JP2835307B2 - Superconducting planar circuit - Google Patents
Superconducting planar circuitInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導平面回路に
関し、特に、クロスオーバー部を有する超伝導平面回路
に関する。The present invention relates to a superconducting planar circuit, and more particularly to a superconducting planar circuit having a crossover portion.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、マイクロ波集積回路などのチップ
内配線に、Ｙ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系の高温超伝導体（ＨＴＳ；
high temperature superconductor ）を使用する試みが
なされている。ＨＴＳの電気抵抗がきわめて小さい（但
し超伝導状態のとき）ため、信号損失の大幅な低下や周
波数応答性の向上など、金属配線にない優れた特性が得
られるからである。2. Description of the Related Art In recent years, YBCO-based high-temperature superconductors (HTS;
Attempts have been made to use high temperature superconductors). This is because the electrical resistance of the HTS is extremely small (however, in the superconducting state), so that excellent characteristics not found in metal wiring, such as a significant reduction in signal loss and an improvement in frequency response, can be obtained.
【０００３】ところで、チップ内のレイアウトによって
は、すべての配線にＨＴＳを使用できないことがある。
図３はその一例を示すレイアウト図である。図におい
て、１及び２はそれぞれＨＴＳを用いた配線（便宜的に
第１の配線、第２の配線と言う）である。第１の配線１
は、インダクタンスとして用いるために渦巻状にレイア
ウトされており、渦巻きの中心から引き出された第３の
配線３を介して第２の配線２につながっている。第３の
配線３は第１の配線１を跨いでレイアウトされ、両配線
間には図示を略した絶縁層が設けられている。By the way, depending on the layout in a chip, HTS may not be used for all wirings.
FIG. 3 is a layout diagram showing one example. In the drawing, reference numerals 1 and 2 denote wirings using HTS (referred to as first wiring and second wiring for convenience), respectively. First wiring 1
Are spirally laid out for use as an inductance, and are connected to the second wiring 2 via a third wiring 3 drawn from the center of the spiral. The third wiring 3 is laid out across the first wiring 1, and an insulating layer (not shown) is provided between the two wirings.
【０００４】図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。基板
４の上に形成された第１の配線１との間でクロスオーバ
ー部を構成する第３の配線３には、例えばＮｉ／Ｔｉ等
の密着層（絶縁層との密着性を高めるためのもの）を下
地とした金（Ａｕ）が用いられており、この第３の配線
３の両端は、さらに、金（Ａｕ）を用いたコンタクト
５、６を介して第１の配線１及び第２の配線２に接続さ
れている。FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA of FIG. The third wiring 3 forming a crossover portion between the first wiring 1 formed on the substrate 4 and the first wiring 1 is provided with an adhesion layer made of, for example, Ni / Ti (for improving the adhesion with the insulating layer). (Au) is used as a base, and both ends of the third wiring 3 are further connected to the first wiring 1 and the second wiring 2 through contacts 5 and 6 using gold (Au). Are connected to the wiring 2.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の超伝導平面回路にあっては、ＨＴＳ（第１、第２
の配線１、２）の上に金（コンタクト５、６）が乗る構
成となっており、金は多結晶であるから、第１の配線１
とコンタクト５（及び第２の配線２とコンタクト６）と
の間の界面抵抗が高く、ＨＴＳのメリット（電気抵抗が
きわめて小さい）を活かしきれないばかりか、ＨＴＳと
の密着性もよくないという問題点があった。However, in such a conventional superconducting planar circuit, the HTS (first, second)
Gold (contacts 5 and 6) is placed on the wirings 1 and 2), and since gold is polycrystalline, the first wiring 1
Not only cannot take full advantage of the advantage of HTS (the electric resistance is extremely small) but also the adhesion to HTS is not good because of the high interface resistance between the HTS and the contact 5 (and the second wiring 2 and the contact 6). There was a point.
【０００６】そこで、本発明は、ＨＴＳとコンタクトと
の間の界面抵抗を下げるとともに密着性の向上を図るこ
とを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to reduce the interface resistance between the HTS and the contact and improve the adhesion.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｙ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系の高温超伝導体からなる超伝導体配線
と、該超伝導体配線にコンタクトを介して接続されるメ
タル配線とを基板上に有する超伝導平面回路において、
前記コンタクトは、前記超伝導体配線の上にエピタキシ
ャル成長させた白金であることを特徴とする。According to the first aspect of the present invention,
In a superconducting planar circuit having, on a substrate, a superconductor wiring made of a YBCO-based high-temperature superconductor and a metal wiring connected to the superconductor wiring via a contact,
The contact is made of platinum epitaxially grown on the superconductor wiring.
