JPH02322A - Manufacture of superconducting device - Google Patents

Manufacture of superconducting device

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JPH02322A
JPH02322A JP63170656A JP17065688A JPH02322A JP H02322 A JPH02322 A JP H02322A JP 63170656 A JP63170656 A JP 63170656A JP 17065688 A JP17065688 A JP 17065688A JP H02322 A JPH02322 A JP H02322A
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JP
Japan
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bromine
plasma
oxide
thin film
mask
Prior art date
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JP63170656A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02322A publication Critical patent/JPH02322A/en
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To cool and form a superconducting device containing a semiconductor device not at a room temperature by selectively forming a mask on an oxide superconductive thin film, and eliminating the oxide superconductive thin film on the region where the mask is eliminated, by using active bromine. CONSTITUTION:Bodies 10-1, 10-2, in which thin oxide films of superconductive material are formed, are mounted on substrate holders 10'-1, 10'-2, and arranged in a plasma generating space 31 from a gate valve. The entirety of them is vacuumized by a turbo-molecular pump 26 and a rotary pump 14. Bromine is introduced in a plasma system generating region through a gas system 17. Microwave is applied from outside. In order to generate electron cyclotron resonance of a specified magnetic field by water cooling 28, 28' of magnets 15, 15', high density plasma is generated in the plasma generating space 31 by applying magnetic field from magnets 15, 15'. Active bromine ion reaches the surfaces of the bodies 10-1, 10-2, and the part which is not covered by a mask is etched.

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、セラミック系超伝導材料(超電導ともいうが
ここでは超伝導と記す)を用いた超伝導体装置の作製方
法に関する。本発明は超伝導体装置において、特に、半
導体装置の相互配線の一部または全部を超伝導材料で形
成するため、この微細パターンを有する超伝導の電極・
リード等以外の不要領域を活性臭素を用いたエツチング
方法、特に好ましくは臭素を用いたプラズマエツチング
法により選択的に除去することにより超伝導装置を70
〜100K好ましくは77に以上の温度で高速動作せし
めんとするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a superconductor device using a ceramic superconducting material (also referred to as superconductivity, herein referred to as superconductivity). The present invention relates to a superconductor device, in particular, in order to form part or all of the interconnections of a semiconductor device with a superconducting material, superconducting electrodes and
By selectively removing unnecessary regions other than leads etc. by an etching method using active bromine, particularly preferably by a plasma etching method using bromine, the superconducting device can be removed for 70 minutes.
It is intended to operate at high speed at a temperature of ~100K, preferably 77K or higher.

[従来の技術J 従来、超伝導材料はNb−Ge系(例えばNb5Ge)
等の金属材料を線材として用い、超伝導マグネットとし
て用いられるに限られていた。
[Conventional technology J Conventionally, superconducting materials are Nb-Ge based (e.g. Nb5Ge)
The use of metal materials such as wire rods was limited to superconducting magnets.

また最近はセラミック材料で超伝導を呈し得ることが知
られていた。このセラミンク材料を薄膜で形成する方法
が開発されてきた。しかしかかる薄膜を酸性水溶液でエ
ツチングすることは知られていたが、気相法でのエツチ
ング方法は特に提案されていない。
Furthermore, it has recently been known that ceramic materials can exhibit superconductivity. A method of forming a thin film of this ceramic material has been developed. However, although etching such a thin film with an acidic aqueous solution has been known, a vapor phase etching method has not been proposed.

なぜなら、この酸化物超伝導材料はNF、、CF4等を
用いた弗素系気体でのプラズマエツチングが不可能であ
り、この薄膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニ
ングする方法も、またこれをさらに半導体装置の相互配
線の一部に用いることもまったく知られていない。
This is because this oxide superconducting material cannot be plasma etched using fluorine-based gas using NF, CF4, etc., and the method of patterning this thin film using photolithography technology is also difficult. It is also completely unknown that it can be used as part of wiring.

「従来の問題点」 半導体集積回路は近年益々微細化するとともに高速動作
を要求されている。また微細化とともに半導体素子の発
熱による信頼性低下また発熱部の動作速度の低下が問題
となっていた。
"Conventional Problems" In recent years, semiconductor integrated circuits have become increasingly finer and are required to operate at higher speeds. Further, with miniaturization, problems have arisen in that reliability is lowered due to heat generated by semiconductor elements and operating speed of the heat generating portion is lowered.

このため、もし半導体素子を液体窒素温度で動作させん
とすると、その素子での電子およびホルの移動度は室温
のそれに比べて3〜4倍も高めることができ、ひいては
素子の周波数特性を向上できる。
Therefore, if a semiconductor device is operated at liquid nitrogen temperature, the mobility of electrons and holes in the device can be increased 3 to 4 times compared to that at room temperature, which in turn improves the frequency characteristics of the device. can.

かかる問題を解決するため、超伝導体装置において、そ
のリード線はセラミック材料の超伝導材料よりなる試み
がある。しかしかかる酸化物セラミック超伝導材料は、
これまで微細加工を行うためのプラズマエツチング、特
に異方特性エツチングを行う手段が知られていなかった
In order to solve this problem, there have been attempts to make the lead wire of a superconductor device made of a superconducting ceramic material. However, such oxide ceramic superconducting materials
Hitherto, no means for performing plasma etching for microfabrication, particularly anisotropic etching, has been known.

