JPH09260734A - 複合基板及びその製造方法 - Google Patents
複合基板及びその製造方法Info
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- JPH09260734A JPH09260734A JP8061504A JP6150496A JPH09260734A JP H09260734 A JPH09260734 A JP H09260734A JP 8061504 A JP8061504 A JP 8061504A JP 6150496 A JP6150496 A JP 6150496A JP H09260734 A JPH09260734 A JP H09260734A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用するデバイスに合った複合基板を提供す
る。 【解決手段】 単結晶間の接合にそれぞれの単結晶と相
性の良い中間層を形成したこと、接合部上にエピタキシ
ャル成長した表層膜を形成し溝を埋めたことにより極め
て平坦な複合基板ができる。そのため目的に合った様々
な結晶を組み合わせることが可能になり設計の自由度が
上がりデバイスの小型、モノリシック化、高性能化が図
れる。
る。 【解決手段】 単結晶間の接合にそれぞれの単結晶と相
性の良い中間層を形成したこと、接合部上にエピタキシ
ャル成長した表層膜を形成し溝を埋めたことにより極め
て平坦な複合基板ができる。そのため目的に合った様々
な結晶を組み合わせることが可能になり設計の自由度が
上がりデバイスの小型、モノリシック化、高性能化が図
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超電導デバイスのジ
ョセフソン素子の作製など人工粒界の形成に用いる複合
基板に関する。
ョセフソン素子の作製など人工粒界の形成に用いる複合
基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】複合基板（通常は単結晶２枚のバイクリ
スタル基板）が最も利用されているのは酸化物超電導デ
バイスである。酸化物超電導体には金属超電導体と比べ
（１）臨界温度が高い（１００Ｋを越える材料も多数発
見されている）、（２）エネルギーギャップが大きい、
（３）異方性が強い、（４）コヒーレント長が短い、と
いう４つの特徴がある。これらの特徴は応用、作製方法
に大きな影響を与えている。良い面では（１）により使
用環境の制限が少なくなり民生機器への応用も含め幅広
い分野への応用が可能になって来た。更に（２）により
新たに今まで利用されていなかったミリ波領域から遠赤
外領域までの電磁波帯で利用できる高周波検出装置が期
待されている。この様な大きな期待を持たせる反面
（３）により形成する膜の結晶方位の制御が必要になり
所定の結晶面を持つ単結晶基板を用い超電導膜をエピタ
キシャル成長させることが必要不可欠となった。更に
（４）により金属超電導体では容易に作製出来たＳＩＳ
接合型ジョセフソン接合では絶縁層を数ｎｍと極めて薄
くする必要があるため積層技術が極めて困難となり今だ
にエネルギーギャップが明確に確認されていない。
スタル基板）が最も利用されているのは酸化物超電導デ
バイスである。酸化物超電導体には金属超電導体と比べ
（１）臨界温度が高い（１００Ｋを越える材料も多数発
見されている）、（２）エネルギーギャップが大きい、
（３）異方性が強い、（４）コヒーレント長が短い、と
いう４つの特徴がある。これらの特徴は応用、作製方法
に大きな影響を与えている。良い面では（１）により使
用環境の制限が少なくなり民生機器への応用も含め幅広
い分野への応用が可能になって来た。更に（２）により
新たに今まで利用されていなかったミリ波領域から遠赤
外領域までの電磁波帯で利用できる高周波検出装置が期
待されている。この様な大きな期待を持たせる反面
（３）により形成する膜の結晶方位の制御が必要になり
所定の結晶面を持つ単結晶基板を用い超電導膜をエピタ
キシャル成長させることが必要不可欠となった。更に
（４）により金属超電導体では容易に作製出来たＳＩＳ
接合型ジョセフソン接合では絶縁層を数ｎｍと極めて薄
くする必要があるため積層技術が極めて困難となり今だ
にエネルギーギャップが明確に確認されていない。
【０００３】この様な背景の中、酸化物超電導体を用い
たジョセフソン接合は逆に欠点とされていた特徴を積極
的に利用した弱結合型が主に検討されている。その中の
１つが２つ以上の単結晶を接合した複合基板である。基
板上に酸化物超電導膜をエピタキシャル成長させるだけ
で接合部に人工粒界、即ちジョセフソン接合が容易に形
成される。単結晶にはＭｇＯとＳｒＴｉＯ3が用いられ
面方位は共に（１００）で境界面のａ軸方位は２０〜４
０゜となっている。前述した様にジョセフソン接合が容
易に形成できるため様々な機関が利用している。詳細は
応用物理 第６０巻 第５号（１９９１）ｐｐ４５８−
４６１、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳ． ＭＡＧＮ．ＶＯＬ．