【０００８】請求項２記載の発明は、Ｙ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系
高温超伝導体からなる超伝導体配線と、該超伝導体配線
にコンタクトを介して接続されるメタル配線とを基板上
に有する超伝導平面回路において、前記コンタクトは、
前記基板の上にエピタキシャル成長させた白金であり、
かつ、前記超伝導体配線は、前記基板及び前記コンタク
トの上にエピタキシャル成長させたＹ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系の
高温超伝導体であることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, a superconductor wiring made of a YBCO high-temperature superconductor and a metal wiring connected to the superconductor wiring via a contact are formed on a substrate. In the superconducting planar circuit having the contact,
Platinum epitaxially grown on the substrate,
In addition, the superconductor wiring is a Y-B-C-O-based high-temperature superconductor epitaxially grown on the substrate and the contact.
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記コンタクトは、前記基板の表面を一段
掘り下げて形成したテラス面の上にエピタキシャル成長
させた白金であり、かつ、該コンタクトの表面と基板の
表面とを一致させたことを特徴とする。白金の格子定数
は、Ｙ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系の高温超伝導体の格子定数にきわ
めて近い。したがって、請求項１記載の発明のように、
高温超伝導体の上に白金をエピタキシャル成長させれ
ば、単結晶の白金（コンタクト）が容易に得られ、ＨＴ
Ｓとコンタクトとの間の界面抵抗が下げられるとともに
密着性の向上が図られる。According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the contact is made of platinum epitaxially grown on a terrace surface formed by digging down the surface of the substrate by one step. The surface and the surface of the substrate are matched. The lattice constant of platinum is very close to the lattice constant of a YBCO-based high-temperature superconductor. Therefore, as in the invention described in claim 1,
If platinum is epitaxially grown on a high-temperature superconductor, single-crystal platinum (contact) can be easily obtained.
The interface resistance between S and the contact is reduced, and the adhesion is improved.
【００１０】又は、請求項２や請求項３記載の発明のよ
うに、基板の上に白金をエピタキシャル成長させて、こ
れをコンタクトとし、このコンタクトの上にＹ−Ｂ−Ｃ
−Ｏ系の高温超伝導体をエピタキシャル成長させてもよ
い。この場合には、高温超伝導体のエピタキシャル成長
に酸素（Ｏ2 ）を含む雰囲気ガスを使用でき、高温超伝
導体の酸素抜けが防止され、超伝導体配線の組成変動が
抑制される。Alternatively, as in the second and third aspects of the present invention, platinum is epitaxially grown on a substrate, and this is used as a contact, and YBC is formed on the contact.
An -O-based high-temperature superconductor may be epitaxially grown. In this case, an atmosphere gas containing oxygen (O 2 ) can be used for the epitaxial growth of the high-temperature superconductor, oxygen escape of the high-temperature superconductor is prevented, and composition fluctuation of the superconductor wiring is suppressed.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は請求項１記載の発明に係る超伝
導平面回路の一実施例を示す図である。図１において、
１０は基板であり、この基板１０の上には、Ｙ−Ｂ−Ｃ
−Ｏ系の高温超伝導体（典型的な配合組成は ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7-x）を用いた超伝導体配線１１、１２が形成され
ている。超伝導体配線１１、１２は所定の材料からなる
コンタクト１３、１４を介してメタル配線１５に接続さ
れている。なお、メタル配線１５は、層間絶縁膜１６、
１７、１８との密着性を高めるための、例えばＮｉ／Ｔ
ｉ等からなる密着層の上に、電気抵抗の小さい金属層
（例えば金）を積み重ねた構造になっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing one embodiment of a superconducting planar circuit according to the first aspect of the present invention. In FIG.
Reference numeral 10 denotes a substrate, on which Y-B-C
-O-based high-temperature superconductor (typical composition is YBa 2 C
Superconductor wirings 11 and 12 using u 3 O 7-x ) are formed. Superconductor wirings 11 and 12 are connected to metal wiring 15 via contacts 13 and 14 made of a predetermined material. Note that the metal wiring 15 is formed of an interlayer insulating film 16,
For example, Ni / T for improving the adhesion to
It has a structure in which a metal layer (for example, gold) having a small electric resistance is stacked on an adhesion layer made of i or the like.
