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JPH09270538A - Superconducting transistor and manufacture thereof - Google Patents

Superconducting transistor and manufacture thereof

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Publication number
JPH09270538A
JPH09270538A JP8077173A JP7717396A JPH09270538A JP H09270538 A JPH09270538 A JP H09270538A JP 8077173 A JP8077173 A JP 8077173A JP 7717396 A JP7717396 A JP 7717396A JP H09270538 A JPH09270538 A JP H09270538A
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JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
single crystal
channel portion
substrate
superconducting transistor
Prior art date
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Application number
JP8077173A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3413701B2 (en
Inventor
Mikio Mukai
幹雄 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP07717396A priority Critical patent/JP3413701B2/en
Publication of JPH09270538A publication Critical patent/JPH09270538A/en
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting transistor which has good controllability in the thickness of a semiconductor channel portion and a sufficiently high mechanical strength and which is suitable for higher integration, and manufacture thereof. SOLUTION: An SOI structure is provided in which an island-like Si single crystal channel portion 14 having a thickness of about 100nm is buried in a recessed form on the surface of an insulating layer 12 on an Si substrate 10 as a holding substrate 10 having a sufficient thickness. On the lower side of the Si single crystal channel portion 14, a gate electrode 18 is formed via a gate insulating film 16. That is, the Si single crystal channel portion 14 and the gate electrode 18 with the gate electrode 16 provided between them are buried in the insulating layer 12 on the Si substrate 10. Also, a superconducting source electrode 22 and a superconducting drain electrode 24 which are connected respectively to the upper side of the Si single crystal channel portion 14 are arranged at a spacing of about 200nm.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超伝導トランジスタ及び
その製造方法に係り、特に電界効果型の超伝導トランジ
スタ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting transistor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a field effect type superconducting transistor and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超伝導トランジスタ及びその製造
方法を、図10を用いて説明する(大槻編、生嶋、伊
藤、川辺著、「物理学最前線」、共立出版 pp.136-13
9、及びT.Nishino, M.Miyake, Y.Harada,and U.Kawabe,
“Three-Terminal Superconducting Device Using a S
i Single-Crystal Film"IEEE Electron Device Letter
s,vol.EDL-6,pp.297-299,1985 参照)。
2. Description of the Related Art A conventional superconducting transistor and its manufacturing method will be described with reference to FIG. 10 (edited by Otsuki, Ikushima, Ito, Kawabe, “Forefront of Physics”, Kyoritsu Shuppan, pp.136-13).
9, and T. Nishino, M. Miyake, Y. Harada, and U. Kawabe,
“Three-Terminal Superconducting Device Using a S
i Single-Crystal Film "IEEE Electron Device Letter
s, vol.EDL-6, pp.297-299,1985).

【0003】不純物濃度差を用いたウエットエッチング
法により、Si単結晶基板30下面を部分的にエッチン
グして、厚さ約100nmのSi単結晶薄膜部を形成
し、この薄膜部をSi単結晶チャネル部32とする。そ
して熱酸化により、このSi単結晶チャネル部32を含
むSi単結晶基板30下面に、厚さ約40nmのゲート
酸化膜34を形成した後、このゲート酸化膜34下面
に、Al蒸着により厚さ約700nmのAlゲート電極
36を形成する。
The lower surface of the Si single crystal substrate 30 is partially etched by a wet etching method using a difference in impurity concentration to form a Si single crystal thin film portion having a thickness of about 100 nm, and this thin film portion is formed into a Si single crystal channel. Part 32. Then, by thermal oxidation, a gate oxide film 34 having a thickness of about 40 nm is formed on the lower surface of the Si single crystal substrate 30 including the Si single crystal channel portion 32, and then on the lower surface of the gate oxide film 34, Al is evaporated to a thickness of about 40 nm. An Al gate electrode 36 of 700 nm is formed.

【0004】また、Si単結晶基板30上面にSi02
膜38を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてSi
単結晶チャネル部32上のSi02 膜38に開口部を形
成した後、全面に超伝導体層を蒸着する。続いて、この
超伝導体層を所定の形状にパターニングし、Si単結晶
チャネル部32上面にそれぞれ接続する超伝導ソース電
極40及び超伝導ドレイン電極42を約200nmの間
隔をおいて形成する。
In addition, on the upper surface of the Si single crystal substrate 30, SiO 2
The film 38 is formed, and Si is formed using the photolithography technique.
After forming an opening in the SiO 2 film 38 on the single crystal channel portion 32, a superconductor layer is deposited on the entire surface. Subsequently, this superconductor layer is patterned into a predetermined shape, and a superconducting source electrode 40 and a superconducting drain electrode 42 which are respectively connected to the upper surface of the Si single crystal channel portion 32 are formed at intervals of about 200 nm.

