專利名稱：超導(dǎo)器件及其制造技術(shù)
本發(fā)明是關(guān)于一種超導(dǎo)器件及其制造方法。
在力圖將集成電路制造得使其具有更大的集成度的同時，要求集成電路具有高的工作速率。集成電路的電路結(jié)構(gòu)精密，這使其各放熱部件產(chǎn)生了工作速率和可靠性降低的問題。因此若能驅(qū)使半導(dǎo)體器件在液氮的溫度下工作，則其電子和空穴的遷移率將為在室溫下的3至4倍，從而可以改進(jìn)其頻率特性。
以本專利申請書受讓人的名義于一九八七年三月九日申請的日本專利申請書昭-62-053724介紹了在半導(dǎo)體器件中采用超導(dǎo)體所作的努力。在該專利申請書中，提出了以超導(dǎo)陶瓷材料作為引線的建議。超導(dǎo)陶瓷在半導(dǎo)體基片上的適當(dāng)位置敷設(shè)之后要在氧化氣氛中長時間烘烤。正是由于這個原因，半導(dǎo)體的某些表面部分往往會被氧化，形成氧化膜。例如在硅半導(dǎo)體器件的情況下，其超導(dǎo)電極附近就會有氧化硅形成。
因此本發(fā)明的目的是提供一種不會因接觸超導(dǎo)陶瓷的部分產(chǎn)生氧化或因受超導(dǎo)材料的有害影響而變質(zhì)的超導(dǎo)器件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造這樣一種超導(dǎo)器件的方法，該超導(dǎo)器件不會因超導(dǎo)陶瓷的烘烤或因受超導(dǎo)材料的其它有害影響而影響其特性。


圖1(A)至1(D)是顯示制造本發(fā)明的超導(dǎo)器件的方法的橫向剖視示意圖。
圖2(A)至2(C)是顯示對本發(fā)明超導(dǎo)器件所作的改進(jìn)的橫向剖視圖。
圖3(A)至3(D)是顯示本發(fā)明制造超導(dǎo)器件的另一種方法的橫向剖視圖。
參看圖1(A)至1(D)，這是本發(fā)明制造絕緣柵場效應(yīng)晶體管的方法的示意圖。
硅半導(dǎo)體襯底1的上部分經(jīng)過局部氧化形成場絕緣膜2。此結(jié)構(gòu)的上部表面是在高溫下氧化形成200埃厚的氧化硅膜3。借助于硅與氨的固相-氣相反應(yīng)在氧化硅膜3極薄的上部分上設(shè)置5-20埃厚的氮化硅阻擋層膜4。
然后在氬氣和氧氣的氣氛中用濺射方法，在700℃的襯底溫度下在該結(jié)構(gòu)上淀積0.2至2微米(例如0.5微米)厚的超導(dǎo)陶瓷膜5。輸入功率在50赫頻率下為100瓦。靶的組成為YBa2Cu3.6O6-8。采用此靶就可以使淀積出來的陶瓷其組成與YBa2Cu3O6-8一致。臨界溫度約為4K。
其次濺射Cu、Ag或Al，以便在超導(dǎo)陶瓷膜5上淀積100-10000埃厚的金屬膜6。必要時還可在超導(dǎo)陶瓷膜5上淀積0.1至0.5微米厚的TiSi2膜。或者，這種導(dǎo)電膜6也可以由摻以磷或硼的硅材料、鎢之類的不氧化的耐熱金屬、或WSi2之類的金屬半導(dǎo)體制成。不管怎么說，本實(shí)施例要求導(dǎo)電膜6耐熱。
在結(jié)構(gòu)上已形成光致抗蝕劑掩模的情況下，借助等離子體刻蝕之類的刻蝕法除去由膜4、5和6組成的疊層部分?？涛g劑為硫酸或鹽酸之類的酸類。刻蝕之后將光致抗蝕劑除去。
然后用離子注入法在硅半導(dǎo)體襯底里形成源區(qū)12和漏區(qū)13，接著在950℃下進(jìn)行熱退火。冷卻之后，在500～600℃下對結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)助性退火，如圖1(B)所示。補(bǔ)助性退火使超導(dǎo)陶瓷材料形成鈣鈦礦狀的經(jīng)調(diào)制的結(jié)構(gòu)，從而使其臨界溫度變高。襯底上設(shè)有多層的超導(dǎo)引線10和10′，供在半導(dǎo)體襯底中或襯底上形成的各元件和接點(diǎn)之間和由多層超導(dǎo)體制成的柵電極11作互連之用。
在結(jié)構(gòu)的整個上部表面形成0.3-1.0微米厚的夾層絕緣膜14，然后用周知的光刻法有選擇地將其除去以形成孔口15和16。引線10超導(dǎo)膜5的一部分在15-1處通過孔口15暴露出來，同時源區(qū)12在襯底內(nèi)形成的一部分也在15-2處通過孔口15暴露出來。部分漏區(qū)13也通過孔口16暴露出來。
