JP2717094B2 - 超電導配線の形成方法 - Google Patents
超電導配線の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、酸化物超電導薄膜を用いた超電導配線とそ
の形成方法に関する。 （従来の技術） 最近、ペロブスカイト型酸化物で液体窒素温度程度以
上の臨界温度を示す高温超電導体が注目されている。こ
れらの高温超電導体は、ジョセフソン素子等の所謂超電
導素子の他、半導体素子等の各種電子素子の配線として
の用途も注目される。超電導配線を形成するには、所定
の基板上に超電導薄膜を形成し、これをアニールして超
電導膜とした後、配線パターンに加工することが一般に
考えられる。配線パターンの加工は、例えばフォトレジ
ストを用いたエッチングによればよい。 しかしこれまでのところ、酸化物超電導薄膜はシリコ
ン（Si）基板やその表面のシリコン酸化膜（SiO2膜）上
では所望の超電導特性が得られていない。僅かに、酸化
マグネシウム（MgO）やチタン酸ストロチウム（SrTi
O3）などの基板上で超電導特性が確認されているの過ぎ
ない。これは、基板と超電導材料膜との格子定数や熱膨
張率等の相違によって、任意の基板上に良好な結晶性の
超電導薄膜を形成することが困難であることに起因す
る。超電導配線を半導体素子その他の電子素子に広く利
用するためには、任意の基板上に超電導薄膜を形成でき
ることが望まれる。 また超電導材料薄膜の選択エッチングにより超電導配
線を形成することは、エッチングのダメージが大きい、
段差が形成されてその後の工程を難しくする、等の問題
もある。 一方、酸化物超電導体に、酸素やヒ素をイオン注入す
ることにより、超電導性が破壊されること、これを利用
して超電導領域とそうでない領域を区分することができ
ることが報告されている（高温超伝導体シンポジウム,1
987年MRS 春季会議）。この方法を用いれば、酸化物超
電導薄膜を形成し、その平坦性を保持しながら、選択的
に超電導配線を形成することが可能になる。しかし、上
記の方法では、超電導体の結晶構造を壊すことにより超
電導性を壊しているため、その後のアニールによって結
晶構造が回復して再度超電導性が現われる可能性があ
る。従って超電導配線形成法としては、信頼性が十分で
ない。 （発明が解決しようとする問題点） 以上のように、酸化物超電導配線を素子或いは回路に
適用する場合、任意の基板上に良好な超電導特性を示す
膜を形成することが難しく、また選択エッチング法で配
線パターンを形成することはダメージの影響や段差の発
生があるため問題であり、非配線領域にイオン注入する
方法はアニールにより超電導特性が回復してしまう、と
いう問題があった。 本発明は、この様な問題を解決した超電導配線とその
形成方法を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明による超電導配線は、基板上に酸化物超電導材
料薄膜が形成され、その配線領域の下地にはこれと格子
定数の近い絶縁体膜が選択的に配設されていて、この絶
縁体膜に接する部分のみが格子の整合性の結果として超
電導特性を示すようになっていることを特徴とする。 本発明の方法は、基板上に先ず、超電導配線を形成す
べき領域に所定の結晶格子を有する絶縁体膜を配設し、
この絶縁体膜が配設された基板上に絶縁体膜と格子定数
が近い酸化物超電導材料薄膜を全面形成して、その絶縁
体膜に接する部分のみに格子整合による良好な結晶性を
与え、超電導特性を付与するようにしたことを特徴とす
る。 （作用） 本発明によれば、任意の基板上に酸化物超電導材料膜
を全面形成するだけで、配線領域の下地に格子整合がと
れやすい絶縁体膜パターンを予め形成しておくことによ
り、超電導配線を得ることができる。また本発明の方法
によれば、超電導材料膜の選択エッチングを行う必要が
ないから、エッチングによるダメージがない。更に絶縁
体膜を基板表面が平坦になるように埋設しておけば、超
電導配線を形成した後の基板表面も平坦にすることがで
き、その後の工程が容易になる。 （実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は、本発明の一実施例の超電導配線構造を示す
断面図である。この実施例では、シリコン基板１上をシ
リコン酸化膜２で覆い、この上に全面YBa2Cu3O７−δ膜
５を形成している。酸化膜２には、その配線領域に沿っ
て溝３が形成されて、この溝３にMgO膜４が表面が平坦
になるように埋め込まれている。MgO膜４は、YBa2Cu3O
７−δ膜５と格子定数が近く、また熱膨張係数も近い。
