JP2579335B2 - 超伝導体素子の製造方法 - Google Patents
超伝導体素子の製造方法Info
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- JP2579335B2 JP2579335B2 JP63024188A JP2418888A JP2579335B2 JP 2579335 B2 JP2579335 B2 JP 2579335B2 JP 63024188 A JP63024188 A JP 63024188A JP 2418888 A JP2418888 A JP 2418888A JP 2579335 B2 JP2579335 B2 JP 2579335B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 （１）本発明の第１実施例（第１図） （２）本発明の第２実施例（第２図） 発明の効果 〔概 要〕 超伝導体素子の製造方法に関し、 ウエットエッチング工程を避けることにより、デバイ
ス形成後の超伝導特性を安定させ、かつ超伝導体素子の
微細加工を行うことのできる製造方法を提供することを
目的とし、 基板上に、セラミックス系の超伝導体を構成可能な元
素を用い構成元素の組成比を変えて絶縁体層を形成する
工程と、絶縁体層の上に配線パターンに応じてマスクを
形成する工程と、マスクおよび絶縁体層の上に、セラミ
ックス系の超伝導体を構成する元素のうち絶縁体層から
超伝導体層に変換でき得る元素からなる超微粒子を堆積
して超微粒子層を形成する工程と、超微粒子層に酸素を
供給しつつ基板を加熱して、前記絶縁体層のうちマスク
で覆われていない部分を超伝導体層に変換する工程と、
を含むように構成する。
ス形成後の超伝導特性を安定させ、かつ超伝導体素子の
微細加工を行うことのできる製造方法を提供することを
目的とし、 基板上に、セラミックス系の超伝導体を構成可能な元
素を用い構成元素の組成比を変えて絶縁体層を形成する
工程と、絶縁体層の上に配線パターンに応じてマスクを
形成する工程と、マスクおよび絶縁体層の上に、セラミ
ックス系の超伝導体を構成する元素のうち絶縁体層から
超伝導体層に変換でき得る元素からなる超微粒子を堆積
して超微粒子層を形成する工程と、超微粒子層に酸素を
供給しつつ基板を加熱して、前記絶縁体層のうちマスク
で覆われていない部分を超伝導体層に変換する工程と、
を含むように構成する。
本発明は、超伝導体素子の製造方法に係り、詳しく
は、セラミックス系の超伝導材料を用いて超伝導体素子
（例えば、ジョセフソン接合素子）を形成する製造方法
に関する。
は、セラミックス系の超伝導材料を用いて超伝導体素子
（例えば、ジョセフソン接合素子）を形成する製造方法
に関する。
近年、コンピュータの高速化はめざましく、この高速
化のアプローチとしてプロセッサのマルチ化、デバイス
のスイッチング速度の向上、およびこれらデバイスを高
密度に実装して配線距離を短縮する等が行われている。
高密度化に配線するためには、微細な配線パターンで回
路を作成する必要があり、このような微細化を図ると、
配線に用いる導体の断面積が減少する反面、配線の電気
抵抗が増加する。そのため、伝播する電気信号の減少、
波形の歪が起こる。
化のアプローチとしてプロセッサのマルチ化、デバイス
のスイッチング速度の向上、およびこれらデバイスを高
密度に実装して配線距離を短縮する等が行われている。
高密度化に配線するためには、微細な配線パターンで回
路を作成する必要があり、このような微細化を図ると、
配線に用いる導体の断面積が減少する反面、配線の電気
抵抗が増加する。そのため、伝播する電気信号の減少、
波形の歪が起こる。
一方、超伝導体は、臨界温度以下の環境で電気抵抗が
零となる巨視的量子現象（超伝導現象）や完全な反磁性
（マイスナー効果）等の性質を示す。そこで、超伝導体
を銅などの常伝導体に代えて配線材料として用いること
ができれば、上記の問題は大きく改善される。
零となる巨視的量子現象（超伝導現象）や完全な反磁性
（マイスナー効果）等の性質を示す。そこで、超伝導体
を銅などの常伝導体に代えて配線材料として用いること
ができれば、上記の問題は大きく改善される。
従来の超伝導体は超伝導状態に転移する温度が低く、
冷却のために液体ヘリウムや液体水素を用いなければな
らなかった。しかも、これらの冷却媒体は取り扱いが難
しく、コストもかかるので、超伝導体素子の実現化は困
難であった。
冷却のために液体ヘリウムや液体水素を用いなければな
らなかった。しかも、これらの冷却媒体は取り扱いが難
