JPH02194574A - セラミックス系超伝導体の配線形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 セラミ・！クス系（酸化物）超伝導体、より詳しくは、
その配線形成方法に関し、 良好な膜質の得られる高温の基板温度にてセラミックス
系超伝導体膜を形成し、ゴミの発生を防いで、微細なパ
ターン（配線）に形成する方法を提供することを目的と
し、 下記工程（ア）〜（オ）工程：　（ア）基板」−に、配
線箇所以外を覆うパターンであってその表面が絶縁性で
ありかつその側面が逆テーパ形状なシ）ジオ−バーハン
グ形状である該パターンを形成する工程；　（イ）セラ
ミックス系超伝導体の薄膜を前記基板の表出面上と前記
パターン上とに分離して形成する工程；　（つ）前記基
板表出面上の前記セラミックス系超伝導体薄膜部分をレ
ジストで選択的に被覆する工程；　（１）前記パターン
上の前記セラミックス系超伝導体薄膜部分を除去する工
程；および（オ）前記レジストを除去する工程；を含む
セラミックス系超伝導体の配線形成方法に構成する。

Ｓ産業上の利用分野〕 本発明は、セラミックス系（酸化物）超伝導体、より詳
しくは、その配線形成方法に関するものである。

本発明は、特に、リアクティブイオンエツチング（ＲＩ
Ｅ）などの通常の異方性ドライエツチングによるバター
ニングに困灯が伴なうセラミックス系超伝導体における
、微細な配線へのバターニング方法に関する。

集積回路（ＩＣ）などの機能装置での特性向上のために
、最近開発研究がなされているセラミックス系超伝導体
をその配線に利用することが試みられているわ 〔従来の技術〕 セラミックス系超伝導体の膜のバターニングにおいては
、（１）ウェットエツチング法、（２）リフト・オフ法
、（３）スパッタエツチング法および（４）イオンビー
ノ・による直接バターニング法などの方法がある。

〔発明が解決しようする課題〕

そのうち、ウェットエツチング法は、希釈塩酸のエツチ
ング液を用いて簡便に行なえるが、レジストマスク下の
横方向へのサイドエツチングの制御性が悪い点と、エン
チング液にセラミックス系超伝導体の成分が溶は出して
超伝導性が劣化するという点に問題がある。このため、
実際に形成できるパターン幅（配線幅）は、１０−以上
である。

また、レジストを利用したリフト・オフ法によって簡便
に微細パターン（配線）を形成することができるが、リ
フト・オフ法特有の多量のゴミ（コンタミ）発生が問題
である。さらに、この場合に、レジストパターン上にセ
ラミックス系超伝導膜を形成するので、レジストが耐え
うる温度までしか基板を加熱することができず、成膜時
温度が低くなり、リフト・オフ後に後処理の加熱が必要
となる。このような後加熱処理しても超伝導体膜の特性
は高温成膜での特性まで向上しない。要するに、良好な
膜質の超伝導体配線は得られない。

また、スパッタエツチング法によるバターニングは、エ
ツチング速度が遅いという点と、レジストマスクとセラ
ミックス超伝導体との選択比（エッチレート比）が不十
分である（実際、レジストのエツチング速度が超伝導体
のエツチング速度よりも速い）という点で、実用には向
いていない。

さらに、イオンビーム（例えば、Ａｒ”　ビート）によ
る直接バターニング法〈直接加工法〉では、直接バター
ニングに特有のスルーブツトの低さと、スパッタされた
セラミックス系超伝導体がゴミ（コンタミ）の原因とな
るとの問題がある。

本発明の目的は、上述した問題点を解消したセラミック
ス系超伝導体のバターニング方法、すなわち、配線形成
方法を提供することであり、良好な膜質の得られる高温
の基板温度にてセラミックス系超伝導体膜を形成し、ゴ
ミの発生を防いで、微細なパターン（配線）に形成する
方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、下記工程〈ア）〜（オ）工程：（ア）基
板上に、配線箇所以外を覆うパターンであってその表面
が絶縁性でありかつその側面が逆テーパ形状ないしオー
バーハング形状である該パターンを形成する工程：　（
イ）セラミックス系超伝導体の薄膜を基板の表出面上と
前記パターン」二とに分離して形成する工程；　（つ）
基板表出面上の前記セラミックス系超伝導体薄膜部分を
レジストで選択的に被覆する工程；　（１）パターン上
のセラミックス系超伝導体薄膜部分を除去する工程；お
よび（オ）レジストを除去する工程：を含むことを特徴
とするセラミックス系超伝導体の配線形成方法によって
達成される。