【0005】このようにして、厚さ約100nmのSi
単結晶チャネル部32下面に、厚さ約40nmのゲート
酸化膜34を介してAlゲート電極36が設けられてい
ると共に、Si単結晶チャネル部32上面に、約200
nmの間隔をおいて超伝導ソース電極40及び超伝導ド
レイン電極42が設けられている超伝導トランジスタが
作製される。
In this way, Si having a thickness of about 100 nm is obtained.
An Al gate electrode 36 is provided on the lower surface of the single crystal channel portion 32 via a gate oxide film 34 having a thickness of about 40 nm, and about 200
A superconducting transistor in which the superconducting source electrode 40 and the superconducting drain electrode 42 are provided at intervals of nm is manufactured.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超伝導トランジスタにおいては、Si単結晶基板3
0下面の部分的なエッチングにより厚さ約100nmに
薄膜化した部分をSi単結晶チャネル部32としている
ため、超伝導トランジスタにおけるこの部分の機械的強
度は極めて脆弱であるという問題があった。
However, in the above conventional superconducting transistor, the Si single crystal substrate 3 is used.
Since the Si single crystal channel portion 32 is a portion thinned to a thickness of about 100 nm by partially etching the lower surface of 0, the mechanical strength of this portion in the superconducting transistor was extremely weak.

【0007】また、ウエットエッチングにより薄膜化し
てSi単結晶チャネル部32を形成しているため、その
チャネル厚を高精度に制御することが困難であるという
問題もあった。
Further, since the Si single crystal channel portion 32 is formed by thinning it by wet etching, it is difficult to control the channel thickness with high accuracy.

【0008】更に、この超伝導トランジスタを同一のS
i単結晶基板30上に多数作製する場合、極めて薄いS
i単結晶チャネル部32が数多く形成され、その下面に
ゲート酸化膜34を介してAlゲート電極36が形成さ
れることになるため、Si単結晶基板30に反りが生じ
たり機械的強度が低下したりして、高集積化することが
困難になるという問題もあった。
In addition, this superconducting transistor has the same S
When many are formed on the i single crystal substrate 30, an extremely thin S
Since a large number of i single crystal channel portions 32 are formed and an Al gate electrode 36 is formed on the lower surface of the i single crystal channel portions 32 through the gate oxide film 34, the Si single crystal substrate 30 is warped or the mechanical strength is lowered. There is also a problem that it becomes difficult to achieve high integration.

【0009】そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなさ
れたもので、半導体チャネル部の厚さの制御性が良好で
あると共に、機械的強度が十分に高く、高集積化にも適
している超伝導トランジスタ及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and has good controllability of the thickness of the semiconductor channel portion, has sufficiently high mechanical strength, and is suitable for high integration. An object is to provide a superconducting transistor and a method for manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の本発
明に係る超伝導トランジスタ及びその製造方法により達
成される。即ち、請求項1に係る超伝導トランジスタ
は、(a)保持用基板と、(b)前記保持用基板上に形
成された絶縁層表面に凹状に埋め込まれた島状の半導体
チャネル部と、(c)前記半導体チャネル部下面に、ゲ
ート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、(d)前
記半導体チャネル部上面に、所定の距離を隔てて配置さ
れた第1及び第2の超伝導体電極と、を有することを特
徴とする。
The above object can be achieved by the following superconducting transistor and manufacturing method thereof according to the present invention. That is, the superconducting transistor according to claim 1 includes: (a) a holding substrate; and (b) an island-shaped semiconductor channel portion that is recessed and embedded in a surface of an insulating layer formed on the holding substrate. c) a gate electrode formed on the lower surface of the semiconductor channel portion via a gate insulating film; and (d) first and second superconductors arranged on the upper surface of the semiconductor channel portion with a predetermined distance. And an electrode.

【0011】このように請求項1に係る超伝導トランジ
スタにおいては、半導体チャネル部を含めて素子領域全
体が十分な厚さを有する保持用基板によって一様に保持
されている、いわゆるSOI(Silicon on Insulator)
構造となっているため、超伝導トランジスタの機械的強
度は十分に高い。従って、超伝導トランジスタを同一基
板上に多数形成する場合でも、十分な機械的強度が維持
され、反りの発生も抑制されるため、高集積化を容易に
実現することが可能となる。
As described above, in the superconducting transistor according to the first aspect, the so-called SOI (Silicon on), in which the entire element region including the semiconductor channel portion is uniformly held by the holding substrate having a sufficient thickness. Insulator)
Due to the structure, the mechanical strength of the superconducting transistor is sufficiently high. Therefore, even when a large number of superconducting transistors are formed on the same substrate, sufficient mechanical strength is maintained and warpage is suppressed, so that high integration can be easily realized.

【0012】なお、上記の超伝導トランジスタにおい
て、前記半導体チャネル部が、厚さ100nm程度のS
i単結晶からなる、ことが好適である。
In the above superconducting transistor, the semiconductor channel portion has an S thickness of about 100 nm.
It is preferably composed of an i single crystal.

