JP2976851B2 - 超伝導薄膜を用いた回路の製造方法 - Google Patents

超伝導薄膜を用いた回路の製造方法

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博紀 星崎
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導薄膜を用いた回
路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超伝導薄膜を用いた回路は、集中定数型
回路のようにインダクタンスやキャパシタンスなどの回
路構成要素をいくつも組み合わせて構成されている。こ
れらの回路構成要素を抵抗の非常に小さい超伝導材料を
用いて形成すれば導体損失を低減できるため、非常に高
性能な回路を実現することができる。
【０００３】国際公開 WO94/28627 号公報に開示されて
いる高周波用フィルタでは、図８に示すように、基板表
面に第１、第２、第３回路構成要素２１、２２、２３が
形成されている。この第１、第２、第３回路構成要素２
１、２２、２３は、単結晶超伝導薄膜からなり、インダ
クタンスやキャパシタンス等を構成している。そして、
第２回路構成要素２２をまたいで第１回路構成要素２１
と第３回路構成要素２３を橋渡しするクロスオーバーブ
リッジを構成している。これにより、第１回路構成要素
２１と第３回路構成要素２３を電気的に接続している。
【０００４】ここで、第１、第３回路構成要素２１、２
３に接する部分（橋桁部分）をコンタクト部４２、４２
とし、コンタクト部４２、４２に支えられ、第２回路構
成要素をまたいでいる部分をクロスオーバー部４１とす
る。これらのコンタクト部４２、４２およびクロスオー
バー部４１は常伝導材料により形成されている。このた
め、超伝導材料からなる第１、第３回路構成要素２１、
２３において導体損失を低減できても、クロスオーバー
部４１およびコンタクト部４２、４２で導体損失が発生
してしまう。またコンタクト部４２、４２において、常
伝導材料と超伝導材料の界面Ａが形成され、界面抵抗が
発生するので、回路全体の特性は十分に向上しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、クロスオーバ
ー部４１およびコンタクト部４２、４２を第１回路構成
要素２１、第３回路構成要素２３と同じ超伝導材料で構
成すれば界面抵抗が発生しなくなり、クロスオーバー部
４１およびコンタクト部４２、４２全体の導体損失も低
減できる。
【０００６】そこで本発明者らは、コンタクト部４２、
４２およびクロスオーバー部４１を超伝導材料により形
成した図９に示す超伝導薄膜を用いた回路を作成した。
図８および９において、回路中の電流の流れを矢印６０
で示し、超伝導材料からなる部分の複数の平行線によ
り、単結晶超伝導薄膜の結晶のｃ面に平行な方向を示し
ている。以下に述べる実施形態を示す図においても同様
に矢印および複数の平行線を示している。
【０００７】ところで、超伝導材料には電気伝導特性に
結晶異方性が有り、結晶のｃ面に平行な方向（図９の平
行線に沿った方向）には電流は流れやすいが、結晶のｃ
面に垂直な方向（図９の平行線に垂直な方向）、すなわ
ちａ、ｂ面に平行な方向には電流が流れにくい。これ
は、ａ、ｂ面に沿った方向では臨界電流密度が低いため
である。よって、図８のようにコンタクト部４２、４２
およびクロスオーバー部４１を超伝導材料で形成して
も、第２超伝導薄膜４０のコンタクト部４２、４２では
電流が結晶のｃ面に垂直に流れることになる。これによ
って電気伝導度が律則されてしまい、コンタクト部４
２、４２の深さが深いほど回路全体の特性の向上に関し
て不利になる。
【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、クロスオーバー部およびコンタクト部での電流を流
れやすくして、回路全体の特性を向上させることを目的
とする。
【０００９】
【発明の概要】上記目的を達成するため、請求項１に記
載の発明では、単結晶誘電体基板の上に、単結晶誘電体
基板表面に対して結晶のｃ軸が垂直な第１単結晶超伝導
薄膜をパターニングして第１、第２回路構成要素を形成
する。そして、第１、第２回路構成要素表面及び露出し
た前記単結晶誘電体基板の上に、第１回路構成要素の表
面の一部が露出するようにコンタクトホール部が形成さ
れた層間絶縁膜を形成する。
【００１０】そして、コンタクトホール部に、結晶のｃ