このため、全面に形成されたYBa2Cu3O７−δ膜５は、そ
のMgO膜４に接する部分のみ良好な結晶性の超電導体の
配線領域51となり、それ以外の部分は高抵抗の非配線領
域52となっている。 第２図（ａ）〜（ｄ）は、この様な超電導配線の形成
工程を示す断面図である。（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１を覆うシリコン酸化膜（SiO2膜）２を形成した
後、この上にフォトレジスト・マスク６を形成し、SiO2
膜２をエッチングして配線領域に溝３を形成する。エッ
チングには例えば反応性イオンエッチングを利用し、溝
３の深さは100nmとする。その後フォトレジスト・マス
ク６を除去し、（ｂ）に示すように全面にMgO膜４をス
パッタ法により形成する。このとき、MgO膜４は表面が
ほぼ平坦になるように十分な厚みを持って形成する。そ
してこのMgO膜４を湿式エッチングにより全面エッチン
グして、（ｃ）に示すように溝３内にのみ埋め込まれた
状態でMgO膜４を残す。この後（ｄ）に示すように、全
面にYBa2Cu3O７−δ膜５をスパッタ法または蒸着法によ
り形成する。このYBa2Cu3O７−δ膜５の形成に際し、基
板内の素子に影響がなければ、基板を600℃程度に設定
する。これにより、形成されたYBa2Cu3O７−δ膜５は、
MgO膜４に接する配線領域51が格子整合により良好な結
晶性を持ち、超電導転移温度90K程度の超電導特性が付
与される。SiO2膜２に接する非配線領域52は、超電導特
性を示さない。基板温度をスパッタ時に上げられない場
合は、室温でスパッタリングを行い、その後、酸素プラ
ズマ中，約300℃でアニールする。これによりやはり、Y
Ba2Cu3O７−δ膜５のうちMgO膜４に接する配線領域51が
選択的に超電導特性を有するようになる。 こうしてこの実施例によれば、従来できなかった基板
上であっても、格子整合をとるための膜を予め下地に選
択的に形成しておくことにより、基板上に形成した酸化
物超電導材料膜に選択的に超電導特性を付与して、平坦
構造の超電導配線を実現することができる。また選択エ
ッチングを用いないから、エッチングによるダメージも
なく、この点でも優れた超電導配線が得られる。 本発明は、上記実施例に限られるものではない。上記
実施例では平坦構造の超電導配線を形成したが、第３図
に示すようにMgO膜４が基板上に凸型に形成された場合
にも本発明は有効である。この様な基板上にYBa2Cu3O
７−δ膜５を形成して、やはりMgO膜４の上の部分のみ
を超電導特性を示す配線領域51とすることができる。ま
た溝をフォトレジストとリソグラフィにより形成する場
合、一旦SiO2膜上にSi3N4膜を形成し、これをリソグラ
フィにより溝部を形成した後、更にその溝側壁にSi3N4
膜を形成して溝を狭くすれば、リソグラフィに律速され
ない微細配線を形成することができる。また酸化物超電
導材料薄膜として、一般にABa2Cu3O７−δ（Ａは、Y,Y
b,Ho,Dy,Eu,Er,Tm,Luから選ばれた一種）で表わされる
ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。酸化物
超電導材料薄膜の配線領域の下地に形成する絶縁体膜と
しては、MgOの他、チタン酸ストロンチウム、酸化ジル
コニウム、サファイア等を用いることができる。 その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。 ［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、酸化物超電導材料
薄膜の超電導配線として必要な領域の下地に所定の絶縁
体膜を配設しておくことにより、信頼性の高い超電導配
線を実現することができる。また本発明の方法によれ
ば、任意の基板上に酸化物超電導配線を容易に形成する
ことができ、酸化物超電導薄膜は選択エッチングも必要
ないので、ダメージも少なく、良好な超電導特性が得ら
れる。
の形成方法に関する。 （従来の技術） 最近、ペロブスカイト型酸化物で液体窒素温度程度以
上の臨界温度を示す高温超電導体が注目されている。こ
れらの高温超電導体は、ジョセフソン素子等の所謂超電
導素子の他、半導体素子等の各種電子素子の配線として
の用途も注目される。超電導配線を形成するには、所定
の基板上に超電導薄膜を形成し、これをアニールして超
電導膜とした後、配線パターンに加工することが一般に
考えられる。配線パターンの加工は、例えばフォトレジ
ストを用いたエッチングによればよい。 しかしこれまでのところ、酸化物超電導薄膜はシリコ
ン（Si）基板やその表面のシリコン酸化膜（SiO2膜）上
