DE69124072T2 - Supraleitende Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Supraleitende Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige supraleitende Schaltung, insbesondere einen neuartigen Aufbau strukturierter supraleitender Draht- bzw. Verdrahtungsleitungen, von denen jede aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht hergestellt ist, die auf einem Substrat abgeschieden ist, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
    • Beschreibung des Standes der Technik
  • Herkömmliche Supraleiter wurden nur bei extrem niedrigen Temperaturen supraleitend, und ihr Gebrauch war von vielen tatsächlichen Anwendungen ausgeschlossen. 1986 jedoch wurden neue oxidische Supraleiter aus [La,Ba]&sub2;CuO&sub4; und [La,Sr]&sub2;CuO&sub4; entdeckt, woraufhin die Entdeckung weiterer supraleitender Verbundoxide, wie etwa das Y-Ba-Cu-O-System oder das Bi-Ca- Sr-Cu-O-System, folgte. In diesen neuerdings entdeckten oxidischen Supraleitern kann das supraleitende Phänomen mit dem relativ kostengünstigeren flüssigen Stickstoff realisiert werden, weshalb die Möglichkeit eines tatsächlichen Gebrauchs von Supraleitern mit hoher Tc über die Szene hereingebrochen ist.
  • Obwohl diese oxidischen Supraleiter anfänglich in voluminöser Form von gesinterten Blöcken durch die Pulver-Sintertechnik erhalten wurden, ist es nunmehr möglich geworden, Dünnschichten aus ihnen mit hoher Qualität durch physikalische Dampfabscheidungs- oder chemische Dampfungsabscheidungstechniken zu fertigen. Von den oxidischen supraleitenden Dünnschichten wird erwartet, daß sie in zahlreichen Anwendungen, einschließlich Sensoren, SQUID, supraleitenden Bauelementen, wie etwa supraleitenden Transistoren oder dergleichen, verwendet werden. In der vorliegenden Patentschrift bedeutet der Begriff "oxidischer Supraleiter" ein Verbundoxid mit hohem Tc, das die kritische Temperatur oberhalb von 30 K aufweist.
  • In supraleitenden Schaltungen mit supraleitenden Verdrahtungsleitungen ist es erwünscht, die supraleitenden strukturierten Verdrahtungsleitungen bzw. Verdrahtungsleitungsmuster in dieselbe oxidische supraleitenden Dünnschicht zu integrieren, die verwendet wird, um die supraleitenden Elemente oder Bauelemente herzustellen. Die Herstellung von strukturierten supraleitenden Verdrahtungsleitungen in einer integrierten Schaltung ist jedoch noch nicht etabliert worden.
  • Die EP-A-0 410 374 offenbart herkömmliche supraleitende Verdrahtungen in einer integrierten Schaltung.
  • Es ist bekannt, daß der Wert des Supraleitungsstroms von der Orientierung der Kristalle abhängt, aus denen eine oxidische supraleitende Dünnschicht hergestellt ist, und daß der Kristall Anisotropie besitzt. Diese Anisotropie beschränkt die Struktur bzw. den Aufbau einer supraleitenden Schaltung, die supraleitende Verdrahtungsleitungen aufweist, die aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht hergestellt sind.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Problem zu lösen und einen neuartigen Aufbau einer supraleitenden Schaltung bereitzustellen, die strukturierte supraleitende Verdrahtungsleitungen aufweist, von denen jede aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht hergestellt ist, die auf einem Substrat abgeschieden ist, und ein Verfahren zum Herstellen derselben, um die Freiheit bei der Schaltungsauslegung zu erhöhen, und um den größten Nutzen aus dem oxidischen Supraleiter zu ziehen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine supraleitende Schaltung gemäß Anspruch 1, mit:
  • Einem flachen Substrat und
  • einer Schaltschicht, die auf dem flachen Substrat gebildet ist, wobei die Schaltschicht eine ebene Oberfläche aufweist, wobei in der Schaltschicht ein erstes Verdrahtungs- bzw. Leitungsmuster gebildet ist, welches aus einer Dünnschicht aus oxidischem supraleitenden Material besteht, dessen c-Achse in eine erste Richtung orientiert ist,
  • dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltschicht außerdem ein zweites Leitungsmuster ausgebildet ist, welches aus einer Dünnschicht aus oxidischem supraleitenden Material besteht, dessen c-Achse in eine zweite von der ersten Richtung unterschiedliche Richtung orientiert ist, wobei die beiden Leitungsmuster auf dem Substrat in einer gemeinsamen Schicht mit einer durchgehenden ebenen Oberfläche liegen.
