DE69219816T2 - Supraleitende Dünnschicht mit mindestens einer isolierten Region, gebildet aus oxydisch supraleitendem Material und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Supraleitende Dünnschicht mit mindestens einer isolierten Region, gebildet aus oxydisch supraleitendem Material und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Dünnschicht und ein Verfahren zum Herstellen derselben und insbesondere eine supraleitende Dünnschicht mit wenigstens einem isolierten supraleitenden Bereich, der aus einem oxidischen Material gebildet ist, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
- Bauelemente, welche Supraleitfähigkeit nutzen, arbeiten mit höherer Geschwindigkeit bei niedrigerem Energieverbrauch, so daß sie ein besseres Leistungsvermögen haben als Halbleiterbauelemente. Das oxidische supraleitende Material, das seit kurzem vermehrt untersucht wird, ermöglicht es, supraleitende Bauelemente zu fertigen, die bei relativ hoher Temperatur arbeiten. Obwohl ein Josephson-Bauelement eines der bekanntesten supraleitenden Bauelemente ist, können logische Schaltungen durch Verwenden sogenannter Transistoren mit supraleitender Basis oder sogenannter Super-FETs (Feldeffektransistor), bei denen es sich um supraleitende Drei-Anschluß-Bauelemente handelt, leichter zusammengebaut werden als unter Verwendung von Josephson- Bauelementen, bei denen es sich um supraleitende Zwei-Anschluß- Bauelemente handelt. Deshalb sind der Transistor mit supraleitender Basis und der Super-FET praktikabler.
- Diese supraleitenden Bauelemente weisen supraleitende Teile auf, wie beispielsweise supraleitende Elektroden, supraleitende Kanäle usw. Diese supraleitenden Teile werden üblicherweise aus supraleitenden Dünnschichten gebildet.
- Um supraleitende Bauelemente auf unterschiedliche elektronische Einrichtungen anzuwenden, müssen diese supraleitenden Bauelemente in einem IC (integrierte Schaltung) eingebaut werden. Auf einem Substrat für einen IC liegen viele Bauelemente vor, und jeder Bauelementbereich ist isoliert. Eine supraleitende Dünnschicht, die einen isolierten supraleitenden Bereich aufweist, ist erforderlich, um einen supraleitenden Bauelementbereich zu isolieren, der in dem IC enthalten ist. Im Fall, daß ein supraleitendes Bauelement, das aus einem oxidischen supraleitenden Material gebildet ist, das seit kurzem vermehrt untersucht wird, ist eine oxidische supraleitende Dünnschicht erforderlich, die einen isolierten supraleitenden Bereich aufweist.
- Um beim Stand der Technik einen supraleitenden Bereich einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht zu isolieren, wird eine Photoresistschicht auf einem erforderlichen Abschnitt einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht abgeschieden, und die abgeschiedene oxidische supraleitende Schicht wird rückgeätzt, bis der freiliegende Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht insgesamt entfernt ist, und eine Oberfläche der darunterliegenden Schicht freiliegt.
- Es ist ein weiteres herkömmliches Verfahren zur Fertigung einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht bekannt, die einen isolierten supraleitenden Bereich aufweist, bei welchem Verfahren eine oxidische supraleitende Dünnschicht auf einem Substrat abgeschieden wird, die eine SiO&sub2;-Schicht dort aufweist, wo ein Isolationsbereich gebildet werden soll. In der SiO&sub2;-Schicht enthaltenes Si diffundiert in einen Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf der SiO&sub2;-Schicht so, daß der Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht seine Supraleitfähigkeit verliert und in einen Isolationsbereich übergeht.
- Au£grund des Seitenätzens usw. ist es jedoch schwierig, eine Feinverarbeitung durch den Ätzprozeß durchzuführen, der einen Photoresist verwendet. Außerdem wird eine Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht, auf welcher eine Photoresistschicht abgeschieden wird, durch den Photoresist verschmutzt. Eine Seitenfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht, die durch das Ätzen freigelegt wird, wird ebenfalls durch das Ätzmittel verschmutzt. Da das oxidische supraleitende Material durch Wasser und Cl-Ionen leicht beeinträchtigt wird, ist es schwierig, ein supraleitendes Bauelement guter Eigenschaft mit einem oxidischen supraleitenden Material durch einen Prozeß zu fertigen, bei welchem eine oxidische supraleitende Dünnschicht durch Ätzen verarbeitet wird.
