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    公开号:WO1989003126A1
    申请号:PCT/JP1988/000985
    申请日:1988-09-28
    公开日:1989-04-06
    发明作者:Satoru Mori；Hideaki Yoshida；Takuo Takeshita；Yoshio Kanda
    申请人:Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:H01L39-00
    专利说明:
    [0001] Bjq ^田
    [0002] 超伝導体配線の構造およびその製造方法
    [0003] 技術分野
    [0004] この発明は厚膜集積回路に含まれる超伝導体配線の構造に関し、 特に、 超伝導体配線を使用環境の影響から保護し、 もって超伝導体 配線を長ら く超伝導状態で使用させしめる保護膜に関する。 背景技術
    [0005] 超伝導体の配線構造に閬する典型例は、 山中らによ り、 電子材料
    [0006] 1 9 8 7年 8月号、 第 2 6巻、 第 8番、 第 8 9頁〜第 9 2頁の 「ァ ルミナ基板上の超伝導配線技術」 と題する記事に報告されている。 この記事によると、 複数の配線体が、 通常のアルミナ基板と F G A
    [0007] ( F i n e G r a i n e d A i u m i n a ) 基板上にそれぞれ 印刷された複数のペース 体を焼成することによ り形成され、 その ペース ト はイッ ト リゥムーバリゥム一銅酸化物の粉末を有檨ビヒク ル中に混合して準備されたものである。 複数の配線傢は通常のアル ミナ基板と F G A基扳とに直接印刷されており、 配線体には、 何等 保護膜を付与していない。 通常のアルミナ基板は F G A甚板に比べ ると純度において劣っており、 それ故、 通常のアルミナ基板にはか なりの不純物が含まれている。
    [0008] しかしながら'、 上記従来の超伝導体配線はその安定性にお ·、て問 題を含んでいる。 すなわち、 配線体は比較的短期間の間に超伝導性 を失う傾向があり、 それ故、 それらの ^線偉では電流経路が遮靳さ れてしまう ことになる。
    [0009] —-更に、 士述-の-記事にも報告されているよう に、 超伝導性は F G A 基板に形成された配線体で発現されるものの、 通常のアルミナ基板 上に形成された配線体では観察されなかった。 それ故、 山中らによ り報告された配線体では、 使用可能な基板に関しても問題を含んで いた。 したがって、 本発明の重要な目的は、 長期間の使用に適した超伝 導体配線の構造を提供'することである。
    [0010] また、 使用する基板に闋係なく配線体を超伝導状態に留まらせし める超伝導体配線の構造を提供することも本発明の目的とするとこ ろである。 発明の閲示
    [0011] 上記配線俅が超伝導性を喪失する原因は、 空気中に含まれる水蒸 気や二酸化炭素が超伝導体セラミックと反応して何等かの反応生成 物を形成することにあると推察される。 また、 通常のアルミナ墓板 上では配線佑が超伝導性を発現できない理由の 1つは、 通常のアル ミナ基板と F G A基板との純度差にあると推察される。 すなわち、 通常のアルミナ基板は比較的多量の二酸化珪素を含んでおり、 これ らのニ酸化珪素がィッ ト リウムーバリゥムー銅酸化物と反応して超 伝導性の発現を阻むものと考えられる。
    [0012] 上記目的を達成するために、 本発明は、 配線体を形成する際に使 用される超伝導体酸化物と無反応の保護膜をもって超伝導配線体を 被うことを提案するものである。