【0013】また、上記の超伝導トランジスタにおい
て、前記保持用基板が、Si基板である、ことが好適で
ある。
In the above superconducting transistor, it is preferable that the holding substrate is a Si substrate.

【0014】更に、請求項4に係る超伝導トランジスタ
の製造方法は、(a)半導体単結晶基板表面に凸部を形
成した後、前記凸部を含む前記半導体単結晶基板上にゲ
ート絶縁膜を形成する第1の工程と、(b)前記凸部上
に、前記ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極を形成する
第2の工程と、(c)全面に絶縁層を形成した後、前記
絶縁層を平坦化する第3の工程と、(d)前記絶縁層上
に、保持用基板を貼り付ける第4の工程と、(e)上下
を反転させた後、前記ゲート絶縁膜をストッパとして前
記半導体単結晶基板を研磨して、前記凸部を前記絶縁層
表面に凹状に埋め込まれた島状の半導体チャネル部とし
て残存させる第5の工程と、(f)前記半導体チャネル
部上面に、所定の距離を隔てて第1及び第2の超伝導体
電極を形成する第6の工程と、を有することを特徴とす
る。
Further, in the method of manufacturing a superconducting transistor according to a fourth aspect, (a) after forming a convex portion on the surface of the semiconductor single crystal substrate, a gate insulating film is formed on the semiconductor single crystal substrate including the convex portion. A first step of forming, (b) a second step of forming a gate electrode on the convex portion via the gate insulating film, and (c) forming an insulating layer over the entire surface, and then performing the insulation A third step of flattening the layer; (d) a fourth step of attaching a holding substrate on the insulating layer; and (e) an upside down flipping, and the gate insulating film as a stopper. A fifth step of polishing the semiconductor single crystal substrate to leave the convex portion as an island-shaped semiconductor channel portion embedded in the insulating layer surface in a concave shape, and (f) a predetermined surface on the semiconductor channel portion. Forming a first and a second superconductor electrode at a distance And having between step.

【0015】このように請求項4に係る超伝導トランジ
スタの製造方法においては、ゲート絶縁膜をストッパと
する半導体単結晶基板の研磨により半導体チャネル部を
形成しているため、この半導体チャネル部の厚さを高精
度に制御することが可能である。従って、安定した超伝
導トランジスタ特性を得ることができる。また、超伝導
トランジスタを同一基板上に多数形成する場合、各超伝
導トランジスタの特性が均一で安定したものとなるた
め、高集積化をするのに適している。
As described above, in the method of manufacturing a superconducting transistor according to the fourth aspect, since the semiconductor channel portion is formed by polishing the semiconductor single crystal substrate using the gate insulating film as a stopper, the thickness of the semiconductor channel portion is increased. It is possible to control the height with high precision. Therefore, stable superconducting transistor characteristics can be obtained. Further, when a large number of superconducting transistors are formed on the same substrate, the characteristics of each superconducting transistor are uniform and stable, which is suitable for high integration.

【0016】また、保持用基板を貼り付ける、いわゆる
貼り合わせSOI法を用いていることにより、素子形成
部分がこの十分な厚さを有する保持用基板によって保持
されるため、超伝導トランジスタの機械的強度は十分に
高くなる。また、超伝導トランジスタを同一基板上に多
数形成する場合でも、各超伝導トランジスタが十分な厚
さを有する保持用基板によって一様に保持されるため、
十分な機械的強度が維持され、反りの発生も抑制され
る。従って、通常の微細加工を適用することができるた
め、高集積化を容易に実現することが可能となる。
Further, by using the so-called bonding SOI method in which the holding substrate is attached, the element forming portion is held by the holding substrate having this sufficient thickness, so that the mechanical properties of the superconducting transistor are improved. The strength is high enough. Further, even when a large number of superconducting transistors are formed on the same substrate, since each superconducting transistor is uniformly held by the holding substrate having a sufficient thickness,
Sufficient mechanical strength is maintained and warpage is suppressed. Therefore, since normal fine processing can be applied, high integration can be easily realized.

【0017】なお、上記の超伝導トランジスタの製造方
法において、前記半導体単結晶基板がSi単結晶基板で
あり、前記半導体チャネル部がSi単結晶からなり、前
記半導体チャネル部の厚さが100nm程度である、こ
とが好適である。
In the above method of manufacturing a superconducting transistor, the semiconductor single crystal substrate is a Si single crystal substrate, the semiconductor channel portion is made of Si single crystal, and the semiconductor channel portion has a thickness of about 100 nm. Yes, it is preferred.