在整個結(jié)構(gòu)上形成0.3至1.0微米厚的鋁膜和0.05至0.2微米厚的非反應(yīng)金屬膜;然后有選擇地加以腐蝕以便在源區(qū)12和漏區(qū)13上形成接點(diǎn)19和18。這些接點(diǎn)可通過在其上再涂敷以超導(dǎo)陶瓷膜使其電阻等于零。形成接點(diǎn)18和19的材料應(yīng)選取與有關(guān)半導(dǎo)體相適應(yīng)的材料，例如WSi2、MOSi2或Si。采用金屬通常是不合適的，因?yàn)榘雽?dǎo)體往往會吸收金屬。
圖2(A)顯示本發(fā)明的第二個實(shí)施例，這是對前一個實(shí)施例所做的修改方案。其中各相應(yīng)部件采用同樣的編號。引線10和10′以及柵電極11都是由超導(dǎo)陶瓷膜5構(gòu)成的，夾在與超導(dǎo)膜5相適應(yīng)的下金屬膜6-1與上金屬膜6-2之間。絕緣膜14′的一個孔口中形成有電極19以便將上金屬膜6-1的表面15-1與半導(dǎo)體的上表面15-2連接起來。此外還形成了電極19以便通過絕緣膜14′中形成的孔口與漏區(qū)13的表面接觸。電極19和19′是用選擇性生長法由鎢制成的。電極19′的上部分與由超導(dǎo)陶瓷膜18-2和金屬膜18-1組成的引線18電氣連接起來。
這種復(fù)合超導(dǎo)引線10的應(yīng)用如圖2(B)所示。耐熱襯底1的表面上形成有金屬膜6-1、超導(dǎo)陶瓷膜5和Cu或Ag膜6-3構(gòu)成的復(fù)合電極。襯底1選用熱膨脹系數(shù)大致與超導(dǎo)材料的相等材料制取，例如氧化鋁、YSZ(釔穩(wěn)定的鋯)或鈦酸鍶。下導(dǎo)電膜6-1向內(nèi)延伸，形成若干其上按倒裝焊接法通過凸緣21裝有集成電路芯片的接點(diǎn)。集成電路芯片可裝在上導(dǎo)電膜6-3上，如圖2(C)所示。
在圖2(B)和2(C)所示實(shí)例中使用的襯底可以是陶瓷襯底、塑料襯底、印刷板，等等。這些超導(dǎo)圖案的制作，可以通過淀積一超導(dǎo)陶瓷薄膜、在其上形成一金屬膜，并用酸的刻蝕法，選擇性地除去有掩掉的金屬膜和超導(dǎo)膜。在具有這些超導(dǎo)圖案的表面上，用線焊安裝和連接集成電路芯片、晶體管芯片和其它呈微型芯片的元件(SMC)。
圖3(A)至3(D)是顯示本發(fā)明另一種制造方法的橫向剖視圖。此實(shí)施例基本上與第一個實(shí)施例一樣，因而類似的部件采用同樣的編號，這里不再贅述。
按第一個實(shí)施例同樣的方式形成5-20埃厚的阻擋層膜之后，淀積超導(dǎo)陶瓷膜5，然后進(jìn)行退火，再在超導(dǎo)陶瓷膜5上形成導(dǎo)電膜6。
源電極和漏電極由普通的導(dǎo)電膜19-1和18-1以及超導(dǎo)膜19-2和18-2構(gòu)成。普通導(dǎo)電膜則是由0.1～0.3微米厚的鋁膜和0.05～0.2微米厚覆在其上的銀膜組成的復(fù)合膜構(gòu)成。
本實(shí)施例的其它元件，盡管不加以說明卻與第一個實(shí)施例相同。
本發(fā)明所用的超導(dǎo)陶瓷也可按化學(xué)計(jì)算式(A1-xBx)yCuzOw制備，其中A是化學(xué)周期表中一個或一個以上的Ⅲa族元素，例如稀土元素，B是化學(xué)周期表中一個或一個以上的Ⅱa族元素，例如堿土金屬，包括鈹和鎂，且X＝0-1;Y＝2.0-4.0，最好是2.5-3.5;Z＝1.0-4.0，最好是1.5-3.5;W＝4.0-10.0，最好是6.0-8.0。此外，本發(fā)明所用的超導(dǎo)陶瓷也可按化學(xué)計(jì)算式(A1-xBx)yCuzOw制備，其中A是化學(xué)周期表中一個或一個以上的Ⅴb族元素，例如Bi、Sb和As，B是化學(xué)周期表中一個或一個以上的Ⅱa族元素，例如堿土金屬，包括鈹和鎂，且X＝0.3-1;Y＝2.0-4.0，最好是2.5-3.5;Z＝1.0-4.0，最好是1.5-3.5;W＝4.0-10.0，最好是6.0-8.0。這個一般式的實(shí)例有BiSrCaCu3Ox和Bi4Sr3Ca3Cu4Ox。經(jīng)證實(shí)符合化實(shí)式Bi4SryCa3Cu4Ox(y約為1.5)的Tc初始值和Tco采樣值，經(jīng)測定為40～60°K，不高。符合化學(xué)計(jì)算式Bi4Sr4Ca2Cu4Ox和Bi2Sr3Ca2Cu2Ox的試樣，測出的臨界溫度較高。表示氧比率的X值為6～10，例如約為8.1。這樣的超導(dǎo)材料可用絲網(wǎng)壓制印刷法、真空蒸發(fā)法或化學(xué)汽相淀積法制取。
