JPS60160186A - 超電導集積回路の端子電極 - Google Patents

超電導集積回路の端子電極

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JPS60160186A
JPS60160186A JP59013477A JP1347784A JPS60160186A JP S60160186 A JPS60160186 A JP S60160186A JP 59013477 A JP59013477 A JP 59013477A JP 1347784 A JP1347784 A JP 1347784A JP S60160186 A JPS60160186 A JP S60160186A
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superconducting
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lsi
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Mikio Hirano
幹夫 平野
Hideaki Nakane
中根 英章
Ushio Kawabe
川辺 潮
Shinichiro Yano
振一郎 矢野
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01Manufacture or treatment
    • H10W72/012Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超電導集積回路、とくにジ蓼セフノン接合素
子の外S接続に用いる超電導突起電極用下地金属膜に関
するものである。
〔発明の背景〕
トンネル臘ジ田セフノン接合素子は、2つの超電導w#
膜の間に厚さ数nmの極めて薄いII!3縁膜を狭んだ
サンドイッチ構造で、極低温(〜4K)における超電導
トンネル現象を応用したスイ、チ/グ素子である0との
素子は、従来の半導体系子に比べ、スイッチング速度は
約1桁早く、消費電、力は約3桁小さいという特長があ
如、将来の超高速計算機用の論理演算素子として期待さ
れている。
これらの素子を構成するための超電導薄膜に社。
おもにPb−In−Au合金、Pb−Au合金、又はN
b膜、Nb膜瞑などが使用されている@また極薄のトン
ネル障壁層にはpb及びInの酸化物あるいはNbの酸
化瞼が用いられでいる。ところでこれらのジ1セフソン
接合素子を超高速計算機用の素子として用いるためには
七nらをL8ルベルに集積化したチップを多数用いて実
装し、七ジーール化した論理演算回路、記憶回路を開発
する必要がある0それらLSIチップをモジュール基板
に実装する上で特に留意すべきことは。
(1) 超電導LSIチップと他の超電導LSIチ。
プを配線を介して接続する場合、それらの配線。
接続用電極(入・出力信号の取出し#IL4Iii)は
全て超電導金属で構成する必要のあることV。
グ (2)]L8Iチップの実装基板へのボンデイン貴など
である。
上記2項目は、従来の半導体プロセスと大龜〈異るとこ
ろである。
Aui[極−Au細線、AI電極−Au細線による献圧
着ワイヤボンディング、人U電極−anメッキリードあ
るいは半田電極−半田電極によるり)四−ボンディング
などが使用さnて・いる。これらの方法のうち、超電導
LSIの組立に適用が可能な方法は半田電極によるリフ
ローボンディングである。
これは半田電極自身が超電導特性を示すこと、またチッ
プ実装による配線長拡他の方法に比べ短くすることがで
き、高密度実装に適していゐなどによる。一般にリフロ
ーボンディングに使用される半田の成分紘亀量比でPb
が60係、8nが40憾からなるpb−8n合金 (共
晶合金)で、その融点は183℃である◎通常半田電唾
を形成したLSI(8i−LSI)を実装基板上にリフ
ローボンディングする場合、 LSIと基板をおよそ2
00〜300℃に加熱し、半田IE極を溶融させて目的
を達成している。本方式を超電導LSIチ、プの実装基
板への搭載法として採用した場合。
次のような問題が生ずる◎すなわちジョセフソン接合素
子は、厚さ20〜40λの極薄の酸化物障壁層を使用し
ているが、リフローボンディング時の熱に19、それら
酸化物l−中の酸素メ子が下部あるいは下部にある超電
導電極内部に拡散し、いわゆる超電導の特性が劣化する
OPbを超電導電極としで用いた超電導LSIの場合、
前述の如き劣化を防止するための許容温度限界はおよそ
