JP2703403B2 - 超電導配線の作製方法 - Google Patents

超電導配線の作製方法

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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、超電導配線の作製方法に関する。より詳細
には、本発明は、基板上に搭載された酸化物超電導薄膜
により形成された超電導配線を作製する方法であって、
配線の平坦化に有利な新規な方法に関する。
従来の技術 従来知られていた超電導材料は、一般に液体へリウム
の沸点以下の極低温でしか超電導体にならなかったの
で、これを実用的に利用することはあまり考えられてい
なかった。しかしながら、〔La,Ba〕2CuO4あるいは〔L
a,Sr〕2CuO4等の複合酸化物焼結体が高い臨界温度を有
する超電導材料であることが1986年に見出されて以来、
Y−Ba−Cu−O系あるいはBi−Ca−Sr−Cu−O系等の複
合酸化物が極めて高い温度範囲で超電導特性を示すこと
が次次に確認された。このような高い温度で超電導特性
を示す超電導材料は廉価な液体窒素を冷却媒体として使
用することができるので、超電導技術の応用が俄かに現
実的な課題として検討されるようになった。
当初、これらの複合酸化物系超電導材料は、固相反応
法による焼結体として合成されていたが、その後の研究
の進捗により、今日では、種々の方法により薄膜として
作製することで、極めて品質の高いものが得られるよう
になってきた。そこで、酸化物超電導薄膜により、赤外
線センサ、トランジスタ等の種々の素子や、これらの素
子を組み合わせて構成される集積回路等の開発が各方面
で検討されている。
発明が解決しようとする課題 酸化物超電導薄膜により形成された超電導電流路を含
む超電導回路においては、その配線も酸化物超電導薄膜
により形成することが考えられるが、実際には、集積回
路中の配線を酸化物超電導薄膜により形成する具体的な
技術は確立されていない。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、
酸化物超電導薄膜を材料として形成された超電導配線の
新規な作製方法を提供することをその目的としている。
課題を解決するための手段 本発明に従うと、基板上に搭載された酸化物超電導薄
膜により形成された超電導電配線を作製する方法であっ
て、基板上全体に、該基板の成膜面に対して結晶のa軸
が直角に配向した酸化物超電導薄膜を成膜する工程と、
該酸化物超電導薄膜上に、酸素を透過しない材料により
形成され、所望の配線パターンに従ってパターニングさ
れた障壁層を形成する工程と、該障壁層を搭載した酸化
物超電導薄膜を超高真空雰囲気中で加熱して脱酸素処理
を行う工程とを含むことを特徴とする超電導配線の作製
方法が提供される。
作用 本発明に係る超電導配線の作製方法は、基板上全体に
一旦形成された酸化物超電導薄膜に対して、所望のパタ
ーンに従ってパターニングした障壁層を形成した上で脱
酸素処理を行ってパターニングすることをその主要な特
徴としている。
即ち、酸化物超電導薄膜を材料として超電導配線を作
製する場合、一般的には、超電導薄膜自体をエッチング
等によりパターニングして配線化することが一般的であ
る。しかしながら、このような方法で作製した超電導配
線は、表面が平坦ではなく、更に、一旦作製した後に配
線の表面を平坦化することは難しい。
これに対して、本発明に係る方法は、酸化物超電導薄
膜上に、酸素の透過に対して有効な障壁となる材料によ
り、所望の配線パターンに従ってパターニングされた障
壁層を形成した後、酸化物超電導薄膜の脱酸素処理を行
って超電導配線のパターニングを行う。
このような方法によれば、一旦形成した酸化物超電導
薄膜を物理的に除去するような加工を伴わないので、超
電導配線の表面は平坦である。従って、この超電導配線
上に他の層を形成する場合にも、また、他の素子を搭載
する場合にも、取扱いは非常に容易である。
ここで、本発明者等の知見によれば、酸化物超電導薄
膜内での酸素の拡散速度は、c軸方向には遅く、a軸方
向に速いことが判明している。そこで、上述のような本
発明に係る超電導配線の作製方法においては、超電導配
線となる酸化物超電導薄膜として、a軸配向膜を使用す
ることが有利である。即ち、a軸配向膜を使用すること
により、処理時間を短縮することができると共に、微細
なパターニングが可能になる。
以上のような本発明に係る方法は、Y−Ba−Cu−O
系、Bi−Sr−Ca−Cu−O系、Tl−Ba−Ca−Cu−O系等の
複合酸化物超電導材料の薄膜による超電導配線の作製に
適用することができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する
が、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の
技術的範囲を何ら限定するものではない。
実施例 第1図は、本発明に係る超電導配線の作製方法を工程
毎に示した図である。
まず、第1図(a)に示すような平坦な基板1を用意
