にCuOX系材料から成る層を選択CVD法に
て形成しつつこのCuOX系材料を結晶化する工程と、
(ニ)CuOX系材料から成る層に、3A族原子のイオ
ン及び2A族原子のイオンをそれぞれイオン注入し、高
温超伝導プラグを形成する工程、から成ることを特徴と
する本発明の超伝導プラグの形成方法によって達成する
ことができる。
The above-mentioned object is a method of forming a superconducting plug for electrically connecting a lower wiring layer and an upper wiring layer formed on a semiconductor substrate.
(A) A step of forming a lower wiring layer on the semiconductor substrate and a conductor layer made of a metal or a metal compound thereon,
(B) a step of forming a metal layer selected from the group consisting of gold, silver or copper on the conductor layer by a selective CVD method, and (c)
A step of crystallizing the CuO x -based material while forming a layer of the CuO x -based material on the metal layer by a selective CVD method;
(D) A step of forming a high temperature superconducting plug by implanting ions of a 3A group atom and 2A group atom into a layer made of a CuO x material, respectively. This can be achieved by the method of forming the plug.

【0013】本発明の超伝導プラグの形成方法において
は、導体層を形成する工程は、下層配線層上にシリコン
酸化膜を形成した後金属膜を形成し、次いで熱処理を行
い、金属シリサイド層を形成する工程から成ることが好
ましい。
In the method of forming a superconducting plug of the present invention, in the step of forming the conductor layer, a silicon oxide film is formed on the lower wiring layer, then a metal film is formed, and then heat treatment is performed to form a metal silicide layer. Preferably, it comprises a forming step.

【0014】3A族原子は、Y又はYb等のランタノイ
ド元素から選択された原子とすることができる。また、
2A族原子は、Ba、Sr、Caから選択された原子と
することができる。
The Group 3A atom can be an atom selected from lanthanoid elements such as Y or Yb. Also,
The 2A group atom can be an atom selected from Ba, Sr, and Ca.

【0015】更に、上記の目的は、半導体基板上に形成
された下層配線層、上層配線層、及びこれらの配線層を
電気的に接続するための超伝導プラグから成る多層配線
層を形成する方法であって、(イ)半導体基板上に、下
層配線層及びその上に金属あるいは金属化合物から成る
導体層を形成する工程と、(ロ)導体層上に、金、銀又
は銅から成る群から選択された第1の金属層を選択CV
D法にて形成する工程と、(ハ)第1の金属層上にCu
X系材料から成る第1の層を選択CVD法にて形成し
つつこのCuOX系材料を結晶化した後、CuOX系材料
から成る第1の層に3A族原子のイオン及び2A族原子
のイオンをそれぞれイオン注入し、超伝導プラグを形成
する工程と、(ニ)超伝導プラグ上に、金、銀又は銅か
ら成る群から選択された第2の金属層を形成し、次い
で、第2の金属層上にCuOX系材料から成る第2の層
を形成しつつこのCuOX系材料を結晶化した後、Cu
X系材料から成る第2の層に3A族原子のイオン及び
2A族原子のイオンをそれぞれイオン注入し、超伝導上
層配線層を形成する工程、から成ることを特徴とする本
発明の多層配線層形成方法によって達成することができ
る。
Further, the above-mentioned object is a method of forming a multilayer wiring layer including a lower wiring layer, an upper wiring layer formed on a semiconductor substrate and a superconducting plug for electrically connecting these wiring layers. And (b) a step of forming a lower wiring layer and a conductor layer made of a metal or a metal compound on the lower wiring layer on a semiconductor substrate; and (b) a group made of gold, silver or copper on the conductor layer. Select the selected first metal layer CV
Step of forming by D method, and (C) Cu on the first metal layer
While forming a first layer of O X based material by selective CVD method after the CuO X based material was crystallized, ions and Group 2A atom group 3A atom to the first layer of CuO X-based material Forming a superconducting plug by ion-implanting each of the ions of (4), and (d) forming a second metal layer selected from the group consisting of gold, silver or copper on the superconducting plug, and then forming a second metal layer. After crystallizing the CuO x -based material while forming a second layer of the CuO x -based material on the second metal layer, Cu
O to a second layer of X-based material Group 3A atom ions and Group 2A atom ions are implanted, respectively, the multilayer interconnection structure of the present invention characterized by comprising the step, of forming a superconducting upper wiring layer This can be achieved by a layer forming method.

【0016】本発明の多層配線層形成方法においては、
導体層を形成する工程は、下層配線層上にシリコン酸化
膜を形成した後金属膜を形成し、次いで熱処理を行い、
金属シリサイド層を形成する工程から成ることが好まし
い。
In the multi-layer wiring layer forming method of the present invention,
In the step of forming the conductor layer, a silicon oxide film is formed on the lower wiring layer, a metal film is formed, and then heat treatment is performed.
It preferably comprises a step of forming a metal silicide layer.

【0017】3A族原子は、Y又はYb等のランタノイ
ド元素から選択された原子とすることができる。また、
2A族原子は、Ba、Sr、Caから選択された原子と
することができる。
The Group 3A atom can be an atom selected from lanthanoid elements such as Y or Yb. Also,
The 2A group atom can be an atom selected from Ba, Sr, and Ca.

【0018】[0018]

【作用】本発明の超伝導プラグの形成方法及び多層配線
層形成方法においては、(第1の)金属層及びCuOX
系材料から成る(第1の)層を選択CVD法にて形成す
るので、微細な開口部内に(第1の)金属層及びCuO
X系材料から成る(第1の)層をカバレッジ良くしかも
安定した膜厚にて堆積させることができる。また、Cu
X系材料から成る(第1の)層を選択CVD法にて形
成しつつかかるCuOX系材料を結晶化するので、超伝
導プラグの形成に要する時間を従来の方法より短縮する
ことができる。
In the method of forming the superconducting plug and the method of forming the multilayer wiring layer of the present invention, the (first) metal layer and CuO x are formed.
Since the (first) layer made of a system material is formed by the selective CVD method, the (first) metal layer and CuO are formed in the fine openings.
The (first) layer made of an X- based material can be deposited with good coverage and a stable film thickness. Also, Cu
Since consisting O X based material (first) layer to crystallize the CuO X-based material according while forming at selective CVD method, it can be shortened compared with the conventional method the time required for forming a superconducting plug ..

