JPH04226089A - 超伝導集積回路素子の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正方晶系相（Ｔｅｔｒ
ａｇｏｎａｌ　Ｐｈａｓｅ）のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘウエ
ハの表面に酸素を選択的に拡散させることにより電気的
に絶縁された高温超伝導相である斜方晶系相（Ｏｒｔｈ
ｏｒｈｏｍｂｉｃ　Ｐｈａｓｅ）の孤立相（Ｉｓｌａｎ
ｄ）を形成して、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ酸化物超伝導体の
表面に集積回路を形成する方法に関する。

【０００２】さらに詳細に説明すると、イットリウム（
Ｙ）系超伝導体において、例えば正方晶系のＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘのような酸素の含有量が約６．５程度である低
温超伝導相を基板に選択して、フォトリソグラフィ工程
を行うことにより、書房の部位だけ選択的に酸素を拡散
させる低温超伝導相（Ｔｃが約６０Ｋ程度）に囲まれた
高温超伝導相Ｔｃが９０Ｋ、酸素の含有量が約７．０）
の孤立相を製造する方法に関する。ここにおいて、電流
伝導の側面からみれば、基板として使用された低温超伝
導相は、高温超伝導相が超伝導特徴を示す温度で相対的
に極めて高い抵抗を示すため、絶縁体と同様に取り扱う
ことができる。

【０００３】

【従来の技術】従来の超伝導体集積回路素子の製造技術
として、特開昭６４−６９０６３号公報および特開昭６
４−６９０６４号公報記載のものがあり、これらのもの
は、図５に示すように、例えばＳｒＴｉＯ３、ＭｇＯの
ような結晶構造が超伝導物質と類似な絶縁性の単結晶基
板１´上に、ＳｉＯ２のような拡散層を被覆した後、拡
散層を含む基板全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７と類似な組成
の酸化物超伝導体薄膜を蒸着し、そのつぎに、酸素雰囲
気の下で、８５０〜１０００℃の温度で長時間熱処理を
して、酸化物超伝導体膜を結晶化させるとともに、拡散
層状の酸化物超伝導体膜を相互拡散させることにより絶
縁体化した配線を形成するようにしたものである。

【０００４】一方、特開昭６４−８９５７３号公報なら
びに特開昭６４−８９５７４号公報には、基板上にＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏ７などの超伝導体をマグネロトンスパッタ
リング（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）
法により蒸着した後、レジストマスク（Ｒｅｓｉｓｔ　
Ｍａｓｋ）　を超伝導体薄膜状に形成し、Ｎｅ、Ａｒ、
Ｈ、Ｈｅ、Ｓｉなどをイオン注入法により局所的に選択
ドーピング（Ｄｏｐｉｎｇ）して、注入領域の結晶性を
破壊することにより非超伝導体化した後、酸素、プラズ
マエッチングによりレジストマスクを除去することによ
って超伝導体集積回路素子を製造する方法が記載されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図５に示す従来の方法は、まず、結晶構造が異なる物
質上に薄膜を形成するため、高品質の超伝導薄膜の形成
が極めて難しいし、また、高価な基板を用いるため、実
用的でないという問題点があった。

【０００６】一方、前述した特開昭６４−８９５７３号
公報ならびに特開昭６４−８９５７４号公報記載の方法
も、基板の結晶構造の差異による結晶格子が一致しなく
なり、高価な基板を用いなければならず、イオン注入法
などの処理工程が難しいという問題点があった。

【０００７】本発明は、前述した従来のものにおける問
題点を克服し、高価な絶縁性基板の代わりに正方晶系相
のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ基板を用いて、選択的に酸素を拡
散することにより小面積の低温超伝導層内に電気的に独
立した高品質の高温超伝導素子を多数形成するようにし
た超伝導集積回路素子の製造方法を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため本発明の請求項１の超伝導集積回路素子の製造方法
は、正方晶系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ基板から選択的に
酸素を拡散させることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の超伝導集積回路素子の製
造方法は、請求項１において、正方晶系相のＹＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏ６．５基板基板をウエハ状に加工し、このウエハ
上にマスク層を蒸着した後、このマスク層の上にフォト
レジストを蒸着し、フォトリソグラフィ工程により選択
された部位のフォトレジストを除去し、化学エッチング
により、素子を製造する部位に蒸着されているマスク層
を除去した後にフォトレジストを除去し、酸素をウエハ
の表面から拡散させ、マスク層が除去された部位の表面
のみに高温超伝導相を形成することから構成されている
。