    [0013] 本発明の第 1の観点にしたがい提供される超伝導体配線の搆造は、 絶緣钵基板上に形成されるものであり、 a ) 上記絶緣体基板上に形 成され、 少-なく とも 1つの塩基性の超伝導体セラミックの配線体を 含お超伝導体パターンと、 b〉 上記超伝導 ί本パターンを被う塩基性 酸化物の保護膜とを有する。 上記塩基性漦化锊と上記超伝導体セラ ミックとは、 それぞれ酸化ビスマスと、 以下の元素を含む酸化物で あってよく、 上記元素とは、 スカンジウム、 イッ ト リウムおよびラ ンタノィ ドの群から選択ざれた少なく とも 1 つの元素と、 少なく と も 1つのアルカリ土類金属と、 銅である。 また、 ある実施態様にあ つては、 上記酸化物は、 スカンジウム、 イッ ト リウムおよびランタ ノィ ドを含む群から選択された複数の元素と、 複数のアルカリ土類 金属と、 銅を含んでいる。 更に、 超伝導体セラミックは、 以下の元 素を含む酸化物であってもよ く、 上記元素とは、 スカンジウム、 ィ ッ ト リウムおよびランタノィ ドの群から選択された 2以上の元素と、 2以上のアルカリ土類金属と、 銅とである。 上記超伝導体セラミ ツ クが塩基性酸化物と熱膨張係数においてほぽ等し く なるよう選択さ れるなら、 上記保護膜は不所望の割れや上記超伝導体パターンから の剝離を免れ、 長期間に直り上記パターンを超伝導状態に留ま らせ るものとなる。 更に、 他の実施態様では、 塩基性酸化物の下地膜が 上記絶緣性基板と上記パターンとの間に介在しており、 その目的は 上記パターンを上記絶縁性基板に含まれる不純物から保護すること のる ο
    [0014] 本発明の別の観点によると、 超伝導体配線構造の製造方法が提供 され、 該製造方法は、 a〉 絶縁体層と、 塩基性酸化物の第 1 ペース ト と、 以下の元素 含む酸化物の第 1 粉末とを準備する工程であ り、 上記元素とはスカンジウム、 イ ッ ト リウムおよびランタノ ィ ドの群 から選択された少なく とも 1 つの元素と、 少なく とも 1 つのアル力 リ土類金属と、 銅である、 b ) 少なく とも 1 つのべ一ス ト膜を含む ペース トパターンを上記第 2ペース ト で上記絶緣層上に形成するェ 程、 c ) 上記べ一ス トパターンを上記第 1 ペース ト で被う工程と、 d ) 上記絶緣餍を高温雰囲気中に蘆いて上記ペース トパターンと上 記第 1 ベース ト とを同時に焼成し、 超伝導体パターンと保護膜とを 形成する工程とを有する。 仮に、 上記絶緣層が絶緣性基扳上に形成 されているなら、 該絶緣層はその上に塩基性酸化物を含むペース ト で印刷されることになるであろ う。 図面の簡単な説明
    [0015] 本発明に係る超伝導体配線構造とその製造方法の特徴および利点 は、 添付図面を参照した以下の説明から更に明確に理解されるであ ろう。 添付図において、 第 1 A図〜第 1 D図は本発明に係る超伝導 体配線構造の製造方法を構成する一連の工程を示す靳面図、 第 2 A 図〜第 2 D図は本発明に係る別の超伝導体配線構造の製造方法を構 成する一連の工程を示す断面図、 第 3図は基板上に形成された複数 の配線体を含むパターンを示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0016] 第 1実施例
    [0017] 最初に第 1 A図〜第 1 D図を参照して、 本発明の実施形態でぁる 超伝導体バターン構造を製造する一達の工程を説明する。 第 1 Α図 〜第 1 D図には草に 1本の配線体しか示されていないが、 一例とし てのイッ ト リウム安定化ジルコニァ基板上には多数の配線体が形成 されており、 これらは厚膜集積回路の実現に使用されている。
    [0018] 本製造方法は、 第 1 A図に示されるごとく、 しばしば 「 Y S Z _l と ¾記されるィッ ト リウム安定化ジルコニァ基板 1 と、 分子式 B i 2 C で袠ざれる酸化ビスマスを含む第 1ペース ト 2と、 有镤ビヒク ル中で混合された第 1および第 2粉末を含む第 2ペース ト 3とを準 備することで開始される。 上記第 1粉末はスカンジウム、 イツ ト リ ゥムおよびランタノィ の群から選択された 1元素と、 ： L つのアル カリ土類金属と、 鋸とを舍む漦化駒から作られたものであり、 第 2 粉末はアル力リ土類金属の炭酸塩から作られている。 本実施例では、 有機ビヒクルはェチルセルロースとプチルカルビノールァセチ一ト とを混合して得たものであり、 第 2紛末を作るのに使^されたアル 力リ土類金属は酸化锪を構成するアルカリ土類金属と同一のもので ある。 上記第 1粉末を構成する酸化物をィッ ト リウムーバリウム一 銅漦化物とすると、 その熱膨張係数は 1 3 X' 1 0—s〜 1 4 X 1 0 - e ( 1 V ) であり、 これは酸化ビスマスの熱膨張係数 （ 1 5 x 1 0 - 1 。 C ) に近似している。
