JPH05343754A - Superconductive device and manufacture thereof - Google Patents

Superconductive device and manufacture thereof

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JPH05343754A
JPH05343754A JP4150557A JP15055792A JPH05343754A JP H05343754 A JPH05343754 A JP H05343754A JP 4150557 A JP4150557 A JP 4150557A JP 15055792 A JP15055792 A JP 15055792A JP H05343754 A JPH05343754 A JP H05343754A
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film
metal
layer
conductive layer
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Yoshihisa Mizutani
嘉久 水谷
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Abstract

PURPOSE:To firmly connect a metallic conductive layer to become connecting wiring, etc., with a passive element and a normally conductive circuit with an oxide superconductor besides having made it exhibit the property of the oxide superconductor in an active element, a wiring section, or the like. CONSTITUTION:This is an oxide superconductive layer 2, which is equipped with a stoichiometrically properly composition ratio and a metallic conductive layer 5 connected to this oxide superconductor layer 2. The deposits of metallic elements exist in the vicinity 6 of the connection face with the oxide superconductor layer 2 of the oxide superconductor layer 2. The metallic deposits are made by depositing the metallic elements after selectively introducing metallic elements into one part of the oxide superconductor layer 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導体を用い
た超電導デバイスおよびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting device using an oxide superconductor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導体をエレクトロニクスの分野に応
用するには、それによって能動素子が構成できると共
に、信号伝達のための適当な配線を施し得る必要があ
る。この配線は、超電導素子の高速性、低消費電力性等
の特徴を生かすため、超電導体で構成されていることが
望ましい。一方、回路を構成する上では、適当な受動素
子例えば抵抗素子を組み込めることが重要である。例え
ば、超電導量子干渉計(SQUID)は、超電導線路に
よる閉ループ中に 1個あるいは 2個のジョセフソン接合
を含んで構成される電子デバイスであるが、ジョセフソ
ン接合としてSIS型の接合を用いた場合、ジョセフソ
ン接合のヒステリシス特性を解消するために、接合と並
列に有限な抵抗値をもつ金属導電体からなる抵抗素子
(シャント抵抗)を設置して用いている。
2. Description of the Related Art In order to apply a superconductor to the field of electronics, it is necessary that an active element can be constituted by the superconductor and appropriate wiring can be provided for signal transmission. It is desirable that the wiring be made of a superconductor in order to take advantage of the features such as high speed and low power consumption of the superconducting element. On the other hand, in constructing a circuit, it is important to incorporate an appropriate passive element such as a resistance element. For example, a superconducting quantum interferometer (SQUID) is an electronic device that includes one or two Josephson junctions in a closed loop formed by a superconducting line. When a SIS type junction is used as a Josephson junction. In order to eliminate the hysteresis characteristic of the Josephson junction, a resistance element (shunt resistor) made of a metal conductor having a finite resistance value is installed in parallel with the junction.

【0003】酸化物超電導体は、従来より用いられてい
るPb、Nb等の金属系超電導体に比べて、高温で超電導性
を示す材料として注目され、エレクトロニクスデバイス
への応用が期待されている。酸化物超電導体としては、
例えば YBa2 Cu3 O7-x といった組成のものが知られて
おり、一般に多元の元素からなる化合物である。このよ
うな酸化物超電導体は、その組成が適切に制御されてい
るのみならず、所定の結晶構造を有していない限り、超
電導性を発現しない。従って、酸化物超電導体を用いて
超電導素子を製作しようとする場合、構成元素の組成比
を確保すると共に、所定の結晶構造を実現させることが
重要である。
Oxide superconductors have attracted attention as a material exhibiting superconductivity at high temperatures as compared with conventionally used metallic superconductors such as Pb and Nb, and are expected to be applied to electronic devices. As an oxide superconductor,
For example, a compound having a composition such as YBa 2 Cu 3 O 7-x is known, and is generally a compound composed of multiple elements. Such an oxide superconductor does not exhibit superconductivity unless its composition is appropriately controlled and it has a predetermined crystal structure. Therefore, when manufacturing a superconducting element using an oxide superconductor, it is important to secure the composition ratio of the constituent elements and realize a predetermined crystal structure.