「問題を解決すべき手段」 本発明はかかる問題点を解決するため、半導体装置等の
エレクトロニクス装置での相互配線における極低温(2
0〜100に好ましくは77に以上の温度)で超伝導を
呈する酸化物超伝導セラミック材料の微細加工方法に関
するものである。このため、本発明は活性の臭素を生成
せしめ、マスク作用を有する場所以外の酸化物超伝導材
料をエツチング除去せしめる方法に関する。特に例えば
酸化物超伝導材料の元素周期表Ua族、ma族と銅との
化合物においては、それらの元素の臭素化物として気体
化して除去した。このため、活性臭素を作るためにEC
R(電子サイクロトロン共鳴)、RIE(リアクティブ
・イオン・エツチング)等によ°り臭素または臭素化物
気体を光励起法によりプラズマ化または光励起化せしめ
た。
"Means to Solve the Problem" In order to solve the problem, the present invention aims to solve the problem at extremely low temperatures (2
The present invention relates to a method for microfabrication of oxide superconducting ceramic materials exhibiting superconductivity at temperatures between 0 and 100°C, preferably above 77°C. For this reason, the present invention relates to a method for generating active bromine to etch away the oxide superconducting material in areas other than those having a masking effect. In particular, for example, compounds of copper and groups Ua and ma of the elements of the periodic table of oxide superconducting materials are removed by gasifying them as bromides of these elements. Therefore, in order to make active bromine, EC
Bromine or bromide gas was turned into plasma or photoexcited by a photoexcitation method using R (electron cyclotron resonance), RIE (reactive ion etching), or the like.

本発明は基板上のブロッキング用の膜(酸化ジルコニウ
ム、白金等酸化物超伝導体と500〜700°Cにおい
ても互いに反応をしない膜)上に酸化物超伝導薄膜を0
.1〜10μmの厚さで形成した。この一部の電極、リ
ード等となる領域以外の不要領域の酸化物超伝導材料を
エツチング除去した。基板材料として半導体、特に好ま
しくは耐熱性を有する半導体、例えば単結晶シリコン半
導体基板を用いて、この半導体に複数の素子、例えば絶
縁ゲイト型電界効果トランジスタ、バイポーラ型トラン
ジスタ、5IT(静電誘導型トランジスタ)、抵抗、キ
ャパシタを設ける。
In the present invention, an oxide superconducting thin film is coated on a blocking film on a substrate (a film that does not react with oxide superconductors such as zirconium oxide or platinum even at 500 to 700°C).
.. It was formed with a thickness of 1 to 10 μm. The oxide superconducting material in unnecessary areas other than the areas that will become part of the electrodes, leads, etc. was removed by etching. A semiconductor, particularly preferably a heat-resistant semiconductor such as a single crystal silicon semiconductor substrate, is used as the substrate material, and a plurality of elements such as an insulated gate field effect transistor, a bipolar transistor, and a 5IT (static induction transistor) are formed on this semiconductor. ), resistor, and capacitor.

本発明は、これら上にブロッキング作用を有する絶縁膜
(代表的には酸化ジルコニウム、YSZ(イツトリウム
・スタビライズド・ジルコン)、酸化イツトリウム、チ
タン酸ストロンチウム)または電極部のブロッキング用
導電膜(代表的には白金、金、銀、タングステン、チタ
ン)を主成分とする被膜を設け、この上に電気抵抗が零
または零に近くなる酸化物超伝導材料を形成する。これ
をフォトリソグラフィ技術により選択エッチをしてパタ
ーニングし、リード等として作用させる。このエンチン
グは臭素を用いた異方性プラズマエッチを行う。更にそ
の工程の前または後に500〜1ooo’cで熱アニー
ルを特に酸素、活性酸素等の酸化性雰囲気で1〜20時
間もの長時間行うことにより、超伝導現象を極低温で呈
するようにセラミック材料の結晶構造を改質する。これ
らの工程を1回または複数回繰り返すことにより、IJ
iまたは各層の相互配線を電気抵抗が零の材料により形
成する。
The present invention provides an insulating film having a blocking effect on these (typically zirconium oxide, YSZ (yttrium stabilized zircon), yttrium oxide, strontium titanate) or a conductive film for blocking the electrode part (typically A film whose main components are platinum, gold, silver, tungsten, and titanium is provided, and an oxide superconducting material with an electrical resistance of zero or close to zero is formed on this film. This is selectively etched and patterned using photolithography technology to function as a lead or the like. This etching is performed by anisotropic plasma etching using bromine. Furthermore, by performing thermal annealing at 500 to 1 ooo'c in an oxidizing atmosphere such as oxygen or active oxygen for a long time of 1 to 20 hours before or after the process, the ceramic material can be made to exhibit superconductivity at extremely low temperatures. Modify the crystal structure of. By repeating these steps one or more times, IJ
i or the interconnections in each layer are formed of a material with zero electrical resistance.