【００１０】さらに、請求項３の請求項２の超伝導集積
回路素子の製造方法は、請求項１または２において、前
記ウエハの表面から拡散された酸素の厚さを１０μｍ以
下としたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】前述した構成からなる本発明によれば、正方晶
系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ基板から選択的に酸素を拡散
させることにより、高温超伝導相の孤立相は、電気的に
絶縁性を有しており、また、各孤立相は低温超伝導体で
ある正方晶系相により囲まれているので、高価な単結晶
基板を用いなくとも多数の電気的に独立した高品質の素
子を形成することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の構成および原理を図面に示す
実施例により説明する。

【００１３】本発明においては、図２に示したとおりの
下記工程により低温の超伝導相から酸素を選択的に拡散
させて多数の高温超伝導孤立相を形成するようになって
いる。

【００１４】まず、図２ａに示すように、正方形晶系相
のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ６．５からなる基板をウエハ１状に
加工する。すなわち、理論値に近い密度を有するバルク
形の基板を加工することにより１ｍｍ厚さのポリシング
された表面を有するウエハを加工する。

【００１５】ついで、図２ｂに示すように、前記ウエハ
上にスパッタにより絶縁性のマスク層２を約２μｍの厚
さで蒸着した後、このマスク層２の上にスピンコーティ
ングにより数μｍの厚さを有するフォトレジスト３を蒸
着する。このフォトレジストとしては、本発明の属する
技術分野において通常に用いられるポリマを使用する。 　　その後、図２ｃに示すように、フォトリソグラフィ
技術により、選択された部位のフォトレジスト３を除去
する。

【００１６】さらに、図２ｄに示すように、化学エッチ
ングにより、素子を製造する部位に蒸着された前記マス
ク層２を除去した後、マスク層２上に残されているすべ
てのフォトレジスト３を除去する。ここで使用できる薬
品としては、マスク層２の材質により種々のものを選択
することができる。

【００１７】その後、図２ｅ，ｆに示すように、酸素雰
囲気の下で焼入れをしながら、酸素をウエハの表面から
拡散させ、マスク層２が除去された部位４だけを表面か
ら数μｍの厚さで相転移させて高温超伝導相５を形成す
る。

【００１８】このようにして形成された超伝導性集積回
路素子の断面は、図１および図２ｆに示すようになって
おり、低温超伝導相６の表面層に多数の高温超伝導相５
，５…が相互に間隔をもって形成されている。すなわち
、各高温超伝導相５は、低温超伝導相６に囲まれること
になる。

【００１９】前述した実施例により形成された前記高温
超伝導相の孤立相（Ｉｓｌａｎｄ）は、これ自体が絶縁
性であり、しかも、前述したように低温超伝導相６に囲
まれているので、数μｍしか離間していない極めて隣接
した部位に他の孤立相を形成しても、各孤立相（素子）
は、電気的に相互に独立した特性を有することになる。 したがって、従来の方法のように、高価な絶縁性を有す
る単結晶基板を用いることなく多数の電気的に独立した
高品質の素子を小面積内に形成することができる。

【００２０】正方形晶系相のウエハ１の表面層に選択的
に形成された高温超伝導槽の孤立相は、臨界温度より低
い温度で周囲から電気的に孤立されている。これは、高
温超伝導相を囲んでいる正方晶系相が低温超伝導体であ
り、また、絶縁性の特性を有するからである。

【００２１】前述した方法により特徴づけられる本発明
の超伝導集積回路素子の製造方法は、これまで利用され
てきたＳｒＴｉＯ３やＭｇＯなどのように、高価であり
ながらも結晶構造がＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘと異なる基板を
利用した超伝導集積回路素子の製造方法より経済的であ
り、基板と超伝導体の結晶構造の差異による結晶格子の
不一致（ｌａｔｔｉｃｅ　ｍｉｓｍａｔｃｈ）が最小化
されるため、エピタキシャル高温超伝導相の製造が容易
になるという長所を有している。