【0004】このような酸化物超電導体を用いてジョセ
フソン接合を形成し、上述したようなシャント抵抗を接
合と並列に設置するためには、接合の両端に接続部分
(コンタクトホール)を設け、このコンタクトホールを
介して酸化物超電導体と金属導電体とを接続させる必要
がある。具体的には、酸化物超電導体パターン上に適当
な絶縁層を形成し、この絶縁層の接合の両端に相当する
部分にコンタクトホールを設け、このコンタクトホール
を介して真空蒸着法等により金属導電体薄膜を被着形成
することによって、酸化物超電導体と金属導電体とを接
続している。抵抗素子等を形成する金属導電体として
は、酸化物超電導体と反応して酸化物超電導体の超電導
性を損なわないように、貴金属もしくは高融点金属を用
いるのが一般的である。
In order to form a Josephson junction using such an oxide superconductor and to install the above shunt resistor in parallel with the junction, connection portions (contact holes) are provided at both ends of the junction, It is necessary to connect the oxide superconductor and the metal conductor through this contact hole. Specifically, an appropriate insulating layer is formed on the oxide superconductor pattern, contact holes are provided at the portions corresponding to both ends of the junction of the insulating layer, and metal conduction is performed through the contact holes by a vacuum deposition method or the like. By depositing a body thin film, the oxide superconductor and the metal conductor are connected. As the metal conductor forming the resistance element or the like, a noble metal or a refractory metal is generally used so as not to react with the oxide superconductor to impair the superconductivity of the oxide superconductor.

【0005】しかしながら、上記したような方法で酸化
物超電導体と金属導電体とを接続した場合には、接続部
分において酸化物超電導体と金属導電体薄膜とが十分強
固に接続せず、剥がれを生じることがあり、またその部
分におけるコンタクト抵抗や流し得る最大電流値といっ
た電気的特性が一定しないといった問題があった。
However, when the oxide superconductor and the metal conductor are connected by the method as described above, the oxide superconductor and the metal conductor thin film are not firmly connected to each other at the connection portion, and peeling occurs. However, there is a problem in that electrical characteristics such as contact resistance and maximum current value that can flow are not constant.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、酸化
物超電導体を用いて電子デバイスを作製する上で、酸化
物超電導体パターンと金属導電体とを電気的に接続させ
る必要が生じる。しかしながら、従来法のように酸化物
超電導体上に単に金属導電体薄膜を被着形成しただけで
は、接続部分において酸化物超電導体と金属導電体薄膜
とが往々にして強固に接続せず、またその部分の電気的
特性が一定しないという問題があった。また一方で、酸
化物超電導体の特性を十分に発揮させるためには、その
組成比と結晶構造を適正化することが重要である。
As described above, in producing an electronic device using an oxide superconductor, it is necessary to electrically connect the oxide superconductor pattern and the metal conductor. However, by simply depositing a metal conductor thin film on an oxide superconductor as in the conventional method, the oxide superconductor and the metal conductor thin film are often not firmly connected at the connection portion, and There was a problem that the electrical characteristics of that part were not constant. On the other hand, in order to fully exhibit the characteristics of the oxide superconductor, it is important to optimize its composition ratio and crystal structure.

【0007】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、能動素子や配線部分等となる酸化物
超電導体の特性を十分に発揮させた上で、受動素子や常
伝導回路との接続配線等となる金属導電層と酸化物超電
導体とを強固に接続することを可能にした超電導デバイ
スおよびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and makes full use of the characteristics of an oxide superconductor which becomes an active element, a wiring portion, etc., and then a passive element and a normal conduction circuit. It is an object of the present invention to provide a superconducting device capable of firmly connecting an oxide superconductor to a metal conductive layer which will be a connection wiring or the like, and a manufacturing method thereof.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の超電導デバイス
は、化学量論的に適正な組成比を有する酸化物超電導体
層と、この酸化物超電導体層に接続された金属導電層と
を具備する超電導デバイスにおいて、前記酸化物超電導
体層の前記金属導電層との接続面近傍に、金属元素の析
出物が存在していることを特徴としている。
A superconducting device of the present invention comprises an oxide superconductor layer having a stoichiometrically proper composition ratio, and a metal conductive layer connected to the oxide superconductor layer. In the superconducting device described above, a deposit of a metal element is present in the vicinity of a connection surface of the oxide superconductor layer with the metal conductive layer.

【0009】また、本発明の超電導デバイスの製造方法
は、化学量論的に適正な組成比を有する酸化物超電導体
層の一部に、選択的に金属元素を導入する工程と、前記
酸化物超電導体層の前記金属元素が導入された部分に、
該金属元素の析出物を形成する工程と、少なくとも前記
酸化物超電導体層の前記金属元素の析出物が形成された
部分に、金属導電層を被着形成する工程とを有すること
を特徴としている。
Further, the method for manufacturing a superconducting device of the present invention comprises a step of selectively introducing a metal element into a part of the oxide superconductor layer having a stoichiometrically proper composition ratio, and the oxide. In the portion where the metal element of the superconductor layer is introduced,
It has a step of forming a deposit of the metal element, and a step of depositing a metal conductive layer on at least a portion of the oxide superconductor layer where the deposit of the metal element is formed. ..

