JPH0669561A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents
Semiconductor device and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH0669561A JPH0669561A JP4216020A JP21602092A JPH0669561A JP H0669561 A JPH0669561 A JP H0669561A JP 4216020 A JP4216020 A JP 4216020A JP 21602092 A JP21602092 A JP 21602092A JP H0669561 A JPH0669561 A JP H0669561A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- buffer layer
- layer
- film
- oxide
- orientation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 44
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 11
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超伝導体層を含
む半導体装置およびその製造方法に関する。酸化物超伝
導体は、液体ヘリウム中でしか使用できない他の超伝導
体に比べてＴｃ（臨界温度）が高く、液体窒素中で使用
できるため、ＬＳＩ配線やデバイスへの実用化が期待さ
れている。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device including an oxide superconductor layer and a method for manufacturing the same. Oxide superconductors have a higher Tc (critical temperature) than other superconductors that can only be used in liquid helium and can be used in liquid nitrogen, so they are expected to be put to practical use in LSI wiring and devices. There is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超伝導体をＬＳＩの配線とする場合に
は、薄膜として用いられる。一般的に酸化物超伝導体の
薄膜を形成する際に、その下地としてＭｇＯやＳｒＴｉ
Ｏ3 が用いられているが、ＬＳＩ配線の場合はＳｉＯ2
を下地とする必要がある。ところがＳｉＯ2 上に直接に
酸化物超伝導体薄膜を形成すると、両者の構成元素の相
互拡散により、酸化物超伝導体の組成が変わりその超伝
導特性が劣化する。2. Description of the Related Art When a superconductor is used as an LSI wiring, it is used as a thin film. Generally, when forming a thin film of an oxide superconductor, MgO or SrTi is used as a base.
O 3 is used, but in the case of LSI wiring, SiO 2
Need to be the base. However, when the oxide superconductor thin film is formed directly on SiO 2 , the composition of the oxide superconductor changes due to the mutual diffusion of the constituent elements of the both, and the superconducting characteristics thereof deteriorate.
【０００３】従来、このような相互拡散による特性劣化
を防止するために、ＳｉＯ2 と酸化物超伝導体薄膜との
間にバッファー層を挿入することが行われている。すな
わち図２に示すように、Ｓｉ基板１１上のＳｉＯ2 膜１
２上に、バッファー層１３としてジルコニア、ＩＴＯ
（indium-tin oxide）、ペロブスカイト酸化物等の層を
形成し、このバッファー層上に酸化物超伝導体薄膜１４
を形成する。Conventionally, in order to prevent such characteristic deterioration due to mutual diffusion, a buffer layer has been inserted between SiO 2 and the oxide superconductor thin film. That is, as shown in FIG. 2, the SiO 2 film 1 on the Si substrate 11
Zirconia, ITO as a buffer layer 13 on
(Indium-tin oxide), a layer of perovskite oxide or the like is formed, and the oxide superconductor thin film 14 is formed on this buffer layer.
To form.
【０００４】酸化物超伝導体はコヒーレント長（ξ）が
短く、特にＣ軸方向のξが短いため、層に垂直な方向
（Ｃ軸方向）に電流を通じるときの臨界電流（Ｊｃ）が
小さい。したがって、酸化物超伝導体薄膜を配線等に利
用する場合には、下地に対してＣ軸が垂直になる（００
ｋ）配向にして成長させる必要がある。ここでｋは０で
ない整数である。Since the oxide superconductor has a short coherence length (ξ), and particularly ξ in the C-axis direction, the critical current (Jc) when passing a current in the direction perpendicular to the layer (C-axis direction) is small. . Therefore, when the oxide superconductor thin film is used for wiring or the like, the C axis is perpendicular to the base (00
k) It is necessary to grow in the oriented state. Here, k is a non-zero integer.
【０００５】しかし従来の方法においては、バッファー
層の厚さをＬＳＩ配線として適した１００〜２００ｎｍ
程度に薄くした場合は、バッファー層がアモルファスま
たは多結晶になっているため、このバッファー層上に酸
化物超伝導体酸化膜を（００ｋ）配向するように成長さ
せるには、成長時の基板温度を７５０℃以上の高温とす
る必要があり、酸化物超伝導体膜の下に既に形成されて
いる素子にダメージを与えてしまう。素子のダメージを
回避できるように成長温度を６００℃程度またはそれ以
下の低温とし且つ（００ｋ）配向するように成長させる
には、成長の下地となるバッファー層が（ｋ００）また
は（００ｋ）または（ｋｋｋ）のどれかに配向している
必要がある。しかし、そのためにはバッファー層を１μ
ｍ程度まで厚く形成しなくてはならず、段差が大きくな
る上、スループットが低下するため、実際のＬＳＩ配線
に適用することができないという問題があった。However, in the conventional method, the thickness of the buffer layer is 100 to 200 nm which is suitable for LSI wiring.
When the thickness is made thin, the buffer layer is amorphous or polycrystalline. Therefore, in order to grow the oxide superconductor oxide film on the buffer layer so as to have the (00k) orientation, the substrate temperature at the time of growth is set. Is required to be a high temperature of 750 ° C. or higher, which damages the element already formed under the oxide superconductor film. In order to keep the growth temperature low at about 600 ° C. or lower so as to avoid damage to the device and to grow so as to have (00k) orientation, the buffer layer serving as the base of the growth is (k00) or (00k) or ( kkk). However, for that purpose, the buffer layer should be 1μ.