しく、コストもかかるので、超伝導体素子の実現化は困
難であった。
ところが、近時Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系セラミックスに代表
される、いわゆる高温超伝導体が出現し、超伝導体素子
の実用化の可能性が大きく広がりつつある。すなわち、
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系、La−Sr−Cu−Ｏ系、La−Ba−Cu−Ｏ
系のセラミックス系超伝導体は40〜現在90Kという高い
臨界温度をもつので、これら高温超伝導体の薄膜形成は
超伝導体集積回路等のマイクロエレクトロニクスへの応
用の上で非常に重要である。集積回路上の超伝導体配線
はその一つであり、実用性の非常に高いものである。
される、いわゆる高温超伝導体が出現し、超伝導体素子
の実用化の可能性が大きく広がりつつある。すなわち、
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系、La−Sr−Cu−Ｏ系、La−Ba−Cu−Ｏ
系のセラミックス系超伝導体は40〜現在90Kという高い
臨界温度をもつので、これら高温超伝導体の薄膜形成は
超伝導体集積回路等のマイクロエレクトロニクスへの応
用の上で非常に重要である。集積回路上の超伝導体配線
はその一つであり、実用性の非常に高いものである。
ところで、セラミックス系の高温超伝導体では、各々
の構成元素が規則的に配置された結晶構造をもち、限ら
れた組成比の時のみ高い臨界温度を示す。このようなセ
ラミックス系の高温超伝導材料を超伝導体素子に適用す
るためには、まず製造技術の確立を図る必要があり、超
伝導体素子の形成後も安定した超伝導特性を示すことが
要求される。電流密度も微細化することを考えると、10
6A/cm2以上は必要である。このため、超伝導特性の安定
した超伝導体素子を実現できる製造技術の確立が望まれ
ている。
の構成元素が規則的に配置された結晶構造をもち、限ら
れた組成比の時のみ高い臨界温度を示す。このようなセ
ラミックス系の高温超伝導材料を超伝導体素子に適用す
るためには、まず製造技術の確立を図る必要があり、超
伝導体素子の形成後も安定した超伝導特性を示すことが
要求される。電流密度も微細化することを考えると、10
6A/cm2以上は必要である。このため、超伝導特性の安定
した超伝導体素子を実現できる製造技術の確立が望まれ
ている。
セラミックス系の酸化物高温超伝導体は40〜現在90K
の比較的高温で超伝導状態になることから、ICなどの半
導体デバイス、各種装置の部品、装置の配線など応用範
囲が広く、その要求も大きい。これらの要求に答えるた
めには品質の良い薄膜を効率良く形成する必要がある。
例えばジョセフソン接合素子を含めた半導体集積回路の
構成素子は、すべて薄膜素子からなる全薄膜集積回路と
いう特質がある。このため、薄膜の結晶粒径、配向性等
の結晶性に基づく薄膜の性質、均一性、再現性が素子ひ
いては超伝導集積回路の歩留り、信頼性の重要な因子と
なる。
の比較的高温で超伝導状態になることから、ICなどの半
導体デバイス、各種装置の部品、装置の配線など応用範
囲が広く、その要求も大きい。これらの要求に答えるた
めには品質の良い薄膜を効率良く形成する必要がある。
例えばジョセフソン接合素子を含めた半導体集積回路の
構成素子は、すべて薄膜素子からなる全薄膜集積回路と
いう特質がある。このため、薄膜の結晶粒径、配向性等
の結晶性に基づく薄膜の性質、均一性、再現性が素子ひ
いては超伝導集積回路の歩留り、信頼性の重要な因子と
なる。
このように超伝導体を用いた従来の超伝導体素子の製
造方法としては、例えば次のような製造工程が知られて
いる。まず、基板上にスパッタ法、EB（電子ビーム）蒸
着法、CVD法などによりセラミックス系の超伝導体薄膜
を形成後、アニールを行っている。形成した薄膜の上に
レジストを塗付し、デバイスのパターンに応じてレジス
トをパターニングしてマスクを形成し、硝酸（例えば、
0.1％水溶液）等によってウエットエッチングを行う。
その後、エッチング液除去の水洗い、レジスト除去のア
セトン洗浄を行う。
造方法としては、例えば次のような製造工程が知られて
いる。まず、基板上にスパッタ法、EB（電子ビーム）蒸
着法、CVD法などによりセラミックス系の超伝導体薄膜
を形成後、アニールを行っている。形成した薄膜の上に
レジストを塗付し、デバイスのパターンに応じてレジス
トをパターニングしてマスクを形成し、硝酸（例えば、
