JP2579335B2 - Superconductor element manufacturing method - Google Patents
Superconductor element manufacturing methodInfo
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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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Table of Contents] Overview Industrial application field Conventional technology Problems to be solved by the invention Means for solving the problem Action Embodiment (1) First embodiment of the present invention (first embodiment) (2) Second Embodiment of the Present Invention (FIG. 2) Effects of the Invention [Overview] Regarding a method for manufacturing a superconductor element, superconducting characteristics after device formation are stabilized by avoiding a wet etching step. The purpose of the present invention is to provide a manufacturing method capable of performing fine processing of a superconductor element and changing the composition ratio of the constituent elements using an element capable of forming a ceramic-based superconductor on a substrate. A step of forming an insulator layer, a step of forming a mask on the insulator layer according to a wiring pattern, and a step of forming a ceramic superconductor on the mask and the insulator layer. Layer to superconductor layer Depositing ultrafine particles of an element that can be formed to form an ultrafine particle layer, and heating the substrate while supplying oxygen to the ultrafine particle layer, thereby superposing a portion of the insulator layer that is not covered with a mask. Converting to a conductor layer;
It is configured to include
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。The present invention relates to a method for manufacturing a superconductor element, and more particularly to a method for forming a superconductor element (for example, a Josephson junction element) using a ceramic-based superconducting material.
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。2. Description of the Related Art In recent years, the speed of computers has been remarkably increased. Approaches to increasing the speed include multi-processors, improvement of switching speed of devices, and reduction in wiring distance by mounting these devices at high density.
In order to perform wiring at higher densities, it is necessary to create a circuit with a fine wiring pattern.
While the cross-sectional area of the conductor used for wiring decreases, the electrical resistance of the wiring increases. Therefore, the propagation of electric signals decreases,
Waveform distortion occurs.
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。On the other hand, superconductors exhibit properties such as macroscopic quantum phenomena (superconductivity phenomena) in which the electric resistance becomes zero in an environment below the critical temperature and complete diamagnetism (Meissner effect). Therefore, if the superconductor can be used as a wiring material instead of a normal conductor such as copper, the above-mentioned problem is greatly improved.
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。Conventional superconductors have a low transition temperature to the superconducting state,
Liquid helium and liquid hydrogen had to be used for cooling. Moreover, since these cooling media are difficult to handle and costly, it has been difficult to realize a superconductor element.
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。However, recently, a so-called high-temperature superconductor represented by Y-Ba-Cu-O-based ceramics has appeared, and the possibility of putting a superconductor element into practical use has been greatly expanding. That is,
Y-Ba-Cu-O system, La-Sr-Cu-O system, La-Ba-Cu-O
Since ceramic-based superconductors have a high critical temperature of 40 to 90K at present, the formation of thin films of these high-temperature superconductors is very important for application to microelectronics such as superconductor integrated circuits. Superconductor wiring on integrated circuits is one of them, and is very practical.
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。Meanwhile, a ceramic-based high-temperature superconductor has a crystal structure in which each constituent element is regularly arranged, and exhibits a high critical temperature only when the composition ratio is limited. In order to apply such a ceramic-based high-temperature superconducting material to a superconductor element, it is first necessary to establish a manufacturing technology, and it is necessary to exhibit stable superconductivity even after the formation of the superconductor element. Required. Considering that the current density also becomes finer, 10
6 A / cm 2 or more is required. Therefore, it is desired to establish a manufacturing technique capable of realizing a superconductor element having stable superconducting characteristics.
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。40-90K ceramic oxide high-temperature superconductor
Because of its superconducting state at relatively high temperatures, it has a wide range of applications such as semiconductor devices such as ICs, components of various devices, and wiring of devices, and its demands are great. To meet these requirements, it is necessary to efficiently form a high-quality thin film.