【0019】また、イオン注入を施す前に、CuOX
材料から成る層を形成するので、より安定した層を形成
することができる。しかも、各イオンの注入量を正確に
制御することができ、超伝導物質を形成するための適切
な条件を容易に且つ正確に設定することができる。
Further, since the layer made of the CuO x type material is formed before the ion implantation, a more stable layer can be formed. Moreover, the implantation amount of each ion can be accurately controlled, and appropriate conditions for forming the superconducting substance can be easily and accurately set.

【0020】[0020]

【実施例】【Example】

(実施例1)実施例1は、本発明の超伝導プラグの形成
方法に関する。即ち、 (イ)[工程−100]〜[工程−120]において、
半導体基板上に形成された下層配線層の上に導体層を形
成する。 (ロ)そして、[工程−130]〜[工程−140]に
おいて、導体層上に、金、銀又は銅から成る群から選択
された金属層を選択CVD法にて形成する。 (ハ)次いで、[工程−150]において、金属層上に
CuOX系材料を選択CVD法にて形成しつつCuOX
材料を結晶化する。 (ニ)更に、[工程−160]〜[工程−170]にお
いて、CuOX系材料に3A族原子のイオン及び2A族
原子のイオンをそれぞれイオン注入して、高温超伝導層
を形成する。 以下、図1乃至図3を参照して実施例1を説明する。
(Example 1) Example 1 relates to a method for forming a superconducting plug of the present invention. That is, (a) in [Step-100] to [Step-120],
A conductor layer is formed on the lower wiring layer formed on the semiconductor substrate. (B) Then, in [Step-130] to [Step-140], a metal layer selected from the group consisting of gold, silver or copper is formed on the conductor layer by the selective CVD method. (C) Next, in [Step-150], to crystallize the CuO X-based material while forming a CuO X-based material by selective CVD method on the metal layer. (D) Further, in [Step-160] to [Step-170], ions of a 3A group atom and 2A group atom are ion-implanted into the CuO x based material to form a high temperature superconducting layer. The first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.

【0021】[工程−100]先ず、従来の方法に基づ
き、シリコンから成る半導体基板10に素子分離領域1
2を形成し、次いで、ゲート酸化膜及びポリシリコンか
ら成るゲート電極領域14を形成する。その後、LDD
(Lightly Doped Drain)構造を形成するために、イオ
ン注入を行い、浅い不純物拡散領域16を形成する。こ
のイオン注入の条件を、NMOSを形成する場合には、
例えば、 As 40Kev 1×1014/cm2 とすることができ、また、PMOSを形成する場合に
は、例えば、 BF2 30KeV 5×1013/cm2 とすることができる。次に、厚さ約400nmのSiO
2層をCVD法にて全面に形成する。SiO2層の形成条
件を、例えば、 使用ガス SiH4/O2/N2=250/250/1
00sccm 温度 420°C とすることができる。その後、異方性ドライエッチング
によりSiO2層をエッチングし、SiO2から成るサイ
ドウォール18をゲート電極領域14の側壁に形成す
る。SiO2層のエッチング条件を、例えば、 使用ガス C48=50sccm RFパワー 1200W 圧力 2Pa とすることができる。以上の工程によって、図1の
(A)に模式的な一部断面図を示すような構造の半導体
素子を形成することができる。
[Step-100] First, the element isolation region 1 is formed on the semiconductor substrate 10 made of silicon based on the conventional method.
2 is formed, and then a gate electrode region 14 made of a gate oxide film and polysilicon is formed. Then LDD
In order to form a (Lightly Doped Drain) structure, ion implantation is performed to form a shallow impurity diffusion region 16. The conditions for this ion implantation are as follows when forming an NMOS:
For example, As 40 Kev 1 × 10 14 / cm 2 can be used, and in the case of forming a PMOS, for example, BF 2 30 KeV 5 × 10 13 / cm 2 can be used. Next, about 400 nm thick SiO
Two layers are formed on the entire surface by the CVD method. The conditions for forming the SiO 2 layer are, for example, using gas SiH 4 / O 2 / N 2 = 250/250/1.
The temperature can be 00 sccm and 420 ° C. After that, the SiO 2 layer is etched by anisotropic dry etching to form sidewalls 18 made of SiO 2 on the sidewalls of the gate electrode region 14. The etching conditions for the SiO 2 layer can be, for example, used gas C 4 F 8 = 50 sccm RF power 1200 W and pressure 2 Pa. Through the above steps, a semiconductor element having a structure as shown in the schematic partial cross-sectional view of FIG. 1A can be formed.

【0022】[工程−110]次いで、全面に厚さ30
nmのTi層20を形成する(図1の(B)参照)。T
i層20の形成条件を、例えば、 RFバイアス −50W DC スパッタパワー 1kW Ar流量 40sccm 圧力 0.4Pa 形成温度 200°C 成膜速度 60nm/分 とすることができる。その後、RTA(Rapid Thermal
Annealing)法にて、不活性ガス中で650°C、30
分の第1回目のアニール処理を行い、Ti層をシリサイ
ド化し、TiSiXを形成する。次に、アンモニア水及
び過酸化水素水の混合溶液に10分間浸漬することによ
って、未反応のTiを選択的に除去する。次いで、不活
性ガス(例えば、N2)雰囲気中で900°C、30
分、第2回目のアニール処理を行い、TiSiXを低抵
抗の安定したTiSi2とする。これによって、ソース
/ドレイン領域形成予定領域上及びゲート電極領域14
上には、均一なTiSi2層22から成る導体層が選択
的に形成される。
[Step-110] Next, a thickness of 30 is applied to the entire surface.
A Ti layer 20 having a thickness of 10 nm is formed (see FIG. 1B). T
The conditions for forming the i layer 20 can be, for example, RF bias -50 W DC sputter power 1 kW Ar flow rate 40 sccm pressure 0.4 Pa formation temperature 200 ° C. film formation rate 60 nm / min. After that, RTA (Rapid Thermal
Annealing) method, 650 ° C in inert gas, 30
Performing a first round of annealing minute, silicided Ti layer, to form a TiSi X. Next, unreacted Ti is selectively removed by immersing in a mixed solution of aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide for 10 minutes. Then, in an inert gas (for example, N 2 ) atmosphere, 900 ° C., 30
Then, the second annealing process is performed to convert TiSi x into stable low resistance TiSi 2 . As a result, on the source / drain region formation planned region and the gate electrode region 14
A conductor layer made of a uniform TiSi 2 layer 22 is selectively formed on the upper surface.