0.1％水溶液）等によってウエットエッチングを行う。
その後、エッチング液除去の水洗い、レジスト除去のア
セトン洗浄を行う。
しかしながら、このような従来の超伝導体素子の製造
方法にあっては、デバイスへの加工を行う際に酸や有機
溶剤や水等を用いるウエットプロセスを経る構成となっ
ていたため、特にセラミックス系の高温超伝導材料は酸
や有機溶剤や水等に触れると、その超伝導特性が劣化す
るという性質があることから、デバイス作成後に超伝導
体素子の特性が劣化するという問題点があった。
方法にあっては、デバイスへの加工を行う際に酸や有機
溶剤や水等を用いるウエットプロセスを経る構成となっ
ていたため、特にセラミックス系の高温超伝導材料は酸
や有機溶剤や水等に触れると、その超伝導特性が劣化す
るという性質があることから、デバイス作成後に超伝導
体素子の特性が劣化するという問題点があった。
上記問題は、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系セラミックスやLa−Ba
−Cu−Ｏ系のセラミックスを使用した超伝導体の場合、
これらの主要成分であるBaやCuの化学的活性力が強く、
水や酸と容易に反応するからであり、成膜工程のパター
ニングに水、酸および有機溶剤等を用いるウエットプロ
セス（特にウエットエッチング工程）で超伝導体の組成
成分が結晶中から遊離してしまい、超伝導特性が劣化す
る。
−Cu−Ｏ系のセラミックスを使用した超伝導体の場合、
これらの主要成分であるBaやCuの化学的活性力が強く、
水や酸と容易に反応するからであり、成膜工程のパター
ニングに水、酸および有機溶剤等を用いるウエットプロ
セス（特にウエットエッチング工程）で超伝導体の組成
成分が結晶中から遊離してしまい、超伝導特性が劣化す
る。
そこで、本発明は、ウエットエッチング工程を避ける
ことにより、デバイス形成後の超伝導特性を安定させ、
かつ超伝導体素子の微細加工を行うことができる製造方
法を提供することを目的としている。
ことにより、デバイス形成後の超伝導特性を安定させ、
かつ超伝導体素子の微細加工を行うことができる製造方
法を提供することを目的としている。
本発明による超伝導体素子の製造方法は上記目的達成
のため、基板上に、セラミックス系の超伝導体を構成可
能な元素を用い構成元素の組成比を変えて絶縁体層を形
成する工程と、絶縁体層の上に配線パターンに応じてマ
スクを形成する工程と、マスクおよび絶縁体層の上に、
セラミックス系の超伝導体を構成する元素のうち絶縁体
層から超伝導体層に変換でき得る元素からなる超微粒子
を堆積して超微粒子層を形成する工程と、超微粒子層に
酸素を供給しつつ基板を加熱して、前記絶縁体層のうち
マスクで覆われていない部分を超伝導体層に変換する工
程と、を含んでいる。
のため、基板上に、セラミックス系の超伝導体を構成可
能な元素を用い構成元素の組成比を変えて絶縁体層を形
成する工程と、絶縁体層の上に配線パターンに応じてマ
スクを形成する工程と、マスクおよび絶縁体層の上に、
セラミックス系の超伝導体を構成する元素のうち絶縁体
層から超伝導体層に変換でき得る元素からなる超微粒子
を堆積して超微粒子層を形成する工程と、超微粒子層に
酸素を供給しつつ基板を加熱して、前記絶縁体層のうち
マスクで覆われていない部分を超伝導体層に変換する工
程と、を含んでいる。
本発明では、基板上にセラミックス系の超伝導体を構
成可能な元素を用い、構成元素の組成比を変えたセラミ
ックス系の絶縁体層が形成され、形成された絶縁体層の
上に配線パターンに応じたマスクが形成され、マスクお
よび絶縁体層の上にセラミックス系の超伝導体を構成す
る元素のうち絶縁体層を超伝導体層に変換でき得る元素
からなる超微粒子を堆積して超微粒子層が形成され、形
成された超微粒子層に酸素を供給しつつ基板を加熱し
て、前記絶縁体層のうちマスクで覆われていない部分が
超伝導体層に変換される。
成可能な元素を用い、構成元素の組成比を変えたセラミ
ックス系の絶縁体層が形成され、形成された絶縁体層の
上に配線パターンに応じたマスクが形成され、マスクお
よび絶縁体層の上にセラミックス系の超伝導体を構成す
る元素のうち絶縁体層を超伝導体層に変換でき得る元素
からなる超微粒子を堆積して超微粒子層が形成され、形
成された超微粒子層に酸素を供給しつつ基板を加熱し
て、前記絶縁体層のうちマスクで覆われていない部分が
超伝導体層に変換される。
したがって、ウエットエッチング工程を必要とせず、
デバイス形成後の超伝導特性が安定しかつ超伝導体素子
の微細加工が可能となる。
デバイス形成後の超伝導特性が安定しかつ超伝導体素子