では所望の超電導特性が得られていない。僅かに、酸化
マグネシウム（MgO）やチタン酸ストロチウム（SrTi
O3）などの基板上で超電導特性が確認されているの過ぎ
ない。これは、基板と超電導材料膜との格子定数や熱膨
張率等の相違によって、任意の基板上に良好な結晶性の
超電導薄膜を形成することが困難であることに起因す
る。超電導配線を半導体素子その他の電子素子に広く利
用するためには、任意の基板上に超電導薄膜を形成でき
ることが望まれる。 また超電導材料薄膜の選択エッチングにより超電導配
線を形成することは、エッチングのダメージが大きい、
段差が形成されてその後の工程を難しくする、等の問題
もある。 一方、酸化物超電導体に、酸素やヒ素をイオン注入す
ることにより、超電導性が破壊されること、これを利用
して超電導領域とそうでない領域を区分することができ
ることが報告されている（高温超伝導体シンポジウム,1
987年MRS 春季会議）。この方法を用いれば、酸化物超
電導薄膜を形成し、その平坦性を保持しながら、選択的
に超電導配線を形成することが可能になる。しかし、上
記の方法では、超電導体の結晶構造を壊すことにより超
電導性を壊しているため、その後のアニールによって結
晶構造が回復して再度超電導性が現われる可能性があ
る。従って超電導配線形成法としては、信頼性が十分で
ない。 （発明が解決しようとする問題点） 以上のように、酸化物超電導配線を素子或いは回路に
適用する場合、任意の基板上に良好な超電導特性を示す
膜を形成することが難しく、また選択エッチング法で配
線パターンを形成することはダメージの影響や段差の発
生があるため問題であり、非配線領域にイオン注入する
方法はアニールにより超電導特性が回復してしまう、と
いう問題があった。 本発明は、この様な問題を解決した超電導配線とその
形成方法を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明による超電導配線は、基板上に酸化物超電導材
料薄膜が形成され、その配線領域の下地にはこれと格子
定数の近い絶縁体膜が選択的に配設されていて、この絶
縁体膜に接する部分のみが格子の整合性の結果として超
電導特性を示すようになっていることを特徴とする。 本発明の方法は、基板上に先ず、超電導配線を形成す
べき領域に所定の結晶格子を有する絶縁体膜を配設し、
この絶縁体膜が配設された基板上に絶縁体膜と格子定数
が近い酸化物超電導材料薄膜を全面形成して、その絶縁
体膜に接する部分のみに格子整合による良好な結晶性を
与え、超電導特性を付与するようにしたことを特徴とす
る。 （作用） 本発明によれば、任意の基板上に酸化物超電導材料膜
を全面形成するだけで、配線領域の下地に格子整合がと
れやすい絶縁体膜パターンを予め形成しておくことによ
り、超電導配線を得ることができる。また本発明の方法
によれば、超電導材料膜の選択エッチングを行う必要が
ないから、エッチングによるダメージがない。更に絶縁
体膜を基板表面が平坦になるように埋設しておけば、超
電導配線を形成した後の基板表面も平坦にすることがで
き、その後の工程が容易になる。 （実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は、本発明の一実施例の超電導配線構造を示す
断面図である。この実施例では、シリコン基板１上をシ
リコン酸化膜２で覆い、この上に全面YBa2Cu3O７−δ膜
５を形成している。酸化膜２には、その配線領域に沿っ
て溝３が形成されて、この溝３にMgO膜４が表面が平坦
になるように埋め込まれている。MgO膜４は、YBa2Cu3O
７−δ膜５と格子定数が近く、また熱膨張係数も近い。
このため、全面に形成されたYBa2Cu3O７−δ膜５は、そ
のMgO膜４に接する部分のみ良好な結晶性の超電導体の
配線領域51となり、それ以外の部分は高抵抗の非配線領
域52となっている。 第２図（ａ）〜（ｄ）は、この様な超電導配線の形成
工程を示す断面図である。（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１を覆うシリコン酸化膜（SiO2膜）２を形成した
後、この上にフォトレジスト・マスク６を形成し、SiO2
膜２をエッチングして配線領域に溝３を形成する。エッ
チングには例えば反応性イオンエッチングを利用し、溝
３の深さは100nmとする。その後フォトレジスト・マス
ク６を除去し、（ｂ）に示すように全面にMgO膜４をス
パッタ法により形成する。このとき、MgO膜４は表面が
ほぼ平坦になるように十分な厚みを持って形成する。そ
してこのMgO膜４を湿式エッチングにより全面エッチン
グして、（ｃ）に示すように溝３内にのみ埋め込まれた
状態でMgO膜４を残す。この後（ｄ）に示すように、全
面にYBa2Cu3O７−δ膜５をスパッタ法または蒸着法によ
り形成する。このYBa2Cu3O７−δ膜５の形成に際し、基
板内の素子に影響がなければ、基板を600℃程度に設定
する。これにより、形成されたYBa2Cu3O７−δ膜５は、
MgO膜４に接する配線領域51が格子整合により良好な結
晶性を持ち、超電導転移温度90K程度の超電導特性が付
与される。SiO2膜２に接する非配線領域52は、超電導特
性を示さない。基板温度をスパッタ時に上げられない場
合は、室温でスパッタリングを行い、その後、酸素プラ
ズマ中，約300℃でアニールする。これによりやはり、Y
Ba2Cu3O７−δ膜５のうちMgO膜４に接する配線領域51が
選択的に超電導特性を有するようになる。 こうしてこの実施例によれば、従来できなかった基板
上であっても、格子整合をとるための膜を予め下地に選
択的に形成しておくことにより、基板上に形成した酸化
物超電導材料膜に選択的に超電導特性を付与して、平坦
構造の超電導配線を実現することができる。また選択エ
ッチングを用いないから、エッチングによるダメージも
なく、この点でも優れた超電導配線が得られる。 本発明は、上記実施例に限られるものではない。上記
実施例では平坦構造の超電導配線を形成したが、第３図
に示すようにMgO膜４が基板上に凸型に形成された場合
にも本発明は有効である。この様な基板上にYBa2Cu3O
７−δ膜５を形成して、やはりMgO膜４の上の部分のみ
を超電導特性を示す配線領域51とすることができる。ま
た溝をフォトレジストとリソグラフィにより形成する場
合、一旦SiO2膜上にSi3N4膜を形成し、これをリソグラ
フィにより溝部を形成した後、更にその溝側壁にSi3N4
膜を形成して溝を狭くすれば、リソグラフィに律速され
ない微細配線を形成することができる。また酸化物超電
導材料薄膜として、一般にABa2Cu3O７−δ（Ａは、Y,Y
b,Ho,Dy,Eu,Er,Tm,Luから選ばれた一種）で表わされる
ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。酸化物
超電導材料薄膜の配線領域の下地に形成する絶縁体膜と
しては、MgOの他、チタン酸ストロンチウム、酸化ジル
コニウム、サファイア等を用いることができる。 その他本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。 ［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、酸化物超電導材料
薄膜の超電導配線として必要な領域の下地に所定の絶縁
体膜を配設しておくことにより、信頼性の高い超電導配
線を実現することができる。また本発明の方法によれ
ば、任意の基板上に酸化物超電導配線を容易に形成する
ことができ、酸化物超電導薄膜は選択エッチングも必要
ないので、ダメージも少なく、良好な超電導特性が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の超電導配線構造を示す断面
図、第２図（ａ）〜（ｄ）はその超電導配線の形成工程
を示す断面図、第３図は他の実施例の超電導配線を示す
断面図である。 １……シリコン基板、２……SiO2膜、３……溝、４……
MgO膜、５……YBa2Cu3O７−δ膜、51……配線領域、52
……非配線領域。
図、第２図（ａ）〜（ｄ）はその超電導配線の形成工程
を示す断面図、第３図は他の実施例の超電導配線を示す
断面図である。 １……シリコン基板、２……SiO2膜、３……溝、４……
MgO膜、５……YBa2Cu3O７−δ膜、51……配線領域、52
……非配線領域。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｌ 21/3205 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 21/88 ＺＡＡＭ
39/06 ＺＡＡ 21/95 ＺＡＡ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．基板上の超電導配線を形成すべき配線領域に選択的
にフォトリソグラフィー技術を用いて結晶化絶縁体膜を
形成する工程と、前記結晶化絶縁体膜が形成された基板
上全面に酸化物超電導材料薄膜を形成し、前記絶縁体膜
上に選択的に結晶を成長させ、超電導特性を付与する結
晶化工程と、を有することを特徴とする超電導配線の形
成方法。 ２．前記結晶化絶縁体膜は、前記基板の配線領域に基板
表面が平坦になるように埋設されることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の超電導配線の形成方法。 ３．前記酸化物超電導材料薄膜は、AB2Cu3O７−δ膜
（但し、ＡはY,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,Tm,Luから選ばれた一
種）であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超電導配線の形成方法。 ４．前記結晶化絶縁体膜と前記酸化物超電導材料薄膜は
格子整合を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の超電導配線の形成方法。 ５．前記基板上の超電導配線を形成すべき配線領域に選
択的にフォトリソグラフィー技術を用いて溝を形成し
て、前記溝内に前記結晶化絶縁体膜を形成することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電導配線の形成
方法。 ６．前記溝の側壁に絶縁体膜を形成して前記溝幅を狭く
することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の超電
導配線の形成方法。 ７．前記基板は半導体基板であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の超電導配線の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318778A JP2717094B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 超電導配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318778A JP2717094B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 超電導配線の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01161731A JPH01161731A (ja) | 1989-06-26 |
| JP2717094B2 true JP2717094B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=18102837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318778A Expired - Fee Related JP2717094B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 超電導配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2717094B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0244783A (ja) * | 1988-08-05 | 1990-02-14 | Canon Inc | 超伝導パターンの形成方法 |
| JPH04282878A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 集積化が容易な超電導素子の作製方法 |
| JPH04282877A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 集積化が容易な超電導素子およびその作製方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0680844B2 (ja) * | 1987-09-14 | 1994-10-12 | 富士電機株式会社 | 超電導回路の製造方法 |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62318778A patent/JP2717094B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 ８７ 「１３７」ＳＣＥ８７−１９，ＰＰ．４３−４８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01161731A (ja) | 1989-06-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |