JP2870993B2 - 超伝導配線の製造方法 - Google Patents
超伝導配線の製造方法Info
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 超伝導配線の製造方法に関し、 超伝導臨界温度の高い酸化物超伝導体よりなる微少線
幅の配線パターンを形成することを目的とし、 Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高温超伝導体成分を
被処理基板上に堆積して配線パターンを形成した後、該
基板を該Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高温超伝導体
成分からなるダミーパターンを形成した基板に対向近接
させて焼成炉中に設置し、ダミーパターンの温度を少な
くとも配線パターンの温度より高く保持して焼成するよ
うに超伝導配線の製造方法を構成する。
幅の配線パターンを形成することを目的とし、 Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高温超伝導体成分を
被処理基板上に堆積して配線パターンを形成した後、該
基板を該Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高温超伝導体
成分からなるダミーパターンを形成した基板に対向近接
させて焼成炉中に設置し、ダミーパターンの温度を少な
くとも配線パターンの温度より高く保持して焼成するよ
うに超伝導配線の製造方法を構成する。
本発明は超伝導臨界温度の高い酸化物超伝導体よりな
り微少線幅の配線パターンの製造方法に関する。
り微少線幅の配線パターンの製造方法に関する。
幾種類の金属，合金，金属間化合物，窒化物，酸化物
などについて超伝導現象を示すことは昔より知られてい
たが、金属元素については超伝導臨界温度（略称Tc）は
10K未満に止まり、また金属間化合物についてはNb3Geの
23.5Kが最高であった。
などについて超伝導現象を示すことは昔より知られてい
たが、金属元素については超伝導臨界温度（略称Tc）は
10K未満に止まり、また金属間化合物についてはNb3Geの
23.5Kが最高であった。
然し、1986年にBednorzとMullerによりランタン・バ
リウム・銅・酸素（La−Ba−Cu−Ｏ）系の酸化物セラミ
ックスについて高温超伝導現象が発見されて以来、各所
でTcの高い酸化物超伝導体の開発研究と、これを用いた
デバイスの実用化研究が行われている。
リウム・銅・酸素（La−Ba−Cu−Ｏ）系の酸化物セラミ
ックスについて高温超伝導現象が発見されて以来、各所
でTcの高い酸化物超伝導体の開発研究と、これを用いた
デバイスの実用化研究が行われている。
すなわち、情報処理装置、特に高速化を必要とする電
算機では、これら低温で効率よく動作する電子素子を搭
載する基板の回路配線を高温超伝導体で構成すれば極め
て効果的である。
算機では、これら低温で効率よく動作する電子素子を搭
載する基板の回路配線を高温超伝導体で構成すれば極め
て効果的である。
酸化物系の高温超伝導体には今まで各種の組成のもの
が発見されている。
が発見されている。
すなわち、イットリウム・バリウム・銅・酸素（Ｙ−
Ba−Cu−Ｏ）系およびＹを含む希土類元素−Ba−Cu−Ｏ
系についてTcが約90Kを示す酸化物超伝導体が発見され
た。
Ba−Cu−Ｏ）系およびＹを含む希土類元素−Ba−Cu−Ｏ
系についてTcが約90Kを示す酸化物超伝導体が発見され
た。
その後、100K以上のTcを示すBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系や
125KのTcを示すTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系などが発表されて
いる。
125KのTcを示すTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ系などが発表されて
いる。
こゝで、マグネシア，アルミナなどの被処理基板上に
酸化物超伝導体よりなる導体線路を形成する方法として
はマスク蒸着あるいはスパッタにより酸化物超伝導体よ
りなる薄膜パターンを形成した後に焼成して結晶化する
ことにより超伝導相に変える方法が挙げられる。
酸化物超伝導体よりなる導体線路を形成する方法として
はマスク蒸着あるいはスパッタにより酸化物超伝導体よ
りなる薄膜パターンを形成した後に焼成して結晶化する
ことにより超伝導相に変える方法が挙げられる。
また、超伝導セラミックスを粉末を用いて導電体ペー
ストを形成し、これをスクリーン印刷して微細パターン
を形成した後、これを焼成して結晶化し、超伝導相に変
える方法があ挙げられる。
ストを形成し、これをスクリーン印刷して微細パターン
を形成した後、これを焼成して結晶化し、超伝導相に変
える方法があ挙げられる。
発明者等は後者の方法による導体配線を形成する研究
でバルク試料の超伝導セラミックスおよびペーストを焼
成する方法で100K以上の値を得ている。
でバルク試料の超伝導セラミックスおよびペーストを焼
成する方法で100K以上の値を得ている。
然し、仔細に検討してみるとTcのみかけ上の値は配線
幅を依存することが判った。
幅を依存することが判った。
すなわち、配線幅が狭くなるに従ってTcが低下するも
のゝ、線幅が1.0mmまでは100K以上のTcを示すが、これ
以下の線幅ではTcは急激に低温側へ移行する。
