JPS63220545A - 超伝導半導体装置の作製方法 - Google Patents
超伝導半導体装置の作製方法Info
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- JPS63220545A JPS63220545A JP62053725A JP5372587A JPS63220545A JP S63220545 A JPS63220545 A JP S63220545A JP 62053725 A JP62053725 A JP 62053725A JP 5372587 A JP5372587 A JP 5372587A JP S63220545 A JPS63220545 A JP S63220545A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明はセラミック系超伝導材料を用いた半導体装置の
作製方法に関するもので、半導体装置における相互配線
の一部または全部を超伝導材料で形成するとともに、こ
の半導体装置を７０〜１００’に好ましくば７７°にの
如き低温で動作せしめんとするものである。
作製方法に関するもので、半導体装置における相互配線
の一部または全部を超伝導材料で形成するとともに、こ
の半導体装置を７０〜１００’に好ましくば７７°にの
如き低温で動作せしめんとするものである。
「従来の技術」
従来、超伝導材料はＮｂ−Ｇｅ系（例えはＮｂ５Ｇｅ）
等の金属材料を線材として用い、超伝導マグネットとし
て用いられるに限られていた。
等の金属材料を線材として用い、超伝導マグネットとし
て用いられるに限られていた。
また最近はセラミック材料で超伝導を呈し得ることが知
られていた。しかしこれもインゴット構造であり、薄膜
の超伝導材料の形成はまったく提案されていない。
られていた。しかしこれもインゴット構造であり、薄膜
の超伝導材料の形成はまったく提案されていない。
いわんや、この薄膜をフォトリソグラフィ技術によりパ
ターニングする方法も、またこれをさらに半導体装置の
相互配線の一部に用いることもまったく知られていない
。
ターニングする方法も、またこれをさらに半導体装置の
相互配線の一部に用いることもまったく知られていない
。
他方、半導体集積回路を含めた複数の素子を同一基板に
設けた半導体装置が知られている。しかしこの半導体装
置を液体窒素温度（７７°ｋ）の如き低温で動作させる
試みはまった（知られてない。
設けた半導体装置が知られている。しかしこの半導体装
置を液体窒素温度（７７°ｋ）の如き低温で動作させる
試みはまった（知られてない。
「従来の問題点」
半導体集積回路は近年益々微細化するとともに高速動作
を要求されている。また微細化とともに半導体素子の発
熱による信頼性低下また発熱部の動作速度の低下が問題
となっていた。
を要求されている。また微細化とともに半導体素子の発
熱による信頼性低下また発熱部の動作速度の低下が問題
となっていた。
このため、もし半導体素子を液体窒素温度で動作させん
とすると、その素子での電子およびホールの移動度は室
温のそれに比べて３〜４倍も高めることができ、ひいて
は素子の周波数特性を向」二できる。
とすると、その素子での電子およびホールの移動度は室
温のそれに比べて３〜４倍も高めることができ、ひいて
は素子の周波数特性を向」二できる。
また加えて液体窒素で冷却しているため、局部的な発熱
も防くことかでき、信頼性向上に優れたものであると推
定できる。
も防くことかでき、信頼性向上に優れたものであると推
定できる。
しかし、かかる極低温で動作をさせると、その金属リー
ド配線は逆にその電気抵抗が１桁も大きくなり、このリ
ードでの周波数特性の遅滞が問題となってしまった。
ド配線は逆にその電気抵抗が１桁も大きくなり、このリ
ードでの周波数特性の遅滞が問題となってしまった。
「問題を解決す・＼き手段」
本発明はかかる問題点を解決するため、半導体装置にお
ける相互配線を極低温（２０〜１００ °に好ましくは
７７°に以」二の温度）で超伝導を呈するセラミック材
料により設けたものである。
ける相互配線を極低温（２０〜１００ °に好ましくは
７７°に以」二の温度）で超伝導を呈するセラミック材
料により設けたものである。
本発明は半導体特に好ましくは耐熱性を有する半導体、
例えば単結晶シリコン半導体基板を用いて、この半導体
に複数の素子、例えば絶縁ゲイト型電界効果トランジス
タ、バイポーラ型ｌ・ランジスタ、５ＩＴ（静電誘導型
トランジスタ）、抵抗、キャパシタを設ける。そしてこ
の上に、またその上面の絶縁膜または導体上に電気抵抗
か零または零に近くする超伝導材料を形成する。これを
フォトリソグラフィ技術により選択エッチをしてバター
ニングをする。更にその二■ユ程の前または後に５００
〜１０００°Ｃて熱アニールを特に酸化性雰囲気で行う
ことにより、超伝導現象を極低温で呈するようにセラミ
ック材料の結晶構造を変成する。これらの工程を１回ま
たは複数回繰り返すことにより、■層または各層の相互
配線を電気抵抗が零の材料により形成する。
例えば単結晶シリコン半導体基板を用いて、この半導体
