JPS63250880A - 酸化物超電導材料 - 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、超電導セラミックスを用いて機能素子を作製
するためのアイソレイション構造に関する。

本発明は超電導セラミッ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２３にと低く、実用化には高価な維持費用が必要で
あった。

これに対し、近年セラミック系の超電導材料が注目され
ている。この材料は最初ＩＢＭのチューリッヒ研究所よ
りＢａ−Ｌａ−Ｃｕ−０（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ック超電導体はバルクのタ
ブレットを構成せしめたのみであった。

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
、ジョ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った。

「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ョン領
域との間で段差を生じ、同じ超電導体の多層配線はまっ
た（不可能であった。

特に酸化物超電導材料にあっては、従来より知られた金
属超電導材料とはまっ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（セラミックス）の超電導
材料であって、（Ａｔ−ｘ　Ｂｘ）ｙｃｕｚｏｗ　ｘ　
＝　０〜１．　ｙ　＝　２〜４好ましくは２．５〜３．
５１２〜１．０〜４．０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ｍａ族における１種
類または複数種類の元素であり、例えばイットリューム
（Ｙ）またはランタノイドである。Ｂは元素周期表Ｕａ
族の１種類または複数種類の元素よりなり、例えばバリ
ューム（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。

そしてその能動素子、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添加、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ューム（ＡＩ）、マグ
ネシューム（Ｍｇ）、ガリューム（Ｇａ）、珪素（Ｓｉ
）、ゲルマニューム（Ｇｅ）。

チタン（Ｔｉ）、　ジルコニューム（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Ｉ　ＸＩＯ”　〜２　×１（ｐｌケ／ｃ
ＩＩ＋３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、７００〜１００
０℃の温度で酸化せしめ、この金属の酸化物をアイソレ
イション領域にて構成せしめ、アイソレイションを行っ
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った。また
その超電導領域の一部に１×１ＯＩＳ〜９×ｌ０１７ケ
／ｃ、ｍ”の濃度に金属元素を添加してその量に従った
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ョ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（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
を有するアイソレイショ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った。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った。

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
アイソレイション領域とすることも可能となった。

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４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
ューム（ＳｒＴｉＯａ）上にスパッタ法のエピタキシャ
ル成長を利用して単結晶薄膜を形成した。これは低周波
のスパッタ装置のターゲットに成膜後で例えば（ＹＢａ
ｚ）Ｃｕｔ０６〜ｌｌ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
。そしてこのターゲットをスパッタして基板上に酸化物
セラミックスをスバッタ・エピタキシャル成長させた。

雰囲気はアルゴン−酸素の混合ガスを用いた。

かくして基板上に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番こ）３００〜１０００℃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。この後この上面にフ
ォトレジスト（３）を選択的にコーティングをした。

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、アルミニュー
ムをＩ　ＸＩＯ”　〜３　ＸＩＯ”ケ／ｃｍｊ、例えば
２×１０２０ケ／ｃｍ’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（Ａ
ＩＺＯ：ｌ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。

このアイソレイション領域（１１）は以後の７００〜１
０００℃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った。

「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、例えば窒化珪素（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。

この電極用開穴は、基板半導体のシリコン半導体と超電
導セラミックスとの間で、耐酸化性を有し、かつ基板半
導体とオーム接触をする耐熱性金属または金属珪化物を
５００〜３０００人の厚さに選択的に形成した。

これらの上面に実施例１と同様のスパッタ法により酸化
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ョン領域（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（セラミックス）であっ
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’）、アイソレイション領域（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ったく試みられていな
いアイソレイショ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った。

本発明において、酸化物超電導材料の作製方法としてス
パッタ法のみならず、印刷法、ＭＢＥ　（分子エピタキ
シャル成長）法、気相法を用いることも可能である。

また金属の添加はその領域のみ選択的に金属を真空蒸着
し、それを加熱拡散する方法を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアイソレイショ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、基板上の超電導薄膜と、該薄膜の一部領域に金属酸
   化物が添加されて絶縁領域として設けられたことを特徴
   とする超電導材料。 ２、特許請求の範囲第１項において、超電導薄膜の上面
   と絶縁領域の上面とは概略同一平面またはなめられに連
   続した表面で設けられたことを特徴とする超電導材料。 ３、特許請求の範囲第１項において、超電導薄膜は単結
   晶またはセラミックス（多結晶）構造を有することを特
   徴とする超電導材料。