（１）工程の後に続いて、パターンをエツチング除去す
ることは、基板表面上をセラミックス系超伝導体配線の
みにするので好ましい。

上述の（ア）工程を次のような（キ）〜（ケ）工程：　
（キ）基板上に多結晶シリコン膜を形成する工程；　（
り）基板の配線箇所が表出するように、多結晶シリコン
膜をその側面が逆テーパ形状になるように選択エツチン
グする工程；および（ケ）多結晶シリコン膜を酸化して
酸化物層を形成する工程；で構成することは好ましい。

さらに、上述の（ア）工程を次のような（コ）〜（ス）
工程：　（コ）基板上に第１絶縁膜を形成する工程；　
（す）第１絶縁膜上に、該第１絶縁膜とは異なる材料の
第２絶縁膜を形成する工程；（シ）基板の配線箇所が表
出するように、第２絶縁膜および第１絶縁膜を選択エツ
チングする工程；および（ス）第１絶縁膜をさらにエツ
チングして第２絶縁膜の端部をオーバーハング部とする
工程；で構成することは好ましい。

〔作　用〕

本発明では、セラミックス系超伝導体の薄膜を形成する
際に、基板の配線箇所以外をパターンで覆い、該パター
ンは絶縁体あるいは表面が絶縁層で被覆された導電体で
作られ、その側面が逆テーパ形状ないしオーバーハング
形状となっているので、基板を高温に加熱できかつＲＦ
マグネトロンスパッタリング法、電子線蒸着法あるいは
レーザースパッタリング法でもって形成する該薄膜は基
板の表出面に付着する部分とパターン上に付着する部分
とに離れる。さらに、基板表出面上のセラミックス系超
伝導体薄膜部分（すなわち、配線）をレジストで完全に
被覆するので、この部分をエツチング液に触れさせずに
、パターン−ヒにある不要の超伝導体薄膜部分をエツチ
ング液でエツチングできてゴミの発生を回避することが
できる。基板上にパターンを形成するときに、通常のり
ソグラフィ技術を用いることができるので、ＩＳられる
配線の幅および間隙（ライン・アンド・スペース）を１
μ程度まで微細にすることができる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明に係る形成方法にした
がってセラミックス系超伝導体配線を形成する工程図で
ある。

まず、第１図（Ａ、）に示すように、所定の基板ｌを用
意して、その上に絶縁体膜２を形成する。

基板１としては、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネ
シウム、酸化ジルコニウム又はフッ素化カルシウトの板
あるいはこれら材料又は白金の表面層を形成した仮を用
いる。絶縁体２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物な
どでＣＶＤ法によって形成する。

第１図（Ｂ）に示すように、絶縁体膜２を公知のリング
ラフィ技術で側面が逆テーパー形状になるように選択エ
ツチングして所定のパターン２Ａにする。このためには
、例えば、絶縁体膜２上にレジストを塗布し、露光・現
像によりレジストパターンマスク（図示せず）とし、Ｒ
ＩＥ等の異方性エツチングでもって絶縁体膜２をエツチ
ングし、側面が逆テーパー形成となるようにする。そし
て、レジストマスクを除去する。このようにしてバター
ニングして得た絶縁体パターン２Ａは基板表面の配線形
成領域以外を被覆している。

次に、基板１を高温（〜約８００℃）に加熱した状態で
ＲＦマグネトロンスパッタリング、ＥＢｉ着、レーザー
スパッタリング等によって、第１図（Ｃ）に示すように
、セラミックス系超伝導体薄膜３Ａ、３Ｂを全面に形成
する。このときに、該超伝導体膜を、配線となる基板１
表面上の部分３Ａと絶縁体パターン２Ａ上の部分３Ｂと
に切り離されて形成する。セラミックス系超伝導体とし
ては、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ　、Ｂ＋２Ｓｒ２Ｃａ、、Ｃ
ｕｙＯｚなどがある。

冷却後に、第１図（Ｄ）に示すように、レジスト膜４を
全面に塗布する。

そして、レジスト膜４を露光・現像して、第１図（Ｅ）
に示すように、基板表面上のセラミックス系超伝導体部
分３Ａを完全に覆うレジストパターンマスク４Ａとし、
これは配線パターンとほぼ同じパターンである。

レジストパターンマスク４Ａをマスクとして、第１図（
Ｆ）に示すように、希釈した塩酸のエツチング液でもっ
て絶縁体パターン２Ａ上のセラミックス系超伝導体部分
３Ｂを除去する。

なお、第１図（Ｅ）および（Ｆ）でのようにレジストパ
ターンマスク４Ａとしないで第１１ｆｆｌ（Ｅ’）およ
び（Ｆ′）に示すようなレジストパターンマスク４Ｂと
することができる。この場合には、レジスト膜４の形成
後に、第１図（Ｅ′）のように絶縁体パターン２Ａ上の
超伝導体部分３Ｂが表出するまでレジスト膜４を全面エ
ツチング除去する。

露光・現像工程の省略ができるので工程的に有利である
。そして、エンチング液で超伝導体部分３Ｂを除去すれ
ば、第１図（Ｆ′）に示すようになる。

次に、第１図（Ｇ）に示すように、レジストパターンマ
スク４Ａ（又は４Ｂ）をマッシング（灰化）して除去し
て、セラミックス系超伝導体配線３Ａが得られる。この
ようにセラミックス系超伝導体薄膜のパターニングがで
きる。

このようにすると基板１上に絶縁体パターン２Ａ（第１
図（Ｇ））が残っており、これを除去して基板１上にセ
ラミックス系超伝導体配線３Ａのみを存在させることが
次のようにしてできる。第１図（Ｆ）に示すようにした
後で、レジストパターンマスク４Ａをそのままにして、
第２図（Ａ）に示すように、絶縁体パターン２Ａをエツ
チング除去する。そして、レジストマスク４Ａをアッシ
ング除去して、第２図（Ｂ）に示すように配線３Ａのみ
が基板１上に残る。

実施例２ 第３図（Ａ）〜（Ｈ）は、本発明に係る別な実施態様で
の形成方法にしたがって、セラミックス系超伝導体配線
を形成する工程図である。

１３ｉ１ｆｆｌ　（Ａ）に示すように、チタン酸ストロ
ンチウムの基板２１の上に多結晶シリコン膜２２（厚さ
：　７００ｎｍ）をＣＶＤ法によって形成する。

次に、通常のりソグラフィ技術にしたがって、多結晶シ
リコン膜２２をレジストパターンをマスクとしてＲＩＥ
（エツチングガス：Ｃ１２，０，２Ｔｏｒｒ）によって
エツチングし、第２図（Ｂ）に示すように、側面を逆テ
ーパー形状にして、多結晶シリコンパターン２２とする
。そして、レジストマスクを除去する。

第３図（Ｃ）に示すように、多結晶シリコンパターン２
２を熱酸化処理（０２＋　８２０．９５０℃、常圧）し
て、表面にシリコン酸化膜（Ｓｉｎ２膜）２３を形成し
、配線箇所以外を覆うパターン２４とする。

次に、基板２１を８００℃の高温状態にして、ＲＦマグ
ネトロンスパッタリングでＹＢａ２Ｃｕ、Ｏｘのセラミ
ックス系超伝導体薄膜２５Ａ　、　２５Ｂ　（［さ＝２
００ｎｍ＞を基板２１表面上とパターン２４上とに、第
３図（Ｄ）に示すように、切り離して形成する。

冷却後に、第３図（Ｅ）に示すように、レジスト膜２６
を全面に塗布形成する。

そして、レジスト膜２６を露光・現像して、第３図（Ｆ
）に示すように、基板表面上の配線となるセラミックス
系超伝導体部分２５Ａを完全に覆うレジストパターンマ
スク２６Ａとし、これは配線パターンとほぼ同じパター
ンである。

レジストパターンマスク２６Ａをマスクとして、第３図
（Ｇ）に示すように、０．１規定塩酸のエツチング液で
もってパターン２４上のセラミックス系超伝導体部分２
５Ｂを除去する。

なお、第３図（Ｆ）および（Ｇ）でのようなレジストパ
ターンマスク２６Ａとしないで、実施例１の場合と同様
にして第３図（Ｆ′）および（Ｇ′）に示すレジストパ
ターンマスク２６Ｂとすることができる。レジスト膜２
６の形成後に、レジスト膜２６を全面エツチングし、超
伝導体部分２５Ｂが表出したところでエツチングを停止
すれば、第３図（Ｆ′）に示すようになる。そして、エ
ツチング液で超伝導体部分２５Ｂを除去すれば、第３図
（Ｇ′）に示すようになる。