  • Der Begriff "a-Achse", "b-Achse" und "c-Achse" betrifft Kristallachsen eines Kristalls, wie üblicherweise in der Kristallographie verwendet, und sie sind in kristallinen oxidischen Supraleitern, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, bekannt und ermittelt.
  • Die Orientierung dieser Achsen wird üblicherweise durch die Richtung der Kristallachsen in bezug auf eine Oberfläche des Substrats festgelegt. Beispielsweise ist eine "a-achsenorientierte Dünnschicht" eine Dünnschicht, deren a-Achse senkrecht zu der Substratoberfläche verläuft.
  • Die supraleitende Schaltung mit den supraleitenden Verdrahtungsleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus einem beliebigen oxidischen Supraleiter hergestellt werden, einschließlich Verbundoxid-Supraleitern, wie etwa dem Y-Ba- Cu-O-System, dem Bi-Sr-Ca-Cu-O-System und dem Tl-Ba-Ca-Cu-O- System.
  • Das Substrat, auf welchem die oxidische supraleitende Dünnschicht abgeschieden wird, ist bevorzugt ein oxidisches Einkristallsubstrat, wie beispielsweise MgO, SrTiO&sub3;, CdNdAlO&sub4; oder dergleichen. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat, wie etwa ein Siliciumsubstrat, sein, das eine Isolierschicht oder eine Pufferschicht aufweist oder nicht.
  • Das erste Leitungsmuster kann aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht hergestellt sein, dessen a-Achse senkrecht zu der Oberfläche des Substrats orientiert ist. Wenn die supraleitende Schaltung in einer Mehrschichtstruktur verwendet wird, ist eine weitere obere oxidische supraleitende Dünnschicht zusätzlich auf einer Oberfläche der ebenen Oberfläche durch eine Isolierschicht abgeschieden, die eine Dicke von weniger als 10 nm aufweisen kann. Die oxidische supraleitende Dünnschicht kann Durchgangslöcher bzw. Vias aufweisen, welche vertikal benachbarte supraleitende Schichten verbinden.
  • Es wird bemerkt, daß aus dem Blickpunkt der Fließfähigkeit von Supraleitungsstrom zwischen der a-achsenorientierten Dünnschicht und der b-achsenorientierten Dünnschicht in den oxidischen Supraleitern, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist, kein Unterschied besteht, weil die oxidischen Supraleiter Schichtstrukturen aufweisen, in welchen der Supraleitungsstrom dominant in derjenigen Richtung fließt, die senkrecht zu der c-Achse verläuft.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die supraleitende Schaltung dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten supraleitenden Verdrahtungsleitungen aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht hergestellt ist, deren c-Achse senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats so verläuft, daß ein Supraleitungsstrom parallel zu der Oberfläche des Substrats fließt, jede der zweiten supraleitenden Verdrahtungsleitungen aus einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht hergestellt ist, deren a-Achse senkrecht zu der Oberfläche des Substrats so verläuft, daß ein Supraleitungsstrom vertikal in bezug auf die Oberfläche des Substrats fließt, und die supraleitende Schaltung eine ebene Oberfläche hat.
  • Auch in diesem Fall kann die supraleitende Schaltung isolierende Zonen, Durchgangslöcher, eine weitere obere oxidische supraleitende Dünnschicht aufweisen, die auf einer ebenen Oberfläche durch eine isolierende Schicht abgeschieden ist, die eine Dicke von weniger als 10 nm hat.
  • Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren gemäß Anspruch 9 zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung, mit den Schritten:
  • Abscheiden einer ersten Dünnschicht aus einem oxidischen Supraleiter auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei die abgeschiedene erste Dünnschicht eine Orientierung der c-Achse in einer ersten Richtung relativ zu der Substratoberfläche aufweist, und
  • Entfernen vorbestimmter Bereiche der erste Dünnschicht zur Ausgestaltung eines ersten Leitungsmusters,
  • gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:
  • Abscheiden einer zweiten Dünnschicht aus dem gleichen oxidischen Supraleiter auf dem ersten Leitungsmuster und auf freigelegten Bereichen des Substrats entsprechend den vorab freigelegten Bereichen der ersten Dünnschicht, wobei die zweite Dünnschicht eine Orientierung in der c-Achse aufweist in einer zweiten Richtung, die unterschiedlich zur ersten Richtung ist, und
  • Entfernen eines oberen Teils der zweiten Dünnschicht, um so das erste Leitungsmuster erneut freizulegen und eine ebene Oberfläche auszubilden, wobei das erste Schaltmuster und das verbleibende supraleitende Material der zweiten Dünnschicht auf dem Substrat in einer gemeinsamen Schicht mit einer ebenen Oberfläche liegen.
