JP2641451B2 - 酸化物超電導集積回路 - Google Patents
酸化物超電導集積回路Info
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- JP2641451B2 JP2641451B2 JP62166791A JP16679187A JP2641451B2 JP 2641451 B2 JP2641451 B2 JP 2641451B2 JP 62166791 A JP62166791 A JP 62166791A JP 16679187 A JP16679187 A JP 16679187A JP 2641451 B2 JP2641451 B2 JP 2641451B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物超高温超電導薄膜集積回路の受動素
子に係り、特に液体窒素温度で動作するジョセフソン接
合集積回路に好適な薄膜抵抗体に関する。
子に係り、特に液体窒素温度で動作するジョセフソン接
合集積回路に好適な薄膜抵抗体に関する。
〔従来の技術〕 トンネル型ジョセフソン接合素子は、２つの超電導薄
膜の間に極めて薄いトンネル障壁層を挾んだサンドイッ
チ構造で、極低温（4.2K）における超電導トンネル現象
を応用したスイッチング素子である。この素子は、従来
の半導体素子に比べスイッチング速度は約１桁早いと同
時に、消費電力は約３桁小さいという特長があり、将来
の超高速計算機用の論理演算素子、記憶素子として期待
されている。それらの素子を構成するための超電導薄膜
には、おもにPb−In−Au合金、Pb−Bi合金、Nb及びNbN
などが用いられている。また抵抗薄膜にはAu−In合金、
Mo、（MoNx）などが用いられている。ところで、それら
のジョセフソン接合素子の極低温冷却としてヘリウムを
用いているが、ごく最近、希土類元素と銅の複合酸化物
からなる層状のペロブスカイト類似構造が，従来の金属
系超電導材料に比べ著しく高い超電導臨界温度を示すこ
とがツアイツシュリフト フュール フィジィク，ビ
ー，コンデンスト マター,64号（1986年）189頁（Zeit
schrift fur Physik,B−CondensedMatter,64（1986）18
9.）において論じられている。その後の研究によて、La
−Sr−Cu−Ｏ系材料ではおよそ30〜40Kで、またＹ−Ｂ
−Cu−Ｏ系材料では90Kで超電導性を示すことが明らか
になった。それらの酸化物超電導材料は酸化物ないし炭
酸塩を用い、これを混合後900℃前後の高温で反応さ
せ、さらに混合粉砕の後900℃〜1000℃で熱処理するこ
とにより得られる。また上述の酸化物超電導材料を薄膜
にするには、高温熱処理によって作製した焼結体をター
ゲットとしたスパッタリング成膜法が用いられる。この
ように作製した薄膜を900℃前後の高温酸素雰囲気中で
熱処理を行うことにより、前述した高温超電導性を示す
膜が得られる。このような酸化物超電導材料の出現によ
って、これまで不可能であった液体窒素冷媒を用いて動
作するジョセフソン接合素子の作製が可能になった。
膜の間に極めて薄いトンネル障壁層を挾んだサンドイッ
チ構造で、極低温（4.2K）における超電導トンネル現象
を応用したスイッチング素子である。この素子は、従来
の半導体素子に比べスイッチング速度は約１桁早いと同
時に、消費電力は約３桁小さいという特長があり、将来
の超高速計算機用の論理演算素子、記憶素子として期待
されている。それらの素子を構成するための超電導薄膜
には、おもにPb−In−Au合金、Pb−Bi合金、Nb及びNbN
などが用いられている。また抵抗薄膜にはAu−In合金、
Mo、（MoNx）などが用いられている。ところで、それら
のジョセフソン接合素子の極低温冷却としてヘリウムを
用いているが、ごく最近、希土類元素と銅の複合酸化物
からなる層状のペロブスカイト類似構造が，従来の金属
系超電導材料に比べ著しく高い超電導臨界温度を示すこ
とがツアイツシュリフト フュール フィジィク，ビ
ー，コンデンスト マター,64号（1986年）189頁（Zeit
schrift fur Physik,B−CondensedMatter,64（1986）18
9.）において論じられている。その後の研究によて、La
−Sr−Cu−Ｏ系材料ではおよそ30〜40Kで、またＹ−Ｂ