次に、第３１ｆｆｌ（Ｈ）に示すように、レジストパタ
ーンマスク２６Ａ（又は２６Ｂ）をアッシング除去して
、セラミックス系超伝導体配線２５Ａが得られる。

この場合に基板２１上に多結晶シリコンパターン２２と
その酸化膜２３とからなるパターン２４（第３図（Ｈ）
）が残っており、これを除去することが第２図（Ａ）〜
（Ｂ）と同様にしてできる。

すなわち、第３図（Ｇ）に示すようにした後で、レジス
トパターンマスク２６Δをそのままにして、第４図（Ａ
）に示すように、シリコン酸化膜２３をフッ酸でエツチ
ング除去し、続いて多結晶シリコンパターン２２をフッ
酸、硝酸および酢酸の混合液でエツチング除去する。そ
して、レジストパターンマスク２６Ａをアッシング除去
して、第４図（Ｂ）に示すように配線２５Ａのみが基板
２１上に残る。

実施例３ 第５図（Ａ）〜（Ｈ）は、本発明に係るその他の実施態
嘩での形成方法にしたがって、セラミックス系超伝導体
配線を形成する工程図である。

第５図（Ａ）に示すように、チタン酸ストロンチウムの
基板３１の上にシリコン酸化膜（摩さ：５００ｎｍ）　
３２を形成し、さらにその上にシリコン窒化膜（厚さ：
　３００ｎｍ）　３３を形成する。

次に、通常のリングラフィ技術にしたがって、レジスト
パターン（図示せず）をマスクとして、第５図（Ｂ）に
示すように、ＲＩＥ（ＣＦ４−＋−Ｏｚ、０、１５Ｔｏ
ｒｒ）によってこれらシリコン窒化膜３３および酸化膜
３２をエツチングし、基板３１の配線形成領域を表出さ
せる。

レジストパターンを除去した後に、希釈フッ酸を用いて
シリコン酸化膜３２を、第５図（Ｃ）に示すように、エ
ツチングしてシリコン窒化膜３３の端部をオーバーハン
グ部とする。これらシリコン酸化膜３２および窒化膜３
３がパターン３４を構成するわけである。

基板３１を８００℃の高温状態にして、ＲＦマグネトロ
ンスパッタリングでＹＢａ、、Ｃｕ３０ｘのセラミック
ス系超伝導体薄膜３５Ａ　、３６Ｂ　（厚さ：　２００
ｎｍ）を基板３１表面上とシリコン窒化膜３３（パター
ン３４）上に、第５図（Ｄ）に示すように、切り離して
形成する。

冷却後に、第５図（Ｅ）に示すように、レジスト膜３６
を全面に塗布形成する。

そして、レジスト膜３６を露光・現像して、第５図（Ｆ
）に示すように、基板表面上のセラミックス系超伝導体
部分３５Ａを完全に覆いかつ配線パターンとほぼ同じパ
ターンであるレジストパターンマスク３６Ａとする。

レジストパターンマスク３６Ａをマスクとして、第５図
（Ｇ）に示すように、０．１規定塩酸のエツチング液で
もってパターン３４　（窒化シリコン膜３３）上のセラ
ミックス系超伝導体部分３５Ｂを除去する。

なお、第５図（Ｆ）および（Ｇ）でのようなレジストパ
ターンマスク３６Ａとしないで、実施例１の場合と同様
にして第５図（Ｆ′）および（Ｇ′）に示すレジストパ
ターンマスク３６Ｂとすることができる。レジスト膜３
６の形成後に、レジスト、嗅３６を全面工γチングし、
超伝導体部分３５Ｂが表出したところでエツチングを停
止すれば、第５図（Ｆ′）に示すようになる。そして、
エツチング液で超伝導体部分３５Ｂを除去すれば、第５
図（Ｇ′）に示すようになる。

