JPS63300580A

JPS63300580A - 電子デバイス用基板

Info

Publication number: JPS63300580A
Application number: JP62137274A
Authority: JP
Inventors: Shogo Matsubara; 正吾松原; Yoichi Miyasaka; 洋一宮坂; Nobuaki Shohata; 伸明正畑
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-07
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JP2641865B2

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】（産業上の利用分野）本発明は半導体層と絶縁体層、及び超伝導体層とからな
る電子デバイス用基板に関するものである。

（従来の技術）Ｂａ−Ｙ−Ｃｕ−０系あるいは５ｒ−Ｌａ−Ｃｕ−０系
に代表される多層状ペロブスカイト構造を有する超伝導
体セラミックスは超伝導状態となる臨界温度Ｔｃが従来
用いられているＮｂ系合金のＴｃに比べて極めて高く、
特にＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系セラミツクスはＴｃが液体窒
素温度以上示す高温超伝導材料で工業的実用化材料とし
て注目されている。これら高温超伝導材料を電子デバイ
スへ応用する場合にはバルク並みのＴｃを有し、かつ特
性の信頼性を高めるために欠陥の少ない膜が必要である
。これらの要求を満たすには単結晶膜を作製することが
望ましい。単結晶膜を得る方法としては適当な単結晶基
板上へエピタキシャル成長させる方法があり、従来、ジ
ャパニーズジャーナルオプアプライトフイジクス（Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ）第２６巻４号Ｌ５２４〜Ｌ５２５頁
に約２０にのＴｃを有する（Ｌａ１−ｘＳｒｘ）２Ｃｕ
０４の単結晶膜を作製した報告がある。

また、転移温度が８０に〜９０Ｋを示す材料として、１
９８７年３月発行のフィジカル・レビューレターズ誌第
５８巻第９０８ページ〜第９１０ページ所載の論文にあ
るごとく、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０化合物が知られてはいる
が、薄膜化の公知例は未だない。

（発明が解決しようとする問題点）（Ｌａｌ−ｘＳｒｘ）２Ｃｕ０４膜は（１００）方位の
５ｒＴｉ０３単結晶基板上にエピタキシャル成長によっ
て形成されている。しかし、良質の５ｒＴｉ０３単結晶
基板を大口径かつ安価に製造することは極めて困難であ
り、５ｒＴｉ０３単結晶基板を用いるとデバイス作製コ
ストが高くなる問題がある。より安価で大面積の基板で
容易に入手できるものとして、シリコン基板がある。

シリコン基板上には、種々の電子デバイスが作成され実
用になっており、超伝導体が薄膜状で作成できれば、こ
れらのデバイスと共存させて使用でき実用上の価値は極
めて高い。しかしながら、衆知のように、シリコン基板
上に、酸化物の薄膜を作製すると、シリコン基板と酸化
物との熱膨張差により剥離してしまう、かつ、単結晶膜
としてシリコン上に成膜することが困難である等の問題
があった。

また、シリコン上に形成した半導体デバイス同志の配線
を超伝導材料によって行うことを考えると、シリコン基
板と、超伝導配線層との間の絶縁を行う必要があるが、
これまでその方法は明らかにされていなかった。

本発明者は特開５９−１７３５８においてシリコン単結
晶基板上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体膜上にペロブ
スカイト構造を有する誘電体層が形成された電子デバイ
ス用基板を報告しており、本発明ははそれをさらに発展
応用したものである。

本発明は上記従来技術の問題を解決するもので、多層状
ペロブスカイト型結晶構造を有する超伝導体薄膜を具備
する電子デバイス用基板を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）すなわち本発明はシリコン単結晶基板上に絶縁体膜が形
成され、該絶縁体膜上に一般式がＡ２ＢＯ４およびＡ３
Ｂ３Ｏ？−δで表わされ、Ａとして、Ｂａ、Ｓｒ及び希
土類元素の群から選ばれる一種以上の元素、ＢとしてＣ
ｕを含む多層状ペロブスカイト型結晶構造を有する化合
物層が形成されていることを特徴とする電子デバイス用
基板である。

（作用）シリコン単結晶基板上に形成する絶縁体単結晶膜として
、マグネシアスピネル（ＭｇＡ１□０３）、マグネシア
（ＭｇＯ）が考えられる。この場合、ＭｇＯは本出願人
が提案（特願昭５８−２２９０３３）ｔ、ているように
シリコン単結晶基板に直接成長するよりもシリコン基板
上に成長したＭｇＡ１゜０３を介して形成した方が良質
の単結晶膜が形成できる。従って絶縁体単結晶膜として
２層構造のものでも良い。また、本出願人はＳｉ基板上
に形成したＭｇＡｌ２Ｏ３エピタキシャル膜は成長後Ｍ
ｇＡｌ２Ｏ３膜を通してＳｉ基板を熱酸化し、ＭｇＡｌ
２Ｏ４／５ｉ０２／Ｓｉ構造にすることによってその結
晶性を改善できることをすでに提案（特願昭５６−１０
３９６７）　している。従って絶縁体単結晶膜としてＳ
ｉ単結晶基板上に非晶質５ｉ０２を介したような構造の
ものでも良い。