本発明において、プラズマエツチングを行うに際し、こ
れらエツチングされた化合物の融点(MP)および沸点
(BP)を調べた。特に、ハロゲン元素である半導体集
積回路の製造プロセスでよく用いられる弗素系(F系)
および塩素系(Cl系)と比較した。臭素(Br系)は
これまで半導体集積回路ではまったく用いられておらず
、この臭素等の気体を用いてファインパターンができる
ならば、画期的なことである。これらの関係は以下の表
に示す。
In the present invention, when performing plasma etching, the melting point (MP) and boiling point (BP) of these etched compounds were investigated. In particular, fluorine-based (F-based) halogen elements, which are often used in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits.
and chlorine-based (Cl-based). Bromine (Br-based) has never been used in semiconductor integrated circuits, and it would be revolutionary if fine patterns could be created using gases such as bromine. These relationships are shown in the table below.

Br系   Cl系  F系 Y(イツトリウム) YBrz    YCl3   YF3MP    9
04°C680°C1200℃以上BP  904°C
/2mm11g  1507°C1500°C以上Sr
 (ストロンチウム) SrBrz    5rCI2   SrhMP   
  643°C873°C1190°CBP     
?      ?   2460°CBa (バリウム
) BaBr、    BaC12BaF。
Br-based Cl-based F-based Y (yttrium) YBrz YCl3 YF3MP 9
04°C 680°C 1200°C or more BP 904°C
/2mm11g 1507°C 1500°C or more Sr
(Strontium) SrBrz 5rCI2 SrhMP
643°C873°C1190°CBP
? ? 2460°CBa (barium) BaBr, BaC12BaF.

MP     847°C963°C1280°CBP
     ?    1560°C2137°CCa 
(カルシウム) CaCI2 MP    765°C BP    810°C Cu  (銅) CaCI     CaFz 772°C1360°C >1600″C2451°C CuBr2   CLICI2   CuFz498°
C498°C780°C 900°C993°C950°C CuBr      CuCl     CuF504
’C422°C2 1345°C1366°C? Bi(ビスマス) 1Brz BiBrz MP   218°C BP   453°C B1C1+   Bih 230°C約725°C 447°C? これより明らかな如く、酸化物超伝導材料例えばYBa
zCu、、O,、”’a+Ysrzcu306〜a、Y
BaSrCu、、0.、−e。
MP 847°C963°C1280°CBP
? 1560°C2137°CCa
(Calcium) CaCI2 MP 765°C BP 810°C Cu (Copper) CaCI CaFz 772°C1360°C >1600″C2451°C CuBr2 CLICI2 CuFz498°
C498°C780°C 900°C993°C950°C CuBr CuCl CuF504
'C422°C2 1345°C1366°C? Bi (Bismuth) 1Brz BiBrz MP 218°C BP 453°C B1C1+ Bih 230°C Approx. 725°C 447°C? As is clear from this, oxide superconducting materials such as YBa
zCu,,O,,”'a+Ysrzcu306~a,Y
BaSrCu, 0. ,-e.

Big(SrCa)2CuzOa 〜to等に関し、B
r化合物は酸化物超伝導材料用元素であるY(イツトリ
ウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba  (バリウム
)、旧(ビスマス)、Ca(カルシウム)、Cu(銅)
のすべてを904°C(YBr3の融点)あるいは76
5 ’C(CaBrzの融点)以上の温度で溶融できる
Regarding Big(SrCa)2CuzOa ~to etc., B
r compounds are elements for oxide superconducting materials such as Y (yttrium), Sr (strontium), Ba (barium), bismuth (Ca), and Cu (copper).
904°C (melting point of YBr3) or 76°C
It can be melted at temperatures higher than 5'C (melting point of CaBrz).

塩素を用いる場合は、963°C(BaC1□の融点)
あるいは873°C(SrCLzの融点)以上で溶解で
きる。
When using chlorine, 963°C (melting point of BaC1□)
Alternatively, it can be melted at 873°C (melting point of SrCLz) or higher.

しかしF等は1360°C(Caの融点)もの高い温度
以上でしか溶融できない。これらよりBrが最もすべて
を溶融させるのに低い温度でできることがわかる。一般
に、溶融温度が低ければ低いほど、減圧下または真空中
では気体になりやすい。このため、より融点の低い材料
はどプラズマ化したF、C1,Brと反応してその化合
物を気体として飛翔させやすい。さらにI(ヨウ素)は
価格が高価であり、実用化しにくい。
However, F and the like can only be melted at temperatures as high as 1360°C (melting point of Ca) or higher. From these results, it can be seen that Br can be melted at the lowest temperature possible. Generally, the lower the melting temperature, the more likely it is to become a gas under reduced pressure or in a vacuum. Therefore, materials with a lower melting point react with the plasma of F, C1, and Br and easily cause the compound to fly off as a gas. Furthermore, I (iodine) is expensive and difficult to put into practical use.