    [0019] まず、 第 2ベース ト 3を使用してイッ ト リウム安定化ジルコニァ 墓板 1上に日本工業規格標準スクリーン第 2 5 0香のメッシュスク リーンでベース トパターンの一部をなすベース ト膜 5を印刷する。 このペース ト膜 5はイ ツ ト リゥム安定化ジルコニァ基板 1 上で約 1 0 ミ クロンの厚さをなる。 この段階における中間構造は第 1 B図に 示されている。
    [0020] ペース ト膜 5は摂氏約 1 2 5度の空気中で約 1 0分間乾燥され、 . その後、 第 1ベース ト 2が日本工業規格標準スク リーン第 2 5 0番 のメ ッシュスクリーンを使用して印刷され、 第 1 C図に示されてい るよ うに上記ペース トパターンを完全に被う。 ペース トパターンを 完全に被うために、 第 1 ペース ト 2は約 1 0 ミクロンの厚さに堆積 され、 その面積をペース トパターンの面積よ り十分広く する。 かか るスク リーン印刷の後に、 第 1 ペース ト 2は摂氏約 1 2 5度の空気 中で約 1 0分間乾燥され、 それから、 基板 1 は焼成工程のために高 温雰囲気中に置かれる。 すなわち、 基板 1 は炉内 （不図示） に蘆か れ、 炉内の空気は上記高温雰囲気を形成するために摂氏約 9 0 0度 まで昇温される。 第 1ペース ト 2で被われたペース トパターンの形 成された基板 1 は、 上 Ϊ3高温雰囲気中に約 2時間保持され、 その結 杲、 ペース トパターンと第 1 ぺ一ス ト とは同時的に焼成されて配線 体 7を含む超伝導体パターンと該超伝導体パターンを被う保護膜 8 とが第 1 D図に示されているよ うに形成される。
    [0021] 第 1 D図からも明らかなように、 超伝導体セラミ ックの配線体 7 は保護膜 8で被われており、 したがって、 水蒸気や二酸化炭素が配 線体 7に直接触れることはない。 更に、 超伝導体セラミックは塩基 性であり、 保護膜 8は塩基性酸化物である酸化ビスマスで形成され ている。 その結果、 配線体 7 と保護膜 8との間に実質的な化学反応 は発生せず、 それ故、 配線体 7を長期間に亙り超伝導状態に留ま る ことを得させしむる。 更に付言すると、 酸化ビスマスは上記イ ッ ト リゥムーバリゥムー銅系の超伝導体セラミックと同程度の熱膨張係 数を有する。 これによ り、 配線体 7が動作温度にまで冷却されても、 保護膜 8には割れゃ剝離が発生しにく く、 その使用期間、 ひいては、 厚膜集積回路全体の耐用期間を延長させることができる。
    [0022] なお、 上記第 1粉末は分子式 （G d 0.5 H o 0. 5 ) 1 . 3 (B a 0.9 S r ø. i ) 2 - 0 C u 3. a 0 9で表される酸化物または分子式 （E r 0.6S ma.4) 1 . 0 ( B a a.95 C a ø .05 ) s.s C u s.a Os.sで表される酸化物 で構成ざれてもよい。 第 2実施例
    [0023] 第 2 A図〜第 2 D図に進み、 本発明による超伝導体配線構造を形 成するための別の一達の工程を説明する。 この一連の工程において、 説明ば厚膜集積回路に含まれる超伝導体パターンの一部を構成する 単一の配線体に着目してなされる。
    [0024] 第 2 A図に示されているイツ ト リウム安定化ジルコニァ基板 1 1 上に酸化ビスマスを含むペース トがョ本工業規格標準スク リーン第 2 5 0番のメッシュスクリーンを使用して印刷され、 ペース ト膜が 形成される。 本実施例では、 ペースト膜は約 1 0ミクロンの厚さに 堆積される。 適切な乾燥工程を経た後に、 基板 1 1 は焼成工程のた めに摂氏約 9 0 0度の高温雰囲気中に置かれる。 その結杲、 酸化ビ スマスの下地膜 1 2が基扳 1 1上に形成され、 この中間構造ば第 2 B図に描かれている。