此外一些引起人們廣泛注意的有機(jī)材料也可用以實(shí)施本發(fā)明。
盡管這里介紹了一些實(shí)施例，但本發(fā)明只應(yīng)受本說明書所附權(quán)利要求的限制而不應(yīng)受該諸特殊實(shí)例的限制。舉例說，本發(fā)明可應(yīng)用于甚大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)器件，其特征在于，該超導(dǎo)器件包括一半導(dǎo)體襯底；一在所述襯底內(nèi)形成的半導(dǎo)體器件；至少一個電極，由導(dǎo)電材料制成，在形成過程中與所述半導(dǎo)體相適應(yīng)；和一超導(dǎo)引線，與所述電極相連接，用以從所述半導(dǎo)體器件取出輸出信號。
2.權(quán)利要求1的超導(dǎo)器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是個絕緣柵晶體管。
3.權(quán)利要求2的超導(dǎo)器件，其特征在于，絕緣柵由所述超導(dǎo)引線的一部分形成。
4.權(quán)利要求3的超導(dǎo)器件，其特征在于，所述超導(dǎo)引線是在場絕緣薄膜上形成的。
5.權(quán)利要求1的超導(dǎo)器件，其特征在于，所述超導(dǎo)引線是由金屬膜和超導(dǎo)膜構(gòu)成的疊層。
6.制造超導(dǎo)器件的一種方法，其特征在于，該方法包括下列步驟在一襯底上形成一超導(dǎo)膜;在所述襯底上形成電子器件，其中所述電子器件和所述超導(dǎo)膜彼此分開安置;和形成導(dǎo)電膜，以便將所述電子器件的端子與所述超導(dǎo)器件連接起來。
7.一種制造場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底的上部表面形成絕緣膜;在所述絕緣膜上形成超導(dǎo)膜;部分除去所述絕緣膜和所述超導(dǎo)膜以便留下超導(dǎo)引線;在所述半導(dǎo)體襯底沒有所述超導(dǎo)膜的表面形成源區(qū)和漏區(qū);形成源接點(diǎn)和漏接點(diǎn)，用以將所述源區(qū)和漏區(qū)分別與所述超導(dǎo)引線連接起來。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述除去步驟是為了將所述超導(dǎo)膜的一部分形成柵極而進(jìn)行的。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述超導(dǎo)膜是一種由下金屬膜和超導(dǎo)陶瓷膜構(gòu)成的復(fù)合膜。
10.一種超導(dǎo)電路，其特征在于它包括一具有非導(dǎo)電表面的襯底;一在所說非導(dǎo)電表面形成的超導(dǎo)圖案;以及一在所說襯底上與該超導(dǎo)圖案電性連接的電子器件，其中所說超導(dǎo)圖案是從一個由一超導(dǎo)膜和一金屬膜組成的復(fù)合膜制得的，所說器件只在所說超導(dǎo)膜的金屬膜處連接。
全文摘要
一種利用超導(dǎo)材料的經(jīng)改良的電器。為防止要在襯底上形成超導(dǎo)材料的陶瓷的烘烤過程中產(chǎn)生不希望有的氧化，將超導(dǎo)材料只設(shè)在超導(dǎo)材料不與所述半導(dǎo)體襯底的工作區(qū)接觸的位置。
文檔編號H01L23/532GK1032268SQ8810605
公開日1989年4月5日 申請日期1988年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月13日
發(fā)明者山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所