JPH0577315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、超電導セラミツクスを用いて機能素
子を作製するためのアイソレイシヨン方法に関す
る。

本発明は超電導セラミツクスを用いた機能素子
を同一基板上に集積化せしめんとする際し、１つ
の素子と他の素子との間を絶縁化せんとするもの
である。

「従来の技術」 従来、超電導材料はNb₃Ge等の金属材料が用
いられてきた。しかしこれらのTco（抵抗が零と
なる温度）は23Kと低く、実用化には高価な維持
費用が必要であつた。

これに対し、近年セラミツク系の超電導材料が
注目されている。この材料は最初IBMのチユー
リツヒ研究所よりBa−La−Cu−Ｏ（バラク式）
系酸化物超電導体として報告されている。

しかしこれらの酸化物セラミツク超電導体はバ
ルクのタブレツトを構成せしめたのみであつた。

また従来より知られていた金属超電導体に関し
ては、金属材料であるためたとえ基板上に薄膜構
成せしめ得ても、ジヨセフソン素子等の機能素子
を複数ケ作らんとした時、その不要物を単にエツ
チングして除去するのみの手段が知られているに
すぎなかつた。

「従来の問題点」 かかる従来技術においては、基板上に薄膜形成
をさせた場合、その超電導体を有する領域とアイ
ソレイシヨン領域との間で段差を生じ、同じ超電
導体の多層配線はまつたく不可能であつた。

特に酸化物超電導材料にあつては、従来より知
られた金属超電導材料とはまつたく異なる方式が
求められていた。

本発明はかかる目的を満たすものである。

「問題を解決すべき手段」 本発明は酸化物超電導材料（単結晶または多結
晶）に対して、特に有効である。この酸化物は酸
化せしめることにより超電導を呈する条件を有す
るもので、さらにこの酸化物条件下において絶縁
物とする化合物をこの超電導材料に添加するなら
ば、その領域は有抵抗領域となり、理論的には絶
縁材料とさせることができることを見出した。

本発明は単結晶または多結晶（セラミツクス）
の超電導材料であつて、（A_1-xBx）yCuzOw ｘ
＝０〜１、ｙ＝２〜４好ましくは2.5〜3.5、ｚ＝
1.0〜4.0好ましくは1.5〜3.5、ｗ＝4.0〜10.0好ま
しくは６〜８の式で一般に示し得るものを用い
た。この式において、Ａは元素周期表のａ族に
おける１種類または複数種類の元素であり、例え
ばイツトリユーム(Y)またはランタノイドである。
Ｂは元素周期表ａ族の１種類または複数種類の
元素よりなり、例えばバリユーム（Ba）である。

本発明はかかる一般式で示される単結晶または
多結晶の薄膜（一般的には0.1〜30μｍの厚さを有
する）を絶縁表面を有する基板上に形成する。そ
してその駆動素子、リード、電極とするところに
対し、マスクをし、その他に対してはイオン注入
法により酸化し絶縁物となる金属元素を注入す
る。この後、この金属を酸化することにより絶縁
物化したものである。そしてこの金属元素はアル
ミニユーム（Al）、マグネシユーム（Mg）、ガリ
ユーム（Ga）、珪素（Si）、ゲルマニユーム
（Ge）、チタン（Ti）、ジルコニユーム（Zr）、鉄
（Fe）をその代表例とし、その１種類または複数
種類を用いている。

またこの金属は１×10¹⁸〜２×10²²ケ／cm³の量
を注入添加した。

さらにこの後マスク材料を除去した後、700〜
1000℃の温度で酸化せしめ、この金属の酸化物を
アイソレイシヨン領域にて構成せしめ、アイソレ
イシヨンを行つた。その結果、かかる金属が添加
されていない領域は駆動素子、電極、リードとす
ることが可能となつた。またその超電導領域の一
部に１×10¹⁵〜９×10¹⁷ケ／cm³の濃度に金属元素
を添加してその量に従つた抵抗体として作製して
もよい。

特にこのイオン注入後の酸化物雰囲気でのアニ
ールは、添加された金属の酸化による絶縁化と添
加による超電導領域およびそれとアイソレイシヨ
ン領域との境界での損傷、応力歪の治癒とを併せ
るため重要である。

「作用」 かくして絶縁性表面を有する基板上に設けられ
た単結晶または多結晶の酸化物超電導体の上面と
概略同一の高さを有するアレソレイシヨン領域を
この超電導領域に隣接して設けることが可能とな
つた。このため、駆動素子の作製、またその集積
化用の多層配線も可能となり、超電導素子の集積
化を行うことが可能となつた。

