DE4104592A1 - Epitaxial deposition of high temp. ceramic superconductor on silicon@ - using an intermediate layer of which the first part is deposited by sputtering in an oxygen-free high pressure ambient - Google Patents

Epitaxial deposition of high temp. ceramic superconductor on silicon@ - using an intermediate layer of which the first part is deposited by sputtering in an oxygen-free high pressure ambient

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Abstract

Epitaxial deposition of a ceramic superconducting material (22) on a single crystalline Si surface (5) is carried out via an intermediate layer (4a, 4b) of an oxide which has a lattice constant close to that of Si and that of the superconductor. The improvement is that the first stage (4a) of deposition of the intermediate layer consists of sputtering some atomic layers, pref. a thickness of 5-50 microns esp. 10-25 micron, in an oxygen-free ambient at a sputtergas pressure of at least 0.5 mbar, pref. at least 1 mbar. The sputtergas used is pref. at least a single noble gas. During the deposition of the intermediate layer the substrate is pref. heated. The intermediate layer is pref. one of the following: SrTiO3, BaTiO3, LaAlO3, NdAlO3, NdGaO3, MgO, MgAl2O4 or Y-stabilised ZrO2. The sputter equipment is pref. an RF-magnetron. USE/ADVANTAGE - The deposition of the first layer prevents growth of an amorphous oxide layer on the Si which prevents epitaxial deposition. The high pressure of sputtergas atoms causes thermalisation of the O-ions from the oxide target, reducing the rate of oxide growth. Afterwards normal sputter conditions can be set up. The method is used in the integration of superconductor layers with Si ICs's

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu einer epitakti­ schen Herstellung einer Schicht aus einem Hochtemperatursupra­ leiter-Material auf einer epitaxiefähigen Oberfläche eines Silizium zumindest enthaltenden Substrates, bei welchem Verfah­ ren auf dem Substrat zunächst mittels eines RF-Sputterprozesses epitaktisch eine Zwischenschicht aus einem oxidischen Material, dessen Gitterkonstante sowohl an die des Substratmaterials als auch an die des Hochtemperatursupraleiter-Materials angepaßt ist, ausgebildet wird und dann auf dieser Zwischenschicht das Hochtemperatursupraleiter-Material abgeschieden wird. Ein der­ artiges Verfahren ist aus "Appl. Phys. Lett.", Vol. 53, No. 20, 14. 11. 1988, Seiten 1967 bis 1969 bekannt.The invention relates to a method for an epitakti production of a layer from a high-temperature super conductor material on an epitaxial surface of a Silicon at least containing substrate, in which process Ren on the substrate first by means of an RF sputtering process epitaxially an intermediate layer made of an oxidic material, the lattice constant of both that of the substrate material and also adapted to that of the high-temperature superconductor material is formed and then on this intermediate layer High temperature superconductor material is deposited. One of the The like process is from "Appl. Phys. Lett.", Vol. 53, No. 20, November 14, 1988, pages 1967 to 1969.

Supraleitende Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperatu­ ren Tc von insbesondere über 77 K, die deshalb mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden können, sind seit einigen Jahren all­ gemein bekannt. Entsprechende Hochtemperatursupraleiter-Mate­ rialien - nachfolgend als "HTSL-Materialien" bezeichnet - ba­ sieren beispielsweise auf einem mindestens vierkomponentigen Stoffsystem des Typs Mel-Me2-Cu-O, wobei die Komponenten Mel ein Seltenes Erdmetall und Me2 ein Erdalkalimetall zumindest enthalten. Hauptvertreter dieser Gruppe ist das Stoffsystem Y-Ba-Cu-O. Daneben weisen auch Phasen von fünfkomponentigen Cupraten wie z. B. des Stoffsystems Bi-Sr-Ca-Cu-O oder T1-Ba-Ca-Cu-O Sprungtemperaturen Tc über 77 K auf.Superconducting metal oxide compounds with high jump temperatures T c of in particular above 77 K, which can therefore be cooled with liquid nitrogen, have been generally known for some years. Corresponding high-temperature superconductor materials - hereinafter referred to as "HTSL materials" - are based, for example, on an at least four-component system of the Mel-Me2-Cu-O type, the components Mel at least containing a rare earth metal and Me2 an alkaline earth metal. The main representative of this group is the Y-Ba-Cu-O material system. In addition, phases of five-component cuprates such as. B. the material system Bi-Sr-Ca-Cu-O or T1-Ba-Ca-Cu-O transition temperatures T c above 77 K.