加えて、これらF、CI、Brにおいて、反応容器が−
aにステンレス・スチールでできているため、これらと
反応しないのはFおよび8rである。
In addition, in these F, CI, and Br, the reaction vessel is -
Since it is made of stainless steel, F and 8r do not react with them.

また取り扱いもCIはきわめて強い刺激臭を放ちステン
レス反応容器と反応し、危険である。
CI is also dangerous to handle as it emits a very strong pungent odor and reacts with the stainless steel reaction vessel.

これらのことより、総合的に考えると、Br系は低価格
で人手でき、安全かつ装置のメンテナンスをしやすいと
いう実用上の大きな特長を有する。
Considering these things comprehensively, the Br system has great practical advantages in that it is inexpensive, can be done manually, is safe, and is easy to maintain the equipment.

「作用」 かくして臭素または臭素化物によるプラズマエツチング
法を用いて、超伝導体装置のリードの一部または全部に
酸化物超伝導材料を用いることができた。
``Operation'' Thus, by using the plasma etching method with bromine or bromides, it was possible to use oxide superconducting materials for some or all of the leads of a superconductor device.

かかる半導体装置を液体窒素温度で動作させると、その
電子またはホール移動度は3〜4倍に向上させることが
できる。加えて、そのリード、電極の電気抵抗を零また
は零に等しくすることが可能となる。周波数特性の遅れ
を示すCR時定数におけるR(抵抗)を零とすることが
でき、そのためきわめて高速動作をさせることが可能と
なる。
When such a semiconductor device is operated at liquid nitrogen temperature, its electron or hole mobility can be improved three to four times. In addition, it becomes possible to make the electrical resistance of the leads and electrodes zero or equal to zero. R (resistance) in the CR time constant, which indicates a delay in frequency characteristics, can be made zero, and therefore extremely high-speed operation is possible.

以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

「実施例1」 第1図に本発明にて用いた有磁場マイクロ波プラズマエ
ツチング装置を示す。
``Example 1'' FIG. 1 shows a magnetic field microwave plasma etching apparatus used in the present invention.

同図において、この装置は、大気圧または減圧状態に保
持可能なプラズマ発生空間(31)、補助空間(12)
 、磁場を発生する電磁石(15)、 (15’)およ
びその電源(35)、マイクロ波発振器(14) 、排
気系を構成する真空ポンプ(26)、 ロータリーポン
プ(24) 。
In the figure, this device includes a plasma generation space (31) that can be maintained at atmospheric pressure or a reduced pressure state, and an auxiliary space (12).
, an electromagnet (15), (15') that generates a magnetic field and its power source (35), a microwave oscillator (14), a vacuum pump (26) constituting the exhaust system, and a rotary pump (24).

圧力調整バルブ(19) 、基板ホルダ(10’−1)
 、 (10’ −2) 。
Pressure adjustment valve (19), substrate holder (10'-1)
, (10'-2).

基板(10−1)、 (10−2) 、被膜形成用物体
(10)、マイクロ波導入窓(39)、ガス系(16)
 、 (17) 、水冷系(28)。
Substrate (10-1), (10-2), film forming object (10), microwave introduction window (39), gas system (16)
, (17), water cooling system (28).

(28°)より構成されている。(28°).

まずエツチングされるべき基板上に、酸化物超伝導材料
の薄膜が形成された物体(10−1) 、 (10−2
)を基板ホルダ(10”−1) 、 (10′−2)上
に設置し、ゲト弁(11)よりプラズマ発生空間(31
)に配設する。
First, objects (10-1), (10-2) on which a thin film of oxide superconducting material is formed on a substrate to be etched.
) are installed on the substrate holders (10''-1) and (10'-2), and the plasma generation space (31
).

この実施例では、基板は(100)または(110)面
を有するMgO,5rTi(hまたはYSZ基板または
IC用に用いるための一部上面に酸化ジルコニウム絶縁
膜が形成された珪素ウェハ上にYBa2Cu30.、〜
8の構成の酸化物超伝導材料が2μmの厚さに形成され
た基板を用いた。この基板ホルダ(10’−1) 、 
(101°−2)および反応系は、マイクロ波および電
磁波をできるだけ乱さないようにするためステンレス製
とした。
In this example, the substrate is a MgO, 5rTi (h or YSZ substrate) having a (100) or (110) plane, or a YBa2Cu30. , ~
A substrate on which an oxide superconducting material having the structure No. 8 was formed to a thickness of 2 μm was used. This board holder (10'-1),
(101°-2) and the reaction system were made of stainless steel in order to avoid disturbing microwaves and electromagnetic waves as much as possible.

臭素を有する反応性気体、例えばBrz(MP −7,
3’C,BP 58.78°C)の混入した液体(32
)は、バブラ(33)に混合して封入されている。気相
法で行う場合は、この液体(32)を窒素(17)でバ
ブルしまたはこの液体中も減圧以下として(34)より
反応空間に放出すればよい。
Reactive gases with bromine, such as Brz (MP-7,
3'C, BP 58.78°C) mixed liquid (32
) are mixed and sealed in the bubbler (33). In the case of a gas phase method, this liquid (32) may be bubbled with nitrogen (17) or the liquid may be brought under reduced pressure or less and discharged into the reaction space from (34).