軸が単結晶誘電体基板表面に対して平行となるように、
第２単結晶超伝導薄膜によりコンタクト部を形成する。
そして、層間絶縁膜表面及びコンタクト部表面に、結晶
のｃ軸が単結晶誘電体基板表面に対して垂直な第３単結
晶超伝導薄膜からなり、層間絶縁膜の上に第２回路構成
要素を横切るようにクロスオーバー部を形成する。
【００１１】よって、第２単結晶超伝導薄膜の結晶のｃ
面が単結晶誘電体基板面に対して垂直となる。そして、
電流は単結晶誘電体基板面に垂直に流れるため、コンタ
クト部での電流は流れやすくなる。従って、第１、第２
回路構成要素、コンタクト部、クロスーオーバー部の電
流経路において電流がｃ面に沿って流れる構造となり、
電流が流れやすくなり、回路全体における特性を大幅に
向上させることができる。また、第１単結晶超伝導薄膜
表面に、単結晶誘電体基板表面に対して傾斜した第１傾
斜面を形成するようにしている。このことにより、第１
単結晶超伝導薄膜と第２単結晶超伝導薄膜との接触面積
が、傾斜面のないものに比べて増加し、電流が流れやす
くなる。 この場合、第１単結晶超伝導薄膜表面に、第１
単結晶超伝導薄膜とエッチング速度の等しいエッチバッ
ク部材を塗布し、エッチバック部材表面を第１傾斜面の
形状に対応する形状にパターニングし、エッチバック部
材の形状を第１単結晶超伝導薄膜に転写する。このこと
により、第１単結晶超伝導薄膜に第１傾斜面を容易に形
成することが出来る。
【００１２】また請求項２に記載の発明では、第１、第
２回路構成要素に加えて第３回路構成要素を形成する。
そして、第１回路構成要素と第３回路構成要素の上にコ
ンタクト部を形成し、層間絶縁膜の上およびコンタクト
部の上に、層間絶縁膜を介して第２回路構成要素を横切
るようにクロスオーバー部を形成する。
【００１３】よって、第２回路構成要素をまたいで第１
回路構成要素と第３回路構成要素との電気的接続を行う
ことが出来、集中定数型回路等の複雑な回路において、
回路要素間の電気的接続が容易となる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】また請求項３に記載の発明では、第２単結
晶超伝導薄膜表面に、単結晶誘電体基板表面に対して傾
斜した第２傾斜面を形成するようにしている。このこと
により、第２単結晶超伝導薄膜と第３単結晶超伝導薄膜
との接触面積が、傾斜面のないものに比べて増加し、電
流が流れやすくなる。 この場合、請求項４に記載の発明
のように、第２単結晶超伝導薄膜表面に、第２単結晶超
伝導薄膜とエッチング速度の等しいエッチバック部材を
塗布し、エッチバック部材表面を第２傾斜面の形状に対
応する形状にパターニングし、エッチバック部材の形状
を第２単結晶超伝導薄膜に転写することにより、第２単
結晶超伝導薄膜に第２傾斜面を容易に形成することが出
来る。 また請求項５に記載の発明では、第１、第２回路
構成要素に加えて第３回路構成要素を形成し、第１回路
構成要素と第３回路構成要素の上にコンタクト部を形成
し、層間絶縁膜の上およびコンタクト部の上に、層間絶
縁膜を介して第２回路構成要素を横切るようにクロスオ
ーバー部を形成している。さらに、請求項４に記載の発
明と同様、第２単結晶超伝導薄膜表面に、第２単結晶超
伝導薄膜とエッチング速度の等しいエッチバック部材を
塗布し、エッチバック部材表面を第２傾斜面の形状に対
応する形状にパターニングし、エッチバック部材の形状
を第２単結晶超伝導薄膜に転写している。このことによ
り、第２傾斜面を形成して電流が流れやすくなり、その
場合の第２傾斜面を容易に形成することが出来る。 また
請求項６に記載の発明では、第１単結晶超伝導薄膜表面
に、単結晶誘電体基板表面に対して傾斜した第１傾斜面
を形成しており、このことにより、第１単結晶超伝導薄
膜と第２単結晶超伝導薄膜との接触面積が増加して、電
流が流れやすくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態を
図１および２に基づいて説明する。図１は本発明の超伝
導薄膜を用いた回路の断面図で、１０はMgO やLaAlO3等
の単結晶誘電体基板、２１、２２、２３は、イットリウ
ム系酸化物超伝導材料（YBCO）やタリウム系酸化物超伝
導材料（TBCCO ）等からなり、結晶のｃ軸が単結晶誘電
体基板１０表面に対して垂直な第１単結晶超伝導薄膜２
０をパターニングして形成された第１、第２、第３回路
構成要素（具体的にはインダクタンスやコンダクタンス
等）である。
【００２０】５１、５１は、結晶のｃ軸が単結晶誘電体