の微細加工が可能となる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る超伝導体素子の製造方法の第１
実施例を示す図であり、本実施例は超伝導素子として超
伝導配線を作る例を示している。第１図（ａ）〜（ｅ）
は、超伝導配線の製造プロセスを示す図であり、工程順
に説明してゆく。
実施例を示す図であり、本実施例は超伝導素子として超
伝導配線を作る例を示している。第１図（ａ）〜（ｅ）
は、超伝導配線の製造プロセスを示す図であり、工程順
に説明してゆく。
（Ｉ）第１図（ａ）の工程 第１図（ａ）において、１は基板である。基板１とし
ては、例えばSi、MgO、サファイア、SrTiO3等が用いら
れる。このような素材を基板１として用いるのは、薄膜
素子からなる超伝導集積回路実現に不可欠な磁気的不純
物を含まず、清浄で良好な平坦性の基板を得ることが可
能だからである。まず、基板１上に例えばY1Ba2Cu3O7-x
なる組成を有するセラミックス系の超伝導体層を堆積す
る。超伝導体層の堆積は例えば、以下の方法により行わ
れる。すなわち、基板１上に、YBa2Cu3の組成を有する
セラミックス系の超伝導体層をスパッタ法、EB蒸着法あ
るいはCVD法により300〜800℃の温度条件下で形成し、
次いで同一チャンバ内で300〜900℃の温度条件下で酸素
を供給しながら熱処理をする。これにより、酸素の入り
込みが適切に調整されて高温超伝導体となる。次いで、
基板１を水に浸し超伝導体層を絶縁体層２に変換する。
この変換は化学反応によって生じ、その反応式の一例を
以下に示している。すなわち、 2Y1Ba2Cu3O7＋3H2O→Y2Ba2CuO5＋3Ba（OH）２ ＋５（CuO）＋1/2O2 …… この結果、絶縁体層２はY2Ba2CuO5という組成を有す
るセラミックス、すなわち絶縁体となる。このY2Ba2CuO
5は水溶液や溶剤に対して安定なものであり、製造工程
中にその組成変動を生じることはない。また、式中の
Ba（OH）２およびCuO等の生成物は水により除去され、
絶縁体層２にはY2Ba2CuO5という組成のみが残ることと
なる。
ては、例えばSi、MgO、サファイア、SrTiO3等が用いら
れる。このような素材を基板１として用いるのは、薄膜
素子からなる超伝導集積回路実現に不可欠な磁気的不純
物を含まず、清浄で良好な平坦性の基板を得ることが可
能だからである。まず、基板１上に例えばY1Ba2Cu3O7-x
なる組成を有するセラミックス系の超伝導体層を堆積す
る。超伝導体層の堆積は例えば、以下の方法により行わ
れる。すなわち、基板１上に、YBa2Cu3の組成を有する
セラミックス系の超伝導体層をスパッタ法、EB蒸着法あ
るいはCVD法により300〜800℃の温度条件下で形成し、
次いで同一チャンバ内で300〜900℃の温度条件下で酸素
を供給しながら熱処理をする。これにより、酸素の入り
込みが適切に調整されて高温超伝導体となる。次いで、
基板１を水に浸し超伝導体層を絶縁体層２に変換する。
この変換は化学反応によって生じ、その反応式の一例を
以下に示している。すなわち、 2Y1Ba2Cu3O7＋3H2O→Y2Ba2CuO5＋3Ba（OH）２ ＋５（CuO）＋1/2O2 …… この結果、絶縁体層２はY2Ba2CuO5という組成を有す
るセラミックス、すなわち絶縁体となる。このY2Ba2CuO
5は水溶液や溶剤に対して安定なものであり、製造工程
中にその組成変動を生じることはない。また、式中の
Ba（OH）２およびCuO等の生成物は水により除去され、
絶縁体層２にはY2Ba2CuO5という組成のみが残ることと
なる。
このような化学反応は、セラミックス系超伝導体の構
成元素であるCuやBaの化学的活性によって生じ、このた
め超伝導特性劣化の原因となって超伝導体素子の形成を
阻げている。
成元素であるCuやBaの化学的活性によって生じ、このた
め超伝導特性劣化の原因となって超伝導体素子の形成を
阻げている。
（II）第１図（ｂ）の工程 第１図（ａ）の工程により形成された絶縁体層２の上
にマスク３を形成する。マスク３の形成は通常のフォト
リソグラフィ技術を用いて行われる。すなわち、絶縁体
層２の上にレジストを塗付し、配線パターンに従って露
光し、不要部分を除去して絶縁体層２の上にマスク３を
形成する。ここで、マスク３で覆われない絶縁体層２が
後述の超伝導体層2aとなり、マスク３で覆われている絶
縁体層２はそのまま残る。
にマスク３を形成する。マスク３の形成は通常のフォト
リソグラフィ技術を用いて行われる。すなわち、絶縁体