エツチング工程として、まず基板をホルダに構成した後
これら全体をターボ分子ポンプ(26)、  ロタグー
ポンプ(14)により、I X 10− btorr以
下に真空排気する。次にエツチング用気体(分解反応後
置体を構成しない気体)例えば臭素(6)を200SC
CMガス系(7)を通してプラズマ発生領域(1)に導
入し、この圧力を0.003torrとする。外部より
500MIIz以上のマイクロ波、例えば2.45Gt
lzの周波数のマイクロ波を0.1〜I KW、例えば
0.5に−の強さで加える。マグネット(15)、 (
15’)を水冷(28) 。
In the etching process, the substrate is first formed into a holder, and then the entire structure is evacuated to a pressure below I.times.10-btorr using a turbo molecular pump (26) and a Rotagoo pump (14). Next, an etching gas (a gas that does not constitute a post-decomposition reaction body), for example, bromine (6), is added at 200 SC.
It is introduced into the plasma generation region (1) through the CM gas system (7), and the pressure is set to 0.003 torr. Microwave of 500MIIz or more from outside, for example 2.45Gt
Microwaves with a frequency of lz are applied at an intensity of 0.1 to I KW, for example 0.5 -. Magnet (15), (
15') and water-cooled (28).

(28°)で磁場875ガウスの電子サイクロトロン共
鳴を発生すべく磁石(15) 、 (15’ )より磁
界に印加して、高密度プラズマをプラズマ発生空間(3
1)にて発生させる。この高密度プラズマ領域より高エ
ネルギを持つ活性臭素イオンが基板ホルダ(10″−1
)。
A magnetic field (15) and (15') is applied to generate electron cyclotron resonance with a magnetic field of 875 gauss at (28°), and high-density plasma is generated in the plasma generation space (3).
Generated in 1). From this high-density plasma region, active bromine ions with high energy are released into the substrate holder (10"-1
).

(10’−2)上の物体(to−1)または(10−2
)の表面に到り、表面のフォトマスク等のマスクのない
部分を0.1 = 1 um/分のエツチングスピード
(室温)でエツチング除去し、YBr3.BaBrz+
CuBr等の化合物として気化し除去する。かくしてマ
スクのある部分のみを選択的に残し、他部をエツチング
除去することができた。
Object (to-1) on (10'-2) or (10-2
), the portions of the surface without a mask such as a photomask were removed by etching at an etching speed of 0.1 = 1 um/min (room temperature), and the YBr3. BaBrz+
It is vaporized and removed as a compound such as CuBr. In this way, it was possible to selectively leave only certain parts of the mask and remove other parts by etching.

基板は(10−1)の位置として異方性エツチングを行
っても、また(10−2)の位置で発散磁界を用いた異
方性エツチングを行ってもよい。それは使途によって決
められるべきである。
The substrate may be anisotropically etched at the (10-1) position, or anisotropically etched using a divergent magnetic field at the (10-2) position. It should be determined by the usage.

また本実施例は酸化物超伝導材料にYBa2Cu30.
Further, in this example, the oxide superconducting material is YBa2Cu30.
.

〜8を用いたが、YSr、CuzOa 〜s、YBas
rcu:+0b−a+B12(SrCa)3CuzOa
 〜+oの材料であっても同様に実施できた。
~8 was used, but YSr, CuzOa ~s, YBas
rcu:+0b-a+B12(SrCa)3CuzOa
It was possible to carry out the same procedure even with materials of ~+o.

「実施例2」 第2図は本発明の超伝導半導体装置の製造工程の実施例
を示す。
"Example 2" FIG. 2 shows an example of the manufacturing process of a superconducting semiconductor device of the present invention.

第2図(A)において、シリコン半導体基板(1)上に
酸化珪素絶縁膜(2−1)を形成する。
In FIG. 2(A), a silicon oxide insulating film (2-1) is formed on a silicon semiconductor substrate (1).

第2図(A)における半導体基板(1)内にはIGFE
T(絶縁ゲイト型半導体装置)、バイポーラトランジス
タの如きアクティブ型素子または抵抗、キャパシタの如
きパッシブ型素子が予め設けられている。そしてこれら
のアクティブ型またはパッシブ型の素子が設けられ、か
かる素子のコンタクトと連結させるための不純物領域が
半導体上部に設けられている。そしてこの不純物領域上
の絶縁膜の一部に開口(8)が形成されている。本発明
の実施例では絶縁膜として半導体上に酸化珪素膜を0.
3μmの厚さに形成した。そしてこの酸化珪素膜に所定
の位置にフォトエツチング法により電極用コンタクト・
ホール(開口)を作製した。さらにこれらの上面に耐酸
−塩基反応用プロッキング絶縁膜(2−2)である酸化
ジルコニウムをスパッタ法で0.1〜2μ例えば0.4
 μmの厚さに形成した。そしてこれら多層構造の絶縁
膜(2)には電極用コンタクト部を前記した電極用口(
8)としている。
There is an IGFE in the semiconductor substrate (1) in Fig. 2 (A).
T (insulated gate type semiconductor device), active type elements such as bipolar transistors, or passive type elements such as resistors and capacitors are provided in advance. These active or passive elements are provided, and impurity regions for connection with contacts of these elements are provided on the semiconductor. An opening (8) is formed in a part of the insulating film over this impurity region. In the embodiment of the present invention, a silicon oxide film is deposited on the semiconductor as an insulating film.
It was formed to have a thickness of 3 μm. Electrode contacts are then etched onto this silicon oxide film at predetermined positions using a photo-etching method.
A hole (opening) was created. Furthermore, zirconium oxide, which is a blocking insulating film (2-2) for acid-base reactions, is applied to the upper surfaces of these by sputtering to a thickness of 0.1 to 2μ, for example 0.4μ.
It was formed to a thickness of μm. These multilayered insulating films (2) are provided with electrode contact portions (
8).