    [0025] 続く工程では、 ペース トパターン 1 3が形成され、 このペース ト パターンはペース ト膜 1 4を有している。 下地膜 1 2上に B本工業 規格檩準スクリーン第 2 5 0番のメヅシュスクリーンが置かれ、 そ のスクリーン上にはスクリーン印剧にしょうされるペース トが準備 されている。 このペース トは、 スカンジウム、 イッ ト リウムおよび ランタノィ ドの群から選択された 1元素と 1 つのアルカリ土類金属 と銅とを含む酸化物で作られた第 1粉末と、 アル力リ土類金属の炭 駿塩で作られた第 2粉末とを有機ビヒクル中に混合したものであり、 有機ビヒクルはェチルセルロースとプチルカルビノールアセテー ト とを含んでいる。 メッシュスク リーン上のペース トはスキージされ て第 2 C図に示されているよう に下地膜 1 2上にペース トパターン 1 3が形成される。 本実施例では、 ペース トパターン 1 3は約 1 0 ミクロンの厚さであり、 下地膜に比べると占有面積は少ない。 ぺー ス トパターン 1 3の形成後、 酸化ビスマスのペース トが B本工業規 格標準スク リーン第 2 5 0番のメッシュスク リーンを使用してぺー ス トパターン 1 3を被うべく印刷される。 この酸化ビスマスのぺー ス ト は約 1 0 ミク ロンの厚さに堆積ざれ、 ペース トパターン 1 3を 完全に被うのに十分な面積を有している。 その結果、 ペース トバタ ーン 1 3は酸化ビスマスによ り包まれ、 周囲環境からのみならず基 板 1 1 からも陽離されることになる。
    [0026] 酸化ビスマスのペース ト は摂氏約 1 2 5度の空気中で約 1 0分間 乾燥され、 その後、 高温雰囲気中で焼成ざれる。 この高温雰囲気は 約摂氏 9 0 0度の炉室内に創り出され、 この焼成工程は約 2時間実 施される。 その結果、 ペース トパターン 1 3 と酸化ビスマスのベー ス ト とは同時に焼成され、 配線体 1 6を含む超伝導体パターン 1 5 が該超伝導体パターン 1 5を被う保護膜 1 7 と共に形成される。 こ の中間構造は第 2 D図に描かれている。
    [0027] 以上説明してきた一達の工程では、 スク リーン印刷技術が下地膜 1 2、 超伝導体パターン 1 5および保護膜 1 7の形成のために適招 された。 しかしながら、 別の膜形成技衛、 例えばスパッタ リングが それらの内の少なく とも 1 つを形成するために利用できる。
    [0028] 保護膜 1 7の効用によ り、 超伝導体パターン 1 5は大気中の水蒸 気および二酸化炭素から隔離されてお り、 それ故、 超伝導体パター ンの悪化は発生せず、 超伝導体パターン 1 5を長期間の使用に耐え うるものとするこ とができる。 更に、 超伝導体パターン 1 5は下地 膜 1 2によ り基板 1 1 からも隔離されている。 このことによ り、 二 酸化珪素のような不純物が超伝導体パターン 1 5に影響を与える こ とができなくなった。 したがつて、 イ ッ ト リウム安定化ジルコニァ 基板 1 1 に代えてアルミナ基板を使用できるようになり、 その結果、 生産原価を低下させられる。
    [0029] 前述の説明では、 単一の配線体のみ図示されていたが、 超伝導体 パターンを第 3図に示されているようなそれぞれ保護膜 3 4， 3 5， 3 6に被われた複数の配線体 3 1， 3 2， 3 3を含んで構成するこ とを妨げるものではない。 この例では、 各配線体は基板 3 7上に構 成される厚膜集積回路の構成素子 （不図示〉 間に超伝導経路を提供 することができる。 更に、 別の変形例では、 全ての配線体 3 1， 3 2， 3 3が単一の保護膜で被われるかもしれない。
    [0030] 本発明の特別な実施例を示し説明してきたが、 当業者にとっては 本発明の概念や範囲から外れることなく様々な置き換えや変形を容 易に想達できる。 例えば、 超伝導体セラミックは、 スカンジウム、 イツ ト リウムおよびランタノィ ドの群から選択された複数の元素と、 複数のアルカリ土類金属と銅とを含む酸化物から生成されるかもし れず、 また、 塩基性酸化物は酸化ビスマスに限定されない。
    [0031] 産業上の利用可能性
    [0032] 本発明に係る超伝導体配線構造は、 電気および電子回路中の電流 経路に使用ざれ、 特に、 厚膜集積回路中の信号経路および電源供給 回路に遣用される。
    权利要求:
    Claims請求 の 範 函
    1 . 絶緣性基板上に構成される超伝導体配線構造にして、
    a ) 上記絶緣性基板上に形成される少なく とも 1 つの塩基性の 超伝導体セラミ ックの配線体を含む超伝導体パターンと、
    b ) 上記超伝導体パターンを被う塩基性酸化物の保護膜とを有 する。
    2 . 特許請求の範囲第 1 項に記载された超伝導体配線構造において、 上記塩基性酸化物は酸化ビスマスである。