There is a problem in that it cannot be applied to an actual LSI wiring because it has to be formed to a thickness of about m, the step is increased, and the throughput is reduced.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、成長の下地
となるバッファー層を実際のＬＳＩ配線の適用可能な程
度の厚さとすることができる酸化物超伝導体薄膜を有す
る半導体装置およびその製造方法を提供することを目的
とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to a semiconductor device having an oxide superconductor thin film in which a buffer layer serving as an underlayer for growth can be made thick enough to be applicable to an actual LSI wiring, and its manufacture. The purpose is to provide a method.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、半導体基板上に形成された絶縁層としての酸化
膜、該酸化膜上に形成された、部分的に（ｋ００）また
は（００ｋ）または（ｋｋｋ）〔ここでｋは０でない整
数〕に配向し且つ該配向した領域の少なくとも一部が上
面まで達している第１のバッファー層、該第１バッファ
ー層上に形成された、少なくとも上面の全体が実質的に
該第１バッファー層の該配向領域と同一の配向をしてい
る第２のバッファー層、および該第２バッファー層上に
形成された、ペロブスカイト構造を有する酸化物超伝導
体の層を含むことを特徴とする半導体装置によって達成
される。According to the present invention, the above-mentioned object is to provide an oxide film as an insulating layer formed on a semiconductor substrate, a partial (k00) or an oxide film formed on the oxide film. A first buffer layer oriented in (00k) or (kkk) [where k is an integer other than 0], and at least a part of the oriented region reaches the upper surface, and the first buffer layer is formed on the first buffer layer; A second buffer layer, at least the entire top surface of which has substantially the same orientation as the orientation region of the first buffer layer, and an oxide having a perovskite structure formed on the second buffer layer. A semiconductor device characterized by including a layer of superconductor.
【０００８】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
（１）半導体基板上に絶縁層としての酸化膜を形成する
工程、（２）該酸化膜上に、部分的に（ｋ００）または
（００ｋ）または（ｋｋｋ）〔ここでｋは０でない整
数〕に配向し且つ該配向した領域の少なくとも一部が上
面に露出している第１のバッファー層を形成する工程、
（３）該第１バッファー層上に、少なくとも上面の全体
が実質的に該第１バッファー層の該配向領域と同一の配
向をしている第２のバッファー層を形成する工程、およ
び（４）該第２バッファー層上に、ペロブスカイト構造
を有する酸化物超伝導体の層を形成する工程を含むこと
を特徴とする。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is
(1) A step of forming an oxide film as an insulating layer on a semiconductor substrate, (2) Partial (k00) or (00k) or (kkk) on the oxide film (where k is an integer other than 0). Forming a first buffer layer that is orientated in and at least a portion of the oriented region is exposed on the upper surface,
(3) forming a second buffer layer on the first buffer layer, at least the entire top surface of which has substantially the same orientation as the orientation region of the first buffer layer; and (4) The method is characterized by including a step of forming a layer of an oxide superconductor having a perovskite structure on the second buffer layer.
【０００９】[0009]
【作用】本発明においては、２段階にバッファー層を成
長させ、第１段のバッファー層を部分的に（ｋ００）ま
たは（００ｋ）または（ｋｋｋ）〔ここでｋは０でない
整数〕に配向させ且つ該配向した領域の少なくとも一部
が上面に露出しているようにしたことにより、その上に
形成する第２段のバッファー層は１００ｎｍ程度の厚さ
で十分に、実質的に全体が上記配向の結晶として成長す
ることができる。そして、この第２バッファー層上に酸
化物超伝導体を６００℃程度またはそれ以下の低温で
（００ｋ）配向として成長させることができる。また第
１バッファー層も一部が上記配向していれば足りるの
で、１００ｎｍ程度あるいはそれ以下の厚さで形成する
ことができる。第１バッファー層と第２バッファー層を
合わせたバッファー層全体としても高々２００ｎｍ程度
と薄いので、実際のＬＳＩ配線に十分適用できる。In the present invention, the buffer layer is grown in two steps, and the first-step buffer layer is partially oriented to (k00) or (00k) or (kkk) (where k is a nonzero integer). Moreover, since at least a part of the oriented region is exposed on the upper surface, the second-stage buffer layer formed thereon has a thickness of about 100 nm, and substantially the entire region is oriented. Can be grown as crystals. Then, an oxide superconductor can be grown on this second buffer layer in a (00k) orientation at a low temperature of about 600 ° C. or lower. Further, the first buffer layer may be formed with a thickness of about 100 nm or less, since it is sufficient if a part of the first buffer layer is oriented as described above. The total thickness of the buffer layers including the first buffer layer and the second buffer layer is as thin as about 200 nm at most, so that it can be sufficiently applied to an actual LSI wiring.
【００１０】[0010]
【実施例】〔実施例１〕図１を参照して、本発明による
酸化物超伝導体薄膜を形成する手順の一例を説明する。EXAMPLES Example 1 An example of a procedure for forming an oxide superconductor thin film according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００１１】工程１：酸化膜の形成 Ｓｉ基板１上に、熱酸化法により厚さ０．５〜１μｍの
ＳｉＯ2 膜２を形成した。 Step 1: Formation of oxide film A SiO 2 film 2 having a thickness of 0.5 to 1 μm was formed on the Si substrate 1 by a thermal oxidation method.