【００１２】本実施例のポイントは、コンタクト１３、
１４の材料に白金（Ｐｔ）を用いるとともに、このコン
タクト１３、１４（すなわち白金）を、超伝導体配線１
１、１２の上にエピタキシャル成長させた点にある。エ
ピタキシャル成長（エピタキシー成長とも言う）とは、
単結晶の下地上に蒸着膜を成長させると、下地の結晶の
原子配列の影響を受けて「単結晶」の薄膜が得られると
いう成膜方法である。The point of this embodiment is that the contact 13
14 is made of platinum (Pt), and the contacts 13 and 14 (that is, platinum) are connected to the superconductor wiring 1.
The point is that epitaxial growth was performed on the layers 1 and 12. Epitaxial growth (also called epitaxy growth)
This is a film forming method in which a "single crystal" thin film is obtained by growing an evaporated film on a single crystal underlayer under the influence of the atomic arrangement of the underlying crystal.
【００１３】白金（Ｃｕ）は、格子定数が「ａ＝０．３
９２３１ｎｍ」の面心立方であるが、この値は、Ｙ−Ｂ
−Ｃ−Ｏ系の高温超伝導体の格子定数（ａ＝０．３８２
０ｎｍ，ｂ＝０．３８８６ｎｍ）にきわめて近い。この
ことは、Ｙ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系の高温超伝導体の上に白金を
エピタキシャル成長させれば、単結晶の白金が容易に得
られることを示唆している。Platinum (Cu) has a lattice constant of “a = 0.3
9231 nm, which is Y-B
-CO system lattice constant (a = 0.382)
0 nm, b = 0.3886 nm). This suggests that single-crystal platinum can be easily obtained by epitaxially growing platinum on the YBCO-based high-temperature superconductor.
【００１４】したがって、本実施例によれば、コンタク
ト１３、１４を単結晶化できるから、超伝導体配線１１
とコンタクト１３（及び超伝導体配線１２とコンタクト
１４）との間の界面抵抗を下げることができ、かつ、密
着性も向上することができ、高温超伝導体のメリット
（電気抵抗がきわめて小さい）を十分に活かしきれると
いう、従来技術にはない有利な効果が得られる。Therefore, according to this embodiment, since the contacts 13 and 14 can be monocrystallized, the superconductor wiring 11 can be formed.
Resistance can be reduced and the adhesion between contact 13 and contact 13 (and superconductor wiring 12 and contact 14) can be reduced, and the advantage of high-temperature superconductor (electrical resistance is extremely small) Can be fully utilized, and an advantageous effect not available in the prior art can be obtained.
【００１５】図２は請求項２記載の発明に係る超伝導平
面回路の一実施例を示す図である。図２において、２０
は基板であり、この基板２０の上には、Ｙ−Ｂ−Ｃ−Ｏ
系の高温超伝導体を用いた超伝導体配線２１、２２、２
３が形成されている。いくつかの超伝導体配線（図では
二つの超伝導体配線２１、２３）は所定の材料からなる
コンタクト２４、２５に接続されており、コンタクト２
５は、メタル配線としての例えばボンディングリボン２
６に接続されている。なお、２７はボンディングリボン
２６の先につながるパッドである。FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of a superconducting planar circuit according to the second aspect of the present invention. In FIG.
Is a substrate, and on this substrate 20, Y-B-C-O
Superconductors 21, 22, 2 using high-temperature superconductors
3 are formed. Some superconductor wirings (two superconductor wirings 21 and 23 in the figure) are connected to contacts 24 and 25 made of a predetermined material.
5 is a bonding ribbon 2 as a metal wiring, for example.
6 is connected. 27 is a pad connected to the tip of the bonding ribbon 26.
【００１６】本実施例のポイントは、コンタクト２４、
２５の材料に白金（Ｐｔ）を用いるとともに、このコン
タクト２４、２５（すなわち白金）を基板２０の上にエ
ピタキシャル成長（以下「第１のエピタキシャル成長」
と言う）させ、さらに、このコンタクト２４、２５を含
む基板２０の上に超伝導体配線２１、２２、２３をエピ
タキシャル成長（以下「第２のエピタキシャル成長」と
言う）させた点にある。The point of this embodiment is that the contacts 24,
Platinum (Pt) is used as the material of the substrate 25, and the contacts 24 and 25 (that is, platinum) are epitaxially grown on the substrate 20 (hereinafter, referred to as "first epitaxial growth").
