Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen
einer Oberfläche einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann in
Verbindung mit einem Verfahren zum Fertigen einer
Schichtstruktur eingesetzt werden, die wenigstens eine oxidische
supraleitende Dünnschicht aufweist, insbesondere zum
aufeinanderfolgenden Abscheiden von mehr als zwei oxidischen
supraleitenden Dünnschichten auf einem Substrat, von denen jede eine
unterschiedliche Kristallorientierung besitzt, und zum
Abscheiden einer weiteren Dünnschicht aus einem
unterschiedlichen Material auf einer oxidischen supraleitenden
Dunnschicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird auch zum Entfernen eines
Photoresist von einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht
eingesetzt.
Beschreibung des Standes der Technik
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Von oxidischen Supraleitern wird erwartet, daß sie aufgrund
ihrer höheren kritischen Temperaturen als herkömmliche
metallische Supraleiter in zahlreichen Anwendungen eingesetzt
werden. Tatsächlich besitzt der oxidische Y-Ba-Cu-O-Supraleiter
eine kritische Temperatur über 80 K und die oxidischen Bi-Sr-
Ca-Cu-O- und Tl-Ba-Ca-Cu-O-Supraleiter besitzen eine
kritische Temperatur über 100 K.
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Diese oxidischen Supraleiter besitzen jedoch bezüglich ihrer
supraleitenden Eigenschaften eine Kristallanisotropie.
Tatsächlich wird die höchste kritische Stromdichte in einer
Richtung beobachtet, die senkrecht zur c-Achse ihres
Kristalls verläuft. Deshalb muß die Kristallrichtung beim
tatsächlichen Gebrauch dieser oxidischen Supraleiter
berücksichtigt werden.
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Wenn die oxidischen Supraleiter in supraleitenden
Elektronikanwendungen eingesetzt werden, wie als supraleitende
Bauelemente oder integrierte supraleitende Schaltungen, ist es
unerläßlich, wenigstens eine Dünnschicht aus dem oxidischen
Supraleiter zu fertigen und mehrere Dünnschichten schichtweise
aufzutragen. Das Problem der Kristallanisotropie wird in
solchen supraleitenden Bauelementen oder integrierten
supraleitenden Schaltungen noch ausgeprägter. Um supraleitende
Hochleistungsbauelemente oder integrierte supraleitende
Schaltungen zu verwirklichen, ist es beispielsweise
erforderlich, zwei Arten von supraleitenden Verdrahtungsleitungen zu
fertigen: Einen Teil, in welchem elektrischer Strom parallel
zur Substratoberfläche fließt, und einen weiteren Teil, in
welchem elektrischer Strom senkrecht zu der
Substratoberfläche fließt. Beispielsweise fließt in supraleitenden
Elektroden Strom parallel zu der Substratoberfläche, während in
einer die supraleitenden Verdrahtungsleitungen verbindenden
Zwischenschicht, welche übereinanderliegende Schichten auf
dem Substrat verbindet, Strom senkrecht zu der
Substratoberfläche fließt. Wenn der oxidische Supraleiter in
supraleitenden Hochleistungsbauelementen oder integrierten
supraleitenden Schaltungen eingesetzt wird, ist es deshalb erforderlich,
sowohl eine c-achsenorientierte oxidische supraleitende
Dünnschicht, in welcher die kritische Stromdichte entlang der
Richtung, die parallel zu der Substratoberfläche verläuft,
höher ist als in den anderen Richtungen, und eine
a-achsen(oder b-achsen)orientierte oxidische supraleitende
Dünnschicht abzuscheiden, in welcher die kritische Stromdichte
entlang der Richtung, die senkrecht zu der Substratoberfläche
verläuft, höher ist als die bzw. in der c-achsenorientierten
Dünnschicht auf einer gemeinsamen Oberfläche eines Substrats.
Nachfolgend wird lediglich auf die a-achsenorientierte
Dünnschicht bezug genommen, weil elektrischer Strom in einer
aachsenorientierten Dünnschicht ebenso wie in einer
b-achsenorientierten Dünnschicht gleichermaßen entlang der Richtung
fließt, die senkrecht zur Substratoberfläche verläuft.
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In den Mehrschichtstrukturen für die supraleitenden
Bauelemente oder integrierte supraleitende Schaltungen müssen zwei
Schichten aus einer c-achsenorientierten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht und einer a-achsenorientierten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht nacheinander abgeschieden werden.