【0018】また、上記の超伝導トランジスタにおい
て、前記保持用基板がSi基板である、ことが好適であ
る。
In the above superconducting transistor, it is preferable that the holding substrate is a Si substrate.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の一の実
施の形態に係る電界効果型の超伝導トランジスタを示す
断面図である。本実施の形態に係る電界効果型の超伝導
トランジスタにおいては、保持用基板として十分な厚さ
を有するSi基板10上に、例えばSiO2 からなる絶
縁層12が形成されており、この絶縁層12表面に厚さ
約100nmの島状のSi単結晶チャネル部14が凹状
に埋め込まれている。即ち、SOI構造となっている。
そしてこのSi単結晶チャネル部14下面には、例えば
SiO2 からなるゲート絶縁膜16を介して、例えばA
l又はポリシリコンからなるゲート電極18が形成され
ている。こうして、ゲート絶縁膜16を介したSi単結
晶チャネル部14及びゲート電極18の全体が、Si基
板10上の絶縁層12中に埋め込まれて形成されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a field effect type superconducting transistor according to an embodiment of the present invention. In the field effect type superconducting transistor according to the present embodiment, an insulating layer 12 made of, for example, SiO 2 is formed on a Si substrate 10 having a sufficient thickness as a holding substrate. An island-shaped Si single crystal channel portion 14 having a thickness of about 100 nm is embedded in the surface in a concave shape. That is, it has an SOI structure.
Then, on the lower surface of the Si single crystal channel portion 14, for example, through the gate insulating film 16 made of SiO 2 ,
A gate electrode 18 made of 1 or polysilicon is formed. Thus, the entire Si single crystal channel portion 14 and the gate electrode 18 via the gate insulating film 16 are formed by being embedded in the insulating layer 12 on the Si substrate 10.

【0020】また、Si単結晶チャネル部14及び絶縁
層12上には、例えばSiO2 又はBPSG(Boro-Pho
spho-Silicate Glass )からなる絶縁層20がSi単結
晶チャネル部14上に窓が開口された状態で形成されて
いる。そしてこの窓を介してSi単結晶チャネル部14
上面にそれぞれ接続する超伝導ソース電極22及び超伝
導ドレイン電極24が、常伝導体中のコヒーレント長さ
と同程度の約200nmの間隔をおいて配置されてい
る。なお、これら超伝導ソース電極22及び超伝導ドレ
イン電極24は、低温の超伝導体を電極材料とするもの
であっても、化合物系等の高温超伝導体を電極材料とす
るものであってもよい。
On the Si single crystal channel portion 14 and the insulating layer 12, for example, SiO 2 or BPSG (Boro-Pho) is used.
An insulating layer 20 made of spho-Silicate Glass) is formed on the Si single crystal channel portion 14 with a window opened. Then, through this window, the Si single crystal channel portion 14
The superconducting source electrode 22 and the superconducting drain electrode 24, which are respectively connected to the upper surface, are arranged at an interval of about 200 nm, which is similar to the coherent length in the normal conductor. The superconducting source electrode 22 and the superconducting drain electrode 24 may be made of a low temperature superconductor as an electrode material or a high temperature superconductor such as a compound system as an electrode material. Good.

【0021】このように本実施の形態に係る電界効果型
の超伝導トランジスタによれば、厚さ約100nmの極
めて薄いSi単結晶チャネル部14を含めて素子領域全
体が十分な厚さを有する保持用基板としてのSi基板1
0によって一様に保持されている、SOI構造となって
いるため、超伝導トランジスタの機械的強度は十分に高
い。また、超伝導トランジスタをこの同一のSi基板1
0上に多数形成する場合でも、十分な機械的強度が維持
され、Si基板10の反りの発生も抑制されるため、高
集積化を容易に実現することが可能となる。
As described above, according to the field effect type superconducting transistor according to the present embodiment, the entire element region including the extremely thin Si single crystal channel portion 14 having a thickness of about 100 nm is maintained with a sufficient thickness. Si substrate 1 as a substrate
Since it has an SOI structure that is uniformly held by 0, the mechanical strength of the superconducting transistor is sufficiently high. In addition, the superconducting transistor is connected to this same Si substrate 1
Even when a large number are formed on the substrate 0, sufficient mechanical strength is maintained and the occurrence of warpage of the Si substrate 10 is suppressed, so that high integration can be easily realized.

【0022】次に、図1に示す電界効果型の超伝導トラ
ンジスタの動作を説明する。超伝導ソース電極22及び
超伝導ドレイン電極24からSi単結晶チャネル部14
に超伝導電子対が染み出して準超伝導部が形成される。
この超伝導隣接効果による準超伝導部の広がりがゲート
電極18によって制御される。
Next, the operation of the field effect type superconducting transistor shown in FIG. 1 will be described. From the superconducting source electrode 22 and the superconducting drain electrode 24 to the Si single crystal channel portion 14
A superconducting electron pair oozes out into a quasi-superconducting part.
The spread of the quasi-superconducting portion due to the superconducting adjacency effect is controlled by the gate electrode 18.

