JPH0690032A - 超伝導薄膜層間配線 - Google Patents

超伝導薄膜層間配線

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JPH0690032A JP4240501A JP24050192A JPH0690032A JP H0690032 A JPH0690032 A JP H0690032A JP 4240501 A JP4240501 A JP 4240501A JP 24050192 A JP24050192 A JP 24050192A JP H0690032 A JPH0690032 A JP H0690032A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、層間配線の細線化と上下集積回路
内の細線化を同時に実現できる超伝導薄膜層間配線を提
供することを目的とする。 【構成】 本発明は、酸化物超伝導体を用いた三次元集
積回路において、LnBaCu(Ln:Yまた
はびランタニド元素の中で超伝導となる元素)との格子
不整合率が異なる二種以上の材料をそれぞれ一箇所以上
堆積した部分上に堆積したLnBaCu超伝導
薄膜の結晶学的配向軸を変化させ、コヒーレンス長の長
い軸方向を配向軸(縦方向)とする部分を下部集積回路
と上部集積回路をつなぐ層間配線とすることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はLnBa2Cu3x超伝
導薄膜を用いた三次元集積回路の層間配線に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】1986年に発見されたLa1-xxCu
4-y(M:Sr,Ba,0<x<1)は、超伝導転移
温度(Tc)が30〜40Kと従来の金属超伝導体のT
C と比較して著しく高いことから、酸化物超伝導体の探
索が進められ、TC 〜90Kを有するLnBa2Cu3
X酸化物超伝導体(Ln:Y及びランタニド元素)、TC
〜110Kを有するBiSrCaCuOX系酸化物超伝
導体、TC 〜120Kを有するTlBaCaCuOX
酸化物超伝導体の発見が相次いだ。ところが、これらの
超伝導薄膜は異方性が強く、たとえば、コヒーレンス長
の短いc−軸方向においてはコヒーレンス長の長いa−
軸方向に比べて、超伝導の臨界電流密度が数桁以上小さ
い。そのため、c−軸配向膜で構成された積層構造の三
次元高集積回路内では下部回路層から上部回路層への信
号の受渡し時にコヒーレンス長の短いa−軸配向部分を
通過せざるを得ない。この層間配線領域では信号の電流
が臨界電流密度を越えないために、断面積を大きくする
必要が生ずる。そのため、高集積化ができないという重
大な問題点に遭遇する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、下地材料に
より超伝導薄膜の結晶学的配向軸を制御し、コヒーレン
ス長の長い方向を平面内に持つ超伝導薄膜において、層
間配線となる領域のみ、コヒーレンス長の長い方向を超
伝導配線層に垂直にし、層間配線の面積を減少させ、高
集積酸化物超伝導体回路を実現するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化物超伝導
体を用いた三次元集積回路において、LnBaCu
(Ln:Yまたはびランタニド元素の中で超伝導と
なる元素)との格子不整合率が異なる二種以上の材料を
それぞれ一箇所以上堆積した部分上に堆積したLnBa
Cu超伝導薄膜の結晶学的配向軸を変化させ、
コヒーレンス長の長い軸方向を配向軸(縦方向)とする