層２の上にレジストを塗付し、配線パターンに従って露
光し、不要部分を除去して絶縁体層２の上にマスク３を
形成する。ここで、マスク３で覆われない絶縁体層２が
後述の超伝導体層2aとなり、マスク３で覆われている絶
縁体層２はそのまま残る。
（III）第１図（ｃ）の工程 第１図（ｂ）の工程によって形成された絶縁体層２お
よびマスク３の上に超微粒子層４を形成する。すなわ
ち、図外の超微粒子生成装置によって生成されたBaやCu
の超微粒子（粒子直径の極めて小さい微粒子）をN2やAr
等の不活性ガスによって搬送し、各々の元素の超微粒子
の流量を制御して基板１上に堆積する。このとき、超微
粒子は絶縁体層２を超伝導体（組成Y1Ba2Cu3O7-x）に変
換し得る組成比（超微粒子の流量比）で供給され、材料
のイオン化率等を考慮して各々の超微粒子の流量を制御
して行われる。絶縁体層２およびマスク３の上に超微粒
子層４を堆積した状態を第１図（ｃ）に示している。こ
のような超微粒子はその粒子直径が小さいので、化学的
活性がきわめて強く低い温度条件下でも容易に化学反応
を生じて、セラミックス系の超伝導体を形成することが
できる。但し、超伝導体となるためには酸素が不足する
ので、第１図（ｄ）の工程が必要になっている。
よびマスク３の上に超微粒子層４を形成する。すなわ
ち、図外の超微粒子生成装置によって生成されたBaやCu
の超微粒子（粒子直径の極めて小さい微粒子）をN2やAr
等の不活性ガスによって搬送し、各々の元素の超微粒子
の流量を制御して基板１上に堆積する。このとき、超微
粒子は絶縁体層２を超伝導体（組成Y1Ba2Cu3O7-x）に変
換し得る組成比（超微粒子の流量比）で供給され、材料
のイオン化率等を考慮して各々の超微粒子の流量を制御
して行われる。絶縁体層２およびマスク３の上に超微粒
子層４を堆積した状態を第１図（ｃ）に示している。こ
のような超微粒子はその粒子直径が小さいので、化学的
活性がきわめて強く低い温度条件下でも容易に化学反応
を生じて、セラミックス系の超伝導体を形成することが
できる。但し、超伝導体となるためには酸素が不足する
ので、第１図（ｄ）の工程が必要になっている。
（IV）第１図（ｄ）の工程 第１図（ｃ）の工程によって堆積した超微粒子層４を
熱処理して超伝導体層2aを形成する。熱処理方法は以下
のようにして行う。スパッタ装置やプラズマ装置中に基
板１を置き、O2ガスをプラズマ状態として超微粒子層４
にイオン注入若しくは熱拡散する。同時に、基板１を以
下の条件で加熱する。
熱処理して超伝導体層2aを形成する。熱処理方法は以下
のようにして行う。スパッタ装置やプラズマ装置中に基
板１を置き、O2ガスをプラズマ状態として超微粒子層４
にイオン注入若しくは熱拡散する。同時に、基板１を以
下の条件で加熱する。
加熱温度 300〜400（℃） 加熱時間 １時間 この結果、マスク３で覆われていない絶縁体層２はY1
Ba2Cu3O7-xという組成を有する超伝導体層2aとなり、マ
スク３で覆われた部分はY2Ba2CuO5という組成の絶縁体
層２のまま残る。このとき、マスク３は加熱によって焼
失してしまうので、従来のようにアセトン洗浄する必要
はない。
Ba2Cu3O7-xという組成を有する超伝導体層2aとなり、マ
スク３で覆われた部分はY2Ba2CuO5という組成の絶縁体
層２のまま残る。このとき、マスク３は加熱によって焼
失してしまうので、従来のようにアセトン洗浄する必要
はない。
以上の工程を経て完成した状態を第１図（ｄ）に示し
ている。同図において、超伝導体層2aの周囲には絶縁体
層２が形成され、超伝導体層2aの電流リークを防止して
いる。
ている。同図において、超伝導体層2aの周囲には絶縁体
層２が形成され、超伝導体層2aの電流リークを防止して
いる。
次に、第１図（ｄ）を参照してその作用を説明する。
第１図（ｄ）の半導体素子は超伝導体集積回路の一部分
を構成する配線の断面図を示している。この超伝導体集
積回路は例えば液体窒素により77K近傍まで冷却され、
この状態で使用されるとき、超伝導体層2aは超伝導特性
を示しその導体抵抗が０となる。この結果、超伝導体集
積回路は、低消費電力で高速動作を行うことができる。
この際、超伝導体層2aの周囲には絶縁体層２があり、超
伝導体層2a同士の電流リークを有効に防止している。こ
の絶縁体層２および超伝導体層2aの形成は従来の超伝導
体薄膜形成後のウエットエッチングによってパターン形
成を行ったのと同じ効果を有しており、しかも超伝導体
層2aは加工の際に、水、酸、溶剤等と触れることがない
