JPH01100094A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01100094A
JPH01100094A JP62255679A JP25567987A JPH01100094A JP H01100094 A JPH01100094 A JP H01100094A JP 62255679 A JP62255679 A JP 62255679A JP 25567987 A JP25567987 A JP 25567987A JP H01100094 A JPH01100094 A JP H01100094A
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yttrium oxide
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記村 隆章
Hideki Yamawaki
秀樹 山脇
Kazuto Ikeda
和人 池田
Masaru Ihara
賢 井原
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 111  本発明の第1実施例 (第1〜3図)(2)
本発明の第2実施例 発明の効果 〔概 要〕 酸化イツトリウムの気相成長方法に関し、酸化イツトリ
ウムの単結晶薄膜をCVD法で形成する方法を提供する
ことを目的とし、酸化イツトリウムを形成する出発材料
としてインドリウムのハロゲン化物を用い、単結晶半導
体あるいは絶縁体よりなる基板上に化学気相成長により
、酸化イツトリウムよりなる単結晶薄膜を形成するよう
に構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、酸化イツトリウムの気相成長方法に係り、詳
しくは酸化イツトリウムの薄膜を、シリコンあるいはサ
ファイアなどよりなる成長基板上に、化学気相成長方法
により形成する方法に関する。
近年、コンピュータの高速化はめざましく、この高速化
のアプローチとしてプロセッサのマルチ化、デバイスの
スイッチング速度の向上、およびこれらデバイスを高密
度に実装して配線距離を短くすることが行われている。
高密度に配線するためには、微細な配線パターンで回路
を作成することが必要となり、このような微細化を図る
と、配線に用いる導体の断面積が減少する反面、配線の
電気抵抗が増加する。そのため、伝播する電気信号の減
少、波形の歪が起こる。
そこで、超伝導物質を銅などの常伝導体に代えて配線材
料として用いることができれば、これらの問題は大きく
改善される。また、超伝導物質によりジョセフソン素子
を構成し、集積化すれば高速・低電力性と微小実装部品
技術の活用により超高速のコンピュータシステムを実現
できる。
従来の超伝導体は超伝導状態に転移する温度が低く、冷
却のために液体ヘリウムや液体水素を用いなければなら
なかった。しかし、これらの冷却媒体は取り扱いが難し
く、コストもかかるので、超伝導配線材料の実現化は困
難であった。
ところが、近時Y−Ba−Cu−0系セラミックスに代
表される、いわゆる高温超伝導体が出現し、超伝導配線
の実用化の可能性が大きく広がりつつある。
〔従来の技術〕
セラミックス系の酸化物高温超伝導体は液体窒素の沸点
(77°K)以上の比較的高温で超伝導状態になること
から、ICなどの半導体デバイス、各種装置の部品、装
置内の配線など応用範囲が広く、その要求も大きい、こ
れらの要求に答えるためには品質の良い薄膜を効率良く
形成する必要がある0例えばジョセフソン接合を含め半
導体、集積回路の構成素子は、すべて薄膜素子からなる
全薄膜集積回路という特質がある。このため、薄膜の結
晶粒径、配向性等の結晶性に基づく薄膜の性質、均一性
、再現性が素子ひいては超伝導集積回路の歩留り、信鯨
性の重要な因子となる。
また、上述の要求に答えるためには、品質の良い半導体
材料薄膜を低コストで提供することが重要である。
従来の半導体材料の薄膜の形成方法としては、主にスパ
ッタ法、蒸着法などが用いられている。
スパッタ法では、成長を行う物質と同程度の組成のター
ゲットを用い、これをイオンスパッタにより気化し基板
上に成長させている。また、蒸着法では、薄膜を形成す
る物質(蒸発源)を加熱して蒸発させ、成長基板上に、
蒸着させている。
また、同様の方法によって超伝導材料を成長基板上に形
成するのであるが、この場合の成長基板としては通常、
高価な5rTiOs(チタン酸ストロンチウム)基板や
YSZ(イツトリウム安定化ジルコニア)基板が用いら
れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような従来の薄膜形成方法により、
成長基板として高価な5rTiOs基板やYSZ基板な
どを用いているたため、超伝導特性を得るための半導体
装置として使用する場合にコストが上昇するという問題
点があった。このための基板として安価なSt(シリコ
ン)やサファイアを用いることができればコストの低減
が可能である。ところが、Si基板やサファイア基板を
用いた場合には膜の形成中や形成後の熱処理により薄膜
と基板との間に化学反応が起こるため、良好な超伝導特
性を有す・る膜が得られに(いという欠点がある。
そこで本発明者等は鋭意検討の結果、上記欠点を解消す