基板１０表面に対して平行な第２単結晶超伝導薄膜５０
からなるコンタクト部である。３０はCeO2やBaCeO3等の
単結晶層間絶縁膜、４１、４１は、結晶のｃ軸が単結晶
誘電体基板１０表面に対して垂直な第３単結晶超伝導薄
膜である。ここで、第１単結晶超伝導薄膜２０は、ｃ面
が単結晶誘電体基板１０表面に対して平行となるため、
単結晶誘電体基板１０表面に対して平行な方向に電流が
流れやすい。
【００２１】また、コンタクト部５１、５１は、ｃ面が
単結晶誘電体基板１０表面に対して垂直となるため、単
結晶誘電体基板１０表面に対して垂直な方向に電流が流
れやすくなる。また、クロスオーバー部４１は、ｃ面が
単結晶誘電体基板１０表面に対して平行となるため、単
結晶誘電体基板１０表面に平行な方向には電流が流れや
すい。
【００２２】よって、いづれの電流経路においても電流
が流れやすい結晶構造となっており、回路全体としての
特性を向上することができる。具体的には大電流あるい
は大電力を扱うことができる。以下に、第１の実施形態
に示す超伝導薄膜を用いた回路の製造方法を図２に基づ
いて説明する。
【００２３】単結晶誘電体基板１０表面に超伝導材料を
ヘテロエピタキシャル成長させて、第１単結晶超伝導薄
膜２０を形成する（図２−ａ）。ここで、第１単結晶超
伝導薄膜２０の結晶のａ軸およびｂ軸の長さが単結晶誘
電体基板１０の結晶の格子定数に近接している。よっ
て、第１単結晶超伝導薄膜２０の結晶のｃ面が単結晶誘
電体基板１０表面に配向し、ｃ軸が単結晶誘電体基板１
０表面に垂直に配向している。
【００２４】次に前記第１単結晶超伝導薄膜２０をパタ
ーンエッチして第１、第２、第３回路構成要素２１、２
２、２３を形成する（図２−ｂ）。次に絶縁材料をヘテ
ロエピタキシャル成長させて、その表面が平坦となるよ
うに単結晶層間絶縁膜３０を形成する（図２−ｃ）。次
に単結晶層間絶縁膜３０をパターンエッチしてコンタク
トホール部３１、３１を形成する（図２−ｄ）。
【００２５】次に図２−ｄの全面に超伝導材料をヘテロ
エピタキシャル成長させて、コンタクトホール部３１、
３１の深さよりも厚く第２単結晶超伝導薄膜５０を形成
する（図２−ｅ）。ここで、ｃ軸が単結晶誘電体基板１
０表面に垂直に配向するようにヘテロエピタキシャル成
長させる時よりも、単結晶誘電体基板１０の温度を 100
℃から 200℃程度低温にして、結晶のｃ軸が単結晶誘電
体基板１０表面に平行になるように成膜する。
【００２６】次に第２単結晶超伝導薄膜５０をコンタク
トホール部３１、３１のみに残るようにエッチングする
（図２−ｆ）。ここで、コンタクトホール部３１、３１
に残った第２単結晶超伝導薄膜５０はコンタクト部５
１、５１を形成している。次に図２−ｆの全面に超伝導
材料をヘテロエピタキシャル成長させて、第３単結晶超
伝導薄膜４０を形成する（図２−ｇ）。ここでは、第１
単結晶超伝導薄膜２０の結晶のｃ軸を単結晶誘電体基板
１０表面に垂直に配向させている。
【００２７】次に第３単結晶超伝導薄膜４０をパターン
エッチしてクロスオーバー部４１を形成する（図２−
ｈ）。図２には図示していないが、この工程以外にグラ
ンドプレーンを形成する工程及び電力の入出力用のボン
ディング形成工程を経て超伝導薄膜を用いた回路が完成
する。以下、本発明の第２の実施形態を図３ないし５に
基づいて説明する。
【００２８】図３は本発明の超伝導薄膜を用いた回路の
断面図で、２４、２４は第１、第３の回路構成要素２
１、２３のパターンエッジに形成され、単結晶誘電体基
板１０表面に対して角度θ1 （０°＜θ1 ＜９０°）傾
斜した第１傾斜面である。５２、５２は、単結晶誘電体
基板１０表面に対して第１傾斜面と同様に傾斜した第２
傾斜面である。そして、第３単結晶超伝導薄膜４０を第
２傾斜面５２、５２表面および単結晶層間絶縁膜３０表
面に成膜し、パターニングして図３に示すようなクロス
オーバー部４１を形成する。
【００２９】図４および図５は、第１単結晶超伝導薄膜
２０と第２単結晶超伝導薄膜５０との界面Ａ近傍の様子
を拡大したものである。図４（ａ）は界面Ａの傾斜がゆ
るい場合（0 °＜θ1 ＜45°）、図４（ｂ）は界面Ａの
傾斜がきつい場合（45°≦θ 1 ＜90°）を示している。
図４において１つの長方形は超伝導材料の単位胞を示し
ている。短い辺の長さは結晶のａ軸長またはｂ軸長であ
り、長い辺の長さは結晶のｃ軸長に相当する。例えば超
伝導材料がYBCOであるとすれば、ａ=0.382nm、ｂ=0.388
6nm 、ｃ=1.1688nm となる。ａとｂの長さはほとんど等