ので、超伝導特性を損なうことがない。
第１図（ｄ）の半導体素子は超伝導体集積回路の一部分
を構成する配線の断面図を示している。この超伝導体集
積回路は例えば液体窒素により77K近傍まで冷却され、
この状態で使用されるとき、超伝導体層2aは超伝導特性
を示しその導体抵抗が０となる。この結果、超伝導体集
積回路は、低消費電力で高速動作を行うことができる。
この際、超伝導体層2aの周囲には絶縁体層２があり、超
伝導体層2a同士の電流リークを有効に防止している。こ
の絶縁体層２および超伝導体層2aの形成は従来の超伝導
体薄膜形成後のウエットエッチングによってパターン形
成を行ったのと同じ効果を有しており、しかも超伝導体
層2aは加工の際に、水、酸、溶剤等と触れることがない
ので、超伝導特性を損なうことがない。
また、マスク３の形成はレジストを用いた露光技術、
すなわちフォトリソグラフィ技術によるものであり、現
在のフォトリソグラフィ技術を利用できるので、例えば
１μｍのような微細な線幅の加工も容易に行うことがで
きる。したがって、超伝導体層2aを１μｍのような微細
な線幅に形成することができ、超伝導体集積回路を実現
できる。
すなわちフォトリソグラフィ技術によるものであり、現
在のフォトリソグラフィ技術を利用できるので、例えば
１μｍのような微細な線幅の加工も容易に行うことがで
きる。したがって、超伝導体層2aを１μｍのような微細
な線幅に形成することができ、超伝導体集積回路を実現
できる。
すなわち、従来の超伝導体配線の製造方法では、ウエ
ットエッチング工程等のウエットプロセスを経てパター
ン形成を行っていたので、超伝導体配線の線幅を細くで
きないばかりでなく、エッチング中に超伝導体の構成元
素が組成変動を起こし超伝導特性が劣化してしまうので
超伝導体集積回路の実現を阻んでいた。
ットエッチング工程等のウエットプロセスを経てパター
ン形成を行っていたので、超伝導体配線の線幅を細くで
きないばかりでなく、エッチング中に超伝導体の構成元
素が組成変動を起こし超伝導特性が劣化してしまうので
超伝導体集積回路の実現を阻んでいた。
ところが、本発明の製造方法では、超伝導体層をパタ
ーニングする際、超伝導体素子に与えるダメージや汚染
等がなくなって、安定した超伝導特性が得られるばかり
でなく、現在のSi系半導体と同程度の線幅を有する超伝
導体素子の形成が可能となって超伝導集積回路を実現で
きる。
ーニングする際、超伝導体素子に与えるダメージや汚染
等がなくなって、安定した超伝導特性が得られるばかり
でなく、現在のSi系半導体と同程度の線幅を有する超伝
導体素子の形成が可能となって超伝導集積回路を実現で
きる。
なお、本実施例ではセラミックス系の超伝導体層を水
と反応させて絶縁体としているがこれに限らず、超伝導
体層を酸やアルコールと反応させても良く、超伝導体を
形成可能な安定したセラミックス系の絶縁体が形成でき
ればいずれの方法でも良い。
と反応させて絶縁体としているがこれに限らず、超伝導
体層を酸やアルコールと反応させても良く、超伝導体を
形成可能な安定したセラミックス系の絶縁体が形成でき
ればいずれの方法でも良い。
第２図は本実施例に係る超伝導体素子の製造方法の第
２実施例を示しており、第２図（ａ）〜（ｃ）は超伝導
体素子として超伝導配線の製造プロセスを示している。
以下、工程順に説明する。
２実施例を示しており、第２図（ａ）〜（ｃ）は超伝導
体素子として超伝導配線の製造プロセスを示している。
以下、工程順に説明する。
（Ｉ）第２図（ａ）の工程 第２図（ａ）において、11は基板である。基板11は第
１図の基板１と同様の材質からできており、基板11上に
例えばBaCuO4という組成を有するセラミックス系の絶縁
体層12が堆積される。絶縁体層12の堆積は、第１図
（ａ）と同様にEB蒸着法、スパッタ法、CVD法などによ
り行われる。次いで、フォトリソグラフィ技術により絶
縁体層12の上にマスク13が形成される。絶縁体層12およ
びマスク13が形成された状態を第２図（ａ）に示してい
る。このマスク13の働きは第１図のマスク３と同じであ
り、マスク13で覆われない部分が後述の超伝導体層12a
になる。
１図の基板１と同様の材質からできており、基板11上に
例えばBaCuO4という組成を有するセラミックス系の絶縁
体層12が堆積される。絶縁体層12の堆積は、第１図
（ａ）と同様にEB蒸着法、スパッタ法、CVD法などによ
り行われる。次いで、フォトリソグラフィ技術により絶
縁体層12の上にマスク13が形成される。絶縁体層12およ
びマスク13が形成された状態を第２図（ａ）に示してい