For example, constituent elements of a semiconductor integrated circuit including a Josephson junction element have a characteristic of an all-thin-film integrated circuit including all thin-film elements. For this reason, the properties, uniformity, and reproducibility of the thin film based on the crystallinity such as the crystal grain size and orientation of the thin film are important factors for the yield and reliability of the element and the superconducting integrated circuit.
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。As a conventional method for manufacturing a superconductor element using a superconductor, for example, the following manufacturing steps are known. First, a ceramic-based superconductor thin film is formed on a substrate by sputtering, EB (electron beam) evaporation, CVD, or the like, and then annealing is performed. A resist is applied on the formed thin film, and the resist is patterned according to the pattern of the device to form a mask, and nitric acid (for example,
Wet etching is performed using a (0.1% aqueous solution) or the like.
Thereafter, washing with water for removing the etchant and washing with acetone for removing the resist are performed.
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。However, in such a conventional method for manufacturing a superconductor element, when processing into a device is performed through a wet process using an acid, an organic solvent, water, or the like, a ceramic-based material is particularly used. Since the high-temperature superconducting material has a property that its superconducting properties deteriorate when exposed to an acid, an organic solvent, water, or the like, there is a problem that the properties of the superconductor element deteriorate after the device is manufactured.
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。The above problems are caused by Y-Ba-Cu-O ceramics and La-Ba
-In the case of superconductors using Cu-O based ceramics,
Ba and Cu which are these main components have strong chemical activity,
This is because it reacts easily with water or acid, and the constituent components of the superconductor are released from the crystal in a wet process (particularly a wet etching process) using water, an acid, an organic solvent, etc. for patterning in the film forming process. , Superconductivity deteriorates.
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。Therefore, the present invention stabilizes the superconducting characteristics after device formation by avoiding a wet etching step,
It is another object of the present invention to provide a manufacturing method capable of performing fine processing of a superconductor element.
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。A method for manufacturing a superconductor element according to the present invention, in order to achieve the above object, a step of forming an insulator layer on a substrate by changing the composition ratio of constituent elements using an element capable of forming a ceramic-based superconductor; Forming a mask on the insulator layer according to the wiring pattern, and on the mask and the insulator layer,
Depositing ultrafine particles of an element that can be converted from an insulator layer to a superconductor layer among the elements constituting the ceramic superconductor, forming an ultrafine particle layer, and supplying oxygen to the ultrafine particle layer. Heating the substrate while converting a portion of the insulator layer that is not covered by the mask into a superconductor layer.
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。According to the present invention, an element capable of forming a ceramic-based superconductor is formed on a substrate, a ceramic-based insulating layer having a different composition ratio of the constituent elements is formed, and a wiring pattern is formed on the formed insulating layer. Is formed, and ultrafine particles composed of an element capable of converting the insulator layer into a superconductor layer among the elements constituting the ceramic superconductor are deposited on the mask and the insulator layer to form an ultra-fine particle. A fine particle layer is formed, and the substrate is heated while supplying oxygen to the formed ultra fine particle layer, and a portion of the insulator layer that is not covered with the mask is converted into a superconductor layer.
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。Therefore, no wet etching process is required,
The superconducting characteristics after device formation are stabilized, and fine processing of a superconductor element becomes possible.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
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。FIG. 1 shows a first example of a method for manufacturing a superconductor element according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment, and shows an example in which a superconducting wiring is formed as a superconducting element. FIG. 1 (a) to (e)
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a superconducting wiring, and will be described in the order of steps.
(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。(I) Step of FIG. 1 (a) In FIG. 1 (a), reference numeral 1 denotes a substrate. As the substrate 1, for example, Si, MgO, sapphire, SrTiO 3 or the like is used. Such a material is used as the substrate 1 because it does not contain magnetic impurities indispensable for realizing a superconducting integrated circuit composed of a thin film element, and a clean and excellent flat substrate can be obtained. First, for example, Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x
A ceramic-based superconductor layer having the following composition is deposited. The superconductor layer is deposited, for example, by the following method. That is, a ceramic-based superconductor layer having a composition of YBa 2 Cu 3 is formed on the substrate 1 by sputtering, EB evaporation or CVD under a temperature condition of 300 to 800 ° C.
