JPH0553257U - 超電導配線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化物超電導薄膜により形成された超電導配
線であって、表面性状を劣化させることなく任意の個所
で切断できる超電導配線を提供する。 【構成】 超電導配線を構成する酸化物超電導薄膜２
ａ、２ｂに隣接して設けられた拡散材料層４ｂ、４ａを
備える。 【効果】 所望の個所を加熱して拡散材料を酸化物超電
導薄膜中に熱拡散させることにより、その個所の酸化物
超電導配線を非超電導化できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超電導配線に関する。より詳細には、本考案は、酸化物超電導薄膜 により形成された超電導配線の新規な構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来知られていた超電導材料は一般にヘリウムの液化温度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できる分野は非常に限られて いた。しかしながら、1986年に[La,Ba]₂CuＯ₄ あるいは[La,Sr]₂CuＯ₄ 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報告されて以来、 Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系あるいはBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ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々に確認された。このような高い温度で超電 導特性を示す材料は、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てきて いる。

【０００３】 酸化物超電導体は当初焼結体として合成されていたが、今日では、各種の蒸着 法により薄膜として合成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 てきている。このような酸化物超電導薄膜を使用すれば、信号劣化が極限まで低 減された超電導配線やジョセフソン素子等の機能素子を含む集積回路等を実現す ることができる。

【０００４】 ところで、半導体等により既に実現されている集積回路技術においては、ひと つのチップ内の回路に冗長性を導入するという手法が一般化されている。

【０００５】 即ち、微細な構造を有する集積回路では、一部に欠陥が生じた場合に、その部 分だけを補修することはできない。そこで、予め予備的な要素を造り込んでおい て、必要に応じてその予備的要素を使用することにより、集積回路全体の歩留り を効果的に改善することができる。

【０００６】 また、殆どの機能が共通で、一部の機能のみが異なるような複数の種類の集積 回路を製造する場合に、選択可能な複数の回路を並列的に造り込んでおき、用途 に応じて必要な回路だけを有効にするという機能を設けることにより、集積回路 の量産性を向上させることもできる。

【０００７】 このような冗長性を有する集積回路を実現する場合に不可避な機能として、い わゆる "ヒューズ" 機能がある。即ち、この種の回路には、予備的な回路や並列 的に設けられた回路のうち不要なものを、集積回路が一旦作製された後に必要に 応じて切り離すことができるような機能を設ける必要がある。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

集積回路におけるヒューズの最も基本的な構成は、不要な回路に接続された配 線をエッチングやイオン注入により破壊する方法である。しかしながら、このよ うな方式の切断処理にはマスクワーク等が不可避なので、切断処理に必要な工数 が増加せざるを得ない。また、マスクワークを伴う切断処理は、薄膜により形成 された集積回路の表面性状を劣化させるので、特に酸化物超電導体を利用した回 路の特性等に影響を与える場合がある。更に、超電導配線を使用した回路の場合 、動作を観測しながらジュール熱を利用した自己溶断型のヒューズを使用するこ とは難しい。

【０００９】 そこで、本考案は上記従来技術の問題点を解決し、酸化物超電導薄膜により形 成された超電導配線を含む集積回路において、物理的な損傷なしに切断すること ができるヒューズ機能を実現することをその目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案に従うと、基板上に装荷された酸化物超電導薄膜により形成された超電 導配線において、該酸化物超電導薄膜に隣接して形成された拡散材料層を具備す ることを特徴とする超電導配線が提供される。

【００１１】

【作用】

本考案に係る超電導配線は、その配線を形成する酸化物超電導薄膜に隣接した 拡散材料層を具備する点にその主要な特徴がある。

【００１２】 即ち、従来の超電導配線では、超電導配線を形成する酸化物超電導薄膜を物理 的に加工することにより切断処理を行う以外に方法がなかった。これに対して、 本考案に係る超電導配線は、自身に隣接した拡散材料層を備えており、切断すべ き領域を所定の温度以上に加熱して拡散材料を酸化物超電導薄膜中に拡散させる ことで切断処理を行うことができる。即ち、酸化物超電導薄膜は、一般に特定の 結晶構造を形成しているときにのみ有効な超電導性を発揮する。従って、酸化物 超電導薄膜中に、半導体や金属等の他の物質が拡散されるとその領域は非超電導 体化される。

【００１３】 以上のような本考案に係る超電導配線は、配線を構成する酸化物超電導薄膜の 直上または直下に、半導体あるいは金属等の拡散材料層を造り込んでおくことに より実現できる。

【００１４】 また、予め決定した所定の位置にのみ拡散材料層を形成しておくことにより、 超電導配線の特定の領域にのみヒューズ機能を付与することができる。従って、 本考案に係る超電導配線の構造は多層構造の配線にも適用することができる。

【００１５】 尚、上述のようなヒューズの切断処理は、レーザ光や収束イオンビームを照射 することにより簡単に実施でき、また、切断処理により表面性状を劣化させる恐 れもない。

【００１６】 以上のような特徴を備えた本考案に係る超電導配線の材料としては、いわゆる 酸化物超電導体の薄膜全般を適用することができるが、特に代表的なものとして Ｙ₁Ba₂Cu₃Ｏ_7-x 、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃Ｏ_x 、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃Ｏ_x 等を例示することがで きる。また拡散材料層の材料としては、Si等の半導体やNi等の金属を広く適用す ることができる。