【００２２】さらに、従来の技術においては、超伝導体
を直接エッチングするため臨界温度が低くなるという欠
点があるが、本発明の方法によれば、超伝導体を直接エ
ッチングしないため、臨界温度が低くなるなどの超伝導
超伝導特性の低下を防止することができる。したがって
、本発明の技術は、イットリウム系高温超伝導体を利用
した集積回路素子製造についての新しい画期的な基礎技
術になるものと期待されている。

【００２３】実施例 化学量子論的な量のＹ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯを混
合して８５０℃でか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ）およ
び焼結した後、１０００℃で部分溶融したうえで冷却し
、正方晶系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ６．５超伝導体をバル
ク形で製造した後、基板を加工して、１ｍｍ厚さにポリ
シングされた表面を有するウエハに加工する。このウエ
ハ上にスパッタにより絶縁材料であるＳｉＯ２を０．２
μｍの厚さに蒸着してマスク層を形成した後、フォトレ
ジストとして感光性ポリマをスピンコーティングにより
１．５μｍの厚さ被覆する。ついで、アライナなどの装
置を用いてフォトリソグラフィ工程を行うことにより、
選択された部位のレジストを除去した後、ＨＦ（フッ酸
）を用いる化学エッチングを行い、フォトレジストが除
去された部位のマスク層を除去したうえでフォトレジス
トを除去する。そして、酸素雰囲気の下で焼入れを行い
ながら酸素をウエハ表面から拡散させ、１０μｍの厚さ
でマスク相が除去された部位だけを斜方晶系相で相転移
させることにより、高温超伝導相を形成する。

【００２４】このように形成された薄膜の表面について
温度に伴う抵抗値を測定した結果が図３に示されている
。また、正方晶系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘの表面につい
て温度に伴う抵抗値を測定した結果が図４に示されてい
る。

【００２５】これらの図３および図４によれば、本発明
により製造された超伝導集積回路素子は、酸素が拡散さ
れた表面が高温で超伝導現象を示すのに対して、正方晶
系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘが低温で超伝導現象を示して
いる。すなわち、高温超伝導相が超伝導特性を示す温度
で低温超伝導相は相対的に極めて高い抵抗値を示すため
、絶縁体として作用することになる。

【００２６】なお、本発明は、前述した実施例に限定さ
れるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、高価な絶縁性基板の代わりに正方形晶系相のＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−Ｏ基板を用いて、選択的に酸素を拡散するこ
とにより小面積の低温超伝導層内に電気的に独立した高
品質の高温超伝導素子を多数形成することができるとい
う優れた効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により製造された超伝導集積
回路素子の断面図

【図２】ａ〜ｆは本発明の製造方法の工程図

【図３】本
発明により製造された超伝導集積回路素子の抵抗値特性
のグラフ

【図４】正方晶系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘの抵抗値特性
のグラフ

【図５】従来の製造方法により製造された超伝導集積回
路素子の断面図

【符号の説明】

１　　ウエハ ２　　マスク層 ３　　フォトレジスト ５　　高温超伝導相 ６　　低温超伝導相

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　正方晶系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ基板
   から選択的に酸素を拡散させることを特徴とする超伝導
   集積回路素子の製造方法。
2. 【請求項２】　　正方晶系相のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ６．５
   基板基板をウエハ状に加工し、このウエハ上にマスク層
   を蒸着した後、このマスク層の上にフォトレジストを蒸
   着し、フォトリソグラフィ工程により選択された部位の
   フォトレジストを除去し、化学エッチングにより、素子
   を製造する部位に蒸着されているマスク層を除去した後
   にフォトレジストを除去し、酸素をウエハの表面から拡
   散させ、マスク層が除去された部位の表面のみに高温超
   伝導相を形成することからなる請求項１に記載の超伝導
   集積回路素子の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記ウエハの表面から拡散された酸素
   の厚さを１０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１
   または２に記載の超伝導集積回路素子の製造方法。