２７，ＮＯ．２，（１９９１）、ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰ
Ｌ．ＰＨＹＳ．ＶＯＬ．３３（１９９４）ＰＰＬ９３４
−９３７に述べられている。
たジョセフソン接合は逆に欠点とされていた特徴を積極
的に利用した弱結合型が主に検討されている。その中の
１つが２つ以上の単結晶を接合した複合基板である。基
板上に酸化物超電導膜をエピタキシャル成長させるだけ
で接合部に人工粒界、即ちジョセフソン接合が容易に形
成される。単結晶にはＭｇＯとＳｒＴｉＯ3が用いられ
面方位は共に（１００）で境界面のａ軸方位は２０〜４
０゜となっている。前述した様にジョセフソン接合が容
易に形成できるため様々な機関が利用している。詳細は
応用物理 第６０巻 第５号（１９９１）ｐｐ４５８−
４６１、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳ． ＭＡＧＮ．ＶＯＬ．
２７，ＮＯ．２，（１９９１）、ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰ
Ｌ．ＰＨＹＳ．ＶＯＬ．３３（１９９４）ＰＰＬ９３４
−９３７に述べられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の２つ以
上の単結晶を接合した複合基板は以下の様な問題を有し
ていた。最も複合基板が用いられている超電導デバイス
装置で説明する。
上の単結晶を接合した複合基板は以下の様な問題を有し
ていた。最も複合基板が用いられている超電導デバイス
装置で説明する。
【０００５】（１）薄膜を形成すると基板接合部に接合
欠陥による孔が発生し良好なジョセフソン接合が出来な
い。これは我々だけでなく第５６回応用物理学会学術講
演会（秋期）予稿集２６ｐ−Ｒ−１１にも報告されてい
る。孔はジョセフソン接合の幅が狭い場合は断線（超電
導電流が流れない）となり、幅が広い場合は多数の不規
則なジョセフソン接合ができ性能の低下を招く。
欠陥による孔が発生し良好なジョセフソン接合が出来な
い。これは我々だけでなく第５６回応用物理学会学術講
演会（秋期）予稿集２６ｐ−Ｒ−１１にも報告されてい
る。孔はジョセフソン接合の幅が狭い場合は断線（超電
導電流が流れない）となり、幅が広い場合は多数の不規
則なジョセフソン接合ができ性能の低下を招く。
【０００６】（２）孔が発生しないまでも溝の発生によ
り膜厚を数千Åと厚くしなくてはならなかった。酸化物
超電導体は層状成長し易い材料であるため図７に示す様
に厚くすることにより臨界温度の高い良超電導体膜１０
のブリッジ（不良膜は省略）が形成され溝の発生を補っ
ているものと考えられる。また層状成長し易いが故に溝
など不規則な部分に平坦部と異なる成長の膜が形成され
ると歪が発生し粒界部で酸素欠損を生じＴｃの低下を招
いていた。
り膜厚を数千Åと厚くしなくてはならなかった。酸化物
超電導体は層状成長し易い材料であるため図７に示す様
に厚くすることにより臨界温度の高い良超電導体膜１０
のブリッジ（不良膜は省略）が形成され溝の発生を補っ
ているものと考えられる。また層状成長し易いが故に溝
など不規則な部分に平坦部と異なる成長の膜が形成され
ると歪が発生し粒界部で酸素欠損を生じＴｃの低下を招
いていた。
【０００７】（３）単結晶は波長に関係なく小型化の可
能なアンテナに使う場合は損失を抑えるために低誘電率
であることが要求され、一方波長依存性のあるフィルタ
ー、遅延回路などは例えばフィルターの間隔はλ／４に
しなくてはならない等波長によりサイズが決定されるた
め小型化に制限があり、より小型化するためには高誘電
率であることが要求される。誘電率を高くすると実効波
長を短くでき１／√ε（例えば誘電率を１００倍にする
と１／１０になる）で小型化が可能になる。
能なアンテナに使う場合は損失を抑えるために低誘電率
であることが要求され、一方波長依存性のあるフィルタ
ー、遅延回路などは例えばフィルターの間隔はλ／４に
しなくてはならない等波長によりサイズが決定されるた
め小型化に制限があり、より小型化するためには高誘電
率であることが要求される。誘電率を高くすると実効波
長を短くでき１／√ε（例えば誘電率を１００倍にする
と１／１０になる）で小型化が可能になる。
【０００８】デバイスをモノリシッ化すると高性能化が
図れる事はＭＭＩＣで周知であるが前述した点がモノリ
シック化を阻んでいた。
図れる事はＭＭＩＣで周知であるが前述した点がモノリ
シック化を阻んでいた。
【０００９】（４）従来のバイクリスタル基板を用いた
ジョセフソン接合の常電導抵抗は数百ｍΩと低く外部装
置（５０Ω以上）とのインピーダンス整合がとれなかっ
た。このためデバイス本来の特性を引き出すことが出来
ず高性能化が図れなかった。本発明は以上述べた問題点
を解決するものであり高性能で且つ小型化の可能なデバ
イス装置を作製出来る複合基板を得んとするものであ
る。
ジョセフソン接合の常電導抵抗は数百ｍΩと低く外部装
置（５０Ω以上）とのインピーダンス整合がとれなかっ
た。このためデバイス本来の特性を引き出すことが出来
ず高性能化が図れなかった。本発明は以上述べた問題点
を解決するものであり高性能で且つ小型化の可能なデバ