【0023】[工程−120]その後、ソース/ドレイ
ン領域24を形成するために、全面にイオン注入を行
う。イオン注入の条件を、NMOSを形成する場合、例
えば、 As 50KeV 3×1015/cm2 とすることができ、PMOSを形成する場合、例えば、 BF2 20KeV 1×1015/cm2 とすることができる。その後、全面に、SiO2から成
り厚さ約500nmの層間絶縁層26をCVD法で堆積
させる。SiO2の堆積条件を、例えば、 ガス流量 SiH4/O2/N2=250/250/1
00sccm 温度 420°C 圧力 13.3Pa とすることができる。次に、N2雰囲気中で1100°
C、10秒の短時間アニール処理をRTA法にて行う。
これによって、Si及びTiSi2の活性化を行うのと
同時に、ソース/ドレイン領域24における不純物の拡
散を行い接合領域を形成する。この結果、TiSi2
22のシート抵抗の低減化(例えば、8Ω/sq.)が
実現できる。TiSi2層22は、後の工程で形成する
CuOX系の超伝導層が半導体基板へ拡散することを防
止するバリアメタル層としての機能を果たす。
[Step-120] After that, in order to form the source / drain regions 24, ion implantation is performed on the entire surface. The ion implantation conditions, the case of forming the NMOS, for example, be a As 50KeV 3 × 10 15 / cm 2, when forming a PMOS, for example, be a BF 2 20KeV 1 × 10 15 / cm 2 You can After that, an interlayer insulating layer 26 made of SiO 2 and having a thickness of about 500 nm is deposited on the entire surface by the CVD method. The deposition conditions of SiO 2 are, for example, gas flow rate SiH 4 / O 2 / N 2 = 250/250/1
The temperature may be 00 sccm, the temperature may be 420 ° C, and the pressure may be 13.3 Pa. Next, in a N 2 atmosphere, 1100 °
C. A short-time annealing process of 10 seconds is performed by the RTA method.
As a result, Si and TiSi 2 are activated, and at the same time, impurities are diffused in the source / drain regions 24 to form a junction region. As a result, reduction of the sheet resistance of the TiSi 2 layer 22 (for example, 8Ω / sq.) Can be realized. The TiSi 2 layer 22 functions as a barrier metal layer that prevents a CuO x -based superconducting layer formed in a later step from diffusing into the semiconductor substrate.

【0024】以上の[工程−100]〜[工程−12
0]によって、半導体基板上に形成されたソース/ドレ
イン領域24から成る下層配線層の上にTiSi2層2
2から成る導体層が形成される(図1の(C)参照)。
[Step-100] to [Step-12]
0], the TiSi 2 layer 2 is formed on the lower wiring layer composed of the source / drain regions 24 formed on the semiconductor substrate.
A conductor layer composed of 2 is formed (see FIG. 1C).

【0025】[工程−130]次に、層間絶縁層26に
レジストパターニングを施し、ドライエッチングによっ
て層間絶縁層26に開口部28を形成した後、レジスト
を除去する(図2の(A)参照)。ドライエッチングの
条件を、例えば、 使用ガス C48=50sccm RFパワー 1200W 圧力 2Pa とすることができる。尚、良好なコンタクトを形成する
ために、アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液(NH
4OH:H22:H2O=1:2:7)に10分間浸漬す
ることにより、開口部28の形成時にドライエッチング
によって生成した副生成物であるTiF3等のTiのフ
ッ化物を開口部28の底部から除去することが望まし
い。
[Step-130] Next, resist patterning is performed on the interlayer insulating layer 26, the opening 28 is formed in the interlayer insulating layer 26 by dry etching, and then the resist is removed (see FIG. 2A). .. The conditions of dry etching can be, for example, used gas C 4 F 8 = 50 sccm RF power 1200 W pressure 2 Pa. In order to form a good contact, a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide solution (NH
4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 2: 7), and a fluoride of Ti such as TiF 3 which is a by-product produced by dry etching when the opening 28 is formed. Is preferably removed from the bottom of opening 28.

【0026】[工程−140]次いで、超伝導物質のた
めの密着層として機能する金属層30、例えば厚さ50
nmのAuから成る金属層30を開口部28内に選択C
VD法にて堆積させる。Auから成る金属層30の形成
条件を、例えば、 ガスソース Dimethyl(1,1,1-trifluoro-2,4-pentandio
nato)gold(3)=100sccm 温度 170°C とすることができる。ここで、Auを例示したが、Ag
又はCuを選択CVD法で形成しても良い。この場合、
ガスソースとしてAg(C572)又はCu(C57
22等の有機ガスソース等を用い、Ag又はCuから
成る金属層を開口部28内に選択的に堆積させる。
[Step-140] Next, the metal layer 30 functioning as an adhesion layer for the superconducting material, for example, a thickness of 50.
nm of Au metal layer 30 selected in opening 28
It is deposited by the VD method. The conditions for forming the metal layer 30 made of Au are, for example, gas source Dimethyl (1,1,1-trifluoro-2,4-pentandio).
nato) gold (3) = 100 sccm and temperature 170 ° C. Here, Au is exemplified, but Ag is
Alternatively, Cu may be formed by a selective CVD method. in this case,
As a gas source, Ag (C 5 H 7 O 2 ) or Cu (C 5 H 7
A metal layer made of Ag or Cu is selectively deposited in the opening 28 using an organic gas source such as O 2 ) 2 .

【0027】[工程−150]次に、CuOX系材料か
ら成る層を開口部28内に形成された金属層30上に、
250nm厚さに選択CVD法にて堆積させる。CuO
X系材料から成る層の形成条件を、例えば、 ガスソース Bis-hexa-fluoro-acethylacetonato cuppe
r Cu(HFA)2)/O2=100/50sccm 温度 250°C とすることができる。このような温度条件にすることに
よって、CuOX系材料から成る層を、金属層30上に
堆積させつつ結晶化する。
[Step-150] Next, a layer made of a CuO x system material is formed on the metal layer 30 formed in the opening 28.
It is deposited to a thickness of 250 nm by the selective CVD method. CuO
The conditions for forming a layer made of an X- based material are, for example, gas source Bis-hexa-fluoro-acethylacetonato cuppe.
r Cu (HFA) 2 ) / O 2 = 100/50 sccm Temperature can be 250 ° C. Under such a temperature condition, the layer made of the CuO x material is crystallized while being deposited on the metal layer 30.