【0010】[0010]

【作用】本発明の超電導デバイスにおいては、酸化物超
電導体層の金属導電層との接続面近傍に金属元素の析出
物を存在させているため、この金属元素の析出物を介し
て、酸化物超電導体層と金属導電層とを強固に接続する
ことが可能となる。また、この強固な接続により、電気
的にも安定な特性を示す接続が得られる。そして、上記
金属元素の析出物は、金属導電層との接続面近傍に限定
して形成しているため、酸化物超電導体層の能動素子や
配線等を実際に構成する部分に関しては、化学量論的に
適正な組成比が保たれ、良好な超電導特性を得ることが
できる。
In the superconducting device of the present invention, since the precipitate of the metal element is present in the vicinity of the connection surface of the oxide superconductor layer with the metal conductive layer, the oxide of the metal element precipitates through the precipitate of the metal element. It is possible to firmly connect the superconductor layer and the metal conductive layer. Further, this strong connection makes it possible to obtain a connection exhibiting electrically stable characteristics. And since the precipitate of the metal element is formed only near the connection surface with the metal conductive layer, the stoichiometric amount of the active element of the oxide superconductor layer, the wiring, etc. Theoretically appropriate composition ratio is maintained, and good superconducting characteristics can be obtained.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1は、本発明の一実施例による超電導デ
バイスの要部構成を示す断面図である。同図において、
1は SrTiO3 単結晶体等からなる絶縁体基板であり、こ
の絶縁体基板1上には、所望形状にパターニングされた
酸化物超電導体層2、例えばYBa2 Cu3 O7-x 膜(以
下、 Y-Ba-Cu-O膜と記す)が形成されている。この酸化
物超電導体層2は、 SiO等からなる絶縁膜3により覆わ
れており、この絶縁膜3にはコンタクトホールとなる開
孔部4が設けられている。絶縁膜3上には、開孔部4を
介して酸化物超電導体層2に接続された金属導電層5が
形成されている。この金属導電層5は、例えばシャント
抵抗や常伝導回路との接続配線等となるものであり、A
u、Ag等の貴金属やMo、 W等の高融点金属からなるもの
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main structure of a superconducting device according to an embodiment of the present invention. In the figure,
Reference numeral 1 is an insulator substrate made of SrTiO 3 single crystal or the like. On this insulator substrate 1, an oxide superconductor layer 2 patterned into a desired shape, such as a YBa 2 Cu 3 O 7-x film (hereinafter , Y-Ba-Cu-O film) is formed. The oxide superconductor layer 2 is covered with an insulating film 3 made of SiO or the like, and the insulating film 3 is provided with an opening 4 serving as a contact hole. On the insulating film 3, a metal conductive layer 5 connected to the oxide superconductor layer 2 through the opening 4 is formed. The metal conductive layer 5 serves as, for example, a shunt resistor or a connection wiring with a normal conduction circuit.
It consists of precious metals such as u and Ag and refractory metals such as Mo and W.

【0013】そして、上記酸化物超電導体層2の開孔部
4内に相当する部分、すなわち金属導電層5との接続面
近傍6には、図2に示すように、金属元素の析出物7が
存在している。この金属析出物7は、金属導電層5との
接続を強固にする役割を担っている。換言すれば、酸化
物超電導体層2と金属導電層5とは、上記金属析出物7
を介して強固に接続されている。また、この強固な接続
によって、電気的に安定な特性を示す接続が得られる。
上記金属析出物7となる金属元素としては、用いた酸化
物超電導体の構成金属元素、例えば Y-Ba-Cu-O膜を用い
た場合には銅、イットリウム、バリウムや、金、銀、白
金属族元素等の貴金属元素が用いられ、これらは 2種以
上の混合物として用いることも可能である。
Then, in a portion corresponding to the inside of the opening 4 of the oxide superconductor layer 2, that is, in the vicinity 6 of the connection surface with the metal conductive layer 5, as shown in FIG. Exists. The metal precipitate 7 plays a role of strengthening the connection with the metal conductive layer 5. In other words, the oxide superconductor layer 2 and the metal conductive layer 5 are the metal precipitates 7 described above.
Is firmly connected via. Also, this strong connection provides a connection exhibiting electrically stable characteristics.
As the metal element forming the metal precipitate 7, the constituent metal element of the oxide superconductor used, for example, copper, yttrium, barium, gold, silver, white when a Y-Ba-Cu-O film is used. Noble metal elements such as metal group elements are used, and these can be used as a mixture of two or more kinds.