【００１２】工程２：第１バッファー層の形成 酸化膜２上に、先ず第１のバッファー層を形成するため
に、ｒｆスパッタリングによりＩＴＯ（Indium Tin Oxi
de: インジウム錫酸化物）の層３を１００ｎｍの厚さに
堆積させた。スパッタリングのターゲットはＩｎ2 Ｏ3
（９１ｍｏｌ％）−ＳｎＯ2 （９ｍｏｌ％）の焼結体を
用いた。スパッタリング条件は、ｒｆパワーを１００〜
２５０Ｗ、アルゴン圧力を６０〜９０ｍｍＴｏｒｒ、基
板温度を３００℃とした。ＩＴＯ層３は、Ｘ線回折結果
を図３に示すように、若干の（４００）ピークが認めら
れるが、大半はアモルファス相であった。 Step 2: Formation of first buffer layer First, in order to form a first buffer layer on the oxide film 2, ITO (Indium Tin Oxi) is formed by rf sputtering.
de: indium tin oxide) layer 3 was deposited to a thickness of 100 nm. The sputtering target is In 2 O 3
A sintered body of (91 mol%)-SnO 2 (9 mol%) was used. The sputtering conditions are rf power of 100 to
The temperature was 250 W, the argon pressure was 60 to 90 mmTorr, and the substrate temperature was 300 ° C. The ITO layer 3 had a slight (400) peak as shown in the X-ray diffraction result of FIG. 3, but most of it was in the amorphous phase.
【００１３】次に、基板温度を２００℃とし、ＩＴＯ層
３にマルチラインのｃｗＡｒ+ レーザを大気中照射し
た。照射条件は、レーザパワーが２．０Ｗ、集光レンズ
の焦点距離が２５ｍｍ、スキャンスピードが１５０ｍｍ
／ｓｅｃ、送り幅が２μｍであった。用いたレーザ照射
装置を図４に示す。水平に固定された架台４１上にＡｒ
イオンレーザ発生装置４２とＸ−Ｙステージ４３が配置
されており、ステージ４３上に固定されたヒータ内蔵式
試料ホルダ４４上に照射対象である試料４５を保持す
る。レーザ発生装置４２から発したレーザビーム４６
は、架台４１上に配設されたミラー４７、空間フィルタ
ー４８およびλ／２板フィルター４９から成る光学系を
介して試料４５の表面に照射される。Next, the substrate temperature was set to 200 ° C., and the ITO layer 3 was irradiated with a multi-line cwAr + laser in the atmosphere. The irradiation conditions are as follows: laser power 2.0W, focusing lens focal length 25mm, scan speed 150mm
/ Sec, the feed width was 2 μm. The laser irradiation device used is shown in FIG. Ar on a pedestal 41 fixed horizontally
An ion laser generator 42 and an XY stage 43 are arranged, and a sample 45 to be irradiated is held on a sample holder 44 with a built-in heater which is fixed on the stage 43. Laser beam 46 emitted from laser generator 42
Is irradiated onto the surface of the sample 45 via an optical system including a mirror 47, a spatial filter 48 and a λ / 2 plate filter 49 arranged on the pedestal 41.
【００１４】上記レーザ照射による熱処理後のＩＴＯ層
３のＸ線回折結果を図５に示す。（２２２）ピークが支
配的であり、その他に（１００）、（４００）、および
（４４０）の各ピークが認められた。このレーザ照射後
のＩＴＯ層３を第１バッファー層とした。The X-ray diffraction result of the ITO layer 3 after the heat treatment by the laser irradiation is shown in FIG. The (222) peak was dominant, and the other (100), (400), and (440) peaks were also observed. The ITO layer 3 after the laser irradiation was used as the first buffer layer.
【００１５】工程３：第２バッファー層の形成 上記ＩＴＯの第１バッファー層３上に、第２のバッファ
ー層４としてＩＴＯ、ＹＳＺ（Yttria-stabilized Zirc
onia: イットリアで安定化したジルコニア）、またはＢ
ｉ系ペロブスカイト酸化物を１００ｎｍの厚さに成長さ
せた。第２バッファー層４としてのＩＴＯ層の成長条件
は、第１バッファー層３としてのＩＴＯ層の堆積条件と
同じでよい。ただし、基板温度は４００℃とした。 Step 3: Formation of Second Buffer Layer ITO, YSZ (Yttria-stabilized Zirc) is formed as the second buffer layer 4 on the first buffer layer 3 of ITO.
onia: yttria-stabilized zirconia), or B
An i-based perovskite oxide was grown to a thickness of 100 nm. The growth conditions of the ITO layer as the second buffer layer 4 may be the same as the deposition conditions of the ITO layer as the first buffer layer 3. However, the substrate temperature was 400 ° C.
【００１６】得られた膜は、図６にＸ線回折結果を示す
ように、強く（２２２）に配向しており、他のピークは
認められなかった。As shown in the results of X-ray diffraction in FIG. 6, the obtained film had a strong (222) orientation, and no other peak was observed.