Die Kristallorientierung der oxidischen supraleitenden
Dünnschicht kann durch Wählen oder Einstellen einer
Filmbildungstemperatur gesteuert werden, die durch die Substrattemperatur
bestimmt ist. Tatsächlich kann eine a-achsenorientierte
Dünnschicht bei einer Substrattemperatur realisiert werden, die
um etwa 50 bis 100ºC niedriger ist als eine
Substrattemperatur&sub1; bei welcher die c-achsenorientierte Dünnschicht wächst.
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In einem supraleitenden Übergang, dem sogenannten Josephson-
Übergang, verwirklicht mit einem oxidischen Supraleiter, ist
es erforderlich, eine untere supraleitende Schicht, eine
Zwischendünnschicht aus einem Nichtsupraleiter und eine obere
supraleitende Schicht in dieser Abfolge nacheinander auf
einem Substrat abzuscheiden.
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Bei dem Josephson-Element handelt es sich um ein
Zwei-Anschlußelement, so daß eine logische Schaltung, die
ausschießlich
aus Josephson-Elementen besteht, kompliziert wird. Um
diesen Nachteil der Kompliziertheit zu überwinden, sind
zahlreiche Vorschläge für Drei-Anschlußelemente gemacht worden.
In den supraleitenden Transistoren, die aus einem Supraleiter
und einem Halbleiter bestehen, und die typische
Drei-Anschlußelemente sind, ist es erforderlich, eine supraleitende
Dünnschicht mit einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht
zu kombinieren, weshalb eine aufeinanderfolgende Abscheidung
von Dünnschichten erforderlich ist, die jeweils aus einem
unterschiedlichen Material bestehen.
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In diesen supraleitenden Elementen fließt ein supraleitender
Strom durch eine nichtsupraleitende Dünnschicht, die
sandwichartig zwischen zwei benachbarten supraleitenden Schichten
angeordnet ist, die nahe zueinander positioniert sind. Ein
Abstand zwischen den zwei Supraleitern wird durch die
Kohärenzlänge des Supraleiters bestimmt. Im Fall eines oxidischen
Supraleiters muß der Abstand zwischen zwei Supraleitern
mehrere Nanometer betragen, weil seine Kohärenzlänge sehr kurz
ist.
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Andererseits müssen aus dem Gesichtspunkt des
Leistungsvermögens der supraleitenden Bauelemente sämtliche Dünnschichten
in dem supraleitenden Bauelement eine hohe Kristallinität
aufweisen; mit anderen Worten bestehen diese Dünnschichten
bevorzugt aus einem Einkristall oder einem Polykristall mit
einer Kristallorientierung, die ähnlich zum Einkristall ist.
Wenn das supraleitende Bauelement eine Dünnschicht bzw.
Dünnschichten aufweist, die aus einem Polykristall besteht bzw.
bestehen, dessen Kristallorientierung nicht gut geordnet ist,
oder wenn es eine amorphe Dünnschicht bzw. amorphe
Dünnschichten aufweist, kann ein hohes Leistungsvermögen der
supraleitenden Bauelemente nicht erwartet werden, weshalb ihre
Funktion instabil wird.
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Wenn mehr als zwei Dünnschichten nacheinander auf einem
gemeinsamen Substrat abgeschieden werden, ist es übliche
Praxis, eine Oberfläche einer unteren supraleitenden Schicht
einem Reinigungsvorgang zu unterwerfen, bevor eine obere
supraleitende Schicht abgeschieden wird, da anderenfalls eine
elektrische Kontinuität zwischen der unteren supraleitenden
Schicht und der oberen supraleitenden Schicht aufgrund von
Verunreinigungen zerstört wird, die auf einer Oberfläche der
unteren supraleitenden Schicht adsorbiert sind, oder durch
unerwünschte Oxide, die auf der Oberfläche erzeugt sind. Eine
Diskontinuität von zwei Schichten führt zur Bildung eines
unerwünschten Übergangs zwischen zwei Schichten. Supraleitende
Bauelemente oder integrierte supraleitende Schaltungen mit
einem derartigen unerwünschten Übergang zeigen nicht das
erwünschte Leistungsvermögen und arbeiten mitunter nicht.
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Außerdem sollte der Oberflächenzustand der unteren
supraleitenden Schicht sorgfältig in Betracht gezogen werden, weil
die Kohärenzlänge der oxidischen Supraleiter sehr kurz ist.
Darüber hinaus ist der Sauerstoff eines oxidischen
Supraleiters ziemlich instabil und kann leicht aus der Dünnschicht
freikommen. Ein übermäßiger Sauerstoffunterschuß führt zu
einer Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften, und
im schlimmsten Fall zum Verlust der Supraleitfähigkeit.