    3 . 特許請求の範囲第 2項に記載された超伝導体配線構造において、 上記超伝導体セラミックは、 スカンジウム、 イ ッ ト リウムおよびラ ンタノィ ドの群から選択された少なく とも 1 つの元素と、 少なく と も 1 つのアルカリ土類金属と、 銅とを含む酸化物で構成されている。
    4. 特許請求の範囲第 3項に記载された超伝導钵配線構造において、 上記塩基性酸化物は上記超伝導体セラミック と熱膨張係数において 同程度である。
    5 . 特許請求の範醒第 4項に記载された超伝導体配線構造において、 上記構造は上記絶縁性基板と上記超伝導体パターンとの間に介在ざ れた塩基性酸化物からなる下地膜を更に有している。
    6 . 特許請求の範囲第 2項に記载ざれた超伝導体配線構造において、 上記超伝導 ί本セラミ ックは、 スカンジウム、 イッ ト リウムおよびラ ンタノィ ドの群から選択された複数の元素と、 複数のアルカリ土類 金属と、 銅とを含む酸化物で構成されている。
    7 . 超伝導体配線構造の製造方法であって、
    a ) 絶緣層と、 塩基性酸化物を含む第 1 ペース ト と、 スカンジ ゥム、 イ ッ ト リウムおよびランタノイ ドの群から選択された少なく とも 1 つの元素と少なく とも 1 つのアルカリ土類金属と銅とを含む 酸化物の第 1 粉末を含む第 2ベース ト とを準備する工程と、
    b ) 上記絶緣層上に少なく とも 1 つのペース ト膜を有するベー ス トパターンを上記第 2ベース トで形成する工程と、 c ) 上記ペーストバターンを上記第 1ペース トで被う工程と、 d ) 上記絶緣層を高温雰囲気中に置き、 上記ペーストパターン と上記第 1ペース ト とを同時に焼成し、 超伝導体パターンと保護膜 とを形成する工程とを有する。
    8 . 特許請求の範囲第 7項に記載された超伝導体配線構造の製造方 法において、 上記塩基性酸化物は酸化ビスマスである。
    9 . 特許請求の範囲第 8項に記载された超伝導体配線構造の製造方 法において、 上記第 2ペーストはアルカリ土類金属の炭酸塩を更に 含んでいる。
    1 0 . 特許請求の範囲第 9項に記載された超伝導体配線構造の製造 方法において、 上記酸化物に含まれているアルカリ土類金属は上記 アルカリ土類金属の炭酸塩を作るのに使用されるアルカリ土類金属 と同一である。
    1 1 . 特許請求の範囲第 1 0項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記第 2ペーストは有機ビヒクルを更に拿んでお り、 上記第 1および第 2粉末は上記有襪ビヒクル中に混入されてい 。
    1 2 . 特許請求の範囲第 1 1項に記载された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記有機ビヒクルはェチルセルロースとプチルカ ルビノールアセテートとを含んでいる。
    1 3 . 特許請求の範囲第 7項に記载された超伝導体配線構造の製造 方法において、 上記ペーストパターンはスクリーン印刷技衛で形成 される。
    1 4. 特許請求の範囲第 1 3項記载の超伝導体配線構造の製造方法 において、 上記スクリーン印刷技術は日本工業規格標準スクリーン 第 2 5 0番のメッシュスクリーンを使用して実施される。
    1 5 . 特許請求の範囲第 1 4項に記載ざれた超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記ペーストパターンは約 1 0ミクロンの厚さに 堆積される。
    1 6 . 特許請求の範囲第 1 5項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記ペース トパターンは摂氏約 1 2 5度の空気中 で約 1 0分間乾燥される。
    1 7 . 特許請求の範囲第 1 6項に記载された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記ペース トパターンはスクリーン印刷技術で上 記第 1ペース トにより被われる。
    1 8 . 特許請求の範囲第 1 7項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記第 1ペース トは日本工業規格標準スクリーン 第 2 5 0番のメッシュスクリーンを使用して堆積される。