イス装置を作製出来る複合基板を得んとするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明よりなる複合基板は２つ以上の単結晶を接合
した複合基板の製造方法であって単結晶を接合した後少
なくとも接合部の基板の表面に基板と同じ結晶構造を有
する膜をエピタキシャル成長させる工程を有することを
特徴とする。エピタキシャル成長させる膜は基板と同じ
組成である、いわゆるホモエピタキシャル膜が好まし
い。また必要に応じエピタキシャル成長させた膜の表面
を研磨またはエッチングまたはそれらの両方を行う。更
に本発明は２つ以上の単結晶を接合した複合基板の製造
方法であって予め研磨またはエッチングを施した接合す
る前の単結晶の接合面にそれぞれの基板の共通する元素
単体またはそれらの元素を含む複合体よりなる膜を形成
する工程を有することを特徴とする。また前記単結晶が
ペロブスカイト型酸化物であり接合面に形成する膜の組
成が用いる単結晶の組成をＡ1+Ｂ5+Ｏ3、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3、
Ａ3+Ｂ3+Ｏ3で表したときのＡサイト元素の酸化膜また
はＡサイト元素のリッチな複合体であること（ここで
Ａ、Ｂの肩に示した記号は元素の価数を示す）、前記単
結晶の接合面の膜形成と接合を大気に晒すことなく連続
して行うこと、接合面に形成する膜はアモルファスであ
ることが好ましい。更に本発明よりなる複合基板は２つ
以上の単結晶を接合した複合基板であってそれぞれの単
結晶の少なくとも面方位が異なること、２つ以上の単結
晶を接合した複合基板であってそれぞれの単結晶の特性
が異なることを特徴とする。
に、本発明よりなる複合基板は２つ以上の単結晶を接合
した複合基板の製造方法であって単結晶を接合した後少
なくとも接合部の基板の表面に基板と同じ結晶構造を有
する膜をエピタキシャル成長させる工程を有することを
特徴とする。エピタキシャル成長させる膜は基板と同じ
組成である、いわゆるホモエピタキシャル膜が好まし
い。また必要に応じエピタキシャル成長させた膜の表面
を研磨またはエッチングまたはそれらの両方を行う。更
に本発明は２つ以上の単結晶を接合した複合基板の製造
方法であって予め研磨またはエッチングを施した接合す
る前の単結晶の接合面にそれぞれの基板の共通する元素
単体またはそれらの元素を含む複合体よりなる膜を形成
する工程を有することを特徴とする。また前記単結晶が
ペロブスカイト型酸化物であり接合面に形成する膜の組
成が用いる単結晶の組成をＡ1+Ｂ5+Ｏ3、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3、
Ａ3+Ｂ3+Ｏ3で表したときのＡサイト元素の酸化膜また
はＡサイト元素のリッチな複合体であること（ここで
Ａ、Ｂの肩に示した記号は元素の価数を示す）、前記単
結晶の接合面の膜形成と接合を大気に晒すことなく連続
して行うこと、接合面に形成する膜はアモルファスであ
ることが好ましい。更に本発明よりなる複合基板は２つ
以上の単結晶を接合した複合基板であってそれぞれの単
結晶の少なくとも面方位が異なること、２つ以上の単結
晶を接合した複合基板であってそれぞれの単結晶の特性
が異なることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、実施例に従って本発明を詳
細に説明していく。
細に説明していく。
【００１２】（実施例１）本発明よりなる複合基板の作
製プロセスを図１に示す。本発明の特性を明確にするた
め市販の境界面のａ軸方位が３６．８゜の（１００）Ｓ
ｒＴｉＯ3バイクリスタル基板１を実施例に用いた。そ
の基板１の接合部２をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）とＦＥ
−ＳＥＭで観察したところ図１の断面図（ａ）に示す様
に溝３が見られた。その基板１に真空中に於て酸素プラ
ズマを照射し、表面の洗浄で取れない汚れを除去し、更
に大気に晒す事なく図１（ｂ）に示す様にプラズマフラ
ッシュ法により表１の表層膜４を基板温度５５０〜６５
０℃、成膜レート１〜５０Å／ｓｅｃ．（レートは初期
は遅く徐々に速くなるように制御している）での条件で
０・５〜２μｍ形成する。得られた表層膜４をＸ線回折
（極図形）とＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）のチャネ
リングモード（Ｈｅ4+イオンは基板面に対して垂直に入
射）で評価したところエピタキシャル成長し、χminは
５％以下と結晶性の良い膜であった。尚プラズマフラッ
シュ法は原料が化学量論組成であるため制御が容易であ
り且つ成膜レートの速い割りに優れた結晶性の膜を得ら
れるため用いた。
製プロセスを図１に示す。本発明の特性を明確にするた
め市販の境界面のａ軸方位が３６．８゜の（１００）Ｓ
ｒＴｉＯ3バイクリスタル基板１を実施例に用いた。そ
の基板１の接合部２をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）とＦＥ
−ＳＥＭで観察したところ図１の断面図（ａ）に示す様
に溝３が見られた。その基板１に真空中に於て酸素プラ