【００１７】工程４：酸化物超伝導体膜の形成 上記ＩＴＯの第２バッファー層４上に、ＭＢＥ装置（分
子線エピタキシャル成長装置）を用いて、Ｂｉ系酸化物
超伝導体の層５を成長させた。各原料金属の蒸発温度
は、Ｂｉが４５０〜５５０℃、Ｓｒが４８０〜５３０
℃、Ｃａが５１０〜５５０℃、Ｃｕが１０２０〜１０９
０℃とし、組成がＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：
２：３となるようにした。成膜圧力は１０-7Ｔｏｒｒ台
とし、基板温度は５５０℃とした。 Step 4: Formation of Oxide Superconductor Film A Bi-based oxide superconductor layer 5 is grown on the second buffer layer 4 of ITO using an MBE apparatus (molecular beam epitaxial growth apparatus). It was The evaporation temperature of each raw material metal is 450 to 550 ° C. for Bi and 480 to 530 for Sr.
℃, Ca is 510-550 ℃, Cu is 1050-109
At 0 ° C., the composition is Bi: Sr: Ca: Cu = 2: 2:
It was set to be 2: 3. The film forming pressure was on the order of 10 −7 Torr, and the substrate temperature was 550 ° C.
【００１８】これにより得られた膜は、Ｘ線回折結果を
図７に示すように、（００ｋ）のみに配向したエピタキ
シャル成長をしていた。膜の電気的性質を調べたとこ
ろ、抵抗値がゼロとなる臨界温度Ｔｃzeroが８２Ｋであ
り、臨界電流値Ｊｃが２×１０ 6 Ａ／ｃｍ2 であった。
本実施例では上記工程３において第２バッファー層４と
してのＩＴＯ層を、基板温度４００℃で成長させた。こ
れに対して、基板温度４００℃未満（３００℃）で成長
させた場合は、図８にＸ線回折チャートで示したよう
に、（２２２）ピーク以外に（４００）ピークも現れて
しまう。そして、このＩＴＯ層４上に上記工程４と同一
条件で形成したＢｉ系酸化物超伝導体膜５は、（００
ｋ）に配向はするものの、配向強度は著しく弱くなり、
電気的特性もＴｃzeroが７０Ｋ、Ｊｃが５×１０-4Ａ／
ｃｍ2 と劣化した。The film thus obtained shows the X-ray diffraction results.
As shown in FIG. 7, epitaxy oriented only in (00k)
It was growing shall. The investigation of the electrical properties of the film
The critical temperature Tc at which the resistance becomes zerozeroIs 82K
And the critical current value Jc is 2 × 10 6A / cm2Met.
In this embodiment, the second buffer layer 4 and
And the ITO layer was grown at a substrate temperature of 400 ° C. This
On the other hand, the substrate temperature is less than 400 ℃ (300 ℃)
In the case of allowing it, as shown in the X-ray diffraction chart in FIG.
In addition to (222) peak, (400) peak also appeared.
I will end up. Then, on the ITO layer 4, the same as the above step 4
The Bi-based oxide superconductor film 5 formed under the conditions is (00
Although it is oriented in k), the orientation strength is significantly weakened,
Electrical characteristics are also TczeroIs 70K, Jc is 5 × 10-FourA /
cm2And deteriorated.
【００１９】一方、上記工程３において、第２バッファ
ー層４としてＹＳＺまたはＢｉ系ペロブスカイト酸化物
を１００ｎｍの厚さに形成した場合、第２バッファー層
４として上記ＩＴＯ層を形成した場合と同様に良好な配
向および電気的特性を有するＢｉ系酸化物超伝導体膜５
が得られた。On the other hand, when YSZ or Bi-based perovskite oxide is formed to a thickness of 100 nm as the second buffer layer 4 in the step 3, it is as good as when the ITO layer is formed as the second buffer layer 4. -Based oxide superconductor film 5 having excellent orientation and electrical characteristics
was gotten.
【００２０】〔実施例２〕図１を参照して、本発明によ
る酸化物超伝導体薄膜を形成する手順の他の一例を説明
する。[Embodiment 2] Another example of the procedure for forming the oxide superconductor thin film according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００２１】工程１：酸化膜の形成 Ｓｉ基板１上に、実施例１と同様にＳｉＯ2 膜２を形成
した。 Step 1: Formation of oxide film A SiO 2 film 2 was formed on the Si substrate 1 in the same manner as in Example 1.
【００２２】工程２：第１バッファー層の形成 酸化膜２上に、先ず第１のバッファー層を形成するため
に、ｒｆスパッタリングによりＹＳＺ（Yttria-stabili
zed Zirconia: イットリアで安定化したジルコニア）の
層３を１００ｎｍの厚さに堆積させた。スパッタリング
のターゲットはＺｒＯ2 （９０ｍｏｌ％）−Ｙ2 Ｏ
3 （１０ｍｏｌ％）の焼結体を用いた。スパッタリング
条件は、ｒｆパワーを１００〜２５０Ｗ、酸素分圧を１
０-3Ｔｏｒｒ、基板温度を３００℃とした。得られた膜
はアモルファスであった。 Step 2: Formation of first buffer layer First, to form a first buffer layer on the oxide film 2, YSZ (Yttria-stabili) is formed by rf sputtering.
A layer 3 of zed Zirconia: yttria-stabilized zirconia) was deposited to a thickness of 100 nm. The sputtering target is ZrO 2 (90 mol%)-Y 2 O.