る。このマスク13の働きは第１図のマスク３と同じであ
り、マスク13で覆われない部分が後述の超伝導体層12a
になる。
（II）第２図（ｂ）工程 第２図（ａ）の工程によって形成された絶縁体層12お
よびマスク13の上に超微粒子層14を形成する。すなわ
ち、図外の超微粒子生成装置で生成されたＹ（イットリ
ウム）の超微粒子を不活性ガスによって搬送し、超微粒
子の流量を制御して基板１上に堆積する。このとき、超
微粒子は超伝導素子形成時に絶縁体層２を例えばY1Ba2C
u3O7-xなる組成の超伝導体層12aに変換できる組成比で
供給され、供給量の制御は各元素の超微粒子の流量を制
御して行われる。
よびマスク13の上に超微粒子層14を形成する。すなわ
ち、図外の超微粒子生成装置で生成されたＹ（イットリ
ウム）の超微粒子を不活性ガスによって搬送し、超微粒
子の流量を制御して基板１上に堆積する。このとき、超
微粒子は超伝導素子形成時に絶縁体層２を例えばY1Ba2C
u3O7-xなる組成の超伝導体層12aに変換できる組成比で
供給され、供給量の制御は各元素の超微粒子の流量を制
御して行われる。
（III）第２図（ｃ）の工程 第２図（ｂ）の工程により堆積した超微粒子層14を第
１図（ｄ）と同様の方法により熱処理して超伝導体層12
aを形成する。この結果、マスク13で覆われていない絶
縁体層12は例えばY1Ba2Cu3O7-xという組成の超伝導体層
12aに変換され、マスク13で覆われた絶縁体層12はBaCuO
4という組成の絶縁体層12として残る。以上の工程を経
てでき上がった完成品を第２図（ｃ）に示している。第
２実施例においても、第１実施例と同様の効果が得られ
るのは勿論である。
１図（ｄ）と同様の方法により熱処理して超伝導体層12
aを形成する。この結果、マスク13で覆われていない絶
縁体層12は例えばY1Ba2Cu3O7-xという組成の超伝導体層
12aに変換され、マスク13で覆われた絶縁体層12はBaCuO
4という組成の絶縁体層12として残る。以上の工程を経
てでき上がった完成品を第２図（ｃ）に示している。第
２実施例においても、第１実施例と同様の効果が得られ
るのは勿論である。
なお、本発明は第１実施例ではBaやCuを、第２実施例
ではＹを欠いた絶縁体層に各々Ba、CuおよびＹ等の元素
を供給しているがこれに限らず、セラミックス系の超伝
導体の一部を構成するセラミックス系の絶縁体を形成
し、該絶縁体を超伝導体に変換し得る元素の超微粒子を
供給する方法であればどのようなものであっても良い。
ではＹを欠いた絶縁体層に各々Ba、CuおよびＹ等の元素
を供給しているがこれに限らず、セラミックス系の超伝
導体の一部を構成するセラミックス系の絶縁体を形成
し、該絶縁体を超伝導体に変換し得る元素の超微粒子を
供給する方法であればどのようなものであっても良い。
なお、上記実施例においては、セラミックス系の超伝
導材料としてYBa2Cu3O7-xなる組成のものを用いた場合
について説明したが、超伝導材料としては、例えばＹが
Gdその他のランタン系元素で置換されたもの、BaがSrな
ど他のアルカリ土類金属で置換されたもの、Ｏの一部が
ハロゲンで置換されたものなど他の組成の超伝導材料を
用いても同様の効果が得られる。
導材料としてYBa2Cu3O7-xなる組成のものを用いた場合
について説明したが、超伝導材料としては、例えばＹが
Gdその他のランタン系元素で置換されたもの、BaがSrな
ど他のアルカリ土類金属で置換されたもの、Ｏの一部が
ハロゲンで置換されたものなど他の組成の超伝導材料を
用いても同様の効果が得られる。
次に、そのような置換例を示す。
LnBa2Cu3O7-x（Ln:ランタン系元素）の場合Lnとして
は、En（ユーロピウム）,Gd（ガドリニウム）,Tb（テル
ビウム）、Dy（ジスプロシウム）,Ho（ホルミウム）、E
r（エルビウム）,Tm（ツリウム）,Yb（イッテルビウ
ム）がある。また、これらの酸化物を２種以上混合して
成長しても、高温超伝導体となる。
は、En（ユーロピウム）,Gd（ガドリニウム）,Tb（テル
ビウム）、Dy（ジスプロシウム）,Ho（ホルミウム）、E
r（エルビウム）,Tm（ツリウム）,Yb（イッテルビウ
ム）がある。また、これらの酸化物を２種以上混合して
成長しても、高温超伝導体となる。
なお、成長材料としては、これらの金属の塩化物、臭
化物あるいはヨウ化物を用いる。
化物あるいはヨウ化物を用いる。
本発明によれば、セラミックス系の絶縁体層の上をマ
スクで覆って上部に極小の超微粒子を堆積し、超微粒子
に酸素を供給しながら基板を加熱して、前記マスクで覆