部分を下部集積回路と上部集積回路をつなぐ層間配線と
することを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明ではLnBa2Cu3X超伝導薄膜内の
所望の層間配線となる箇所におい て、配向軸1方向を
コヒーレンス長の長い方向を軸方向に持つa−軸配向薄
膜を成長させることができる所に特徴がある。
【0006】従来技術では層内の回路部分がc−軸配向
膜すなわち、電流の流れ易い(臨界電流密度の高い)a
/b面を薄膜面内に持っているとすれば、層間配線膜は
電流の流れ難い(臨界電流密度の低い)c軸方向を電流
が流れる方向に持っていることになる。そのため、信号
電流が超伝導を破壊する臨界電流密度を越えないために
は層間配線膜を太くする必要が生じ、集積回路の微細化
ができないという問題点が生ずる。一方、本発明を用い
れば、集積回路内では電流の流れ易い(臨界電流密度の
高い)a/b面を薄膜表面内に持ちながら、層間配線膜
では電流の流れ易い(臨界電流密度の高い)a−軸方向
を電流の流れる向きに成長できるため、今までできなか
った高集積化が実現できる。
【0007】
【実施例】実施例1を説明する前に、本発明に密接に関
連する実験事実を説明する。図1は基板材料MgO,S
rTiO3,LaSrGaO4,PrGaO3,NdGa
3,LaAlO3,YAlO3 などのYBa2CuOX
伝導体との格子不整合率が異なる基板上にYBa2Cu3
X超伝導薄膜を作製した時の薄膜の結晶学的配向軸の
基板温度依存性を求めたものであり、図中、aはa−軸
配向、cはc−軸配向、a+cはa−軸配向とc−軸配
向が混在する薄膜の成長する領域である。図から基板温
度が同じであっても異なる基板上ではYBa2 Cu3
X超伝導薄膜の結晶方位(配向)は基板格子の不整合率
で決まり、不整合率が大きいときはYBa2Cu3X
伝導薄膜はc−軸配向となり、不整合率が小さいときは
YBa2Cu3x超伝導薄膜はa−軸配向となることを
示している。すなわち、例えば、NdGaO3(YBa2
Cu3xとの格子不整合率が0.3%)とSrTiO3
(同1.1%)が表面に存在する下地上にヽ図1に示し
た点線の堆積温度でYBa 2Cu3X薄膜を堆積すれ
ば、NdGaO3上に蒸着されたYBa2Cu3x薄膜は
a−軸配向となり、一方SrTiO3 上に蒸着されたY
Ba2Cu3X薄膜はc−軸配向となることを示してい
る。
【0008】(実施例1)この実験事実を基に、図2を
もって、本発明の実施例1を説明する。この図は本発明
による層間配線を説明する断面図であって、図中1はS
rTiO3 基板、2はNdGaO3 薄膜、3は下部集積
回路のc−軸配向YBa2 Cu3X薄膜、4は層間配線
となるa−軸配向YBa2Cu3x薄膜、5はSrTi
3 層 間絶縁膜、6は上部電極のc−軸配向YBa2
Cu3X薄膜である。ここで、集積回路内の薄膜はc−
軸配向膜(コヒーレンス長の短い方向が基板面に垂
直)、層間配線部分4はa−軸配向膜(コヒーレンス長
の短い方向が平面内)である。この層間配線を通る電流
は、例えば下部の集積回路の薄膜3から層間配線4、そ
の後上部の集積回路の薄膜6に流れる。この時、薄膜3
中は電流は面内に流れやすく(c−軸配向膜)、層間配
線4では基板面と垂直方向に流れ易く(a−軸配向
膜)、さらに上部の集積回路である薄膜6中では電流は
面内に流れやすく(c−軸配向膜)なっていることに特
徴がある。
【0009】次に図3から図6をもって実施例1の層間
配線の作製例を説明する。これらの図中1から6は図2
で説明したものと同じであり、7はマスク材である。図
3は例えば、YBa2Cu3xとの格子不整合率が1.
