JPS63220546A - 超伝導装置の作製方法 - 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】 「発明の利用分野」 本発明は、セラミック系超伝導材料を用いた超伝導装置
の作製方法に関するもので、電子装置における相互配線
の一部または全部を超伝導材料で形成するとともに、こ
の電子装置を７０〜１００°に好ましくは７７°にの如
き低温で動作せしめんとするものである。

「従来の技術」 従来、超伝導材料はＮｂ−Ｇｅ系（例えばＮｂ：＋Ｇｅ
）等の金属材料を線材として用い、超伝導マグネットと
して用いられるに限られていた。

また最近はセラミック材料で超伝導を呈し得ることが知
られていた。しかしこれもインゴット構造であり、薄膜
の超伝導材料の形成はまったく提案されていない。

いわんや、この薄膜をフォトリソグラフィ技術によりパ
ターニングする方法も、またこれをさらに半導体装置の
相互配線の一部に用いることもまったく知られていない
。

他方、半導体集積回路を含めた複数の素子を同一基板に
設けた半導体装置が知られている。しかしこの半導体装
置を液体窒素温度（７７°Ｋ）の如き低温で動作させる
試みはまったく知られてない。

「従来の問題点」 半導体集積回路は近年型々微細化するとともに高速動作
を要求されている。また微細化とともに半導体素子の発
熱による信頼性低下また発熱部の動作速度の低下が問題
となっていた。

このため、もし半導体素子を液体窒素温度で動作させん
とするど、その素子での電子およびホールの移動度は室
温のそれに比べて３〜４倍も高めることができ、ひいて
は素子の周波数特性を向上できる。

また加えて液体窒素で冷却しているため、局部的な発熱
も防ぐことができ、信頼性向上に優れたものであると推
定できる。

しかし、かかる極低温で動作をさせると、その金属リー
ド配線は逆にその電気抵抗が１桁も大きくなり、このリ
ードでの周波数特性の遅滞が問題となってしまった。

「問題を解決すべき手段」 本発明はかかる問題点を解決するため、基板特に半導体
装置を有する基板における相互配線を極低温（２０〜１
００°に好ましくは７７°に以上の温度）で超伝導を呈
するセラミック材料により形成する作製方法に関するも
のである。

本発明は基板、特に好ましくは耐熱性を有する半導体、
例えば単結晶シリコン半導体基板を用いて、この半導体
に複数の素子、例えば絶縁ゲイト型電界効果トランジス
タ、バイポーラ型ｌ・ランジスタ、５ＩＴ（静電誘導型
トランジスタ）、抵抗、キャパシタを設ける。そしてこ
の上に、またその上面の絶縁膜または導体上に電気抵抗
が零または零に近くする超伝導材料の薄膜を形成する。

これをフォトリソグラフィ技術により選択エッチをして
パターニングをする。更にその工程の前または後に５０
０〜１０００℃で熱アニールを特に酸化性雰囲気で行う
ことにより、超伝導現象を極低温で呈するようにセラミ
ック材料の結晶構造を変成する。これらの工程を１回ま
たは複数回繰り返すことにより、１層または各層の相互
配線を電気抵抗が零の材料により形成する。

１作用」 これまで、超伝導セラミックスはエツチング方法がまっ
たく知られていなかった。これに対して初めて酸を用い
てエツチングすることにより、微細パターンの作製が可
能となり、相互配線材料を作ることができた。かかる超
伝導薄膜のリードを用いた半導体素子を液体窒素温度と
すると、その電子またはボール移動度は３〜４倍に向上
させることができる。加えて、そのリード、電極の電気
抵抗を零または零に等しくすることが可能となる。

そのためきわめて高速動作をさせることが可能となる。

また動作による発熱も液体窒素による冷却により高信頼
性化も可能となる。

以下に本発明の実施例を図面に従って説明する。

「実施例１」 第１図は本発明の超伝導装置の製造工程の実施例を示す
。

第１図（八）において、シリコン半導体基板（１）上に
絶縁膜（２）を形成し、ここにフォトリソグラフィ技術
により開穴（８）を形成する。

第１図（八）における半導体基板（１）内にはＩＧＦＥ
Ｔ（絶縁ゲイＩ型半導体装置）、バイポーラトランジス
タの如きアクティブ型素子または抵抗、キャパシタの如
きパッシブ型素子が予め設けられている。そしてこれら
のアクティブ型またはパッシブ型の素子の電極用コンタ
クト部が前記した開穴に対応して設けられている。

第１図（Ｂ）においてはこれらの上面に超伝導を呈すべ
き材料を薄膜状に形成する。この薄膜はスパッタ法で形
成した。スクリーン印刷法、真空蒸着法または気相法（
ＣＶＤ法）で行ってもよい。しかし、ここでは材料の形
成が量産効果を有し、また耐熱性のセラミック系薄膜を
作りやすいスパッタ法か好ましい。

スパッタ装置はターゲットとして（ｙ＋−ウＢａｘ）Ｃ
ｕＯｙｘ　＝０．０１〜０．３好ましくは０．０５〜０
．１　、Ｖ　＝２．５〜３．０を用いた。もしｙ　＝２
．５の場合はブラウンミラーライト構造を採りえる。