るために、Siあるいはサファイア基板とY−Ba−C
u−0系のいわゆるセラミックス系酸化物超伝導材料と
の間にY2O2(酸化イツトリウム)よりなる層を挿入
する構造が有意義であることを見出した。
ただし、Y、01層が多結晶であればその上に形成され
るY−Ba−Cu−0系酸化物層も多結晶となり良好な
超伝導特性を得ることがむずかしい。したがって、Si
やサファイア基板上に単結晶の良質なYzOs層を形成
することが望まれる。
そこで本発明は、Stやサファイアなどの単結晶半導体
あるいは絶縁体を基板とし、化学気相成長法によって単
結晶の良質なYzOs層を形成することを目的としてい
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明による酸化イツトリウムの気相成長方法は上記目
的達成のため、単結晶半導体あるいは絶縁体よりなる基
板に、成長材料としてイツトリウムのハロゲン化物を用
いるとともに、酸化剤としてog、cozおよびH2O
から選ばれた単独若しくは混合ガスを用い、不活性ガス
またはHtガス若しくはこれらの混合ガスよりなる成長
雰囲気中において、化学気相成長により前記基板上に酸
化イツトリウムの膜を形成するようにしている。
〔作 用〕
本発明では、化学気相成長法の長所が生かされてSi基
板あるいはサファイア基板上に酸化インドリウム(Yz
Os)の単結晶薄膜が確実に形成される。
したがって、基板として安価なSi基板あるいはサファ
イア基板を用い、化学気相成長法によりセラミックス系
酸化物よりなる超伝導体薄膜が前記Y2Os層上に形成
されることになり、前記薄膜と基板との間に化学反応を
生ずることがないばかりか、良好な超伝導特性を有する
薄膜が得られる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
】」Jυ111 第1〜3図は本発明の“第1実施例を示す図である。第
1図はCVD装置の概略図であり、この図において、1
は円筒状で石英を素材とする耐熱性の反応管である0反
応管1の周囲には2つの抵抗加熱炉2a、2bが配設さ
れており、抵抗加熱炉2a、  2bは電流の通電によ
り発熱して反応管1の各部を加熱する。一方、反応管1
の内部にはソースチェンバ3が設けられており、ソース
チェンバ3内にはソースポート4が配設されている。ソ
ースポート4にはYCl3  (塩化イツトリウム)が
入っており、ソースポート4は抵抗加熱炉2bにより加
熱されると、YCl3ガスを発生させる。
すなわち、本実施例では酸化イツトリウム単結晶半導体
の成長材料としてYCI、が用いられ、ソースチェンバ
3内でガス化されるようになっている。ソースチェンバ
3の一端側には小径のガス導入部3aが設けられ、ガス
導入部3aからはキャリアガスHeやHオが導入される
。また、ソースチェンバ3の他端側は開口し、その側方
には所定距離を隔てて基板支持台5が配置されている。
基板支持台5は石英やセラミックなどからなり、その上
面には成長基板6が載置されている。一方、反応管1の
一端側にも同様に小径のガス導入口1aが設けられ、キ
ャリアガスHe、Hzとともに酸化剤であるOx 、H
z Oガスが導入される0反応管1の他端側には排気口
1bが設けられ、反応管1内のガスを排出する。
以上の構成において、本実施例では酸化イツトリウムY
!O3の薄膜を基板上に成長させるために、成長ガスと
してYCtsが用いられる。まず、基板支持台5に成長
基板6を載置するとともに、ソースポート4にYCl3
を入れる0次いで、反応管1の抵抗加熱炉2a、  2
bにより加熱してソースポート4からYCI!ガスを発
生させるとともに、ガス導入部3aよりキャリアガスH
eを導入し、発生したガスを成長基板6上に送る。また
、ガス導入口1aよりキャリアガスHeを導入するとと
もに、酸化剤としてOx 、Hz Oを導入し、これら
のガスをソースチェンバ3の外側を通して成長基板6上
に送る。このとき、成長基板6も抵抗加熱炉2aにより
加熱する。この結果、成長基板6上あるいは成長基板6
の周辺で酸化・還元反応が起こり、成長基板6上に次式
■で示す化学反応が生じてyz 03の薄膜が成長する
。
2YC13+3H20−Yt 03 +6HC1・・・
・・・■ 上記の成長条件として下記の範囲で行った。
成長基板温度(’rs□)・・・・・・ 750〜12
00℃YCt、温度(Ty )  −−700〜115
0℃Ot?!A度(対He)・・・・・・・・・・・・
 0〜30%バブル温度 ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・ 0〜100℃(水をキャリアーガス
Heの一部若しくは全部でバブル) 成長基板 −・・−”  (1102)sapphir
e、(0001)sapphire。
(100) S i、 (110) S 1(111)
 S i 成長膜厚 ・・・・・・・・・・・・ 0.1〜5μm
このように、本実施例ではY!0.の成長膜厚として0
.1〜5μm程度のものが得られた。第2図および第3
図は、これらの成長膜のX線回折(Cu、にα線)によ
る測定結果の例を示すものである。第2図によれば、(
ITO2)サファイア基板上に(100)の単結晶Y2
0.が成長したことが示されており、第3図によれば(
100) S i基板上に(100)の単結晶Y20.