90℃でtr)fi、Nbを用いた場合はおよそ200
℃である。したがって従来の半田電極の場合は超電導L
SIの組立にそのtま適用することができない。
このため、90℃以下の温度でS融し、かつ七n自身超
電導時性を示すような突起電極材料の開発が必要である
◎それらの代表的な材料はI n−8n #1m−8n
−Bi などである。ま九他の一つの問題は、前述の突
起電極を超電導LSIの端子部に形成する場合1機械的
に十分な大きさの接着強度が得られ、かつ電気的には超
電導接続ないしはコンタクト抵抗の低い接続が要求され
る口このため突起vt極と超電導LSIの端子部の間に
接続用金属膜(突起電極下地金属膜)を設けている。一
般にそれらの金属膜はAu / P d 814 (上
層Au、下層Pd )が用いられているoAuは突起電
極と下地のPd機、Pd機は超電導LSIチ、プに設け
た4 端子電極、(一般にNb膜を用いる)との接着性
及び突起IE電極材LSIチ、プ端子*極内部に拡散し
ないようにするための拡散防止膜の投射をf示さないた
め、わずかな抵抗(コンタクト抵抗)を示し、ジ鳳−ル
熱による発熱が生ずる。このため極低温冷媒の液体kL
eが気化して発泡し、超電導LI91の冷却効果が着し
く低下する。冷却効果を改番するには、接続用命l14
−に超電導特性を示す金Mll乃至は、コンタクト抵抗
の小さな金属膜を使用する必要がある。
〔発明の目的〕
本発明は、前述の問題点を解消するためになされたもの
で1機械的に十分な大きさの接着強度が得られ、コンタ
クト抵抗が低く、シかも拡散防止効果の憂れた、突起電
極下地金j14−を提供することを目的としている。
〔発明のg喪〕
本発明は、最下層にTiを上層にAu、Ag。
Cuのいずれか一つの金属膜で構成された二層膜を、超
電導I!続用突起電極の下咄金属暎として。
超電導LSIチップ内に設けた外部接続用端子電極上に
形成するものである。
Ti膜は、超電導LSIチ、プの外部接続用端子電極の
Nbと低温成膜下でも十分な接着性が得られること、ま
た上層に形成するAu、ムg、Cuとの接着性も優nて
いる。さらICTImはAu。
Ag、Cu との金属的な拡散に対しても極めて安定で
ある。その反面Ti機は従来のPd瞑に比べ比抵抗が大
きいため、コンタクト抵抗が大きくなる。これらの欠点
に対しては、Tiの膜厚を300〜500λとすること
によυコンタクト抵抗の影響を軽減でき、かつそのよう
に薄くしても前述の接着性、拡散防止効果が得られ、超
電導LSIチ、プ接続用突起電極の下地金属膜に使用で
きることが判明した。
それらの膜はいずれも突起電極材であるi n −!1
t−=:’合金、In−8n−Bi金合金溶融性(同浴
)を有し、しかも突起電極材自身の超電導遷移温度Tc
に影響することなく十分な接着性が得られ、前述のTi
1l[と組合せて使用することによ多安定な下地金属膜
として使用できることが判明した。
〔発明の実施例〕
以下1本発明の実施例につき図面な参照して詳細に説明
する。第1図に示すように、あらかじめ清浄化処理した
シリコン単結晶基板1上に熱酸化によp嗅さ約6000
λの8i0. 層2を形成する。再び基板を清浄化処理
したのち、1×10Torr以下の高真空中でNbを約
3000λの5厚さに、@看する・なおNb膜の形成は
前述の蒸着法のほかにスパッタ法によっても艮い。つぎ
に7オトレジストと弗酸−硝酸水溶液を用いてNbを所
望のパターンに工、チングし、グランドプレーン3を形
成する。このグランドプレーンは、超電導LSIの能動
素子部に形成したジロセフソン接合のための外部磁気遮
へいの効果及び制aSから発生する磁束のミラー効果の
ほかに、LSI内のアース端子ならびに突起’IIC他
用の端子電極4の役割を担う。つぎに前述のアース端子
及び突起電極用の端子電極に使用するNb膜部分を除い
た他のNb換換部衣表面陽極酸化し、グランドプレーン
保護膜5を形成したのち840からなる第1層間絶縁f
ull!6を形成する。つぎIIc A u l n 
2からなる抵抗。
さらにPb−In−Au合金−からなる配線接続層7及
び下部1ilc極暎を形成する。つぎにSiOからなる
第3M間絶縁暎を形成したのち、プラズマ酸化法によ)
所望の下部電極表面にトンネル障壁層釦、つづいて上部
電極膜を形成する0さらに第3M間絶縁編を、ついで制
御?Isおよび配線層8を、さらに保護膜9を形成する
0つぎに突起電極用の痛子・電極40M表面をArガス
の10−” Tolrの減圧下でスパッタクリーニング
したのち、TIIrO2500λの厚さに蒸着し、引続
きAu膜11を1000λの厚さに蒸着する0その後リ