しく、ｃはその約３倍の長さとなっている。
【００３０】よって図５（ａ）に示すように、第１単結
晶超伝導薄膜２０のａ軸またはｂ軸方向に配列した３個
の単位胞を１組とし、この３個の単位胞のｃ面に対して
第２単結晶超伝導薄膜５０のａ面またはｂ面が重なった
テラス構造となっている。また同様に、第１単結晶超伝
導薄膜２０のａ面またはｂ面に対しては、第２単結晶超
伝導薄膜５０のａ軸またはｂ軸方向に配列した３個の単
位胞のｃ面が重なったテラス構造となっている。
【００３１】このようにして界面Ａが形成されれば、界
面Ａにおける格子不整合が起こり難くなる。そして、図
４に示す単結晶誘電体基板１０表面（第１単結晶超伝導
薄膜２０のｃ面）に対する界面Ａの巨視的な角度θ
1 （図５のような階段状の界面Ａを巨視的に平面状とみ
なした場合、第１傾斜面２４、２４の単結晶誘電体基板
１０表面に対する角度θ1 ）は tanθ1= 1/N（0 °＜θ
1 ＜45°）、 tanθ1= N（45°≦θ1 ＜90°）の関係を
有していればよい。
【００３２】ここで、 Nは自然数を表し、ｃが完全にａ
およびｂの３倍であると近似している。実際ｃは完全に
ａの３倍ではないので、正確には tanθ1= (c/3a)/N か
(c/3b)/N （0 °＜θ1 ＜45°）、tan θ1 = N ×(c/3
a) か N×(c/3b)（45°≦θ 1 ＜90°）と表される。そ
して、図５（ｂ）に示すような傾斜のない場合には、断
面からみた界面Ａの長さ（図中太線で示す部分）はコン
タクトホール部３１の直径ｄ（図中では 8×ｃ）である
のに対して、図５（ａ）に示すような傾斜のある場合に
はコンタクトホール部３１の直径ｄよりも長くなる（図
中では16×ｃ）。
【００３３】断面からみた界面Ａの長さが大きくなると
いうことは界面を形成する面積が大きくなることを意味
している。電流の流れやすさは界面Ａの面積に比例する
ため、界面Ａに傾斜がある方が電流が流れやすくなり、
回路全体としての特性を向上させることができる。ま
た、第２単結晶超伝導薄膜５０と第３単結晶超伝導薄膜
５０との界面Ｂについても同様のことが言える。
【００３４】以下、本発明の第３の実施形態を図６およ
び７に基づいて説明する。図６において、２５、２５は
第１、３回路構成要素２１、２３のパターンエッジを避
けた部分に設けられ、第１単結晶超伝導薄膜２０のａ軸
またはｂ軸のどちらか一方に対して平行で、単結晶誘電
体基板１０表面に対して角度θ3 （ 0゜＜θ3 ≦90゜）
傾斜する第３傾斜面である。
【００３５】２６、２６は第１単結晶超伝導薄膜２０の
ｃ軸について第３傾斜面２５、２５に対称な位置に形成
され、第１単結晶超伝導薄膜２０のａ軸またはｂ軸のど
ちらか一方に対して平行で、単結晶誘電体基板１０表面
に対して角度θ4 （ 0゜＜θ 4 ＜90゜）傾斜する第４傾
斜面である。そして、第３傾斜面２５、２５および第４
傾斜面２６、２６により、両側面がテーパした凹部２０
ａ、２０ａを第１単結晶超伝導薄膜２０に形成し、かつ
界面Ａを構成している。
【００３６】第２単結晶超伝導薄膜５０も第１単結晶超
伝導薄膜２０と同様に、第２単結晶超伝導薄膜のａ軸ま
たはｂ軸のどちらか一方に対して平行で、単結晶誘電体
基板１０表面に対して角度θ5 （ 0゜≦θ5 ＜90゜）傾
斜する第５傾斜面５３、５３およびθ6 （ 0゜＜θ6 ＜
90゜）傾斜する第６傾斜面５４、５４を有する。そし
て、第５傾斜面５３、５３および第６傾斜面５４、５４
により、両側面がテーパした凸部５０ａ、５０ａを第２
単結晶超伝導薄膜５０に形成し、かつ界面Ｂを構成して
いる。
【００３７】よって、界面Ａ及び界面Ｂの面積が第２の
実施形態よりも拡大され、より電流が流れやすくなる。
ここで、角度θ3 、角度θ4 、角度θ5 、角度θ6 は、
上述の第２の実施形態に示した角度θ1 の関係 tanθ1=
1/N（0 °＜θ1 ＜45°）、tanθ1= N（45°≦θ1 ＜9
0°）または tanθ1= (c/3a)/N か (c/3b)/N （0 °＜
θ1 ＜45°）、tan θ1 = N ×(c/3a) か N×(c/3b)
（45°≦θ1 ＜90°）と同じ関係を有する。
【００３８】以下に、第３の実施形態に示す超伝導薄膜
を用いた回路の製造方法を図７に基づいて説明する。単
結晶誘電体基板１０表面に超伝導材料をヘテロエピタキ
シャル成長させて、第１単結晶超伝導薄膜２０を形成す
る（図７−ａ）。次に前記第１単結晶超伝導薄膜２０を
パターンエッチして第１、第２、第３回路構成要素２