  • In diesem Fall ist die erste oxidische supraleitende Dünnschicht bevorzugt eine c-achsenorientierte Dünnschicht und die zweite oxidische supraleitende Dünnschicht ist bevorzugt eine a-achsenorientierte Dünnschicht.
  • Bei diesem Typ einer supraleitenden Schaltung bilden sämtliche supraleitende Verdrahtungsleitungen, die aus dem identischen oxidischen Supraleiter hergestellt sind, eine ebene Oberfläche in einer einzigen Schicht, wobei jedoch jede supraleitende Verdrahtungsleitung eine unterschiedliche Kristallorientierung hat.
  • Wie vorstehend angeführt, zeigt die oxidische supraleitende Dünnschicht Anisotropie hinsichtlich der Stromeigenschaft aufgrund der Anisotropie im Kristall. Tatsächlich fließt der Supraleitungsstrom dominant entlang einer Richtung, die senkrecht zur c-Achse verläuft, wohingegen nahezu kein Strom entlang der Richtung der c-Achse fließt.
  • Die supraleitende Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen derartigen neuartigen Aufbau, daß sowohl die a-achsenorientierte Dünnschicht wie die c-achsenorientierte Dünnschicht in einer Schicht benachbart sind und zwei supraleitende Verdrahtungsleitungen eine ebene Oberfläche bilden. Es fließt jedoch im wesentlichen kein Strom zwischen diesen zwei supraleitenden Leitungen, selbst dann, wenn diese zwei Dünnschichten aus einer a-achsenorientierten Dünnschicht und einer c-achsenorientierten Dünnschicht benachbart sind, weil kein wesentlicher Strom zwischen diesen zwei Dünnschichten ausgebreitet wird.
  • Diese neuartige Struktur einer supraleitenden Schaltung erlaubt die Realisierung einer maximal kompakten Verdrahtungsauslegungen aufgrund der Tatsache, daß beide supraleitende Leitungen, die aus der a-achsenorientierten Dünnschicht und der c-achsenorientierten Dünnschicht hergestellt sind, auf einer gemeinsamen Oberfläche eines Substrats nahe benachbart angeordnet werden können unter der maximal verdichteten Bedingung, die im Fall von Metall-Leitern nicht realisiert werden kann.
  • Die supraleitenden Verdrahtungsleitungen, die aus der a-achsenorientierten Dünnschicht hergestellt sind, werden verwendet, um einen elektrischen Strom entlang einer Richtung zu leiten, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats verläuft; mit anderen Worten arbeiten sie als Leitungen, welche zwei benachbarte Schichten verbinden, die übereinander abgeschieden sind, während die supraleitenden Verdrahtungsleitungen, die aus der c-achsenorientierten Dünnschicht hergestellt sind, verwendet werden, um einen elektrischen Strom entlang einer Richtung zu leiten, die parallel zur Oberfläche des Substrats verläuft.
  • Die supraleitende Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung einer supraleitenden Mehrschichtschaltung verwendet werden. Auch in diesem Fall können supraleitende Verdrahtungsleitungen ebenso wie Durchgangslöcher benachbart in jeder Leitung unter der maximal verdickten Auslegung angeordnet und mit vertikalen Verdrahtungsleitungen kontaktiert werden, die in die Durchgangslöcher bzw. Vias gefüllt sind.