【００１７】 以下、実施例を挙げて本考案をより具体的に説明するが、以下の開示は本考案 の一実施例に過ぎず、本考案の技術的範囲を何ら限定するものではない。

【００１８】

【実施例】

図１は本考案に係る超電導配線の具体的な構成例並びにその機能を示す断面図 である。

【００１９】 図１(a) に示すように、この超電導配線は、グランドプレーンを含む基板１上 に、それぞれ層間絶縁層２ａ、２ｂとしてのMgＯ層を介して形成された３層の酸 化物超電導薄膜３ａ、３ｂ、３ｃと、酸化物超電導薄膜３ａおよび３ｂに隣接し て特定の領域にのみ形成された拡散材料層４ａ、４ｂとから構成されている。な お、以下説明では便宜的に "層間絶縁層" として説明するが、層間絶縁層２ａ、 ２ｂは、実際には、絶縁体でなくても、非超電導体であれば足りる。

【００２０】 以上のように構成された超電導配線に対して領域Ａのみを加熱した場合、図１ (b) に示すように、拡散材料層４ａから酸化物超電導薄膜３ｂ中に拡散材料が熱 拡散される。従って、酸化物超電導薄膜３ｂにより形成された超電導配線は切断 される。一方、他の酸化物超電導薄膜３ａ、３ｃにより形成された超電導配線の 機能は全く変化しない。

【００２１】 また、この超電導配線に対して領域Ｂを加熱した場合、図１(c) に示すように 、拡散材料層４ｂから酸化物超電導薄膜３ａ中に拡散材料が熱拡散される。従っ て、酸化物超電導薄膜３ａにより形成された超電導配線は切断される。他の酸化 物超電導薄膜３ｂ、３ｃにより形成された超電導配線の機能は変化しない。

【００２２】 尚、本実施例においては、拡散材料層４ａ、４ｂを、酸化物超電導薄膜３ｂ、 ３ａの直上に形成したが、本考案はこれに限定されるわけではなく、拡散材料が 酸化物超電導薄膜に対して充分に拡散するようなレイアウトである限り、酸化物 超電導薄膜の直下あるいは側方に配置してもよい。また、複数の層で、拡散材料 層を同じ領域に形成しておくことにより、複数の超電導配線を同時に切断するこ とができるような構成とすることもできる。

【００２３】 〔作製例〕 図１に示した構造の超電導配線を作製した。

【００２４】 まず、基板１としてMgＯ（１００）基板を用意し、下記の表１および表２に示 す条件で、酸化物超電導薄膜３ａ、３ｂ、３ｃとしてＹ₁Ba₂Cu₃Ｏ_7-x 薄膜を、 層間絶縁層２ａ、２ｂとしてMgＯ薄膜を、それぞれ成膜した。

【００２５】

【表１】 Ｙ₁Ba₂Cu₃Ｏ_7-x 薄膜の成膜条件

【００２６】

【表２】 MgＯ薄膜の成膜条件

【００２７】 また、上記の成膜の過程で、酸化物超電導薄膜３ａおよび３ｂの直上の特定の 領域に、Si薄膜により拡散材料層４ａ、４ｂを形成している。成膜条件は下記の 表３に示す通りである。

【００２８】

【表３】 Si薄膜の成膜条件

【００２９】 以上のようにして作製した３層のＹ₁Ba₂Cu₃Ｏ_7-x 薄膜により形成された超電 導配線について液体窒素による冷却下での超電導特性を測定したところ、各層は いずれも有効な超電導配線となっていた。続いて、拡散材料層４ａ、４ｂの装荷 された領域を順次局所加熱したところ、それぞれの加熱処理後に、酸化物超電導 薄膜３ｂ、３ａには超電導電流が流れなくなった。尚、局所加熱処理には、レー ザ光を使用した。

【００３０】

【考案の効果】

以上詳述の如く、本考案に係る超電導配線は、加熱により切断処理を行うこと ができるヒューズとしての機能を備えている。このヒューズ機能は、エッチング 等のマスクワークの必要な加工なしに切断処理ができるので、ヒューズの切断処 理により表面性状が劣化することがない。

【００３１】 また、この超電導配線のヒューズ機能は、多層構造においても構成することが でき、超電導配線を使用した超電導回路に有利に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る超電導配線の構成例並びに機能を
示す断面図である。

【符号の説明】

１・・基板、 ２ａ、２ｂ・・・層間絶縁層（MgＯ薄膜）、 ３ａ、３ｂ、３ｃ・・酸化物超電導薄膜（Ｙ₁Ba₂Cu₃Ｏ
_7-x 薄膜）、 ４ａ、４ｂ・・拡散材料層（Si薄膜）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に装荷された酸化物超電導薄膜によ
   り形成された超電導配線において、 該酸化物超電導薄膜に隣接して形成された拡散材料層を
   具備することを特徴とする超電導配線。
2. 【請求項２】請求項１に記載された超電導配線におい
   て、前記酸化物超電導薄膜が非超電導体層を挟んで積層
   された複数の酸化物超電導薄膜であり、前記拡散材料層
   が、それぞれ特定の領域にのみ形成されていることを特
   徴とする超電導配線。