Zur Realisierung neuartiger elektronischer Bauelemente, bei de­ nen die HTSL-Technologie mit der Silizium (Si)-Technologie ver­ knüpft ist, muß man hochwertige HTSL-Filme auf einkristallinen Si-Substraten ausbilden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß aus physikalisch-chemischen Gründen eine direkte Abscheidung von HTSL-Filmen auf Si nur zu unbefriedigenden Ergebnissen führt. Dies hat insbesondere seine Ursache darin, daß bei den üblichen Temperaturen zur Ausbildung hochwertiger HTSL-Filme eine Diffusion von Si in das HTSL-Material auftritt, die eine Verschlechterung der Kristallperfektion des HTSL-Films und damit der supraleitenden Kenndaten wie Sprungtemperatur Tc und kritische Stromdichte Jc zur Folge hat.In order to implement new types of electronic components, in which HTSL technology is linked to silicon (Si) technology, high-quality HTSL films must be able to be formed on single-crystalline Si substrates. However, it has been shown that for physico-chemical reasons, direct deposition of HTSL films on Si only leads to unsatisfactory results. This is particularly due to the fact that at the usual temperatures for the formation of high-quality HTSL films, a diffusion of Si into the HTSL material occurs, which worsens the crystal perfection of the HTSL film and thus the superconducting characteristic data such as transition temperature T c and critical current density J c results .

Zur Umgehung dieses Diffusionsproblems ist es bekannt (vgl. z. B. "Appl. Phys. Lett.", Vol. 54, No. 8, 20. 2. 1989, Seiten 754 bis 756), zwischen der Oberfläche des Si-Substrates und der HTSL-Schicht eine spezielle Zwischenschicht, eine sogenannte "bufferlayer" vorzusehen. Eine solche Zwischenschicht muß einer­ seits die Struktur des einkristallinen Si-Substrates auf die im nächsten Verfahrensschritt abzuscheidende HTSL-Schicht übertra­ gen können, d. h. eine Epitaxie ermöglichen, und andererseits diffusionsverhindernd wirken. Dies bedeutet, daß schon die Zwi­ schenschicht epitaktisch auf das Si aufwachsen muß und deshalb bezüglich ihrer Gitterkonstante sowohl an die des Si-Materials als auch an die des HTSL-Materials zumindest weitgehend ange­ paßt sein muß. Als Materialien für entsprechende Zwischen­ schichten kommen praktisch nur Oxide wie z. B. SrTiO3 oder Y- stabilisiertes ZrO2 in Frage. Will man nun diese oxidischen Materialien mittels eines RF-Sputterprozesses auf ein Si-Sub­ strat epitaktisch abscheiden, so tritt das Problem auf, daß aufgrund der großen Affinität des Si zum Sauerstoff sich be­ reits beim Prozeß des Aufbringens der Zwischenschicht eine amorphe Siliziumoxid-Schicht auf dem Si-Substrat ausbildet, die den weiteren Epitaxievorgang behindert, gegebenenfalls völlig unterbindet. Es wurde nämlich erkannt, daß die Ursache hierfür negative Sauerstoffionen sind, die durch den Sputterprozeß intrinsisch am Sputtertarget aus dem oxidischen Material der Zwischenschicht entstehen. Diese Ionen bewirken aufgrund ihrer hohen Energie die Bildung der amorphen Si-Oxidschicht. Bei dem aus "Appl. Phys. Lett.", Vol. 53, No. 20, 14. 11. 