In addition, superconductor wirings 21, 22, and 23 are epitaxially grown (hereinafter, referred to as "second epitaxial growth") on substrate 20 including contacts 24 and 25.
【００１７】なお、第１のエピタキシャル成長は、図示
のように、基板２０の表面を一段掘り下げて形成したテ
ラス面２０ａの上で行うと共に、その成長目標レベル
（コンタクト２４、２５の表面レベル）を基板２０の表
面に一致させるようにするのが望ましい。基板２０とコ
ンタクト２４、２５の表面レベルが揃うため、第２のエ
ピタキシャル成長を精度よく行うことができるからであ
る。As shown, the first epitaxial growth is performed on a terrace surface 20a formed by digging the surface of the substrate 20 down one step, and the growth target level (surface level of the contacts 24 and 25) is set at the substrate level. It is desirable to match the surface of 20. This is because the second epitaxial growth can be performed with high accuracy because the surface levels of the substrate 20 and the contacts 24 and 25 are uniform.
【００１８】但し、コンタクト２４、２５の側面におけ
る結晶面を正確に制御できるのであれば、基板２０の表
面を掘り下げることなく、第１のエピタキシャル成長を
行っても構わない。特定の結晶面を出しておけば、その
上に成長するＹ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系超伝導体の結晶方位が、
基板２０の表面及びコンタクト２４、２５の表面の結晶
方位に一致し、結果として、すべてのＹ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系
超伝導体を単結晶とすることが可能になるからである。However, if the crystal planes on the side surfaces of the contacts 24 and 25 can be accurately controlled, the first epitaxial growth may be performed without digging down the surface of the substrate 20. If a specific crystal plane is put out, the crystal orientation of the Y-B-C-O-based superconductor growing thereon will be
This is because the crystal orientations of the surface of the substrate 20 and the surfaces of the contacts 24 and 25 coincide with each other, and as a result, all the YBCO superconductors can be made into a single crystal.
【００１９】以上の実施例によれば、第１のエピタキシ
ャル成長の際に“酸素を含まない”雰囲気ガス（例えば
Ａｒ）を使用することができるとともに、第２のエピタ
キシャル成長の際に“酸素を含む”雰囲気ガス（例えば
Ａｒ＋Ｏ2 ）を使用することができる。したがって、酸
素を含まない雰囲気ガスの使用によって、白金（Ｐｔ）
の微結晶（超微粒子）化を防止でき、かつ、酸素を含む
雰囲気ガスの使用によって、超伝導体配線２１、２２、
２３の酸素抜けを防止し、超伝導体配線２１、２２、２
３の配分組成（Ｏ7-x ）の変動を防止できる、という特
有の効果が得られる。なお、第２のエピタキシャル成長
の際には、コンタクト２４、２５（Ｐｔ）が酸素を含む
プラズマに晒されるが、このコンタクト２４、２５は第
１のエピタキシャル成長によって、既に単結晶化してい
るため、酸化等のダメージはほとんどない。According to the above embodiment, an "oxygen-free" atmosphere gas (for example, Ar) can be used in the first epitaxial growth, and "oxygen-containing" in the second epitaxial growth. Atmospheric gas (for example, Ar + O 2 ) can be used. Therefore, platinum (Pt) can be obtained by using an oxygen-free atmosphere gas.
Can be prevented from becoming microcrystals (ultra-fine particles), and the superconductor wirings 21, 22,
23 to prevent oxygen from escaping, and superconductor wirings 21, 22, 2
3 has a unique effect that the fluctuation of the distribution composition (O 7-x ) can be prevented. At the time of the second epitaxial growth, the contacts 24 and 25 (Pt) are exposed to plasma containing oxygen. However, since the contacts 24 and 25 are already single-crystallized by the first epitaxial growth, they are oxidized. Little damage.
【００２０】また、この実施例によれば、コンタクト２
５を介して、ボンディングリボン２６と超伝導体配線２
３を接続しているため、ボンディング時の応力が超伝導
体配線２３に直接加わらず、超伝導体配線２３の剥離問
題を回避できるというメリットもある。According to this embodiment, the contact 2
5, the bonding ribbon 26 and the superconductor wiring 2
3, the stress at the time of bonding is not directly applied to the superconductor wiring 23, and there is also an advantage that the problem of peeling of the superconductor wiring 23 can be avoided.
【００２１】[0021]
【発明の効果】請求項１、請求項２又は請求項３記載の
発明によれば、単結晶の白金（コンタクト）を容易に得
ることができ、ＨＴＳとコンタクトとの間の界面抵抗を
下げることができるとともに密着性の向上を図ることが
できる。また、請求項２や請求項３記載の発明によれ
ば、高温超伝導体のエピタキシャル成長に酸素を含む雰
囲気ガスを使用して高温超伝導体の酸素抜けを防止で
き、超伝導体配線の組成変動を抑制できる。According to the first, second or third aspect of the present invention, single crystal platinum (contact) can be easily obtained, and the interface resistance between the HTS and the contact can be reduced. And the adhesion can be improved. Further, according to the second and third aspects of the present invention, oxygen escape from the high-temperature superconductor can be prevented by using an atmosphere gas containing oxygen for epitaxial growth of the high-temperature superconductor, and composition fluctuation of the superconductor wiring can be prevented. Can be suppressed.
【図１】請求項１記載の発明に係る一実施例の構造図で
ある。FIG. 1 is a structural view of an embodiment according to the first aspect of the present invention.
【図２】請求項２記載の発明に係る一実施例の構造図で
ある。FIG. 2 is a structural view of an embodiment according to the second aspect of the present invention.
【図３】クロスオーバー部を含むレイアウト図である。FIG. 3 is a layout diagram including a crossover section.
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 3;
１０：基板 １１、１２：超伝導体配線 １３、１４：コンタクト １５：メタル配線 ２０：基板 ２１、２２、２３：超伝導体配線 ２４、２５：コンタクト ２６：ボンディングリボン（メタル配線） 10: Substrate 11, 12: Superconductor wiring 13, 14: Contact 15: Metal wiring 20: Substrate 21, 22, 23: Superconductor wiring 24, 25: Contact 26: Bonding ribbon (metal wiring)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 祥樹 愛知県日進市米野木町南山500番地１ 株式会社移動体通信先端技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−165078（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−184266（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−234071（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/06 H01L 21/3205 H01L 39/02 H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00 - 39/02 H01R 4/68 H01B 12/00 - 12/16 H01B 13/00────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yoshiki Ueno 500-1 Minamiyama, Yonegi-cho, Nisshin-shi, Aichi Mobile Mobile Communication Advanced Technology Laboratory Co., Ltd. JP-A-1-184266 (JP, A) JP-A-2-2344071 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 39/06 H01L 21/3205 H01L 39/02 H01L 39/22-39/24 H01L 39/00-39/02 H01R 4/68 H01B 12/00-12/16 H01B 13/00
Claims (3)
超伝導体配線と、該超伝導体配線にコンタクトを介して
接続されるメタル配線とを基板上に有する超伝導平面回
路において、前記コンタクトは、前記超伝導体配線の上
にエピタキシャル成長させた白金であることを特徴とす
る超伝導平面回路。1. A superconducting plane having a superconductor wiring made of a YBCO high temperature superconductor and a metal wiring connected to the superconductor wiring via a contact on a substrate. In the circuit, the contact is platinum which is epitaxially grown on the superconductor wiring.
伝導体配線と、該超伝導体配線にコンタクトを介して接
続されるメタル配線とを基板上に有する超伝導平面回路
において、前記コンタクトは、前記基板の上にエピタキ
シャル成長させた白金であり、かつ、前記超伝導体配線
は、前記基板及び前記コンタクトの上にエピタキシャル
成長させたＹ−Ｂ−Ｃ−Ｏ系の高温超伝導体であること
を特徴とする超伝導平面回路。2. A superconducting planar circuit having, on a substrate, a superconductor wiring made of a YBCO high-temperature superconductor and a metal wiring connected to the superconductor wiring via a contact. Wherein the contact is made of platinum epitaxially grown on the substrate, and the superconductor wiring is made of a YBCO-based high-temperature superconductor epitaxially grown on the substrate and the contact. A superconducting planar circuit characterized by being a body.
前記コンタクトは、前記基板の表面を一段掘り下げて形
成したテラス面の上にエピタキシャル成長させた白金で
あり、かつ、該コンタクトの表面と基板の表面とを一致
させたことを特徴とする請求項２記載の超伝導平面回
路。3. The superconducting planar circuit according to claim 2, wherein
3. The contact according to claim 2, wherein the contact is made of platinum epitaxially grown on a terrace surface formed by digging down the surface of the substrate one step, and the surface of the contact is made to coincide with the surface of the substrate. Superconducting planar circuit.
Priority Applications (1)
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| JPH09205232A JPH09205232A (en) | 1997-08-05 |
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|---|---|---|---|---|
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1996
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