Next, heat treatment is performed in the same chamber while supplying oxygen under a temperature condition of 300 to 900 ° C. Thereby, the entry of oxygen is appropriately adjusted, and a high-temperature superconductor is obtained. Then
The substrate 1 is immersed in water to convert the superconductor layer into an insulator layer 2.
This conversion occurs by a chemical reaction, an example of which is shown below. That is, 2Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7 + 3H 2 O → Y 2 Ba 2 CuO 5 + 3Ba (OH) 2 +5 (CuO) + 1 / 2O 2 As a result, the insulator layer 2 is called Y 2 Ba 2 CuO 5 It becomes a ceramic having a composition, that is, an insulator. This Y 2 Ba 2 CuO
5 is stable to aqueous solutions and solvents, and does not change its composition during the manufacturing process. Also, in the formula
Products such as Ba (OH) 2 and CuO are removed by water,
Only the composition of Y 2 Ba 2 CuO 5 remains in the insulator layer 2.
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。Such a chemical reaction is caused by the chemical activity of Cu or Ba which is a constituent element of the ceramic-based superconductor, thereby causing deterioration of superconducting characteristics and preventing formation of a superconductor element.
(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。(II) Step of FIG. 1 (b) A mask 3 is formed on the insulator layer 2 formed by the step of FIG. 1 (a). The formation of the mask 3 is performed using a normal photolithography technique. That is, a resist is applied on the insulator layer 2, exposed according to a wiring pattern, unnecessary portions are removed, and a mask 3 is formed on the insulator layer 2. Here, the insulator layer 2 not covered by the mask 3 becomes a superconductor layer 2a described later, and the insulator layer 2 covered by the mask 3 remains.
(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。(III) Step of FIG. 1 (c) The ultrafine particle layer 4 is formed on the insulator layer 2 and the mask 3 formed by the step of FIG. 1 (b). In other words, Ba and Cu generated by the ultrafine particle generator (not shown)
Ultrafine particles (fine particles with a very small particle diameter) of N 2 or Ar
The particles are conveyed by an inert gas such as the above, and are deposited on the substrate 1 by controlling the flow rate of the ultrafine particles of each element. At this time, the ultrafine particles are supplied at a composition ratio (flow ratio of the ultrafine particles) capable of converting the insulator layer 2 into a superconductor (composition Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x ), and the ionization rate and the like of the material are determined. The flow rate of each ultrafine particle is controlled in consideration of this. FIG. 1C shows a state in which the ultrafine particle layer 4 is deposited on the insulator layer 2 and the mask 3. Since such ultrafine particles have a small particle diameter, a chemical reaction easily occurs even under low temperature conditions where the chemical activity is extremely strong, and a ceramic-based superconductor can be formed. However, since oxygen is insufficient to become a superconductor, the step shown in FIG. 1 (d) is required.
(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。(IV) Step of FIG. 1 (d) The ultrafine particle layer 4 deposited by the step of FIG. 1 (c) is heat-treated to form a superconductor layer 2a. The heat treatment is performed as follows. The substrate 1 is placed in a sputtering device or a plasma device, and the O 2 gas is turned into a plasma state to form an ultrafine particle layer 4.
Ion implantation or thermal diffusion. At the same time, the substrate 1 is heated under the following conditions.
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。Heating temperature 300 to 400 (° C) Heating time 1 hour As a result, the insulator layer 2 not covered with the mask 3 is Y 1
The superconductor layer 2a has a composition of Ba 2 Cu 3 O 7-x , and the portion covered with the mask 3 remains as the insulator layer 2 of the composition of Y 2 Ba 2 CuO 5 . At this time, since the mask 3 is burned off by heating, it is not necessary to perform acetone cleaning as in the related art.