ズマを照射し、表面の洗浄で取れない汚れを除去し、更
に大気に晒す事なく図１（ｂ）に示す様にプラズマフラ
ッシュ法により表１の表層膜４を基板温度５５０〜６５
０℃、成膜レート１〜５０Å／ｓｅｃ．（レートは初期
は遅く徐々に速くなるように制御している）での条件で
０・５〜２μｍ形成する。得られた表層膜４をＸ線回折
（極図形）とＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）のチャネ
リングモード（Ｈｅ4+イオンは基板面に対して垂直に入
射）で評価したところエピタキシャル成長し、χminは
５％以下と結晶性の良い膜であった。尚プラズマフラッ
シュ法は原料が化学量論組成であるため制御が容易であ
り且つ成膜レートの速い割りに優れた結晶性の膜を得ら
れるため用いた。
【００１３】
【表１】
【００１４】しかしＡＦＭとＳＥＭ観察では表層膜４の
表面には部分的に数十ｎｍの凹凸が見られたため図１
（ｃ）に示す様に表面の仕上げ研磨を行った。更にＲＨ
ＥＥＤ（高エネルギー電子線回折）観察によりパターン
がハローであった基板１はふっ酸とアンモニアの混合液
によりエッチングし表面のアモルファス層を除去した。
表層膜４の成膜後の表面モフォロジーが良い場合は研磨
やエッチングは必要ない。
表面には部分的に数十ｎｍの凹凸が見られたため図１
（ｃ）に示す様に表面の仕上げ研磨を行った。更にＲＨ
ＥＥＤ（高エネルギー電子線回折）観察によりパターン
がハローであった基板１はふっ酸とアンモニアの混合液
によりエッチングし表面のアモルファス層を除去した。
表層膜４の成膜後の表面モフォロジーが良い場合は研磨
やエッチングは必要ない。
【００１５】得られた複合基板にレーザーアブレーショ
ンによりＹＢａ2Ｃｕ3０7-x膜を基板温度５５０〜６０
０℃、成膜レート０．５Å／ｓｅｃ．の条件で１００ｎ
ｍ形成し表面モフォロジーを観察したところ接合部３に
孔はもとより溝も見られなかった。更にフォトリソグラ
フィーにより接合部３を３回横断する様にメアンダ状に
パターニングし３段直列のジョセフソン接合素子を作製
した。ジュセフソン接合の幅は５μｍである。作製した
素子の臨界温度と６０Ｋに於ける臨界電流密度を購入基
板をそのまま用いた場合の比較例と共に表２に示した。
ンによりＹＢａ2Ｃｕ3０7-x膜を基板温度５５０〜６０
０℃、成膜レート０．５Å／ｓｅｃ．の条件で１００ｎ
ｍ形成し表面モフォロジーを観察したところ接合部３に
孔はもとより溝も見られなかった。更にフォトリソグラ
フィーにより接合部３を３回横断する様にメアンダ状に
パターニングし３段直列のジョセフソン接合素子を作製
した。ジュセフソン接合の幅は５μｍである。作製した
素子の臨界温度と６０Ｋに於ける臨界電流密度を購入基
板をそのまま用いた場合の比較例と共に表２に示した。
【００１６】表から判る様に本発明によると超電導膜の
厚さが１００ｎｍと薄くなっても臨界温度の低下が少な
く、高い臨界電流密度が得られている。これは接合３が
平坦になったことにより前述したブリッジの形成が必要
なくなり、更に超電導膜の歪みが少なくなり粒界部近傍
の酸素欠損が減少したためと考えられる。
厚さが１００ｎｍと薄くなっても臨界温度の低下が少な
く、高い臨界電流密度が得られている。これは接合３が
平坦になったことにより前述したブリッジの形成が必要
なくなり、更に超電導膜の歪みが少なくなり粒界部近傍
の酸素欠損が減少したためと考えられる。
【００１７】
【表２】
【００１８】（実施例２）本発明よりなる複合基板の構
造を図２に製造プロセスを図３に示す。
造を図２に製造プロセスを図３に示す。
【００１９】先ず化学両論組成の焼結体を原料として高
周波加熱引き上げ法により得たＳｒＴｉＯ3単結晶を面
方位（１００）のチップ１ａと面方位（１１０）のチッ
プ１ｂに切り出す。更に境界面のａ軸方位が３６．８゜
になるように切断し接合面５を形成する。次に接合面５
を研磨し更にふっ酸とアンモニアの混合液でエッチング
し平坦にする。平坦化した接合面４の表面はＸＰＳ、Ｃ
ＡＩＣＩＳＳ分析によると９５％以上Ｔｉ−Ｏが占めて
いた。次にチップの一方、図２（ａ）では１ａにＳｒＴ
ｉＯ3単結晶の構成元素でありＴｉ−Ｏと相性のよいＳ
ｒＯを蒸着機により数Å蒸着し中間層６を形成する。次
にチップ１ａとチップ１ｂを合わせ加熱し接合する。蒸
着したＳｒＯは大気に晒すと水分を吸収し変質し易く接
合不良が発生するため、好ましくはロードロック方式に
より大気に晒すことなく連続的に成膜と接合を行う方が
良い。
周波加熱引き上げ法により得たＳｒＴｉＯ3単結晶を面
方位（１００）のチップ１ａと面方位（１１０）のチッ
プ１ｂに切り出す。更に境界面のａ軸方位が３６．８゜
になるように切断し接合面５を形成する。次に接合面５
を研磨し更にふっ酸とアンモニアの混合液でエッチング
し平坦にする。平坦化した接合面４の表面はＸＰＳ、Ｃ
ＡＩＣＩＳＳ分析によると９５％以上Ｔｉ−Ｏが占めて
いた。次にチップの一方、図２（ａ）では１ａにＳｒＴ
ｉＯ3単結晶の構成元素でありＴｉ−Ｏと相性のよいＳ
ｒＯを蒸着機により数Å蒸着し中間層６を形成する。次
にチップ１ａとチップ１ｂを合わせ加熱し接合する。蒸
着したＳｒＯは大気に晒すと水分を吸収し変質し易く接