1988, Seiten 1967 bis 1969 zu entnehmenden Verfahren wird deshalb vor dem Aufsputtern einer Zwischenschicht aus z. B. SrTiO3 auf das Si- Substrat zunächst mittels eines CVD-Prozesses eine dünne MgAl2O4-Filmschicht aufgebracht. Ein solches Verfahren ist jedoch wegen der zwei verschiedenen Prozesse zur Ausbildung einer Zwischenschicht verhältnismäßig aufwendig.To circumvent this diffusion problem, it is known (cf., for example, "Appl. Phys. Lett.", Vol. 54, No. 8, February 20, 1989, pages 754 to 756), between the surface of the Si substrate and the HTSL layer to provide a special intermediate layer, a so-called "buffer layer". Such an intermediate layer must on the one hand be able to transfer the structure of the single-crystalline Si substrate to the HTSL layer to be deposited in the next process step, ie enable epitaxy, and on the other hand act to prevent diffusion. This means that the interlayer must already grow epitaxially on the Si and therefore must be at least largely matched in terms of its lattice constant to both that of the Si material and to that of the HTSL material. As materials for appropriate intermediate layers come only oxides such. B. SrTiO 3 or Y-stabilized ZrO 2 in question. If one now wants to epitaxially deposit these oxidic materials by means of an RF sputtering process on a Si substrate, the problem arises that due to the great affinity of Si for oxygen, an amorphous silicon oxide layer is already present during the process of applying the intermediate layer forms the Si substrate, which hinders the further epitaxial process, possibly completely prevents it. It has been recognized that the cause of this is negative oxygen ions which arise intrinsically on the sputtering target from the oxidic material of the intermediate layer on the sputtering target. Due to their high energy, these ions cause the formation of the amorphous Si oxide layer. In the case of "Appl. Phys. Lett.", Vol. 53, No. 20, November 14, 1988, pages 1967 to 1969, the method to be removed is therefore before sputtering an intermediate layer of z. B. SrTiO 3 is first applied to the Si substrate by means of a CVD process, a thin MgAl 2 O 4 film layer. However, because of the two different processes for forming an intermediate layer, such a method is relatively complex.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß sich allein mit dem RF-Sputterprozeß auf einem Substrat, das Si zumindest enthält, epitaktisch eine oxidische Zwischen­ schicht als "bufferlayer" ausbilden läßt. Dabei soll die Gefahr einer Bildung einer amorphen Si-Oxidschicht zumindest weitge­ hend ausgeschlossen sein.The object of the present invention is to use the method to design the characteristics mentioned at the beginning, that only with the RF sputtering process on a substrate, which Si at least contains, epitaxially an oxidic intermediate layer can be formed as a "buffer layer". This is supposed to be the danger formation of an amorphous Si oxide layer at least widely be excluded.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu Beginn des Sputterprozesses zur Ausbildung der Zwischenschicht unter Verwendung eines sauerstofffreien Sputtergases einige Atomlagen der Zwischenschicht bei einem Druck von mindestens 0,5 mbar aufgebracht werden.This object is achieved in that Beginning of the sputtering process to form the intermediate layer some using an oxygen-free sputtering gas Atomic layers of the intermediate layer at a pressure of at least 0.5 mbar can be applied.

Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens verbundenen Vortei­ le sind insbesondere darin zu sehen, daß sich durch die erfin­ dungsgemäße Prozeßführung der Sputterabscheidung die unerwünsch­ te Bildung der amorphen Si-Oxidschicht weitgehend vermeiden läßt. Wegen der Verwendung eines sauerstofffreien Sputtergases bei verhältnismäßig hohem Druck wird nämlich die Zahl der Stöße der Teilchen im Sputtergas erhöht und damit die Energie intrin­ sisch beim Sputtern von oxidischen Targets auftretender Sauer­ stoffteilchen soweit herabgesetzt (thermalisiert), daß die oxi­ dierende Wirkung dieser Sauerstoffteilchen auf die Si-Oberflä­ che minimiert wird. Erst nach dieser "Ansputterphase" werden dann die jeweiligen, zu einem optimalen Wachstum der oxidischen Zwischenschicht notwendigen Sputterparameter eingestellt. Diese Sputterparameter sind allgemein bekannt.The advantage associated with this design of the process le can be seen in particular in that the inventions Process management of sputter separation according to the invention is undesirable Avoid the formation of the amorphous Si oxide layer to a large extent leaves. Because of the use of an oxygen-free sputter gas at relatively high pressure, the number of impacts the particles in the sputtering gas increase and thus the energy intrinsically acidic when sputtering oxidic targets material particles reduced (thermalized) to such an extent that the oxi  effect of these oxygen particles on the Si surface che is minimized. Only after this "sputtering phase" then the respective, to optimal growth of the oxidic Intermediate layer set necessary sputtering parameters. These Sputtering parameters are generally known.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous embodiments of the method according to the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispie­ les noch weiter erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genom­ men wird. Dabei zeigt Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In Fig. 2 ist der Aufbau eines mit dem Verfahren auf einem Si-Substrat hergestellten HTSL- Films schematisch veranschaulicht.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, reference being made to the drawing. Here, FIG. 1 schematically shows an apparatus for performing the method. In FIG. 2, the structure of a produced by the process on a Si substrate HTS film is illustrated schematically.

Die in Fig. 1 nur teilweise als Schnitt ausgeführte, allgemein mit 2 bezeichnete Anlage zu einer Herstellung mindestens einer Schicht aus einem der bekannten HTSL-Materialien enthält wenig­ stens eine evakuierbare Abscheidekammer 3. In dieser auf Erdpo­ tential gelegten Abscheidekammer soll zumindest eine Zwischen­ schicht 4 epitaktisch auf einem Substrat 5 mittels Hochfrequenz- Kathodenzerstäubung ("RF-Sputtern") zu erzeugen sein. Als Sput­ terquelle 6 kann hierzu ein RF-Magnetron oder eine andere RF- Sputterquelle dienen. Das für das Ausführungsbeispiel angenom­ mene RF-Magnetron mit konzentrischen Elektroden ist durch eine verschließbare Öffnung 7 in den Innenraum 8 der Kammer 3 so eingebracht, daß die Ebene seiner Oberflächen mit der Ebene der Oberfläche des Substrates 5 einen vorbestimmten Winkel α ein­ schließen oder parallel zueinander liegen. Der Winkel α hat im allgemeinen einen Wert zwischen 0 und 90° (vgl. z. B. EP-A 03 43 649). Im Bereich der Elektroden der Sputterquelle 6 be­ findet sich ein Target 10 aus einem vorbestimmten Material der Zwischenschicht. Das an diesem Target ausgebildete Plasma mit dem Targetmaterial ist mit 11 bezeichnet. Als Targetmaterialien kommen vorzugsweise solche oxidischen Materialien in Frage, deren Gitterkonstante sowohl an die des zu beschichtenden Sub­ stratmaterials als auch an die des aufzubringenden HTSL-Mate­ rials zumindest weitgehend angepaßt sind. Beispiele für ent­ sprechende Targetmaterialien sind SrTiO3, BaTiO3, LaAlO3, NdAlO3, NdGaO3, MgO, MgAl2O4 oder Y-stabilisiertes ZrO2. Das Substrat 5, auf dem das Targetmaterial epitaktisch als Zwi­ schenschicht 4 aufwachsen soll, befindet sich auf einem dreh­ baren Substrathalter 13. Dieser Substrathalter läßt sich von seiner