さらに第2図(A)において、開口(8)には酸化物超
伝導セラミックスと半導体とが酸−塩基反応を生じない
ようにブロッキング用導電膜(9)が設けられている。
Furthermore, in FIG. 2(A), a blocking conductive film (9) is provided in the opening (8) to prevent an acid-base reaction between the oxide superconducting ceramic and the semiconductor.

第2図(8)においてはこれらの上面に超伝導を呈すべ
き材料(3)を薄膜状に形成する。この薄膜はスパッタ
法で形成した。スクリーン印刷法、真空蒸着法または気
相法(CVD法)また第1図に示したと同じ装置の有磁
湯気相法で行ってもよい。
In FIG. 2 (8), a thin film of material (3) that should exhibit superconductivity is formed on the upper surfaces of these materials. This thin film was formed by sputtering. Screen printing, vacuum evaporation, or vapor phase (CVD) methods may be used, or a magnetic vapor phase method using the same apparatus as shown in FIG. 1 may be used.

成膜した酸化物超伝導材料は元素周期表Ua、maおよ
び銅の酸化物よりなる化合物であり、形成された酸化物
超伝導材料の化学式は一般的には(A+−xBx)yc
uzOw+x =0.l 〜Ly = 2〜4好ましく
は2.5〜3.5.z =1.0〜4.0好ましくは1
.5〜3.5.w =4.0〜10.0好ましくは6〜
8である。AとしてYまたはyb等のランタノイド、B
としてBa、Sr、Ca元索を用いる。例えばx =0
.67、y=3.z =3、w=6〜Bで示される(Y
Ba2)Cu306〜Bを用いた。
The formed oxide superconducting material is a compound consisting of oxides of elements Ua and ma in the periodic table and copper, and the chemical formula of the formed oxide superconducting material is generally (A+-xBx)yc
uzOw+x=0. l to Ly = 2 to 4, preferably 2.5 to 3.5. z = 1.0-4.0 preferably 1
.. 5-3.5. w = 4.0~10.0 preferably 6~
It is 8. A is a lanthanoid such as Y or yb, B
Ba, Sr, and Ca base lines are used as the base lines. For example x = 0
.. 67, y=3. z = 3, w = 6 ~ denoted by B (Y
Ba2) Cu306-B was used.

スパッタに際してはその実施例として、基板温度450
°C、アルゴン雰囲気、周波数50Hz、出力100W
で行った。かかる場合のセラミック材料の膜厚を0.2
〜2μm1例えば1μmの厚さとした。
In sputtering, as an example, the substrate temperature is 450°C.
°C, argon atmosphere, frequency 50Hz, output 100W
I went there. In this case, the thickness of the ceramic material is 0.2
The thickness was ˜2 μm, for example 1 μm.

この後、酸素中700°C(10時間)でアニールを行
なった。するとこの酸化物超伝導セラミックス(3)と
その下側に予め作られている酸化珪素(2−1)とは酸
化ジルコニウム(2−2)がブロッキング材料となり反
応を防止することができた。ちなみにこの酸化ジルコニ
ウムが無い場合は、約20分で酸化珪素と超伝導セラミ
ックスの薄膜とは一体化してしまうことがオージェ分光
の観察により明らかになった。その後この薄膜がより結
晶を成長させやすくすべ(Tcオンセッ1−=93K(
抵抗は93により下がりはじめ、実験的には83にで抵
抗が実質的に零になった)の超伝導薄膜を作ることがで
きた。もちろんこのブロッキング用薄膜がない場合に超
伝導特性をまったく有さないことはいうまでもない。
After this, annealing was performed at 700°C (10 hours) in oxygen. Then, zirconium oxide (2-2) became a blocking material and was able to prevent the reaction between this oxide superconducting ceramic (3) and the silicon oxide (2-1) previously prepared below it. Incidentally, Auger spectroscopy has revealed that in the absence of this zirconium oxide, silicon oxide and the superconducting ceramic thin film become integrated in about 20 minutes. After that, this thin film makes it easier to grow crystals (Tc onset 1-=93K (
We were able to create a superconducting thin film whose resistance began to drop at 93 and experimentally showed that the resistance was virtually zero at 83. Of course, it goes without saying that in the absence of this blocking thin film, there is no superconductivity at all.