に複数の素子、例えば絶縁ゲイト型電界効果トランジス
タ、バイポーラ型ｌ・ランジスタ、５ＩＴ（静電誘導型
トランジスタ）、抵抗、キャパシタを設ける。そしてこ
の上に、またその上面の絶縁膜または導体上に電気抵抗
か零または零に近くする超伝導材料を形成する。これを
フォトリソグラフィ技術により選択エッチをしてバター
ニングをする。更にその二■ユ程の前または後に５００
〜１０００°Ｃて熱アニールを特に酸化性雰囲気で行う
ことにより、超伝導現象を極低温で呈するようにセラミ
ック材料の結晶構造を変成する。これらの工程を１回ま
たは複数回繰り返すことにより、■層または各層の相互
配線を電気抵抗が零の材料により形成する。
「作用」
かかる半導体素子を液体窒素温度とすると、その電子ま
たはホール移動度は３〜４倍に向上させることができる
。加えて、そのリード、電極の電気抵抗を零または零に
等しくすることが可能となる。そのためきわめて高速動
作をさせることが可能となる。
たはホール移動度は３〜４倍に向上させることができる
。加えて、そのリード、電極の電気抵抗を零または零に
等しくすることが可能となる。そのためきわめて高速動
作をさせることが可能となる。
また動作による発熱も液体窒素による冷却により高信頼
性化も可能となる。
性化も可能となる。
以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。
「実施例１」
第１図は本発明の超伝導半導体装置の製造工程の実施例
を示す。
を示す。
第１図（Ａ）において、シリコン半導体基板（１）上に
絶縁膜（２）を形成し、ここにフォトリソグラフィ技術
により開穴（８）を形成する。
絶縁膜（２）を形成し、ここにフォトリソグラフィ技術
により開穴（８）を形成する。
第１図（八）における半導体基板（１）内にはＩＧＦＥ
Ｔ（絶縁ゲイト型半導体装置）、パイポルラドランｃ−
） ジスクの如きアクティブ型素子または抵抗、キャパシタ
の如きパッシブ型素子が予め設けられている。そしてこ
れらのアクティブ型またはパッシブ型の素子の電極用コ
ンタクト部が前記した開穴に対応して設けられている。
Ｔ（絶縁ゲイト型半導体装置）、パイポルラドランｃ−
） ジスクの如きアクティブ型素子または抵抗、キャパシタ
の如きパッシブ型素子が予め設けられている。そしてこ
れらのアクティブ型またはパッシブ型の素子の電極用コ
ンタクト部が前記した開穴に対応して設けられている。
第１図（Ｂ）においてはこれらの上面に超伝導を呈すべ
き材料を薄膜状に形成する。この薄膜はスパッタ法で形
成した。スクリーン印刷法、真空蒸着法または気相法（
ＣＶＤ法）で行ってもよい。しかし、ここでは材料の形
成が量産効果を有し、また耐熱性のセラミック系薄膜を
作りやすいスパッタ法が好ましい。
き材料を薄膜状に形成する。この薄膜はスパッタ法で形
成した。スクリーン印刷法、真空蒸着法または気相法（
ＣＶＤ法）で行ってもよい。しかし、ここでは材料の形
成が量産効果を有し、また耐熱性のセラミック系薄膜を
作りやすいスパッタ法が好ましい。
スパッタ装置はターゲットとして（Ｙ （−ＸＢａｘ）
Ｃｕ０ｙｘ ＝０．０１〜０．３好ましくは０．０５
〜０．１ 、ｙ ＝２．５〜３．０を用いた。もしｙ＝
２．５の場合はブラウンミラーライｉ・構造を採りえる
。
Ｃｕ０ｙｘ ＝０．０１〜０．３好ましくは０．０５
〜０．１ 、ｙ ＝２．５〜３．０を用いた。もしｙ＝
２．５の場合はブラウンミラーライｉ・構造を採りえる
。
Ｔｃ（臨界温度）をより７７°Ｋまたはそれ以上とする
ためにはｙ＝２．５に近く、またＸは０．０５〜０．１
にターゲットの作製の際合成すればよい。
ためにはｙ＝２．５に近く、またＸは０．０５〜０．１
にターゲットの作製の際合成すればよい。
スパックに際してはその実施例として、基板部度４５０
℃、アルゴン雰囲気、周波数５ Ｑ Ｈｚ、出力１００
Ｗで行った。かかる場合のセラミック材料の膜厚を０．
２〜２μｍ１例えば１μｍの厚さとして、この後酸素中
７００°Ｃ（１０時間）でアニールを行い、その後この
薄膜がより結晶を成長させやすくすべ（Ｔｃ＝８０°Ｋ
（抵抗は８０°により下がりはじめ、実験的には３２
°にで抵抗は実質的に零になった）の超伝導薄膜を作る
ことができた。
℃、アルゴン雰囲気、周波数５ Ｑ Ｈｚ、出力１００
Ｗで行った。かかる場合のセラミック材料の膜厚を０．
２〜２μｍ１例えば１μｍの厚さとして、この後酸素中
７００°Ｃ（１０時間）でアニールを行い、その後この
薄膜がより結晶を成長させやすくすべ（Ｔｃ＝８０°Ｋ
（抵抗は８０°により下がりはじめ、実験的には３２
°にで抵抗は実質的に零になった）の超伝導薄膜を作る
ことができた。
この後、この薄膜をフォトリソグラフィ技術で所定のパ
ターニングを行った。かくして素子の電極および入力、
出力端子との接続を含む相互配線用の電極およびリード
を構成すべくフォトレジストコートし、酸例えば硫酸ま
たは硝酸で選択除去（エッチ）を行い第１図（Ｃ）を得
た。
ターニングを行った。かくして素子の電極および入力、
出力端子との接続を含む相互配線用の電極およびリード