Unterseite her mittels einer Heizvorrichtung 14 auf eine vorbestimmte Abscheidetemperatur aufheizen. Das Substrat be­ steht vorzugsweise aus reinem Silizium (Si), dotiertem Si oder einer Si-Verbindung und weist eine epitaxiefähige Oberfläche auf. Insbesondere kann ein einkristallines Si-Substrat, z. B. als Wafer, mit einer (100)-Kristallorientierung seiner Oberflä­ che vorgesehen werden. Die Oberfläche eines solchen handels­ üblichen Si-Wavers ist jedoch im allgemeinen durch eine dünne Oxidschicht mit amorpher Struktur bedeckt. Wenn eine epitakti­ sche Abscheidung eines Dünnfilms auf Si vorgenommen werden soll, muß deshalb zunächst diese amorphe Schicht entfernt werden, ohne daß die eigentliche Oberflächenstruktur des Si beeinträchtigt wird. Eine Möglichkeit der Substratreinigung stellt ein sogenanntes "Spin Etching" in Flußsäure dar. Da­ neben läßt sich auch ein Ionen- oder Neutralteilchenätzen vor­ sehen (vgl. "J. Appl. Phys.", Vol. 66, No. 1, 1. 7. 1989, Seiten 419 bis 424). Hierzu kann insbesondere eine in der Figur nicht dargestellte, in die Abscheidekammer 3 einsetzbare "Fast-Atom- Beam"-Quelle vorgesehen werden, die einen Strahl vorwiegend neutraler Argon(Ar)-Atome mit einer Energie bis zu 2,5 keV und einem Stromdichteäquivalent bis zu 100 µA/cm2 liefert.The plant, which is only partially shown as a section in FIG. 1 and is generally designated 2 , for producing at least one layer from one of the known HTSL materials contains at least an evacuable deposition chamber 3 . In this deposition chamber, which is at ground potential, at least one intermediate layer 4 is to be able to be generated epitaxially on a substrate 5 by means of high-frequency cathode sputtering (“RF sputtering”). An RF magnetron or another RF sputtering source can serve as sputtering source 6 for this purpose. The RF magnetron adopted for the exemplary embodiment with concentric electrodes is introduced through a closable opening 7 into the interior 8 of the chamber 3 so that the plane of its surfaces with the plane of the surface of the substrate 5 include a predetermined angle α or parallel to one another lie. The angle α generally has a value between 0 and 90 ° (see, for example, EP-A 03 43 649). In the area of the electrodes of the sputtering source 6 there is a target 10 made of a predetermined material of the intermediate layer. The plasma formed on this target with the target material is designated by 11 . As target materials, preference is given to those oxidic materials whose lattice constants are at least largely adapted both to that of the substrate material to be coated and to that of the HTSL material to be applied. Examples of corresponding target materials are SrTiO 3 , BaTiO 3 , LaAlO 3 , NdAlO 3 , NdGaO 3 , MgO, MgAl 2 O 4 or Y-stabilized ZrO 2 . The substrate 5 , on which the target material is to grow epitaxially as an intermediate layer 4 , is located on a rotatable substrate holder 13 . This substrate holder can be heated from its underside by means of a heating device 14 to a predetermined deposition temperature. The substrate preferably consists of pure silicon (Si), doped Si or an Si compound and has an epitaxial surface. In particular, a single crystal Si substrate, e.g. B. as a wafer, with a (100) crystal orientation of its surface. However, the surface of such a commercially available Si-Waver is generally covered by a thin oxide layer with an amorphous structure. If an epitaxial deposition of a thin film on Si is to be carried out, this amorphous layer must therefore first be removed without the actual surface structure of the Si being impaired. One possibility of substrate cleaning is a so-called "spin etching" in hydrofluoric acid. In addition to this, ion or neutral particle etching can also be provided (cf. "J. Appl. Phys.", Vol. 66, No. 1, 1. 7 1989, pages 419 to 424). For this purpose, in particular a “fast atom beam” source, which is not shown in the figure and can be inserted into the deposition chamber 3, can be provided which emits a beam of predominantly neutral argon (Ar) atoms with an energy of up to 2.5 keV and a current density equivalent delivers up to 100 µA / cm 2 .