A sintered body of 3 (10 mol%) was used. The sputtering conditions are rf power of 100 to 250 W and oxygen partial pressure of 1
0 -3 Torr, the substrate temperature was set to 300 ° C.. The obtained film was amorphous.
【００２３】次に、図４に示すレーザ照射装置を用い
て、基板温度を２００℃とし、ＹＳＺ層３にマルチライ
ンのｃｗＡｒ+ レーザを大気中照射した。照射条件は、
レーザパワーが２．０Ｗ、集光レンズの焦点距離が２５
ｍｍ、スキャンスピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃ、送り幅
が２μｍであった。上記レーザ照射による熱処理後のＹ
ＳＺ層３は、図９にＸ線回折結果を示すように、（１１
１）ピークが認められた。このレーザ照射後のＹＳＺ層
３を第１バッファー層とした。Next, using the laser irradiation apparatus shown in FIG. 4, the substrate temperature was set to 200 ° C. and the YSZ layer 3 was irradiated with a multi-line cwAr + laser in the atmosphere. The irradiation conditions are
Laser power is 2.0W, focal length of condenser lens is 25
mm, the scan speed was 150 mm / sec, and the feed width was 2 μm. Y after heat treatment by laser irradiation
As shown in the X-ray diffraction results in FIG. 9, the SZ layer 3 has (11
1) A peak was recognized. The YSZ layer 3 after the laser irradiation was used as the first buffer layer.
【００２４】工程３：第２バッファー層の形成 上記ＹＳＺの第１バッファー層３上に、第２のバッファ
ー層４としてＹＳＺ、ＩＴＯ、またはＢｉ系ペロブスカ
イト酸化物を１００ｎｍの厚さに成長させた。第２バッ
ファー層４としてのＹＳＺ層の成長条件は、第１バッフ
ァー層３としてのＹＳＺ層の堆積条件と同じである。た
だし、基板温度は６００℃とした。 Step 3: Formation of Second Buffer Layer YSZ, ITO, or Bi-based perovskite oxide was grown to a thickness of 100 nm as the second buffer layer 4 on the first buffer layer 3 of YSZ. The growth conditions of the YSZ layer as the second buffer layer 4 are the same as the deposition conditions of the YSZ layer as the first buffer layer 3. However, the substrate temperature was 600 ° C.
【００２５】得られた膜は、図１０にＸ線回折結果を示
すように、強く（１１１）に配向しており、他のピーク
は認められなかった。As shown in the X-ray diffraction results of FIG. 10, the obtained film had a strong (111) orientation, and no other peak was observed.
【００２６】工程４：酸化物超伝導体膜の形成 上記ＹＳＺの第２バッファー層４上に、ＭＢＥ装置を用
いて、Ｂｉ系酸化物超伝導体の層５を成長させた。各原
料金属の蒸発温度、組成比、成膜圧力、基板温度は、第
２バッファー層４としてＩＴＯを用いた実施例１と同じ
であった。これにより得られた膜は、（００ｋ）のみに
配向したエピタキシャル成長をしていた。膜の電気的性
質を調べたところ、抵抗値がゼロとなる臨界温度Ｔｃ
zeroが８０Ｋであり、臨界電流値Ｊｃが１．０×１０6
Ａ／ｃｍ2 であった。 Step 4: Formation of Oxide Superconductor Film A Bi-based oxide superconductor layer 5 was grown on the second buffer layer 4 of YSZ using an MBE apparatus. The evaporation temperature of each raw material metal, the composition ratio, the film forming pressure, and the substrate temperature were the same as in Example 1 using ITO as the second buffer layer 4. The film thus obtained was epitaxially grown with only (00k) orientation. When the electrical properties of the film were investigated, the critical temperature Tc at which the resistance value became zero
Zero is 80K and critical current value Jc is 1.0 × 10 6.
It was A / cm 2 .
【００２７】上記工程３において、第２バッファー層４
としてＩＴＯまたはＢｉ系ペロブスカイト酸化物を１０
０ｎｍの厚さに形成した場合にも、上記と同様に良好な
配向および電気的特性を有するＢｉ系酸化物超伝導体膜
５が得られた。In the above step 3, the second buffer layer 4
As an ITO or Bi-based perovskite oxide
Even when it was formed to a thickness of 0 nm, the Bi-based oxide superconductor film 5 having good orientation and electrical characteristics as described above was obtained.
【００２８】〔実施例３〕図１を参照して、本発明によ
る酸化物超伝導体薄膜を形成する手順の更に別の一例を
説明する。[Embodiment 3] Still another example of the procedure for forming an oxide superconductor thin film according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００２９】工程１：酸化膜の形成 Ｓｉ基板１上に、実施例１と同様にＳｉＯ2 膜２を形成
した。 Step 1: Formation of oxide film A SiO 2 film 2 was formed on the Si substrate 1 in the same manner as in Example 1.
【００３０】工程２：第１バッファー層の形成 酸化膜２上に、先ず第１のバッファー層を形成するため
に、ＭＢＥ装置によりＢｉ系ペロブスカイト酸化物の層
３を１００ｎｍの厚さに堆積させた。各原料金属の蒸発
温度は、Ｂｉを４５０〜５５０℃、Ｓｒを４８０〜５３
０℃、Ｃｕを１０２０〜１０９０℃とし、組成がＢｉ：
Ｓｒ：Ｃｕ＝２：２：１になるようにした。成膜圧力は
１０-7Ｔｏｒｒ台とし、基板温度は３００℃とした。得
られた膜はアモルファスであった。 Step 2: Formation of first buffer layer On the oxide film 2, first, in order to form a first buffer layer, a Bi-based perovskite oxide layer 3 was deposited to a thickness of 100 nm by an MBE apparatus. . The evaporation temperature of each raw material metal is such that Bi is 450 to 550 ° C. and Sr is 480 to 53.