【0023】即ち、ゲート電極18に所定の電圧が印加
された場合には、超伝導ソース電極22及び超伝導ドレ
イン電極24から広がる2つの準超伝導部が交わり、超
伝導的に結合されてオン抵抗が0Ωとなり、超伝導ソー
ス電極22から超伝導電子対が超伝導ドレイン電極24
に流れる。即ち超伝導電流が流れるオン状態となる。他
方、ゲート電極18に所定の電圧が印加されない場合に
は、超伝導ソース電極22及び超伝導ドレイン電極24
から広がる2つの準超伝導部が交わらないため、超伝導
的に結合されず、その結果、超伝導電流が流れずにオフ
状態となる。
That is, when a predetermined voltage is applied to the gate electrode 18, the two quasi-superconducting portions extending from the superconducting source electrode 22 and the superconducting drain electrode 24 intersect and are superconductingly coupled and turned on. The resistance becomes 0Ω, and the superconducting electron pair is transferred from the superconducting source electrode 22 to the superconducting drain electrode 24.
Flows to That is, the superconducting current is turned on. On the other hand, when a predetermined voltage is not applied to the gate electrode 18, the superconducting source electrode 22 and the superconducting drain electrode 24
Since the two quasi-superconducting portions extending from the two do not intersect with each other, they are not superconductingly coupled, and as a result, the superconducting current does not flow and the off-state is obtained.

【0024】こうして、ゲート電極18の制御により、
抵抗が0Ωの超伝導電流をオン・オフするスイッチ動作
をすることができる。
Thus, by controlling the gate electrode 18,
A switch operation for turning on and off a superconducting current having a resistance of 0Ω can be performed.

【0025】次に、図1に示す電界効果型の超伝導トラ
ンジスタの製造方法を、図2乃至図8を用いて説明す
る。ここで、図2乃至図8はそれぞれ図1の電界効果型
の超伝導トランジスタの製造方法を示す工程断面図であ
る。
Next, a method of manufacturing the field effect type superconducting transistor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 8 are process cross-sectional views showing a method for manufacturing the field effect type superconducting transistor of FIG.

【0026】Si単結晶基板14a表面に、高さ約10
0nmの凸部14bを形成する(図2参照)。続いて、
熱酸化により、全面に厚さ約10nmの例えばSiO2
からなるゲート絶縁膜16を形成する(図3参照)。続
いて、ゲート絶縁膜16上に例えばAl層又はポリシリ
コン層を堆積した後、所定の形状にパターニングして、
Si単結晶基板14aの凸部14b上に、ゲート絶縁膜
16を介してAl又はポリシリコンからなるゲート電極
18を形成する(図4参照)。
On the surface of the Si single crystal substrate 14a, the height is about 10
A 0 nm convex portion 14b is formed (see FIG. 2). continue,
By thermal oxidation, for example, SiO 2 with a thickness of about 10 nm is formed on the entire surface.
A gate insulating film 16 made of is formed (see FIG. 3). Then, after depositing, for example, an Al layer or a polysilicon layer on the gate insulating film 16, it is patterned into a predetermined shape,
A gate electrode 18 made of Al or polysilicon is formed on the convex portion 14b of the Si single crystal substrate 14a via the gate insulating film 16 (see FIG. 4).

【0027】次いで、全面に例えばSiO2 又はBPS
Gからなる絶縁層20を形成した後、この絶縁層20を
研磨して平坦化する(図5参照)。続いて、この平坦化
した絶縁層20上に、十分な厚さを有する保持用基板と
してのSi基板10を貼り付ける。そして上下を反転さ
せる(図6参照)。続いて、ゲート絶縁膜16をストッ
パとしてSi単結晶基板14aを研磨する。即ち、図中
にA−A′で示すゲート絶縁膜16に達するまで研磨す
る。このSi単結晶基板14aの研磨により、凸部14
bが絶縁層16表面に凹状に埋め込まれた厚さ約100
nmの島状のSi単結晶チャネル部14として残存す
る。こうしてゲート絶縁膜16を介したSi単結晶チャ
ネル部14及びゲート電極18を、Si基板10上の絶
縁層12中に埋め込んだ状態で形成する(図7参照)。
Then, for example, SiO 2 or BPS is applied to the entire surface.
After the insulating layer 20 made of G is formed, the insulating layer 20 is polished and planarized (see FIG. 5). Subsequently, the Si substrate 10 as a holding substrate having a sufficient thickness is attached onto the flattened insulating layer 20. Then, it is turned upside down (see FIG. 6). Subsequently, the Si single crystal substrate 14a is polished using the gate insulating film 16 as a stopper. That is, polishing is performed until the gate insulating film 16 indicated by AA 'in the figure is reached. By polishing the Si single crystal substrate 14a, the protrusions 14
b has a thickness of about 100, which is embedded in the surface of the insulating layer 16 in a concave shape.
Remains as an island-shaped Si single crystal channel portion 14 of nm. Thus, the Si single crystal channel portion 14 and the gate electrode 18 with the gate insulating film 16 interposed therebetween are formed in a state of being embedded in the insulating layer 12 on the Si substrate 10 (see FIG. 7).