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。FIG. 1D shows a completed state through the above steps. In the figure, an insulator layer 2 is formed around a superconductor layer 2a to prevent a current leak from the superconductor layer 2a.
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。Next, the operation will be described with reference to FIG.
The semiconductor device shown in FIG. 1D is a cross-sectional view of a wiring constituting a part of the superconductor integrated circuit. This superconductor integrated circuit is cooled to around 77K by, for example, liquid nitrogen,
When used in this state, the superconductor layer 2a exhibits superconducting properties and its conductor resistance becomes zero. As a result, the superconductor integrated circuit can operate at high speed with low power consumption.
At this time, the insulator layer 2 is provided around the superconductor layer 2a, and effectively prevents current leakage between the superconductor layers 2a. The formation of the insulator layer 2 and the superconductor layer 2a has the same effect as the conventional pattern formation by wet etching after the formation of a superconductor thin film. At this time, it does not come into contact with water, an acid, a solvent, or the like, so that the superconductivity is not impaired.
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。The mask 3 is formed by an exposure technique using a resist,
In other words, since it is based on the photolithography technology and the current photolithography technology can be used, it is possible to easily process a fine line width of, for example, 1 μm. Therefore, the superconductor layer 2a can be formed with a fine line width such as 1 μm, and a superconductor integrated circuit can be realized.
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。That is, in the conventional method of manufacturing a superconductor wiring, since the pattern is formed through a wet process such as a wet etching step, not only the line width of the superconductor wiring cannot be reduced, but also the superconductor The constituent elements cause compositional fluctuations and degrade the superconducting characteristics, thereby hindering the realization of a superconductor integrated circuit.
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。However, according to the manufacturing method of the present invention, when patterning the superconductor layer, damage and contamination to the superconductor element are eliminated, and not only stable superconductivity is obtained, but also the current Si-based semiconductor A superconductor element having the same line width can be formed, and a superconducting integrated circuit can be realized.
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。In this embodiment, the ceramic-based superconductor layer is reacted with water to form an insulator. However, the present invention is not limited to this. The superconductor layer may be reacted with an acid or alcohol to form a superconductor. Any method may be used as long as a stable ceramic-based insulator can be formed.
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。FIG. 2 shows a second embodiment of the method for manufacturing a superconductor element according to the present embodiment, and FIGS. 2 (a) to (c) show a process for manufacturing a superconducting wiring as a superconductor element. ing.
Hereinafter, description will be made in the order of steps.
(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。(I) Step of FIG. 2 (a) In FIG. 2 (a), reference numeral 11 denotes a substrate. The substrate 11 is made of the same material as the substrate 1 of FIG. 1, and a ceramic-based insulator layer 12 having a composition of, for example, BaCuO 4 is deposited on the substrate 11. The deposition of the insulator layer 12 is performed by the EB evaporation method, the sputtering method, the CVD method or the like in the same manner as in FIG. Next, a mask 13 is formed on the insulator layer 12 by a photolithography technique. FIG. 2A shows a state in which the insulator layer 12 and the mask 13 are formed. The operation of the mask 13 is the same as that of the mask 3 of FIG. 1, and the portion not covered by the mask 13 is a superconductor layer 12a to be described later.
become.
(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。(II) Step of FIG. 2 (b) An ultrafine particle layer 14 is formed on the insulator layer 12 and the mask 13 formed by the step of FIG. 2 (a). That is, ultrafine particles of Y (yttrium) generated by an ultrafine particle generation device (not shown) are transported by an inert gas, and the flow rate of the ultrafine particles is controlled to be deposited on the substrate 1. At this time, the ultrafine particles cause the insulator layer 2 to form, for example, Y 1 Ba 2 C
It is supplied at a composition ratio that can be converted to the superconductor layer 12a having a composition of u 3 O 7-x , and the supply amount is controlled by controlling the flow rate of the ultrafine particles of each element.