【0028】[工程−160]その後、2A族に属する
Ba及び3A族に属するYを全面にイオン注入する。B
a及びYのイオン注入条件を、 注入エネルギー 100keV 注入量 1×1020/cm2程度以上 とすることができる。以上の工程によって、開口部28
内のみに高温超伝導層32が形成され、超伝導プラグが
完成する(図2の(C)参照)。
[Step-160] After that, Ba belonging to the 2A group and Y belonging to the 3A group are ion-implanted over the entire surface. B
The ion implantation conditions for a and Y can be: implantation energy 100 keV implantation amount 1 × 10 20 / cm 2 or more. Through the above steps, the opening 28
The high temperature superconducting layer 32 is formed only in the inside, and the superconducting plug is completed (see FIG. 2C).

【0029】[工程−180]次に、上層配線層のため
のバリヤメタル層34を形成する。このバリヤメタル層
34は、例えばTi/TiON/Tiの3層構造から成
り、スパッタ法にて以下の条件で順次形成することがで
きる。 Ti: Ar流量 40sccm DCスパッタパワー 1kW 圧力 0.4Pa 温度 150°C TiON: Ar/N2−6%O2 40/70sccm DCスパッタパワー 5kW 圧力 0.4Pa 温度 150°C Ti: Ar流量 40sccm DCスパッタパワー 1kW 圧力 0.4Pa 温度 150°C
[Step-180] Next, a barrier metal layer 34 for the upper wiring layer is formed. The barrier metal layer 34 has, for example, a three-layer structure of Ti / TiON / Ti and can be sequentially formed by the sputtering method under the following conditions. Ti: Ar flow rate 40sccm DC sputtering power 1kW pressure 0.4Pa temperature 150 ° C TiON: Ar / N 2 -6% O 2 40 / 70sccm DC sputter power 5kW pressure 0.4Pa temperature 150 ° C Ti: Ar flow rate 40sccm DC sputtering Power 1kW Pressure 0.4Pa Temperature 150 ° C

【0030】[工程−190]次に、Al−1%Siか
ら成る上層配線層36を形成する(図3参照)。先ず、
Al−1%Siを、例えば以下の条件でスパッタリング
する。 Ar流量 40sccm 圧力 0.4Pa DCスパッタパワー 6kW スパッタ率 800nm/分 厚さ 800nm その後、レジストパターニングを行い、次いでドライエ
ッチングを行うことによって、スパッタリングされたA
l−1%Si層のパターニングを行い、レジストを除去
して、アルミニウム系の上層配線層36を完成させる。
Al−1%Si層のドライエッチングは、例えば、RF
印加型ECRエッチャーを使用して、以下の条件で行う
ことができる。 BCl3/Cl2 60/90sccm マイクロ波パワー 1000W DCスパッタパワー 1kW Ar流量 40sccm RFパワー 50W 圧力 13.3Pa 以上の工程によって、半導体基板上に形成されたソース
/ドレイン領域24から成る下層配線層と、アルミニウ
ム系の上層配線層36との間を電気的に接続する超伝導
プラグが完成する。
[Step-190] Next, the upper wiring layer 36 made of Al-1% Si is formed (see FIG. 3). First,
For example, Al-1% Si is sputtered under the following conditions. Ar flow rate 40 sccm pressure 0.4 Pa DC sputter power 6 kW sputter rate 800 nm / min thickness 800 nm After that, resist patterning was performed, and then dry etching was performed to sputter A.
The 1-1% Si layer is patterned and the resist is removed to complete the aluminum-based upper wiring layer 36.
Dry etching of the Al-1% Si layer is performed by RF, for example.
It can be performed under the following conditions using an application type ECR etcher. BCl 3 / Cl 2 60/90 sccm microwave power 1000 W DC sputter power 1 kW Ar flow rate 40 sccm RF power 50 W pressure 13.3 Pa A lower wiring layer consisting of the source / drain regions 24 formed on the semiconductor substrate by the above steps, A superconducting plug for electrically connecting the aluminum-based upper wiring layer 36 is completed.

【0031】(実施例2)実施例2においては、導体層
を形成する工程が、下層配線層上にシリコン酸化膜を形
成した後チタンから成る金属膜を形成し、次いで熱処理
を行い、チタンシリサイド層から成る金属シリサイド層
を形成する点が異なることを除き、実施例1と同様の工
程で超伝導プラグを完成させる。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, in the step of forming the conductor layer, a silicon oxide film is formed on the lower wiring layer, and then a metal film made of titanium is formed, and then heat treatment is performed to form titanium silicide. A superconducting plug is completed by the same steps as in Example 1 except that a metal silicide layer composed of layers is formed.

【0032】[工程−200]工程−200は、実施例
1の工程−100と同様であり、その説明は省略する。
[Step-200] Step-200 is the same as Step-100 of Example 1, and the description thereof is omitted.

【0033】[工程−210]次に、全面に熱酸化によ
って厚さ3nmのシリコン酸化膜20Aを形成する。シ
リコン酸化膜20Aの形成条件を、以下のとおりとする
ことができる。 使用ガス O2 6リットル/分 温度 850゜C 次いで、実施例1の[工程−110]と同様の方法、条
件にて、シリコン酸化膜20A上に厚さ30nmのTi
層20から成る金属膜を形成する(図4参照)。その
後、RTA(Rapid Thermal Annealing)法にて、不活
性ガス中で650°C、30分の第1回目のアニール処
理を行い、Ti層をシリサイド化し、TiSiXを形成
する。次に、アンモニア水及び過酸化水素水の混合溶液
に10分間浸漬することによって、未反応のTiを選択
的に除去する。次いで、不活性ガス(例えば、N2)雰
囲気中で900°C、30分、第2回目のアニール処理
を行い、TiSiXを低抵抗の安定したTiSi2とす
る。これによって、ソース/ドレイン領域形成予定領域
上及びゲート電極領域14上には、均一なTiSi2
22から成る導体層が選択的に形成される。
[Step-210] Next, a silicon oxide film 20A having a thickness of 3 nm is formed on the entire surface by thermal oxidation. The conditions for forming the silicon oxide film 20A can be set as follows. Gas used O 2 6 liter / min Temperature 850 ° C. Then, in the same manner and conditions as in [Step-110] of Example 1, Ti having a thickness of 30 nm was formed on the silicon oxide film 20A.
A metal film composed of the layer 20 is formed (see FIG. 4). After that, a first annealing process is performed in an inert gas at 650 ° C. for 30 minutes by RTA (Rapid Thermal Annealing) method to silicify the Ti layer to form TiSi x . Next, unreacted Ti is selectively removed by immersing in a mixed solution of aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide for 10 minutes. Then, a second annealing treatment is performed at 900 ° C. for 30 minutes in an inert gas (for example, N 2 ) atmosphere to convert TiSi x to stable TiSi 2 having low resistance. As a result, a uniform conductor layer made of the TiSi 2 layer 22 is selectively formed on the source / drain region formation planned region and the gate electrode region 14.

