JPH04174568A - 超電導回路とその作製方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、超電導回路とその製造方法に関する。

より詳細には、本発明は、基板上に搭載された酸化物超
電導薄膜により形成された超電導電流路を含む超電導回
路の新規な構成とその作製方法に関する。

従来の技術 従来知られていた超電導材料は、一般に液体ヘリウムの
沸点以下の極低温でしか超電導体にならなかったので、
これを実用的に利用することはあまり考えられていなか
った。しかしながら、〔Ｌａ。

Ｂａ〕２ＣＬＩ０４あるいは［：Ｌａ、　Ｓｒ〕ｚｃ’
ｄｏｓ等の複合酸化物焼結体が高い臨界温度を有する超
電導材料であることが１９８６年に見出されて以来、Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ系あるいはＢｉ　−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ系等
の複合酸化物が極めて高い温度範囲で超電導特性を示す
ことが次次に確認された。このような高い温度で超電導
特性を示す超電導材料は廉価な液体窒素を冷却媒体とし
て使用することができるので、超電導技術の応用が俄か
に現実的な課題として検討されるようになった。

当初、これらの複合酸化物系超電導材料は、固相反応法
による焼結体として合成されていたが、その後の研究の
進捗により、今日では、種々の方法により薄膜として作
製することで、極めて品質の高いものが得られるように
なってきた。そこで、酸化物超電導薄膜により、赤外線
センサ、トランジスタ等の種々の素子や、これらの素子
を組み合わせて構成される集積回路等の開発が各方面で
検討されている。

発明が解決しようとする課題 酸化物超電導薄膜により形成された超電導電流路を含む
超電導回路においては、その配線も酸化物超電導薄膜に
より形成することが考えられるが、実際には、集積回路
中の配線を酸化物超電導薄膜により形成する具体的な技
術は確立されていない。

殊に、酸化物超電導薄膜は、その結晶構造と超電導電流
の伝播方向に対して異方性を有することが知られており
、薄膜として形成された酸化物超電導薄膜を回路の材料
とした場合には、酸化物超電導薄膜の結晶配向性により
、その回路の構成は大きく制約される。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、酸
化物超電導薄膜を配線材料として使用して構成された超
電導回路であって、酸化物超電導薄膜の特徴を活かし、
且つ、回路構成の自由度が大きい新規な超電導回路の構
成とその作製方法を提供することをその目的としている
。

課題を解決するたｔの手段 即ち、本発明に従うと、基板上に搭載された酸化物超電
導薄膜により形成された超電導電流路を含む超電導回路
において、該基板に対して結晶のａ軸が直角に配向した
酸化物超電導薄膜により形成され、該基板に対して平行
に超電導電流を伝播する第１超電導電流路と、該基板に
対して結晶のａ軸が、該第１超電導の電流方向と直角に
、且つ、該基板に対して平行に配向した酸化物超電導薄
膜により形成され、該基板に対して直角および／または
平行に超電導電流を伝播する第２超電導電流路とを含み
、該第１超電導電流路および該第２超電導電流路が同じ
酸化物超電導材料により形成された超電導薄膜であるこ
とを特徴とする超電導回路が提供される。

また、上記本発明に係る超電導回路を作製する方法とし
て、本発明により、結晶のａ軸が基板に対して直角に配
向した第１酸化物超電導薄膜を成膜する工程と、不要領
域を除去することにより該第１酸化物超電導薄膜をバタ
ーニングして、該第１酸化物超電導薄膜の結晶のａ軸に
直角な電流伝播方向を有する第２超電導電流路を形成す
る工程と、該第１酸化物超電導薄膜を除去した領域上に
、該基板に対して結晶のａ軸が直角に配向した第２酸化
物超電導薄膜を成膜する工程とを含むことを特徴とする
超電導回路の作製方法が提供される。

作用 本発明に係る超電導回路は、特定の種類の酸化物超電導
薄膜により形成されており、且つ、互いに異なる結晶配
向性を有する超電導配線がひとつの層内に混在している
ことをその主要な特徴としている。

前述のように、酸化物超電導薄膜はその結晶構造に関連
して電流特性に異方性を有しており、−般に、その結晶
のＣ軸に対して直角な方向により大きな電流を流すこと
ができる一方で、結晶のＣ軸と平行な方向に流すことの
できる臨界電流が極端に低い。

本発明に係る超電導回路は、ひとつの層内に、互いに異
なる結晶配向性を有する薄膜により超電導配線を形成し
ている。即ち、本発明に係る超電導回路における第１の
超電導配線は、その超電導配線を形成する酸化物超電導
薄膜の結晶のＣ軸が基板に対して直角になるように配向
している。また、第２の超電導配線においては、その結
晶のＣ軸が前記超電導配線の電流方向と直角に、且つ、
基板に対して平行に配向している。