−Cu−Ｏ系材料では90Kで超電導性を示すことが明らか
になった。それらの酸化物超電導材料は酸化物ないし炭
酸塩を用い、これを混合後900℃前後の高温で反応さ
せ、さらに混合粉砕の後900℃〜1000℃で熱処理するこ
とにより得られる。また上述の酸化物超電導材料を薄膜
にするには、高温熱処理によって作製した焼結体をター
ゲットとしたスパッタリング成膜法が用いられる。この
ように作製した薄膜を900℃前後の高温酸素雰囲気中で
熱処理を行うことにより、前述した高温超電導性を示す
膜が得られる。このような酸化物超電導材料の出現によ
って、これまで不可能であった液体窒素冷媒を用いて動
作するジョセフソン接合素子の作製が可能になった。
以上のような方法によって形成される酸化物超導電ジ
ョセフソン接合素子を主要素子として、論理演算回路、
記憶回路の集積回路を作製する場合受動素子として、薄
膜抵抗、薄膜インダクタ、薄膜コンデンサを作製する必
要がある。その中で薄膜抵抗は、入出力信号の分割抵
抗、スイッチング動作時のダンピング抵抗、回路の負荷
抵抗として各々重要な役割を担っている。一般に集積回
路のプロセスでは、薄膜抵抗はジョセフソン接合の直下
ないしはきわめて近い領域に作る必要があり、通常ジョ
セフソン接合形成前に作製している。したがって薄膜抵
抗は、後の工程で行われる900℃前後の酸素雰囲気熱処
理に対して抵抗値の変化が生じないよう、耐熱性、耐酸
化性を有する薄膜であることが要求される。
ョセフソン接合素子を主要素子として、論理演算回路、
記憶回路の集積回路を作製する場合受動素子として、薄
膜抵抗、薄膜インダクタ、薄膜コンデンサを作製する必
要がある。その中で薄膜抵抗は、入出力信号の分割抵
抗、スイッチング動作時のダンピング抵抗、回路の負荷
抵抗として各々重要な役割を担っている。一般に集積回
路のプロセスでは、薄膜抵抗はジョセフソン接合の直下
ないしはきわめて近い領域に作る必要があり、通常ジョ
セフソン接合形成前に作製している。したがって薄膜抵
抗は、後の工程で行われる900℃前後の酸素雰囲気熱処
理に対して抵抗値の変化が生じないよう、耐熱性、耐酸
化性を有する薄膜であることが要求される。
しかしながら、従来の薄膜抵抗例えばAuIn合金膜、Mo
Nx膜はそのような高温・酸素雰囲気での熱処理の点につ
いては配慮されておらず、素子作製上の問題がある。
Nx膜はそのような高温・酸素雰囲気での熱処理の点につ
いては配慮されておらず、素子作製上の問題がある。
本発明の目的は高温・酸素雰囲気の熱処理に対しても
安定な薄膜抵抗を提供することにある。
安定な薄膜抵抗を提供することにある。
上記目的は、PtおよびPdを主成分とした貴金属系合金
薄膜を用いることにより、達成される。
薄膜を用いることにより、達成される。
貴金属は一般に高融点で、しかも耐酸化性を有する。
それらの薄膜面積固有抵抗は、導体のAuに比べ単体Ptが
３倍、単体Pdが４倍の値を示す。それらの金属にNi,Ti,
Mo,Wなどを添加することにより面積固有抵抗は10〜100
倍程度高い値を示すようになり抵抗体としての性質が現
われる。したがってそれらの合金薄膜を用いることによ
り高温・酸素雰囲気の熱処理に対しても安定な抵抗値を
示す薄膜抵抗を得ることができる。
それらの薄膜面積固有抵抗は、導体のAuに比べ単体Ptが
３倍、単体Pdが４倍の値を示す。それらの金属にNi,Ti,
Mo,Wなどを添加することにより面積固有抵抗は10〜100
倍程度高い値を示すようになり抵抗体としての性質が現
われる。したがってそれらの合金薄膜を用いることによ
り高温・酸素雰囲気の熱処理に対しても安定な抵抗値を
示す薄膜抵抗を得ることができる。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。Mg
O絶縁性基板１の主表面上にマグネトロンスパッタ法に
より80％Pt−20％Ni（wt％）の組成からなる合金薄膜を
厚さが0.1μｍになるように堆積させる。その際基板は3
50℃に加熱する。次にAZレジストを用いたフォトエッチ
ングプロセスの露光・現象処理により所望のレジストパ
ターンを形成する。つぎにフレオンガスを用いた反応性
イオンエッチング法により前記Pt−Ni合金膜を加工し薄
膜抵抗２を形成する。その後Ｙ−Cu−Ｏ、Ba−Cu−Ｏ材
からなる２枚のスパッタターゲットとするマグネトロン