Ein weiteres Problem bei der Herstellung epitaktischer Oxid- Dünnfilme auf Si stellt die chemische Reaktivität des Si gegen­ über Sauerstoff (O2) dar. Bei dem erfindungsgemäßen Abscheide­ verfahren ist dafür Sorge getragen, daß nicht schon während der Abscheidung der ersten Atomlagen der Zwischenschicht eine amor­ phe, auch als "Interface" (vgl. "Mat. Sci. Rep.", Vol. 1, 1986, Seiten 65 bis 160) bezeichnete Reaktionsschicht entsteht, die eine weitere Strukturübermittlung verhindert. Um der uner­ wünschten Oxidation der Si-Oberfläche vorzubeugen, ist deshalb erfindungsgemäß während des Beginns des Aufsputterns des Zwi­ schenschichtmaterials, d. h. während der "Ansputterphase", in dem mittels einer Turbomolekularpumpe 16 mit zugeordneter Vorvakuumpumpe 17 auf unter 10-8 mbar evakuierten Innenraum 8 der Abscheidekammer 3 ein verhältnismäßig hoher Druck p eines Sputtergases eingestellt. Als Sputtergas kommt insbesondere Ar oder ein anderes Edelgas oder ein Gemisch aus Edelgasen in Frage. Es darf dabei keinen Sauerstoff-Anteil aufweisen. Der Druck p dieses Sputtergases soll mindestens 0,5 mbar, vorzugs­ weise mindestens 1 mbar betragen. Dieses Sputtergas wird über eine Gasleitung 19 in den Innenraum 8 eingeleitet. Bei diesen Druckbedingungen werden nun auf das mit der Heizvorrichtung 14 auf einige 100°C, beispielsweise auf etwa 700°C erhitzte Sub­ strat 5 einige Atomlagen des Zwischenschichtmaterials aufge­ sputtert. So wächst z. B. NdAlO3 erst oberhalb von 700°C kri­ stallin auf. Vorteilhaft werden mindestens 5 und höchstens 100 Atomlagen, vorzugsweise mindestens 10 und höchstens 25 Atomla­ gen abgeschieden, wobei die konkrete Zahl etwas von dem jeweils gewählten Material abhängt. Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Querschnitt durch den Aufbau der Zwischenschicht 4 ergibt sich so ein der Substratoberfläche 5a zugewandter Schichtbereich 4a mit einer entsprechenden, von dem jeweils gewählten Material etwas abhängigen Dicke d1, die im allgemeinen zwischen etwa 0,5 und 10 nm, vorzugsweise zwischen etwa 1 bis 5 nm liegt. Nach der Ausbildung dieses Schichtbereichs 4a können nun die zu einem optimalen epitaktischen Wachstum der Zwischenschicht notwendigen, an sich bekannten Sputterparameter eingestellt werden (vgl. z. B. "Appl. Phys. Lett".; Vol 57, No. 19, 5. 11. 90 Seiten 2019 bis 2021). Hierzu läßt sich über eine weitere Gasleitung 20 auch O2 dem Sputtergas insbesondere zu einer Förderung des gewünschten Kristallwachstums des oxidi­ schen Zwischenschichtmaterials zumischen. Der Gasdruck des Ar/O2-Sputtergases liegt dabei im allgemeinen deutlich, d. h. um mindestens eine Größenordnung unter dem Druck p während der Ansputterphase. So kann z. B. der Druck auf einen üblichen Wert zwischen 5·10-3 und 1·10-2 mbar zurückgenommen sein, wobei der O2-Partialdruck beispielsweise bei etwa 5·10-4 mbar liegen kann. Der so epitaktisch gewachsene weitere Schichtbereich 4b der Zwischenschicht 4 hat eine Dicke d2, die im allgemeinen zwischen 0,02 und 1 µm liegt.Another problem in the production of epitaxial oxide thin films on Si is the chemical reactivity of Si with respect to oxygen (O 2 ). In the deposition process according to the invention, care is taken to ensure that an amor is not produced during the deposition of the first atomic layers of the intermediate layer phe, also referred to as an "interface" (cf. "Mat. Sci. Rep.", Vol. 1, 1986, pages 65 to 160), which prevents further structural transmission. In order to prevent the undesired oxidation of the Si