0 ° C., Cu at 1020 to 1090 ° C., and the composition is Bi:
Sr: Cu was set to be 2: 2: 1. The film forming pressure was on the order of 10 −7 Torr, and the substrate temperature was 300 ° C. The obtained film was amorphous.
【００３１】次に、図４に示すレーザ照射装置を用い
て、基板温度を２００℃とし、Ｂｉ系ペロブスカイト酸
化物層３にマルチラインのｃｗＡｒ+ レーザを大気中照
射した。照射条件は、レーザパワーが２．０Ｗ、集光レ
ンズの焦点距離が２５ｍｍ、スキャンスピードが１５０
ｍｍ／ｓｅｃ、送り幅が２μｍであった。上記レーザ照
射による熱処理後のＢｉ系ペロブスカイト酸化物層３
は、図１１にＸ線回折結果を示すように、弱く（００
６）、（００８）に配向していた。このレーザ照射後の
Ｂｉ系ペロブスカイト酸化物層３を第１バッファー層と
した。（なお、レーザ処理温度を成膜温度（３００℃）
よりも高くすると（００ｋ）配向を示さず、未同定のピ
ークが得られた。）Next, using the laser irradiation apparatus shown in FIG. 4, the substrate temperature was set to 200 ° C. and the Bi-based perovskite oxide layer 3 was irradiated with a multiline cwAr + laser in the atmosphere. The irradiation conditions are as follows: laser power 2.0 W, focusing lens focal length 25 mm, scan speed 150
mm / sec, the feed width was 2 μm. Bi-based perovskite oxide layer 3 after heat treatment by laser irradiation
Is weak (00
6) and (008). The Bi-based perovskite oxide layer 3 after the laser irradiation was used as the first buffer layer. (Note that the laser processing temperature is the film forming temperature (300 ° C.)
Higher than that, an unidentified peak was obtained without showing the (00k) orientation. )
【００３２】工程３：第２バッファー層の形成 上記Ｂｉ系ペロブスカイト酸化物の第１バッファー層３
上に、第２のバッファー層４としてＹＳＺ、ＩＴＯ、ま
たはＢｉ系ペロブスカイト酸化物を１００ｎｍの厚さに
成長させた。第２バッファー層４としてのＢｉ系ペロブ
スカイト酸化物層の成長条件は、第１バッファー層３と
してのＢｉ系ペロブスカイト酸化物層の堆積条件と同じ
である。ただし、基板温度は５５０℃とした。 Step 3: Formation of Second Buffer Layer First buffer layer 3 of the above Bi-based perovskite oxide
On top, YSZ, ITO, or Bi-based perovskite oxide was grown to a thickness of 100 nm as the second buffer layer 4. The growth conditions of the Bi-based perovskite oxide layer as the second buffer layer 4 are the same as the deposition conditions of the Bi-based perovskite oxide layer as the first buffer layer 3. However, the substrate temperature was 550 ° C.
【００３３】得られた膜は、図１２にＸ線回折結果を示
すように、強く（００６）、（００８）に配向していた
が、他に弱く（００２）、（００１０）配向も認められ
た。The obtained film had strong (006) and (008) orientations as shown in the X-ray diffraction results of FIG. 12, but other weak (002) and (0010) orientations were also observed. It was
【００３４】工程４：酸化物超伝導体膜の形成 上記Ｂｉ系ペロブスカイト酸化物の第２バッファー層４
上に、ＭＢＥ装置を用いて、Ｂｉ系酸化物超伝導体の層
５を成長させた。各原料金属の蒸発温度、組成比、成膜
圧力、基板温度は、第２バッファー層４としてＩＴＯを
用いた実施例１と同じであった。 Step 4: Formation of oxide superconductor film Second buffer layer 4 of the above Bi-based perovskite oxide
On top, a layer 5 of Bi-based oxide superconductor was grown using an MBE apparatus. The evaporation temperature of each raw material metal, the composition ratio, the film forming pressure, and the substrate temperature were the same as in Example 1 using ITO as the second buffer layer 4.
【００３５】これにより得られた膜は、（００ｋ）のみ
に配向したエピタキシャル成長をしていた。膜の電気的
性質を調べたところ、抵抗値がゼロとなる臨界温度Ｔｃ
zeroが８５Ｋであり、臨界電流値Ｊｃが３．０×１０6
Ａ／ｃｍ2 であった。一方、上記工程３において、第２
バッファー層４としてＩＴＯまたはＹＳＺを１００ｎｍ
の厚さに形成した場合にも、上記と同様に良好な配向お
よび電気的特性を有するＢｉ系酸化物超伝導体膜５が得
られた。The film thus obtained was epitaxially grown with only (00k) orientation. When the electrical properties of the film were investigated, the critical temperature Tc at which the resistance value became zero
Zero is 85K and critical current value Jc is 3.0 × 10 6.
It was A / cm 2 . On the other hand, in the above step 3, the second
ITO or YSZ is 100 nm as the buffer layer 4.