このように良質な結晶性を有する絶縁体単結晶膜上に一
般式がそれぞれＡ２ＢＯ４Ａ３Ｂ３Ｏ７−８で表わされ
る層状ペロブスカイト構造を有する高温超伝導体単結晶
膜をエピタキシャル成長することができる。これら異種
構造の材料がエピタキシャル成長する原因は明らかでは
ないが、結晶を構成するイオンの配置の周期性が類似し
ていることが考えられる。

前述の如く、本発明者は特開５９−１７３５８において
シリコン単結晶基板上に絶縁体膜が形成され、該絶縁体
膜上にペロブスカイト構造を有する誘電体層が形成され
た電子デバイス用基板をすでに報告している。しかしな
がら、同じペロブスカイト構造を有しても本発明におけ
るＡ２ＢＯ４，Ａ３Ｂ３ｏ７−δ型化合物のように構成
元素が異なり、特殊な規則構造を有する場合には、通常
同種の基板上に単結晶膜はほとんど得られないのが当業
者の常識である。

本発明者は前記化合物単結晶をマグネシアスピネルなど
の上に成長せしめることを初めて試み、これに成功し、
良好な結果を得た。

本発明においてＭｇＡｌ２Ｏ４，ＭｇＯ単結晶膜の膜厚
は１０００人程度程度く、かつ、基板として良質で大口
径のものが安価に入手できるＳｉを用いているために、
５ｒＴｉ０３単結晶基板を用いる場合に比べてデバイス
作製コストを低く抑えることができる。しかも、Ｓｉ基
板を用いていることから、熟成したＳｉ半導体集積回路
技術を用いることによって高い機能を超伝導デバイスに
持たせることができる。例えば、超伝導膜をソース電極
とドレイン電極に用いた電界効果型の超伝導トランジス
タや超伝導配線に上るＬＳＩの開発が可能となる等、本
発明の波及効果は甚大である。

（実施例１）面方位が（１００）のＳｉ単結晶基板上にマグネシアス
ピネルをエピタキシャル成長し、その上に（Ｌａｏ、９
７Ｓｒｏ、Ｏ３）２ｃｕ０４をスパッター法において形
成した。第１図（ａ）、（ｂ）は本実施の説明図で１は
（１００）Ｓｉ単結晶基板２は気相成長法で成長したＭ
ｇＡｌ２Ｏ３エピタキシャル膜である。３はスパッタ法
で作成した（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４の単結晶膜である
。ＭｇＡｌ２Ｏ４の気相成長は本出願人がすでに提案（
特願昭５７−１３６０５１）　している方法で成長した
。すなわち反応ガスとしてＭｇＣｌ２．ＡＩにＨＣＩガ
スを反応させて生成したＡｌＣｌ３．ＣＯ２，Ｎ２ガス
を用い、キャリアガスとしてＮ２ガスを用いた。ＭｇＡ
ｌ２Ｏ４の生成反応はＭｇＣｌ２　＋　２ＡＩＣ１３＋
　４ＣＯ２＋　４Ｈ２→ＭｇＡｌ２Ｏ４＋　４ＣＯ＋　
８ＨＣ１で表わされる。成長温度９５０°Ｃで成長し、
Ｘ線回折及び電子線回折で（１００）方位のＭｇＡｌ２
Ｏ４がエピタキシャル成長していることを確認した。

（Ｌａｏ９□Ｓｒｏ、Ｏ３）２ｃｕｏ４エピタキシヤル
膜は高周波マグネトロンスパッタリング法で作製した。

上記（Ｌａｏ、９□Ｓｒｏ、Ｏ３）ｚｃｕｏ４となるよ
うに、各酸化物ないし炭酸塩の形で混合し、更に酸化鋼
（Ｃｕｂ）を５モル％だけ過剰に含ませ９５０°Ｃで予
焼した粉末をターゲットに用い、Ａｒ−Ｏ２混合ガス中
で、基板温度７０００Ｃで行なった。ＭｇＡｌ２Ｏ４と
同様にＸ線回折と電子回折によって（００１）方位に配
向したエピタキシャル膜であることを確認した。また、
Ｌａの代わりに他の希土類元素を用いた場合でも同様に
多層状ペロブスカイト構造を有する膜が同様にエピタキ
シャル成長することを確認した。

（実施例２）（１００）Ｓｉ単結晶基板上にエピタキシャル成長した
ＭｇＡ１□０４膜を通してＳｉ基板を熱酸化し、ＭｇＡ
１□ｏ４膜とＳｉ基板の間に５ｉ０２を形成したあとで
ＭｇＡｌ２Ｏ４エピタキシャル膜上に（Ｌａ、５ｒ）２
Ｃｕ０４をエピタキシャル成長させた。