- Eine oxidische supraleitende Dünnschicht, die auf einem Substrat abgeschieden ist, das eine SiO&sub2;-Schicht auf einem Abschnitt seiner Oberfläche aufweist, wird nicht beeinträchtigt bzw. verschlechtert. Auf der Oberfläche dieser oxidischen supraleitenden Dünnschicht an der Kante der SiO&sub2;-Schicht wird jedoch ein Stufenabschnitt erzeugt. Um ein supraleitendes Bauelement zu fertigen, müssen andere Materialschichten auf der oxidischen supraleitenden Dünnschicht im Stapel angeordnet werden. Aufgrund des Stufenabschnitts der Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht weist eine gestapelte Struktur mit der oxidischen supraleitenden Dünnschicht und anderen Materialschichten darauf keine gute Qualität auf. Es ist deshalb schwierig, eine Mehrschichtstruktur mit der oxidischen supraleitenden Dünnschicht zu bilden und eine feine Struktur zu bilden. Ferner tritt das Problem einer geringen Spannungsbeständigkeit des Stufenabschnitts des Isolationsbereichs der oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf.
- Aus FORK D.K. et al. (APPLIED PHYSICS LETTERS, Band 57, Nr. 23, 3. Dezember 1990, New York, USA, Seiten 2504-2506: "Reaction patterning of YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ thin films" und IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Band 1, Nr. 1, März 1991, New York, USA, Seiten 67-73: "Buffer Layers for High-Quality Epitaxial YBCO Films on Si") ist eine strukturierte Dünnschicht mit einem supraleilienden Bereich aus einem oxidischen YBCO-Supraleiter und isolierenden Bereichen aus Si-YBCO bekannt, wobei die Dünnschicht aufgrund der Einfügung einer Pufferzwischenschicht aus YSZ eine nicht-planare bzw. unebene Oberseite aufweist.
- Ferner ist es aus GURVITCH et al. (APPLIED PHYSICS LETTERS, 51 (13), 28. September 1987, Seiten 1027-1029: "Preparation and substrate reactions of superconducting Y-Ba-Cu-O films") ein zweistufiges Verfahren zum Sputtern von Metallfilmen aus YBa&sub2;Cu&sub3;-Legierung, gefolgt von Oxidation und Tempern in O&sub2;-Atmosphäre bekannt. Diese Druckschrift zeigt, daß Diffusionsstoff aus einem Substrat die Supraleitfähigkeit der auf dem Substrat abgeschiedenen supraleitenden Dünnschicht beeinträchtigt.
- Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine oxidische supraleitende Dünnschicht zu schaffen, die eine planare Oberseite und wenigstens einen isolierten supraleitenden Bereich aufweist, und die vorstehend angeführten Nachteile der herkömmlichen oxidischen supraleitenden Dünnschichten überwindet.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht zu schaffen, das die vorstehend angeführten Nachteile der herkömmlichen Verfahren überwindet.
