JP2598043B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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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 （１） 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〕 半導体装置の製造方法に関し、特に 酸化イッ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、 酸化イットリウムを形成する出発材料としてイットリ
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、酸化イットリ
ウムよりなる単結晶薄膜を形成するように構成する。
法を提供することを目的とし、 酸化イットリウムを形成する出発材料としてイットリ
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、酸化イットリ
ウムよりなる単結晶薄膜を形成するように構成する。
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、詳しくは酸
化イットリウムの薄膜を、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。
化イットリウムの薄膜を、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。
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。
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、
冷却のために導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。
冷却のために導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−Ｏ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。
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。
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。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、信頼性
の重要な因子となる。
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。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、信頼性
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。
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。
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SrTiO3（チタン酸ストロンチウム）基板やYS
Z（イットリウム安定化ジルコニア）基板が用いられて
いる。
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SrTiO3（チタン酸ストロンチウム）基板やYS
Z（イットリウム安定化ジルコニア）基板が用いられて
いる。
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SrTiO3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Si（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
る膜が得られにくいという欠点がある。
り、成長基板として高価なSrTiO3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Si（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
る膜が得られにく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−Cu−
Ｏ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Y2O3（酸化イットリウム）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。
するために、Siあるいはサファイア基板とＹ−Ba−Cu−
Ｏ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Y2O3（酸化イットリウム）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、Y2O3層が多結晶であればその上に形成される
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ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Y2O3層を形成することが望
まれる。
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ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Y2O3層を形成することが望
まれる。
そこで本発明は、Si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Y2O3層を形成することを目的としている。
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Y2O3層を形成することを目的としている。
本発明による酸化イッ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O2,CO2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
H2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
リウムの単結晶の層を形成し、次いで化学気相成長によ
り該酸化イットリウムの単結晶の層上に、セラミックス
系酸化物の単結晶の層を形成するようにしている。
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O2,CO2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
H2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
リウムの単結晶の層を形成し、次いで化学気相成長によ
り該酸化イットリウムの単結晶の層上に、セラミックス
系酸化物の単結晶の層を形成するようにしている。
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ットリウム（Y
2O3）の単結晶薄膜が確実に形成される。
板あるいはサファイア基板上に酸化イットリウム（Y
2O3）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Y2O3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。
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Y2O3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。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１実施例 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。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
はソースボート４が配設されている。ソースボート４に
はYCl3（塩化イットリウム）が入っており、ソースボー
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ットリウム単
結晶半導体の成長材料としてYCl3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H2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,H2とともに酸化剤であるO2,H2Oガスが導入さ
れる。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。
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。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
はソースボート４が配設されている。ソースボート４に
はYCl3（塩化イットリウム）が入っており、ソースボー
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ットリウム単
結晶半導体の成長材料としてYCl3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H2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,H2とともに酸化剤であるO2,H2Oガスが導入さ
れる。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ットリウム
Y2O3の薄膜を基板上に成長させるために、成長ガスとし
てYCl3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、ソースボート４にYCl3を入れる。
次いで、反応管１の抵抗加熱炉2a,2bにより加熱してソ
ースボート４からYCl3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He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O2、H2O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Y2O3の薄膜が成長
する。
Y2O3の薄膜を基板上に成長させるために、成長ガスとし
てYCl3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、ソースボート４にYCl3を入れる。
次いで、反応管１の抵抗加熱炉2a,2bにより加熱してソ
ースボート４からYCl3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He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O2、H2O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Y2O3の薄膜が成長
する。
2YCl3＋3H2O→Y2O3＋6HCl …… 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（TSUB）……750〜1200℃ YCl3温度（TY）……700〜1150℃ O2濃度（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…………（１02）sapphire、（0001）sapphi
re、（100）Si、（110）Si、（111）Si 成長膜厚…………0.1〜５μｍ このように、本実施例ではY2O3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,Kα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、（１0
2）サファイア基板上に（100）の単結晶Y2O3が成長した
ことが示されており、第３図によれば（100）Si基板上
に（100）の単結晶Y2O3が成長したことが示されてい
る。
re、（100）Si、（110）Si、（111）Si 成長膜厚…………0.1〜５μｍ このように、本実施例ではY2O3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,Kα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、（１0
2）サファイア基板上に（100）の単結晶Y2O3が成長した
ことが示されており、第３図によれば（100）Si基板上
に（100）の単結晶Y2O3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。
のときの結果である。
TSUB……1050℃ TY……1000℃ O2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）Si基板上には（110）Y2O3が、（0001）
サファイア基板または（111）Si基板上には（111）Y2O3
が成長することが明らかになった。
サファイア基板または（111）Si基板上には（111）Y2O3
が成長することが明らかになった。
実施例２ 上記第１実施例では、酸化・還元剤としてO2,H2Oを用
いたが、第２実施例では酸化・還元剤としてCO2,H2を用
いて気相成長を行った。このときの化学反応は次式で
示される。
いたが、第２実施例では酸化・還元剤としてCO2,H2を用
いて気相成長を行った。このときの化学反応は次式で
示される。
2YCl3＋3CO2＋3H2→Y2O3＋6HCl＋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（TSUB）……750〜1200℃ YCl3温度（TY）……700〜1150℃ CO2濃度（対He）……0.01〜30％ H2濃度（対He）……0.01〜10％ 成長落板…………（１02）sapphire、（0001）sapphi
re、（100）Si、（110）Si、（111）Si 成長膜厚…………0.1〜５μｍ このように、本実施例ではY2O3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,Kα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Y2O3が成長しているこ
とが示された。
re、（100）Si、（110）Si、（111）Si 成長膜厚…………0.1〜５μｍ このように、本実施例ではY2O3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,Kα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Y2O3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YCl3
を用いたが、YF3、YBr3などを用いても単結晶のY2O3を
成長させることができた。
を用いたが、YF3、YBr3などを用いても単結晶のY2O3を
成長させることができた。
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、成長材料としてイット
リウムのハロゲン化物を用い、化学気相成長により酸化
イッ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Y2O3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、半導体装置とし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。
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、化学気相成長により酸化
イッ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Y2O3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、半導体装置とし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。
第１〜３図は本発明に係る酸化イッ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装置の模式図、 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……ソースボート、 ５……基板支持台、 ６……成長基板。
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装置の模式図、 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……ソースボート、 ５……基板支持台、 ６……成長基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ Ｈ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ (72)発明者 井原 賢 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−7514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−43296（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】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O2、CO2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H2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単
結晶の層を形成し、 次いで化学気相成長により該酸化イットリウムの単結晶
の層上に、セラミックス系酸化物の単結晶の層を形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255679A JP2598043B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255679A JP2598043B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100094A JPH01100094A (ja) | 1989-04-18 |
| JP2598043B2 true JP2598043B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=17282118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255679A Expired - Lifetime JP2598043B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2598043B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS537514A (en) * | 1976-07-10 | 1978-01-24 | Mitsubishi Metal Corp | Covered hard alloy product |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255679A patent/JP2598043B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100094A (ja) | 1989-04-18 |
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