JPH04230084A - 電子装置の製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化超伝導材料の第１
素子と半導体材料の第２素子との間で少なくとも界面を
有する、酸化超伝導材料と半導体材料とから成る電子装
置の製造方法に関するものである。

【０００２】本発明は、１または２以上の超伝導トラン
ジスタ、例えば電流注入トランジスタおよび／または電
界効果トランジスタを含む超伝導体装置を提供する。本
発明は半導体装置における無抵抗導体パターンの製造に
使用することもできる。９０Ｋ以上の転移温度Ｔｃ（こ
れよりも低いと超伝導挙動を示す）を有する酸化超伝導
材料は、例えば液体窒素の温度であるところの７７Ｋの
動作温度を有する装置に適している。

【０００３】

【従来の技術】欧州特許出願公開明細書ＥＰ−Ａ−３２
７４９３には、半導体材料、すなわち、ケイ素の層を担
持する基板上に酸化超伝導材料の層をエピタキシャル成
長させる方法についての記載がある。半導体と超伝導層
との直接接触が望ましいと述べられているが、両層間の
バッファとして作用する中間層が設けられている。これ
は次の理由により必要であることは明白である。すなわ
ち、十分に高い転移温度Ｔｃを有する酸化超伝導材料の
製造には、超伝導材料においてケイ素の拡散が起こるよ
うな高温（９００　℃まで）　を必要とするので、半導
体および超伝導材料が、企図する目的に対して不所望な
性質となってしまうためである。超伝導材料の境界層が
もはやそれ自身超伝導ではなくなっている場合、近接効
果により半導体材料において超伝導電流を生ぜしめるの
は特に困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸化
超伝導材料と半導体材料を互いに直接接触させ、ヘテロ
エピタキシャル遷移による場合のように両材料の結晶格
子を適合させる必要なく原子的な鋭い界面が得られる電
子装置の製造方法を提供することにある。酸化超伝導材
料はできる限り界面に近い適当な組成を維持することが
望まれ、この理由は、例えば超伝導材料へのケイ素の拡
散または超伝導材料からの酸素の脱出の形態で、半導体
材料との反応が起こらないようにする必要があるからで
ある。このため、本発明の目的は低温、好ましくは室温
で実施することのできる方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、この
目的は、明細書前文で述べたような方法において、互い
に接触しかつ双方の引力により互いに結合する、平滑で
平坦な活性結合面を第１および第２素子に設けることに
より界面を得ることにより達成される。文献では、この
自発的な結合技術に対し、ファン　　デル　　ワールス
結合、直接結合、光学的接触（ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｎ
ｔａｃｔ）　による結合および接触による絞り（ｗｒｉ
ｎｇｉｎｇ）などの種々の意味付けが用いられる。

【０００６】本発明の他の目的は、双方の引力により第
２本体と結合するのに適した、平滑で平坦な活性結合面
を有する酸化超伝導材料の製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】本発明の方法の好適例においては、平滑で
平坦な活性結合面を有する酸化超伝導材料の層を、酸化
超伝導材料をヘテロエピタキシャル成長させることによ
り製造する。

【０００８】酸化超伝導材料が次式、

【化２】 （式中のδは０．１　〜０．５　の値を有する）　から
成る特別な場合においては、チタン酸ストロンチウムＳ
ｒＴｉＯ３の基板の（０２３）面上に酸化超伝導材料を
ヘテロエピタキシャル成長させることにより好適なる結
果が得られる。

【０００９】本発明の他の方法においては、平滑で平坦
な活性結合面を有する酸化超伝導材料の層は多結晶材料
を研磨することにより製造される。

【００１０】酸化超伝導材料のこの層は、それ自体既知
の種々の方法で得ることができる。一般に、高温におけ
る処理は、特に酸素バランス、金属原子、明白には銅原
子の原子価に関し所望の組成を得るのに必要である。次
式、