次に、第５１Ｊ　（Ｈ）に示すように、レジストパター
ンマスク３６Ａ（又は３６Ｂ）をアッシング除去して、
セラミックス系超伝導体配線３５Ａが得られる。

この場合にも、残っているパターン３４を除去すること
が第６図（Ａ）および（Ｂ）のようにしてできる。すな
わち、第５図（Ｇ）に示すようにした後で、レジストマ
スク３６Ａをそのままにして、シリコン窒化膜３３およ
びシリコン酸化膜３２をアッシング除去する。そして、
レジストマスク３６Ａをアッシング除去して、第６図（
Ｂ）に示すように配線３５Ａのみが基板３１上に残る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、セラミックス系
超伝導体を高温条件下で形成でき、この良質の超伝導体
をゴミ発生を回避して微細パターン配線にすることがで
きて、セラミックス系超伝導体を使用した素子の信頼性
の向上および微細化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明に係る形成方法にした
がって、セラミックス系超伝導体配線を基板上に形成す
る工程を説明する概略断面図であり、 第２図＜Ａ）〜（Ｂ）は、第１図（Ａ）〜（Ｆ）での工
程に付加した工程を説明する概略断面図であり、 第３図（Ａ）〜（Ｈ）は、本発明に係る別の態様での形
成方法にしたがって、セラミックス系超伝導体配線を基
板上に形成する工程を説明する概略断面図であり、 第４図（７〜）〜（Ｂ）は、第３図（Ａ、）〜（Ｇ）で
の工程に付加した工程を説明する概略断面図であり、 第５図（、へ）〜（Ｈ）は、本発明に係るその他の態様
での形成方法にしたがって、セラミックス系超伝導体配
線を基板上に形成する工程を説明する概略断面図であり
、 第６図（Ａ）〜（Ｂ）は、第４図（Ａ）〜（Ｇ）での工
程に付加した工程を説明する概略断面図である。 １・・・基板、　　　　　　２Ａ・・・絶縁体パターン
、３Ａ・・・セラミックス系超伝導体薄膜部分（配線）
、３Ｂ・・・セラミックス系超伝導体薄膜部分、４Ａ、
４Ｂ・・・レジストパターンマスク、２１・・・基板、
　　　　　２２・・・多結晶シリコン膜、２３・・・シ
リコン酸化物膜、 ２５Ａ・・・セラミックス系超伝導体薄膜部分（配線）
、２６Ａ、２６Ｂ・・・レジストパターンマスク、３１
・・・基板、　　　　　３２・・・シリコン酸化物膜、
３３・・・シリコン窒化物膜、 ３５Ａ・・・セラミックス系超伝導体薄膜部分く配線）
、３６Ａ、３６Ｂ・・・レジストパターンマスク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ア）基板上に、配線箇所以外を覆うパターンであ
   ってその表面が絶縁性でありかつその側面が逆テーパ形
   状ないしオーバーハング形状である該パターンを形成す
   る工程； （イ）セラミックス系超伝導体の薄膜を前記基板の表出
   面上と前記パターン上とに分離して形成する工程； （ウ）前記基板表出面上の前記セラミックス系超伝導体
   薄膜部分をレジストで選択的に被覆する工程； （エ）前記パターン上の前記セラミックス系超伝導体薄
   膜部分を除去する工程；および （オ）前記レジストを除去する工程； を含むことを特徴とするセラミックス系超伝導体の配線
   形成方法。 ２、前記（ウ）工程において、前記セラミックス系超伝
   導体の薄膜上の全面にレジストを塗布形成し、次に該レ
   ジストを前記パターン上の前記セラミックス系超伝導体
   薄膜部分の表出まで全面エッチングして、前記基板表出
   面上の前記薄膜部分を該レジストで覆うようにすること
   を特徴とする請求項１のセラミックス系超伝導体の配線
   形成方法。 ３、前記（エ）工程と（オ）工程との間に、（カ）前記
   パターンをエッチング除去する工程を有することを特徴
   とする請求項１記載のセラミックス系超伝導体の配線形
   成方法。 ４、前記（ア）工程が下記（キ）〜（ケ）工程：（キ）
   前記基板上に多結晶シリコン膜を形成する工程； （ク）前記基板の配線箇所が表出するように、前記多結
   晶シリコン膜をその側面が逆テーパ形状になるように選
   択エッチングする工程；および（ケ）前記多結晶シリコ
   ン膜を酸化して酸化物層を形成する工程； からなることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
   系超伝導体の配線形成方法。 ５、前記（ア）工程が下記（コ）〜（ス）工程：（コ）
   前記基板上に第１絶縁膜を形成する工程；（サ）前記第
   １絶縁膜上に、該第１絶縁膜とは異なる材料の第２絶縁
   膜を形成する工程； （シ）前記基板の配線箇所が表出するように、前記第２
   絶縁膜および第１絶縁膜を選択エッチングする工程；お
   よび （ス）前記第１絶縁膜をさらにエッチングして前記第２
   絶縁膜の端部をオーバーハング部とする工程； からなることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
   系超伝導体の配線形成方法。