JPH0969655A

JPH0969655A - 超伝導薄膜を用いた回路およびその形成方法

Info

Publication number: JPH0969655A
Application number: JP7224045A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Sakakibara; 伸義榊原; Hironori Hoshizaki; 博紀星崎; Masanobu Suzuki; 正信鈴木; Yoshiki Ueno; 祥樹上野
Original assignee: IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: IDOUTAI TSUSHIN SENTAN GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】パターニングされた超伝導薄膜の側壁を外部
から保護し、超伝導薄膜を用いた回路全体の特性を向上
する。【解決手段】パターニングされた超伝導薄膜２０の表
面２０ａおよび側壁２０ｂを、水分子の透過を実質的に
阻止する材料からなる第１薄膜３０および第２薄膜４０
により保護している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超伝導薄膜を用いた回
路およびその形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超伝導薄膜を用いた回路として、
例えば特開平６−２３７０２４号公報に開示されている
ものが知られている。この従来技術では、図４に示すよ
うに、基板１０表面に形成された超伝導薄膜２０の表面
２０ａに、フッ素樹脂層３０が積層されている。また、
特開平６−３７５１４号公報では、フッ素樹脂層３０の
代わりに、金、白金、アルミニウム等の金属薄膜を積層
している。

【０００３】ここで、超伝導薄膜を用いた回路に用いら
れる超伝導材料は、一般に高温超伝導材料はＹ系、Ｅｕ
系、Ｂｉ系、Ｔｌ系などの酸化物により構成されてい
る。この酸化物超伝導材料は、化学的な反応性に富み、
湿気などによってダメージを受け、比較的容易に劣化す
る性質を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術で
は、超伝導薄膜２０の表面２０ａはフッ素樹脂層３０に
より保護されているが、超伝導薄膜２０の側壁２０ｂは
外部に晒されているため、超伝導薄膜を用いた回路を形
成する工程や超伝導薄膜を用いた回路を使用する際に、
外部から様々なダメージを直接受け、超伝導薄膜を用い
た回路全体の特性が低下してしまう。

【０００５】また、一般に超伝導薄膜を用いた回路に
は、層間絶縁膜５０が形成されており、近年、層間絶縁
膜５０として、耐湿性に優れたポリイミド系樹脂が用い
られている。この場合、ポリイミド系樹脂をスピンナ塗
布により回路表面に塗布した後、加熱することにより硬
化させて層間絶縁膜５０としている。ここで、図５にポ
リイミド系樹脂の塗布時および加熱時の化学構造を示
す。

【０００６】図５（ａ）は塗布時、図５（ｂ）は２００
℃加熱時（一次硬化）、図５（ｃ）は３５０℃加熱時
（最終硬化）の化学構造である。このように、ポリイミ
ド系樹脂は加熱によって脱水縮合を起こし、イミド環を
形成している。つまり、図５（ａ）から図５（ｂ）に変
化する際、丸で囲んだＯＨとＨがそれぞれ２個づつとれ
て２個の水分子Ｈ₂Ｏが発生する。また、図５（ｂ）か
ら図５（ｃ）に変化する際には２個のＨと１個のＯがと
れて１個の水分子Ｈ₂Ｏが発生する。

【０００７】そして、図４に示す従来技術によれば、超
伝導薄膜２１の表面２３は水分子Ｈ ₂Ｏを透過しないフ
ッ素樹脂層３１により保護されているが、超伝導薄膜２
１の側壁２０ｂは保護されていないため、層間絶縁膜５
０を形成する際に、上記水分子Ｈ₂Ｏによりダメージを
受けて劣化し、超伝導薄膜を用いた回路全体の特性が低
下してしまう。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、パターニングされた超伝導薄膜の側壁を外部から保
護し、超伝導薄膜を用いた回路全体の特性を向上するこ
とを目的とする。

【０００９】

【発明の概要】本発明は上記目的を達成するため、以下
の技術的手段を採用する。請求項１および２に記載の超
伝導薄膜を用いた回路においては、パターニングされた
超伝導薄膜（２０）の表面（２０ａ）および側壁（２０
ｂ）に、水分子の透過を実質的に阻止する材料からなる
第１薄膜（３０）および第２薄膜（４０）が形成され、
この全面にポリイミド系樹脂またはＳＯＧからなる層間
絶縁膜（５０）が形成されていることを特徴としてい
る。