- Die vorstehend genannten sowie weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch eine Dünnschicht gelöst, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist und wenigstens eine supraleitenden Bereich aufweist, der aus einem oxidischen Supraleiter gebildet ist, der durch einen isolierenden Bereich strukturiert ist, der aus einem oxidischen Isolator gebildet ist und sämtliche Bestandteilatome des oxidischen Supraleiters sowie Silicium als Verunreinigung derart aufweist, daß die Supraleitfähigkeit des oxidischen Supraleiters durch das Verunreinigungssilicium im wesentlichen verlorengeht, dadurch gekennzeichnet, daß der supraleitende Bereich auf einer kein Silicium enthaltenden Pufferschicht angeordnet ist, der isolierende Bereich auf einer SiO&sub2;-Schicht angeordnet ist, die Pufferschicht und die SiO&sub2;-Schicht dieselbe Dicke haben und die Dünnschicht eine ebene bzw. planare Oberseite hat.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht über einem Halbleitersubstrat geschaffen, wobei die Dünnschicht wenigstens einen supraleitenden Bereich aufweist, der aus einem oxidischen Supraleiter gebildet ist, der durch einen isolierenden Bereich strukturiert ist, der aus einem oxidischen Isolator einschließlich sämtlicher Bestandteilatome des oxidischen Supraleiters und Silicium als Verunreinigung derart gebildet ist, daß die Supraleitfähigkeit des oxidischen Supraleiters durch das Verunreinigungssilicium im wesentlichen verlorengeht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist: Bilden einer SiO&sub2;-Schicht auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats, über welchem der isolierende Bereich angeordnet ist, und einer Pufferschicht auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats, über welchem der supraleitende Bereich derart angeordnet ist, daß die beiden Oberseiten der oxidischen Halbleiterschicht und der Pufferschicht miteinander fluchten, und Aufwachsen einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf der SiO&sub2;-Schicht und der Pufferschicht derart, daß Silicium in den Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf der SiO&sub2;-Schicht derart diffundiert, daß der Isolationsbereich gebildet wird, so daß die Oberseite der Dünnschicht eben bzw. planar wird.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der oxidische Supraleiter aus einem oxidischen Supraleiter mit hoher Tc (hohe kritische Temperatur) gebildet, insbesondere aus einem supraleitenden Verbundoxid vom Kupfer-Oxid-Typ mit hoher Tc, beispielsweise aus einem supraleitenden Verbundoxid vom Y-Ba-Cu-O-Typ, einem supraleitenden Verbundoxid vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ und einem supraleitenden Verbundoxid vom Tl-Ba-Ca-Cu-O-Typ.
- Außerdem kann das Substrat aus einem Halbleiter, wie beispielsweise Silicium, Germanium, GaAs, InP, InGaAs, InGaAsP usw., gebildet werden. Die oxidische Halbleiterschicht wird bevorzugt aus einem Oxid desjenigen Halbleiters gebildet, der das Halbleitersubstrat bildet. Mit anderen Worten wird die oxidische Halbleiterschicht durch Oxidieren eines Abschnitts bzw. Teils der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet.
- Da die supraleitende Dünnschicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, eine ebene Oberseite hat, ist es leicht, eine Mehrschichtstruktur und auch eine feine Struktur zu bilden. Diese ebene Oberfläche der supraleitenden Dünnschicht verbessert auch die Spannungsbeständigkeit des isolierenden Bereichs.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Pufferschicht auf dem Halbleitersubstrat aus einer doppelschichtigen Beschichtung gebildet werden, die aus einer MgAl&sub2;O&sub4;-Schicht und einer BaTiO&sub3;-Schicht gebildet ist, wenn Silicium als Substrat verwendet wird. Diese MgAl&sub2;O&sub4;-Schicht wird durch CVD (chemische Dampfabscheidung) gebildet, und die BaTiO&sub3;-Schicht wird durch einen sequentiellen Sputterprozeß gebildet.
- Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung diffundieren in dem Halbleiteroxid enthaltene Atome in einen Abschnitt bzw. Teil der oxidischen supraleitenden Dünnschicht, die auf die Halbleiteroxidschicht aufwächst, und dieser Abschnitt des oxidischen Supraleiters verliert seine Supraleitfähigkeit und wird in einen isolierenden Bereich umgewandelt, der aus einem oxidischen Isolator gebildet ist und Komponenten- bzw. Bestandteilatome des oxidischen Supraleiters enthält. Andererseits wächst eine kristalline oxidische supraleitende Dünnschicht auf der Pufferschicht, die den supraleitenden Bereich bildet. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Ätzprozeß verwendet wird, durch welchen die oxidische supraleitende Dünnschicht direkt verarbeitet wird, wird die supraleitende Dünnschicht nicht verschmutzt und beeinträchtigt bzw. verschlechtert.