【0014】ところで、上記酸化物超電導体層2の接続
面近傍6以外の部分8は、金属析出物を実質的に存在さ
せず、化学量論的に適正な組成比とすることが重要であ
る。すなわち、上述したような金属析出物は、酸化物超
電導体層2を構成する金属元素のいずれかを、予め化学
量論的な適性値よりも過剰に含ませることによっても形
成することができる。ただし、上記した方法では、酸化
物超電導体層2全体に金属析出物が存在することにな
る。このような内部に多量の金属析出物を含んだ酸化物
超電導体は、流すことができる臨界電流が低下する等、
化学量論的に適性な組成比で作製された場合に比べて超
電導特性が劣化したり、また磁束のトラップが生じて素
子の電気特性が不安定になるといった問題が生じる。ま
た、このような金属析出物を全体的に含む酸化物超電導
体を用いてジョセフソン接合素子等を作製した場合、リ
ーク電流が多く、素子の機能を十分に発揮できないとい
った問題も生じる。
By the way, it is important that the portion 8 of the oxide superconductor layer 2 other than the vicinity 6 of the connecting surface is substantially free of metal precipitates and has a stoichiometrically proper composition ratio. .. That is, the metal deposit as described above can also be formed by preliminarily containing any of the metal elements forming the oxide superconductor layer 2 in excess of the stoichiometric appropriateness value. However, in the method described above, metal deposits are present in the entire oxide superconductor layer 2. In such an oxide superconductor containing a large amount of metal precipitates, the critical current that can be flowed is reduced, etc.
There are problems that the superconducting characteristics are deteriorated and the electric characteristics of the device become unstable due to the trapping of magnetic flux, as compared with the case where the composition ratio is stoichiometrically appropriate. Further, when a Josephson junction device or the like is manufactured by using an oxide superconductor containing such a metal precipitate as a whole, there is a problem that the leak current is large and the function of the device cannot be sufficiently exhibited.

【0015】このようなことから、上記実施例では、金
属析出物7を金属導電層5との接続面近傍6のみに限定
して存在させ、他の部分8は化学量論的に適性な組成比
を持たせることによって、実際に能動素子や配線等とし
て機能する酸化物超電導体8の超電導特性を確保してい
る。
From the above, in the above-described embodiment, the metal precipitate 7 is allowed to exist only in the vicinity 6 of the connection surface with the metal conductive layer 5, and the other portion 8 has a stoichiometrically suitable composition. By providing the ratio, the superconducting characteristics of the oxide superconductor 8 which actually functions as an active element, wiring, etc. are secured.

【0016】上記したように、酸化物超電導体層2の金
属属導電層5との接続面近傍6のみに限定して金属析出
物7を形成する方法としては、以下に示すような方法が
挙げられる。図3は、本発明の一実施例による超電導デ
バイスの製造工程の要部を示す断面図である。図3を参
照して、この実施例の超電導デバイスの製造方法につい
て述べる。なお、この実施例では金属導電層として、パ
ターニングされたY-Ba-Cu-O 膜間を結ぶ金薄膜シャント
抵抗を作製した場合について説明する。
As described above, as a method of forming the metal precipitate 7 only in the vicinity 6 of the connecting surface of the oxide superconductor layer 2 to the metal-group conductive layer 5, the following method can be mentioned. Be done. FIG. 3 is a sectional view showing an essential part of a manufacturing process of a superconducting device according to an embodiment of the present invention. A method of manufacturing the superconducting device of this embodiment will be described with reference to FIG. In this example, a case where a gold thin film shunt resistor that connects between patterned Y-Ba-Cu-O 2 films is manufactured as a metal conductive layer will be described.

【0017】まず、適当量の酸素を含む雰囲気中で、 6
00℃〜 800℃に加熱された SrTiO3単結晶基板1上に、
スパッタリング法を用いて厚さ 300nmの Y-Ba-Cu-O膜2
を成長させた後、既知のフォトリソグラフィ技術を用い
て、該 Y-Ba-Cu-O膜2をパターニングすることにより、
互いに分離した Y-Ba-Cu-O膜パターン2a、2bを形成
した(図1−a)。
First, in an atmosphere containing an appropriate amount of oxygen, 6
On the SrTiO 3 single crystal substrate 1 heated to 00 ° C to 800 ° C,
Y-Ba-Cu-O film with a thickness of 300 nm using the sputtering method 2
And then patterning the Y-Ba-Cu-O film 2 using a known photolithography technique.
Separated Y-Ba-Cu-O film patterns 2a and 2b were formed (FIG. 1-a).

【0018】次に、上記 Y-Ba-Cu-O膜パターン2a、2
bを有する SrTiO3 単結晶基板1上に、真空蒸着法等に
より SiO絶縁膜3を全面に堆積させ、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて絶縁膜3を選択的にエッチングすること
により、 Y-Ba-Cu-O膜パターン2a、2bそれぞれに対
して開孔部4a、4bを形成し、その部分の Y-Ba-Cu-O
膜2を露出させた。この後、イオン注入法を適用して、
1×1022/cm2 程度の銅を200keVの加速電圧によりイオ
ン注入した(図1−b)。
Next, the above Y-Ba-Cu-O film patterns 2a, 2
By depositing the SiO insulating film 3 on the entire surface of the SrTiO 3 single crystal substrate 1 having b by a vacuum deposition method or the like, and selectively etching the insulating film 3 using a photolithography technique, Y-Ba-Cu -O film patterns 2a and 2b are formed with openings 4a and 4b, respectively, and Y-Ba-Cu-O of the portions is formed.
Membrane 2 was exposed. After that, apply the ion implantation method,
Ion implantation of about 1 × 10 22 / cm 2 of copper was carried out at an acceleration voltage of 200 keV (FIG. 1-b).