【００１０】この場合、層間絶縁膜を形成する際に水が
発生するが、超伝導薄膜の表面および側壁が第１薄膜お
よび第２薄膜に保護されているため、超伝導薄膜が上記
水によりダメージを受けて劣化することは防止され、超
伝導薄膜を用いた回路全体の特性を向上することが出来
る。特に、請求項２に記載の超伝導薄膜を用いた回路に
おいては、第１薄膜（３０）と第２薄膜（４０）が、貴
金属材料からなることを特徴としている。従って、超伝
導薄膜を用いた回路の作動温度が超伝導材料の臨界温度
以上に上昇して超伝導薄膜が超伝導特性を示さなくなっ
た場合でも、第１薄膜および第２薄膜に電流が流れるた
め、電流経路が確保できる。

【００１１】請求項３ないし１０に記載の発明によれ
ば、請求項１および２に記載の超伝導薄膜を用いた回路
を形成することが出来る。特に、請求項４に記載の発明
では、第２薄膜（４０’）を一旦全面に形成し、その
後、第２薄膜（４０’）の表面側から基板（１０）表面
が露出するまで第２薄膜（４０’）の全面をエッチング
除去することを特徴としている。これによれば、超伝導
薄膜と第１薄膜とを用い、セルフアラインで第２薄膜を
エッチング除去することで、超伝導薄膜の側壁に第２薄
膜をそのまま残すことができる。従って、マスクを用い
たりしないで容易に、かつ確実に第２薄膜を超伝導薄膜
の側壁に形成することが出来る。

【００１２】また、請求項６および７に記載の発明で
は、第１薄膜（３０’）を形成した後に、酸素を含む雰
囲気中で第１薄膜（３０’）に熱処理を施していること
を特徴としている。従って、第１薄膜を緻密化し、超伝
導薄膜表面により強力に密着して超伝導薄膜表面を保護
することが出来る。また、請求項８に記載の発明では、
第１薄膜（３０’）および超伝導薄膜（２０’）をパタ
ーニングする工程は、物理的な垂直異方性ドライエッチ
ングにより行われることを特徴としている。従って、超
伝導薄膜および第１薄膜の側壁が垂直にパターニングで
き、微細なパターンが形成できる。

【００１３】また、請求項９に記載の発明では、物理的
な垂直異方性ドライエッチングを行った後に、物理的な
垂直異方性ドライエッチングによって生じた超伝導薄膜
（２０）の側壁（２０ｂ）のダメージ層（２１）を除去
する工程を含むことを特徴としている。従って、超伝導
薄膜を用いた回路全体の特性を向上することが出来る。

【００１４】また、請求項１０に記載の発明では、超伝
導薄膜の表面及び側壁が第１薄膜及び第２薄膜により保
護されているため、超伝導薄膜を用いた回路を形成する
工程や超伝導薄膜を用いた回路を使用する際に、外部か
ら様々なダメージを受けることがなく、超伝導薄膜を用
いた回路全体の特性を向上することが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態を
図１および図２に基づいて具体的に説明する。図１にお
いて、１０はＭｇＯやＬａＡｌＯ₃等の単結晶誘電体基
板、２０はＹ系、Ｅｕ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系などの酸化物
超伝導材料からなる超伝導薄膜、３０は超伝導薄膜２０
の表面２０ａに形成され、水分子の透過を実質的に阻止
する材料（例えばＡｕ等の貴金属材料やフッ素樹脂等）
からなる第１薄膜である。

【００１６】ここで、水分子の透過を実質的に阻止する
材料とは、水分子を全く透過させないか、もしくは水分
子を透過させても、超伝導薄膜２０を劣化させない程度
に抑える材料のことである。４０は超伝導薄膜２０の側
壁２０ｂおよび第１薄膜３０の側壁３０ｂに形成され、
水分子の透過を実質的に阻止する材料からなる第２薄膜
である。５０は全面に形成された層間絶縁膜で、ポリイ
ミド系樹脂からなる。

【００１７】以下に、第１の実施形態における超伝導薄
膜を用いた回路の形成方法を図２に基づいて述べる。ま
ず、ＭｇＯやＬａＡｌＯ₃等の単結晶誘電体基板１０表
面に酸化物超伝導材料により超伝導薄膜２０’を形成
し、引き続き超伝導薄膜２０’の表面に、水分子の透過
を実質的に阻止する材料（例えばＡｕ等の貴金属材料や
フッ素樹脂等）により第１薄膜３０’を形成する（図２
（ａ））。

【００１８】次に、第１薄膜３０’上に図示しないレジ
ストを塗布・感光・現像によって所定形状にパターニン
グし、上記レジストをマスクとして第１薄膜３０’及び
超伝導薄膜２０’を物理的な垂直異方性ドライエッチン
グ、例えばＡｒイオンエッチングにより連続してエッチ
ングし、所定形状の第１薄膜３０および超伝導薄膜２０
を形成する（図２（ｂ））。この際、超伝導薄膜２０の
側壁２０ｂは露出しており、超伝導薄膜２０の表面２０
ａは第１薄膜３１によって保護されている。