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Die Oberfläche der unteren supraleitenden Schicht muß deshalb
rein sein und außerdem eine gut geordnete Kristallinität oder
supraleitende Eigenschaft aufweisen.
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Auf dem Gebiet der Halbleiterindustrie werden Oberflächen mit
ultrareinem Wasser durch chemisches Waschen, Trocken- oder
Naßätzen oder dergleichen gereinigt. Im Fall von oxidischen
Supraleitern können diese Reinigungstechniken jedoch aufgrund
der hohen Reaktivität oxidischer Supraleiter nicht verwendet
werden. Wenn die Oberfläche eirier oxidischen supraleitenden
Dünnschicht durch diese bekannten Techniken behandelt wird,
tritt auf der Oberfläche eine unerwünschte Reaktion auf, die
dazu führt, daß die Reinheit der Oberfläche schlecht wird und
die Kristallinität und die supraleitende Eigenschaft verloren
gehen.
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Es ist bekannt, die obere supraleitende Schicht abzuscheiden,
unmittelbar nachdem die untere oxidische supraleitende
Schicht abgeschieden wurde, und zwar in einer identischen
Kaminer. Diese Technik erfordert jedoch eine große Kammer, und
Materialien zur Verwendung für die obere supraleitende
Schicht sind beschränkt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb
darin, die Probleme zu lösen und ein verbessertes Verfahren
zum Fertigen einer Schichtstruktur bereitzustellen, die
wenigstens eine oxidische supraleitende Dünnschicht enthält,
ohne die supraleitenden Eigenschaften der oxidischen
supraleitenden Dünnschicht zu verschlechtern.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch
anwendbar, um einen Photorestistrest zu entfernen, der auf
einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht nach einem
Strukturiervorgang zurückbleibt.
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Das Strukturieren einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht
kann durch eine Vielzahl von Techniken bewirkt werden. Die
populärste Strukturiertechnik besteht darin, einen
vorbestimmten Oberflächenbereich auf der oxidischen supraleitenden
Dünnschicht mit Photoresist zu schützen bzw. abzudecken,
gefolgt durch Ätzen Im Fall der Strukturierung oxidischer
Supraleiter, die chemisch aktiv sind, ist Naßätzen nicht
geeignet,
weshalb Trockenätzen, wie etwa reaktives Ionenätzen,
Elektronenstrahlätzen oder Argonstrahlfräsen verwendet wird.
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Üblicherweise wird das Strukturieren von Dünnschichten mit
Photorestist, wie folgt, ausgeführt. Zunächst wird eine
Oberfläche der Dünnschicht gereinigt, woraufhin Photoresist
darauf aufgebracht wird. Der Photoresist wird durch Vorbacken
derart gehärtet, daß der Photoresist auf der Dünnschicht
haftet. Der vorgebackene Photoresist wird mit Licht durch eine
Maske bestrahlt. Nach dem Entwickeln wird der bestrahlte
Photoresist einem Nachbacken unterworfen und daraufhin geätzt.
Schließlich wird der verbleibende Photoresist durch Naßätzen
mit einem Photoresistentfernungsmittel oder einem
Oxidationsreagenz entfernt, um die Oberfläche der Dünnschicht zu
reinigen.
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Das Strukturieren der oxidischen supraleitenden Dünnschicht
wird nahezu in derselben Abfolge, wie vorstehend angeführt,
ausgeführt. Im Fall einer oxidischen supraleitenden
Dünnschicht wird jedoch häufig eine ernste Verschlechterung der
Supraleitfähigkeit nach der Strukturierung beobachtet. Die
vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, daß die
Verschlechterung der Supraleitfähigkeit der Dünnschicht durch
eine chemische Reaktion während der Entfernung des
Photoresist verursacht wird. Aufgrund der relativ hohen Reaktivität
reagiert der oxidische Supraleiter tatsächlich mit dem
flüssigen Photoresistentfernungsmittel oder dem Oxidationsreagenz
im Photoresistentfernungsschritt, was dazu führt, daß eine
Oberfläche der Dünnschicht aufgerauht und die Zusammensetzung
des oxidischen Supraleiters geändert wird. Eine weitere
Dünnschicht, die auf einer derartig verschlechterten Dünnschicht
abgeschieden wird, zeigt nicht die gewünschten supraleitenden
Eigenschaften, weshalb es schwierig ist, eine Schichtstruktur
hohen Leistungsvermögens zu erhalten.