- Die vorstehend genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
- Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der supraleitenden Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der supraleitenden Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 3A bis 3G zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der supraleitenden Dünnschicht,
- Fig. 4A bis 4G zeigen schematische Schnittansichten zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der supraleitenden Dünnschicht.
- Fig.1 zeigt eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der supraleitenden Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 weist eine supraleitende Dünnschicht 10 einen supraleitenden Bereich 1 auf, der aus einem oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter gebildet und auf dem Substrat 3 angeordnet ist, und einen isolierenden Bereich 11, der aus einem oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-ε-Isolator gebildet ist, der Silicium enthält und den supraleitenden Bereich 1 umgibt. Die supraleitende Dünnschicht 10 weist eine planare bzw. ebene Oberseite auf, nämlich die Oberseite des supraleitenden Bereichs 1, und die Oberseite des isolierenden Bereichs 11 befindet sich auf derselben Höhe.
- Der oxidische Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-ε-Isolator, der den isolierenden Bereich 11 bildet, weist sämtliche der Komponenten- bzw. Bestandteilatome des oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiters auf, nämlich Y, Ba, Cu und O, und Silicium als Verunreinigung bzw. Fehlstellenmaterial. Aufgrund des Verunreinigungssiliciums weist das oxidische Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-ε keine Supraleitfähigkeit auf, obwohl seine Gitterstruktur nahezu dieselbe ist wie diejenige eines oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiters.
- Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der supraleitenden Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher die supraleitende Dünnschicht 10 mehrere supraleitende Bereiche 1 und isolierende Bereiche 11 aufweist.
- In Bezug auf die Fig. 3A bis 3G wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Dünnschicht erläutert.
- Wie in Fig. 3A gezeigt, wird eine SiO&sub2;-Schicht 4 mit einer Dicke von 450 Nanometern auf einem Siliciumsubstrat 3 durch einen CVD-Prozeß gebildet. Dieses Substrat 3 ist nicht auf ein Siliciumsubstrat beschränkt; vielmehr kommt ein beliebiges Halbleitersubstrat in Betracht, beispielsweise Germanium, GaAs, InP, InGaAs, InGaAsP usw.
- Wie in Fig. 3B gezeigt, wird eine Photoresistschicht 5 auf der SiO&sub2;-Schicht 4 abgeschieden. Daraufhin werden die Photoresistschicht 5 ebenso wie die SiO&sub2;-Schicht 4 mit einem Muster versehen bzw. strukturiert, derart, daß ein Abschnitt des Siliciumsubstrats 3 freiliegt, auf welchem der supraleitende Bereich gebildet wird, und die SiO&sub2;-Schicht 4 bleibt derjenige Abschnitt des Siliciumsubstrats 3, auf welchem der isolierende Bereich gebildet wird, wie in Fig. 3D gezeigt.
- Wie in Fig. 3E gezeigt, wird daraufhin eine Pufferschicht auf dem freigelegten Abschnitt des Siliciumsubstrats 3 abgeschieden. Im Fall des Siliciumsubstrats wird die Pufferschicht bevorzugt aus einer MgAl&sub2;O&sub4;-Dünnschicht 21 durch CVD (chemische Dampfabscheidung) und eine BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 durch einen sequentiellen Sputterprozeß gebildet. Die MgAl&sub2;O&sub4;-Dünnschicht 21 weist eine Dicke von 350 Nanometern auf, und die BaTiO&sub3;- Dünnschicht 22 weist eine Dicke von 100 Nanometern auf. Diese aus der Doppelschicht gebildete Pufferschicht hat nahezu dieselbe Dicke wie die SiO&sub2;-Schicht 4.