【化３】 の酸化超伝導材料のこの層は、酸化雰囲気中にて金属タ
ーゲットのプレートを用いた直流マグネトロンスパッタ
リング堆積、次いで例えば８００　〜９００　℃の高温
アニールによる、エム・ガービッチらによるアプライド
　　フィジックス　　レターズ５１　　（１３）　１０
２７−１０２９　（１９８７）　に従い製造される。他
に多く用いられている方法には、蒸着、スパッタリング
、分子線エピタキシ、レーザ　　アブレーション（ｌａ
ｓｅｒ　ａｂｌａｔｉｏｎ）および化学蒸着がある。シ
ー・イー・ライスらによるアプライドフィジックス　　
レターズ　５２　　（２１）　１８２８−１８３０　（
１９８８）　には、Ｃａ−Ｓｒ−Ｂｉ−Ｃｕ　酸化物の
薄層をＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢｉおよびＣｕの真空蒸着
、次いで７２５　℃および８５０　℃における酸化工程
により製造する方法が開示されている。既知の多くの方
法、例えば上述の方法やセラミック法は、機械的強度の
さほど大きくない多結晶材料の生成をもたらす。かかる
材料をこれらが平滑で平坦となるような方法で研磨する
のは困難なことである。本発明の好適例においては、酸
化超伝導材料を水を排除したピッチ上で研磨する。水の
排除は、多くの酸化超伝導材料が吸湿性であり、また／
あるいは水により悪影響を受けるために必要なことであ
る。

【００１１】酸化超伝導材料をエピタキシャル成長させ
る方法はそれ自体既知であり、例えばピー・コードハリ
イらによるフィジカル　　レビュー　　レターズ　　５
８　（２５）　、２６８４−２６８６　（１９８７）　
に見られる。

【００１２】平滑で平坦な活性結合面を有する半導体の
製造方法および双方の引力により結合部を造る方法は、
欧州特許出願公開明細書ＥＰ−Ａ−２０９１７３に開示
されている。

【００１３】超伝導トランジスタ素子を（非酸化超伝導
材料から）製造することは欧州特許出願公開明細書ＥＰ
−Ａ−１４７４８２および同ＥＰ−Ａ−２５７４７４に
開示さている。

【００１４】

【実施例】実施例１図１ａはＳｒＴｉＯ３から成る基板
１０と、この上に設けられた次式、

【化４】 （式中のδは０．１　〜０．３　の値を有する）　の斜
方材料から成る層１１とを示す。超伝導材料はヘテロエ
ピタキシャル成長により製造し、この超伝導材料の（０
０１）面の格子定数は基板の（０２３）面の格子定数と
一致することが分かった。ヘテロエピタキシャル成長に
関する方法はピー・コールドハリイらによるフィジカル
レビュー　　レターズ　　５８　（２５）　、２６８４
−２６８６　（１９８７）　による上述の文献に記載さ
れている。他の方法はアルゴン圧０．４Ｐａ　下、チタ
ン酸ストロンチウム基板上でスパッタリングし、次いで
酸素中にて８５０　℃で３０分間アニールする方法であ
る。

【００１５】所望に応じて、超伝導材料の表面を、ピッ
チ上での研磨による以下で述べる実験例における方法に
従い、例えば３分間研磨することができる。ヘテロエピ
タキシャル成長した材料の平滑で平坦な面は、エチレン
グリコールにおけるソフト研磨により活性結合面とする
こともできる。かかる方法はジェー・ハイスマらによる
日本のジャーナル　　オブ　　アプライド　　フィジッ
クス　　２８　（８）、１４２６−１４４３　（１９８
９）　、特にこの１４３０頁に記載されている。

【００１６】超伝導材料における置換は、本発明の方法
の有効性に悪影響を及ぼすことなく既知の方法で行うこ
とができる。例えば、Ｙは完全にまたは一部希土類金属
イオンと置換することができ、ＢａはＳｒまたはＣａと
置換することができ、またＯは一部Ｆと置換することが
できる。また、本発明は他の酸化超伝導材料、例えばＣ
ａ−Ｓｒ−Ｂｉ−Ｃｕ酸化物を用いて適用することがで
き、ここでＢｉはＰｂ，　（Ｌａ，Ｓｒ）２ＣｕＯ４お
よびＴｌに加えＣａおよび／またはＢａをも含む銅塩酸
（ｃｕｐｒａｔｅｓ）と一部置換することができる。基
板材料の結晶の格子定数および切断は、問題とする超伝
導材料の格子定数に適合させなければならない。