またこの基板を絶縁表面を有するシリコン半導
体とした場合、その相互配線用のリード、電極を
超電導材料で行い、その周辺部をその超電導材料
をその一部材料としたアイソレイシヨン領域とす
ることも可能となつた。

以下に実施例に従い本発明を説明する。

実施例 １ 本発明の実施例として、単結晶の酸化物超電導
体を用いた。即ち、絶縁性単結晶基板例えばチタ
ン酸ストロンチユーム（SrTiO₃）上にスパツタ
法のエピタキシヤル成長を利用して単結晶薄膜を
形成した。これは低周波のスパツタ装置のターゲ
ツトに成膜後で例えば（YBa₂）Cu₃O₆〜₈となる
材料を設けた。さらにこの基板上を700〜1000℃
例えば850℃に加熱した。そしてこのターゲツト
をスパツタして基板上に酸化物セラミツクスをス
パツタ・エピタキシヤル成長させた。雰囲気はア
ルゴン−酸素の混合ガスを用いた。

かくして基板に0.1〜1μの膜厚の酸化物材料を
作製した。

さらにこれを酸素中に800〜1000℃にて５〜50
時間アニールした。するとこの薄膜は単結晶の超
電導材料として変成することができた。

かくして第１図Ａに示すように、基板１上に酸
化物超電導材料２を作製した。この後この上に面
フオトレジスタ３を選択的にコーテイングをし
た。

そして第１図Ｂに示す如く、このレジストの形
成されていない領域５，５′に対しアルミニユー
ムを１×10¹⁸〜３×10²²ケ／cm³、例えば２×10²⁰
ケ／cm³の濃度でイオン注入法４により添加した。

さらにこの後これら全体を再び酸化性雰囲気で
700〜1000℃の温度で加熱焼成した。するとレジ
スト３も炭酸ガス、水等となり気化して除去させ
てしまうに加えて、イオン注入をした領域１１を
アルミナ（Al₂O₃またはその変成物）の混入した
超電導を呈する領域１０と同一主成分の材料とさ
せることができた。

このアイソレイシヨン領域１１は以後の700〜
1000℃の高温処理工程等においても引き続き絶縁
性を保持し、また超電導領域１０も超電導状態を
保持させることが可能となつた。

実施例 ２ 第２図に本発明の実施例を示す。

図面において、基板１９はトランジスタ等が設
けられ、半導体基板である。その一部表面は電極
用の開穴７を有し、他の表面は絶縁膜、例えば窒
化窒素９をその上表面に有する絶縁膜６である。
半導体１と窒化珪素９との間の絶縁膜８は酸化珪
素である。

これらの上面に実施例１と同様のスパツタ法に
より酸化物超電導材料を形成した。さらに選択的
に金属をイオン添加、注入しアイソレイシヨン領
域１１、リード、電極領域１０を構成させた。

この酸化物超電導材料は多結晶（セラミツク
ス）であつた。

この実施例は、さらにこの上面に第２の絶縁膜
６′を窒化珪素により形成した。そして開穴７′を
形成した後再び実施例１と同様に超電導材料を形
成し、超電導領域１０′、アイソレイシヨン領域
１１′を構成せしめた。

かくして多層配線を半導体集積回路基板上に形
成することができた。

「効果」 本発明はこれまで超電導材料でまつたく試みら
れていないアイソレイシヨン構造を提案するもの
である。そして酸化物超電導材料の側周辺はこの
酸化物超電導材料に加えて金属の酸化物を添加す
ることにより、絶縁物化させることができた。そ
してそれぞれの領域の上面を概略同一表面を構成
させ得、多層配線が可能となつた。

本発明において、酸化物超電導材料の作製方法
としてスパツタ法のみならず、印刷法、MBE（分
子エピタキシヤル成長）法、気相法を用いること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアイソレイシヨン方法の作製
工程を示す。第２図は本発明の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に形成された酸化物超電導材料または
   その出発材料に対し、金属元素をイオン注入法に
   より注入した後、酸化雰囲気にて加熱処理するこ
   とにより前記金属元素を酸化して絶縁物化するこ
   とにより前記酸化物超電導材料を選択的に絶縁化
   することを特徴とする酸化物超電導材料の絶縁化
   方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、金属元素は
   アルミニユーム（Al）、マグネシユーム（Mg）、
   ガリユーム（Ga）、珪素（Si）、ゲルマニユーム
   （Ge）、チタン（Ti）、ジルコニユーム（Zr）、鉄
   （Fe）より選ばれた１種類または複数種類よりな
   ることを特徴とする酸化物超電導材料の絶縁化方
   法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、酸化物超電
   導材料は薄膜構造を有し超電導状態を呈する領域
   はリード、電極またはアクテイブ素子領域として
   設けられたことを特徴とする酸化物超電導材料の
   絶縁化方法。