  • In der Praxis kann die Halbleiterschaltung wie folgt hergestellt werden:
  • Zunächst wird eine erste oxidische supraleitende Dünnschicht, deren a-Achse oder c-Achse senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats orientiert ist, auf dem Substrat abgeschieden. Daraufhin werden vorbestimmte Bereiche der ersten oxidischen supraleitenden Dünnschicht entfernt, um erste supraleitende strukturierte Leitungen bzw. Leitungsmuster zu belassen. Daraufhin wird eine zweite oxidische supraleitende Dünnschicht unter einer derartigen Bedingung abgeschieden, daß die zweite Dünnschicht eine unterschiedliche Orientierung gegenüber der ersten Dünnschicht darauf erhält. Insbesondere wenn es sich bei der ersten Dünnschicht um eine a-achsenorientierte Dünnschicht handelt, wird eine c-achsenorientierte Dünnschicht abgeschieden, und wenn es sich bei der ersten Dünnschicht um eine c-achsenorientierte Dünnschicht handelt, wird eine a- achsenorientierte Dünnschicht abgeschieden. Es ist bevorzugt, zunächst die c-achsenorientierte Dünnschicht im Hinblick darauf zu fertigen, daß eine höhere Substrattemperatur erforderlich ist, die c-achsenorientierte Dünnschicht zu fertigen.
  • Eine Sauerstoffentreicherung kann auf solchen Abschnitten der supraleitenden Leitungen bewirkt werden, die nicht als Verdrahtungsleitung verwendet werden, d.h. auf Abschnitten, die isolierende Zonen werden sollen. Diese Sauerstoffentreicherungsbehandlung ist in dem europäischen Patent Nr. 95 108 249.4 beschrieben, die aus der vorliegenden Anmeldung ausgeschieden ist. Die Sauerstoffentreicherung kann für die zweite Dünnschicht durchgeführt werden, um eine endgültig strukturierte supraleitende Schaltung zu erzeugen.
  • Der Prozeß hat die folgenden Vorteile:
  • (1) Die oxidische supraleitende Dünnschicht wird durch Wärmebehandlung während des Prozesses deshalb nicht verschlechtert, weil sowohl die a-achsenorientierte Dünnschicht wie die c-achsenorientierte Dünnschicht aus einem identischen Material hergestellt sind.
  • (2) Die Herstellung der anderen Elemente und/oder Verdrahtungsleitungen, die auf einer Oberfläche der supraleitenden Schaltung bewirkt werden soll, die durch die vorliegende Erfindung erhalten wird, wird leicht, weil die strukturierte supraleitende Schaltung eine flache Oberfläche hat.
  • Zusammenfassend weisen die supraleitenden strukturierten Verdrahtungsleitungen bzw. Leitungsmuster gemäß der vorliegenden Erfindung eine ebene Oberfläche auf, die die Herstellung von supraleitenden Bauelementen erleichtert und außerdem eine hohe mechanische Festigkeit besitzt, weil sämtliche Abschnitte der Dünnschicht miteinander durch den Nicht-Supraleiter verbunden sind, der aus demselben Material besteht wie die supraleitenden Leitungen. Darüber hinaus können zwei unterschiedliche supraleitende Leitungen zum Leiten von Supraleitungsstrom parallel zu einer Oberfläche eines Substrats und zum Leiten von Supraleitungsstrom senkrecht zu der Oberfläche des Substrats in benachbarten Positionen in einer Schicht angeordnet werden. Darüber hinaus kann eine Verschlechterung der Supraleitungseigenschaften der oxidischen supraleitenden Dünnschichten, verursacht durch Wärmebehandlung, verhindert werden, weil sämtliche supraleitenden Leitungen jeweils eine unterschiedliche Funktion haben und die isolierenden Zonen können durch identisches Material erzeugt werden.
  • Nunmehr wird die vorliegende Erfindung in bezug auf Beispiele erläutert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Figur 1 zeigt eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer supraleitenden Schaltung mit strukturierten Verdrahtungsleitungen bzw. Leitungsmustern, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
  • Figuren 2A bis 2F zeigen aufeinanderfolgende Schritte zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten supraleitenden Schaltung.
    • Beispiel 1
  • Figur 1 zeigt eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer supraleitenden Schaltung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird.
  • Die supraleitende Schaltung von Figur 1 weist eine oxidische supraleitende Dünnschicht 2 auf, die auf einem Substrat 1 abgeschieden ist. Die oxidische supraleitende Dünnschicht 2 weist c-achsenorientierte Dünnschichtzonen 21, a-achsenorientierte Dünnschichtzonen 22, isolierende Zonen 23, in denen die Supraleitfähigkeit verlorengegangen ist, und Durchgangslöcher bzw. Vias 24 auf.