surface, therefore, according to the invention, during the beginning of the sputtering of the intermediate layer material, ie during the "sputtering phase", in which by means of a turbomolecular pump 16 with an associated fore-vacuum pump 17, the interior 8 evacuated to below 10 -8 mbar Separation chamber 3 set a relatively high pressure p of a sputter gas. Ar or another noble gas or a mixture of noble gases is particularly suitable as the sputtering gas. It must not contain any oxygen. The pressure p of this sputtering gas should be at least 0.5 mbar, preferably at least 1 mbar. This sputtering gas is introduced into the interior 8 via a gas line 19 . Under these pressure conditions, some atomic layers of the interlayer material are now sputtered onto the substrate 5 heated to a few 100 ° C., for example to approximately 700 ° C., with the heating device 14 . So z. B. NdAlO 3 only above 700 ° C kri stallin. Advantageously, at least 5 and at most 100 atomic layers, preferably at least 10 and at most 25 atomic layers, are deposited, the specific number being somewhat dependent on the material selected in each case. According to the example shown in FIG. 2, cross-section through the structure of the intermediate layer 4, as a the substrate surface 5 results in a facing layer region 4a to a corresponding, on the particular material chosen somewhat dependent thickness d 1, which is generally between about 0.5 and 10 nm, preferably between about 1 to 5 nm. After this layer region 4 a has been formed, the known per se sputter parameters necessary for optimal epitaxial growth of the intermediate layer can now be set (cf., for example, "Appl. Phys. Lett"; Vol 57, No. 19, 5. 11. 90 pages 2019 to 2021). For this purpose, O 2 can also be mixed with the sputter gas via a further gas line 20 , in particular to promote the desired crystal growth of the oxidic interlayer material. The gas pressure of the Ar / O 2 sputtering gas is generally clear, ie at least one order of magnitude below the pressure p during the sputtering phase. So z. B. the pressure can be reduced to a usual value between 5 · 10 -3 and 1 · 10 -2 mbar, whereby the O 2 partial pressure can be, for example, about 5 · 10 -4 mbar. The thus epitaxially grown further layer portion 4b of the intermediate layer 4 has a thickness d 2, which is microns generally between 0.02 and 1.

Auf der mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten herge­ stellte Zwischenschicht 4 wird anschließend in bekannter Weise eine Schicht 22 aus einem HTSL-Material wie z. B. aus YBa2Cu3O7-x mit 0 < x < 0,5 epitaktisch erzeugt. Die Ausbildung dieser Schicht 22 kann in derselben Abscheidekammer 3 oder in einer anderen Kammer beispielsweise mittels einer in Fig. 1 nicht dargestellten DC-Sputterquelle erfolgen (vgl. z. B. "Sol. State Comm.", Vol. 66, No. 6, 1988, Seiten 661 bis 665). Selbstver­ ständlich sind auch andere bekannte physikalischen oder chemi­ schen Verfahren zur Abscheidung der HTSL-Schicht 22 geeignet.On the intermediate layer 4 provided with the method steps according to the invention, a layer 22 of a HTSL material such as, for. B. from YBa 2 Cu 3 O 7-x with 0 <x <0.5 epitaxially generated. This layer 22 can be formed in the same deposition chamber 3 or in another chamber, for example by means of a DC sputter source not shown in FIG. 1 (cf. for example "Sol. State Comm.", Vol. 66, No. 6 , 1988, pages 661 to 665). Of course, other known physical or chemical methods for depositing the HTSL layer 22 are also suitable.