【0028】次いで、全面に例えばSiO2 からなる絶
縁層20を堆積した後、フォトリソグラフィ技術を用い
て、Si単結晶チャネル部14上に窓26を開口する
(図8参照)。続いて、全面に低温の超伝導体又は化合
物系等の高温超伝導体からなる超伝導体層を蒸着した
後、所定の形状にパターニングして、約200nmの間
隔をおいてSi単結晶チャネル部52上面にそれぞれ接
続する超伝導ソース電極22及び超伝導ドレイン電極2
4を形成する(図9参照)。こうして図1に示す電界効
果型の超伝導トランジスタを作製する。
Next, after depositing an insulating layer 20 made of, for example, SiO 2 on the entire surface, a window 26 is opened on the Si single crystal channel portion 14 by using a photolithography technique (see FIG. 8). Then, after depositing a superconductor layer made of a low-temperature superconductor or a high-temperature superconductor such as a compound system on the entire surface, it is patterned into a predetermined shape, and a Si single crystal channel part is formed at intervals of about 200 nm. 52 superconducting source electrode 22 and superconducting drain electrode 2 respectively connected to the upper surface
4 (see FIG. 9). Thus, the field effect type superconducting transistor shown in FIG. 1 is manufactured.

【0029】このように本実施の形態に係る電界効果型
の超伝導トランジスタの製造方法によれば、ゲート絶縁
膜16をストッパとするSi単結晶基板14aの研磨に
よりSi単結晶チャネル部14を形成するため、このS
i単結晶チャネル部14の厚さ約100nmを高精度に
制御することができる。従って、安定した超伝導トラン
ジスタ特性を得ることができる。また、超伝導トランジ
スタを同一のSi基板10上に多数形成する場合、各超
伝導トランジスタの特性が均一で安定したものとするこ
とができるため、高集積化をするのに適している。
As described above, according to the method of manufacturing the field effect type superconducting transistor of the present embodiment, the Si single crystal channel portion 14 is formed by polishing the Si single crystal substrate 14a using the gate insulating film 16 as a stopper. To do this S
The thickness of the i single crystal channel portion 14 of about 100 nm can be controlled with high accuracy. Therefore, stable superconducting transistor characteristics can be obtained. Moreover, when a large number of superconducting transistors are formed on the same Si substrate 10, the characteristics of each superconducting transistor can be made uniform and stable, which is suitable for high integration.

【0030】また、保持用基板としてのSi基板10を
貼り付ける、貼り合わせSOI法を用いることにより、
素子形成部分がこの十分な厚さを有するSi基板10に
よって保持されるため、超伝導トランジスタの機械的強
度を十分に高くすることができる。また、超伝導トラン
ジスタを同一のSi基板10上に多数形成する場合で
も、各超伝導トランジスタが十分な厚さを有するSi基
板10によって一様に保持されることにより、十分な機
械的強度が維持され、反りの発生も抑制されるため、通
常の微細加工を適用することができ、高集積化を容易に
実現することができる。
Further, by using the bonding SOI method in which the Si substrate 10 as the holding substrate is bonded,
Since the element forming portion is held by the Si substrate 10 having this sufficient thickness, the mechanical strength of the superconducting transistor can be sufficiently increased. Further, even when a large number of superconducting transistors are formed on the same Si substrate 10, each superconducting transistor is uniformly held by the Si substrate 10 having a sufficient thickness to maintain sufficient mechanical strength. Since the occurrence of warpage is also suppressed, ordinary fine processing can be applied, and high integration can be easily realized.

【0031】なお、上記実施の形態に係る超伝導トラン
ジスタの製造方法においては、貼り合わせSOI法を用
いてSi単結晶チャネル部14を形成しているが、この
方法の代わりに、L−SPE(Lateral Solid Phase Ep
itaxy ;横方向固相エピタキシャル成長)法やシリコン
層に酸素ドーピング後、熱処理するSIMOX(Separa
tion by Implanted Oxygen)法を用いてSi単結晶チャ
ネル部14を形成してもよいし、酸化シリコン層に多結
晶シリコン層または非晶質シリコン層を形成したポリシ
リコンまたはアモルファスシリコンをチャネル部14と
して用いてもよい。
In the method of manufacturing the superconducting transistor according to the above-mentioned embodiment, the Si single crystal channel portion 14 is formed by using the bonding SOI method. Instead of this method, the L-SPE ( Lateral Solid Phase Ep
itaxy; lateral solid phase epitaxial growth) or oxygen doping of the silicon layer, followed by heat treatment SIMOX (Separa
The Si single crystal channel portion 14 may be formed by using the method of Implanted Oxygen), or polysilicon or amorphous silicon in which a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer is formed on a silicon oxide layer is used as the channel portion 14. You may use.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る超伝導トランジスタによれば、保持用基板上の絶縁層
表面に島状の半導体チャネル部が凹状に埋め込まれ、こ
の極めて薄い半導体チャネル部を含めて素子領域全体が
十分な厚さを有する保持用基板によって保持されている
ことにより、超伝導トランジスタの機械的強度を十分に
高くすることができる。このため、超伝導トランジスタ
が同一基板上に多数形成されている場合でも、十分な機
械的強度が維持され、反りの発生も抑制されるため、高
集積化を容易に実現することができる。
As described above in detail, according to the superconducting transistor of the present invention, the island-shaped semiconductor channel portion is recessed in the surface of the insulating layer on the holding substrate, and this extremely thin semiconductor channel is formed. Since the entire element region including the portion is held by the holding substrate having a sufficient thickness, the mechanical strength of the superconducting transistor can be sufficiently increased. Therefore, even when a large number of superconducting transistors are formed on the same substrate, sufficient mechanical strength is maintained and warpage is suppressed, so that high integration can be easily realized.