１、２２、２３を形成する（図７−ｂ）。次に第１単結
晶超伝導薄膜２０とエッチングレートの等しいエッチバ
ック部材７０を第１単結晶超伝導薄膜２０の膜厚程度
に、かつその表面が平坦となるように塗布する（図７−
ｃ）。
【００３９】次にエッチバック部材７０において得るべ
き第３、第４傾斜面２５、２５、２６、２６に対応する
形状の傾斜面を有する凹部７１、７１を形成する（図７
−ｄ）。次に第１、第３回路構成要素２１、２３表面が
露出するまでエッチバック部材７０を除去すると、凹部
７１に対応する第１単結晶超伝導薄膜２０も同時にエッ
チング除去が開始する。最終的には、凹部７１、７１の
形状が第１単結晶超伝導薄膜２０に転写され、第３、第
４傾斜面２５、２５、２６、２６を有する凹部２０ａ、
２０ａが形成される（図７−ｅ）。
【００４０】次に絶縁材料をヘテロエピタキシャル成長
させて、その表面が平坦となるように単結晶層間絶縁膜
３０を形成する（図７−ｆ）。次に単結晶層間絶縁膜３
０をパターンエッチしてコンタクトホール部３１、３１
を形成する（図７−ｇ）。次に単結晶層間絶縁膜３０表
面において、得るべきクロスオーバー部４１の厚さに超
伝導材料をヘテロエピタキシャル成長させて、その表面
が平坦となるように第２単結晶超伝導薄膜５０を形成す
る。
【００４１】次に第２単結晶超伝導薄膜５０とエッチン
グレートの等しいエッチバック部材７０を第２単結晶超
伝導薄膜５０の膜厚程度に塗布する。そして、エッチバ
ック部材７０において得るべき第５、第６傾斜面５３、
５３、５４、５４に対応する形状の傾斜面を有する凸部
７２、７２を形成する（図７−ｈ）。次に凸部７２、７
２が完全に除去されるまでエッチング除去すると、凸部
７２、７２に対応する第２単結晶超伝導薄膜５０も同時
にエッチング除去される。よって、凸部７２、７２の形
状が第２単結晶超伝導薄膜５０に転写され、第５、第６
傾斜面５３、５３、５４、５４を有する凸部５０ａ、５
０ａが形成される（図７−ｉ）。次に得るべきクロスオ
ーバー部４１の厚さに超伝導材料をヘテロエピタキシャ
ル成長させて、第３単結晶超伝導薄膜４０を形成する。
そして、前記第３単結晶超伝導薄膜４０をパターンエッ
チしてクロスオーバー部４１を形成する（図７−ｊ）。
【００４２】以下に、エッチバック部材７０に傾斜面を
有する凹部７１および凸部７２を形成する方法を述べ
る。一般にレジストのパターニング法としては、まず基
板にポジレジストを塗布し、このポジレジストに、透明
部と不透明部のあるマスクをあて、これを通して紫外線
を照射する。ポジレジストにおいて、感光された部分
（マスクの透明部分に対応する部分）は現像の際に除去
され、感光されていない部分（マスクの不透明部分に対
応する部分）は現像の際に基板上にそのまま残る。
【００４３】このようにして、ポジレジストがパターニ
ングされる。そして本実施形態では、エッチバック部材
７０としてポジレジストを用い、図示しないマスクにお
いて凹部７１、７１の底部に対応する位置に矩形状透明
部を設ける。傾斜面に対応する位置においては、後工程
の紫外線照射量が、上記矩形状透明部の辺側から傾斜面
が形成されなくなる部分に対応する位置に向かって徐々
に減少するように複数の縞状透明部を設ける。
【００４４】こうすることにより、エッチバック部材７
０に凹部７１、７１を形成できる。同様にして凸部７
２、７２も形成できる。ここで、ネガレジストを使用し
てもよい。この場合、ポジレジストとは逆に、紫外線が
照射して感光された部分が基板上に残ることになる。上
述の第２の実施形態において、第１傾斜面２４、２４を
第１単結晶超伝導薄膜２０に形成する際に、第３実施形
態で述べたような傾斜面を有する凹部７１および凸部７
２の形成方法を用いてもよい。
【００４５】つまり、エッチバック部材に第１傾斜面２
４、２４に対応する形状の傾斜面を有する凹部を形成
し、この凹部の形状を第１単結晶超伝導薄膜２０に転写
してもよい。また同様に、第２単結晶超伝導薄膜５０に
形成される第２傾斜面５２、５２を上記第３実施形態で
述べた方法を用いて形成してもよい。以上の第２実施形
態および第３実施形態では、第１単結晶超伝導薄膜２０
および第２単結晶超伝導薄膜５０の両方に傾斜面を形成
しているが、本発明はどちらか一方に傾斜面を形成して
もよい。こうすることにより、第１の実施形態にくらべ
て界面ＡまたはＢの面積が拡大されて電流が流れやすく
なり、従来の回路よりもさらに回路全体の特性が向上す
ることになる。
【００４６】また第２実施形態および第３実施形態で