第２図は本実施例の工程図である。４はＳｉ基板、５　
！！ＭｇＡ１２０４−ｒ−ビ９−’ｒ　シャ）’ｖ膜、
６１．ｔｓｉ０２７１ｊ：（Ｌａ、５ｒ）２ｃｕｏ４の
エピタキシャル膜で（ａ）はＭｇＡｌ２Ｏ３のエピタキ
シャル成長工程（ｂ）は熱酸化による５ｉ０２　ｂの形
成（Ｃ）は（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４７のエピタキシャ
ル成長工程を示す。熱酸化の条件は１１００°Ｃでの水
蒸気酸化である。熱酸化によってＭｇＡｌ２Ｏ４の単結
晶性は損なわれなかった。むしろ、Ｘ線ロッキングカー
ブの半値幅は３Ｏ％はど減少し結晶性は改善された。

ＭｇＡｌ２Ｏ４及び（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４のエピタ
キシャル成長は実施例１と同様の方法によった。

（実施例３）実施例１において、（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４の代りに
（Ｙ、Ｂａ）３Ｃｕ０７膜をエピタキシャル成長した。

ＹとＢａの比が１：２となるものを成長した。成長は実
施例１と同様にマグネトロンスパッター法により行なっ
た。ターゲットはセラミックス粉末原料を用いた。また
、Ｙの代わりに希土類元素を用いた場合にも同様の結果
が得られた。

（実施例４）（１００）Ｓｉ単結晶基板上に膜厚８００人のＭｇＡｌ
２Ｏ４をエピタキシャル成長しその上にさらに膜厚０．
５１１ｍのＭｇＯをエピタキシャル成長したのち実施例
１と同様に膜厚２ｐｍの（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４をエ
ピタキシャル成長した。エピタキシャル温度は７００°
Ｃであった。第３図に本実施によって成るエピタキシャ
ル膜の構成を示す。８はＳｉ単結晶基板、９はＭｇＡ１
□０４エピタキシャル膜、１０はＭｇＯエピタキシャル
膜、１１は（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４エピタキシヤル膜
である。

以上のように本発明によって、層状ペロブスカイト構造
を有する膜を容易にシリコン単結晶基板上に形成するこ
とが可能となった。シリコン単結晶基板は大口径で良質
のものが低価格に入手できること、及び超伝導体機能素
子とシリコンＩＣとを一体化できるという利点を考えれ
ば本発明の工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明による基板の製造プロセスを示す図
。１．４，８・・・・・・Ｓｉ単結晶基板、２，５，９．
・・・−ＭｇＡ１□０４エピタキシャル膜、３，７．１
１・旧”（Ｌａ、５ｒ）２Ｃｕ０４エピタキシヤル膜、
６・・・・・・５ｉ０２．１０・・・・・・ＭｇＯエピ
タキシャル膜。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン単結晶基板上に絶縁体膜が形成され該絶
縁体膜上に一般式がＡ＿２ＢＯ＿４で表わされ、Ａとし
て、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ及び希土類元素の群から選らばれる
一種以上の元素、ＢとしてＣｕを含む多層状ペロブスカ
イト型結晶構造を有する化合物層が形成されていること
を特徴とする電子デバイス用基板。
（２）シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜がマ
グネシウムアルミネートスピネル（ＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４
）エピタキシャル膜である特許請求の範囲第１項記載の
電子デバイス用基板。
（３）シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜がマ
グネシウムアルミネートスピネル（ＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４
）エピタキシャル膜と、さらにその上に形成されるマグ
ネシア（ＭｇＯ）エピタキシャル膜である特許請求の範
囲第１項記載の電子デバイス用基板。
（４）シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜は該
シリコン基板表面に形成される二酸化シリコン（ＳｉＯ
＿２）層とこの上に形成される絶縁体エピタキシャル膜
とからなる特許請求の範囲第１項記載の電子デバイス用
基板。
（５）シリコン単結晶基板上に絶縁体膜が形成され該絶
縁体膜上に一般式がＡ＿３Ｂ＿３Ｏ＿７＿−＿δで表わ
され、Ａとして、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙと希土類元素の群から
選らばれる一種以上の元素、ＢとしてＣｕを含む層状ペ
ロブスカイト型結晶構造を有する化合物層が形成されて
いることを特徴とする電子デバイス用基板。
（６）シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜がマ
グネシウムアルミネートスピネル（ＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４
）エピタキシャル膜である特許請求の範囲第５項記載の
電子デバイス用基板。
（７）シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜がマ
グネシウムアルミネートスピネル（ＭｇＡｌ＿２Ｏ＿４
）エピタキシャル膜と、さらにその上に形成されるマグ
ネシア（ＭｇＯ）エピタキシャル膜である特許請求の範
囲第５項記載の電子デバイス用基板。
（８）シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜は該
シリコン基板表面に形成される二酸化シリコン（ＳｉＯ
＿２）層とこの上に形成される絶縁体エピタキシャル膜
とからなる特許請求の範囲第５項記載の電子デバイス用
基板。