【００１７】約０．２　μｍ　の幅、層の厚さと等しい
深さ、例えば２μｍ　の深さを有する溝１２を超伝導層
１１に形成する。この溝は集中イオンビームを用いるこ
とにより造った。あるいはまた、エレクトロンリソグラ
フィ法をこの目的のために使用することができる。

【００１８】双方の引力により、超伝導層１１は、自然
の酸化物層が好ましくは存在しない表面を有するケイ素
本体１３と結合する　（図１ｂ参照）。半導体材料の本
体の好適な製造方法は、欧州特許出願公開明細書ＥＰ−
Ａ−２０９１７３に開示されている。半導体本体の表面
には、ドーピングされたかまたはドーピングされていな
い構造体を既知の方法で設けることができる。

【００１９】半導体材料１３において開口１４をエッチ
ングし、製造すべき電界効果トランジスタにおいて電気
を伝える厚さ０．１　μｍ　を有するケイ素の薄層が、
溝１２の場所で残るようにする。エッチング操作は、Ｋ
ＯＨを使用するそれ自体既知の方法で行い、エッチング
は好ましくは（１１１）面に沿って行う（図１ｃ参照）
。溝の下では、他の箇所に比べエッチング操作を早目に
停止する。

【００２０】電極を開口１４に設け（図１ｄ参照）、電
極１５および１６は、形成される電界効果トランジスタ
のソース領域およびドレイン領域と夫々接触せしめる。 電極１７はゲートであり、これによって電流を下層の薄
いケイ素の層を介して送ることができる。接点は、例え
ば厚さ０．１　μｍ　を有する銀の層および厚さ０．３
　μｍ　を有する金の層を真空蒸着またはスパッタリン
グし、次いで酸素中にて４５０　℃で１時間アニールす
ることにより製造することができる。

【００２１】実験例２Ｙ２０３，　ＢａＯ　およびＣｕ
Ｏ　粉末を化学量論比でイソプロパノール中にて十分に
混合し、次いで８５０　℃で５０時間アニールした。し
かる後、粉末をメノウ　（ａｇａｔｅ）ボールミル内に
おいて２時間粉砕した。平均粒径は２．６　μｍ　であ
った。この粒径をふるい分けして１００　μｍ　を超え
る凝集体を取り除いた。低圧で圧縮成形した後、当該材
料を酸素中にて次工程、 −　２５０　Ｋ／ｈの速度で９５０　℃まで加熱、−　
９５０　℃で２時間、 −　１００　Ｋ／ｈの速度で４００　℃まで冷却、−　
４００　℃で６時間 −　１００　Ｋ／ｈの速度で室温まで冷却により焼結を
行った。

【００２２】このようにして得られた材料は理論値の９
０〜９２％の密度を有しており、この値は、双方の引力
により満足な結合を得るのに十分でありかつ少なくとも
必要な値である。この材料は、格子定数ａ＝０．３８２
　ｎｍ、ｂ＝０．３８８　ｎｍおよびｃ＝１．１６９　
ｎｍの斜方構造を有する単一相である。この材料の列理
構造は平均寸法２×１０×１０μｍ　のプレートから成
る。酸素量は式単位　（ｆｏｒｍｕｌａ　ｕｎｉｔ）（
δ＝０．１）あたり６．９　原子である。転移温度Ｔｃ
は９０Ｋ　である。

【００２３】製造された本体はセメントによりアルミニ
ウムプレートに付着せしめ、しかる後超伝導材料の表面
をエチレングリコール中の炭化ケイ素の粒子で研削し、
これにより平坦な艶消面を得た。次いで、この表面を、
エチレングリコール中の平均粒径０．３　μｍ　の酸化
アルミニウム粉末を用いて研磨した。エチレングリコー
ルと酸化アルミニウムの混合物は２０℃において１９．
９　ｍＰ　ａ．ｓ　の粘度を有した。研磨操作を行う基
板はピッチから成っており、研磨ディスクの回転速度は
１００　回／分であり、また研磨圧は１００　行われ５
００　ｇ／ｃｍ２　であった。研磨を２０分間行った後
に得られた表面は１μｍ　よりも小さい偏差の平坦さを
有し、また０．０１μｍ　未満の荒さ（ｒｏｕｇｈｎｅ
ｓｓ）　を示した。