【0034】[工程−220]以降、実施例1の[工程
−120]〜[工程−190]と同様の工程にて超伝導
プラグを完成させる。
After [Step-220], the superconducting plug is completed by the same steps as [Step-120] to [Step-190] of the first embodiment.

【0035】(実施例3)実施例3は、本発明の多層配
線層の形成方法に関する。即ち、 (イ)[工程−300]〜[工程−320]において、
半導体基板上に下層配線層し、且つ下層配線層上に導体
層を形成する。 (ロ)次いで、[工程−330]〜[工程−340]に
おいて、導体層上に、金、銀又は銅から成る群から選択
された第1の金属層を選択CVD法にて形成する。 (ハ)その後、[工程−350]において、第1の金属
層上にCuOX系材料から成る第1の層を選択CVD法
にて形成しつつCuOX系材料を結晶化した後、[工程
−360]〜[工程−370]において、CuOX系材
料から成る第1の層に3A族原子のイオン及び2A族原
子のイオンをそれぞれイオン注入し、超伝導プラグを形
成する。 (ニ)次いで、[工程−380]〜[工程−390]に
おいて、超伝導プラグ上に、金、銀又は銅から成る群か
ら選択された第2の金属層を形成し、次いで、第2の金
属層上にCuOX系材料から成る第2の層を形成しつつ
CuOX系材料を結晶化した後、CuOX系材料から成る
第2の層に3A族原子のイオン及び2A族原子のイオン
をそれぞれイオン注入し、第2の層を超伝導上層配線層
とし、多層配線層を完成させる。
(Embodiment 3) Embodiment 3 relates to a method for forming a multilayer wiring layer of the present invention. That is, in (a) [step-300] to [step-320],
A lower wiring layer is formed on the semiconductor substrate, and a conductor layer is formed on the lower wiring layer. (B) Next, in [Step-330] to [Step-340], a first metal layer selected from the group consisting of gold, silver, or copper is formed on the conductor layer by the selective CVD method. (C) Thereafter, in [Step -350], after crystallizing the CuO X-based material while forming a first layer of CuO X-based material on the first metal layer by a selective CVD method, [step -360] to [Step-370], ions of group 3A atoms and ions of group 2A atoms are individually ion-implanted into the first layer made of the CuO x material to form a superconducting plug. (D) Next, in [Step-380] to [Step-390], a second metal layer selected from the group consisting of gold, silver, or copper is formed on the superconducting plug, and then a second metal layer is formed. After crystallizing the CuO x -based material while forming the second layer made of the CuO x -based material on the metal layer, ions of 3A group atoms and 2A group atoms are added to the second layer made of CuO x -based material. Are ion-implanted into the second layer as a superconducting upper wiring layer to complete a multilayer wiring layer.

【0036】[工程−300]この工程は、実施例1の
[工程−100]と同様であり、その詳細な説明は省略
する。この工程によって、図1の(A)に模式的な一部
断面図を示すような構造の半導体素子を形成することが
できる。
[Step-300] This step is the same as [Step-100] of Example 1, and detailed description thereof will be omitted. Through this step, a semiconductor element having a structure shown in the schematic partial cross-sectional view of FIG. 1A can be formed.

【0037】[工程−310]〜[工程−320]これ
ら工程も、実施例1の[工程−110]〜[工程−12
0]と同様であり、その詳細な説明は省略する。以上の
[工程−300]〜[工程−320]によって、半導体
基板上に形成されたソース/ドレイン領域から成る下層
配線層の上にTiSi2層から成る導体層が形成される
(図1の(B)及び(C)参照)。
[Step-310] to [Step-320] These steps are also [Step-110] to [Step-12] of the first embodiment.
0], and detailed description thereof will be omitted. Through the above [Step-300] to [Step-320], the conductor layer made of the TiSi 2 layer is formed on the lower wiring layer made of the source / drain regions formed on the semiconductor substrate ((in FIG. 1). See B) and (C)).

【0038】[工程−330]この工程も、実施例1の
[工程−130]と同様であり、その詳細な説明は省略
する。
[Step-330] This step is also the same as [Step-130] of the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted.

【0039】[工程−340]次いで、開口部28内の
TiSi2層22から成る導体層上に、超伝導物質のた
めの密着層として機能する第1の金属層30A、例えば
厚さ50nmのAu、AgあるいはCuから成る第1の
金属層30Aを選択CVD法にて成長させる(図2の
(B)参照)。この工程は、実施例1の[工程−14
0]と同様であり、その詳細な説明は省略する。
[Step-340] Next, on the conductor layer made of the TiSi 2 layer 22 in the opening 28, a first metal layer 30A functioning as an adhesion layer for the superconducting substance, for example, Au having a thickness of 50 nm is formed. A first metal layer 30A made of Ag, Cu or Cu is grown by a selective CVD method (see FIG. 2B). This step is the same as that of [Step-14 in Example 1].
0], and detailed description thereof will be omitted.

【0040】[工程−350]〜[工程−360]次
に、CuOX系材料から成る第1の層32Aを、開口部
28内に形成された第1の金属層30A上に、250n
m厚さに選択CVD法にて堆積させつつ結晶化を行う。
次いで、CuOX系材料にイオン注入を行い、CuOX
材料から成る第1の層32Aを高温超伝導化する。こう
して、高温超伝導プラグを完成させる(図5の(A)参
照)。これらの工程も、実施例1の[工程−150]〜
[工程−160]と同様であり、その詳細な説明は省略
する。
[Step-350] to [Step-360] Next, a first layer 32A made of a CuO x material is formed on the first metal layer 30A formed in the opening 28 by 250 n.
Crystallization is performed while depositing to a thickness of m by the selective CVD method.
Then, ion implantation is performed to CuO X-based materials, a high temperature superconducting the first layer 32A consisting of CuO X-based material. Thus, the high temperature superconducting plug is completed (see FIG. 5A). These steps are also described in [Step-150] of Example 1-
This is the same as [Step-160] and its detailed description is omitted.

