JP2598973B2 - 積層型超電導素子 - Google Patents
積層型超電導素子Info
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は積層型超電導素子に関する。
（ロ） 従来の技術 半導体素子においては、複数の能動層を積層化した三
次元回路素子や多層配線を施した集積回路が開発されて
いるが、高温酸化物超電導体を利用した超電導素子や超
電導配線においては、超電導体と絶縁膜層との結晶の配
向性が異なるため、絶縁膜厚を十分に確保することがで
きず、積層化が困難であつた。
次元回路素子や多層配線を施した集積回路が開発されて
いるが、高温酸化物超電導体を利用した超電導素子や超
電導配線においては、超電導体と絶縁膜層との結晶の配
向性が異なるため、絶縁膜厚を十分に確保することがで
きず、積層化が困難であつた。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 超電導体と絶縁膜層との結晶の配向性を同じにするこ
とにより、絶縁膜厚を十分に確保して複数の超電導体層
の積層化を可能にすることを解決課題とする。
とにより、絶縁膜厚を十分に確保して複数の超電導体層
の積層化を可能にすることを解決課題とする。
（ニ） 課題を解決するための手段 かかる課題を解決するため、本発明は複数の超電導能
動層及び複数の超電導配線層を層状に含み、前記超電導
能動層及び超電導配線層を希土類酸化物超電導体にて構
成し、複数の超電導能動層間及び超電導配線層間の層間
絶縁膜を、前記希土類酸化物超電導体の希土類元素をPr
に置き換えた構造の酸化物絶縁体にて構成することを特
徴とする。
動層及び複数の超電導配線層を層状に含み、前記超電導
能動層及び超電導配線層を希土類酸化物超電導体にて構
成し、複数の超電導能動層間及び超電導配線層間の層間
絶縁膜を、前記希土類酸化物超電導体の希土類元素をPr
に置き換えた構造の酸化物絶縁体にて構成することを特
徴とする。
また、前記超電導能動層及び超電導配線層が半導体素
子と集積化されるものである。
子と集積化されるものである。
具体的には、実験式Ln Ba2 Cu3 O７−δ（Lnは希土類
元素）と表わされる酸化物超電導体に対して、当該酸化
物超電導体のLnがPr（プラセオジム）に置き換わること
によって、超電導層の斜方晶ペロブスカイト構造をとり
ながら、超電導状態とならないPr Ba2 Cu3 O７−δを層
間絶縁膜として用いる。
元素）と表わされる酸化物超電導体に対して、当該酸化
物超電導体のLnがPr（プラセオジム）に置き換わること
によって、超電導層の斜方晶ペロブスカイト構造をとり
ながら、超電導状態とならないPr Ba2 Cu3 O７−δを層
間絶縁膜として用いる。
（ホ） 作用 層間絶縁膜としてのPr Ba2 Cu3 O７−δは、酸化物超
電導体であるLn Ba2 Cu3 O７−δと結晶構造が同じであ
り、エピタシヤル成長が可能である。このため層間絶縁
膜の膜厚は結晶の配向性を保持したまま任意になし得
る。また、層間絶縁膜の結晶構造が酸化物超電導体と同
じであるため、この酸化物超電導体の超電導性を阻害す
ることがない。
電導体であるLn Ba2 Cu3 O７−δと結晶構造が同じであ
り、エピタシヤル成長が可能である。このため層間絶縁
膜の膜厚は結晶の配向性を保持したまま任意になし得
る。また、層間絶縁膜の結晶構造が酸化物超電導体と同
じであるため、この酸化物超電導体の超電導性を阻害す
ることがない。
（ヘ） 実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明による積層型超電導素子の模式断面図
である。この図面において、基板１上に、複数の超電導
能動層2A,2B及び複数の超電導配線層3A,3Bが絶縁膜4A,4
B,4C,4Dを介して層状に積層されている。この超電導能
動層2A,2B及び超電導配線層3A,3Bは希土類酸化物超電導
体にて構成され、絶縁膜4A〜4Dはその希土類酸化物超電
導体と同じ結晶構造を持つ希土類酸化物絶縁体にて構成
される。具体的には、希土類酸化物超電導体はEr Ba2 C
u3 O７−δ（０≦δ≦１）であり、希土類酸化物絶縁体
はPr Ba2 Cu3 O７−δ（０≦δ≦１）である。
である。この図面において、基板１上に、複数の超電導
能動層2A,2B及び複数の超電導配線層3A,3Bが絶縁膜4A,4
B,4C,4Dを介して層状に積層されている。この超電導能
