[其他]超导半导体器件

说明书

本发明涉及一种采用超导陶瓷材料的半导体器件的制造方法，更详细地说，涉及这样一种半导体器件的制造方法，其中半导体器件中的一部分或全部连接导线是用超导陶瓷材料制成的，且该半导体器件可以在诸如70°K至100°K的低温下，或在理想的情况下，在77°K温度下激活。

Nb-Ge（例如Nb₃Ge）等之类的金属材料的线材通常是用作超导材料的。但这类金属材料只局限于用于象超导磁铁这样的用途。

此外，大家知道，近几年来发现了一些显示超导性能的陶瓷材料。但这些材料也都是呈锭料的形式，迄今仍然还没有研制出呈薄膜形式的超导材料。采用光刻技术中的图形刻制工序制造薄膜的方法，以及使用这种薄膜作为半导体器件的一部分连接导线，这些也是完全没有搞清楚的。

另一方面，设有多个元件、各元件含有装在同一基片的半导体集成电路的半导体器件，却是众所周知的。但迄今完全还没有尝试过在诸如液氮的温度（77°K）那样的低温下激活这些半导体器件的事例。

近几年来，研制精密度愈来愈高的快速半导体集成电路已成为当务之急。此外，随着这种精密制造工序的进行，出现了这样的问题：半导体元件所产生的热使元件的可靠性下降，而且元件受热部分的激活速度也下降了。

因而，若能在液氮温度下激活半导体元件，则元件中的电子和空穴的迁移率就会比在室温时增加3或4倍，而且还可以改善元件的频率特性。

此外，由于是用液氮进行冷却，因而可以避免局部发热，而且可以指望得出可靠性有所提高的高级产品。

但当元件是在如此极低的温度下激活时，相反，金属负载导线的电阻会增加几十倍，还含使负载导线的频率特性下降到成问题的程度。

针对一般这类器件的上述缺点，本发明的一个目的提供一种半导体器件，其连接导线是用在极低温度（20°K至100°K，最好是在77°K或更高的温度）下显示超导性的陶瓷材料制成的。

本发明的另一个目的是提供一种能在低温的电气稳定的条件下工作的半导体器件。

本发明的另一个目的是提供这样一种半导体器件，连接该器件中各半导体元件的连接导线都是由超导材料制成的。

本发明的另一个目的是提供这样一种半导体器件，连接该器件中的一个半导体元件与各输入和/或输出端子的连接导线都是由超导材料制成的。

本发明的半导体有一种半导体基片，设在该半导体基片中的至少一个元件和在该基片上或在绝缘薄膜上部表面或在用超导材料制成的导线上形成的零电阻的超导材料都经过选择性刻蚀，而且在基片上进行刻制图形。

从下面结合附图对本发明一些最佳实施例的叙述可以更清楚了解本发明的上述和其它目的、特点和优点。附图中：

图1（A）、（B）、（C）和（D）是本发明的超导半导体器件一个实施例的制造工序示意图。

图2是本发明的超导半导体器件另一个实施例的放大横向剖视图。

图1是本发明的超导半导体器件一个实施例的制造工序示意图。

本发明的半导体包括一半导体基片和多个元件，半导体基片最好是耐热的，例如单晶硅半导体基片，各元件，诸如绝缘栅场效应晶体管（FET）、双极晶体管、静电感应晶体管（SIT）、电阻和电容器，则配置在该半导体基片里。接着在该基片上或在绝缘薄膜的上部表面或在导体上形成零电阻超导材料，有选择地刻蚀该超导材料，借助光刻技术刻制图形。此外，在该工序之前或之后，在500℃至1000℃温度下，特别是在氧化气氛下对陶瓷材料进行退火，以改变其结晶结构，使其在极低温下显示超导性。重复该工序一次或若干次，就可形成一层或若干层由零电阻材料制成的连接导线。

现在参看图1（A）。在硅半导体基片1上形成绝缘薄膜2，再在绝缘薄膜2上用光刻技术形成窗孔8。

半导体基片1内部事先配备以绝缘栅场效应晶体管（IGFET）、有源元件（例如双极晶体管）以及象电容器或电阻器之类的无源元件等。然后形成有源元件或无源元件的电极的接触部分，使其与窗口8相对应。

在图1（B）中，在上述诸元件的上部表面形成显示超导能力的薄膜状材料。在本实施例中，该薄膜是藉溅射法形成的。但也可采用丝网印刷法、真空蒸发法或化学汽相淀积法（CVD法）等形成。但这里所用的溅射法适用于大量生产，而且易于制造耐热的陶瓷薄膜。

本发明中所用的具有代表性的超导材料是应用元素周期表Ⅲa和Ⅱa组中的元素和铜的经过氧化的陶瓷。