のゝ、線幅が1.0mmまでは100K以上のTcを示すが、これ
以下の線幅ではTcは急激に低温側へ移行する。
一方、情報処理装置などで、電子部品を搭載する回路
基板は高密度実装が必要であり、微細な線幅まではTcが
液体窒素の温度（77 K）以上である必要がある。
基板は高密度実装が必要であり、微細な線幅まではTcが
液体窒素の温度（77 K）以上である必要がある。
然し、100 K以上のTc相をもつBi−Pb−Sr−Ca−Cu−
Ｏ膜について、従来の焼成法では配線幅が狭くなるに従
って特性の劣化が生じ、この対策が必要であった。
Ｏ膜について、従来の焼成法では配線幅が狭くなるに従
って特性の劣化が生じ、この対策が必要であった。
超伝導セラミックスを用いて作った導体ペーストをス
クリーン印刷し、これを焼成する方法でも100 K以上のT
cを示す超伝導体配線を形成することができるが、線幅
が約1.0mm以下になるとTcが急激に低下し、液体窒素（N
2）の温度（77 K）でも超伝導状態を示さなくなる。
クリーン印刷し、これを焼成する方法でも100 K以上のT
cを示す超伝導体配線を形成することができるが、線幅
が約1.0mm以下になるとTcが急激に低下し、液体窒素（N
2）の温度（77 K）でも超伝導状態を示さなくなる。
そこで、この問題の解決が課題である。
上記の課題は、Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高温
超伝導体成分を被処理基板上に堆積して配線パターンを
形成した後、該基板を該Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化
物高温超伝導体成分からなるダミーパターンを形成した
基板に対向近接させて焼成炉中に設置し、ダミーパター
ンの温度を少なくとも配線パターンの温度より高く保持
して焼成するように構成された超伝導配線の製造方法に
よって解決することができる。
超伝導体成分を被処理基板上に堆積して配線パターンを
形成した後、該基板を該Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化
物高温超伝導体成分からなるダミーパターンを形成した
基板に対向近接させて焼成炉中に設置し、ダミーパター
ンの温度を少なくとも配線パターンの温度より高く保持
して焼成するように構成された超伝導配線の製造方法に
よって解決することができる。
超伝導成分を堆積し、焼成して得た酸化物超伝導体の
Tcが配線幅の低下と共に急激に低温側に移行する理由に
ついて発明者等は超伝導体を構成する成分の内、特に蒸
気圧の高い成分の蒸発による組成比のずれによると考え
ている。
Tcが配線幅の低下と共に急激に低温側に移行する理由に
ついて発明者等は超伝導体を構成する成分の内、特に蒸
気圧の高い成分の蒸発による組成比のずれによると考え
ている。
すなわち、発明者等が実用化研究を進めているBi−Pb
−Sr−Ca−Cu−Ｏ系については、蒸気圧が高く、また特
性に著しい影響を及ぼす成分はPbOであって、温度と蒸
気圧の関係を示すと第１表のようになる。
−Sr−Ca−Cu−Ｏ系については、蒸気圧が高く、また特
性に著しい影響を及ぼす成分はPbOであって、温度と蒸
気圧の関係を示すと第１表のようになる。
そして、焼成により結晶化して超伝導相とする温度は
850℃前後であることから、PbOの蒸気圧は高く、この過
程で蒸発が容易に起こり組成ずれが起るのである。
850℃前後であることから、PbOの蒸気圧は高く、この過
程で蒸発が容易に起こり組成ずれが起るのである。
また、線幅が狭くなるに従って組成ずれが容易に起こ
りTcが急激に低下する理由については、線幅が狭くなる
のに従って単位体積当たりの露出面積が大きくなり、従
ってPbOの蒸発量が大きいことゝ、自己を含め周囲より
の蒸発によるPbOの分圧が低いため、成分の蒸発が抑制
されないためと考えた。
りTcが急激に低下する理由については、線幅が狭くなる
のに従って単位体積当たりの露出面積が大きくなり、従
ってPbOの蒸発量が大きいことゝ、自己を含め周囲より
の蒸発によるPbOの分圧が低いため、成分の蒸発が抑制
されないためと考えた。
そこで、本発明は成分の蒸発を防ぐ方法として第１図
の原理図に示すように配線パターン１を印刷した基板２
に対向してダミーパターン３を印刷した基板４を配置し
て焼成を行うものである。
の原理図に示すように配線パターン１を印刷した基板２
に対向してダミーパターン３を印刷した基板４を配置し
て焼成を行うものである。
こゝで、配線パターン１とダミーパターン３とはなる
べく近接させることが必要である。
べく近接させることが必要である。
このようにして焼成を行うと、ダミーパターンから盛
んに行われるPbOの蒸発によって配線パターン１からのP
bOの蒸発が抑制されるのでTcの高い微細配線パターンを
作ることができる。
んに行われるPbOの蒸発によって配線パターン１からのP
bOの蒸発が抑制されるのでTcの高い微細配線パターンを
作ることができる。
なお、印刷した超伝導パターンを焼成する場合に、結
晶粒成長のため、焼成予定温度よりもPbOの蒸発が盛ん
に起こらない程度に少し高くして短時間焼成して後、元
に戻して焼成すると、結晶粒界に隙間が少なく、膜の緻
密化が促進れさた超伝導配線を作ることができる。
晶粒成長のため、焼成予定温度よりもPbOの蒸発が盛ん
に起こらない程度に少し高くして短時間焼成して後、元
に戻して焼成すると、結晶粒界に隙間が少なく、膜の緻
密化が促進れさた超伝導配線を作ることができる。
本発明はこのようにダミーパターンを近接させて焼成
を行うことにより、蒸気圧の高い成分特にPbOの蒸発を
抑制することができ、1mm以下の線幅の配線に対しても1
mm以上の場合と同じようなTcをもつ超伝導体線路を形成
することができる。
を行うことにより、蒸気圧の高い成分特にPbOの蒸発を
抑制することができ、1mm以下の線幅の配線に対しても1
mm以上の場合と同じようなTcをもつ超伝導体線路を形成
することができる。
実施例1:（配線パターンの形成と焼成炉） Bi2O3,PbO,SrCO3,CaCO3およびCuOの原料粉末を用意
し、Bi:Pb:Sr:Ca:Cuのモル比が0.7:0.3:1:1:1.8になる
ように混合し、混合した粉末を845℃で150時間焼成して
超伝導セラミックスを作った。
し、Bi:Pb:Sr:Ca:Cuのモル比が0.7:0.3:1:1:1.8になる
ように混合し、混合した粉末を845℃で150時間焼成して
超伝導セラミックスを作った。
このセラミックスを乳鉢で粗粉砕した後、ボールミル
を用いて整粒した。
を用いて整粒した。
この粉末にテルピネオールを粘性調整剤として加え、
アセトンを溶剤として混練した後、乾燥させてアセトン
を除き、ベンゼンを混合した後、乾燥させて粘度調整を
行い、超伝導ペーストを作成した。
アセトンを溶剤として混練した後、乾燥させてアセトン
を除き、ベンゼンを混合した後、乾燥させて粘度調整を
行い、超伝導ペーストを作成した。
このペーストを用い、15mm角で厚さが0.5mmのマグネ
シア（MgO）単結晶基板を複数個用意し、この上に、線
幅が0.5mmで長さが10mmの導体線路と、10mm角のダミー
ターンを別々にスクリーン印刷して乾燥した。
シア（MgO）単結晶基板を複数個用意し、この上に、線
幅が0.5mmで長さが10mmの導体線路と、10mm角のダミー
ターンを別々にスクリーン印刷して乾燥した。
次に、第３図に示すような焼成炉を用意した。
すなわち、石英ガラス製のフレーム７に熱源（ヒー
タ）5,6を背後に備えたアルミナ・セラミック板8,9を挿
着した後、MgO製スペーサ10を用いてセラミック板8,9の
上に同図に示すように基板2,4を対向させて配置した。
タ）5,6を背後に備えたアルミナ・セラミック板8,9を挿
着した後、MgO製スペーサ10を用いてセラミック板8,9の
上に同図に示すように基板2,4を対向させて配置した。
このようにすることにより配線パターン１とダミーパ
ターンとの間隔を0.5mmに保った。
ターンとの間隔を0.5mmに保った。
実施例2: 実施例１で記したように、線幅が0.5mm,厚さが30μm,
長さが10mmの導体線路を印刷したMgO基板二枚を第３図
に示した焼成炉に装着し、0.5mmの間隔をおいて対向さ
せ、下部の導体線路をダミーパターンとした。
長さが10mmの導体線路を印刷したMgO基板二枚を第３図
に示した焼成炉に装着し、0.5mmの間隔をおいて対向さ
せ、下部の導体線路をダミーパターンとした。
そして、第１図のように大気中で熱源5,6に通電し、
両者を860℃で10分間加熱した後、上部の基板２の温度
を840℃に下げ、一方、下部の基板４を温度は850℃にし
た状態で６時間焼成して超伝導相を変え、上部の基板２
の導体線路について抵抗率の温度依存性を測定した。
両者を860℃で10分間加熱した後、上部の基板２の温度
を840℃に下げ、一方、下部の基板４を温度は850℃にし
た状態で６時間焼成して超伝導相を変え、上部の基板２
の導体線路について抵抗率の温度依存性を測定した。
実施例3: 線幅が0.5mm,厚さが30μm,長さが10mmの導体線路を印
刷したMgO基板を上に、また、10mm角のベタパターンを
印加したMgO基板を下にして第３図に示した焼成炉に装
着し、0.5mmの間隔をおいて対向させ、下部の導体線路
をダミーパターンとした。
刷したMgO基板を上に、また、10mm角のベタパターンを
印加したMgO基板を下にして第３図に示した焼成炉に装
着し、0.5mmの間隔をおいて対向させ、下部の導体線路
をダミーパターンとした。
そして、大気中で熱源5,6に通電し、両者を共に860℃
で10分間加熱した後、両基板2,4の温度を840℃に下げ、
そのまゝの状態で６時間焼成して超伝導相に変え、上部
の基板２の導体線路について抵抗率の温度依存性を測定
した。
で10分間加熱した後、両基板2,4の温度を840℃に下げ、
そのまゝの状態で６時間焼成して超伝導相に変え、上部
の基板２の導体線路について抵抗率の温度依存性を測定
した。
比較例1: 線幅が0.5mm,厚さが30μm,長さが10mmの導体線路を印
刷したMgO基板を上に、また、パターン印刷のないMgO基
板を下にして第３図に示した焼成炉に装着し、0.5mmの
間隔をおき、大気中で熱源5,6に通電し、両者を共に860
℃で10分間加熱した後、両基板2,4の温度を840℃に下
げ、そのまゝ状態で６時間焼成して超伝導相に変え、上
部の基板２の導体線路について抵抗率の温度依存性を測
定した。
刷したMgO基板を上に、また、パターン印刷のないMgO基
板を下にして第３図に示した焼成炉に装着し、0.5mmの
間隔をおき、大気中で熱源5,6に通電し、両者を共に860
℃で10分間加熱した後、両基板2,4の温度を840℃に下
げ、そのまゝ状態で６時間焼成して超伝導相に変え、上
部の基板２の導体線路について抵抗率の温度依存性を測
定した。
第２図は実施例2,3および比較例１についての結果で