合不良が発生するため、好ましくはロードロック方式に
より大気に晒すことなく連続的に成膜と接合を行う方が
良い。
【００２０】次にダイシングソーにより所定のサイズに
切断し、更に光学研磨、ふっ酸とアンモニアの混合液で
表面をエッチングし平坦化する。この時点でＡＦＭとＦ
Ｅ−ＳＥＭにより中間層６を形成した試料としない試料
を観察した。結果は形成した試料は実施例１で購入した
基板と同程度の溝が発生しており、形成しない試料は溝
と孔が多発していた。これは格子定数のマッチングが良
くない接合面であり接合不良が出易い条件であるのを互
いに相性の良い中間層６を形成することにより接合不良
の発生を抑制しているためである。次にまだ所望の品質
ではないため実施例１と同じ様にホモエピタキシャル膜
の形成＋研磨、エッチングによる接合部３の平坦化を行
った。尚中間層６を形成しない試料にホモエピタキシャ
ル膜を形成しても孔を確実に埋めることは出来なかっ
た。以上により複合基板を形成した。
切断し、更に光学研磨、ふっ酸とアンモニアの混合液で
表面をエッチングし平坦化する。この時点でＡＦＭとＦ
Ｅ−ＳＥＭにより中間層６を形成した試料としない試料
を観察した。結果は形成した試料は実施例１で購入した
基板と同程度の溝が発生しており、形成しない試料は溝
と孔が多発していた。これは格子定数のマッチングが良
くない接合面であり接合不良が出易い条件であるのを互
いに相性の良い中間層６を形成することにより接合不良
の発生を抑制しているためである。次にまだ所望の品質
ではないため実施例１と同じ様にホモエピタキシャル膜
の形成＋研磨、エッチングによる接合部３の平坦化を行
った。尚中間層６を形成しない試料にホモエピタキシャ
ル膜を形成しても孔を確実に埋めることは出来なかっ
た。以上により複合基板を形成した。
【００２１】得られた複合基板に実施例１と同様に厚さ
１００ｎｍ、幅５μｍの３段直列のジョセフソン接合を
形成し臨界温度と常電導抵抗を測定した。結果を実施例
１と同じ市販のバイクリスタル基板を用いた比較例と共
に表３に示す。
１００ｎｍ、幅５μｍの３段直列のジョセフソン接合を
形成し臨界温度と常電導抵抗を測定した。結果を実施例
１と同じ市販のバイクリスタル基板を用いた比較例と共
に表３に示す。
【００２２】
【表３】
【００２３】表３から本実施例によると常電導抵抗を１
桁近く高くすることが出来る。即ちインピーダンス整合
が図れ易くなる。これは複合基板のａ軸の境界ズレのみ
による１次元的な人工粒界形成ではなく、それに更に超
電導膜の配向方向もことなる２次元的制御により人工粒
界を形成しているため短絡の無い確実な人工粒界が出来
ているためと考えられる。
桁近く高くすることが出来る。即ちインピーダンス整合
が図れ易くなる。これは複合基板のａ軸の境界ズレのみ
による１次元的な人工粒界形成ではなく、それに更に超
電導膜の配向方向もことなる２次元的制御により人工粒
界を形成しているため短絡の無い確実な人工粒界が出来
ているためと考えられる。
【００２４】尚本実施例の主目的は常電導抵抗を高くす
ることであるが中間層６の形成による接合品質の向上と
表層膜４の形成による接合部２の平坦化が有ってこそ成
し得たものと言える。また将来製造技術の向上により必
要な品質の複合基板が出来たとしても中間層６と表層膜
４の形成は製造条件のマージンの拡大、さらにはコスト
ダウンにつながるものと思われる。
ることであるが中間層６の形成による接合品質の向上と
表層膜４の形成による接合部２の平坦化が有ってこそ成
し得たものと言える。また将来製造技術の向上により必
要な品質の複合基板が出来たとしても中間層６と表層膜
４の形成は製造条件のマージンの拡大、さらにはコスト
ダウンにつながるものと思われる。
【００２５】（実施例３）先ず化学両論組成の焼結体を
原料として高周波加熱引き上げ法によりＳｒＴｉＯ3単
結晶とＬａＡｌＯ3単結晶を作製する。単結晶の誘電率
はそれぞれε＝３１０とε＝１０である。次にそれぞれ
の単結晶を共に面方位（１００）のチップ１ａと１ｂに
切り出す。更に境界面のａ軸方位が０゜になるように切
断し接合面５を形成する。次に接合面５を研磨し更にふ
っ酸とアンモニアの混合液でエッチングし平坦にする。
平坦化した接合面５の表面はＸＰＳとＣＡＩＣＩＳＳ分
析によるとＳｒＴｉＯ3単結晶チップ１ａの場合９５％
以上Ｔｉ−Ｏ、ＬａＡｌＯ3の場合９３％以上Ａｌ−Ｏ
占がめていた。他の単結晶も含めＸＰＳの分析では単結
晶の組成をＡ1+Ｂ5+Ｏ3、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3、Ａ3+Ｂ3+Ｏ3と
表したときＢサイトが表面に出る傾向にある。ここでは
ＳｒＴｉＯ3がＡ2+Ｂ4+Ｏ3にＬａＡｌＯ3がＡ3+Ｂ3+Ｏ3
に相当する。ちなみにＡ1+Ｂ5+Ｏ3にはＫＮｂＯ3、Ａｇ
ＴａＯ3等がある。次に接合面５にＬａ2Ｏ3またはＬａ
ＴｉxＯyを蒸着機により数Å蒸着し中間層６を形成す
る。ｘは接合条件により適正値は異なるが少なくとも１
より小さい。それは単結晶の表面はＢサイトが出易く、
中間層６はそのＢサイトと手を結ぶ必要があるためであ
る。次に２つのチップ１ａと１ｂを合わせ加熱し接合す
る。ＳｒＴｉＯ3とＬａＡｌＯ3の融点は２０８５℃と２