スパッタ法により、前記基板１の主面上にYBa2Cu3O7膜
を約２μｍの厚さに堆積する。その際放電ガス雰囲気
は、Ar又はAr＋10％O2の低圧力中であればどちらを選ん
でも良い。基板温度は常温である。その後酸素加圧雰囲
気中で920℃−2hrの熱処理を行いYBa2Cu3O7膜を結晶化
させる。
O絶縁性基板１の主表面上にマグネトロンスパッタ法に
より80％Pt−20％Ni（wt％）の組成からなる合金薄膜を
厚さが0.1μｍになるように堆積させる。その際基板は3
50℃に加熱する。次にAZレジストを用いたフォトエッチ
ングプロセスの露光・現象処理により所望のレジストパ
ターンを形成する。つぎにフレオンガスを用いた反応性
イオンエッチング法により前記Pt−Ni合金膜を加工し薄
膜抵抗２を形成する。その後Ｙ−Cu−Ｏ、Ba−Cu−Ｏ材
からなる２枚のスパッタターゲットとするマグネトロン
スパッタ法により、前記基板１の主面上にYBa2Cu3O7膜
を約２μｍの厚さに堆積する。その際放電ガス雰囲気
は、Ar又はAr＋10％O2の低圧力中であればどちらを選ん
でも良い。基板温度は常温である。その後酸素加圧雰囲
気中で920℃−2hrの熱処理を行いYBa2Cu3O7膜を結晶化
させる。
つぎにYBa2Cu3O7膜上にAZレジストパターンを前述し
たフォトプロセスを用いて形成し、ついで前記レジスト
パターンをマスクにして５％HNO3水溶液（容量％）でYB
a2Cu3O7膜をエッチングして所望のパターン形状とし、
下部電極膜３を形成する。その際下部電極膜３の一部を
前記抵抗膜の一部に延存させ電気的に接続させる。なお
YBa2Cu3O7膜のパターン形成は前記化学エッチング法の
ほかに、Arなどのイオン衝撃によるドライエッチング法
によっても良い。
たフォトプロセスを用いて形成し、ついで前記レジスト
パターンをマスクにして５％HNO3水溶液（容量％）でYB
a2Cu3O7膜をエッチングして所望のパターン形状とし、
下部電極膜３を形成する。その際下部電極膜３の一部を
前記抵抗膜の一部に延存させ電気的に接続させる。なお
YBa2Cu3O7膜のパターン形成は前記化学エッチング法の
ほかに、Arなどのイオン衝撃によるドライエッチング法
によっても良い。
つぎに前記薄膜抵抗２および下部電極膜３上に下部電
極膜表面の一部が露出するように開口部４を設けたAl2O
3層間絶縁膜５を形成したのち、Arのプラズマ放電法に
より層間絶縁膜の開口部により露出したYBa2Cu3O7膜表
面をクリーニングする。その後引きつづいてスパッタ法
によりYBa2Cu3O7膜を形成する。堆積したYBa2Cu3O7膜の
厚さは３μｍである。つぎに前記各々の薄膜を積層した
基板１を加熱酸素雰囲気中において920℃−2hの熱処理
を行い、さらに100℃/hの速度で徐冷する。この熱処理
の際に前記基板１の主面が焼結法等で作製したYBa2Cu3O
7ペレット面に直接接触するように載置する。この熱処
理工程によって下部電極膜３表面に形成された高抵抗層
（組成にずれが生じて絶縁性の膜として存在）は一部低
抵抗層に変化し、残るわずかな高抵抗層がトンネル障壁
層としての役割を果たすようになる。以上の熱処理を行
った後,YBa2Cu3O7膜をフォトエッチングプロセスにより
所望のパターンに加工し、上部電極膜６を形成する。
極膜表面の一部が露出するように開口部４を設けたAl2O
3層間絶縁膜５を形成したのち、Arのプラズマ放電法に
より層間絶縁膜の開口部により露出したYBa2Cu3O7膜表
面をクリーニングする。その後引きつづいてスパッタ法
によりYBa2Cu3O7膜を形成する。堆積したYBa2Cu3O7膜の
厚さは３μｍである。つぎに前記各々の薄膜を積層した
基板１を加熱酸素雰囲気中において920℃−2hの熱処理
を行い、さらに100℃/hの速度で徐冷する。この熱処理
の際に前記基板１の主面が焼結法等で作製したYBa2Cu3O
7ペレット面に直接接触するように載置する。この熱処
理工程によって下部電極膜３表面に形成された高抵抗層
（組成にずれが生じて絶縁性の膜として存在）は一部低
抵抗層に変化し、残るわずかな高抵抗層がトンネル障壁
層としての役割を果たすようになる。以上の熱処理を行
った後,YBa2Cu3O7膜をフォトエッチングプロセスにより
所望のパターンに加工し、上部電極膜６を形成する。
以上の方法により、酸化物超電導薄膜を用いたジョセ
フソン集積回路を作製できる。本実施例においては、薄
