JPH0282585A

JPH0282585A - 超電導配線

Info

Publication number: JPH0282585A
Application number: JP63234575A
Authority: JP
Inventors: Yukio Osaka; 大坂　之雄
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1988-09-19
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1990-03-23

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】（技術分野）この発明は、超電導配線に関するものである。

さらに詳しくは、この発明は、液体窒素温度において動
作する超ＬＳＩに有用なＳｉ基板上の超電導配線とその
形成方法、さらにはこれを有する超ＬＳＩに関するもの
である。

（背景技術）近年、Ｓｉ［ＬＳＩの発展は著しく、これにともなって
高密度に集積した超ＬＳＩの電極形成も増々難しくなっ
てきている。たとえば１６ＭＤＲＡＭで試作されたＭＯ
Ｓのデザインルールは０．５μｍであり、今後さらに微
細化される傾向にあり、電極パターンもこれにより著し
く微細化されてきている。

このような傾向は、電極抵抗の問題を所在化させており
、電極パターンが細くなる程この抵抗は増大し、印加電
圧の低下と、信号の伝播速度の遅れが発生し、大きな問
題となっている。このため、電極材料の低抵抗化は重要
な技術課題になっている。

一方、１個の・チップに膨大な数の半導体を集積化する
につれて、超ＬＳＩにおいては放熱が動作速度を決定す
る重要な要因となってきている。また、Ｓｉ材料固有の
移動度によって、ＭＯＳあるいはバイポーラトランジス
タの動作速度も室温では限界に来ており、冷却効果も含
めて７７にの液体窒素温度で動作するＳｉ超ＬＳＩの検
討が進められてもいる。実際、液体窒素温度動作のＳｔ
−ＭＯＳトランジスタの動作速度（ゲート遅延時間）は
、室温に比較して１０＠程度の高速化が可能であり、次
世代の超高速ＬＳＩの一つとして注目されている。

しかしながら、問題は、７７にの液体窒素温度において
安定で、かつ低抵抗な電極材料が見出され、しかも実際
に製造する技術として確立されていないことである。

このような課題を解決するものとして近年注目されてい
る超電導材料がある。

Ｂａｔ−ｙ　ｙＦ　ＣｕＯ７−ａ　、Ｂ　ｉ　５ｒＣａ
ＣｕＯ１ＴＩＳｒＣａＣｕＯなどの高温超電導体は、電
気抵抗がゼロになる臨界温度が１００〜１２５にと高く
、７７にの液体窒素温度で使用するに充分なマージンを
持つものが開発されてきてもいる。

しかしながら、これらの超電導材料は、Ｓｉ基板上に薄
膜形成しなとしても、Ｓｌがこの超電導膜中に拡散し、
超電導を示さないという重大な欠陥があった。たとえば
、Ｓｉ基板上に高温超電導膜を形成する方法として、Ｓ
ｌの拡散を抑制するためのバリア層の３１０２またはＰ
ｔＭを介在させることが検討されているが、いまだに充
分な高温超電導膜の特性が得られていないのが実状であ
る。

また、良好な超電導、特性を実現するためにはエピタキ
シャル成長が不可欠であることが見出されているが、実
際に単結晶をエピタキシャル成長させる技術が確立され
てもいない。

（発明の目的）この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来不可能であったＳｉ基板上への高温超を導膜
のエピタキシャル成長を可能とした新しい超電導配線と
その形成方法を、さらにはこの配線を有する液体窒素温
度で動作するｒ４ＬＳＩを提供することを目的としてい
る。

（発明の開示）この発明は、上記の目的を実現するものとして、液体窒
素温度で動作する超ＬＳＩにおいて、Ｓｉ基板上に（Ｙ
２０ｓ　）　、（ＺｒＯ２）、−３膜（ｘ＜１＞をエピ
タキシャル成長させた後に高温超電導膜をエピタキシャ
ル成長させ、電極パターン形状に加工してなることを特
徴とする超電導配線、もしくは、液体窒素温度で動作す
る超ＬＳＩにおいて、Ｓｉ基板上にＬＳＩの能動素子を
形成し、（Ｙ２０ｓ　）　Ｋ　　（ＺｒＯｔ　）　ｒ−
ｔ　Ｊｌｉ　（ｘ＜１　）をエピタキシャル成長させ、
電極接続部に穴明けを行った後に高温超電導膜をエピタ
キシャル成長させて４＆極パターン形状に加工してなる
ことを特徴とする超電導配線を提供するものである。