  • Die c-achsenorientierten Dünnschichtzonen 21 stellen supraleitende Leitungen bereit, in denen Supraleitungsstrom parallel zur Oberfläche des Substrats 1 sich ausbreitet. Die a- achsenorientierten Dünnschichtzonen 22 stellen supraleitende Leitungen bereit, in denen Supraleitungsstrom senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 1 fließt. Kein supraleitender Strom fließt in den isolierenden Zonen 23. Die Durchgangslöcher 24 werden verwendet, um Schichten in einer gestapelten Mehrschichtschaltung (nicht gezeigt) zu verbinden.
    • Beispiel 2
  • Die Figuren 2A bis 2F zeigen aufeinanderfolgende Schritte zur Herstellung der in Fig. 1 gzeigten supraleitenden Schaltung. Der in diesem zweiten Beispiel verwendete oxidische Supraleiter ist ein supraleitendes Verbundoxid vom Y-Ba-Cu-O-System.
  • Zunächst wird ein Substrat 1 mit einer glatten Oberfläche zubereitet. Bei diesem Beispiel 2 besteht das Substrat 1 aus einem Siliciumbasissubstrat 1a mit einer Pufferschicht 1b, die aus einer Unterschicht aus MgAl&sub2;O&sub3; besteht, die eine Dicke von 350 nm aufweist und durch die chemische Dampfabscheidungs(CVD)technik abgeschieden ist, und einer oberen Schicht aus BaTiO&sub3; mit einer Dicke von 75 nm, die durch Sputtertechnik abgeschieden ist. Ein MgO(100)-Substrat, ein CdNdAlO&sub4;-Substrat oder dergleichen können anstelle des Siliciumsubstrats bevorzugt verwendet werden. Auf der Pufferschicht 1b des Substrats 1 wird eine oxidische supraleitende Dünnschicht 2 mit einer Dicke von mehr als 200 nm abgeschieden, wie in Fig. 2B gezeigt. Diese Dünnschicht 2 kann durch eine Außerachsen-Sputtertechnik, eine reaktive Verdampfungstechnik und dergleichen gefertigt werden. Bei diesem Beispiel 2 wird die oxidische supraleitende Dünnschicht 2 durch die Außerachsen-Sputtertechnik unter Anwesenheit eines gemischten Sputtergases aus Ar + O&sub2; (Volumenverhältnis 9:1) unter 10 Pa zubereitet. Das Substrat wird auf eine Temperatur von über 700ºC so erwärmt, daß die abgeschiedene oxidische supraleitende Dünnschicht c-Achsenorientierung zeigt.
  • Daraufhin wird, wie in Fig. 2C gezeigt, eine Photoresistschicht 3 mit einem vorbestimmten Muster auf die oxidische supraleitende Dünnschicht 2 abgeschieden, die durch eine an sich bekannte Technik erhalten wird.
  • Nachdem die Photoresistschicht 3 ausgehärtet ist, werden freiliegende Bereiche, die nicht mit dem Photoresist 3 abgedeckt sind, durch eine Trockenätztechnik, wie beispielsweise reaktives Ionenätzen und Argonfräsen, oder durch eine Naßätztechnik, wie etwa eine Behandlung mit Phosphorsäure oder Hydrochlorsäure, entfernt, um strukturierte supraleitende Leitungen 2c zu erzeugen, die aus der c-achsenorientierten Dünnschicht bestehen, wie in Fig. 2D gezeigt.
  • Daraufhin wird, wie in Fig. 2E gezeigt, eine a-achsenorientierte Dünnschicht 2a aus demselben oxidischen Supraleiter auf der Oberfläche des Substrats 1 abgeschieden, die die strukturierten supraleitenden Leitungen 2c aufweist, die aus der c-achsenorientierten Dünnschicht bestehen. Diese oxidische supraleitende Dünnschicht 2a wird ebenfalls durch die Außerachsen-Sputtertechnik unter Anwesenheit eines gemischten Sputtergases aus Ar + O&sub2; (Volumenverhältnis 9:1) unter 10 Pa zubereitet; das Substrat wird jedoch auf eine Temperatur erwärmt, die nicht höher als 650ºC ist, dämit die abgeschiedene supraleitende oxidische Dünnschicht 2a eine a-achsenorientierte Dünnschicht wird.
  • Daraufhin wird eine Oberfläche der a-achsenorientierten Dünnschicht 2a durch eine Trockenätztechnik, wie etwa reaktives Ionenätzen oder Argonfräsen, geglättet, um eine supraleitende Schaltung gemäß der vorliegende Erfindung zu erhalten, wie in Fig. 2F gezeigt, in welcher sowohl die supraleitenden Leitungen 2c, die aus der c-achsenorientierten Dünnschicht bestehen, wie die supraleitenden Leitungen 2a, die aus der a-achsenorientierten Dünnschicht bestehen, eine ebene Oberfläche auf einer gemeinsamen Ebene oder auf der Oberfläche des Substrats 1 bilden.