この後、この薄膜を実施例1で示したフォトリソグラフ
ィ技術で所定のパターニングを行った。
Thereafter, this thin film was subjected to predetermined patterning using the photolithography technique shown in Example 1.

かくして素子の電極および入力、出力端子との接続を含
む相互配線用の電極およびリード(5)を構成すべくフ
ォトレジストコートし、選択除去(エッチ)を行い第2
図(C)を得た。
In this way, a photoresist coating was applied to form electrodes and leads (5) for mutual wiring including connections with the electrodes and input and output terminals of the element, and selective removal (etching) was performed.
Figure (C) was obtained.

この選択エッチには、臭素(Brz)ガスを用いた実施
例1で示したプラズマECR(電子スピン共鳴)法の異
方性エツチングが特に有効であった。
For this selective etching, the anisotropic etching of the plasma ECR (electron spin resonance) method shown in Example 1 using bromine (Brz) gas was particularly effective.

このパターニングは前記した超伝導用薄膜を形成した後
に行い、さらにその後に熱アニールを行ってパターニン
グした相互作用部のみ選択的に結晶化を行うことは有効
である。
It is effective to carry out this patterning after forming the above-mentioned superconducting thin film, and then to perform thermal annealing to selectively crystallize only the patterned interaction areas.

この場合は初期状態において結晶粒径が小さいためより
相互配線の微細パターンが可能である。
In this case, since the crystal grain size is small in the initial state, a finer interconnection pattern is possible.

第2図(D)はこの後多層配線を必要に応じて行った。In FIG. 2(D), multilayer wiring was then performed as necessary.

このため層間絶縁物(6)をPIG(ポリイミド樹脂)
等の有機樹脂で形成し、さらに開口を形成した後、2層
目のリード(7)、(7’)を作製した。そして2層目
として酸化物超伝導セラミックスのリード(7)、(7
’)を構成させた。
For this reason, the interlayer insulator (6) is made of PIG (polyimide resin).
After forming an opening, a second layer of leads (7) and (7') was produced. The second layer is made of oxide superconducting ceramic leads (7) and (7).
') was configured.

本実施例において酸化物超伝導材料に前記した(A +
 −Jx)CuzO−を用いたがYBaSrCu30.
maやBiz(SrCa)+CuzO++ ”++。等
の材料においても同様に実施することができた。
In this example, the oxide superconducting material (A +
-Jx) CuzO- was used, but YBaSrCu30.
The same method could be applied to materials such as ma and Biz(SrCa)+CuzO++"++.

「効果」 本発明によりこれらの半導体装置を含む超伝導装置を室
温ではなく、冷却して形成する場合において実用化が初
めて可能となった。
"Effects" The present invention has made it possible for the first time to put into practical use a superconducting device including these semiconductor devices, which is formed not at room temperature but at cooling.

かかる酸化物超伝導体はこれまで気相エツチング方法が
知られておらず、特に水に弱いため、その対策が急がれ
ていた。本発明方法は、これまで半導体プロセスで一般
的に用いられていたF、CI等を用いず、取り扱いが容
易であり、かつ反応容器に腐食等の化学的損傷を与えな
い臭素または臭素化合物気体を用いて酸化物超伝導材料
が真空または減圧下でのエツチングが可能であることを
初めて発見したものである。かくして10μm−0,0
1μm中特に1.0 μmのライン/スペースのエッチ
ングすら可能となった。
Until now, no gas phase etching method has been known for such oxide superconductors, and they are particularly sensitive to water, so countermeasures have been urgently needed. The method of the present invention uses bromine or bromine compound gas, which is easy to handle and does not cause chemical damage such as corrosion to the reaction vessel, without using F, CI, etc. that have been commonly used in semiconductor processes. It was discovered for the first time that oxide superconducting materials can be etched in vacuum or under reduced pressure. Thus 10μm-0,0
It has become possible to etch lines/spaces of 1 μm, particularly 1.0 μm.

本発明においては、活性臭素を発生せしめるため、有磁
場プラズマ活性にする方法、RIE(反応性イオンエツ
チング)、185nm等の紫外光を用いた光励起方法を
用いることが有効である。
In the present invention, in order to generate active bromine, it is effective to use a magnetic field plasma activation method, RIE (reactive ion etching), and a photoexcitation method using ultraviolet light such as 185 nm.

さらに本発明に用いる臭素または臭素化合物として、臭
素(Brz)のみならず炭化臭素(CBra) 、 l
lBr等を用いてもよい。しかし、Hは一般に酸化物超
伝導材料を構成する酸素と反応して水を発生しやすく、
超伝導特性を劣化しやすい。このため臭素ガスが最も残
された超伝導材料の劣化をさせずにファインパターニン
グを可能とした。
Furthermore, as the bromine or bromine compound used in the present invention, not only bromine (Brz) but also carbide bromine (CBra), l
lBr etc. may also be used. However, H generally reacts with oxygen, which constitutes oxide superconducting materials, and easily generates water.
Easy to deteriorate superconducting properties. This made it possible to perform fine patterning without deteriorating the superconducting material in which bromine gas remained.