- Wie in Fig. 3F gezeigt, wird die Photoresistschicht 5 daraufhin derart entfernt, daß die SiO&sub2;-Schicht 4 freiliegt. Wie in Fig. 3G gezeigt, wird eine oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-ε-Dünnschicht 10 auf der SiO&sub2;-Schicht 4 und der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 beispielsweise durch Außer-Achsensputtern, reaktives Verdampfen, MBE (Molekularstrahlepitaxie), CVD usw. abgeschieden. Eine Bedingung zum Bilden der oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Dünnschicht 10 durch Außer-Achsensputtern ist wie folgt:
- Sputtergas : Ar: 90% : O&sub2;: 10%
- Druck : 10 Pa
- Temperatur des Substrats : 700-750ºC
- Die oxidische supraleitende Dünnschicht wird bevorzugt aus einem oxidischem Supraleiter mit hoher Tc (hohe kritische Temperatur) gebildet, insbesondere aus einem supraleitenden Verbundoxid vom Kupfer-Oxid-Typ mit hoher Tc, beispielsweise einem supraleitenden Verbundoxid vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ, oder einem supraleitenden Verbundoxid vom Tl-Ba-Ca-Cu-O-Typ, unterschiedlich von einem supraleitenden Verbundoxid vom Y-Ba-Cu-O-Typ.
- In der SiO&sub2;-Schicht 4 enthaltenes Silicium diffundiert in den Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 10, der auf der SiO&sub2;-Schicht 4 abgeschieden ist, so daß der oxidische Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter des Abschnitts in einen oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-ε-Isolator gewandelt wird, und der isolierende Bereich 11 wird gebildet.
- Derjenige Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 10, der auf der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 abgeschieden wird, wird aus einem c-Achsen-ausgerichteten kristallinen oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter gebildet. Damit ist die supraleitende Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
- Wenn, wie vorstehend erläutert, die supraleitende Dünnschicht gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird, ist zur Verarbeitung der oxidischen supraleitenden Dünnschicht kein Ätzprozeß erforderlich. Deshalb wird die oxidische supraleitende Dünnschicht nicht verschmutzt und nicht verschlechtert bzw. beeinträchtigt. Da die Ebenheit der Oberseite der supraleitenden Dünnschicht verbessert werden kann, ist es leicht bzw. problemlos, weitere Schichten auf der Oberseite der supraleitenden Dünnschicht in einem späteren Prozeß zu bilden. Da darüber hinaus der isolierende Bereich aus einem Oxid gebildet ist, das dieselbe Zusammensetzung und dieselbe Kristallstruktur hat, wie der oxidische Supraleiter, der den supraleitenden Bereich bildet, weist die supraleitende Dünnschicht eine überlegene mechanische Stabilität auf. Demnach ist es einfach, die supraleitende Dünnschicht mit guter Wiederholbarkeit herzustellen, und die hergestellte supraleitende Dünnschicht weist ein stabiles Leistungsvermögen auf.
- In Bezug auf Fig. 4A bis 4G wird eine zweite Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der supraleitenden Dünnschicht erläutert.
- Wie in Fig. 4A gezeigt, wird ein Siliciumsubstrat 3 ähnlich dem in Fig. 3A gezeigten Substrat 3 zubereitet.
- Wie in Fig. 4B gezeigt, wird eine Pufferschicht auf dem freigelegten Abschnitt des Siliciumsubstrats 3 abgeschieden. Im Fall des Siliciumsubstrats werden die Pufferschicht bevorzugt aus einer MgAl&sub2;O&sub4;-Dünnschicht 21 durch CVD (chemisches Dampfabscheiden) und eine BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 durch einen sequentiellen Sputterprozeß gebildet. Die MgAl&sub2;O&sub4;-Dünnschicht 21 weist eine Dicke von 350 Nanometern auf, und die BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 weist eine Dicke von 75 Nanometern auf.
- Wie in Fig. 4C gezeigt, wird daraufhin eine Photoresistschicht 5 auf einem Abschnitt der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 gebildet, auf welchem der supraleitende Bereich gebildet werden soll. Wie in Fig. 4D gezeigt, wird daraufhin ein Abschnitt der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 und der MgAl&sub2;O&sub4;-Dünnschicht 21, der nicht mit dem Photoresist 5 abgedeckt ist, durch einen reaktiven Ionenätzprozeß oder durch Ionenfräsen unter Verwendung von Ar-Ionen so entfernt, daß der Abschnitt des Siliciumsubstrats 3 freigelegt ist. Es stellt kein Problem dar, daß der Abschnitt des Siliciumsubstrats geringfügig geätzt ist.