Even when it was formed to a thickness of 1, the Bi-based oxide superconductor film 5 having good orientation and electrical characteristics as described above was obtained.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２段階のバッファー層を成長させており、第１のバッフ
ァー層を部分的に結晶化したことにより、第２のバッフ
ァー層は１００ｎｍ程度の厚さで十分に結晶化する。こ
れにより、バッファー層上に酸化物超伝導体の薄膜を６
００℃程度またはそれ以下の低温で且つ（００ｋ）配向
するように成長させることができる。本発明を適用した
Ｂｉ系酸化物超伝導体薄膜は８０Ｋ以上の高い臨界温度
（Ｔｃzero）と１０6 Ａ／ｃｍ2 台の大きい臨界電流値
（Ｊｃ）とを有し、バッファー層の厚さが高々２００ｎ
ｍ程度と薄いので、実際のＬＳＩ配線に十分適用でき
る。As described above, according to the present invention,
By growing the two-stage buffer layer and partially crystallizing the first buffer layer, the second buffer layer is sufficiently crystallized with a thickness of about 100 nm. As a result, an oxide superconductor thin film 6 is formed on the buffer layer.
It can be grown at a low temperature of about 00 ° C. or lower and with (00k) orientation. The Bi-based oxide superconductor thin film to which the present invention is applied has a high critical temperature (Tc zero ) of 80 K or more and a large critical current value (Jc) of the order of 10 6 A / cm 2, and the thickness of the buffer layer. At most 200n
Since it is as thin as about m, it can be sufficiently applied to actual LSI wiring.
【図１】本発明によるバッファー層を用いて酸化物超伝
導体薄膜を形成した半導体装置の構造を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device in which an oxide superconductor thin film is formed using a buffer layer according to the present invention.
【図２】従来のバッファー層を用いて酸化物超伝導体薄
膜を形成した半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device in which an oxide superconductor thin film is formed using a conventional buffer layer.
【図３】ＳｉＯ2 膜上に堆積させたままのＩＴＯ層のＸ
線回折チャートを示すグラフである。FIG. 3 X of the as-deposited ITO layer on the SiO 2 film
It is a graph which shows a line diffraction chart.
【図４】レーザ照射装置を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a laser irradiation device.
【図５】図３のＩＴＯ層をレーザ照射により熱処理した
後のＸ線回折チャートを示すグラフである。5 is a graph showing an X-ray diffraction chart after heat-treating the ITO layer of FIG. 3 by laser irradiation.
【図６】図４のＩＴＯ層上に堆積させたままの第２のＩ
ＴＯ層のＸ線回折チャートを示すグラフである。FIG. 6 shows a second I as deposited on the ITO layer of FIG.
It is a graph which shows the X-ray-diffraction chart of TO layer.
【図７】図６の第２のＩＴＯ層上に成長させた酸化物超
伝導体薄膜のＸ線回折チャートを示すグラフである。7 is a graph showing an X-ray diffraction chart of the oxide superconductor thin film grown on the second ITO layer of FIG.
【図８】図４のＩＴＯ層上に低温で堆積させたままの第
２のＩＴＯ層のＸ線回折チャートを示すグラフである。8 is a graph showing an X-ray diffraction chart of the second ITO layer as deposited on the ITO layer of FIG. 4 at low temperature.
【図９】ＳｉＯ2 膜上に堆積後、レーザ照射による熱処
理を施したＹＳＺ層のＸ線回折チャートを示すグラフで
ある。FIG. 9 is a graph showing an X-ray diffraction chart of a YSZ layer that has been heat-treated by laser irradiation after being deposited on a SiO 2 film.
【図１０】図９のＹＳＺ層上に堆積させたままの第２の
ＹＳＺ層のＸ線回折チャートを示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an X-ray diffraction chart of the as-deposited second YSZ layer of the YSZ layer of FIG.
【図１１】ＳｉＯ2 膜上に堆積後、レーザ照射による熱
処理を施したＢｉ系ペロブスカイト酸化物層のＸ線回折
チャートを示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing an X-ray diffraction chart of a Bi-based perovskite oxide layer that has been heat-treated by laser irradiation after being deposited on a SiO 2 film.
【図１２】図１１のＢｉ系ペロブスカイト酸化物層上に
堆積させたままの第２のＢｉ系ペロブスカイト酸化物層
のＸ線回折チャートを示すグラフである。12 is a graph showing an X-ray diffraction chart of the second Bi-based perovskite oxide layer as deposited on the Bi-based perovskite oxide layer in FIG. 11. FIG.
１，１１…Ｓｉ基板 ２，１２…ＳｉＯ2 膜 １３…バッファー層 ３…第１バッファー層 ４…第２バッファー層 ５，１４…酸化物超伝導体層1, 11 ... Si substrate 2, 12 ... SiO 2 film 13 ... Buffer layer 3 ... First buffer layer 4 ... Second buffer layer 5, 14 ... Oxide superconductor layer
Claims (3)
の酸化膜、 該酸化膜上に形成された、部分的に（ｋ００）または
（００ｋ）または（ｋｋｋ）〔ここでｋは０でない整
数〕に配向し且つ該配向した領域の少なくとも一部が上
面まで達している第１のバッファー層、 該第１バッファー層上に形成された、少なくとも上面の
全体が実質的に該第１バッファー層の該配向領域と同一
の配向をしている第２のバッファー層、および該第２バ
ッファー層上に形成された、ペロブスカイト構造を有す
る酸化物超伝導体の層を含むことを特徴とする半導体装
置。1. An oxide film as an insulating layer formed on a semiconductor substrate, partly (k00) or (00k) or (kkk) formed on the oxide film [where k is an integer other than 0] ], And at least a part of the oriented region reaches the upper surface, a first buffer layer formed on the first buffer layer, and at least the entire upper surface is substantially the same as the first buffer layer. A semiconductor device comprising: a second buffer layer having the same orientation as the orientation region; and a layer of an oxide superconductor having a perovskite structure formed on the second buffer layer.