は、第１回路構成要素２１と第３回路構成要素２３に設
ける第３、第４、第５、第６傾斜面２５、２６、５３、
５４の角度をそれぞれ等しくしたが、異なっていてもよ
い。また第３実施形態では、第１単結晶超伝導薄膜２０
および第２単結晶超伝導薄膜５０において両側面がテー
パした凹部２０ａおよび凸部５０ａを形成して界面Ａお
よび界面Ｂを構成しているが、凹部２０ａおよび凸部５
０ａの両側面に加えて残りの２側面もテーパしていてよ
い。こうすることにより、さらに界面ＡおよびＢの面積
が拡大される。
【００４７】また以上の実施形態では、第１単結晶超伝
導薄膜２０において第１、第２、第３回路構成要素２
１、２２、２３のみについて述べたが、本発明はこれに
限定されることなく、３つ以上の回路構成要素を形成し
ていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す超伝導薄膜を用
いた回路の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す超伝導薄膜を用
いた回路の製造工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す超伝導薄膜を用
いた回路の断面図である。
【図４】（ａ）は界面Ａの傾斜がゆるい場合の界面Ａ近
傍の拡大図、（ｂ）は界面Ａの傾斜がきつい場合の界面
Ａ近傍の拡大図である。
【図５】（ａ）は第２の実施形態の断面から見た界面Ａ
の長さを示す図、（ｂ）は第１の実施形態の断面からみ
た界面Ａの長さを示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す超伝導薄膜を用
いた回路の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す超伝導薄膜を用
いた回路の製造工程断面図である。
【図８】従来技術の超伝導薄膜を用いた回路を示す断面
図である。
【図９】発明者らが作成した超伝導薄膜を用いた回路を
示す断面図である。
【符号の説明】
１０…単結晶誘電体基板、２０…第１単結晶超伝導薄
膜、２１、２２、２３…第１、第２、第３回路構成要
素、３０…単結晶層間絶縁膜、３１…コンタクトホール
部、４０…第３単結晶超伝導薄膜、４１…クロスオーバ
ー部、５０…第２単結晶超伝導薄膜、５１…コンタクト
部。
───────────────────────────────────────────────────── 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４−167578（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−90032（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−77545（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−346277（ＪＰ，Ａ) 国際公開94／28627（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/24 H01L 39/00 H01L 39/02 H01L 39/22

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単結晶誘電体基板（１０）表面に、結晶
    のｃ軸が単結晶誘電体基板（１０）表面に対して垂直と
    なるように超伝導材料をヘテロエピタキシャル成長させ
    て、第１単結晶超伝導薄膜（２０）を形成する第１の工
    程と、 前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）をパターニングして
    第１、第２回路構成要素（２１、２２）を形成する第２
    の工程と、 前記第１、第２回路構成要素（２１、２２）表面及び露
    出した前記単結晶誘電体基板（１０）表面に絶縁材料を
    ヘテロエピタキシャル成長させて単結晶層間絶縁膜（３
    ０）をその表面が平坦となるように形成する第３の工程
    と、 前記第１回路構成要素（２１）の表面の一部が露出する
    ように前記単結晶層間絶縁膜（３０）にコンタクトホー
    ル部（３１）を形成する第４の工程と、 超伝導材料を結晶のｃ軸が単結晶誘電体基板（１０）表
    面に対して平行となるようにヘテロエピタキシャル成長
    させ前記コンタクトホール部（３１）に第２単結晶超伝