【0019】この状態で、開孔部4a、4bにより露出
された Y-Ba-Cu-O膜2の表面のみに、エネルギービーム
例えばレーザービームを短時間照射した(図1−c)。
このレーザービーム照射により、照射部分の Y-Ba-Cu-O
膜2の表面は、一旦溶融した後再固化するが、再固化の
過程においてイオン注入された銅が析出し、 Y-Ba-Cu-O
膜2膜の表面を含む接続面近傍部は、細かい銅の析出物
を含んで形成された。この際、照射するエネルギービー
ムは、僅かに Y-Ba-Cu-O膜の表面部分にのみエネルギー
を与え得るように焦点を調節することができるため、他
の部分には何等影響を与えずに、必要な部分すなわち表
面近傍のみを溶融、再固化させて銅を析出させることが
できた。
In this state, only the surface of the Y-Ba-Cu-O film 2 exposed by the openings 4a and 4b was irradiated with an energy beam such as a laser beam for a short time (FIG. 1-c).
By this laser beam irradiation, Y-Ba-Cu-O of the irradiated part
The surface of the film 2 is once melted and then re-solidified, but in the process of re-solidification, the ion-implanted copper is deposited and Y-Ba-Cu-O
The vicinity of the connection surface including the surface of the film 2 was formed to contain fine copper deposits. At this time, the energy beam to be irradiated can be adjusted in focus so that energy can be applied only to the surface portion of the Y-Ba-Cu-O film, so that it does not affect other portions. It was possible to melt and re-solidify only a necessary portion, that is, the vicinity of the surface, to deposit copper.

【0020】この後、真空蒸着法等で全面に厚さ 100nm
程度の金薄膜5を堆積させ、フォトリソグラフィ技術を
用いて金薄膜5をパターニングすることにより、 Y-Ba-
Cu-O膜パターン2a、2b間を結ぶ抵抗素子を形成した
(図1−d)。
After that, a 100 nm-thickness is formed on the entire surface by a vacuum deposition method or the like.
By depositing a gold thin film 5 of a certain degree and patterning the gold thin film 5 using a photolithography technique, Y-Ba-
A resistance element connecting the Cu-O film patterns 2a and 2b was formed (FIG. 1-d).

【0021】上述した超電導デバイスの製造方法によれ
ば、金薄膜5との接続面となる開孔部4a、4bにより
露出された Y-Ba-Cu-O膜2の表面のみにエネルギービー
ムを照射し、かつその表面近傍のみを溶融、再固化させ
て注入した銅を微細に析出させているため、実際に能動
素子例えばジョセフソン接合等として機能する部分には
影響を与えることなく、接続面近傍のみに銅の析出物を
形成することができた。そして、この銅の析出物によ
り、 Y-Ba-Cu-O膜2と金薄膜5とは銅の析出物を介して
強固に接続され、電気的にも安定な特性を示す接続を得
ることができた。なお、図1(d)に示す工程におい
て、 Y-Ba-Cu-O膜2と金薄膜5との電気的結合をより確
実にするために、金薄膜5を形成するに先立って、開孔
部4a、4aにより露出された Y-Ba-Cu-O膜2の表面を
アルゴンスパッタリング等によって、クリーニングして
おくことが望ましい。
According to the method for manufacturing a superconducting device described above, the energy beam is applied only to the surface of the Y-Ba-Cu-O film 2 exposed by the openings 4a and 4b serving as the connection surface with the gold thin film 5. In addition, since the injected copper is finely precipitated by melting and re-solidifying only in the vicinity of the surface, it does not affect the part that actually functions as an active element such as Josephson junction, and the vicinity of the connecting surface Only copper deposits could be formed. The copper deposits firmly connect the Y-Ba-Cu-O film 2 and the gold thin film 5 through the copper deposits, and a connection showing electrically stable characteristics can be obtained. did it. In addition, in the step shown in FIG. 1D, in order to secure the electrical coupling between the Y-Ba-Cu-O film 2 and the gold thin film 5, an opening is formed before forming the gold thin film 5. It is desirable to clean the surface of the Y-Ba-Cu-O film 2 exposed by the portions 4a and 4a by argon sputtering or the like.