する。本実施例では、MgO単結晶基板を、(100)面を成
膜面として使用したが、その他、CdNdAlO4(001)基板
等を使用できる。また、適切なバッファ層を搭載したSi
基板等も使用できる。
上述のような基板1に対して、第1図(b)に示すよ
うに、厚さ200nm以上の酸化物超電導薄膜2を成膜し
た。成膜は、オフアクシススパッタリング法や反応性蒸
着法により成膜することができるが、本実施例では、Ar
とO2とを9:1の割合で混合した10Paのスパッタガスの下
で、オフアクシススパッタリング法により成膜した。基
板温度は650℃を越えないようにし、形成された酸化物
超電導薄膜がa軸配向するようにした。
次に、第1図(c)に示すように、酸化物超電導薄膜
2上に、障壁層3を成膜する。障壁層3の材料として
は、MgO、SiN、Au等を適宜選択して使用することができ
る。
次に、第1図(d)に示すように、公知のフォトリン
グラフィ法により、障壁層3をパターニングする。ここ
で障壁層3に形成するパターンは、最終的に必要な超電
導配線の配線パターンと同じものである。こうして、酸
化物超電導薄膜2上には、超電導配線と同じパターンに
パターニングされた障壁層3aが形成される。
続いて、パターニングされた障壁層3aを搭載した酸化
物超電導薄膜2に対して、第1図(e)に示すように脱
酸素処理を行う。本実施例では、脱酸素処理として、超
高真空雰囲気中で基板を400℃未満に加熱して1時間保
持する処理を行った。このような処理により、酸化物超
電導薄膜2中には絶縁化領域2aが形成される。換言すれ
ば、障壁層3aによりマスクされていた領域は絶縁化され
ず、この領域が超電導配線となる。
こうして形成された超電導配線をそのまま単層で使用
する場合は、第1図(f−1)に示すように、障壁層3a
を除去した後に、適切な保護層4により酸化物超電導薄
膜2の表面を被覆して使用することが好ましい。
一方、更に上層に酸化物超電導薄膜を成膜して多層構
造の回路を作製する場合は、以下のような形成方法も実
施できる。
即ち、第1図(e)に示した工程の後に、第1図(f
−2)に示すように、障壁層3aを残したまま、保護層4
を全体に形成する。続いて、第1図(g)に示すよう
に、保護層4と障壁層3aとを併せてエッチバックし表面
を平坦化する。このとき、表面に残る保護層4および障
壁層3aは、できるだけ薄くすることが有利である。尚、
エッチバック処理は、反応性イオンエッチングやイオン
ミリング等の方法を有利に適用することができる。
最後に、第1図(h)に示すように、上層の配線また
は素子の材料となる第2の酸化物超電導薄膜5を成膜す
る。
このとき、保護層4は、層間絶縁膜として機能する。
また、第1の酸化物超電導薄膜2上に残る障壁層3aを充
分に薄くしておくことにより、第1の酸化物超電導薄膜
2による超電導配線と、第2の超電導薄膜5とを、近接
効果で実質的に接続させることもできる。このために
は、残留する障壁層3aの厚さを充分に薄くする必要があ
る。また、障壁層3aの材料として絶縁体を使用した場合
は、トンネル効果が得られるように、残留する障壁層3a
の厚さを10nm以下とすることが望ましい。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、酸化物超電導
薄膜により形成された超電導配線を、簡単な工程で作製
することが可能になる。
ここで、本発明の方法に従って作製された超電導配線
は、その表面が平坦で取扱いが容易である。また、超電
導配線相互の間が、超電導配線と実質的に同じ材料によ
って充填されているので、超電導配線の機械的な強度も
高く、この点でも取扱いに便利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る超電導配線の作製方法を工程毎
に示す図である。 〔主な参照番号〕 1……基板、 2、5……酸化物超電導薄膜、 2a……絶縁化領域、 3、3a……障壁層、 4……保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−106492(JP,A) 特開 平1−161789(JP,A) 特開 平1−183496(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に搭載された酸化物超電導薄膜によ
    り形成された超電導電配線を作製する方法であって、 基板上全体に、該基板の成膜面に対して結晶のa軸が直
    角に配向した酸化物超電導薄膜を成膜する工程と、 該酸化物超電導薄膜上に、酸素を透過しない材料により
    形成され、所望の配線パターンに従ってパターニングさ
    れた障壁層を形成する工程と、 該障壁層を搭載した酸化物超電導薄膜を超高真空雰囲気
    中で加熱して脱酸素処理を行う工程と を含むことを特徴とする超電導配線の作製方法。
  2. 【請求項2】前記超高真空雰囲気中での加熱温度が400
    ℃未満であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
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