    導薄膜（５０）を形成することで、前記コンタクトホー
    ル部（３１）にコンタクト部（５１）を設ける第５の工
    程と、 前記単結晶層間絶縁膜（３０）表面および前記コンタク
    ト部（５１）表面に、超伝導材料を結晶のｃ軸が前記単
    結晶誘電体基板（１０）表面に対して垂直となるように
    ヘテロエピタキシャル成長させて、第３単結晶超伝導薄
    膜（４０）を形成する第６の工程と、 前記第３単結晶超伝導薄膜（４０）をパターニングし
    て、前記単結晶層間絶縁膜（３０）上で前記第２回路構
    成要素（２２）を横切るように、かつ前記第１回路構成
    要素（２１）と電気的に接続されるようにクロスオーバ
    ー部（４１）を形成する第７の工程と、を含み、 前記第２の工程は、前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）
    表面に、前記単結晶誘電体基板（１０）表面に対して傾
    斜した第１傾斜面（２４）を形成する工程を含むもので
    あって、この第１傾斜面（２４）を形成する工程は、 前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）とエッチング速度の
    等しいエッチバック部材（７０）を塗布する工程と、 前記エッチバック部材（７０）表面を前記第１傾斜面
    （２４）の形状に対応す る形状にパターニングする工程
    と、 前記エッチバック部材（７０）の形状を前記第１単結晶
    超伝導薄膜（２０）に転写する工程と、 からなることを特徴とする超伝導薄膜を用いた回路の製
    造方法。
  2. 【請求項２】 単結晶誘電体基板（１０）表面に、結晶
    のｃ軸が単結晶誘電体基板（１０）表面に対して垂直と
    なるように超伝導材料をヘテロエピタキシャル成長させ
    て、第１単結晶超伝導薄膜（２０）を形成する第１の工
    程と、 前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）をパターニングして
    第１、第２、第３回路構成要素（２１、２２、２３）を
    形成する第２の工程と、 前記第１、第２、第３回路構成要素（２１、２２、２
    ３）表面及び露出した前記単結晶誘電体基板（１０）表
    面に絶縁材料をヘテロエピタキシャル成長させて単結晶
    層間絶縁膜（３０）をその表面が平坦となるように形成
    する第３の工程と、 前記第１回路構成要素（２１）および第３回路構成要素
    （２３）の表面の一部が露出するように前記単結晶層間
    絶縁膜（３０）にコンタクトホール部（３１、３１）を
    形成する第４の工程と、 超伝導材料を結晶のｃ軸が単結晶誘電体基板（１０）表
    面に対して平行となるようにヘテロエピタキシャル成長
    させ前記コンタクトホール部（３１、３１）に第２単結
    晶超伝導薄膜（５０）を形成することで、前記コンタク
    トホール部（３１、３１）にコンタクト部（５１、５
    １）を設ける第５の工程と、 前記単結晶層間絶縁膜（３０）表面および前記コンタク
    ト部（５１、５１）表面に、超伝導材料を結晶のｃ軸が
    前記単結晶誘電体基板（１０）表面に対して垂直となる
    ようにヘテロエピタキシャル成長させて、第３単結晶超
    伝導薄膜（４０）を形成する第６の工程と、 前記第３単結晶超伝導薄膜（４０）をパターニングし
    て、前記単結晶層間絶縁膜（３０）上で前記第２回路構
    成要素（２２）を横切るように、かつ前記第１回路構成
    要素（２１）および前記第３回路構成要素（２３）を電
    気的に接続するようにクロスオーバー部（４１）を形成
    する第７の工程と、を含み、 前記第２の工程は、前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）
    表面に、前記単結晶誘 電体基板（１０）表面に対して傾
    斜した第１傾斜面（２４）を形成する工程を含むもので
    あって、この第１傾斜面（２４）を形成する工程は、 前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）とエッチング速度の
    等しいエッチバック部材（７０）を塗布する工程と、 前記エッチバック部材（７０）表面を前記第１傾斜面
    （２４）の形状に対応する形状にパターニングする工程
