JPH0240992A

JPH0240992A - 超伝導体配線の構造

Info

Publication number: JPH0240992A
Application number: JP63192340A
Authority: JP
Inventors: Takuo Takeshita; 武下　拓夫; Tadashi Sugihara; 杉原　忠
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1990-02-09

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】［産業上の利用分野コ本発明は超伝導体配線の構造、例えば厚膜集積回路など
に使用される超伝導体配線の構造に関する。

［従来の技術］従来の超伝導体配線の構造としては、例えば第２図に示
すようなものが知られていた。このものは「アルミナ基
板上の超伝導配線技術」　（工業調査会発行、「電子材
料１９８７年８月号」第８９項〜第９２項）に記載され
たものである。

すなわち、この図において示すように超伝導物質からな
る厚膜１はそのペーストを高純度のアルミナ基板（ＦＧ
Ａ基板）３上にスクリーン印刷することにより形成して
いる。

この厚膜試料としては、バルク試料を粉砕して得た粉末
を用いている。また、ペースト化に際して、有機物のビ
ヒクルに粉末がよく分散するようにし、粉末に対するビ
ヒクルの量が少なくとも、十分伸びの良いペーストとな
るように調製している。

なお、印刷後の焼成は、大気中で、８００〜１０００°
Ｃの温度で行った。この使用した原料は、イツトリア（
Ｙ２Ｏ２）、酸化バリウム（Ｂ　ａ　Ｏ）、酸化鋼（Ｃ
ｕｂ）、の粉末である。また同様に、酸化ビスマス（Ｂ
　１２０３）、酸化銅（Ｃｕ　Ｏ）、酸化ストロンチウ
ム（Ｓ　ｒ　Ｏ）、酸化カルシウム（Ｃａｂ）の粉末を
原料として８００〜８５０゜Ｃて大気中焼成しても良い
。

ところが、以上と同様の実験をシリコン基板、あるいは
ガリウムヒ素基板でおこなうと、超伝導は全く示さなか
った。この原因はシリコン基板あるいはガリウムヒ素基
板と印刷したペーストが焼成時に反応し、超伝導相の生
成が妨げられているものと推測されるからである。

［発明が解決しようとする課題］シリコン基板あるいはガリウムヒ素基板は半導体上に超
伝導配線あるいはデバイスを作成するーヒて必要不可欠
であるが、従来ではシリコン基板あるいはガリウムヒ素
基゛板といった半導体基板を用いて超伝導を得ることが
できないという問題があった。

従って、本発明の目的は、半導体基板上に超伝導性を損
なうことなく、配線するための構造を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］すなわち、本発明は基層と、この基層上に所定のパター
ンを有して形成された配線層と、基層と配線層との間に
介設された中間層とを備えた超伝導体配線の構造であっ
て、上記配線層はスカンジウム、イツトリウム、ランタ
ノイドの各元素の内のいずれか１つまたは複数の元素と
、アルカリ土類金属の内のいずれか１つまたは複数の元
素と、銅との複合酸化物を含む超伝導物質によって形成
されるか、ビスマス、銅、カルシウム、ストロンチウム
、との複合酸化物を含む超伝導物質によって形成され、
上記中間層は高温度化において上記超伝導物質との間に
おいて化学反応を生じない物質によって形成した超伝導
体配線の構造である。

［発明の作用コ本発明に係る超伝導配線の構造にあっては、シリコン基
板あるいはガリウムヒ素基板上に超伝導物質からなる配
線層を形成しているが、これらの基層と配線層との間に
は中間層を介設している。

そして、この中間層は高温度化にあって超伝導物質との
間で化学反応を生じない物質によって形成している。従
って、超伝導物質の配線層をこの基層上に形成する場合
にあって超伝導相の生成が妨げられることはなく、配線
層にあっては超伝導性が得られることとなる。すなわち
、配線層形成の工程において、配線層を形成する超伝導
物質と基層を形成する物質との間には化学反応が生じる
ことはなく、また、該超伝導物質と中間層形成物質との
間にあっても高温度化にあっては化学反応が生じること
はないのである。

これらの結果、当該構造に係る超伝導体配線にあっては
所望の超伝導性を得ることができる。

［発明の効果コ以上説明してきたように、本発明にあっては、所望の超
伝導性を有する配線構造を得ることができるとともに、
基層を形成する物質としては、より用途の広いシリコン
基板、ガリウムヒ素基板を使用することができるため、
半導体とＮ　伝導体の結合によりより広い分野で超伝導
体の応用が可能となる。