【００１９】次に、水分子の透過を実質的に阻止する材
料により第２薄膜４０’を全面に形成する（図２
（ｃ））。ここで、ステップカバレッジの優れたスパッ
タ法、ＣＶＤ法、スピン塗布法を用いることにより、超
伝導薄膜２０の表面２０ａおよび基板１０表面だけでな
く、超伝導薄膜２０の側壁２０ｂおよび第１薄膜３０の
側壁３０ｂにも第２薄膜４０’を形成することができ、
全面に第２薄膜４０’を形成することが出来る。

【００２０】次に、全面に物理的な垂直異方性ドライエ
ッチングを施して、第１薄膜３０の表面３０ａおよび基
板１０表面が露出するまで第２薄膜４０’をエッチング
除去する（図２（ｄ））。こうすることにより、第２薄
膜４０’のうち、超伝導薄膜２０の側壁２０ｂおよび第
１薄膜３０の側壁３０ｂに形成された第２薄膜４０のみ
が残り、第２薄膜４０’のうち、第１薄膜３０の表面３
０ａに形成された部分および基板１０表面に形成された
部分は同時に除去される。そして、全面に、ポリイミド
系樹脂を塗布し、このポリイミド系樹脂を加熱して硬化
させることにより層間絶縁膜５０を形成する（図２
（ｅ））。

【００２１】こうして、図１に示すような、超伝導薄膜
２０の側壁２０ｂおよび表面２０ａが保護された超伝導
薄膜を用いた回路が得られる。ここで、第１薄膜３０の
材料と第２薄膜４０の材料が異なる場合、物理的な垂直
異方性ドライエッチングのエッチング速度をそれぞれＲ
₃₀、Ｒ₄₀とおくと、Ｒ₃₀≦Ｒ₄₀とすることにより、基板
１０表面が露出するまで全面をエッチングしても、第１
薄膜３０が全てエッチング除去されることはない。ま
た、第１薄膜３０の材料と第２薄膜４０の材料が同じで
もよい。つまり、Ｒ₃₀＝Ｒ₄₀となり、この場合も第１薄
膜３０が全てエッチング除去されることはない。

【００２２】なお、上記第１の実施形態において、第１
薄膜３０および第２薄膜４０を、導電性を有するＡｕ等
の貴金属材料にて形成することにより、超伝導薄膜を用
いた回路の作動温度が超伝導材料の臨界温度以上に上昇
して超伝導薄膜が超伝導特性を示さなくなった場合で
も、第１薄膜３０および第２薄膜４０に電流が流れるた
め、電流経路を確保することができる。

【００２３】また、第１の実施形態では、超伝導薄膜２
０の側壁２０ｂおよび表面２０ａに、第１薄膜３０およ
び第２薄膜４０が形成されているため、超伝導薄膜を用
いた回路を形成する工程や超伝導薄膜を用いた回路を使
用する際における外部からの様々なダメージから、超伝
導薄膜２０の側壁２０ｂおよび表面２０ａを保護でき、
超伝導薄膜を用いた回路全体の特性を向上することが出
来る。

【００２４】また、ポリイミド系樹脂により層間絶縁膜
５０を形成する際、層間絶縁膜５０から水が発生する
が、所定形状の超伝導薄膜２１の側壁２２および表面２
３は、水分子の透過を実質的に阻止する材料からなる第
１薄膜３０および第２薄膜４０により保護されているた
め、超伝導薄膜２０の側壁２０ｂおよび表面２０ａが上
記水によりダメージを受けて劣化することは解消され、
超伝導薄膜を用いた回路全体の特性を向上することがで
きる。

【００２５】さらに、上記第１の実施形態では、第２薄
膜４０’を形成後、超伝導薄膜２０と第１薄膜３０とを
用い、セルフアラインで第２薄膜４０’をエッチング除
去することで、超伝導薄膜２０の側壁２０ｂに第２薄膜
４０をそのまま残すことができる。従って、マスクを形
成する工程が必要なく作業が容易となる。さらに、マス
クを用いたエッチングでは、エッチング形状に歪みやず
れが発生するという問題があるが、本実施形態ではマス
クを用いないため、上記問題が発生する恐れは全くな
い。