【0022】ところで、上述した実施例の製造工程で
は、開孔部4a、4bにより露出された Y-Ba-Cu-O膜2
の表面部分に銅をイオン注入した後、エネルギービーム
を短時間照射させることによって、その部分を溶融、再
固化させている。このような方法では、エネルギービー
ムの照射に際して、 Y-Ba-Cu-O膜2の他の部分に影響を
与えずに必要な部分のみを溶融、再固化させるために
は、 Y-Ba-Cu-O膜2の表面部分にのみエネルギーを与え
得るように焦点を調節すると共に、開孔部4a、4bに
より露出された Y-Ba-Cu-O膜2の部分にのみ照射される
よう、それぞれの開孔部4a、4bに対して照準を定め
て照射を行う必要がある。
By the way, in the manufacturing process of the above-described embodiment, the Y-Ba-Cu-O film 2 exposed by the openings 4a and 4b.
After copper is ion-implanted into the surface portion of, the portion is melted and re-solidified by irradiating with an energy beam for a short time. In such a method, in order to melt and re-solidify only a necessary portion of the Y-Ba-Cu-O film 2 without affecting other portions of the Y-Ba-Cu-O film 2 when the energy beam is irradiated, the Focus is adjusted so that energy can be applied only to the surface portion of the -O film 2, and only the portion of the Y-Ba-Cu-O film 2 exposed by the openings 4a and 4b is irradiated with the light. It is necessary to aim and irradiate the apertures 4a and 4b.

【0023】次に、上記エネルギービームの照射に関連
する繁雑さを緩和した超電導デバイスの製造方法につい
て、図4を参照して述べる。図4は、本発明の他の実施
例による超電導デバイスの製造工程を示す図である。
Next, a method of manufacturing a superconducting device in which the complexity associated with the irradiation of the energy beam is alleviated will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of a superconducting device according to another embodiment of the present invention.

【0024】まず、 SrTiO3 単結晶基板1上に、前述し
た実施例と同様にして、互いに分離した Y-Ba-Cu-O膜パ
ターン2a、2bを形成した後、真空蒸着法等により S
iO絶縁膜3を全面に堆積させた(図4−a)。
First, Y-Ba-Cu-O film patterns 2a and 2b which are separated from each other are formed on the SrTiO 3 single crystal substrate 1 in the same manner as in the above-mentioned embodiment, and thereafter, the S-TiO 3 single crystal substrate 1 is subjected to S vapor deposition or the like.
The iO insulating film 3 was deposited on the entire surface (FIG. 4-a).

【0025】次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、
上面を金属膜11例えばアルミニウム、銀等の薄膜によ
り被覆されたフォトレジスト膜パターン12を形成し
た。次いで、このフォトレジスト膜パターン12をマス
クとして、絶縁膜3をエッチングすることにより開孔部
4a、4bを形成し、その部分の Y-Ba-Cu-O膜2をそれ
ぞれ露出させた(図4−b)。このような上面を金属膜
11で被覆されたフォトレジスト膜12は、例えば以下
のようにして形成することができる。
Next, using photolithography technology,
A photoresist film pattern 12 having an upper surface covered with a metal film 11 such as a thin film of aluminum or silver was formed. Next, using the photoresist film pattern 12 as a mask, the insulating film 3 is etched to form the openings 4a and 4b, and the Y-Ba-Cu-O film 2 in each of the openings is exposed (see FIG. 4). -B). The photoresist film 12 whose upper surface is covered with the metal film 11 can be formed, for example, as follows.

【0026】すなわち、フォトレジスト膜12としてポ
ジ型フォトレジストを用い、フォトレジスト膜12を全
面に塗布した後、その上に真空蒸着法等により金属膜1
1を被着させる。次いで、その上に再びフォトレジスト
(図示せず)を塗布し、露光、現像を行って、上側のフ
ォトレジストをパターニングする。この際、下側のフォ
トレジスト膜12は、金属膜11により被覆されている
ため、露光、現像の影響を受けない。次に、上側のフォ
トレジストパターンをマスクとして、金属膜11をパタ
ーニングする。この状態で、金属膜11をマスクとして
再び露光、現像を行うことにより、フォトレジスト膜1
2をパターニングする。上側のフォトレジストは、ポジ
型を用いていればこの露光現像時に同時に除去され、図
4(b)に示した状態が得られる。
That is, a positive type photoresist is used as the photoresist film 12, the photoresist film 12 is applied on the entire surface, and then the metal film 1 is formed thereon by a vacuum deposition method or the like.
Put on 1. Next, a photoresist (not shown) is applied again thereon, exposed and developed to pattern the upper photoresist. At this time, since the lower photoresist film 12 is covered with the metal film 11, it is not affected by exposure and development. Next, the metal film 11 is patterned using the upper photoresist pattern as a mask. In this state, the photoresist film 1 is exposed again and developed using the metal film 11 as a mask.
2 is patterned. If the photoresist on the upper side is a positive type, it is removed at the same time during this exposure and development, and the state shown in FIG. 4B is obtained.