【0033】また、本発明に係る超伝導トランジスタの
製造方法によれば、貼り合わせSOI法を用いると共
に、ゲート絶縁膜をストッパとする半導体単結晶基板の
研磨によって半導体チャネル部を形成していることによ
り、この半導体チャネル部の厚さを高精度に制御するこ
とができる。このため、安定した超伝導トランジスタ特
性を得ることができる。また、超伝導トランジスタを同
一基板上に多数形成する場合、各超伝導トランジスタの
特性が均一で安定したものとすることができるため、高
集積化するのに適している。
According to the method of manufacturing a superconducting transistor of the present invention, the bonding SOI method is used and the semiconductor channel portion is formed by polishing the semiconductor single crystal substrate using the gate insulating film as a stopper. Thereby, the thickness of the semiconductor channel portion can be controlled with high accuracy. Therefore, stable superconducting transistor characteristics can be obtained. Further, when a large number of superconducting transistors are formed on the same substrate, the characteristics of each superconducting transistor can be made uniform and stable, which is suitable for high integration.

【0034】また、貼り合わせSOI法を用い、十分な
厚さを有する保持用基板によって素子形成部分を保持す
ることにより、超伝導トランジスタの機械的強度を十分
に高くすることできる。また、超伝導トランジスタを同
一基板上に多数形成する場合でも、各超伝導トランジス
タを十分な厚さを有する保持用基板によって一様に保持
することができることにより、十分な機械的強度を維持
し、反りの発生も抑制するため、通常の微細加工を適用
することができ、高集積化を容易に実現することができ
る。
Further, by using the bonding SOI method and holding the element forming portion with the holding substrate having a sufficient thickness, the mechanical strength of the superconducting transistor can be sufficiently increased. Further, even when a large number of superconducting transistors are formed on the same substrate, each superconducting transistor can be uniformly held by a holding substrate having a sufficient thickness, thereby maintaining sufficient mechanical strength, Since the occurrence of warpage is also suppressed, ordinary fine processing can be applied, and high integration can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一の実施の形態に係る電界効果型の超
伝導トランジスタを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a field effect type superconducting transistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その1)である。
2A to 2D are process cross-sectional views (No. 1) showing a method for manufacturing the field effect superconducting transistor of FIG.

【図3】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その2)である。
3A to 3D are process cross-sectional views (No. 2) showing the method for manufacturing the field-effect superconducting transistor of FIG.

【図4】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その3)である。
FIG. 4 is a process sectional view (3) showing the method for manufacturing the field effect superconducting transistor of FIG. 1.

【図5】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その4)である。
5A to 5C are process cross-sectional views (No. 4) showing the method for manufacturing the field-effect superconducting transistor of FIG.

【図6】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その5)である。
6A to 6C are process cross-sectional views (No. 5) showing the method for manufacturing the field-effect superconducting transistor of FIG.

【図7】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その6)である。
FIG. 7 is a process sectional view (6) showing the method for manufacturing the field effect superconducting transistor of FIG. 1.

【図8】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その7)である。
8A to 8C are process cross-sectional views (No. 7) showing the method for manufacturing the field-effect superconducting transistor of FIG.

【図9】図1の電界効果型の超伝導トランジスタの製造
方法を示す工程断面図(その8)である。
FIG. 9 is a process sectional view (8) showing the method for manufacturing the field effect type superconducting transistor of FIG. 1.