動層2A,2B及び超電導配線層3A,3Bは希土類酸化物超電導
体にて構成され、絶縁膜4A〜4Dはその希土類酸化物超電
導体と同じ結晶構造を持つ希土類酸化物絶縁体にて構成
される。具体的には、希土類酸化物超電導体はEr Ba2 C
u3 O７−δ（０≦δ≦１）であり、希土類酸化物絶縁体
はPr Ba2 Cu3 O７−δ（０≦δ≦１）である。
以下積層型超電導素子について具体的に説明する。
基板１は実施例においては、酸化マグシウム（MgO）
を用い、その上に配線層６として単結晶シリコン膜を積
層した。この配線層６上に、絶縁膜4Aをマグネトロンス
パツタリング法にて形成した。第２図はスパツタリング
装置を示す。この図面においてベルジヤ８は排気系９に
連なつており、またベルジヤ内に放電ガスであるアルゴ
ンガスを供給するアルゴンガスボンベ10にバリアブルリ
ークバルブ11及びストツプバルブ12を介して連結されて
いる。ベルジヤ８内には、可動自在なシヤツター13を介
して対向電極14,15が対向配置されており、その陽極14
は接地されると共にその表面上に基板16として、上述の
配線層（６）を積層した基板１が置かれている。一方、
陰極15はPr Ba2 Cu3 O７−δのストイキオメトリー組成
を持つ焼結体からなるターゲツト材から構成されてお
り、この陰極15には負の高い電圧が印加される。17,18
は高真空計、低真空計である。
を用い、その上に配線層６として単結晶シリコン膜を積
層した。この配線層６上に、絶縁膜4Aをマグネトロンス
パツタリング法にて形成した。第２図はスパツタリング
装置を示す。この図面においてベルジヤ８は排気系９に
連なつており、またベルジヤ内に放電ガスであるアルゴ
ンガスを供給するアルゴンガスボンベ10にバリアブルリ
ークバルブ11及びストツプバルブ12を介して連結されて
いる。ベルジヤ８内には、可動自在なシヤツター13を介
して対向電極14,15が対向配置されており、その陽極14
は接地されると共にその表面上に基板16として、上述の
配線層（６）を積層した基板１が置かれている。一方、
陰極15はPr Ba2 Cu3 O７−δのストイキオメトリー組成
を持つ焼結体からなるターゲツト材から構成されてお
り、この陰極15には負の高い電圧が印加される。17,18
は高真空計、低真空計である。
而して、アルゴンガスボンベ10からベルジヤ８内にア
ルゴンガスを3.0〜30.0mtorrの圧力で供給すると同時
に、スパツタ出力を100〜250Wとしてスパツタ処理して
配線層６上に0.5〜５μｍの厚みの膜を形成した。その
後、スパツタリング装置から基板16を取出し、電気炉に
入れ、酸化雰囲気中において940℃で５時間のアニール
処理を行ない除冷して、Pr Ba2 Cu3 O７−δの絶縁膜を
得た。
ルゴンガスを3.0〜30.0mtorrの圧力で供給すると同時
に、スパツタ出力を100〜250Wとしてスパツタ処理して
配線層６上に0.5〜５μｍの厚みの膜を形成した。その
後、スパツタリング装置から基板16を取出し、電気炉に
入れ、酸化雰囲気中において940℃で５時間のアニール
処理を行ない除冷して、Pr Ba2 Cu3 O７−δの絶縁膜を
得た。
続いて、基板16を再びベルジヤ８内に入れ、陰極15の
ターゲツト材として、Pr Ba2 Cu3 O７−δに代つてEr B
a2 Cu3 O７−δのストイキオメトリー組成を持つ焼結体
を使用し、前述と同一の条件下においてスパツタリング
装置を動作させ、絶縁層4A上に0.5〜５μｍの厚みの膜
を形成した。その後前述と同様に電気炉内で酸化雰囲気
中で940℃で５時間のアニール処理を行ない除冷してEr
Ba2 Cu3 O７−δ膜を得、超電導能動層2Aを形成した。
ターゲツト材として、Pr Ba2 Cu3 O７−δに代つてEr B
a2 Cu3 O７−δのストイキオメトリー組成を持つ焼結体
を使用し、前述と同一の条件下においてスパツタリング
装置を動作させ、絶縁層4A上に0.5〜５μｍの厚みの膜
を形成した。その後前述と同様に電気炉内で酸化雰囲気
中で940℃で５時間のアニール処理を行ない除冷してEr
Ba2 Cu3 O７−δ膜を得、超電導能動層2Aを形成した。
その後、前述の絶縁膜4Aと同様にして厚み数千Åの絶
縁膜4Cを得た。この絶縁膜4C上に前述のEr Ba2 Cu3 O
７−δ膜と同様にして厚み数μｍの超電導配線層3Aを得
た。
縁膜4Cを得た。この絶縁膜4C上に前述のEr Ba2 Cu3 O
７−δ膜と同様にして厚み数μｍの超電導配線層3Aを得
た。
