KR920009653B1 - 란탄늄 알루미네이트 박막의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

란탄늄 알루미네이트 박막의 제조방법

제1도는 본 발명의 제조공정을 나타낸 단면도.

제2도는 본 발명의 란탄늄 알루미네이트 박막을 이용하여 YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막을 제조한 상태의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실리콘 기판 2 : 원자

3 : 비정질 상태의 란탄늄 알루미네이트 박막

4 : 결정질의 란탄늄 알루미네이트 박막

5: YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막

본 발명은 고온 초전도 박막의 제조 공정에 관한 것으로, 특히 실리콘기판상에 균열이 없고 평활한 란탄늄 알루미네이트 박막을 증착하여 그 위에 YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막을 증착하도록한 란탄늄 알루미네이트(LaALO₃) 박막의 제조방법에 관한 것이다. 란탄늄 알루미네이트(LaALO₃)는 1950년대에 광전자 재료로의 응용 가능성이 높아지면서 이 재료의 단결정이 개발되었으며, 그 후에 란탄늄 알루미네이트의 단결정이 라튬 나이오 베이트(LiNbO₃)의 단결정에 비해 제반특성이 취약하기 때문에 그 응용이 어렵게 되었고 최근까지 더 이상의 연구 개발이 전무한 상태였었다.

그러나 최근에 개발된 YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막의 기판으로 란탄늄 알루미네이트의 단결정이 가장 우수하다는 평가가 있은 다음에 그 수요가 급격히 신장되었다. 더욱이 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)의 기판상에 고온 초전도 박막과의 사이에서 경계면의 화학반응을 막아 주면서 고온 초전도 박막의 성장이 가능하며 전기적 특성이 용용하기에 적합한 버퍼층(baffer layer)을 기판상에 증착하여야 한다.

그리고 실리콘기판과 고온 초전도 박막 사이의 버퍼층으로 란탄늄 알루미네이트 박막이 가장 적합한 것으로 알려져 있으나 실리콘기판과 란탄늄 알루미네이트 박막 사이에 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에 박막의 표면에 많은 균열이 발생하게 되어 그 상면에 증착하는 고온 초전도 박막의 상태가 양호하지 않게 되면서 반도체소자의 특성을 저하시키는 원인이 되었다. 이에따라 본 발명은 실리콘기판상에 고온 초전도 박막을 증착시키기 위하여 균열이 없고 평활한 버퍼층으로 란탄늄 알루미네이트 박막을 증착하도록한 란탄늄 알루미네이트 박막의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은 고주파(Radio Frequency) 마그네트를 스퍼터링 방법으로 비정질 상태의 란탄늄 알루미네이트 박막을 열처리한 다음에 산소의 분위기에서 저속 냉각 시켜줌으로써, 실리콘기판과 란탄늄 알루미네이트 박막간의 큰 열팽창 계수로 인하여 란탄늄 알루미네이트 박막을 결정화시키면서 버퍼층으로서의 역할을 할 수 있도록 열처리를 할 때 박막의 표면에 많은 균열이 발생하는 것을 방지하면서 균열이 없고 평활한 표면을 갖는 결정질의 란탄늄 알루미네이트 박막을 제조하도록 한다.

본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.

제1도는 란탄늄 알루미네이트 박막을 증착하는 과정을 나타낸 것으로, 란탄늄 알루미네이트 세라믹의 스퍼터링 타겟을 사용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 실리콘기판상에 박막을 증착하는 과정등을 도시한 것이다.

(a)도는 실리콘기판(1)를 도면에 도시하지 않은 스퍼터의 진공챔버(Chamber)에 장착한 다음에, 10^-5Torr의 진공상태를 형성하여 챔버의 내부와 실리콘기판(1)을 세척한 후 실리콘기판(1)의 온도를 100~400℃로 유지시키면서 아르콘(Ar)과 산소(O)가 3 : 1로 혼합된 기체를 챔버의 내부로 공급하여 챔버내부의 기압이 10m Torr로 만들어 줌으로써 도면에 도시되지 않은 란탄늄 알루미네이트 세라믹의 스퍼터링 타겟과 실리콘기판(1)과의 사이에 플라즈마(plasma)를 형성시켜 스퍼터링 타겟의 원자(2)들을 실리콘기판(1)의 위로 2시간동안 이송시키는 상태를 도시한 것이다. 이때 고주파 인가 전력은 50~150W로 하면서 스퍼터링 타겟과 실리콘기판(1) 사이의 거리는 20~50㎜로 하였다.