化膜を形成する工程、 （２）該酸化膜上に、部分的に（ｋ００）または（００
ｋ）または（ｋｋｋ）〔ここでｋは０でない整数〕に配
向し且つ該配向した領域の少なくとも一部が上面に露出
している第１のバッファー層を形成する工程、 （３）該第１バッファー層上に、少なくとも上面の全体
が実質的に該第１バッファー層の該配向領域と同一の配
向をしている第２のバッファー層を形成する工程、およ
び （４）該第２バッファー層上に、ペロブスカイト構造を
有する酸化物超伝導体の層を形成する工程を含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。2. (1) A step of forming an oxide film as an insulating layer on a semiconductor substrate, (2) Partial (k00) or (00) on the oxide film.
k) or (kkk) (where k is an integer other than 0) and forming a first buffer layer in which at least a part of the oriented region is exposed on the upper surface, (3) the first Forming a second buffer layer on the buffer layer, at least the entire top surface of which has substantially the same orientation as the orientation region of the first buffer layer; and (4) on the second buffer layer A method of manufacturing a semiconductor device, which further comprises the step of forming a layer of an oxide superconductor having a perovskite structure.
ファー層の組成を有するアモルファス層を形成した後、
熱処理を施すことにより該アモルファス層を部分的に前
記配向させて該第１バッファー層を形成することを特徴
とする請求項２記載の方法。3. In the step (2), after forming an amorphous layer having the composition of the first buffer layer,
The method according to claim 2, wherein the amorphous layer is partially oriented by the heat treatment to form the first buffer layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216020A JPH0669561A (en) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Semiconductor device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216020A JPH0669561A (en) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Semiconductor device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669561A true JPH0669561A (en) | 1994-03-11 |
Family
ID=16682044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4216020A Withdrawn JPH0669561A (en) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Semiconductor device and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0669561A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008303082A (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Kagoshima Univ | Interlayer of orientational substrate for forming epitaxial film and orientational substrate for forming epitaxial film |
| US9838780B2 (en) | 2007-01-05 | 2017-12-05 | Apple Inc. | Audio I O headset plug and plug detection circuitry |
-
1992
- 1992-08-13 JP JP4216020A patent/JPH0669561A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9838780B2 (en) | 2007-01-05 | 2017-12-05 | Apple Inc. | Audio I O headset plug and plug detection circuitry |
| JP2008303082A (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Kagoshima Univ | Interlayer of orientational substrate for forming epitaxial film and orientational substrate for forming epitaxial film |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5077266A (en) | Method of forming weak-link josephson junction, and superconducting device employing the junction | |
| US6226858B1 (en) | Method of manufacturing an oxide superconductor wire | |
| Goyal et al. | High critical current density superconducting tapes by epitaxial deposition of YBa2Cu3O x thick films on biaxially textured metals | |
| JPH0725640B2 (en) | Superconductor device with epitaxial structure | |
| Katsuno et al. | Characteristics of interface-engineered Josephson junctions using a YbBa 2 Cu 3 O y counterelectrode layer | |
| US6699820B2 (en) | Method for making a superconductor with enhanced current carrying capability | |
| JPH0669561A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
| JP3189403B2 (en) | Element having superconducting junction and method of manufacturing the same | |
| JPH0218974A (en) | Supeconducting device and its manufacture | |
| EP2131408A1 (en) | Process for the preparation of a shaped substrate for a coated conductor and coated conductor using said substrate | |
| US20040266627A1 (en) | High-temperature superconductor devices and methods of forming the same | |
| EP0459906A2 (en) | Process for preparing superconducting junction of oxide superconductor | |
| JP2819871B2 (en) | Manufacturing method of superconducting device | |
| US20040134967A1 (en) | Interface engineered high-Tc Josephson junctions | |
| JPH059100A (en) | Synthesis of oxide superconducting thin film | |
| JP3045705B2 (en) | Oxide-based superconducting material, method for producing the same, and apparatus using the same | |
| Abrutis¹ et al. | MOCVD" Digital" Growth of High-Tc Superconductors, Related Heterostructures and Superlattices | |
| US5362709A (en) | Superconducting device | |
| Chrisey | Progress in the first ten years of HTS film growth | |
| JPH01115899A (en) | Production of oxide superconductor film | |
| JPH01100096A (en) | Production of oxide superconductor thin film | |
| JPH03275504A (en) | Oxide superconductor thin film and its production | |
| JP2821885B2 (en) | Superconducting thin film forming method | |
| JPH11243234A (en) | Superconducting device and method of manufacturing the same | |
| JP2958645B2 (en) | Oxide superconductor element and method for producing oxide superconductor thin film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |