JP2790459B2 - 超電導配線の製造方法 - Google Patents
超電導配線の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は酸化物超電導薄膜を配線として用いる時の製
造方法に関するものである。
造方法に関するものである。
従来の技術 高温超電導体として、A15型２元系化合物として窒化
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−Ｏ系
の転移温度90K級高温超電導体が提案された〔J.G.Bendo
rz and K.A.Muller,ツァイト シュリフトフェア フィ
ジーク（Zetshrift frphysik B）−Condened Matter
64,189−193（1986）〕。
ニオブ（NbN）やゲルマニウムニオブ（Nb3Ge）などが知
られていたが、これらの材料の超電導転移温度はたかだ
か24゜Kであった。一方、ペロブスカイト系３元化合物
は、さらに高い転移温度が期待され、Ba−La−Cu−Ｏ系
の転移温度90K級高温超電導体が提案された〔J.G.Bendo
rz and K.A.Muller,ツァイト シュリフトフェア フィ
ジーク（Zetshrift frphysik B）−Condened Matter
64,189−193（1986）〕。
さらに、Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系の材料が100K以上の転
移温度を示すことも発見された。
移温度を示すことも発見された。
この種の材料の超電導機構の詳細は明らかではない
が、転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、高温
超電導体として従来の２元系化合物より、より有望な特
性が期待される。
が、転移温度が室温以上に高くなる可能性があり、高温
超電導体として従来の２元系化合物より、より有望な特
性が期待される。
これらの酸化物超電導体を配線に加工する技術は、多
元系化合物で複雑な構造を有しているために困難な点が
多く、未開発である。
元系化合物で複雑な構造を有しているために困難な点が
多く、未開発である。
発明が解決しようとする課題 酸化物超電導体を、半導体素子間配線や、伝送線路等
の配線として用いるには、基体上に薄膜化形成し、パタ
ーン加工する必要があるが、従来の技術では以下の課題
を有していた。即ち、形成した薄膜が平滑であることが
必要であるが、従来の技術では、最初にアモルファス状
の酸化物超電導体組成膜（Ｙ−Ba−Cu−Ｏ）を形成した
後に、塩素ガス等を用いた集束イオンビームによるエッ
チングを行い、酸素雰囲気中で酸化物超電導体の結晶化
温度以上に温度を上げ、結晶化と酸素濃度制御を行って
超電導配線を作成しているが、この方法だと、結晶化時
に微結晶粒成長がみられ、数μｍ以下の極微細な配線の
作成には用いることが出きなかった。また、超電導特性
を示す酸化物超電導薄膜を塩素等の活性ガスを用いた反
応性集束イオンでエッチングする方法では、ダメージが
大きく、エッチング後の膜がガスを吸収し、劣化あるい
は破壊され、また残留物が吸湿したり、有毒物質を発生
したりするので使用が制限される。あるいは、酸・アル
カリ等の水溶液によるエッチングでは、エッチング後の
水溶液が酸化物超電導薄膜中に残り劣化を招くという問
題を生じていた。
の配線として用いるには、基体上に薄膜化形成し、パタ
ーン加工する必要があるが、従来の技術では以下の課題
を有していた。即ち、形成した薄膜が平滑であることが
必要であるが、従来の技術では、最初にアモルファス状
の酸化物超電導体組成膜（Ｙ−Ba−Cu−Ｏ）を形成した
後に、塩素ガス等を用いた集束イオンビームによるエッ
チングを行い、酸素雰囲気中で酸化物超電導体の結晶化
温度以上に温度を上げ、結晶化と酸素濃度制御を行って
超電導配線を作成しているが、この方法だと、結晶化時
に微結晶粒成長がみられ、数μｍ以下の極微細な配線の
作成には用いることが出きなかった。また、超電導特性
を示す酸化物超電導薄膜を塩素等の活性ガスを用いた反
応性集束イオンでエッチングする方法では、ダメージが
大きく、エッチング後の膜がガスを吸収し、劣化あるい
は破壊され、また残留物が吸湿したり、有毒物質を発生
したりするので使用が制限される。あるいは、酸・アル
カリ等の水溶液によるエッチングでは、エッチング後の
水溶液が酸化物超電導薄膜中に残り劣化を招くという問
題を生じていた。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明では、基体上に形
成された酸化物超電導薄膜上に、レジストを塗布し、露
光・現像して配線パターンを形成した後、低電圧で加速
した不活性ガスイオンを全面に照射して前記酸化物超電
導薄膜を部分的に除去し、その後、酸素雰囲気中で結晶
化温度以下で加熱処理を施すことにより超電導配線を得
ることを特徴とする。
成された酸化物超電導薄膜上に、レジストを塗布し、露
光・現像して配線パターンを形成した後、低電圧で加速
した不活性ガスイオンを全面に照射して前記酸化物超電
導薄膜を部分的に除去し、その後、酸素雰囲気中で結晶
化温度以下で加熱処理を施すことにより超電導配線を得
ることを特徴とする。
作用 本発明においては、酸化物超電導薄膜上に塗布するレ
ジストは、不活性ガスを用いるイオンエッチング用マス
クの役目をなし、低電圧加速のイオンミリングで、不活
性ガスを用いるのは、レジストのエッチング耐性を得る
ためと、物理スパッタを用いるので薄膜の組成にあまり
影響されず良好にエッチングでき、かつ、加工後の超電
導薄膜のダメージや劣化および、加工時の有毒ガス発生
を防止する等の点で有効である。酸素雰囲気中の結晶化
温度以下の温度での加熱処理は、配線パターン加工後の
超電導特性の改善に有効であり、また、酸化物超電導薄
膜の粒成長がおこらないので、サブミクロンの極微細配
線の製造にも適用できる。
ジストは、不活性ガスを用いるイオンエッチング用マス
クの役目をなし、低電圧加速のイオンミリングで、不活
性ガスを用いるのは、レジストのエッチング耐性を得る
ためと、物理スパッタを用いるので薄膜の組成にあまり
影響されず良好にエッチングでき、かつ、加工後の超電
導薄膜のダメージや劣化および、加工時の有毒ガス発生
を防止する等の点で有効である。酸素雰囲気中の結晶化
温度以下の温度での加熱処理は、配線パターン加工後の
超電導特性の改善に有効であり、また、酸化物超電導薄
膜の粒成長がおこらないので、サブミクロンの極微細配
線の製造にも適用できる。
実 施 例 本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図において、基板１上に酸化物超電導薄膜２を形
成した表面に、レジスト３を塗布する。次に、通常のフ
ォトプロセスにより配線として残す部分のレジストパタ
ーン13を形成する（第２図）。その後、不活性ガスイオ
ン４を酸化物超電導薄膜２に照射をして、レジスト13の
ないエッチング部分４を除去する（第３図（ｃ））。
成した表面に、レジスト３を塗布する。次に、通常のフ
ォトプロセスにより配線として残す部分のレジストパタ
ーン13を形成する（第２図）。その後、不活性ガスイオ
ン４を酸化物超電導薄膜２に照射をして、レジスト13の
ないエッチング部分４を除去する（第３図（ｃ））。
イオンエッチング後の基板１を有機溶剤につけるか、
酸素プラズマアッシングを行い、第３図のレジスト13を
除去し、酸化物超電導薄膜配線12を得る（第４図）。
酸素プラズマアッシングを行い、第３図のレジスト13を
除去し、酸化物超電導薄膜配線12を得る（第４図）。
最後に、第４図の酸化物超電導薄膜配線12を酸素雰囲
気中で、酸化物超電導薄膜配線12の結晶化温度以下の温
度で加熱処理を施すことにより酸化物超電導薄膜配線22
を得る（第５図）。
気中で、酸化物超電導薄膜配線12の結晶化温度以下の温
度で加熱処理を施すことにより酸化物超電導薄膜配線22
を得る（第５図）。
以下本発明の内容を更に深く理解させるために、より
具体的な具体実施例を示す。
具体的な具体実施例を示す。
（具体実施例） 酸化マグネシウム単結晶（100）面を基体１として用
い、高周波プレーナマグネトロンスパッタによりＹ−Ba
2−Cu3−Ｏの酸化物超電導薄膜２を形成させた上に、ネ
ガ型のフォトレジスト３を塗布し（第１図）、配線パタ
ーンに露光しレジストパターン13を得た（第２図）。レ
ジスト膜厚は1.2μｍであった。これに、Ar+イオン照射
を行い酸化物超電導薄膜２のエッチングを行い、配線パ
ターン状の酸化物超電導薄膜12を得た（第３図）。Ar+
イオンの圧力は１×10-4Torrで、加速電圧550Vで行い、
レジスト３と酸化物超電導薄膜２のエッチング速度はそ
れぞれ約30nm/minと約25nm/minであった。その後、レジ
スト13を酸素プラズマでアッシングをして除去した（第
４図）。この時の圧力は1Torrで高周波パワーは400Wを
印加した。アッシング直後の酸化物超電導薄膜12はオン
セット90Kであったが、4.2Kでも若干の残留抵抗を示し
た。
い、高周波プレーナマグネトロンスパッタによりＹ−Ba
2−Cu3−Ｏの酸化物超電導薄膜２を形成させた上に、ネ
ガ型のフォトレジスト３を塗布し（第１図）、配線パタ
ーンに露光しレジストパターン13を得た（第２図）。レ
ジスト膜厚は1.2μｍであった。これに、Ar+イオン照射
を行い酸化物超電導薄膜２のエッチングを行い、配線パ
ターン状の酸化物超電導薄膜12を得た（第３図）。Ar+
イオンの圧力は１×10-4Torrで、加速電圧550Vで行い、
レジスト３と酸化物超電導薄膜２のエッチング速度はそ
れぞれ約30nm/minと約25nm/minであった。その後、レジ
スト13を酸素プラズマでアッシングをして除去した（第
４図）。この時の圧力は1Torrで高周波パワーは400Wを
印加した。アッシング直後の酸化物超電導薄膜12はオン
セット90Kであったが、4.2Kでも若干の残留抵抗を示し
た。
これを、酸素雰囲気中で熱処理を行った（第５図）。
酸素流量は３/minで圧力１気圧、温度は、Ｙ−Ba2−C
u3−Ｏの結晶化温度以下であればよいが、特に300℃で
行う顕著な効果がみられた。熱処理時間は３時間であっ
た。熱処理後の酸化物超電導薄膜配線22は表面が滑らか
で最小線幅２μｍが得られ、オンセット90K,零抵抗は80
Kを示した。臨界電流密度は、イオンエッチング前の値
よりもむしろ増加する傾向がみられた。
酸素流量は３/minで圧力１気圧、温度は、Ｙ−Ba2−C
u3−Ｏの結晶化温度以下であればよいが、特に300℃で
行う顕著な効果がみられた。熱処理時間は３時間であっ
た。熱処理後の酸化物超電導薄膜配線22は表面が滑らか
で最小線幅２μｍが得られ、オンセット90K,零抵抗は80
Kを示した。臨界電流密度は、イオンエッチング前の値
よりもむしろ増加する傾向がみられた。
なお、上記具体実施例において、酸化物超電導薄膜２
として銅を含む複合化合物のＹ−Ba2−Cu3−Ｏを用いて
説明したが、何もこれに限定されるものではなく、その
代りにY,ScやLa系列元素（原子番号57〜71、但し58,59,
61を除く）のうち少なくとも１種か又はBaの代りにBa,S
r等II a族の元素のうち少なくとも１種からなるＡ−Ｂ
−Cu−Ｏあるいは、Ｏを一部ＳやＦで置換したＡ−Ｂ−
Cu−Ｏ−S,A−Ｂ−Cu−Ｏ−Ｓ−Ｆで、 である薄膜を用いても同様な効果が得られた。
として銅を含む複合化合物のＹ−Ba2−Cu3−Ｏを用いて
説明したが、何もこれに限定されるものではなく、その
代りにY,ScやLa系列元素（原子番号57〜71、但し58,59,
61を除く）のうち少なくとも１種か又はBaの代りにBa,S
r等II a族の元素のうち少なくとも１種からなるＡ−Ｂ
−Cu−Ｏあるいは、Ｏを一部ＳやＦで置換したＡ−Ｂ−
Cu−Ｏ−S,A−Ｂ−Cu−Ｏ−Ｓ−Ｆで、 である薄膜を用いても同様な効果が得られた。
あるいは、酸化物超電導薄膜２として、主体分がBi−
（SrxCa1-x）２−Cu2−Ｏ薄膜を用いても同様な効果が
得られた。
（SrxCa1-x）２−Cu2−Ｏ薄膜を用いても同様な効果が
得られた。
更には、酸化物超電導薄膜２として主体分がTl2−Ca2
−Ba2−Cu3−Ｏ薄膜を用いても同様な効果が得られた。
−Ba2−Cu3−Ｏ薄膜を用いても同様な効果が得られた。
また、基体１として少なくとも一表面をPtやCaF2の緩
衝膜により被覆した基体を用いた場合でも酸化物超電導
薄膜２は超電導特性を示し同様な方法で超電導配線を製
造できた。この場合には基体１としてSi,GaA5等の反応
性の強い材料も使用できる利点があった。
衝膜により被覆した基体を用いた場合でも酸化物超電導
薄膜２は超電導特性を示し同様な方法で超電導配線を製
造できた。この場合には基体１としてSi,GaA5等の反応
性の強い材料も使用できる利点があった。
なお上記具体実施例において基体１として酸化マグネ
シウム単結晶（100）面を用いたが、これに限定するも
のでもなく、SrTiO3,Al2O3,Y安定化ジルコニア等、酸化
物超電導薄膜２が形成できるものであれば何でも良いの
は言うまでもない。
シウム単結晶（100）面を用いたが、これに限定するも
のでもなく、SrTiO3,Al2O3,Y安定化ジルコニア等、酸化
物超電導薄膜２が形成できるものであれば何でも良いの
は言うまでもない。
以上の様に本発明の酸化物薄膜を用いた超電導の配線
の製造方法は、種々の酸化物超電導体に適用が可能であ
ることがわかった。これは、配線形成のための薄膜のエ
ッチングに、不活性ガスイオンによる物理エッチングを
用いているので、薄膜のエッチング速度があまり変ら
ず、種々の材料に適用可能であるからである。また、エ
ッチングマスクのレジスト13が、酸化物超電導薄膜２の
エッチング部分４以外の部分のイオンダメージを防止す
る役目があり酸化物超電導薄膜12の劣化を防止している
様である。このためにも、不活性ガスイオンの加速電圧
は数KV以下とする必要がある。この点でも本発明が種々
の酸化物超電導薄膜に適用可能である理由がある。
の製造方法は、種々の酸化物超電導体に適用が可能であ
ることがわかった。これは、配線形成のための薄膜のエ
ッチングに、不活性ガスイオンによる物理エッチングを
用いているので、薄膜のエッチング速度があまり変ら
ず、種々の材料に適用可能であるからである。また、エ
ッチングマスクのレジスト13が、酸化物超電導薄膜２の
エッチング部分４以外の部分のイオンダメージを防止す
る役目があり酸化物超電導薄膜12の劣化を防止している
様である。このためにも、不活性ガスイオンの加速電圧
は数KV以下とする必要がある。この点でも本発明が種々
の酸化物超電導薄膜に適用可能である理由がある。
また、エッチング、レジスト除去後の結晶化温度以下
での酸素雰囲気中熱処理は、酸化物超電導体特に銅を含
む酸化物超電導体中の酸素濃度制御に有効で、加工ダメ
ージの回復に必要な処理であり、多くの材料に適用可能
な方法であることもわかった。
での酸素雰囲気中熱処理は、酸化物超電導体特に銅を含
む酸化物超電導体中の酸素濃度制御に有効で、加工ダメ
ージの回復に必要な処理であり、多くの材料に適用可能
な方法であることもわかった。
また、レジストに上記具体実施例ではレジストにネガ
型フォトレジストを用いたが、ポジ型レジストでも良
く、また、電子ビームレジストや、Ｘ線レジストでも良
いのは明らかである。例えば、電子ビームレジストを用
いた場合では、0.5μｍ以下の超電導配線も製造でき、
極微細配線製造に有効な方法である。
型フォトレジストを用いたが、ポジ型レジストでも良
く、また、電子ビームレジストや、Ｘ線レジストでも良
いのは明らかである。例えば、電子ビームレジストを用
いた場合では、0.5μｍ以下の超電導配線も製造でき、
極微細配線製造に有効な方法である。
発明の効果 本発明の実施により、高い臨界温度を示す酸化物超電
導薄膜を配線加工特にサブミクロンの極微細配線加工す
るのに有効である。本発明の実施において、低電圧で加
速した不活性ガスイオンエッチングは、不活性ガスを用
いるために、エッチング後の酸化物超電導薄膜に化合物
を生ぜず、劣化の原因を作らないという効果があった。
また、加工時に、有毒なガスを発生することが少ない安
全な方法という効果もあった。また、本発明の実施例で
は、多結晶体の酸化物超電導薄膜でも、処理中の粒成長
や、線切れを防止し、従来不可能であった。サブミクロ
ンの極微細超電導配線の製造にも適用できるという効果
があった。
導薄膜を配線加工特にサブミクロンの極微細配線加工す
るのに有効である。本発明の実施において、低電圧で加
速した不活性ガスイオンエッチングは、不活性ガスを用
いるために、エッチング後の酸化物超電導薄膜に化合物
を生ぜず、劣化の原因を作らないという効果があった。
また、加工時に、有毒なガスを発生することが少ない安
全な方法という効果もあった。また、本発明の実施例で
は、多結晶体の酸化物超電導薄膜でも、処理中の粒成長
や、線切れを防止し、従来不可能であった。サブミクロ
ンの極微細超電導配線の製造にも適用できるという効果
があった。
第１図〜第５図は本発明の実施例である超電導配線の製
造を示す工程断面図である。 １……基体、2,12……酸化物超電導薄膜、４……不活性
ガスイオン。
造を示す工程断面図である。 １……基体、2,12……酸化物超電導薄膜、４……不活性
ガスイオン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｂ 12/06 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｍ (72)発明者 水野 紘一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 三露 常男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 和佐 清孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−102976（ＪＰ，Ａ) 固体物理 Ｖｏｌ．23 Ｎｏ．２ （1988） ＰＰ．125−131 第48回応用物理学会学術講演会講演予 稿集 （昭62−10−17〜20） 19ｐ−Ｄ −２
Claims (5)
- 【請求項１】基体上に形成された銅（Cu）を含む複合化
合物である酸化物超電導薄膜上に、レジストを塗布し、
露光・現像後、低電圧で加速した不活性ガスイオンを照
射して前記酸化物超電導薄膜を部分的に除去加工した
後、前記レジストを除去し、酸素雰囲気中で、前記酸化
物超電導薄膜の結晶化温度以下の温度で加熱処理を施す
ことを特徴とする超電導配線の製造方法。 - 【請求項２】銅を含む複合化合物として、Ａ−Ｂ−Cu−
ＯまたはＡ−Ｂ−Cu−Ｏ−ＳまたはＡ−Ｂ−Cu−Ｏ−Ｓ
−Ｆの複合化合物を用いたことを特徴とする請求項１に
記載の超電導配線の製造方法。 ここに、ＡはSc,Y,LaおよびLa系列元素（原子番号57〜7
1、但し、58,59,61を除く）のうち少なくとも一種、Ｂ
はBa,SrなどII a族元素のうち少なくとも一種、かつ、
A,B元素とCu元素の濃度が である。 - 【請求項３】銅を含む複合化合物として、主体分がBi−
Sr−Ca−Cu−Ｏ複合化合物であることを特徴とする請求
項１に記載の超電導配線の製造方法。 - 【請求項４】銅を含む複合化合物として、Tl−Ca−Ba−
Cu−Ｏ複合化合物であることを特徴とする請求項１に記
載の超電導配線の製造方法。 - 【請求項５】基体として、少なくとも一表面を緩衝膜に
より被覆した基体を用いることを特徴とする請求項１に
記載の超電導配線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63063999A JP2790459B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 超電導配線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63063999A JP2790459B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 超電導配線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01236663A JPH01236663A (ja) | 1989-09-21 |
| JP2790459B2 true JP2790459B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=13245474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63063999A Expired - Fee Related JP2790459B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 超電導配線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2790459B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2523013B2 (ja) * | 1988-03-25 | 1996-08-07 | 三洋電機株式会社 | 酸化物超電導薄膜の製造法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01102976A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Nec Corp | 酸化物高温超伝導体薄膜パターン形成方法 |
-
1988
- 1988-03-17 JP JP63063999A patent/JP2790459B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 固体物理 Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．２ （１９８８） ＰＰ．１２５−１３１ |
| 第４８回応用物理学会学術講演会講演予稿集 （昭６２−１０−１７〜２０） １９ｐ−Ｄ−２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01236663A (ja) | 1989-09-21 |
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