    と、 前記エッチバック部材（７０）の形状を前記第１単結晶
    超伝導薄膜（２０）に転写する工程と、 からなることを特徴とする超伝導薄膜を用いた回路の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 前記第５の工程は、前記第２単結晶超伝
    導薄膜（５０）表面に、前記単結晶誘電体基板（１０）
    表面に対して傾斜した第２傾斜面（５２）を形成する工
    程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の超伝
    導薄膜を用いた回路の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記第２傾斜面（５２）を形成する工程
    は、 前記第２単結晶超伝導薄膜（５０）とエッチング速度の
    等しいエッチバック部材（７０）を塗布する工程と、 前記エッチバック部材（７０）表面を前記第２傾斜面
    （５２）の形状に対応する形状にパターニングする工程
    と、 前記エッチバック部材（７０）の形状を前記第２単結晶
    超伝導薄膜（５０）に転写する工程と、 からなることを特徴とする請求項３に記載の超伝導薄膜
    を用いた回路の製造方法。
  5. 【請求項５】 単結晶誘電体基板（１０）表面に、結晶
    のｃ軸が単結晶誘電体基板（１０）表面に対して垂直と
    なるように超伝導材料をヘテロエピタキシャル成長させ
    て、第１単結晶超伝導薄膜（２０）を形成する第１の工
    程と、 前記第１単結晶超伝導薄膜（２０）をパターニングして
    第１、第２、第３回路構成要素（２１、２２、２３）を
    形成する第２の工程と、 前記第１、第２、第３回路構成要素（２１、２２、２
    ３）表面及び露出した前記単結晶誘電体基板（１０）表
    面に絶縁材料をヘテロエピタキシャル成長させて 単結晶
    層間絶縁膜（３０）をその表面が平坦となるように形成
    する第３の工程と、 前記第１回路構成要素（２１）および第３回路構成要素
    （２３）の表面の一部が露出するように前記単結晶層間
    絶縁膜（３０）にコンタクトホール部（３１、３１）を
    形成する第４の工程と、 超伝導材料を結晶のｃ軸が単結晶誘電体基板（１０）表
    面に対して平行となるようにヘテロエピタキシャル成長
    させ前記コンタクトホール部（３１、３１）に第２単結
    晶超伝導薄膜（５０）を形成することで、前記コンタク
    トホール部（３１、３１）にコンタクト部（５１、５
    １）を設ける第５の工程と、 前記単結晶層間絶縁膜（３０）表面および前記コンタク
    ト部（５１、５１）表面に、超伝導材料を結晶のｃ軸が
    前記単結晶誘電体基板（１０）表面に対して垂直となる
    ようにヘテロエピタキシャル成長させて、第３単結晶超
    伝導薄膜（４０）を形成する第６の工程と、 前記第３単結晶超伝導薄膜（４０）をパターニングし
    て、前記単結晶層間絶縁膜（３０）上で前記第２回路構
    成要素（２２）を横切るように、かつ前記第１回路構成
    要素（２１）および前記第３回路構成要素（２３）を電
    気的に接続するようにクロスオーバー部（４１）を形成
    する第７の工程と、を含み、 前記第５の工程は、前記第２単結晶超伝導薄膜（５０）
    表面に、前記単結晶誘電体基板（１０）表面に対して傾
    斜した第２傾斜面（５２）を形成する工程を含むもので
    あって、この第２傾斜面（５２）を形成する工程は、 前記第２単結晶超伝導薄膜（５０）とエッチング速度の
    等しいエッチバック部材（７０）を塗布する工程と、 前記エッチバック部材（７０）表面を前記第２傾斜面
    （５２）の形状に対応する形状にパターニングする工程
    と、 前記エッチバック部材（７０）の形状を前記第２単結晶
    超伝導薄膜（５０）に転写する工程と、 からなることを特徴とする超伝導薄膜を用いた回路の製
    造方法。
  6. 【請求項６】 前記第２の工程は、前記第１単結晶超伝
    導薄膜（２０）表面に、前記単結晶誘電体基板（１０）
    表面に対して傾斜した第１傾斜面（２４）を 形成する工
    程を含むことを特徴とする請求項５に記載の超伝導薄膜
    を用いた回路の製造方法。
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