- Wie in Fig. 4E gezeigt, wird daraufhin der freigelegte Abschnitt des Siliciumsubstrats 3 durch Wasserdampf so oxidiert, daß eine SiO&sub2;-Schicht 4, deren Oberseite mit derjenigen der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 fluchtet, gebildet. Falls erforderlich, wird das Siliciumsubstrat 3 vor der Oxidation geätzt, so daß zwischen der Oberseite der SiO&sub2;-Schicht 4 und derjenigen der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 keine Stufe erzeugt wird.
- Wie in Fig. 4F gezeigt, wird daraufhin der Photoresist 5 so entfernt, daß die BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 freigelegt ist. Die freigelegte Oberfläche der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 wird durch Vorsputtern gereinigt. Wie in Fig. 4G gezeigt, wird daraufhin eine oxidische supraleitende Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 10 auf der SiO&sub2;-Schicht 4 und der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22, beispielsweise mittels Außer-Achsensputtern, MBE (Molekularstrahlepitaxie), CVD usw. abgeschieden. Die Bedingung zum Bilden der oxidischen supraleitenden Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Dünnschicht 10 durch Außer-Achsensputtern ist wie folgt:
- Sputtergas : Ar: 90% : O&sub2;: 10%
- Druck : 10 Pa
- Temperatur des Substrats : 700-750ºC
- Dicke : 200 nm
- Die oxidische supraleitende Dünnschicht wird bevorzugt aus einem oxidischen Supraleiter mit hoher Tc (hohe kritische Temperatur) gebildet, insbesondere aus einem supralietenden Verbundoxid vom Kupfer-Oxid-Typ mit hoher Tc, beispielsweise einem supraleitenden Verbundoxid vom Bi-Sr-Ca-Cu-O-Typ, einem supraleitenden Verbundoxid vom Tl-Ba-Ca-Cu-O-Typ, das sich von einem supraleitenden Verbundoxid vom Y-Ba-Cu-O-Typ unterscheidet.
- In der SiO&sub2;-Schicht 4 enthaltendes Silicium diffundiert in denjenigen Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 10, die auf der SiO&sub2;-Schicht 4 abgeschieden ist, so daß der oxidische Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter des Abschnitts in einen oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-ε-Isolator gewandelt wird, und der isolierende Bereich 11 wird gebildet.
- Derjenige Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 10, der auf der BaTiO&sub3;-Dünnschicht 22 abgeschieden ist, wird aus dem c-Achsen-ausgerichteten kristallinen oxidischen Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Supraleiter gebildet. Damit ist die supraleitende Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung fertiggestellt.
- Wenn, wie vorstehend erläutert, die supraleitende Dünnschicht in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird, wird kein Ätzprozeß zum Verarbeiten der oxidischen supraleitenden Dünnschicht verwendet. Deshalb wird die oxidische supraleitende Dünnschicht nicht verschmutzt und nicht verschlechtert bzw. beeinträchtigt.
- Da die Ebenheit der Oberseite der supraleitenden Dünnschicht verbessert werden kann, ist es einfach, weitere Schichten auf der Oberseite der supraleitenden Dünnschicht in einem späteren Prozeß zu bilden. Da ferner der isolierende Bereich aus einem Oxid gebildet ist, das dieselbe Zusammensetzung und dieselbe Kristallstruktur hat wie der oxidische Supraleiter, der den supraleitenden Bereich bildet, ist die supraleitende Dünnschicht hinsichtlich der mechanischen Stabilität überlegen. Demnach ist es einfach, die supraleitende Dünnschicht mit guter Wiederholbarkeit herzustellen, und die hergestellte supraleitende Dünnschicht hat ein stabiles Leistungsvermögen.
- Die Erfindung ist in Bezug auf die speziellen Ausführungsformen dargestellt und erläutert worden. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die Einzelheiten der dargestellten Strukturen beschränkt ist; vielmehr können Abwandlungen und Modifikationen im Umfang der beiliegenden Ansprüche ausgeführt werden.