この配線層3A上に、前述と同様にして、絶縁層4B、超
電導能動層2B、絶縁層4D及び超電導配線層3Bを形成し
た。さらにその上に、表面保護膜７を絶縁層4A、4Bと同
材質にて形成した。
電導能動層2B、絶縁層4D及び超電導配線層3Bを形成し
た。さらにその上に、表面保護膜７を絶縁層4A、4Bと同
材質にて形成した。
このようにして得た超電導能動層2A、2B及び超電導配
線層3A、3Bを構成するEr Ba2 Cu3 O７−δ膜と、絶縁膜
4A〜4Dを構成するPr Ba2 Cu3 O７−δ膜とを夫々Ｘ線
（Cu−Ｋα線）を用いて回折テストを行なつた。この結
果を第３図及び第４図に示す。この両図から両膜は同じ
結晶構造をもつことがわかる。
線層3A、3Bを構成するEr Ba2 Cu3 O７−δ膜と、絶縁膜
4A〜4Dを構成するPr Ba2 Cu3 O７−δ膜とを夫々Ｘ線
（Cu−Ｋα線）を用いて回折テストを行なつた。この結
果を第３図及び第４図に示す。この両図から両膜は同じ
結晶構造をもつことがわかる。
また、両膜の抵抗温度特性を第５図及び第６図に示
す。第５図中、Erで表示する特性がEr Ba2 Cu3 O７−δ
膜に関するものであり、Tceは83Kであつた。
す。第５図中、Erで表示する特性がEr Ba2 Cu3 O７−δ
膜に関するものであり、Tceは83Kであつた。
上記実施例では、超電導能動層2A、2B及び超電導配線
層3A、3BをEr Ba2 Cu3 O７−δで構成したが、このErに
代つて他の希土類元素を用いた実験式Ln Ba2 Cu3 O
７−δで表わされるものを使用してもよい。第５図で
は、Erに代つて、Ｙ、Ho、Dy、Gdを用いたものを示して
いる。これらの元素を含む希土類酸化物超電導体はいず
れも第３図に示すＸ線回折特性を有し、結晶構造が同じ
である。上記元素の外に、La、Nd、Sm、Eu、Yb、Luを用
いたものであつてもよい。
層3A、3BをEr Ba2 Cu3 O７−δで構成したが、このErに
代つて他の希土類元素を用いた実験式Ln Ba2 Cu3 O
７−δで表わされるものを使用してもよい。第５図で
は、Erに代つて、Ｙ、Ho、Dy、Gdを用いたものを示して
いる。これらの元素を含む希土類酸化物超電導体はいず
れも第３図に示すＸ線回折特性を有し、結晶構造が同じ
である。上記元素の外に、La、Nd、Sm、Eu、Yb、Luを用
いたものであつてもよい。
以上の実施例においては超電導能動層2A、2B、超電導
配線層3A、3C及び絶縁膜4A〜4Dをマグネトロンスパツタ
リング法により形成したが、この方法に代つてMolecula
r Beam Epitaxy（以下MBEという）法により形成しても
よい。このMBE法によればアニール処理を不要とするこ
とが可能であり、原子的レベルの均一な膜厚で順次形成
することができるため、平均且均一厚みとすることがで
きる。このMBE法を第７図及び第８図に基づいて説明す
る。
配線層3A、3C及び絶縁膜4A〜4Dをマグネトロンスパツタ
リング法により形成したが、この方法に代つてMolecula
r Beam Epitaxy（以下MBEという）法により形成しても
よい。このMBE法によればアニール処理を不要とするこ
とが可能であり、原子的レベルの均一な膜厚で順次形成
することができるため、平均且均一厚みとすることがで
きる。このMBE法を第７図及び第８図に基づいて説明す
る。
第７図はMBE装置の概略図である。この図面におい
て、真空ベルジヤ19は到達真空度１×10-8Paのものであ
り、真空ポンプ（イオンポンプ）20にて超高真空が形成
される。前述と同じ超電導能動層2Aを形成する場合に
は、ベルジヤ19内の基板21として、半導体基板１上に絶
縁膜５、配線層６及び絶縁膜4Aを順次積層したものを用
いる。真空ベルジヤ19は４個の蒸発源22を有し、順次金
属バリウム（Ba）、希土類元素（Er）、銅（Cu）及び分
子状態で照射される酸化物が個別に原子又は分子で基板
21に照射される。上記酸化物としてSb2O3を用いた。
て、真空ベルジヤ19は到達真空度１×10-8Paのものであ
り、真空ポンプ（イオンポンプ）20にて超高真空が形成
される。前述と同じ超電導能動層2Aを形成する場合に
は、ベルジヤ19内の基板21として、半導体基板１上に絶
縁膜５、配線層６及び絶縁膜4Aを順次積層したものを用
いる。真空ベルジヤ19は４個の蒸発源22を有し、順次金
属バリウム（Ba）、希土類元素（Er）、銅（Cu）及び分
子状態で照射される酸化物が個別に原子又は分子で基板