【0027】この状態でイオン注入法を用いて、 1×10
22/cm2 程度の銅を200keVの加速電圧によりイオン注入
した(図4−c)後、エネルギービーム例えばレーザビ
ームの短時間照射を行って(図4−d)、開孔部4a、
4bにより露出された Y-Ba-Cu-O膜2の表面部分を溶
融、再固化させた。このイオン注入およびエネルギービ
ーム照射により、 Y-Ba-Cu-O膜2の表面は細かい銅の析
出物を含んで形成された。ここで、金属膜11が存在し
ている部分では、レーザービームが金属膜11により反
射され、その下側に位置する Y-Ba-Cu-O膜2の部分はレ
ーザービームの影響を受けないため、レーザービームを
全面に照射することができる。
In this state, using the ion implantation method, 1 × 10
After ion-implanting about 22 / cm 2 of copper at an acceleration voltage of 200 keV (FIG. 4-c), an energy beam, for example, a laser beam is irradiated for a short time (FIG. 4-d) to open the hole 4a,
The surface portion of the Y-Ba-Cu-O film 2 exposed by 4b was melted and solidified again. By this ion implantation and energy beam irradiation, the surface of the Y-Ba-Cu-O film 2 was formed containing fine copper precipitates. Here, the laser beam is reflected by the metal film 11 in the portion where the metal film 11 exists, and the portion of the Y-Ba-Cu-O film 2 located therebelow is not affected by the laser beam. The entire surface can be irradiated with a laser beam.

【0028】次いで、アセント等により洗浄してフォト
レジスト膜12を除去すると同時に、その上の金属膜1
1をも除去することにより、絶縁膜3の開孔部4a、4
bにより露出された表面近傍のみに、細かい銅の析出物
を含んだ Y-Ba-Cu-O膜パターン2a、2bが得られた。
この後、前述した実施例と同様にして金薄膜5の形成お
よびパターニングを行うことにより、 Y-Ba-Cu-O膜パタ
ーン2a、2b間が金薄膜5からなる抵抗素子で結ばれ
た超電導デバイスを作製した(図1−d)。
Then, the photoresist film 12 is removed by washing with ascent or the like, and at the same time, the metal film 1 on the photoresist film 12 is removed.
By removing 1 as well, the openings 4a, 4
Y-Ba-Cu-O film patterns 2a and 2b containing fine copper precipitates were obtained only in the vicinity of the surface exposed by b.
After that, by forming and patterning the gold thin film 5 in the same manner as in the above-described embodiment, the superconducting device in which the Y-Ba-Cu-O film patterns 2a and 2b are connected by the resistance element made of the gold thin film 5. Was produced (FIG. 1-d).

【0029】このようにして得た超電導デバイスにおい
ても、前述した実施例と同様に、Y-Ba-Cu-O膜2と金薄
膜5とが強固に接続されていた。また、上述したような
製造方法では、銅イオン注入された Y-Ba-Cu-O膜2の部
分に対して自己整合的にレーザービーム照射がなされ、
ビーム照射を必要としない部分の Y-Ba-Cu-O膜2は金属
膜11により被覆されているため、それぞれの開孔部4
a、4bに対して照準を定めて照射を行うといった繁雑
さを避けることができる。また、照射するレーザービー
ムの径を絞り込む必要性が軽減する等、プロセス上の余
裕度が増加し、基板全面に対する一括ビーム照射による
処理が可能となる。
Also in the superconducting device thus obtained, the Y-Ba-Cu-O film 2 and the gold thin film 5 were firmly connected, as in the above-mentioned embodiment. Further, in the manufacturing method as described above, laser beam irradiation is performed in a self-aligned manner on the portion of the Y-Ba-Cu-O film 2 into which the copper ions have been implanted,
Since the portion of the Y-Ba-Cu-O film 2 that does not require beam irradiation is covered with the metal film 11, the respective openings 4 are
It is possible to avoid the complexity of irradiating with aiming at a and b. In addition, the need for narrowing down the diameter of the laser beam to be irradiated is reduced, and the process margin is increased, so that the entire surface of the substrate can be processed by collective beam irradiation.

【0030】なお、上述した実施例において、金属膜1
1がその後の溶解処理により、Y-Ba-Cu-O膜2等に影響
を与えることなく除去されるならば、その下側のフォト
レジスト膜12の形成を省くことができる。しかし、一
般に酸化物超電導体は、酸やアルカリに対して耐性が乏
しく、容易に侵されることが知られているため、上述し
たような構造を採用することが望ましい。
In the above embodiment, the metal film 1
If 1 is removed by the subsequent dissolution treatment without affecting the Y-Ba-Cu-O film 2 or the like, the formation of the photoresist film 12 therebelow can be omitted. However, it is generally known that oxide superconductors have poor resistance to acids and alkalis and are easily corroded. Therefore, it is desirable to adopt the structure described above.

【0031】また、上述した各実施例の製造方法におい
ては、酸化物超電導体表面を溶融、再固化させるための
エネルギービームとしてレーザービームを用いている
が、他のエネルギービームとして赤外線、電子線、X線
等を利用してもよい。金属析出物を形成するための手段
として、エネルギービーム照射を用いる方法は、加熱炉
による高温処理といった他の方法に比べ、処理に伴う影
響を必要のない部分に及ぼさないといった点で優れてい
る。
Further, in the manufacturing method of each of the above-mentioned embodiments, the laser beam is used as the energy beam for melting and re-solidifying the surface of the oxide superconductor, but other energy beams such as infrared rays, electron beams, X-rays or the like may be used. The method using energy beam irradiation as a means for forming metal deposits is superior to other methods such as high-temperature treatment using a heating furnace in that the influence of the treatment does not reach unnecessary portions.