この発明におけるＳｉ基板上への（Ｙ２０ｓ　）−（Ｚｒｏ、）、−３膜１％（ＹＳＺＩ
ｊＩ）の形成は、電子ビーム蒸着法、あるいはゾル−ゲ
ル法等によってエピタキシャル成長により行うことがで
きる。しかも、このＹＳＺｐ上には、高温超電導膜のエ
ピタキシャル成長が可能である。

ここで用いている（Ｙ２０ｓ　）　ｘ　（Ｚ　ｒ　０２　）　ｔ−＊のＹ
Ｂ２膜としては、ＸがＯ〜１以下の値とすることができ
、特に好ましくは、ｘ＝Ｏ〜０．３とする。

？ｌｉＣ［１パターンを形成する方法としては、膜ｖ４
造に対応して、公知の手続を採用することができる。

たとえばＳｏｌの場合には、Ｓｌ基板上にＹＢ２膜をエ
ピタキシャル成長させ、その上にトランジスタなどの能
動素子と高温超電導膜による電極パターンを形成するこ
とができる。

また、通常の超ＬＳＩに適用する場合には、エピタキシ
ャル成長させたＹＢ２膜を眉間絶縁膜として用い、電極
接続部のみを穴明は加工した後に、その上部に高温超電
導膜をエピタキシャル成長させ、電極パターン形状に加
工する多層配線も実現可能である。

使用する高温超電導体としては、Ｂａ−ＹＣｕ−０，Ｂ
１−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０，Ｔｌ５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０
等の適宜なものとすることができる。

以下の実施例では、ＹＢ２膜と高温超電導膜の形成につ
いて主として説明する。もちろん、この発明は、以下の
例によって何ら限定されるものではない。

実施例１＜１００）方位を持つＳｔ基板上に、基板温度ｓ　ｏ　
ｏ　’ｃ、酸素分圧６．７ｘ　１０−’Ｐａ、製膜速度
５ｎｎ／ｎ＋ｉｎの条件で電子ビーム蒸着により（Ｙ２
０ｓ　）　ｘ　　（Ｚ　ｒ　０２　）　ｌ−にのＹＳＺ
ｌｌｆｉを１００〜２００　ｒｖ成長させた。

ここで、Ｘを０〜０．４まで変化させ、ＹＢ２膜の結晶
性を評価した。第１図は得られなＹＳＺＭのＸ線回折パ
ターンであり、各々、（ａ）　　ｘ＝０．０４（ｂ）　　ｘ　＝　０．０９の場合のものを示している。（ａ）においては、斜方晶
系ＹＳＺ（２００）面のピークが強く出ているが、わず
かに斜方晶系ＹＳＺ　（００２）が存在している。（ｂ
）においては、立方晶系ＹＳｚ（２００）面のピークの
みがあられれている。

表１には、Ｘを変化させた時のＹＳｚ膜の格子定数とＳ
ｔ基板の格子定数とのミスマツチ率を示している。Ｘが
０〜０．３の範囲で、Ｓｉ基板との格子定数のミスマツ
チ率は１％以下となっている。

このことから、ｘ＝Ｏ〜０．３のＹＳＺＭが良好なエピ
タキシャル成長を実現していることがわかる。

表　　１格子定数　　ミスマツチ率一因一　　−一一工呈上ａ　５．ｘ　　　　−０．２ｃ　５．１６　　　　　０．８９（立方晶）　　　　　５．１３　　　　　０．２２０
　（）ｔ　　　　）　　　　　　　　　５．１６　　　
　　　　　　　０．８３０　（）ｔ　　　　）　　　　
　　　　　５．１８　　　　　　　　　　　１．２（注
）　５．４３　（Ｓ　ｉ格子定数）Ｘｒ「／１．５＝５
．１２（Ａ）Ｙ２Ｏ，含有率 −」ｕＬＸ上− ４（斜方晶）実施例２実施例１と同様にして、Ｓｔ　（１００）基板上に、（
Ｙ２０ｓ　）　ｘ　　（Ｚ　ｒ　Ｏ２）　＋−ｘのｘ＝
Ｏ１すなわちＺｒＯ２膜を１００ｒ＋ｎ＋厚にエピタキ
シャル成長させた。