【0041】[工程−370]次いで、超伝導物質から
成る上層配線層のための密着層としての第2の金属層3
8を、全面にCVD法にて、例えば以下の条件で成長さ
せる。第2の金属層38はAuから形成することができ
る。 ガスソース Dimethyl(1,1,1-trifluoro-2,4-pentandio
nato)gold(3)=100sccm 温度 250°C ここで、Auを例にとったが、Ag又はCuをCVD法
にて成長させてもよい。この場合、ガスソースとしてA
g(C572)又はCu(C5722等の有機ガス
ソース等を用いることができる。また、第2の金属層3
8は開口部内に形成する必要がないので、これらの第2
の金属層38をCVD法によって堆積させる代わりに、
スパッタ法を用いて堆積させることもできる。
[Step-370] Next, the second metal layer 3 as an adhesion layer for the upper wiring layer made of a superconducting material.
8 is grown on the entire surface by the CVD method, for example, under the following conditions. The second metal layer 38 can be formed of Au. Gas source Dimethyl (1,1,1-trifluoro-2,4-pentandio
nato) gold (3) = 100 sccm Temperature 250 ° C. Here, although Au is taken as an example, Ag or Cu may be grown by the CVD method. In this case, A as the gas source
An organic gas source such as g (C 5 H 7 O 2 ) or Cu (C 5 H 7 O 2 ) 2 can be used. In addition, the second metal layer 3
8 does not need to be formed in the opening, so these second
Instead of depositing the metal layer 38 of
It can also be deposited using a sputtering method.

【0042】[工程−380]次に、上層配線層を形成
するために、CuOX系材料から成る第2の層40を第
2の金属層38(密着層)上に、例えばCVD法にて形
成する(図5の(B)参照)。CuOX系材料から成る
第2の層40の形成条件を、例えば、 ガスソース Bis-hexa-fluoro-acethylacetonato cuppe
r Cu(HFA)2)/O2=100/50sccm 温度 250°C 厚さ 250nm とすることができる。このような温度条件にすることに
よって、CuOX系材料から成る第2の層40を、第2
の金属層38上に堆積させつつ結晶化させる。尚、CV
D法の代わりに、例えば以下の条件の高温スパッタ法で
CuOX系材料から成る第2の層40を形成することも
できる。 スパッタガス Ar/O2=45/3sccm DCパワー 5kW 圧力 0.47Pa 膜厚 250nm 成膜温度 600゜C その後、Ba及びYを全面にイオン注入する。Ba及び
Yのイオン注入条件を、 注入エネルギー 100keV 注入量 1×1020/cm2程度以上 とすることができる。こうして、第2の層40を高温超
伝導化する。
[Step-380] Next, in order to form an upper wiring layer, a second layer 40 made of a CuO x material is formed on the second metal layer 38 (adhesion layer) by, for example, a CVD method. Formed (see FIG. 5B). The conditions for forming the second layer 40 made of the CuO x material are, for example, gas source Bis-hexa-fluoro-acethylacetonato cuppe.
r Cu (HFA) 2 ) / O 2 = 100/50 sccm Temperature 250 ° C. Thickness 250 nm can be used. By setting the temperature conditions as described above, the second layer 40 made of the CuO x- based material is changed into the second layer 40
Is crystallized while being deposited on the metal layer 38. Incidentally, CV
Instead of the D method, the second layer 40 made of a CuO x material can be formed by, for example, a high temperature sputtering method under the following conditions. Sputtering gas Ar / O 2 = 45/3 sccm DC power 5 kW Pressure 0.47 Pa Film thickness 250 nm Film formation temperature 600 ° C. Then, Ba and Y are ion-implanted on the entire surface. The Ba and Y ion implantation conditions may be: implantation energy 100 keV implantation amount 1 × 10 20 / cm 2 or more. In this way, the second layer 40 becomes high temperature superconductivity.

【0043】[工程−390]次いで、レジストパター
ニング後、ドライエッチングによりBaとYがイオン注
入されたCuOX系材料からなる第2の層40、及びA
uから成る第2の金属層38をエッチングする。エッチ
ングを、例えば以下の条件で行うことができる。 ガス CCl22/Cl2=60/50s
ccm マイクロ波パワー 1000W RFパワー 50W 圧力 2Pa 以上の工程によって、超伝導プラグ及び超伝導の上層配
線層が形成され、多層配線層が完成する。
[Step-390] Next, after patterning the resist, the second layer 40 made of CuO x material into which Ba and Y are ion-implanted by dry etching, and A
The second metal layer 38 of u is etched. The etching can be performed, for example, under the following conditions. Gas CCl 2 F 2 / Cl 2 = 60 / 50s
ccm Microwave power 1000W RF power 50W Pressure 2Pa A superconducting plug and a superconducting upper wiring layer are formed by the above process, and a multilayer wiring layer is completed.

【0044】(実施例4)実施例4においては、導体層
を形成する工程が、下層配線層上にシリコン酸化膜を形
成した後チタンから成る金属膜を形成し、次いで熱処理
を行い、チタンシリサイド層から成る金属シリサイド層
を形成する点が異なることを除き、実施例3と同様の工
程で多層配線層を完成させる。
(Embodiment 4) In Embodiment 4, in the step of forming a conductor layer, a silicon oxide film is formed on a lower wiring layer, and then a metal film made of titanium is formed, and then heat treatment is performed to form titanium silicide. A multilayer wiring layer is completed by the same steps as in Example 3 except that a metal silicide layer composed of layers is formed.

【0045】[工程−400]工程−400は、実施例
1の工程−100と同様であり、その説明は省略する。
[Step-400] Step-400 is the same as Step-100 of Example 1, and the description thereof is omitted.