1%のSrTiO3基板上にマスク材7を乗せた状態を
示している。次にマスクしたところ以外の部分に例え
ば、YBa2Cu3Xとの格子不整合率が0.3%のN
dGaO32を堆積する。この状態からマスク材7を取
り去ったものが図4である。次に図4の基板上全面にY
Ba2Cu3x薄膜を図1の点線で示した基板温度例え
ば750℃で堆積する。すると、図5に示したようにS
rTiO3 基板上にはa−軸配向YBa2Cu3X薄膜
3が堆積され、NdGaO3 薄膜2上にはa−軸配向し
たYBa2Cu3x薄膜4が堆積される。次にマスク材
7を層間配線となるa−軸配向YBaCu3x薄膜4上
に配置する。これが図6である。次にSrTiO3 層間
絶縁膜5を堆積し、マスク材7を取り去り、上部集積回
路のYBa2Cu3X薄膜6を堆積する。するとSrT
iO3 層間絶縁膜5上にはc−軸配向YBa2CuOX
膜6が、層間配線4上にはそのままa−軸配向膜が成長
する。これが図2である。以上により層間配線部のみに
a−軸配向薄膜を持つc−軸配向膜の下部薄膜3及び上
部薄膜6が実現できる。
【0010】(実施例2)図7は実施例2を説明する断
面図であって、図中1はSrTiO3 基板、2はNdG
aO3 薄膜、3は下部集積回路のc−軸配向YBa2
3X薄膜、4は層間配線となるa−軸配向YBaCu
3x薄膜、5はSrTiO3 層間絶縁 膜、6は上部電
極のc−軸配向YBa2 Cu3X薄膜である。実施例1
における基板上のNdGaO3 薄膜2を堆積する前にマ
スクを用いて次に堆積するSrTiO3 薄膜2の膜厚分
だけエッチングにより掘り下げた点のみ異なる。これに
より層間配線となるa−軸配向部分と集積回路となるc
−軸配向部分との境界領域の接触面積を増大すなわち、
電流密度を向上させ、かつプロセスマージンを増大させ
る平坦化を実現する付加的効果がある。ここでは下部集
積回路の薄膜の埋め込みを例として説明したが、上部集
積回路直下の層間絶縁膜を埋め込めば、層間配線となる
a−軸配向部分と上部集積回路のc−軸配向部分との境
界領域の接触面積を増大できることは言うまでもない。
【0011】本実施例では、例として、SrTiO
3(格子不整合率1.1%)、NdGaO3(同0.3
%)、超伝導材料としてYBa2Cu3xを用いて説明
したが、格子不整合率の異なる2種の材料上に堆積した
超伝導薄膜が不整合率の小きい方の材料上ではa−軸配
向、不整合率が大きい方の材料上ではc−軸配向となる
堆積温度が設定できれば全く同じ効果が得られることは
あきらかである。また本実施例では下部薄膜堆積前の異
なる2種の基板表面材料として、基板と薄膜を用いたが
2種類以上の格子不整合率の異なる薄膜材料を堆積した
上でも同じ効果が得られることは言うまでもない。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による、層
間配線の構造によれば、層間配線部においてはコヒーレ
ンス長の長い軸(電流の流れ易いa−b面)を配向軸
に、集積回路の薄膜部ではコヒーレンス長の短い軸(電
流の流れ難いc軸)を配向軸に持つ薄膜(薄膜表面内に
電流の流れ易いa−b面を持つ薄膜)を用いられるた
め、層間配線の細線化と上下集積回路内の細線化を同時
に実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】格子不整合率とa−軸配向/c−軸配向となる
基板温度との関係を示したものであって、縦軸は基板温
度、横軸はYBa2 Cu3X薄膜との格子不整合率であ
る。
【図2】実施例1の縦型超伝導接合素子の構造及び製造
例の概略図である。
【図3】実施例1の縦型超伝導接合素子の構造及び製造
例の概略図である。
【図4】実施例1の縦型超伝導接合素子の構造及び製造
例の概略図である。
【図5】実施例1の縦型超伝導接合素子の構造及び製造
例の概略図である。
【図6】実施例1の縦型超伝導接合素子の構造及び製造
例の概略図である。
【図7】実施例2の縦型超伝導接合素子の構造及び製造
例の概略図である。
【符号の説明】
1 SrTiO3 基板、 2 NdGaO3 薄膜、 3 下部のc−軸配向YBa2CuOX薄膜、 4 層間配線a−軸配向YBa2Cu3x薄膜、 5 層間絶縁膜のSrTiO3 薄膜、 6 上部のc−軸配向YBa2Cu3X薄膜、 7 マスク、 c c−軸配向となる領域、 a a−軸配向となる領域、 a+c a−軸配向とc−軸配向とが混在する領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物超伝導体を用いた三次元集積回路
    において、LnBa 2Cu3x(Ln:Yまたはびラン
    タニド元素の中で超伝導となる元素)との格子不整合率
    が異なる二種以上の材料をそれぞれ一箇所以上堆積した
    部分上に堆積したLnBa2Cu3x 超伝導薄膜の結晶
    学的配向軸を変化させ、コヒーレンス長の長い軸方向を
    配向軸(縦方向)とする部分を下部集積回路と上部集積
    回路をつなぐ層間配線とすることを特徴とする超伝導薄
    膜層間配線。
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