０９５℃と近いため適正な中間層６を形成すると比較的
接合し易い。尚多元系の中間層６はアモルファス状態の
方が接合し易い。それはアモルファス状態であると接合
時に於てチップとの結合や元素分布など周囲の状況に合
わせ拡散しながら自由に安定した結晶を作るためと推定
される。例えば周知の結晶ではＳｒ−Ｔｉ−Ｏにより構
成される結晶はＳｒＴｉＯ3、Ｓｒ2ＴｉＯ4、Ｓｒ3Ｔｉ
2Ｏ7、Ｓｒ4Ｔｉ3Ｏ10等色々ある。次にダイシングソー
により所定のサイズに切断し、更に光学研磨、ふっ酸と
アンモニアの混合液で表面をエッチングを行う。次に実
施例１と同様にＬａＡｌＯ3より成る表層膜４を形成、
研磨、エッチングを行い接合部２の平坦化を図る。尚表
層膜４の厚さはヘテロエピタキシャルの場合単結晶の特
性を確実に引き出すため極力薄い（より好ましくはゼ
ロ）のほうが良い。以上により複合基板を得る。
原料として高周波加熱引き上げ法によりＳｒＴｉＯ3単
結晶とＬａＡｌＯ3単結晶を作製する。単結晶の誘電率
はそれぞれε＝３１０とε＝１０である。次にそれぞれ
の単結晶を共に面方位（１００）のチップ１ａと１ｂに
切り出す。更に境界面のａ軸方位が０゜になるように切
断し接合面５を形成する。次に接合面５を研磨し更にふ
っ酸とアンモニアの混合液でエッチングし平坦にする。
平坦化した接合面５の表面はＸＰＳとＣＡＩＣＩＳＳ分
析によるとＳｒＴｉＯ3単結晶チップ１ａの場合９５％
以上Ｔｉ−Ｏ、ＬａＡｌＯ3の場合９３％以上Ａｌ−Ｏ
占がめていた。他の単結晶も含めＸＰＳの分析では単結
晶の組成をＡ1+Ｂ5+Ｏ3、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3、Ａ3+Ｂ3+Ｏ3と
表したときＢサイトが表面に出る傾向にある。ここでは
ＳｒＴｉＯ3がＡ2+Ｂ4+Ｏ3にＬａＡｌＯ3がＡ3+Ｂ3+Ｏ3
に相当する。ちなみにＡ1+Ｂ5+Ｏ3にはＫＮｂＯ3、Ａｇ
ＴａＯ3等がある。次に接合面５にＬａ2Ｏ3またはＬａ
ＴｉxＯyを蒸着機により数Å蒸着し中間層６を形成す
る。ｘは接合条件により適正値は異なるが少なくとも１
より小さい。それは単結晶の表面はＢサイトが出易く、
中間層６はそのＢサイトと手を結ぶ必要があるためであ
る。次に２つのチップ１ａと１ｂを合わせ加熱し接合す
る。ＳｒＴｉＯ3とＬａＡｌＯ3の融点は２０８５℃と２
０９５℃と近いため適正な中間層６を形成すると比較的
接合し易い。尚多元系の中間層６はアモルファス状態の
方が接合し易い。それはアモルファス状態であると接合
時に於てチップとの結合や元素分布など周囲の状況に合
わせ拡散しながら自由に安定した結晶を作るためと推定
される。例えば周知の結晶ではＳｒ−Ｔｉ−Ｏにより構
成される結晶はＳｒＴｉＯ3、Ｓｒ2ＴｉＯ4、Ｓｒ3Ｔｉ
2Ｏ7、Ｓｒ4Ｔｉ3Ｏ10等色々ある。次にダイシングソー
により所定のサイズに切断し、更に光学研磨、ふっ酸と
アンモニアの混合液で表面をエッチングを行う。次に実
施例１と同様にＬａＡｌＯ3より成る表層膜４を形成、
研磨、エッチングを行い接合部２の平坦化を図る。尚表
層膜４の厚さはヘテロエピタキシャルの場合単結晶の特
性を確実に引き出すため極力薄い（より好ましくはゼ
ロ）のほうが良い。以上により複合基板を得る。
【００２６】得られた複合基板は低い誘電率と高い誘電
率を持つ基板であるため図４に示す様に低損失にするた
めに低い誘電率を必要とするアンテナ７、小型化にする
ため高い誘電率を必要とするフィルター８さらにその中
間にジョセフソン接合９を同時に形成出来て目的に合っ
たモノリシック化が図れる。フィルターは誘電率ε＝１
０の基板から誘電率ε＝３１０の基板に変更すると約１
／６と大幅に小型化出来る。
率を持つ基板であるため図４に示す様に低損失にするた
めに低い誘電率を必要とするアンテナ７、小型化にする
ため高い誘電率を必要とするフィルター８さらにその中
間にジョセフソン接合９を同時に形成出来て目的に合っ
たモノリシック化が図れる。フィルターは誘電率ε＝１
０の基板から誘電率ε＝３１０の基板に変更すると約１
／６と大幅に小型化出来る。
【００２７】（実施例４）中間層６の形成による接合品
質の向上、表層膜４の形成による平坦化を製造工程に加
えると図５と図６に示す様に２つの単結晶を接合するだ
けでなく多数の接合が容易に出来る。そのためジョセフ
ソン接合の形成場所と数の自由度が上がる、誘電率の異
なる基板を更に加えることが出来て、より目的に応じた
誘電率の適正化が図れる。
質の向上、表層膜４の形成による平坦化を製造工程に加
えると図５と図６に示す様に２つの単結晶を接合するだ
けでなく多数の接合が容易に出来る。そのためジョセフ
ソン接合の形成場所と数の自由度が上がる、誘電率の異
なる基板を更に加えることが出来て、より目的に応じた
誘電率の適正化が図れる。
【００２８】以上実施例では単結晶にＳｒＴｉＯ3とＬ
ａＡｌＯ３で説明したが他の酸化物材料であっても、更
に酸化物以外の結晶材料であっても効果は同じであり何
等差し支えない。
ａＡｌＯ３で説明したが他の酸化物材料であっても、更
に酸化物以外の結晶材料であっても効果は同じであり何
等差し支えない。
【００２９】
【発明の効果】本発明は単結晶間の接合にそれぞれの単