    1 9 . 特許請求の範囲第 1 8項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記第 1ペース トは約 1 0 ミクロンの厚さに堆積 される。
    2 0 . 特許請求の範囲第 1 9項に記載された超伝導钵配線構造の製 造方法において、 上記第 1ペース トは摂氏約 1 2 5度の空^中で約 1 0分間乾燥される。
    2 1 . 特許請求の範囲第 2 0項に記载された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記高温雰囲気は摂氏約 9 0 0度の空気中に形成 される。
    2 2. 特許請求の範囲第 2 1項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記焼成は約 2時間で実施される。
    2 3 . 特許請求の範囲第 2 2項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記絶緣層は基板.として機能している。
    2 . 特許請求の範囲第 7項に記载された超伝導体配線構造の製造 方法において、 上記絶緣層は絶緣性基板上に印刷されている。
    2 5 . 特許請求の範囲第 2 4項に記载ざれた超伝導体 IS線構造の製 造方法において、 上記絶緣層は塩基性酸化物で形成されている。
    2 6 . 特許請求の範囲第 2 5項に記載された超伝導体配線構造の製 造方法において、 上記塩基性酸化物は酸化ビスマスである。
    2 7 . 特許請求の範囲第 2 6項に記載された超伝導 ί本配線構造の製 造方法において、 上記絶縁層は上記絶縁性基板上に曰本工業規格標 準スクリーン第 2 5 0番のメッシュスクリーンを使用して印刷され る。
    2 8 . 特許請求の範囲第 2 7項に記載された超伝導体 ΪΒ線構造の製 造方法において、 上記絶緣層は約 1 0 ミクロンの厚さを有する。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    EP0440791A4|1989-11-14|
    US5124311A|1992-06-23|
    EP0440791A1|1991-08-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    EP1129480A1|1998-10-05|2001-09-05|Kulicke And Soffa Investments Inc|Semiconductor copper bond pad surface protection|
    WO2008047572A1|2006-09-28|2008-04-24|Pioneer Corporation|Matériau à base d'oxyde, substrat à motifs, procédé de formation de motifs, procédé de fabrication d'une matrice de transfert pour impression, procédé de fabrication d'un support d'enregistrement, matrice de transfert pour impression et support d'enregistrement|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP62/246956||1987-09-29||
    JP62246956A|JPH0831670B2|1987-09-29|1987-09-29|超伝導体の配線構造及びその形成方法|
    JP62332979A|JP2629222B2|1987-12-25|1987-12-25|超伝導体配線の構造|
    JP62/332979||1987-12-25||KR8970928A| KR930001566B1|1987-09-29|1988-09-28|초전도체 배선의 구조 및 그 제조방법|
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