  • In der Praxis kann eine isolierende Schicht auf einer Oberfläche der resultierenden supraleitenden Schaltung von Fig. 1 abgeschieden werden, bevor die Schaltung zum nächsten Schritt weitergeleitet wird, wo die supraleitende Schaltung in ein gewünschtes supraleitendes Bauelement vervollständigt wird.
  • Die isolierenden Zonen 23, die in Fig. 1 gezeigt sind, können durch Sauerstoffentreicherung der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 2 gefertigt werden. Nachdem vorbestimmte Bereiche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 2 mit Photoresist oder einem Isolator geschützt worden sind, werden verbleibende freiliegende Bereiche einer Sauerstoffentreicherungsbehandlung so ausgesetzt, daß die freiliegenden Bereiche in einen Nicht-Supraleiter geändert werden.

Claims (12)

1. Supraleitende Schaltung, mit:
einem flachen Substrat (1) und
einer Schaltschicht (2), die auf dem flachen Substrat (1) ausgebildet ist, wobei die Schaltschicht (2) eine ebene Oberfläche aufweist, wobei
in der Schaltschicht (2) ein erstes Leitungsmuster (21/22) ausgebildet ist, welches aus einer Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material besteht, dessen c-Achse in eine erste Richtung orientiert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltschicht (2) außerdem ein zweites Leitungsmuster (22/21) ausgebildet ist, welches aus dieser Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material besteht, dessen c-Achse in eine zweite von der ersten Richtung unterschiedliche Richtung orientiert ist, und wobei die beiden Leitungsmuster auf dem Substrat (1) in einer gemeinsamen Schicht (2) mit einer durchgehenden ebenen Oberfläche liegen.
2. Supraleitende Schaltung nach Anspruch 1, bei der das erste Leitungsmuster (22) aus einer Dünnschicht aus oxidischem Supraleiter besteht, dessen a-Achse eine Orientierung senkrecht zur Substratoberfläche aufweist.
3. Supraleitende Schaltung nach Anspruch 2, bei der das erste Leitungsmuster (21) aus einer Dünnschicht aus oxidischem supraleitenden Material besteht, dessen c-Achse senkrecht zur Substratoberfläche verläuft, so daß ein Supraleitungsstrom parallel zur Substratoberfläche fließt und wobei das zweite Leitungsmuster (22) aus einer Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material besteht, dessen a-Achse eine Orientierung senkrecht zur Substratoberfläche aufweist, so daß ein Supraleitungsstrom senkrecht zur Substratoberfläche fließt.
4. Supraleitende Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schaltschicht isolierende Bereiche (23) aufweist.
5. Supraleitende Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine obere Schutzschicht auf einer Oberfläche der supraleitenden Schaltung ausgebildet ist.
6. Supraleitende Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine weitere obere Dünnschicht aus oxidischem Supraleiter auf der ebenen Oberfläche der Schaltschicht (2) oberhalb einer Isolierschicht abgeschieden ist.