結晶と相性の良い中間層を形成したこと接合部上にエピ
タキシャル成長した表層膜をを形成し溝を埋めたことに
より極めて平坦な複合基板ができる。それを酸化物超電
導デバイスに応用すると歪が少なく酸素欠損の少ない人
工粒界が出来るため臨界温度の低下が少なく、臨界電流
密度が適切なジョセフソン接合が得られる。
結晶と相性の良い中間層を形成したこと接合部上にエピ
タキシャル成長した表層膜をを形成し溝を埋めたことに
より極めて平坦な複合基板ができる。それを酸化物超電
導デバイスに応用すると歪が少なく酸素欠損の少ない人
工粒界が出来るため臨界温度の低下が少なく、臨界電流
密度が適切なジョセフソン接合が得られる。
【００３０】また境界ズレだけでなく面方位も異なる複
合基板を用いることにより短絡のない精密で安定した人
工粒界を得られる。それを酸化物超電導デバイスに応用
すると高い常電導抵抗のジョセフソン接合が得られイン
ピーダンス整合がとれ易くなる。即ちインピーダンス整
合がとれることによりデバイスの持つ優れた特性を引出
し高性能化が図れる。
合基板を用いることにより短絡のない精密で安定した人
工粒界を得られる。それを酸化物超電導デバイスに応用
すると高い常電導抵抗のジョセフソン接合が得られイン
ピーダンス整合がとれ易くなる。即ちインピーダンス整
合がとれることによりデバイスの持つ優れた特性を引出
し高性能化が図れる。
【００３１】更に誘電率など特性の異なる単結晶を接合
した複合基板を用いると、それぞれのデバイスに合った
適正化ができるためデバイスの小型化、モノリシック
化、高性能化が図れる。
した複合基板を用いると、それぞれのデバイスに合った
適正化ができるためデバイスの小型化、モノリシック
化、高性能化が図れる。
【図１】 本発明よりなる第１の実施例に於ける複合基
板の製造プロセスを示す断面図。
板の製造プロセスを示す断面図。
【図２】 本発明よりなる第２と第３の実施例に於ける
複合基板の斜視図。
複合基板の斜視図。
【図３】 本発明よりなる第２と第３の実施例に於ける
複合基板の製造プロセスを示す断面図。
複合基板の製造プロセスを示す断面図。
【図４】 本発明よりなる第３の実施例に於ける複合基
板を用いた超電導デバイスの平面図。
板を用いた超電導デバイスの平面図。
【図５】 本発明よりなる第４の実施例に於ける複合基
板の平面図。
板の平面図。
【図６】 本発明よりなる第４の実施例に於ける別の形
態の複合基板の平面図。
態の複合基板の平面図。
【図７】 従来の複合基板を用いた超電導デバイス装置
の断面図。
の断面図。
１ ・・・ バイクリスタル基板 １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ ・・・ 単結晶 ２ ・・・ 接合部 ３ ・・・ 溝 ４ ・・・ 表層膜 ５ ・・・ 接合面 ６ ・・・ 中間層 ７ ・・・ アンテナ ８ ・・・ フィルター ９ ・・・ ジョセフソン接合 １０・・・ 超電導膜
Claims (9)
- 【請求項１】 ２つ以上の単結晶を接合した複合基板の
製造方法であって単結晶を接合した後少なくとも接合部
の基板の表面に基板と同じ結晶構造を有する膜をエピタ
キシャル成長させる工程を有することを特徴とする複合
基板の製造方法。 - 【請求項２】 前記エピタキシャル成長させる膜が基板
と同じ組成である、いわゆるホモエピタキシャル膜であ
ることを特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方
法。 - 【請求項３】 前記エピタキシャル成長させた膜の表面
を研磨またはエッチングまたはそれらの両方を行うこと
を特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方法。 - 【請求項４】 ２つ以上の単結晶を接合した複合基板の
製造方法であって予め研磨またはエッチングを施した接
合する前の単結晶の接合面にそれぞれの基板の共通する
元素またはそれらの元素を含む複合体よりなる膜を形成
する工程を有することを特徴とする複合基板の製造方
法。 - 【請求項５】 前記単結晶がペロブスカイト型酸化物で
あり接合面に形成する膜の組成が用いる単結晶の組成を
Ａ1+Ｂ5+Ｏ3、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3、Ａ3+Ｂ3+Ｏ3で表したとき
のＡサイト元素の酸化物またはＡサイト元素のリッチな
複合体であることを特徴とする請求項４記載の複合基板
の製造方法。ここでＡ、Ｂの肩に示した記号は元素の価
数を示す。 - 【請求項６】 前記単結晶の接合面の膜形成と接合を大
気に晒すことなく連続して行うことを特徴とする請求項
４記載の複合基板。 - 【請求項７】 接合面に形成する膜はアモルファスであ
ることを特徴とする請求項４記載の複合基板。 - 【請求項８】 ２つ以上の単結晶を接合した複合基板で
あってそれぞれの単結晶の少なくとも面方位が異なるこ
とを特徴とする複合基板。 - 【請求項９】 ２つ以上の単結晶を接合した複合基板で
あってそれぞれの単結晶の特性が異なることを特徴とす