あり、実施例2,3のTcは約98Kと約100 Kであるのに対
し、比較例１は相転移は認められるものゝ、残留抵抗は
12mΩ・cmと大きく、超伝導状態になっていない。
あり、実施例2,3のTcは約98Kと約100 Kであるのに対
し、比較例１は相転移は認められるものゝ、残留抵抗は
12mΩ・cmと大きく、超伝導状態になっていない。
以上記したように本発明の実施により、超伝導相とす
るために行う焼成において生ずる組成ずれを最小限に押
えることが可能となり、これにより0.5mm以下の線幅の
微細パターンを形成する場合でも1mm以上の線幅と変わ
らぬTcの高い超伝導配線を作ることができる。
るために行う焼成において生ずる組成ずれを最小限に押
えることが可能となり、これにより0.5mm以下の線幅の
微細パターンを形成する場合でも1mm以上の線幅と変わ
らぬTcの高い超伝導配線を作ることができる。
第１図は本発明の原理図、 第２図は実施例について抵抗率の温度依存性を示す図、 第３図は本発明の実施に使用した焼成炉の断面図、であ
る。 図において、 １は配線パターン、2,4は基板、 ３はダミーパターン、5,6は熱源、 である。
る。 図において、 １は配線パターン、2,4は基板、 ３はダミーパターン、5,6は熱源、 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 厚志 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 亀原 伸男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−100825（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239051（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−294560（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38302（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/00 - 39/02 H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/06 H01B 12/00 - 12/16 H01B 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高温超伝
導体成分を被処理基板上に堆積して配線パターンを形成
した後、該基板を該Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物高
温超伝導体成分からなるダミーパターンを形成した基板
に対向近接させて焼成炉中に設置し、ダミーパターンの
温度を少なくとも配線パターンの温度より高く保持して
焼成することを特徴とする超伝導配線の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載のダミーパターンが配線パタ
ーンまたはベタパターンであることを特徴とする超伝導
配線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150816A JP2870993B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 超伝導配線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2150816A JP2870993B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 超伝導配線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442584A JPH0442584A (ja) | 1992-02-13 |
| JP2870993B2 true JP2870993B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=15505043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2150816A Expired - Lifetime JP2870993B2 (ja) | 1990-06-08 | 1990-06-08 | 超伝導配線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870993B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5312803A (en) * | 1990-10-17 | 1994-05-17 | Fujitsu Limited | Process for producing Bi- and Pb-containing oxide superconducting wiring films |
-
1990
- 1990-06-08 JP JP2150816A patent/JP2870993B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0442584A (ja) | 1992-02-13 |
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