また、上記基層をシリコン基板あるいはガリウムヒ素基
板によって形成するとともに中間層形成物質としてその
熱膨張係数が該基層形成物質のそれよりも大きく、かつ
、上記超伝導物質のそれよりも小さいものを用いること
ができる。この場合には、配線層と中間層との間におい
て、また、中間層と基層との間において、熱応力が発生
することはなく、それらの剥離等の不具合を未然に防止
することができる。

さらに、上記中間層を形成する物質はペロブスカイト構
造の結晶構造を有するものとすることができる。この結
果、超伝導物質は同じくペロブスカイト型の結晶構造を
有するため、これらの結晶構造が同じ型となって超伝導
物質による配線層の結晶成長性が良好となり、超伝導物
質が化学的に安定となって、しかも該超伝導体の超伝導
状態がブレークする臨界電流密度、Ｊ　ｃが高くなって
いる。

［実施例］以下、本発明に係る超伝導配線の構造の実施例について
説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る超伝導体配線の断面図
である。同図において１１はシリコン単結晶あるいはカ
リウムヒ素単結晶の基層であり、その上面には下地膜で
ある中間層１３が、さらにこの中間層１３の上面には配
線Ｎ１５がそれぞれ形成されている。

シリコン単結晶基板の熱膨張係数は２．３Ｘ１０−６で
あり、ガリウムヒ素単結晶基板の熱膨張係数は５．７Ｘ
１０−６である。

配線層１５は超伝導物質、すなわちスカンジウム、イツ
トリウム、ランタノイドの各元素の内のいずれか１つま
たは複数の元素と、アルカリ土類金属、例えばカルシウ
ム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムの内のいずれ
か１つまたは複数の金属と、銅との複合酸化物で構成さ
れるセラミックス系超伝導物質、あるいは、ビスマス、
カルシウム、ストロンチウム、銅との複合酸化物を含む
超伝導物質によって形成されている。

この超伝導物質としてはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の物質が
あり、その熱膨張係数は所定の温度範囲（４００〜８０
０°Ｃ）にあっては、所定の値（１７Ｘ　１０−６）を
採るものである。その他、各種の物質がある。例えば（
ＬａＢａ）２ｃｕｏ、ＹｂＢａ２ｃ　ｕ３０ｑ等である
。

そして、この中間層１３は高温度（例えば８０ｏ’　ｃ
＞下にあって上記超伝導物質との間で化学反応を生じな
い物質によって形成している。例えば、ＭｇＯ，ＹＳＺ
、５ｒＴｉＣｈ等である。この場合、これらの物質（Ｍ
ｇＯ，ＹＳＺ、５ｒＴｉ０３）の熱膨張係数は、それぞ
れ所定の値（１４×１０”８１０ＸＩＯ−６９Ｘ１０−
６）を示している。

また、そのほかには以下の物質によってもこの中間層１
３を形成しても良い。すなわち、ＢａＴｉ（ｈ（１４Ｘ
１０−６）、ＢａＺｒ０３（８Ｘ１０−６）、ＣａＴ　
ｉ　０３　（１４−Ｘ　１０−６）、５ｒＺｒＯ３（９
Ｘ　１０−６）、５ｉＡ１ＯＮ　（３，２Ｘ１０−６）
である。なお、括弧内にはその熱膨張係数を示している
。さらに、上記中間層１３を形成する物質は、ペロブス
カイト構造の結晶構造を有するもの（例えば、Ｓ　ｒ　
Ｔ　ｉ　０３等）とすることがてきる。

５ｉＡＩＯＮは耐食性、耐熱クラック性において優れて
いる。

また、上記基層１１をシリコン単結晶基板あるいはガリ
ウムヒ素単結晶基板によって形成するとともに、中間層
形成物質としてその熱膨張係数が該基層形成物質のそれ
よりも大きく、かつ、上記類１云導物質のそれより小さ
いもの、例えばＭ　ｇ　Ｏを用いた場合には、配線Ｍ１
５と中間層１３との間において、更には、中間層１３と
基層１１との間において、熱応力が発生することはなく
１．それらの剥離、クラックの発生などの不具合を未然
に防り卜することができる。

そして、このような中間層１３、及び配線層１５はスク
リーン印刷、焼成のプロセス、あるいはスパッタリング
法によっても形成することができる。後者の一例として
は以下のような方法がある。

すなわち、まずスカンジウム、イツトリウム、ランタノ
イドの各元素の内のいずれか１つまたは１Ｎ数の元素と
、アルカリ土類金属、例えばカルシラム、ストロンチウ
ム、バリウム、ラジウムの内のいずれか１つまたは複数
の金属と、銅との複合酸化物とて構成される超Ｉ′ｉ、
導物質、及び中間Ｎ１３を形成する物Ｍ（イツトリア安
定化ジルコニウム、ＹＳＺ等）を準備する。