7. Supraleitende Schaltung nach Anspruch 6, bei der die Isolierschicht eine Dicke von weniger als 10 nm aufweist.
8. Supraleitende Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die supraleitende Schaltung außerdem Durchlaßöffnungen (24) in der Schaltschicht (2) aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Schaltung, mit den Schritten des:
Abscheidens einer ersten Dünnschicht aus einem oxidischen Supraleiter (2) auf einer Oberfläche eines Substrats (1), wobei die abgeschiedene erste Dünnschicht (2) eine Orientierung der c-Achse in einer ersten Richtung relativ zur Substratoberfläche aufweist;
Entfernens vorbestimmter Bereiche der ersten Dünnschicht (2) zur Ausgestaltung eines ersten Leitungsmusters (2c), gekennzeichnet durch die weiteren Schritte des:
Abscheidens einer zweiten Dünnschicht (2a) aus dem gleichen oxidischen Supraleiter auf dem ersten Leitungsmuster und auf freigelegten Bereichen des Substrats entsprechend den vorab freigelegten Bereichen der ersten Dünnschicht (2), wobei die zweiten Dünnschicht (2a) eine Orientierung der c- Achse aufweist in einer zweiten Richtung, die unterschiedlich zur ersten Richtung ist und Entfernens eines oberen Teils der zweiten Dünnschicht, um so das erste Leitungsmuster (2c) erneut freizulegen und eine ebene Oberfläche auszubilden, wobei das erste Schaltmuster (2c) und das verbleibende supraleitende Material (2a) der zweiten Dünnschicht auf dem Substrat (1) in einer gemeinsamen Schicht mit einer ebenen Oberfläche liegen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die ersten Dünnschicht aus oxidischem Supraleiter eine Dünnschicht ist mit einer Orientierung der c-Achse senkrecht zur Substratoberfläche und wobei die zweite Dünnschicht aus oxidischem Supraleiter eine Dünnschicht ist mit einer Orientierung der a-Achse senkrecht zur Substratoberfläche
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, welches außerdem den Schritt des Ausbildens von isolierenden Bereichen (24) in der supraleitenden Schaltung aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt zur Ausbildung der isolierenden Bereiche einen Sauerstoffentzug der Dünnschicht aus oxidischem supraleitendem Material in der gemeinsamen Schicht umfaßt.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0973208B1 (de) * 1992-07-28 2005-04-27 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Vorrichtung mit Gitteranpassung und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP2822953B2 (ja) * 1995-09-14 1998-11-11 日本電気株式会社 超伝導回路の製造方法
US6022832A (en) 1997-09-23 2000-02-08 American Superconductor Corporation Low vacuum vapor process for producing superconductor articles with epitaxial layers
US6027564A (en) * 1997-09-23 2000-02-22 American Superconductor Corporation Low vacuum vapor process for producing epitaxial layers
US6428635B1 (en) 1997-10-01 2002-08-06 American Superconductor Corporation Substrates for superconductors
US6458223B1 (en) 1997-10-01 2002-10-01 American Superconductor Corporation Alloy materials
US6475311B1 (en) 1999-03-31 2002-11-05 American Superconductor Corporation Alloy materials
US10158061B2 (en) 2013-11-12 2018-12-18 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc Integrated superconductor device and method of fabrication
US9947441B2 (en) * 2013-11-12 2018-04-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Integrated superconductor device and method of fabrication

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3854238T2 (de) * 1987-04-08 1996-03-21 Hitachi Ltd Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Elements.
JPS63314850A (ja) * 1987-06-18 1988-12-22 Fujitsu Ltd 半導体装置
JPH079905B2 (ja) * 1987-07-15 1995-02-01 シャープ株式会社 半導体装置の配線方法
US5183800A (en) * 1987-07-15 1993-02-02 Sharp Kabushiki Kaisha Interconnection method for semiconductor device comprising a high-temperature superconductive material
JPS6435971A (en) * 1987-07-30 1989-02-07 Mitsubishi Electric Corp Superconductor device
DE3726016A1 (de) * 1987-08-05 1989-02-16 Siemens Ag Verfahren zur herstellung eines schichtartigen aufbaus aus einem oxidkeramischen supralteitermaterial
US5079216A (en) * 1987-09-04 1992-01-07 Henty David L Composite high temperature superconductor and substrate structure
JPS6469064A (en) * 1987-09-10 1989-03-15 Nec Corp Manufacture of oxide superconducting wiring
JPH01171246A (ja) * 1987-12-25 1989-07-06 Mitsubishi Metal Corp 超伝導体配線の形成方法
CA1336567C (en) * 1988-02-03 1995-08-08 Franz Joseph Himpsel Epitaxy of high t_ superconductors on silicon
EP0342039B1 (de) * 1988-05-11 1994-08-31 Canon Kabushiki Kaisha Josephson-Einrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
JPH0223674A (ja) * 1988-07-12 1990-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 配線の接続方法
EP0358879A3 (de) * 1988-09-13 1991-02-27 Hewlett-Packard Company Verfahren zur Herstellung hochintegrierter Verbindungen
JPH0355889A (ja) * 1989-07-25 1991-03-11 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導多層回路の製造方法
EP0480814B1 (de) * 1990-10-08 1996-04-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Supraleitende Einrichtung mit ultradünnem Kanal aus oxydisch supraleitendem Material und Verfahren zu deren Herstellung
JPH04321285A (ja) * 1991-04-19 1992-11-11 Sanyo Electric Co Ltd 超電導電磁波検出素子及びその作製方法

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