21に照射される。上記酸化物としてSb2O3を用いた。
以上の構成において、600〜650℃に加熱した基板21上
に、Ba、Er、Cu、及びSb2O3を同時に堆積させ、Ba−Er
−Cu−Ｏ系薄膜を形成した。Baの蒸発量は2.5Å／秒、E
rの蒸発量は0.5Å／秒であり、Cuの蒸発量は0.6Å／
秒、Sb2O3の蒸発量は概ね40Å／秒であり、薄膜の膜厚
は5000Åであつた。また、この堆積中の真空度は10-5Pa
程度であつた。
に、Ba、Er、Cu、及びSb2O3を同時に堆積させ、Ba−Er
−Cu−Ｏ系薄膜を形成した。Baの蒸発量は2.5Å／秒、E
rの蒸発量は0.5Å／秒であり、Cuの蒸発量は0.6Å／
秒、Sb2O3の蒸発量は概ね40Å／秒であり、薄膜の膜厚
は5000Åであつた。また、この堆積中の真空度は10-5Pa
程度であつた。
この場合の基板31の結晶の成長は、第８図に示すよう
に、各蒸発源22から出発した原子又は分子が基板21の方
に飛んで行き、基板21に衝突する。すると、基板上で一
部再蒸発するものもあるが、多くは基板表面近傍にとど
まり、熱エネルギーを基板21に与えながら動き回り、捕
獲中心で原子対又は原子集団を捕獲し、核を形成し、こ
の核はつぎつぎ到着する原子と合体して安定核となり、
順次成長していく。Sb2O3はこの合体時に、酸素のみが
取り込まれ、Sb又はSbOが基板21から飛散する。
に、各蒸発源22から出発した原子又は分子が基板21の方
に飛んで行き、基板21に衝突する。すると、基板上で一
部再蒸発するものもあるが、多くは基板表面近傍にとど
まり、熱エネルギーを基板21に与えながら動き回り、捕
獲中心で原子対又は原子集団を捕獲し、核を形成し、こ
の核はつぎつぎ到着する原子と合体して安定核となり、
順次成長していく。Sb2O3はこの合体時に、酸素のみが
取り込まれ、Sb又はSbOが基板21から飛散する。
基板21上に形成した超電導薄膜の電気抵抗特性を測定
したところ、第５図に示すものと同一の特性を得た。ま
た、この薄膜をＸ線（Cu−Ｋα線）を用いて回折テスト
を行なつたところ、第３図に示すものと同一結果を得
た。この回折結果から、この薄膜は斜方晶ペロブスカイ
ト構造であり、Ｃ軸配向していることが確認された。
尚、分子状態で照射される酸化物としては、上記実施例
で使用したSb2O3に代つてAs2O3を用いることもできる。
特にAs2O3はSb2O3に比し低い温度で照射するのに好まし
い。
したところ、第５図に示すものと同一の特性を得た。ま
た、この薄膜をＸ線（Cu−Ｋα線）を用いて回折テスト
を行なつたところ、第３図に示すものと同一結果を得
た。この回折結果から、この薄膜は斜方晶ペロブスカイ
ト構造であり、Ｃ軸配向していることが確認された。
尚、分子状態で照射される酸化物としては、上記実施例
で使用したSb2O3に代つてAs2O3を用いることもできる。
特にAs2O3はSb2O3に比し低い温度で照射するのに好まし
い。
次に前述の絶縁膜4A〜4Dを形成する場合には、第７図
の希土類元素としてErに代つてPrを用いればよく、その
他の条件は同じでよい。
の希土類元素としてErに代つてPrを用いればよく、その
他の条件は同じでよい。
このようにして超電導能動層2A、2B、超電導配線層3
A、3B及び絶縁膜4A〜4Dを形成することができる。
A、3B及び絶縁膜4A〜4Dを形成することができる。
（ト） 発明の効果 本発明は、複数の超電導能動層及び複数の超電導配線
層を層状に含み、前記超電動能動層及び超電導配線層を
希土類酸化物超電導体にて構成し、複数の超電導能動層
間及び超電導配線層間の層間絶縁膜を、前記希土類酸化
物超電導体と同じ結晶構造を持つ希土類酸化物絶縁体に
て構成するものであるから、絶縁膜厚を十分に確保する
ことができ、複数の超電導体層を積層することができ、
また層間絶縁膜の結晶構造が酸化膜超電導体と同じであ
るため、層間絶縁膜が酸化物超電導体の超電導性を損う
ことがない。
層を層状に含み、前記超電動能動層及び超電導配線層を
希土類酸化物超電導体にて構成し、複数の超電導能動層
間及び超電導配線層間の層間絶縁膜を、前記希土類酸化
物超電導体と同じ結晶構造を持つ希土類酸化物絶縁体に
て構成するものであるから、絶縁膜厚を十分に確保する
ことができ、複数の超電導体層を積層することができ、
また層間絶縁膜の結晶構造が酸化膜超電導体と同じであ
るため、層間絶縁膜が酸化物超電導体の超電導性を損う
ことがない。
製造上は、同じ手段又は装置にて希土類酸化物超電体
