JP3250227B2 - 電子デバイス用基板 - Google Patents

電子デバイス用基板

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JP3250227B2
JP3250227B2 JP05393091A JP5393091A JP3250227B2 JP 3250227 B2 JP3250227 B2 JP 3250227B2 JP 05393091 A JP05393091 A JP 05393091A JP 5393091 A JP5393091 A JP 5393091A JP 3250227 B2 JP3250227 B2 JP 3250227B2
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体層,絶縁体層,誘
電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。
【0002】
【従来の技術】Y1Ba2Cu3Ox,Bi2(Tl)2
2Ca1Cu2Ox,Bi2(Tl)2Sr2Ca2Cu3
xに代表される層状ペロブスカイト構造を有する超伝導
セラミックスは、超伝導状態となる臨界温度Tcが液体
窒素温度以上を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。
【0003】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ためには、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・オブ・アプライド・フィジ
ックス(Japanese・Journal・of・A
pplied・Physics)第27巻,1号L91
〜L93頁に約90Kのゼロ抵抗温度を有するY1Ba2
Cu3Ox単結晶膜を作製した報告がある。
【0004】さらにこれらの単結晶膜をSi基板上に作
製することにより、従来のSiデバイスと超伝導体との
融合が可能となり、配線等の応用面での用途が拡大され
る。
【0005】この融合を可能とする技術としてシリコン
単結晶基板上にMgAl24絶縁体膜が形成され、その
絶縁体膜上にBaTiO3あるいはSrTiO3で示され
るペロブスカイト型結晶構造を有する誘電体膜が形成さ
れ、その誘電体膜上に一般式がY1Ba2Cu3Oxで表
わされる層状ペロブスカイト型結晶構造を有する超伝導
化合物層が形成されている構造が提案されている(特願
昭62−208708号)。またアプライド・フィジッ
クス・レターズ(Applied・Physics・L
etters)第57巻,1161〜1163頁にシリ
コン単結晶基板上にZrO2誘電体膜を形成し、その誘
電体膜上に、一般式がY1Ba2Cu3Oxで表わされる
層状ペロブスカイト型結晶構造を有する超伝導薄膜を作
製した報告がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来シリコン単結晶基
板上にY1Ba2Cu3Ox超伝導薄膜をエピタキシャル
成長させる場合、中間層としてZrO2,MgAl24
/BaTiO3,MgAl24/SrTiO3が検討され
てきた。しかし、ZrO2,BaTiO3,SrTiO3
はGHz周波数での誘電損失が大きく、酸化物超伝導体
を配線等に応用しようとすると、信号の波形ひずみに問
題が生じる。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るもので、誘電損失の少ない中間層を用い、エピタキシ
ャル成長した層状ペロブスカイト型結晶構造の超伝導薄
膜を具備せる電子デバイス用基板を提供することを目的
とする。
【0008】
【0009】
【課題を解決するための手段】 前記目的を達成するた
め、本発明に係る電子デバイス用基板においては、 下層
ZrO2誘電体膜と、上層誘電体膜と、超伝導化合物層
とをシリコン単結晶基板上に積層形成してなる電子デバ
イス用基板であって、下層ZrO2誘電体膜は、シリコ
ン単結晶基板上の最下層に形成されたものであり、上層
誘電体膜は、下層ZrO2誘電体膜上に形成され、ペロ
ブスカイト型結晶構造を有するものであり、ペロブスカ
イト型結晶構造は、一般式がABO3で表わされ、Aと
してLa,Pr,Nd,Smから選定される一種の元素
と、BとしてAl及びGaから選定される一種の元素と
を含むものであり、超伝導化合物層は、上層誘電体膜上
に形成され、層状ペロブスカイト型結晶構造を有するも
のである。
【0010】また、前記層状ペロブスカイト型結晶構造
を有する超伝導化合物層は、一般式A1Ba2Cu3Ox
で表わされ、AとしてY及び希土類元素の群から選ばれ
る一種の元素を含む材料である。
【0011】また、前記層状ペロブスカイト型結晶構造
を有する超伝導化合物層は、一般式A22Ca1Cu2
xあるいはA22Ca2Cu3Oxで表わされ、Aとして
Bi及びTlから選ばれる一種の元素、BとしてSr及
びBaから選ばれる一種の元素を含む材料である。
【0012】
【作用】従来Si単結晶基板上にY1Ba2Cu3Ox超
伝導薄膜をエピタキシャル成長によって形成する場合、
中間層としてZrO2,MgAl24/BaTiO3,M
gAl24/SrTiO3が検討されてきた。しかし、
BaTiO3,SrTiO3は、ともに室温の誘電率30
0以上で誘電損失も大きい。またZrO2も液体窒素温
度での誘電損失は、10GHzで10-3と決して低い値
ではない。
【0013】本発明ではZrO 2 上にペロブスカイト型
結晶構造を有する誘電体薄膜がエピタキシャル成長する
ことを利用し、その誘電体膜を下地との格子整合が良
く、かつ低誘電損失の材料とした。
【0014】
【0015】また、ZrO2は、フッ化カルシウム型構
造といった単純な構造をとり、格子定数も5.4ÅとS
iの格子定数5.43Å並びに誘電体の格子定数の√2
倍に近く良好なヘテロエピタキシャル膜が形成可能であ
る。
【0016】本発明においては、Si基板を用いて超伝
導薄膜を形成していることから、Si半導体集積回路技
術との融合化が図れ、かつ中間層として低誘電損失の材
料を用いていることから超伝導配線によるLSIの開発
が可能になる等、本発明の波及効果は甚大である。
【0017】
【実施例】以下、本発明について図により説明する。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】(実施例1図1は、本発明の他の実施例
を示す断面図である。図において、面方位が(100)