フトオフを行い、所望のパターン形状とした。なおTi
−F6よびAyuのM層中においては基板の温度を50
℃程度に維持した・また前記端子電極4の寸法(開口部
)は60μm とした。つぎにあらかじめ準備したメタ
ルマスクを用い、@述の端子電極4とメタルマスクの開
口部とを位置したのちIn、sn、Biを約40μmの
厚さに蒸着しメとルマスクを取はずしたのち、基板lを
5慢の水−を形成した。以上述べた方法により作製し九
央起電極下地・、−換のコンタクト抵抗は0.001〜
0.0050であシ、従来の下地金属膜の1/2〜1/
3橿kに低減することができた。また突起電極の接着強
就も45〜155 g (1個当シの剪断強度)が得ら
れ1機械的的に十分な強度が得られてしることを確認し
友。
1また本実施例では、Au/Ti の二層膜について鴎
べたが、Ag/TiおよびCu/Ti夫々の二層膜につ
いても前記実施例と同様の結果が得ら扛た。
さらに本実施例ではPb合金を用いた超−導LSIの場
合について述べたが、Nb系材料を用いた超電導LSI
を用いた場合にも、同様な効果を有することを確認して
いる。その場合、突起tiのり70一温度を200℃迄
引き上げることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したごとく本発明によれば、超′遁導LSIの
外部接続用突起1に極の下地金禰換が安定に形成できる
ようになり、接着強度が大きく、コンタクト抵抗の低い
電極構造が再現性よく作製できるようになった。
【図面の簡単な説明】
41図は1本発明の一実施例になる超電導LSIの外部
接続用突起電極部の断面構造を示す図である。 図中、l・・・基板、2・・・絶縁層(Siへ層)、3
・−・グランドプレーン、462.超電導L81の端子
、電極、5・・・グランドブレーン保護膜、6・・・w
41層間絶縁映、7・・・配線接続層、8・・・配線層
、9・・・保護膜。 10 ・Ti MIA、11 ・Au1ll!、12−
・・超電導突起−@1極。 特許出願人 工業技術院長用田裕部 第 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、二つの超電導薄膜の間に極薄のトンネル障壁層を挾
    んだサントイ、チ構造を主要素子とし。 該素子に超電導性の突起電極を接続してなる超電導果槓
    11路において、突起電極の下地金属膜として最下層に
    TIを、上層にAu、Ag、Cuのいずれか一つの金属
    膜で構成された二層機を用いたことを特徴とする超電導
    集積回路の端子電極。
JP59013477A 1984-01-30 1984-01-30 超電導集積回路の端子電極 Granted JPS60160186A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5843520A (en) * 1997-01-13 1998-12-01 Vanguard International Semiconductor Corporation Substrate clamp design for minimizing substrate to clamp sticking during thermal processing of thermally flowable layers
CN111969102A (zh) * 2020-09-11 2020-11-20 中国科学院紫金山天文台 一种改善超导钛-铌薄膜接触电极的制备方法

Cited By (3)

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US5843520A (en) * 1997-01-13 1998-12-01 Vanguard International Semiconductor Corporation Substrate clamp design for minimizing substrate to clamp sticking during thermal processing of thermally flowable layers
CN111969102A (zh) * 2020-09-11 2020-11-20 中国科学院紫金山天文台 一种改善超导钛-铌薄膜接触电极的制备方法
CN111969102B (zh) * 2020-09-11 2023-10-27 中国科学院紫金山天文台 一种改善超导钛-铌薄膜接触电极的制备方法

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