【００２６】以下に、第２の実施形態における超伝導薄
膜を用いた回路の形成方法を図３に基づいて述べる。第
１の実施形態の図２（ｂ）に示す工程において超伝導薄
膜２０および第１薄膜３０を形成する際、Ａｒイオンエ
ッチングが物理的なエッチングであるため、実際には、
図３（ａ）に示すように超伝導薄膜２０の側壁２０ｂに
ダメージ層２１が形成されてしまう。そこで、超伝導薄
膜２０の側壁２０ｂに形成されたダメージ層２１を、特
開平７−１５４００４号公報に示される化学的な等方性
ドライエッチングによって除去する。

【００２７】こうすることにより、側壁２０ｂにダメー
ジが無く、且つ側壁２０ｂが垂直にエッチングされた超
伝導薄膜２０が形成される（図３（ｂ））。次に、水分
子の透過を実質的に阻止する材料により第２薄膜４０’
を形成し（図３（ｃ））、第１薄膜３０の表面３０ａお
よび基板１０表面が露出するまで全面に物理的な垂直異
方性ドライエッチングを施す（図３（ｄ））。

【００２８】こうすることにより、第２薄膜４０’のう
ち第１薄膜３０の側壁３０ｂ及び超伝導薄膜２０の側壁
２０ｂに形成された第２薄膜４０をそのまま残し、第２
薄膜４０’のうち基板１０表面に形成された部分および
第１薄膜３０の表面３０ａに形成された部分を除去する
ことができる。なお、上述した実施形態において、第１
薄膜３０’を形成した後に、酸素を含む雰囲気中、３５
０℃から６５０℃の温度範囲で、０．５時間から４時間
の熱処理を行ってもよい。こうすることにより、第１薄
膜３０’を緻密化させ、下地の超伝導薄膜２０’との密
着性を向上させることが出来る。よって、超伝導薄膜２
０’の表面に、より強力に密着して超伝導薄膜表面を保
護することが出来る。

【００２９】また、この場合、後工程で第２薄膜４０’
を第１薄膜３０’と同じ材料を用いても、第１薄膜３
０’が熱処理によって緻密化しているため、物理的な垂
直異方性ドライエッチング時において第２薄膜４０’の
エッチング速度Ｒ₄₀の方が第１薄膜３０のエッチング速
度Ｒ₃₀よりも速い。従って、第１薄膜３０の表面３０ａ
および基板１０表面が露出するまでエッチングを施して
も、第１薄膜３０が完全にエッチング除去されることは
防止される。

【００３０】なお、上記の熱処理は、超伝導薄膜２０’
および第１薄膜３０’の形成直後に行ったが、超伝導薄
膜２０’および第１薄膜３０’を所定形状にパターニン
グした後、もしくはダメージ層２１を除去した後であっ
てもよい。また、上記した実施形態では、層間絶縁膜５
０としてポリイミド系樹脂を用いているが、本発明はこ
れに限定されることなく、膜形成の際に水分子を発生す
るような材料、例えばＳＯＧ等を用いて、超伝導薄膜を
用いた回路を形成する場合に適応してもよい。

【００３１】また、上記した実施形態では、超伝導薄膜
２０の表面２０ａおよび側壁２０ｂに第１薄膜３０およ
び第２薄膜４０を別工程に分けて形成しているが、本発
明はこれに限定されることはなく、超伝導薄膜２０の表
面２０ａおよび側壁２０ｂに水分子の透過を実質的に阻
止する材料からなる薄膜を同時に形成してもよい。具体
的には、基板表面に超伝導薄膜を成膜し、パターニング
して所定形状の超伝導薄膜を形成し、その後、全面に水
分子の透過を実質的に阻止する材料からなる薄膜を形成
し、マスクによりパターニングされた超伝導薄膜の表面
および側壁に上記薄膜を残すように上記薄膜をエッチン
グ除去してもよい。こうすることにより、所定形状の超
伝導薄膜の表面および側壁は、上記薄膜により保護され
る。

【００３２】また、上記薄膜をフッ素樹脂等の絶縁材料
により形成すれば、マスクにより上記薄膜をエッチング
除去しなくてもよい。また、上記した実施形態では、層
間絶縁膜５０として膜形成の際に水分子を発生するよう
な材料、例えばポリイミド系樹脂等を用いた場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限定されることはなく、
水分子を発生しない材料を用いていてもよい。この場合
にも、超伝導薄膜２０の表面２０ａおよび側壁２０ｂは
第１薄膜３０および第２薄膜４０により保護されてお
り、超伝導薄膜を用いた回路を形成する工程や超伝導薄
膜を用いた回路を使用する際に、外部から様々なダメー
ジ、例えば外気の湿気等を受けることはない。従って、
超伝導薄膜を用いた回路全体の特性を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超伝導薄膜を用いた回路の概略断面図
である。