このように構成された超電導配線を有する超電導回路に
おいては、互いに隣接していても第１の超電導配線と第
２の超電導配線との間に実質的に電流の伝播がない。従
って、第１および第２の超電導配線を適切に配置するこ
とにより、金属材料による配線では実現できなかった最
密配線を実現することができる。

尚、上述のような本発明に係る超電導回路において、Ｃ
軸配向膜により形成された配線は、基板に対して平行な
ある方向に電流を伝播する配線として使用することがで
きる。一方、第２超電導配線は、基板に対して平行に電
流を流すことができる他、基板に対して直角にも電流を
伝播させることができる。

更に、本発明の一実施態様によれば、多層構造の超電導
回路において、上述のような超電導配線とビアホールと
を極袷で密度の高いレイアウトで同一平面内に共存させ
ることもできる。

以上のような構成を有する本発明に係る超電導回路は、
例えば、以下のようにして作製することができる。

即ち、配線層を形成する下地上全体に、まず第２超電導
配線となる、結晶のａ軸が基板に対して直角に配向した
第１酸化物超電導薄膜を成膜する。

次に、この第１酸化物超電導薄膜から不要領域を除去す
ることにより超電導配線を形成する。ここで、第１酸化
物超電導薄膜により形成される第２超電導配線は、その
電流伝播方向が、結晶のＣ軸と直角になように形成する
。

続いて、第１酸化物超電導薄膜を除去した領域に対して
、結晶のＣ軸が基板に対して直角になるように配向した
第２酸化物超電導薄膜を成膜する。

更に、配線パターンとして全く不要な領域に対して後述
する脱酸素処理等を実施することにより、第２酸化物超
電導薄膜をパターニングして超電導配線を形成する。

以上のような本発明に係る方法においては、第１酸化物
超電導薄膜と第２酸化物超電導薄膜とがいずれも同じ材
料により形成されているので、プロセス中の熱履歴によ
り酸化物超電導薄膜の特性が劣化することがない。また
、上述のようにして作製された酸化物超電導薄膜による
配線層は表面が平坦になるので、その後に他の素子また
は配線を形成する工程における取扱いが容易である。

以上のような本発明に係る超電導回路は、Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０系、Ｂｉ　−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ　−０系、ＴＩ−
Ｂａ−ｃａ−ｃｕ−ｏ系等の複合酸化物超電導材料の薄
膜により形成された種々の超電導回路に適用することが
できる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例 第１図は、本発明に係る超電導回路の構成例をその配線
層において示す図である。

同図に示すように、この超電導回路は、基板１上に形成
された酸化物超電導薄膜２により形成されている。酸化
物超電導薄膜２は、Ｃ軸配向膜２１により形成された領
域と、ａ軸配向膜２２により形成された領域と、超電導
特性を消失している絶縁領域２３とビアホール２４とを
含んでいる。

ここで、Ｃ軸配向膜２１は、基板１の成膜面に対して平
行に超電導電流を伝播させる超電導電流路であり、ａ軸
配向膜２２は、基板１に対して直角および／または平行
に超電導電流を伝播させる超電導電流路である。また、
絶縁領域２３は、何れの方向にも超電導電流を伝播しな
い領域であり、ビアホール２４は、図示されていない他
の層同志を接続するためのものである。

作製例 第２図（ａ）〜（ｆ）は、第１図に示した超電導回路の
配線層を作製する過程を示した図である。尚、本実施例
では、酸化物超電導材料としてＹ　−Ｂａ−Ｃｕ系の複
合酸化物超電導材料を使用するものとする。

第２図（ａ）に示すような平坦な基板１を用意する。

本実施例では、ＣＶＤ法により成膜した厚さ３５０ｎｍ
のＭｇＡ１□０４薄膜とスパッタリング法により成膜し
た厚さ７５ｎｍのＢａＴｉＯ３薄膜との積層膜をバッフ
ァ層１ｂとして搭載した８１基板１ａを基板１として使
用した。尚、その他にもＭｇ０（１００）基板、ＣｄＮ
ｄＡｌＯ４（ＯＯｌ）基板等を好ましく使用することが
できる。

上述のような基板１に対して、第２図ｂ）に示すように
、厚さ２００ｎｍ以上の酸化物超電導薄膜２を成膜した
。成膜は、オファクシススバッタリング法や反応性蒸着
法により成膜することができるが、本実施例では、Ａｒ
と０２とを９：１の割合で混合した１０Ｐａのスパッタ
ガスの下で、オファクシススバッタリング法により成膜
した。基板温度は６５０℃を越えないようにし、形成さ
れた酸化物超電導薄膜結晶のａ軸が基板に直角に配向す
るようにした。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、酸化物超電導薄膜２
上に、所望のパターンに従ってパターニングしたレジス
ト層３を形成する。続いて、第２図（ｄ）に示すように
、このパターニングされたレジスト層３を利用して、酸
化物超電導薄膜２の露畠領域を除去し、所望のパターン
に従うａ軸配向した超電導配線２ａおよび後述する絶縁
領域を形成する。