を構成すべくフォトレジストコートし、酸例えば硫酸ま
たは硝酸で選択除去（エッチ）を行い第１図（Ｃ）を得
た。
このパターニングは前記した超伝導用薄膜を形成した後
に行い、さらにその後に熱アニールを行ってパターニン
グした相互作用部のみ選択的に結晶化を行うことは有効
である。
に行い、さらにその後に熱アニールを行ってパターニン
グした相互作用部のみ選択的に結晶化を行うことは有効
である。
この場合は相互配線を初期状態において結晶粒径が小さ
いためより微細パターンが可能である。
いためより微細パターンが可能である。
第１［ａ（Ｄ） はこの後多層配線を必要に応じて行っ
た。特に半導体装置との外部のリードの接合のためには
セラミック超伝導体より金属が連結をしやすい。このた
め層間絶縁物（６）を酸化珪素、ＰＴ口（ポリイミド樹
脂）で形成し、アルミニュームで（７） 、 （７”）
を形成した。
た。特に半導体装置との外部のリードの接合のためには
セラミック超伝導体より金属が連結をしやすい。このた
め層間絶縁物（６）を酸化珪素、ＰＴ口（ポリイミド樹
脂）で形成し、アルミニュームで（７） 、 （７”）
を形成した。
即ち、本発明は素子の相互配線の１層または多層配線を
超伝導材料で形成した。さらに外部引き出電極はその密
着性をよくするため金属パッドを設けごれを用いた。も
ちろんこの外部引き出し電極との密着性を向上できる場
合はこのパッド部も超伝導材料を用いてもよい。
超伝導材料で形成した。さらに外部引き出電極はその密
着性をよくするため金属パッドを設けごれを用いた。も
ちろんこの外部引き出し電極との密着性を向上できる場
合はこのパッド部も超伝導材料を用いてもよい。
「実施例２」
第２図は本発明の他の実施例を示す。
図面はＣ／ＭＯ３（相補型ＩＧＦＥＴ）の部分のみ拡大
して示したものである。
して示したものである。
図面は熱アニールに十分耐え得るシリコン半導体基板（
１）を用いた。さらにＰ型井戸（１５）を埋置して酸化
珪素（１１）を設け、一方のＩＧＦＥＴ（２０）はゲイ
ト電極（１２）、ソース（１３）、トレイン（１４）を
ＰチャネルＩＧＦＥＴとして設けた。他方のＩＧＦＥＴ
（２１）はゲイト電極（１２’） 、ソース（１３’）
、トレイン（１４’）として設け、Ｎチャネル型ＩＧ
’ＦＥＴとした。ゲイト電極（１２） 、 （１２’
）は多結晶シリコンとし、これらの連絡その他の相互配
線（５） 、 （７）を実施例１と同様の超伝導材料で
形成した。
１）を用いた。さらにＰ型井戸（１５）を埋置して酸化
珪素（１１）を設け、一方のＩＧＦＥＴ（２０）はゲイ
ト電極（１２）、ソース（１３）、トレイン（１４）を
ＰチャネルＩＧＦＥＴとして設けた。他方のＩＧＦＥＴ
（２１）はゲイト電極（１２’） 、ソース（１３’）
、トレイン（１４’）として設け、Ｎチャネル型ＩＧ
’ＦＥＴとした。ゲイト電極（１２） 、 （１２’
）は多結晶シリコンとし、これらの連絡その他の相互配
線（５） 、 （７）を実施例１と同様の超伝導材料で
形成した。
この超伝導材料を気相法で作り、下側基板に対し何らの
損傷を与えない場合はゲイト電極も超伝導材料で形成し
てもよい。
損傷を与えない場合はゲイト電極も超伝導材料で形成し
てもよい。
「効果」
本発明によりこれらを半導体装置を室温ではなく、冷却
して形成する場合においても実用化が初めて可能となっ
た。
して形成する場合においても実用化が初めて可能となっ
た。
特に半導体は冷却することにより周波数特性を向上させ
ることができる。しかし他方金属導体は逆に抵抗が増し
てしまう。この欠点を除去し導体をセラミック系超伝導
材料を用いることにより半導体とともに低温にし、電気
伝導度を向上させることが可能となった。
ることができる。しかし他方金属導体は逆に抵抗が増し
てしまう。この欠点を除去し導体をセラミック系超伝導
材料を用いることにより半導体とともに低温にし、電気
伝導度を向上させることが可能となった。
そのため、本発明の技術思想を発展させることにより、
１６Ｍ〜ＩＧピット等の超々１、Ｓｌに対する応用も可
能となった。
１６Ｍ〜ＩＧピット等の超々１、Ｓｌに対する応用も可
能となった。
本発明において、半導体はシリコンではなく ＧａＡｓ
等の化合物半導体であってもよい。またシリコン半導体
上にＧａＡｓ等のｍ−ｖ化合物半導体をヘテロエピタキ
シャル成長をせしめ、この半導体薄膜を用いてもよい。
等の化合物半導体であってもよい。またシリコン半導体
上にＧａＡｓ等のｍ−ｖ化合物半導体をヘテロエピタキ
シャル成長をせしめ、この半導体薄膜を用いてもよい。
かくすることにより超高速動作を指せることか可能とな
る。しかしアニールの温度を下げ、アニール中に半導体
基板を劣化しないように工夫する必要がある。
る。しかしアニールの温度を下げ、アニール中に半導体
基板を劣化しないように工夫する必要がある。
第１図は本発明の製造工程を示す。
第２図は本発明の他の実施例を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板内の複数の半導体素子を設ける工程と、
前記半導体基板上の相互配線を超伝導を呈するセラミッ