【図２】本発明の第１の実施形態を示す概略工程断面図
である。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す概略工程断面図
である。

【図４】従来技術の超伝導薄膜を用いた回路を示す概略
断面図である。

【図５】ポリイミド系樹脂の熱処理による脱水縮合過程
を示す化学構造図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０…超伝導薄膜、３０…第１薄膜、４０
…第２薄膜、５０…層間絶縁膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上野祥樹愛知県日進市米野木町南山500番地１株式会社移動体通信先端技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（１０）と、前記基板（１０）表面にパターニング形成された超伝導
薄膜（２０）と、前記超伝導薄膜（２０）の表面（２０ａ）に形成され、
水分子の透過を実質的に阻止する材料からなる第１薄膜
（３０）と、前記超伝導薄膜（２０）の側壁（２０ｂ）に形成され、
水分子の透過を実質的に阻止する材料からなる第２薄膜
（４０）と、全面に形成され、ポリイミド系樹脂またはＳＯＧからな
る層間絶縁膜（５０）とからなることを特徴とする超伝
導薄膜を用いた回路。
【請求項２】前記第１薄膜（３０）と前記第２薄膜
（４０）は、貴金属材料からなることを特徴とする請求
項１に記載の超伝導薄膜を用いた回路。
【請求項３】基板（１０）表面に超伝導薄膜（２
０’）を形成する工程と、前記超伝導薄膜（２０’）の表面に、水分子の透過を実
質的に阻止する材料からなる第１薄膜（３０’）を形成
する工程と、前記第１薄膜（３０’）および前記超伝導薄膜（２
０’）をパターニングして、所定形状の第１薄膜（３
０）および超伝導薄膜（２０）を形成する工程と、前記超伝導薄膜（２０）の側壁（２０ｂ）に、水分子の
透過を実質的に阻止する材料からなる第２薄膜（４０）
を形成する工程と、全面に、ポリイミド系樹脂またはＳＯＧからなる層間絶
縁膜（５０）を形成する工程とからなることを特徴とす
る超伝導薄膜を用いた回路の形成方法。
【請求項４】前記第２薄膜（４０）を形成する工程
は、前記第１薄膜（３０’）および前記超伝導薄膜（２
０’）をパターニングする工程の後に、第２薄膜（４
０’）を一旦全面に形成する工程と、前記第２薄膜（４０’）の表面側から、前記基板（１
０）表面が露出するまで前記第２薄膜（４０’）の全面
をエッチング除去する工程とからなることを特徴とする
請求項３に記載の超伝導薄膜を用いた回路の形成方法。
【請求項５】前記エッチング除去する工程は、物理的
な垂直異方性ドライエッチングにより行われることを特
徴とする請求項４に記載の超伝導薄膜を用いた回路の形
成方法。
【請求項６】前記第１薄膜（３０’）を形成する工程
の後に、酸素を含む雰囲気中で前記第１薄膜（３０’）
に熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項３な
いし５のいずれか１つに記載の超伝導薄膜を用いた回路
の形成方法。
【請求項７】前記熱処理を施す工程は、温度が３５０
℃〜６５０℃の範囲で行われ、０．５時間〜４時間かけ
て行われることを特徴とする請求項６に記載の超伝導薄
膜を用いた回路の形成方法。
【請求項８】前記第１薄膜（３０’）および前記超伝
導薄膜（２０’）をパターニングする工程は、物理的な
垂直異方性ドライエッチングにより行われることを特徴
とする請求項３ないし７のいずれか１つに記載の超伝導
薄膜を用いた回路の形成方法。
【請求項９】物理的な垂直異方性ドライエッチングを
用いてパターニングする工程の後に、物理的な垂直異方
性ドライエッチングによって生じた前記超伝導薄膜（２
０）の側壁（２０ｂ）のダメージ層（２１）を除去する
工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の超伝導薄
膜を用いた回路の形成方法。
【請求項１０】基板（１０）表面に超伝導薄膜（２
０’）を形成する工程と、前記超伝導薄膜（２０’）の表面に、水分子の透過を実
質的に阻止する材料からなる第１薄膜（３０’）を形成
する工程と、前記第１薄膜（３０’）および前記超伝導薄膜（２
０’）をパターニングして、所定形状の第１薄膜（３
０）および超伝導薄膜（２０）を形成する工程と、前記超伝導薄膜（２０）の側壁（２０ｂ）に、水分子の
透過を実質的に阻止する材料からなる第２薄膜（４０）
を形成する工程とからなることを特徴とする超伝導薄膜
を用いた回路の形成方法。