(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。(III) Step of FIG. 2 (c) The ultrafine particle layer 14 deposited in the step of FIG. 2 (b) is heat-treated by the same method as in FIG.
Form a. As a result, the insulator layer 12 which is not covered with the mask 13 is, for example, a superconductor layer having a composition of Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x.
The insulator layer 12 converted to 12a and covered with the mask 13 is made of BaCuO
It remains as an insulator layer 12 having a composition of 4 . FIG. 2 (c) shows a finished product obtained through the above steps. In the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
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。In the present invention, Ba and Cu are supplied in the first embodiment, and elements such as Ba, Cu and Y are supplied to the insulator layer lacking Y in the second embodiment. However, the present invention is not limited to this. Any method may be used as long as a method of forming a ceramic-based insulator constituting a part of the superconductor and supplying ultrafine particles of an element capable of converting the insulator into a superconductor is provided. .
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。In the above-described embodiment, the case where a ceramic-based superconducting material having a composition of YBa 2 Cu 3 O 7-x is used has been described.
Using superconducting materials of other compositions, such as those substituted with Gd or other lanthanum elements, those in which Ba is substituted with other alkaline earth metals such as Sr, and those in which part of O is substituted with halogen Has the same effect.
次に、そのような置換例を示す。 Next, an example of such replacement will be described.
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。In the case of LnBa 2 Cu 3 O 7-x (Ln: lanthanum element), Ln is En (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), E
There are r (erbium), Tm (thulium), and Yb (ytterbium). Further, even if these oxides are grown by mixing two or more kinds, they become high-temperature superconductors.
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。As a growth material, chloride, bromide or iodide of these metals is used.
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。According to the present invention, the top of the ceramic-based insulator layer is covered with a mask, ultra-fine particles are deposited on the top, and the substrate is heated while supplying oxygen to the ultra-fine particles, and is not covered with the mask. Since the insulator layer is converted to a superconducting layer,
Superconducting elements can be easily finely processed while stabilizing the superconducting characteristics after device formation, and a superconducting integrated circuit can be realized.
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。1 (a) to 1 (d) are views showing a manufacturing process of a first embodiment of a method for manufacturing a superconductor element according to the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (c) are diagrams showing a superconductor according to the present invention. It is a figure showing a manufacturing process of a 2nd example of a manufacturing method of a conductor element. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Insulator layer, 2a ... Superconductor layer, 3 ... Mask, 4 ... Ultrafine particle layer, 11 ... Substrate, 12 ... Insulator layer, 12a ... Superconductor Layer, 13 ... Mask, 14 ... Ultra fine particle layer.
Claims (1)
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。A step of forming an insulator layer on a substrate by using an element capable of forming a ceramic superconductor and changing the composition ratio of the constituent elements; and forming an insulator layer on the insulator layer in accordance with a wiring pattern. A step of forming a mask, and depositing ultrafine particles of an element that can be converted from the insulator layer to the superconductor layer among the elements constituting the ceramic superconductor on the mask and the insulator layer; Forming a fine particle layer, and heating the substrate while supplying oxygen to the ultra fine particle layer to convert a portion of the insulator layer not covered by the mask into a superconductor layer. A method for manufacturing a superconductor element, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63024188A JP2579335B2 (en) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | Superconductor element manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63024188A JP2579335B2 (en) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | Superconductor element manufacturing method |
Publications (2)
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JPH01199454A JPH01199454A (en) | 1989-08-10 |
JP2579335B2 true JP2579335B2 (en) | 1997-02-05 |
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ID=12131350
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JP63024188A Expired - Lifetime JP2579335B2 (en) | 1988-02-04 | 1988-02-04 | Superconductor element manufacturing method |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
DE69116422D1 (en) * | 1990-05-18 | 1996-02-29 | Ibm | Superconducting multilayer ceramic substrate |
-
1988
- 1988-02-04 JP JP63024188A patent/JP2579335B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH01199454A (en) | 1989-08-10 |
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