酸化物超電導薄膜２のパターニングは、反応性イオンエ
ツチングやＡｒミリングによるドライエツチングの他、
燐酸や塩酸を使用したウェットエツチングによって行う
こともできる。

尚、酸化物超電導薄膜２が除去された領域は、後述する
Ｃ軸配向した超電導配線が形成される領域となるが、こ
こで、Ｃ軸配向した超電導配線の電流伝播方向が、ａ軸
配句した超電導配線２ａにおける結晶のＣ軸と直角にな
るように配線パターンを決定する。

次に、第２図（ｅ）に示すように、ａ軸配向した超電導
配線１ａを搭載した基板１上に、Ｃ軸配向した超電導薄
膜２Ｃを成膜する。ここでも、第２図ら）に示した工程
と同様に、種々の適用可能な方法からＡｒ（！：０２と
を９；１の割合で混合した１０Ｐａのスパッタガスの下
で行うオファクシススバッタリング法により成膜した。

尚、成膜時の基板温度は７００℃以上となるようにした
。

次に、第２図（ｆ）に示すように、反応性イオンエツチ
ングやＡｒミｌＪング等により表面を平坦化し、Ｃ軸配
向膜による超電導配線２ａとＣ軸配向膜による超電導配
線２Ｃとが同一平面内に混在する、第１図に示したよう
な超電導配線層が完成する。

尚、実際には、第１図に示した配線層上に層間絶縁層等
を形成して後の工程に供される。また、第１図に示され
ている絶縁領域は、レジストや絶縁層等の適切なマスク
を使用して、酸化物超電導薄膜２の脱酸素処理を行うこ
とにより、特定の領域を非超電導化することにより形成
することができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、酸化物超電導薄膜
により形成された超電導電流路を含む超電導回路におい
て使用することができる超電導配線が提供される。

この超電導配線は、基板に対して平行な方向に超電導電
流を流す配線と、基板に対して直角なおよび／または平
行な方向に超電導電流を流す配線とを隣接して配置する
ことができ、更にビアホールをも同一層内に造り込むこ
とができる。また、これらの機能の異なる配線、絶縁領
域およびビアホールは、全て同一の材料により形成する
ことができるので、製造過程の熱履歴による酸化物超電
導薄膜の特性の劣化も少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超電導回路の構成例を示す図で
あり、 第２図（ａ）〜げ）は、本発明に係る超電導回路の形成
過程を工程毎に示す図である。 〔主な参照番号〕 １・・・基板、 ２・・・酸化物超電導薄膜（超電導電流路）、２ａ・・
ａ軸配向膜による超電導配線、２Ｃ・・Ｃ軸配向膜によ
る超電導配線、３・・・レジスト層 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に搭載された酸化物超電導薄膜により形成
   された超電導電流路を含む超電導回路において、 該基板に対して結晶のｃ軸が直角に配向した酸化物超電
   導薄膜により形成され、該基板に対して平行に超電導電
   流を伝播する第１超電導電流路と、該基板に対して結晶
   のｃ軸が、該第１超電導の電流方向と直角に、且つ、該
   基板に対して平行に配向した酸化物超電導薄膜により形
   成され、該基板に対して直角および／または平行に超電
   導電流を伝播する第２超電導電流路とを含み、 該第１超電導電流路および該第２超電導電流路が同じ酸
   化物超電導材料により形成された超電導薄膜であること
   を特徴とする超電導回路。
2. （２）請求項１に記載された超電導回路において、前記
   第１および第２の超電導電流路を含む層にビアホールが
   形成されていることを特徴とする超電導回路。
3. （３）請求項１または請求項２に記載された超電導回路
   を作製する方法であって、 結晶のａ軸が基板に対して直角に配向した第１酸化物超
   電導薄膜を成膜する工程と、 不要領域を除去することにより該第１酸化物超電導薄膜
   をパターニングして、該第１酸化物超電導薄膜の結晶の
   ｃ軸に直角な電流伝播方向を有する第２超電導電流路を
   形成する工程と、 該第１酸化物超電導薄膜を除去した領域上に、該基板に
   対して結晶のｃ軸が直角に配向した第２酸化物超電導薄
   膜を成膜する工程と を含むことを特徴とする超電導回路の作製方法。