われていない絶縁体層を超伝導層に変換しているので、
デバイス形成後の超伝導特性を安定させつつ超伝導体素
子の微細加工を容易に行うことができ、超伝導集積回路
を実現できる。
スクで覆って上部に極小の超微粒子を堆積し、超微粒子
に酸素を供給しながら基板を加熱して、前記マスクで覆
われていない絶縁体層を超伝導層に変換しているので、
デバイス形成後の超伝導特性を安定させつつ超伝導体素
子の微細加工を容易に行うことができ、超伝導集積回路
を実現できる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る超伝導体素子の製
造方法の第１実施例の製造プロセスを示す図、 第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る超伝導体素子の製
造方法の第２実施例の製造プロセスを示す図である。 １……基板、 ２……絶縁体層、 2a……超伝導体層、 ３……マスク、 ４……超微粒子層、 11……基板、 12……絶縁体層、 12a……超伝導体層、 13……マスク、 14……超微粒子層。
造方法の第１実施例の製造プロセスを示す図、 第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る超伝導体素子の製
造方法の第２実施例の製造プロセスを示す図である。 １……基板、 ２……絶縁体層、 2a……超伝導体層、 ３……マスク、 ４……超微粒子層、 11……基板、 12……絶縁体層、 12a……超伝導体層、 13……マスク、 14……超微粒子層。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に、セラミックス系の超伝導体を構
成可能な元素を用い構成元素の組成比を変えて絶縁体層
を形成する工程と、 絶縁体層の上に配線パターンに応じてマスクを形成する
工程と、 マスクおよび絶縁体層の上に、セラミックス系の超伝導
体を構成する元素のうち絶縁体層から超伝導体層に変換
でき得る元素からなる超微粒子を堆積して超微粒子層を
形成する工程と、 超微粒子層に酸素を供給しつつ基板を加熱して、前記絶
縁体層のうちマスクで覆われていない部分を超伝導体層
に変換する工程と、 を含むことを特徴とする超伝導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63024188A JP2579335B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 超伝導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63024188A JP2579335B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 超伝導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01199454A JPH01199454A (ja) | 1989-08-10 |
| JP2579335B2 true JP2579335B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=12131350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63024188A Expired - Lifetime JP2579335B2 (ja) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | 超伝導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2579335B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69116422D1 (de) * | 1990-05-18 | 1996-02-29 | Ibm | Supraleitendes Mehrschichtkeramiksubstrat |
-
1988
- 1988-02-04 JP JP63024188A patent/JP2579335B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01199454A (ja) | 1989-08-10 |
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