膜抵抗材料として80％Pt−20％Niを用いる場合について
述べたが、その面積比抵抗は120Ω／□が得られる。集
積回路に用いるためにはおよそ50Ω／□以上の面積比抵
抗が必要である。そのような条件を満たす薄膜抵抗材料
の組成は下記のとおりである。すなわちPt−Ni合金薄膜
抵抗の場合、Ptの組成は30〜85wt％が適当である。同様
にPt−Ti合金薄膜抵抗の場合57〜90wt％Ptの組成、Pt−
Mo合金抵抗薄膜の場合65〜90wt％Ptの組成、Pt−Ｗ合金
抵抗薄膜の場合50〜90wt％Ptの組成が適当である。一方
Pdを用いた合金では、Pd−Ni合金薄膜抵抗の場合30〜90
wt％Pdの組成、Pd−Ti合金薄膜抵抗の場合53〜90wt％Pd
の組成、Pd−Mo合金薄膜抵抗の場合60〜90wt％Pdの組
成、Pd−Ｗ合金薄膜の場合70〜90wt％Pdの組成が各々適
当である。
フソン集積回路を作製できる。本実施例においては、薄
膜抵抗材料として80％Pt−20％Niを用いる場合について
述べたが、その面積比抵抗は120Ω／□が得られる。集
積回路に用いるためにはおよそ50Ω／□以上の面積比抵
抗が必要である。そのような条件を満たす薄膜抵抗材料
の組成は下記のとおりである。すなわちPt−Ni合金薄膜
抵抗の場合、Ptの組成は30〜85wt％が適当である。同様
にPt−Ti合金薄膜抵抗の場合57〜90wt％Ptの組成、Pt−
Mo合金抵抗薄膜の場合65〜90wt％Ptの組成、Pt−Ｗ合金
抵抗薄膜の場合50〜90wt％Ptの組成が適当である。一方
Pdを用いた合金では、Pd−Ni合金薄膜抵抗の場合30〜90
wt％Pdの組成、Pd−Ti合金薄膜抵抗の場合53〜90wt％Pd
の組成、Pd−Mo合金薄膜抵抗の場合60〜90wt％Pdの組
成、Pd−Ｗ合金薄膜の場合70〜90wt％Pdの組成が各々適
当である。
以上述べたように本発明によればPtまたはPdにNi、T
i、Mo、Ｗのいずれか一つを含む合金薄膜抵抗は、高
温、酸素雰囲気中の熱処理を行った後においても抵抗膜
の変化は２〜３％の変動で極めて安定しており、酸化物
超電導集積回路の薄膜抵抗として十分使用できる。
i、Mo、Ｗのいずれか一つを含む合金薄膜抵抗は、高
温、酸素雰囲気中の熱処理を行った後においても抵抗膜
の変化は２〜３％の変動で極めて安定しており、酸化物
超電導集積回路の薄膜抵抗として十分使用できる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図である。 符号の説明 １……基板、２……薄膜抵抗、３……下部電極膜、４…
…開口部、５……層間絶縁膜、６……上部電極膜。
…開口部、５……層間絶縁膜、６……上部電極膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−101883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−146988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−21283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−61025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−22492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−267382（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】酸化物超導薄膜を積層して形成したジョセ
フソン接合素子と上記酸化物超電導薄膜の一部と接電触
して形成された薄膜抵抗とを有する酸化物超電導集積回
路において、 上記薄膜抵抗は、PtもしくはPdの貴金属にNi、Ti、Mo、
Ｗのうちのいずれかを含む合金薄膜により形成されるこ
とを特徴とする酸化物超電導集積回路。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導
集積回路において、 上記薄膜抵抗の合金薄膜はその面積比抵抗が50Ω／□以
上であることを特徴とする酸化物超電導集積回路。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導