(b)도는 스퍼터링 타겟의 원자(2)들이 실리콘기판(1)의 상면에 일정한 두께로 증착되면서 비정질 상태의 란탄늄 알루미네이트 박막(3)이 실리콘기판(1)의 상면에 형성된 상태를 도시한 것이다.

(c)도는 비정질 상태의 란탄늄 알루미네이트 박막(3)을 란탄늄 알루미네이트 박막(3)이 증착된 실리콘기판(1)을 도면에 도시하지 않은 수평관상로에 장착하고, 수평관상로의 내부에 산소기체를 공급하면서 900~1200℃까지 1분당 4℃의 속도로 온도를 상승시켜 30분~2시간 동안 900~1200℃를 유지시킨 다음에 분당 0.5~1℃의 속도로 상온까지 냉각시키는 열처리와 저속 냉각의 공정을 수행하여 균열이 없고 평활한 결정질의 란탄늄 알루미네이트 박막(4)을 형성한 상태를 도시한 것이다.

제2도는 고온 초전도 박막을 증착하는 상태를 나타낸 것으로, 실리콘기판(1)위에 결정질의 란탄늄 알루미네이트 박막(4)을 층착하고, 그 위에 다시 일반적인 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막(5)을 증착하여 고온 초전도의 반도체장치의 제작이 가능하도록한 상태를 도시한 것이다. 그리고 실리콘기판(1)위에 증착된 결정질의 란탄늄 알루미네이트 박막(4)의 상면에 증착한 YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막(5)을 일반적인 반도체 제조공정의 식각 과정을 거치도록 하여 원하는 형태를 미세 형상화 하면 죠셉슨소자 및 반도체 배선 등에 사용가능하며, 이와 같이 제작한 고온 초전도 반도체는 다른 반도체에 비해 동작속도가 빠르고 동작 전력이 매우 작은 잇점이 잇다.

따라서 본 발명의 란탄늄 알루미네이트 박막의 제조방법에 의하여서는 유전상수와 유전손실이 작으며 결정구조, 격자상수, 열팽창계수 등이 고온 초전도 박막과 거의 같은 란탄늄 알루미네이트 단결정기판이 고온 초전도용 박막을 제조하기위한 기판으로 가장 적합하지만 이의 가격이 너무 비싸기 때문에 실용화되지 못한 문제점을 해결하도록 한 것으로, 가격이 저렴하고 공정이 보편화되어 있는 실리콘기판(1)을 이용하여 이의 상면에 결정질의 라탄늄 알루미네이트 박막(4)을 형성하고, 그 위에 YBa₂Cu₃O_7-X고온 초전도 박막(5)을 일반적인 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하여 고온 초전도의 반도체 장치중 제작하도록 함으로써 미세 형상화하여 죠셉슨소자 및 반도체 배선등에 사용가능함은 물론, 동작속도가 빠르고 동작전력이 매우 작은 반도체 소자를 만들 수 있도록 한 것이다.

Claims (1)

1. 실리콘기판(1)의 온도를 100~400℃로 유지시키면서 아르곤과 산소가 3 : 1로 혼합된 기체를 10mTorr의 압력으로 유입시키고 50~150W의 고주파 인가 전력을 가하여 란탄늄 알루미네이트 세라믹의 스퍼터링 타겟의 원자(2)들이 20~50㎜의 거리를 유지하는 실리콘기판(1)위로 이송시키는 단계와, 실리콘기판(1)위에 비정질 상태의 란탄늄 알루미네이트 박막(3)을 형성한 다음 산소기체를 수평관상로의 내부로 공급하면서 900~1200℃까지 분당 4℃의 속도로 승온하여 30분~2시간 동안 유지한 후 분당 0.5~1℃의 속도로 상온까지 냉각시키면서 결정질의 란탄늄 알루미네이트 박막(4)을 형성하는 단계들에 의하여 제조됨을 특징으로 하는 란탄늄 알루미네이트 박막의 제조방법.

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