【図10】従来の超伝導トランジスタ及びその製造方法
を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a conventional superconducting transistor and a method for manufacturing the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10……Si基板、12……絶縁層、14……Si単結
晶チャネル部、16……ゲート絶縁膜、18……ゲート
電極、20……絶縁層、22……超伝導ソース電極、2
4……超伝導ドレイン電極、26……窓、30……Si
単結晶基板、32……Si単結晶チャネル部、34……
ゲート酸化膜、36……Alゲート電極、38……Si
2 膜、40……超伝導ソース電極、42……超伝導ド
レイン電極。
10 ... Si substrate, 12 ... Insulating layer, 14 ... Si single crystal channel part, 16 ... Gate insulating film, 18 ... Gate electrode, 20 ... Insulating layer, 22 ... Superconducting source electrode, 2
4 ... Superconducting drain electrode, 26 ... Window, 30 ... Si
Single crystal substrate, 32 ... Si single crystal channel part, 34 ...
Gate oxide film, 36 ... Al gate electrode, 38 ... Si
0 2 film, 40 ...... superconducting source electrode, 42 ...... superconducting drain electrode.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 保持用基板と、 前記保持用基板上に形成された絶縁層表面に凹状に埋め
込まれた島状の半導体チャネル部と、 前記半導体チャネル部下面に、ゲート絶縁膜を介して形
成されたゲート電極と、 前記半導体チャネル部上面
に、所定の距離を隔てて配置された第1及び第2の超伝
導体電極と、 を有することを特徴とする超伝導トランジスタ。
1. A holding substrate, an island-shaped semiconductor channel portion recessed in a surface of an insulating layer formed on the holding substrate, and a lower surface of the semiconductor channel portion formed via a gate insulating film. And a first and a second superconductor electrode which are arranged on the upper surface of the semiconductor channel portion at a predetermined distance from each other, and a superconducting transistor.
【請求項2】 請求項1記載の超伝導トランジスタにお
いて、 前記半導体チャネル部が、厚さ100nm程度のシリコ
ン単結晶からなる、 ことを特徴とする超伝導トランジスタ。
2. The superconducting transistor according to claim 1, wherein the semiconductor channel portion is made of a silicon single crystal having a thickness of about 100 nm.
【請求項3】 請求項1又は2記載の超伝導トランジス
タにおいて、 前記保持用基板が、シリコン基板である、 ことを特徴とする超伝導トランジスタ。
3. The superconducting transistor according to claim 1 or 2, wherein the holding substrate is a silicon substrate.
【請求項4】 半導体単結晶基板表面に凸部を形成した
後、前記凸部を含む前記半導体単結晶基板上にゲート絶
縁膜を形成する第1の工程と、 前記凸部上に、前記ゲート絶縁膜を介してゲート電極を
形成する第2の工程と、 全面に絶縁層を形成した後、前記絶縁層を平坦化する第
3の工程と、 前記絶縁層上に、保持用基板を貼り付ける第4の工程
と、 上下を反転させた後、前記ゲート絶縁膜をストッパとし
て前記半導体単結晶基板を研磨して、前記凸部を前記絶
縁層表面に凹状に埋め込まれた島状の半導体チャネル部
として残存させる第5の工程と、 前記半導体チャネル部上面に、所定の距離を隔てて第1
及び第2の超伝導体電極を形成する第6の工程と、 を有することを特徴とする超伝導トランジスタの製造方
法。
4. A first step of forming a convex portion on a surface of a semiconductor single crystal substrate, and then forming a gate insulating film on the semiconductor single crystal substrate including the convex portion, and the gate on the convex portion. A second step of forming a gate electrode through an insulating film, a third step of forming an insulating layer on the entire surface and then planarizing the insulating layer, and attaching a holding substrate on the insulating layer Fourth step, and after flipping upside down, the semiconductor single crystal substrate is polished using the gate insulating film as a stopper to form an island-shaped semiconductor channel portion in which the convex portion is embedded in the insulating layer surface in a concave shape. And a first step with a predetermined distance on the upper surface of the semiconductor channel portion.
And a sixth step of forming a second superconducting electrode, and a method for manufacturing a superconducting transistor.
【請求項5】 請求項4記載の超伝導トランジスタの製
造方法において、 前記半導体単結晶基板が、シリコン単結晶基板であり、 前記半導体チャネル部が、シリコン単結晶からなり、 前記半導体チャネル部の厚さが、100nm程度であ
る、 ことを特徴とする超伝導トランジスタの製造方法。
5. The method for manufacturing a superconducting transistor according to claim 4, wherein the semiconductor single crystal substrate is a silicon single crystal substrate, the semiconductor channel portion is made of silicon single crystal, and the semiconductor channel portion has a thickness. Is about 100 nm, The manufacturing method of the superconducting transistor characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 請求項4又は5記載の超伝導トランジス
タの製造方法において、 前記保持用基板が、シリコン基板である、 ことを特徴とする超伝導トランジスタの製造方法。
6. The method of manufacturing a superconducting transistor according to claim 4, wherein the holding substrate is a silicon substrate.
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JP2007180492A (en) * 2005-12-01 2007-07-12 National Institute Of Information & Communication Technology How to create a thin layer device
CN115428156A (en) * 2020-03-31 2022-12-02 微软技术许可有限责任公司 Side gate semiconductor-superconductor hybrid device

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