【0046】[工程−410]次に、全面に熱酸化によ
って厚さ3nmのシリコン酸化膜20Aを形成する。シ
リコン酸化膜20Aの形成条件を、以下のとおりとする
ことができる。 使用ガス O2 6リットル/分 温度 850゜C 次いで、実施例1の[工程−110]と同様の方法、条
件にて、シリコン酸化膜20A上に厚さ30nmのTi
層20から成る金属膜を形成する(図4参照)。その
後、RTA(Rapid Thermal Annealing)法にて、不活
性ガス中で650°C、30分の第1回目のアニール処
理を行い、Ti層をシリサイド化し、TiSiXを形成
する。次に、アンモニア水及び過酸化水素水の混合溶液
に10分間浸漬することによって、未反応のTiを選択
的に除去する。次いで、不活性ガス(例えば、N2)雰
囲気中で900°C、30分、第2回目のアニール処理
を行い、TiSiXを低抵抗の安定したTiSi2とす
る。これによって、ソース/ドレイン領域形成予定領域
上及びゲート電極領域14上には、均一なTiSi2
22から成る導体層が選択的に形成される。
[Step-410] Next, a silicon oxide film 20A having a thickness of 3 nm is formed on the entire surface by thermal oxidation. The conditions for forming the silicon oxide film 20A can be set as follows. Gas used O 2 6 liter / min Temperature 850 ° C. Then, in the same manner and conditions as in [Step-110] of Example 1, Ti having a thickness of 30 nm was formed on the silicon oxide film 20A.
A metal film composed of the layer 20 is formed (see FIG. 4). After that, a first annealing process is performed in an inert gas at 650 ° C. for 30 minutes by RTA (Rapid Thermal Annealing) method to silicify the Ti layer to form TiSi x . Next, unreacted Ti is selectively removed by immersing in a mixed solution of aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide for 10 minutes. Then, a second annealing treatment is performed at 900 ° C. for 30 minutes in an inert gas (for example, N 2 ) atmosphere to convert TiSi x to stable TiSi 2 having low resistance. As a result, a uniform conductor layer made of the TiSi 2 layer 22 is selectively formed on the source / drain region formation planned region and the gate electrode region 14.

【0047】[工程−420]以降、実施例3の[工程
−320]〜[工程−390]と同様の工程にて多層配
線層を完成させる。
After [Step-420], the multilayer wiring layer is completed by the same steps as [Step-320] to [Step-390] of the third embodiment.

【0048】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。各工程における条件は、使用する装置等に依存
して適宜変更することができる。
The present invention has been described above based on the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. The conditions in each step can be appropriately changed depending on the device used and the like.

【0049】導体層は、TiSi2から成る金属シリサ
イド層の代わりに、低抵抗で且つ超伝導物質若しくはC
u、Au、又はAgから成る金属層に対してバリヤとし
ての機能を有する金属シリサイド層であれば如何なるも
のも使用でき、例えば、CoSi2、WSi2、MoSi
2を例示することができる。更に、W、Mo等の高融点
金属、若しくは、TiN、TiB、TiW等の所謂バリ
アメタルから構成することもできる。
The conductor layer has a low resistance and a superconducting material or C instead of the metal silicide layer made of TiSi 2.
Any metal silicide layer can be used as long as it has a function as a barrier against a metal layer made of u, Au, or Ag. For example, CoSi 2 , WSi 2 , MoSi.
2 can be illustrated. Further, it may be composed of a refractory metal such as W or Mo or a so-called barrier metal such as TiN, TiB or TiW.

【0050】下層配線層として、ソース/ドレイン領域
を例にとり説明したが、ゲート電極領域、又は金属配線
材料や超伝導材料から成る下層配線層とすることもでき
る。本発明の超伝導プラグの形成方法における上層配線
層には、アルミニウム系の配線材料以外にも、従来から
使用されている各種の配線材料を使用することができ
る。
As the lower wiring layer, the source / drain regions have been described as an example, but the lower wiring layer may be a gate electrode region or a lower wiring layer made of a metal wiring material or a superconducting material. For the upper wiring layer in the method for forming a superconducting plug of the present invention, various wiring materials conventionally used can be used in addition to the aluminum-based wiring material.

【0051】[0051]

【発明の効果】接続孔に形成されたプラグが超伝導物質
から成るので、接続孔における抵抗若しくは配線抵抗が
殆ど無くなり、半導体装置の性能が向上する。
Since the plug formed in the connection hole is made of a superconducting material, the resistance or wiring resistance in the connection hole is almost eliminated, and the performance of the semiconductor device is improved.

【0052】本発明の超伝導プラグの形成方法及び多層
配線層形成方法においては、(第1の)金属層及びCu
X系材料から成る(第1の)層を選択CVD法にて形
成するので、微細な開口部内に金属層及びCuOX系材
料から成る(第1の)層をカバレッジ良くしかも安定し
た膜厚にて堆積させることができる。また、CuOX
材料から成る(第1の)層を選択CVD法にて形成しつ
つかかるCuOX系材料を結晶化するので、超伝導プラ
グの形成に要する時間を従来の方法より短縮することが
できる。
In the method of forming a superconducting plug and the method of forming a multilayer wiring layer of the present invention, the (first) metal layer and Cu
Consisting O X based material since the (first) layer is formed by selective CVD, a metal layer and CuO X-based material in the minute opening portion (first) layer of good coverage and stably film thickness Can be deposited at. Further, since the crystallized according CuO X-based material while forming consists CuO X based material (first) layer by selective CVD method, to shorten the time required for forming the superconducting plugs than conventional methods You can

【0053】また、イオン注入を施す前に、CuOX
材料から成る(第1の)層を形成するので、より安定し
た層を形成することができる。しかも、各イオンの注入
量を正確に制御することができ、超伝導物質を形成する
ための適切な条件を容易に且つ正確に設定することがで
きる。それ故、超伝導プラグあるいは多層配線層を量産
化し易い。
Further, since the (first) layer made of the CuO x system material is formed before the ion implantation, a more stable layer can be formed. Moreover, the implantation amount of each ion can be accurately controlled, and appropriate conditions for forming the superconducting substance can be easily and accurately set. Therefore, it is easy to mass-produce the superconducting plug or the multilayer wiring layer.

【0054】しかも、半導体基板は導体層で表面を覆わ
れているので超伝導物質を構成するCu等の半導体基板
への拡散を防止することができる。更に、CuOX系材
料の結晶成長を容易なものとする物質である金、銀又は
銅から成る金属層を下地層として使用しているので、C
uOX系材料を容易に且つ安定して結晶成長させ得る。
Moreover, since the surface of the semiconductor substrate is covered with the conductor layer, it is possible to prevent diffusion of Cu or the like constituting the superconducting material into the semiconductor substrate. Further, since a metal layer made of gold, silver, or copper, which is a substance that facilitates crystal growth of CuO x type material, is used as an underlayer, C
It is possible to easily and stably grow a crystal of the uO x based material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の超伝導プラグの形成方法の各工程を説
明するための、半導体素子の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining each step of a method for forming a superconducting plug of the present invention.

【図2】図1に引き続き、本発明の超伝導プラグの形成
方法の各工程を説明するための、半導体素子の模式的な
一部断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining each step of the method for forming a superconducting plug of the present invention, following FIG.