次の工程としてリソグラフィ法を用いてシリコン基板あ
るいはガリウムヒ素基板（基層１１）上にマスク層を形
成する。

基層としてのシリコン基板あるいはガリウムヒ素基板１
１上に、周知のホトレジストを被着して、例えは厚さ約
１０μｍのホトレジスト層を形成する。詳しくは、基板
１１上にホトレジストを溶かした溶媒を注いだ後、スピ
ンコーティングして（例えば５０００ｒｐｍの速度で回
転させて）薄い均一な膜を作る。この後、ベーキング等
して乾燥させ、基板１１上にホトレジスト層を形成する
のである。

次に、所定のパターンに形成したホトマスクをこのホト
レジスト層の上方に配設して、例えば紫外線をこれらの
上方から照射する。この結果、ホトレジスト層にあって
ホトマスクの直下の部分以外の部分は露光されることと
なる。

そし・て、現像液により現像すると、この光に当たらな
かった部分が現像液により溶出されることとなる。すな
わち、ホトレジスト層の一部分が消失して開口部が形成
され、基板１１の上面がその開口部の部分たけ露出する
こととなる。

このようにして基板】１上に配線層等の形成用のマスク
Ｎ（ホトレジスト層）が形成されるのである。

以上がマスク層形成プロセスであり、配線層１５の形成
用のみならず、中間層１３の形成用にも使用することか
できる。

次に、まず、上記準備工程で準備した中間層１３形成物
質をマスク層及び露出基板上にスパッタリンクプロセス
などにまりで被着する。

さらに、マスク層形成プロセスによって所定のマスク層
を中間Ｎ１３上に形成し、その後、上記準備工程で準備
して超伝導物質（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−〇系物質など）を、
この配線形成用マスク層及び露出した中間層上に被着す
る。この結果、厚さ約１０μｒｎの超伝導物質層が形成
される。

この超伝導物質層は、所定のスパッタリング法によって
形成する。すなわち、アルゴンガス雰囲気中で、例えば
１０−’　〜１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの減圧条件下にお
いて、該中間層１３上に超伝導物質をターゲット物質と
してスパッタリングを行うものである。

次に、上記マスク層を中間層１３上から剥離する。その
結果、マスク層とともに、このマスク層上に被着された
超伝導物質層の部分が、中間Ｎ１３から剥離されること
となる。従って、直接中間［１３上に被着された超伝導
物質層の一部はそのまま残ることとなる。これが超伝導
体の配線Ｎ１δとなるものである。

なお、上記５ｉＴｉＯ：＋は、３層の酸素欠損型ペロブ
スカイトの結晶構造を有する超伝導セラミックス（Ｙ−
Ｂａ２−Ｃｕ３−ｏ９−９あるいはＢｉ２−Ｃａ−３ｒ
−Ｃｕ−Ｏｘ）に、その結晶構造が近似したペロブスカ
イト構造を有し、しかも、その格子定数がそのセラミッ
クスのそれに近似しているため、結晶の配向性が改善さ
れている。さらに、上記ＹＳＺ等のように熱膨張係数が
近似することにより付着力が大きくなっている。また、
上記のようにスパッタリングによれば基板１１と配線層
１５との間に致密な薄膜上の中間１３を形成することが
できるが、本発明においては、ペースト上の中間形成物
質を塗布してこれを焼成し、中間層１３を形成するよう
にしてもよい。

また、配線パターンで形成した中間層１３は絶縁性を有
していなくてもよく、例えば白金等の貴金属メタルで中
間層１３を形成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超伝導体配線の構造の一実施例を
示すその断面図、−第２図は従来の超１云導体配線の構
造を示すその断面図である。１１・・・・基層（基板）、・中間層、・配線層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基層と、この基層に所定のパターンを有して形成
された配線層と、基層と配線層との間に介設された中間
層とを備えた超伝導体配線の構造であって、上記配線層はスカンジウム、イットリウム、ランタノイ
ドの各元素の内のいずれか１つまたは複数の元素と、ア
ルカリ土類金属の内のいずれか１つまたは複数の元素と
、銅との複合酸化物を含む超伝導物質によって形成され
るかビスマス、カルシウム、ストロンチウム、銅との複
合酸化物を含む超伝導物質によって形成されるとともに
、上記中間層は高温度下において上記超伝導物質との間
において化学反応を生じない物質によって形成したこと
を特徴とする超伝導体配線の構造。
（２）上記基層はシリコン基板またはガリウムヒ素基板
によって形成するとともに、上記中間層を形成する物質
の熱膨張係数は、該基層形成物質のそれよりも大きく、
かつ、上記超伝導物質のそれよりも小さいことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の超伝導体配線の構造。
（３）上記中間層を形成する物質は、ペロブスカイト構
造の結晶構造を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の超伝導体配線の構造。