が成長したことが示されている。
なお、第1図、第2図に示す結果は、下記の成長条件の
ときの結果である。
T、□・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・ 1050℃TV ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10
00℃0□濃度(対He)・・・・・・・・・・・・ 
0.3%バブル温度 ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・ 80℃(水をキャリアーガスHeの一部
若しくは全部でバブル) 成長膜厚 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・ 1μmまた、(110) S i基板上には
(110) Yz 03が、(0001)サファイア基
板または(111) S i基板上には(111) Y
t O!が成長することが明らかになった。
スm影 上記第1実施例では、酸化・還元剤として011H!0
を用いたが、第2実施例では酸化・還元剤としてCOz
、 Hzを用いて気相成長を行った。このときの化学反
応は次式〇で示される。
2YC13+3GO! +3Hz −一→Yz Os +6HC1+3co・・・・・・■
このときの成長条件として下記の範囲で行った。
成長基板温度(Ts■)・・・・・・ 750〜120
0℃Y C1!温度(Tv ) −・−−−−・・−7
00〜1150℃CO!濃度(対He)・・・・・・・
・・ 0.01〜30%H1濃度(対He)・・・・・
・・・・・・−0,01〜10%成長基板 ・・・・・
・・・・・・・・・・(1102)sapphire。
(0001)sapphire。
(100) S i 、 (110) S 1(111
) S i 成長膜厚 ・・・・・・・・・・・・ 0.1〜5μm
このように、本実施例ではY2Osの成長膜厚として0
.1〜5μm程度のものが得られた。また、成長膜のX
線回折(Cu、にα線)によれば、第1実施例と同様に
Si基板およびサファイア基板上に単結晶のY2O,が
成長していることが示された。
なお、上記各実施例においては、成長材料としてyct
sを用いたが、Y F s 、Y B r 2などを用
いても単結晶のY2Osを成長させることができた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、Siやサファイアなどの単結晶半導体
あるいは絶縁体よりなる基板に、成長材料としてイツト
リウムのハロゲン化物を用い、化学気相成長により酸化
イツトリウムの単結晶薄膜を確実に形成させることがで
きる。その結果、安価なSi基板あるいはサファイア基
板上に、前記YzOsの単結晶薄膜を形成させた後、化
学気相成長によりセラミックス系酸化物などの超伝導体
薄膜を形成させることにより、安定した超伝導特性を有
する超伝導体が得られ、半導体装置とじて使用する場合
のコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本発明に係る酸化イツトリウムの気相成長
方法の第1実施例を示す図であり、第1図はその方法を
実現するCVD装置の模式第2図はそのサファイア基板
上の成長結晶のX線回折を示すグラフ、 第3図はそのSi基板上の成長結晶のX線回折を示すグ
ラフである。 1・・・・・・反応管、 2a、2b・・・・・・抵抗加熱炉、 3・・・・・・ソースチェンバ、 4・・・・・・ソースポート、 5・・・・・・基板支持台、 6・・・・・・成長基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  単結晶半導体あるいは絶縁体よりなる基板に、成長材
    料としてイットリウムのハロゲン化物を用いるとともに
    、 酸化剤としてO_2CO_2およびH_2Oから選ばれ
    た単独若しくは混合ガスを用い、 不活性ガスまたはH_2ガス若しくはこれらの混合ガス
    よりなる成長雰囲気中において、 化学気相成長により前記基板上に酸化イットリウムの膜
    を形成することを特徴とする酸化イットリウムの気相成
    長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117926221A (zh) * 2022-10-14 2024-04-26 中微半导体设备(上海)股份有限公司 形成耐腐蚀涂层的装置及形成耐腐蚀涂层的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS537514A (en) * 1976-07-10 1978-01-24 Mitsubishi Metal Corp Covered hard alloy product

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