次いで、Ｂ　ａｚ　ｙｃ　ｕ　ｓ　０７−ａのターゲッ
トを用いてＡ　ｒ　＋６０％０２の雰囲気ガス中、０．
６７〜４、ＯＰａの圧力で、基板温度６００〜７００℃
においてスパッタリングを行い、高温超電導膜を形成し
た。

ターゲットのサイズは３インチφであり、ｒｆ電力１５
０Ｗ、製膜速度２ｎｌ／ｎ＋ｉｎとした。

得られた超電導膜の厚みは１００〜３００　ｎ１Ｍであ
った。第２図は、得られた膜のＸＲ回折パターンを示し
ている。（ＯＯＪ）のピークしか観測されていない。こ
れにより、面に垂直にＣ軸が配向した斜方晶系Ｂ　ａｔ
　ＹＣｕ　ｓ　０７−＃　！ＩＡのエピタキシャル成長
が確認できる。

第３図は、この超電導膜の臨界温度（Ｔｃ）特性を示し
たものである。８８にで電気抵抗が減少しはじめ、８２
にで完全に電気抵抗がゼロとなる良好な超電導特性を示
した。

実施例３実施例２と同様にしてＢ　ｔ　５ｒＣａＣｕＯの超電導
膜を形成し、Ｔ　ｃ　＝　９８〜８０にの超電導臨界温
度特性を得る。

実施例４実施例１のＹＳＺ膜としてｘ　＝０．０５のエピタキシ
ャル膜を形成し、実施例２と同様にしてＢａ２Ｙ　Ｃｕ
　１０７−＃超電導膜を形成する。

同様にして良好な特性が得られる。

実施例５実施例１または２に従って、Ｓｌ基板上にＹＳＺ膜をエ
ピタキシャル成長させ、その上に、トランジスタ等の動
作素子と高温超電導膜による電極パターンを形成する。

これによりＳｏｌ構造のｆｌＬｓＩを得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明におけるＳｌ　（１００）基板上の
ＹＳＺ膜のＸ線回折パターンを示した回折図である。第２図は、Ｓ　ｌ　＜１００）／Ｚｒ０ｔ上に形成した
Ｂ　ａｓ　ＹＣｕ　ｓ　０７−ａ膜のＸ線回折パターン
を示した回折図である。第３図は、この臨界温度特性を
示した相関図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液体窒素温度で動作する超ＬＳＩにおいて、Ｓｉ
基板上に（Ｙ＿２Ｏ＿３）＿ｘ（ＺｒＯ＿２）＿１＿−＿ｘ膜（
Ｘ＜１）をエピタキシャル成長させた後に高温超電導膜
をエピタキシャル成長させ、電極パターン形状に加工し
てなることを特徴とする超電導配線。
（２）請求項（１）記載の方法からなる超電導配線の形
成方法。
（３）液体窒素温度で動作する超ＬＳＩにおいて、Ｓｉ
基板上にＬＳＩの能動素子を形成し、（Ｙ＿２Ｏ＿３）
＿ｘ（ＺｒＯ＿２）＿１＿−＿ｘ膜（ｘ＜１）をエピタ
キシャル成長させ、電極接続部に穴明けを行つた後に高
温超電導膜をエピタキシャル成長させて電極パターン形
状に加工してなることを特徴とする超電導配線。
（４）請求項（３）記載の方法からなる超電導配線の形
成方法。
（５）請求項（１）または（３）を有する液体窒素温度
で動作する超ＬＳＩ。
（６）高温超電導膜がＢａ−Ｙ−Ｃｕ、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ、またはＴｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ系の酸化物で
ある請求項（１）、（２）、（３）、（４）または（５
）記載の超電導配線、その形成方法、または超ＬＳＩ。
（７）Ｓｉ基板上に（Ｙ＿２Ｏ＿３）＿ｘ（ＺｒＯ＿２）＿１＿−＿ｘ膜（
Ｘ＜１）をエピタキシャル成長させてなる積層体。
（８）請求項（７）記載の積層体の（Ｙ＿２Ｏ＿３）＿ｘ（ＺｒＯ＿２）＿１＿−＿ｘ膜の
上に高温超電導膜をエピタキシャル成長させてなる多層
膜。