[发明专利]一种超导器件

说明书

本发明是关于一种超导器件

在力图将集成电路制造得使其具有更大的集成度的同时，要求集成电路具有高的工作速度。由于电路的精致结构，使在集成电路的各放热部件处引起工作速度和可靠性降低的问题。因此若能在液氮的温度下驱使半导体器件工作，则其电子和空穴的迁移率将为在室温下的3至4倍，从而可以改进其频率特性。

以本专利申请书受让人的名义于一九八七年三月九日申请的日本专利申请书昭-62-053724介绍了在半导体器件中采用超导体所作的努力。在该专利申请书中，提出了以超导陶瓷材料作为引线的建议。超导陶瓷在半导体基片上的适当位置敷设之后要在氧化气氛中长时间焙烧。正是由于这个原因，半导体的某些表面部分往往会被氧化，形成氧化膜。例如在硅半导体器件的情况下，其超导电极附近就会有氧化硅形成。

因此本发明的目的是提供一种不会因接触超导陶瓷的部分产生氧化或因受超导材料的有害影响而变质的超导器件。

本发明的另一个目的是提供一种制造这样一种超导器件的方法，该超导器件制造方法不会因超导陶瓷的焙烧而对器件的性能产生有害的影响，也不会对超导材料产生有害的影响。

图1（A）至1（D）是显示制造本发明的超导器件的方法的横向剖视示意图。

图2（A）至2（C）是显示对本发明超导器件所作的改进的横向剖视图。

图3（A）至3（D）是显示本发明制造超导器件的另一种方法的横向剖视图。

参看图1（A）至1（D），这是本发明制造绝缘栅场效应晶体管的方法的示意图。

硅半导体衬底1的上部分经过局部氧化形成场绝缘膜2。此结构的上部表面是在高温下氧化形成200埃厚的氧化硅膜3。借助于硅与氨的固相-气相反应在氧化硅膜3极薄的上部分上设置5-20埃厚的氮化硅阻挡层膜4。

然后在氩气和氧气的气氛中用溅射方法，在700℃的衬底温度下在该结构上淀积0.2至2微米（例如0.5微米）厚的超导陶瓷膜5。输入功率在50赫频率下为100瓦。靶的组成为YBa₂Cu_3.6O_6-8。采用此靶就可以使淀积出来的陶瓷其组分与YBa₂Cu₃O_6-8一致。临界温度约为4K。

其次溅射Cu、Ag或Au，以便在超导陶瓷膜5上淀积100-10000埃厚的金属膜6。必要时还可在超导陶瓷膜5上淀积0.1至0.5微米厚的TiSi₂膜。或者，该衬底1也可以由掺以磷或硼的硅材料、钨之类的不氧化的耐热金属、或WSi₂之类的金属半导体制成。不管怎么说，本实施例要求衬底1耐热。

在结构上已形成光致抗蚀剂掩模8的情况下，借助等离子体刻蚀之类的刻蚀法除去由膜4、5和6组成的叠层的一部分。刻蚀剂为硫酸或盐酸之类的酸类。刻蚀之后将光致抗蚀剂除去。

然后用离子注入法在硅半导体衬底里形成源区12和漏区13，接着在950℃下进行热退火。冷却之后，在500～600℃下对结构进行辅助性退火，如图1（B）所示。辅助性退火使超导陶瓷材料形成钙钛矿状的经调制的结构，从而使其临界温度变高。衬底上设有多层的超导引线10和10′，供在半导体衬底中或衬底上形成的各元件和接点之间和由多层超导体制成的栅电极11作互连之用。

在结构的整个上部表面形成0.3-1.0微米厚的绝缘膜14，然后用周知的光刻法有选择地将其除去以形成孔口15和16，如图1（C）所示。引线10超导膜5例如Ag的一部分在15-1处通过孔口15暴露出来，同时源区12在衬底内形成的一部分也在15-2处通过孔口15暴露出来。部分漏区13也通过孔口16暴露出来。

在整个结构上形成0.3至1.0微米厚的铝膜和0.05至0.2微米厚的非反应金属膜;然后有选择地加以腐蚀以便在源区12和漏区13上形成接点19和18。这些接点可通过在其上再涂敷以超导陶瓷膜使其电阻等于零。形成接点18和19的材料应选取与有关半导体相适应的材料，例如WSi、MOSi或Si。采用金属通常是不合适的，因为半导体往往会吸收金属。但铝可以例外地加以使用。