Claims (7)

1. Verfahren zu einer epitaktischen Herstellung einer Schicht aus einem Hochtemperatursupraleiter-Material auf einer epita­ xiefähigen Oberfläche eines Silizium zumindest enthaltenden Substrates, bei welchem Verfahren auf dem Substrat zunächst mittels eines RF-Sputterprozesses epitaktisch eine Zwischen­ schicht aus einem oxidischen Material, dessen Gitterkonstante sowohl an die des Substratmaterials als auch an die des Hoch­ temperatursupraleiter-Materials angepaßt ist, ausgebildet wird und dann auf dieser Zwischenschicht das Hochtemperatursupra­ leiter-Material abgeschieden wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zu Beginn des Sputterprozes­ ses zur Ausbildung der Zwischenschicht (4) unter Verwendung ei­ nes sauerstofffreien Sputtergases einige Atomlagen (4a) der Zwischenschicht (4) bei einem Druck (p) des Sputtergases von mindestens 0,5 mbar aufgebracht werden.1. A method for the epitaxial production of a layer of a high-temperature superconductor material on an epitaxial surface of a silicon at least containing substrate, in which method on the substrate first epitaxially by means of an RF sputtering process, an intermediate layer made of an oxidic material, the lattice constant of both which is adapted to the substrate material and to that of the high temperature superconductor material, is formed and then the high temperature super conductor material is deposited on this intermediate layer, characterized in that at the beginning of the sputtering process to form the intermediate layer ( 4 ) using egg nes oxygen-free sputtering gas a few atomic layers (4 a) of the intermediate layer (4) of the sputtering gas be applied mbar of at least 0.5 at a pressure (p). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten Atomlagen (4a) der Zwischen­ schicht (4) bei einem Druck (p) des Sputtergases von mindestens 1 mbar aufgebracht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the first atomic layers ( 4 a) of the intermediate layer ( 4 ) are applied at a pressure (p) of the sputtering gas of at least 1 mbar. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten Atomlagen der Zwi­ schenschicht (4) einen Zwischenschichtbereich (4a) mit einer Dicke (d1) von mindestens 5 nm und höchstens 50 nm, vorzugs­ weise von mindestens 10 nm und höchstens 25 nm bilden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first atomic layers of the inter mediate layer ( 4 ) an interlayer region ( 4 a) with a thickness (d 1 ) of at least 5 nm and at most 50 nm, preferably of at least 10 nm and at most 25 nm. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abscheidung der Zwischenschicht (4) das Substrat (5) erhitzt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the substrate ( 5 ) is heated during the deposition of the intermediate layer ( 4 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung der ersten Atomlagen (4a) der Zwischenschicht (4) als Sputtergas ein Edelgas oder Edelgasgemisch vorgesehen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the intermediate layer (4) is provided as a sputtering gas an inert gas or inert gas mixture to the deposition of the first atomic layers (4 a). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der Zwischen­ schicht (4) ein Material aus der Gruppe SrTiO3, BaTiO3, LaAlO3, NdAlO3, NdGaO3, MgO, MgAl2O4, Y-stabilisiertes ZrO2 vorgesehen wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the material of the intermediate layer ( 4 ) is a material from the group SrTiO 3 , BaTiO 3 , LaAlO 3 , NdAlO 3 , NdGaO 3 , MgO, MgAl 2 O 4 , Y-stabilized ZrO 2 is provided. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung der Zwi­ schenschicht (4) ein RF-Magnetron (6) vorgesehen wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that an RF magnetron ( 6 ) is provided for the deposition of the inter mediate layer ( 4 ).
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