そのため、本発明の技術思想を発展させることにより、
リード、電極となる部分に金、銀等の金属のマスクまた
フォトレジスト等の有機樹脂のマスクをし、他部の不要
部分を除去することにより14M〜IGビット等の超々
LSIに対する応用も可能となった。
Therefore, by developing the technical idea of the present invention,
By applying a metal mask such as gold or silver or an organic resin mask such as photoresist to the parts that will become leads and electrodes, and removing other unnecessary parts, it is possible to apply it to ultra-super LSIs such as 14M to IG bits. became.

本発明において、酸化物超伝導材料が形成されている基
板としてシリコン半導体ではな(GaAs等の化合物半
導体であってもよい。またシリコン半導体上にGaAs
等の■−■化合物半導体をヘテロエピタキシャル成長せ
しめ、この半導体薄膜を用いてもよい。かくすることに
より超高速動作を指せることが可能となる。しかしアニ
ールの温度を下げ、アニール中に半導体基板を劣化しな
いように工夫する必要がある。
In the present invention, the substrate on which the oxide superconducting material is formed is not a silicon semiconductor (it may also be a compound semiconductor such as GaAs).
A semiconductor thin film may be used by heteroepitaxially growing a compound semiconductor such as (1)-(3). This makes it possible to perform ultra-high-speed operation. However, it is necessary to lower the annealing temperature and take measures to prevent the semiconductor substrate from deteriorating during the annealing.

本発明は超伝導材料を銅の酸化物の超伝導材料とした。In the present invention, the superconducting material is a copper oxide superconducting material.

しかし微細パターンができる他の超伝導材料を用いるこ
とも有効である。
However, it is also effective to use other superconducting materials that can be formed into fine patterns.

本発明において、基板としてはアクティブ素子が設けら
れた半導体材料と、その上面に非酸化物材料が設けられ
たものを用いた。しかしYSZ (イツトリウム・スタ
ビライズド・ジルコン)、5rTt03等の熱膨張係数
の概略同一のセラミック材料をアルミナ板等の上面に形
成したものを基板としてもよい。すると熱膨張係数を合
わせられるため作りやすい。しかし他方、かかる材料を
用いる場合は、アクティブ素子は別途膜けられなければ
ならず、超高集積回路化が成就しにくいという欠点を有
する。
In the present invention, the substrate used is a semiconductor material provided with active elements and a non-oxide material provided on its upper surface. However, the substrate may be formed by forming a ceramic material having approximately the same coefficient of thermal expansion, such as YSZ (yttrium stabilized zircon) or 5rTt03, on the upper surface of an alumina plate or the like. This makes it easier to manufacture because the coefficient of thermal expansion can be matched. On the other hand, however, when such materials are used, the active elements must be formed separately, which has the disadvantage that it is difficult to achieve ultra-high integration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に用いたエツチング装置の概要を示す。 第2図は本発明を用いた超伝導装置の実施例を示す。 21′ FIG. 1 shows an outline of the etching apparatus used in the present invention. FIG. 2 shows an embodiment of a superconducting device using the present invention. 21'

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板上に形成された酸化物超伝導薄膜上に選択的に
マスクを形成し、該マスクの除去されている領域の前記
酸化物超伝導薄膜を活性臭素により除去することを特徴
とする超伝導体装置の作製方法。 2、特許請求の範囲第1項において、半導体基板内に複
数の半導体素子を設けるともに、前記半導体基板上にブ
ロッキング作用を有する被膜を設け、該被膜上に酸化物
超伝導材料を形成し、リードとなる領域以外の前記酸化
物超伝導材料を活性臭素を用いて除去することを特徴と
する超伝導体装置の作製方法。 3、特許請求の範囲第1項において、活性臭素は臭素ま
たは臭素化合物気体をプラズマまたは紫外光を用いてプ
ラズマ状態または励起状態にせしめたことを特徴とする
超伝導体装置の作製方法。 4、特許請求の範囲第1項において、酸化物超伝導材料
は元素周期表におけるIIa族およびIIIa族の元素を含
む銅酸化物よりなることを特徴とする超伝導体装置の作
製方法。
[Claims] 1. A mask is selectively formed on the oxide superconducting thin film formed on the substrate, and the oxide superconducting thin film in the area where the mask is removed is removed using active bromine. A method for manufacturing a superconductor device characterized by the following. 2. In claim 1, a plurality of semiconductor elements are provided within a semiconductor substrate, a coating having a blocking effect is provided on the semiconductor substrate, an oxide superconducting material is formed on the coating, and a lead is provided. A method for producing a superconductor device, comprising removing the oxide superconducting material other than the region using active bromine. 3. A method for producing a superconductor device according to claim 1, wherein the active bromine is made by bringing bromine or a bromine compound gas into a plasma state or an excited state using plasma or ultraviolet light. 4. A method for producing a superconductor device according to claim 1, wherein the oxide superconducting material is a copper oxide containing elements of groups IIa and IIIa in the periodic table of elements.
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