ク材料により形成する工程とを有することを特徴とする
超伝導半導体装置の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、相互配線は半導体
基板上または該基板上の絶縁膜または配線上にスパッタ
法によりセラミック材料を形成する工程と、該材料をフ
ォトリソグラフィ技術により選択エッチする工程と、該
工程の前または後に５００〜１０００℃の温度で熱アニ
ールを行う工程とを有して形成することを特徴とする超
伝導半導体装置の作製方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、熱アニールは酸性
雰囲気で実施せしめることを特徴とする超伝導半導体装
置の作製方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62053725A JPS63220545A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 超伝導半導体装置の作製方法 |
| EP88103643A EP0282012A3 (en) | 1987-03-09 | 1988-03-08 | Superconducting semiconductor device |
| KR1019880002376A KR950010206B1 (ko) | 1987-03-09 | 1988-03-08 | 전자 장치 및 그 제조 방법 |
| CN88101268A CN1017951B (zh) | 1987-03-09 | 1988-03-09 | 超导半导体器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62053725A JPS63220545A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 超伝導半導体装置の作製方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28399287A Division JPS63220546A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 超伝導装置の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63220545A true JPS63220545A (ja) | 1988-09-13 |
Family
ID=12950806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62053725A Pending JPS63220545A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 超伝導半導体装置の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63220545A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63249353A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 集積回路の配線方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126182A (en) * | 1981-01-28 | 1982-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Superconductor element |
| JPS60154613A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-14 | Hitachi Ltd | 極低温用半導体装置 |
-
1987
- 1987-03-09 JP JP62053725A patent/JPS63220545A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126182A (en) * | 1981-01-28 | 1982-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Superconductor element |
| JPS60154613A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-14 | Hitachi Ltd | 極低温用半導体装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63249353A (ja) * | 1987-04-06 | 1988-10-17 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 集積回路の配線方法 |
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