【0032】なお、上記各実施例においては、酸化物超
電導体として Y-Ba-Cu-O膜を用いた例について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、 Bi-Sr-C
a-Cu-O系やその他の酸化物超電導体に対しても同様に適
用できる。また、そのような場合には、金属析出物を形
成するためにイオン注入する元素として、それぞれの構
成金属元素や貴金属元素を利用することができる。また
本発明は、上記のごとき抵抗素子といった素子機能を持
つ金属膜パターンと酸化物超電導体パターンとの間の接
続に適用されるほか、保護膜やその他の目的のために酸
化物超電導体パターン上を金属膜により被覆する必要が
ある部分、例えばボンディングパッドの作製等に関して
も適用することができる。
In each of the above embodiments, an example using a Y-Ba-Cu-O film as an oxide superconductor has been described, but the present invention is not limited to this, and Bi-Sr- C
The same can be applied to a-Cu-O system and other oxide superconductors. Further, in such a case, each constituent metal element or noble metal element can be used as an element to be ion-implanted to form a metal precipitate. Further, the present invention is applied to a connection between a metal film pattern having an element function such as a resistance element as described above and an oxide superconductor pattern, and also on a oxide superconductor pattern for a protective film or other purposes. The present invention can also be applied to a portion that needs to be covered with a metal film, for example, the production of a bonding pad.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、酸
化物超電導体を用いて超電導デバイスを作製するにあた
って、化学量論的に適当な組成比を有し、優れた超電導
特性を示す酸化物超電導体で能動素子や配線等を形成す
ることができると共に、酸化物超電導体層と金属導電層
とを強固に接続することができ、電気的に安定な特性を
示す接続を得ることができる。よって、接続部および実
質的な酸化物超電導体層共に、特性に優れた超電導デバ
イスを提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, in producing a superconducting device using an oxide superconductor, an oxide having a stoichiometrically appropriate composition ratio and exhibiting excellent superconducting properties. It is possible to form active elements, wirings, etc. with a solid superconductor, and to firmly connect the oxide superconductor layer and the metal conductive layer, and obtain a connection showing electrically stable characteristics. .. Therefore, it is possible to provide a superconducting device having excellent characteristics in both the connecting portion and the substantial oxide superconducting layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による超電導デバイスの要部
構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a superconducting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す超電導デバイスにおける酸化物超電
導体層と金属導電層との接続ぶを拡大して示す図であ
る。
2 is an enlarged view showing a connection between an oxide superconductor layer and a metal conductive layer in the superconducting device shown in FIG.

【図3】本発明の一実施例による超電導デバイスの製造
工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a superconducting device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例による超電導デバイスの製
造工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a superconducting device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……絶縁体基板 2……酸化物超電導体層 3……絶縁膜 4……コンタクトホールとなる開孔部 5……金属導電層 6……酸化物超電導体層の金属導電層との接続面近傍 7……金属元素の析出物 1 ... Insulator substrate 2 ... Oxide superconductor layer 3 ... Insulation film 4 ... Opening part to be a contact hole 5 ... Metal conductive layer 6 ... Connection of oxide superconductor layer to metal conductive layer Near surface 7 ... Precipitates of metallic elements

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化学量論的に適正な組成比を有する酸化
物超電導体層と、この酸化物超電導体層に接続された金
属導電層とを具備する超電導デバイスにおいて、 前記酸化物超電導体層の前記金属導電層との接続面近傍
に、金属元素の析出物が存在していることを特徴とする
超電導デバイス。
1. A superconducting device comprising: an oxide superconductor layer having a stoichiometrically proper composition ratio; and a metal conductive layer connected to the oxide superconductor layer. 2. A superconducting device, characterized in that precipitates of a metal element are present in the vicinity of the connection surface with the metal conductive layer.
【請求項2】 化学量論的に適正な組成比を有する酸化
物超電導体層の一部に、選択的に金属元素を導入する工
程と、 前記酸化物超電導体層の前記金属元素が導入された部分
に、該金属元素の析出物を形成する工程と、 少なくとも前記酸化物超電導体層の前記金属元素の析出
物が形成された部分に、金属導電層を被着形成する工程
とを有することを特徴とする超電導デバイスの製造方
法。
2. A step of selectively introducing a metal element into a part of the oxide superconductor layer having a stoichiometrically proper composition ratio, and the step of introducing the metal element in the oxide superconductor layer. A step of forming a deposit of the metal element on a portion where the metal element is deposited, and a step of depositing a metal conductive layer on at least a portion of the oxide superconductor layer where the deposit of the metal element is formed. And a method for manufacturing a superconducting device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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