Claims (13)
1. Dünnschicht, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet
ist und wenigstens eine supraleitenden Bereich aufweist,
der aus einem oxidischen Supraleiter gebildet ist, der
durch einen isolierenden Bereich strukturiert ist, der aus
einem oxidischen Isolator gebildet ist und sämtliche
Bestandteilatome des oxidischen Supraleiters sowie
Silicium als Verunreinigung derart aufweist, daß die
Supraleitfähigkeit des oxidischen Supraleiters durch das
Verunreinigungssilicium im wesentlichen verlorengeht, dadurch
gekennzeichnet, daß der supraleitende Bereich auf einer
kein Silicium enthaltenden Pufferschicht angeordnet ist,
der isolierende Bereich auf einer SiO&sub2;-Schicht angeordnet
ist, die Pufferschicht und die SiO&sub2;-Schicht dieselbe Dicke
haben und die Dünnschicht eine ebene bzw. planare
Oberseite hat.
2. Dünnschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dünnschicht mehrere strukturierte supraleitende
Bereiche und mehrere isolierende Bereiche hat.
3. Dünnschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Pufferschicht eine untere MgAl&sub2;O&sub4;-Schicht und
eine obere BaTiO&sub3;-Schicht aufweist.
4. Dünnschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der supraleitende Bereich aus einem
oxidischen Supraleiter mit hoher Tc (hohe kritische
Temperatur) gebildet ist.
5. Dünnschicht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der supraleitende Bereich aus einem supraleitenden
Verbundoxid vom Kupfer-Oxid-Typ mit hoher Tc gebildet ist.
6. Dünnschicht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der supraleitende Bereich aus einem oxidischen
supraleitenden Material gebildet ist, das aus der Gruppe
ausgewählt ist, die aus einem supraleitenden Verbundoxid vom Y-
Ba-Cu-O-Typ, einem supraleitenden Verbundoxid vom Bi-Sr-
Ca-Cu-O-Typ und einem supraleitenden Verbundoxid vom Tl-
Ba-Ca-Cu-O-Typ besteht.
7. Dünnschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem
Siliciumsubstrat, Germaniumsubstrat, GaAs-Substrat, InP-Substrat,
InGaAs-Substrat oder InGaAsP-Substrat gebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht über einem
Halbleitersubstrat, wobei die Dünnschicht wenigstens einen
supraleitenden Bereich aufweist, der aus einem oxidischen
Supraleiter gebildet ist, der durch einen isolierenden
Bereich strukturiert ist, der aus einem oxidischen
Isolator einschließlich sämtlicher Bestandteilatome des
oxidischen Supraleiters und Silicium als Verunreinigung derart
gebildet ist, daß die Supraleitfähigkeit des oxidischen
Supraleiters durch das Verunreinigungssilicium im
wesentlichen verlorengeht, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verfahren die Schritte aufweist: Bilden einer SiO&sub2;-Schicht
auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats, über welchem
der isolierende Bereich angeordnet ist, und einer
Pufferschicht auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats, über
welchem der supraleitende Bereich derart angeordnet ist,
daß die beiden Oberseiten der oxidischen Halbleiterschicht
und der Pufferschicht miteinander fluchten, und Aufwachsen
einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf der SiO&sub2;-
Schicht und der Pufferschicht derart, daß Silicium in den
Abschnitt der oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf
der SiO&sub2;-Schicht derart diffundiert, daß der
Isolationsbereich gebildet wird, so daß die Oberseite der
Dünnschicht eben bzw. planar wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halbleitersubstrat ein Siliciumsubstrat ist und die
Pufferschicht eine Doppelschicht aufweist, die aus einer
MgAl&sub2;O&sub4;-Schicht und einer BaTiO&sub3;-Schicht gebildet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
MgAl&sub2;O&sub4;-Schicht durch CVD (chemische Dampfabscheidung)
gebildet wird und die BaTiO&sub3;-Schicht durch einen
sequentiellen Sputterprozeß gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die oxidische supraleitende
Dünnschicht durch Außer-Achsensputtern, reaktives Verdampfen,
MBE oder CVD gebildet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die SiO&sub2;-Schicht durch CVD gebildet
wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die SiO&sub2;-Schicht durch Oxidation von
Wasserdampf gebildet wird.
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