る複合基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8061504A JPH09260734A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 複合基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8061504A JPH09260734A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 複合基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260734A true JPH09260734A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13173002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8061504A Withdrawn JPH09260734A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 複合基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09260734A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000021699A (ja) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Ulvac Corp | 集成半導体基板およびその製造方法 |
| JP2000049065A (ja) * | 1998-07-30 | 2000-02-18 | Dowa Mining Co Ltd | 被処理体の処理方法 |
| JP2003068592A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Toshiba Corp | エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子の製造方法、及びエピタキシャル基板 |
| EP1863103A2 (en) | 2006-05-30 | 2007-12-05 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Superconducting device and method of manufacturing the same |
| WO2012053252A1 (ja) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板を有する複合基板 |
| WO2012053254A1 (ja) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板を有する複合基板の製造方法 |
-
1996
- 1996-03-18 JP JP8061504A patent/JPH09260734A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000021699A (ja) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Ulvac Corp | 集成半導体基板およびその製造方法 |
| JP2000049065A (ja) * | 1998-07-30 | 2000-02-18 | Dowa Mining Co Ltd | 被処理体の処理方法 |
| JP2003068592A (ja) * | 2001-08-22 | 2003-03-07 | Toshiba Corp | エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子の製造方法、及びエピタキシャル基板 |
| EP1863103A2 (en) | 2006-05-30 | 2007-12-05 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Superconducting device and method of manufacturing the same |
| US8178472B2 (en) | 2006-05-30 | 2012-05-15 | Fujitsu Limited | Superconducting device and method of manufacturing the same |
| WO2012053252A1 (ja) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板を有する複合基板 |
| WO2012053254A1 (ja) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板を有する複合基板の製造方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050308 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050328 |