のSi単結晶基板1上にZrO 2 膜2を反応性蒸着法に
よりエピタキシャル成長させ、その上にLaAlO3
3を反応性蒸着法によりエピタキシャル成長させ、その
上にY1Ba2Cu3Ox膜4を反応性蒸着法によって形
成した。
【0023】ZrO 2 薄膜2は、反応性蒸着により成膜
を行った。成膜中の酸素分圧は1×10-4(Tor
r),基板温度700℃で行った。膜厚は0.1μmと
した。X線回折法及び電子線回折法で(100)方位の
MgAl24がエピタキシャル成長していることを確認
した。LaAlO3のエピタキシャル膜は反応性蒸着法
により基板付近での酸素分圧1〜4×10-3(Tor
r),基板温度600℃で行った。膜厚は0.2μmと
した。ZrO2と同様にX線回折法及び電子線回折法に
より(100)方位にエピタキシャル成長した良質な結
晶性の膜であることを確認した。Y1Ba2Cu3Oxエ
ピタキシャル膜は、反応性蒸着法により基板付近での酸
素分圧1〜4×10-3(Torr),基板温度640℃
で行った。膜厚は0.5μmとした。X線回折法,電子
線回折法及び走査型電子顕微鏡により(001)方位に
配向した層状ペロブスカイト構造を有する結晶性,表面
平坦性に優れた良質なエピタキシャル膜であることを確
認した。この膜の抵抗−温度特性を4端子法で測定する
ことによりゼロ抵抗温度が90Kであることがわかっ
た。またコープラナートランスミッションライン共振器
を試作しQ値を測定すると、2000であり、この値は
同一構造での銅の共振器の20倍の値を示した。
【0024】(実施例2実施例1においてY1Ba2
3Oxの代わりに、Bi2Sr2Ca1Cu2Ox膜をエ
ピタキシャル成長した。成長は反応性蒸着法により行っ
た。基板温度は680℃とした。X線回折法及び電子線
回折法により(001)方向に配向した層状ペロブスカ
イト構造を有する結晶性,表面平坦性に優れた良質なエ
ピタキシャル膜であることを確認した。この膜の抵抗−
温度特性を4端子法で測定することにより、ゼロ抵抗温
度が85Kであることがわかった。またBi2Sr2Ca
1Cu2Oxの代わりにTl2Ba2Ca1Cu2Oxを用い
た場合も同様なエピタキシャル成長することを確認し
た。
【0025】(実施例3実施例1においてY1Ba2
3Oxの代わりに、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox膜をエ
ピタキシャル成長した。成長は反応性蒸着法により行っ
た。基板温度は730℃とした。X線回折法及び電子線
回折法により(001)方向に配向した層状ペロブスカ
イト構造を有する結晶性,表面平坦性に優れた良質なエ
ピタキシャル膜であることを確認した。この膜の抵抗−
温度特性を4端子法で測定することによりゼロ抵抗温度
が107Kであることがわかった。またBi2Sr2Ca
2Cu3Oxの代わりにTl2Ba2Ca2Cu3Oxを用い
た場合も同様なエピタキシャル成長することを確認し
た。
【0026】
【発明の効果】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良質なエピタキシャル超伝導膜
を容易にSi単結晶基板上に形成することが可能となっ
た。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】
【図1】本発明の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 Si単結晶基板 2 ZrO 2 3 LaAlO3膜 4 Y1Ba2Cu3Ox膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−50575(JP,A) 特開 平2−91982(JP,A) 特開 平1−320224(JP,A) 特開 平2−135618(JP,A) 特開 昭63−300580(JP,A) 特開 平1−241876(JP,A) 特開 平1−241877(JP,A) 特開 平1−276799(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/36 H01L 39/00 - 39/02 H01L 39/22 - 39/24 C30B 29/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下層ZrO2誘電体膜と、上層誘電体膜
    と、超伝導化合物層とをシリコン単結晶基板上に積層形
    成してなる電子デバイス用基板であって、 下層ZrO2誘電体膜は、シリコン単結晶基板上の最下
    層に形成されたものであり、 上層誘電体膜は、下層ZrO2誘電体膜上に形成され、
    ペロブスカイト型結晶構造を有するものであり、 ペロブスカイト型結晶構造は、一般式がABO3で表わ
    され、AとしてLa,Pr,Nd,Smから選定される
    一種の元素と、BとしてAl及びGaから選定される一
    種の元素とを含むものであり、 超伝導化合物層は、上層誘電体膜上に形成され、層状ペ
    ロブスカイト型結晶構造を有するものであることを特徴
    とする電子デバイス用基板。
  2. 【請求項2】 前記層状ペロブスカイト型結晶構造を有
    する超伝導化合物層は、一般式A1Ba2Cu3Oxで表
    わされ、 AとしてY及び希土類元素の群から選ばれる一種の元素
    を含む材料であることを特徴とする請求項1に記載の電
    子デバイス用基板。
  3. 【請求項3】 前記層状ペロブスカイト型結晶構造を有
    する超伝導化合物層は、一般式A2Ca1Cu2Ox
    あるいはA2CaCuOxで表わされ、 AとしてBi及びTlから選ばれる一種の元素、Bとし
    てSr及びBaから選ばれる一種の元素を含む材料であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス用基
    板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7984341B2 (en) 2008-02-25 2011-07-19 International Business Machines Corporation Method, system and computer program product involving error thresholds

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