Ｔｃ（臨界温度）をより７７°Ｋまたはそれ以上とする
ためにはｙ＝２．５に近く、またＸば０．０５〜０．１
にターゲットの作製の際合成すればよい。

スパッタに際してはその実施例として、基板温度４５０
℃、アルゴン雰囲気、周波数５ＱＩｌｚ、出力１００Ｗ
で行った。かかる場合のセラミック材料の膜厚を０．２
〜２μｍ、例えば１μｍの厚さとして、この後酸素中７
００℃（１０時間）でアニールを行い、その後この薄膜
が“より結晶を成長さゼやずくずべ（Ｔｃ＝８０°Ｋ　
（抵抗は８０°により下がりはじめ、実験的には３２°
にで抵抗は実質的に零になった）の超伝導薄膜を作るこ
とができた。

この後、この薄膜をフォトリソグラフィ技術で所定のパ
ターニングを行った。かくして素子の電極および入力、
出力端子との接続を含む相互配線用の電極およびリード
を構成すべくフォトレシストコ−１〜し、酸例えば硫酸
または硝酸で選択除去（エッチ）を行い第１図（Ｃ）を
得た。

このパターニングは前記した超伝導用薄膜を形成した後
に行い、ざらにその後に熱アニールを行ってパターニン
グした相互作用部のみ選択的に結晶化を行うことば有効
である。

この場合は相Ｕ、配線を初期状態において結晶粒径が小
さいためより微細パターンか可能である。

第１図（Ｄ）はこの後多層配線を必要に応じて行った。

特に半導体装置との外部のリードの接合のためにはセラ
ミック超伝導体より金属か連結をしやすい。このため層
間絶縁物（６）をＰＩ口（ポリイミド樹脂）で形成し、
アルミニュームで（７）　、　（７’　）を形成した。

即ち、本発明は素子の相互配線の１層または多層配線を
超伝導材料で形成した。さらに外部引き出電極はその密
着性をよくするため金属パッドを設ｉ−Ｊこれを用いた
。もちろんこの外部引き出し電極との密着性を向」二で
きる場合はこのパッド部も超伝導材料を用いてもよい。

「実施例２」 第２図は本発明の他の実施例を示す。

図面ばＣ／ＭＯ３（相補型ＩＧＦＩＥＴ）の部分のみ拡
大して示したものである。

図面は熱アニールに十分耐え得るシリコン半導体基板（
１）を用いた。さらにＰ型井戸（１５）を埋置して酸化
珪素（１１）を設け、一方のＩＧＦＥＴ　（２０）はゲ
イト電極（１２）、ソース（１３）、ドレイン（１４）
をＰチャネルＩＧＦＢＴとして設けた。他方のＩＧＦＥ
Ｔ（２１）はゲイト電極（１２’）　、ソース（１３’
）　、ドレイン（１４’）として設け、Ｎチャネル型Ｉ
ＧＦＥＴとした。ゲイト電極（１２）　、　（１２″）
は多結晶シリコンとし、これらの連絡その他の相互配線
（５）　、　（７）を実施例１と同様の超伝導材料で形
成した。

この超伝導材料を気相法で作り、下側基板に対し何らの
損（ｉを与えない場合はゲイト電極も超伝導材料で形成
してもよい。

「効果」 本発明によりこれらを半導体装置を室温ではなく、冷却
して形成する場合においても実用化か初めて可能となっ
た。

特に半導体は冷却することにより周波数特性を向上させ
るごとができる。しかし他方金属導体は逆に抵抗が増し
てしまう。この欠点を除去し導体をセラミック系超伝導
材料を用いることにより半導体とともに低温にし、電気
伝導度を向上させることか可能となった。

そのため、本発明の技術思想を発展させることにより、
１６Ｍ〜１．Ｇビット等の超々ＬＳＩに対する応用も可
能となった。

本発明において、半導体はシリコンではな（ＧａＡｓ等
の化合物半導体であってもよい。またシリコン半導体上
にＧａＡｓ等の■−■化合物半導体をヘテロエピタキシ
ャル成長を・已しめ、この半導体薄膜を用いてもよい。

かくすることにより超高速動作を指せることが可能とな
る。しかしアニールの温度を下げ、アニール中に半導体
基板を劣化しないように工夫する必要かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造工程を示す。゛ 第２図は本発明の他の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に相互配線用の超伝導を呈するセラミック材
   料の薄膜を形成する工程と、該材料の必要領域をレジス
   トコートをした後、不用領域を酸で選択除去する工程と
   を有することを特徴とする超伝導装置の作製方法。 ２、相互配線は基板上または該基板上の絶縁膜または配
   線上に超伝導を呈すべきセラミック材料を薄膜状に形成
   する工程と、該材料をフォトリソグラフィ技術により選
   択エッチする工程と、該工程の前または後に５００〜１
   ０００℃の温度で熱アニールを行う工程とを有して形成
   することを特徴とする超伝導装置の作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、熱アニールは酸性
   雰囲気で実施せしめることを特徴とする超伝導装置の作
   製方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、基板は半導体上に
   選択的に絶縁膜が設けられたことを特徴とする超伝導装
   置の作製方法。