【図3】本発明の超伝導プラグの形成方法によって作製
された半導体素子の模式的な一部断面図である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element manufactured by the method for forming a superconducting plug of the present invention.

【図4】本発明の超伝導プラグの形成方法の好ましい実
施態様の工程の一部を説明するための、半導体素子の模
式的な一部断面図である。
FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining a part of the steps of the preferred embodiment of the method for forming a superconducting plug of the present invention.

【図5】本発明の多層配線層の形成方法の一部の工程を
説明するための、半導体素子の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining some steps of the method for forming a multilayer wiring layer of the present invention.

【図6】従来の選択CVD法の各工程を説明するため
の、半導体素子の模式的な一部断面図である。
FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining each step of a conventional selective CVD method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体基板 12 素子分離領域 14 ゲート電極領域 16 浅い不純物拡散領域 18 サイドウォール 20 Ti層 20A シリコン酸化膜 22 TiSi2層 24 ソース/ドレイン領域 26 層間絶縁層 28 開口部 30 金属層 30A 第1の金属層 32 高温超伝導層 32A 第1の高温超伝導層 34 バリヤメタル層 36 上層配線層 38 第2の金属層 40 超伝導上層配線層10 semiconductor substrate 12 element isolation region 14 gate electrode region 16 shallow impurity diffusion region 18 sidewall 20 Ti layer 20A silicon oxide film 22 TiSi 2 layer 24 source / drain region 26 interlayer insulating layer 28 opening 30 metal layer 30A first metal Layer 32 High Temperature Superconducting Layer 32A First High Temperature Superconducting Layer 34 Barrier Metal Layer 36 Upper Wiring Layer 38 Second Metal Layer 40 Superconducting Upper Wiring Layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/06 ZAA 8728−4M 39/24 ZAA F 8728−4M Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 39/06 ZAA 8728-4M 39/24 ZAA F 8728-4M

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された下層配線層と上
層配線層とを電気的に接続するための超伝導プラグの形
成方法であって、 (イ)半導体基板上に、下層配線層及びその上に金属あ
るいは金属化合物から成る導体層を形成する工程と、 (ロ)該導体層上に、金、銀又は銅から成る群から選択
された金属層を選択CVD法にて形成する工程と、 (ハ)該金属層上にCuOX系材料から成る層を選択C
VD法にて形成しつつ該CuOX系材料を結晶化する工
程と、 (ニ)該CuOX系材料から成る層に、3A族原子のイ
オン及び2A族原子のイオンをそれぞれイオン注入し、
高温超伝導プラグを形成する工程、から成ることを特徴
とする超伝導プラグの形成方法。
1. A method of forming a superconducting plug for electrically connecting a lower wiring layer and an upper wiring layer formed on a semiconductor substrate, comprising: (a) a lower wiring layer on a semiconductor substrate; A step of forming a conductor layer made of a metal or a metal compound thereon, and (b) a step of forming a metal layer selected from the group consisting of gold, silver or copper on the conductor layer by a selective CVD method. (C) Select a layer made of CuO x based material on the metal layer C
A step of crystallizing the CuO X-based material while forming at VD method, a layer made of (d) the CuO X-based materials, the Group 3A atom ions and Group 2A atom ions are implanted, respectively,
And a step of forming a high temperature superconducting plug.
【請求項2】前記導体層を形成する工程は、下層配線層
上にシリコン酸化膜を形成した後金属膜を形成し、次い
で熱処理を行い、金属シリサイド層を形成する工程から
成ることを特徴とする請求項1に記載の超伝導プラグの
形成方法。
2. The step of forming the conductor layer comprises the steps of forming a silicon oxide film on the lower wiring layer, forming a metal film, and then performing heat treatment to form a metal silicide layer. The method of forming a superconducting plug according to claim 1.
【請求項3】半導体基板上に形成された下層配線層、上
層配線層、及びこれらの配線層を電気的に接続するため
の超伝導プラグから成る多層配線層を形成する方法であ
って、 (イ)半導体基板上に、下層配線層及びその上に金属あ
るいは金属化合物から成る導体層を形成する工程と、 (ロ)該導体層上に、金、銀又は銅から成る群から選択
された第1の金属層を選択CVD法にて形成する工程
と、 (ハ)該第1の金属層上にCuOX系材料から成る第1
の層を選択CVD法にて形成しつつ該CuOX系材料を
結晶化した後、該第1の層に3A族原子のイオン及び2
A族原子のイオンをそれぞれイオン注入し、超伝導プラ
グを形成する工程と、 (ニ)該超伝導プラグ上に、金、銀又は銅から成る群か
ら選択された第2の金属層を形成し、次いで、該第2の
金属層上にCuOX系材料から成る第2の層を形成しつ
つ該CuOX系材料を結晶化した後、該第2の層に3A
族原子のイオン及び2A族原子のイオンをそれぞれイオ
ン注入し、超伝導上層配線層を形成する工程、から成る
ことを特徴とする多層配線層形成方法。
3. A method for forming a multi-layer wiring layer comprising a lower wiring layer, an upper wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a superconducting plug for electrically connecting these wiring layers, comprising: A) a step of forming a lower wiring layer and a conductor layer made of a metal or a metal compound on the lower wiring layer on a semiconductor substrate; and (b) a first layer selected from the group consisting of gold, silver or copper on the conductor layer. A step of forming a first metal layer by a selective CVD method, and (c) a first layer made of a CuO x material on the first metal layer.
Layer is formed by the selective CVD method while the CuO x based material is crystallized, ions of a group 3A atom and 2 are added to the first layer.
Forming a superconducting plug by ion-implanting ions of group A atoms; and (d) forming a second metal layer selected from the group consisting of gold, silver or copper on the superconducting plug. Then, the CuO x -based material is crystallized while forming a second layer made of the CuO x -based material on the second metal layer, and then 3A is formed on the second layer.
Forming a superconducting upper wiring layer by ion-implanting ions of group atoms and ions of group 2A atoms, respectively.
【請求項4】前記導体層を形成する工程は、下層配線層
上にシリコン酸化膜を形成した後金属膜を形成し、次い
で熱処理を行い、金属シリサイド層を形成する工程から
成ることを特徴とする請求項3に記載の多層配線層形成
方法。
4. The step of forming the conductor layer comprises the step of forming a silicon oxide film on the lower wiring layer, then forming a metal film, and then performing heat treatment to form a metal silicide layer. The method for forming a multilayer wiring layer according to claim 3.
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