[发明专利]具有多层超导结构的电路及其制造方法

说明书

本发明涉及具有多层超导结构的电路及其制造方法。

通常，人们采用Nb-Ge金属材料(如：Nb₃Ge)和类似的材料制成的金属条作为超导材料。就是采用这种通常类型的金属丝制成了超导磁体。

另外，近年来人们认识了具有超导特性的陶瓷材料，然而也仅是晶块形式而未发展成薄膜形式的超导材料。

应用图形光刻法制造薄膜的方法和采用薄膜作为半导体器件连接线的一部分仍未被人们完全了解。

另一方面，人们已经了解到在同一衬底上制备多个包括半导体集成电路在内的各种元件的半导体器件。

近年来，发展越来越精细的高速度集成电路已成为一种需要。随着精细度的提高，由于在半导体器件内产生的热造成的可靠性下降和在发热部位活动速度的减小已成为问题。为此，迫切需要得到一种对超导陶瓷的特性有更小影响的改型结构。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有多层超导结构的改进型电路。

本发明的另一个目的是提供一种具有多层超导结构并具有最佳性能的改进型电路。

按照本发明，将碳膜同薄膜形、块状、带状、条状、线状或类似形状的超导陶瓷相连接而形成。借助于由直流或交流电源供能的等离子反应，在例如0.01至0.5乇的条件下分解含碳的化合物气体，在衬底上淀积一层碳膜。采用0.1MHz至50MHz(例如13.56MHz)的高频功率能够打开C-C键和C＝C键。另外，采用1MHz或更高的高频功率能打开C-H键。在这个工序中，碳膜成为具有混合轨道PS³的富C-C键或-C-C-键，因而形成具有能带不低于1.0eV(最好是1.5～5.5eV)的类金刚石碳结构，而不是无光泽的、不能用作可靠的绝缘材料的石墨。

在典型的情况下，本发明所应用的超导陶瓷按照化学式(A₁-xB_x)_yCu_zO_w来制备。其中，A是周期表IIIa、IIIb、Va和Vb族中的一种或多种元素，B是周期表IIa族中的一种或多种元素，例如，包括铍和镁的碱土金属，X＝0.3～1；Y＝2.0～4.0；Z＝1.5～3.5；W＝4.0～10.0。一般公式的例子是：BiSrCaCu_2-3O_4-10，Y_0.5Bi_0.5Sr₁Ca₁Cu_2-3O_4-10，YBa₂Cu₃O_6-8，Bi₁Sr₁Mg_0.5Ca_0.5Cu_2-3O_4-10，Bi_0.5Al_0.5SrCaCu_2-3O_4-10。这些材料能够借助于电子束蒸发、溅射、光增强CVD、光增强PVD等技术在一个表面上形成。

图1(A)至1(D)为本发明的第一实施例中制造工序的剖面图。

图2是本发明的第二实施例的剖面图。

图3是按照本发明制造器件的剖面图。

图4(A)和4(B)是本发明的第三实施例中制造工序的剖面图。

图5是本发明的第四实施例的剖面图

图6是本发明的第五实施例的剖面图。

图7是本发明的第六实施例的剖面图。

图8和9示出超导陶瓷的电阻率与温度的关系图。

参照附图1(A)～1(D)，其中示出按照本发明的半导体器件的第一实施例的生产步骤。

半导体器件包括一个半导体衬底，该衬底具有合乎要求的热阻，例如：一个单晶硅半导体衬底和半导体衬底中的多个元件，例如绝缘栅场效应晶体管。然后，在衬底上或在绝缘膜的上表面或在导体上形成具有零电阻的超导材料。对这种超导材料进行选择刻蚀、光刻形成图形。另外，在这道工序之前或之后，将陶瓷材料置于500～1000℃的温度下，特别在氧化气氛中进行热退火，改善陶瓷材料的晶体结构，以使在极低温度下显示超导特性。通过一次或多次重复该步骤，形成一层或多层在低于特定临界温度的低温下具有零电阻的连线材料。

现在参照图1(A)，在硅半导体衬底1上形成绝缘膜2、用光刻法在绝缘膜2上形成窗口8。