集積回路において、 上記酸化物超電導薄膜は希土類元素と銅の複合酸化物か
らなる層状のペロブスカイト類似構造を有する酸化物超
電導薄膜であることを特徴とする酸化物超電導集積回
路。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導
集積回路において、 上記薄膜抵抗は、入出力信号の分割信号、スイッチング
動作時のダンピング抵抗、回路の負荷抵抗のいずれかの
役割を担っていることを特徴とする酸化物超電導集積回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166791A JP2641451B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 酸化物超電導集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166791A JP2641451B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 酸化物超電導集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6411375A JPS6411375A (en) | 1989-01-13 |
| JP2641451B2 true JP2641451B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=15837737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62166791A Expired - Lifetime JP2641451B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 酸化物超電導集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2641451B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5226871A (en) * | 1991-07-03 | 1993-07-13 | Rockwell International Corporation | Folder with gradual guide assembly and method |
| US5751752A (en) * | 1994-09-14 | 1998-05-12 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JP2012519379A (ja) * | 2009-02-27 | 2012-08-23 | ディー−ウェイブ システムズ，インコーポレイテッド | 超伝導集積回路を製造するためのシステムおよび方法 |
| JP5860246B2 (ja) * | 2011-08-25 | 2016-02-16 | 京セラサーキットソリューションズ株式会社 | 配線基板 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056773B2 (ja) * | 1977-10-25 | 1985-12-11 | 田中貴金属工業株式会社 | 小型モーター用機械ガバナ接点材料 |
| JPS55146988A (en) * | 1979-05-07 | 1980-11-15 | Fujitsu Ltd | Manufacture of josephson element |
| JPS59101883A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導集積回路抵抗素子 |
| JPS6221283A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導集積回路 |
-
1987
- 1987-07-06 JP JP62166791A patent/JP2641451B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6411375A (en) | 1989-01-13 |
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