【００２４】ピッチの代わりに研磨布を用いると、平滑
さ、平坦さおよび結合活性が、双方の引力による結合を
もたらすのには不十分な面が得られる点は注目すべきこ
とである。

【００２５】図２ａは、製造された超伝導材料の本体２
１を示しており、約０．２　μｍ　の幅および約２μｍ
　の深さを有する溝２２が上記本体に形成されている。

【００２６】単結晶ケイ素の光学的に平滑なディスクを
研磨し、次の処理： −硫酸、過酸化水素および水の１：１：１の混合物中に
て１１０　℃で２０分間すすぎ、 −フッ化水素の１％水溶液中に２０秒間浸漬し、−１０
０　％硝酸中に２０分間すすぎ、−フッ化水素の１％水
溶液中に２０秒間浸漬し、−アンモニア、過酸化水素お
よび水の１：１：１の混合物中に９０℃で２０分間すす
ぎ、 −平均粒径７５〜１００　ｎｍの酸化ケイ素粉末と水酸
化ナトリウム水溶液との懸濁液で２０秒間研磨し、−硝
酸の６５％水溶液中で２０分間すすぐことにより酸化ケ
イ素の極めて薄い不可避的な層を設けた。

【００２７】上記工程の各々の間に、きれいな水による
すすぎ操作を２０分間行った。ケイ素表面の他の製造工
程は、エー・イシザカらによるジャーナルオブ　　ザ　
　エレクトロケミカル　　ソサエティ　１３３　（４）
，　６６０−６７１　（１９８６）に記載されている。 化学的酸化物層は０．５　〜０．８　ｎｍの厚さを有す
る。ケイ素上の自然な酸化物層は厚さ１．５　〜４．０
　ｎｍを有し、これは近接効果による超電流の発生を妨
げる。

【００２８】次いで、超伝導材料の本体２１とケイ素デ
ィスク２３とを互いに対向させて配置し、双方の引力に
より互いに結合せしめた（図２ｂ参照）。多結晶超伝導
材料は、溝２２の深さよりも薄い厚さとなるまで研削す
ることにより薄くした（図２ｃ参照）。

【００２９】以下の工程は上述の実験例の工程に対応す
るものである。開口２４を半導体材料２３においてエッ
チングし、０．１　μｍ　の厚さを有するケイ素の薄層
が溝２２の箇所で残存し、この薄層により電気を伝える
領域が形成されるようにする（図２ｄ参照）。電極２５
および２６を開口内に設け、これら電極は夫々ソース領
域とドレイン領域とに接触せしめる。電極２７はゲート
であり、これにより、電気を伝える層を介して電流を送
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例製造方法の複数工程を示す断面図
である。

【図２】本発明の他の一例製造方法の複数工程を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０　　基板 １１　　超伝導層 １２，　２２　　溝 １３　　ケイ素本体　（半導体材料）　１４，　２４　
　開口 １５，　１６，　１７，　２５，　２６，　２７　　電
極２１　　超伝導材料の本体 ２３　　ケイ素ディスク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸化超伝導材料の第１素子と半導体材
   料の第２素子との間で少なくとも界面を有する、酸化超
   伝導材料と半導体材料とから成る電子装置の製造方法に
   おいて、互いに接触しかつ双方の引力により互いに結合
   する、平滑で平坦な活性結合面を第１および第２素子に
   設けることにより上記界面を得ることを特徴とする電子
   装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　平滑で平坦な活性結合面を有する酸化
   超伝導材料の層を、酸化超伝導材料をヘテロエピタキシ
   ャル成長させることにより製造する請求項１記載の製造
   方法。
3. 【請求項３】　　酸化超伝導材料が次式、【化１】 （式中δは０．１　〜０．５　の値を有する）　から成
   り、この酸化超伝導材料をチタン酸ストロンチウムＳｒ
   ＴｉＯ３の基板の（０２３）面上にヘテロエピタキシャ
   ル成長させる請求項２記載の製造方法。
4. 【請求項４】　　平滑で平坦な活性結合面を有する酸化
   超伝導材料の層を研磨することにより多結晶材料から製
   造する請求項１記載の製造方法。
5. 【請求項５】　　酸化超伝導材料を水を排除してピッチ
   上で研磨する請求項４記載の製造方法。