と希土類酸化物絶縁体を形成することができる。
と希土類酸化物絶縁体を形成することができる。
また、超電導能動層及び超電導配線層が半導体素子と
集積化される場合には複合型超電導素子の形成が可能と
なる。
集積化される場合には複合型超電導素子の形成が可能と
なる。
図面は本発明の実施例を示し、第１図は積層型超電導素
子の模式断面図、第２図はスパツタリング装置の断面
図、第３図及び第４図はEr Ba2 Cu3 O７−δ及びPr Ba2
Cu3 O７−δのＸ線回折図、第５図及び第６図はLn Ba2
Cu3 O７−δ及びPr Ba2 Cu3 O７−δの抵抗温度特性
図、第７図はMBE装置の概略図、第８図はMBE装置におけ
る基板上の薄膜の形成状況の説明図である。 １……半導体基板、2A,2B……超電導能動層、3A,3B……
超電導配線層、4A〜4D……絶縁膜、７……表面保護膜。
子の模式断面図、第２図はスパツタリング装置の断面
図、第３図及び第４図はEr Ba2 Cu3 O７−δ及びPr Ba2
Cu3 O７−δのＸ線回折図、第５図及び第６図はLn Ba2
Cu3 O７−δ及びPr Ba2 Cu3 O７−δの抵抗温度特性
図、第７図はMBE装置の概略図、第８図はMBE装置におけ
る基板上の薄膜の形成状況の説明図である。 １……半導体基板、2A,2B……超電導能動層、3A,3B……
超電導配線層、4A〜4D……絶縁膜、７……表面保護膜。
Claims (2)
- 【請求項１】複数の超電導能動層及び複数の超電導配線
層を層状に含み、 前記超電導能動層及び超電導配線層を希土類酸化物超電
導体にて構成し、 複数の超電導能動層間及び超電導配線層間の層間絶縁膜
を、前記希土類酸化物超電導体の希土類元素をPrに置き
換えた構造の酸化物絶縁体にて構成することを特徴とす
る積層型超電導素子。 - 【請求項２】前記超電導能動層及び超電導配線層が半導
体素子と集積化される請求項（１）の積層型超電導素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63187722A JP2598973B2 (ja) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | 積層型超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63187722A JP2598973B2 (ja) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | 積層型超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0237785A JPH0237785A (ja) | 1990-02-07 |
| JP2598973B2 true JP2598973B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=16211031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63187722A Expired - Lifetime JP2598973B2 (ja) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | 積層型超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2598973B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0555648A (ja) * | 1991-08-26 | 1993-03-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導素子 |
| CA2150913A1 (en) * | 1992-12-15 | 1994-06-23 | Robert Glenn Dorothy | Electrical interconnect structures |
-
1988
- 1988-07-27 JP JP63187722A patent/JP2598973B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0237785A (ja) | 1990-02-07 |
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