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Außerdem ist es bekannt, den Photoresist durch einen
Trockenprozeß, einer sogenannten "Veraschungs"-Technik zu entfernen,
bei welcher der Photorestist in einem Sauerstoffplasma
verbrannt wird. Diese Veraschungs-Technik reduziert jedoch den
oxidischen Supraleiter während des Verbrennens des
Photoresist, was dazu führt, daß Sauerstoff in dem oxidischen
Supraleiter verlorengeht. Ein sauerstoffabgereicherter Supraleiter
weicht von der gewünschten Stöchiometrie ab und verliert
deutlich an Supraleitfähgikeit und wird häufig ein
Nichtsupraleiter. Auf der aktuellen Höhe der Strukturierungstechnik
ist der Einsatz von Photoresist unerläßlich. Diese Situation
stellt sich auch bei der oxidischen supraleitenden
Dünnschicht.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
deshalb darin, die Probleme zu lösen und ein Verfahren zum
Entfernen von Photoresistrest zu schaffen, der auf einer
oxidischen supraleitenden Dünnschicht zurückbleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Entfernen
von Verunreinigungen von einer Oberfläche einer oxidischen
supraleitenden Dünnschicht, die auf einem Substrat
abgeschieden ist, bereit, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidische
supraleitende Dünnschicht eine c-achsenorientierte oxidische
Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x ist, die in einem Ultrahochvakuum
niedriger als 133 10&supmin;&sup9; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) bei einer Temperatur
wärmebehandelt wird, bei welcher Sauerstoff in den oxidischen
Supraleiter eintritt.
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Ein Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
eine Oberfläche eines oxidischen Supraleiters durch eine
Wärmebehandlung in Ultrahochvakuum gereinigt wird.
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Die Wärmebehandlung wird bevorzugt in Ultrahochvakuum
niedriger als 133 10&supmin;&sup9; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) ausgeführt. Eine
vorteilhafte Wirkung der Erfindung kann auch bei einem Vakuum höher
als 133 10&supmin;&sup9; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) erwartet werden.
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Die Heiztemperatur, bei welcher Sauerstoff in den oxidischen
Supraleiter eintritt, liegt zwischen 350 und 400ºC für eine
Dünnschicht aus Y&sub1;ba&sub2;Cu&sub3;O7-x. Wenn diese Heiztemperatur nicht
höher als 350ºC ist, können Verunreinigungen auf der
Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht nicht entfernt
werden, und, wenn die Heiztemperatur 400ºC übersteigt, tritt
Sauerstoff aus der oxidischen supraleitenden Dünnschicht aus,
und geht verloren.
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Das Substrat ist bevorzugt ein oxidischer Einkristall, wie
etwa MgO, StTiO&sub3;&sub1; PrGaO&sub3; oder dergleichen.
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Die oxidische supraleitende Dünnschicht kann auch eine untere
supraleitende Dünnschicht sein, die direkt auf einer
Oberfläche des Substrats abgeschieden wird. Diese untere
supraleitende Schicht kann eine oxidische supraleitende Dünnschicht
sein, wie etwa eine c-achsenorientierte Dünnschicht aus
Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x.
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Die Wärmebehandlung wird bewirkt, unmittelbar bevor die obere
Supraleiterschicht auf der unteren Supraleiterschicht
abgeschieden wird, so daß Verunreinigungen, wie etwa
Kohlenwasserstoffe oder Metallkarbide, die auf der Oberfläche der
untere Supraleiterschicht adsorbiert oder abgeschieden sind,
durch die Wärmebehandlung entfernt werden Außerdem wird eine
lokale Oberflächenkristallinitätsunordnung in der unteren
supraleitenden Schicht repariert und ausreichend Sauerstoff
wird während der Wärmebehandlung zurückgehalten, so daß die
Wärmesupraleitungseigenschaft verbessert ist.
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Die Verunreinigungen können Photoresistreste sein, die auf
der Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht
zurückbleiben und/oder erzeugt werden, wenn die oxidische
supraleitende Dünnschicht Luft ausgesetzt wird.
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Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise in
Verbindung mit einem Verfahren zum Abscheiden von mehr als zwei
oxidischen supraleitenden Dünnschichten auf einem Substrat
angewendet werden, von denen jede eine unterschiedliche
Kristallorientierung besitzt.
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Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise in
Verbindung mit einem Verfahren zum Abscheiden einer weiteren
Dünnschicht aus einem unterschiedlichen Material auf der
oxidischen supraleitenden Dünnschicht verwendet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von
Photoresistrest von einer oxidischen supraleitenden
Dünnschicht verwendet werden.
Erste Anwendung
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Dank der vorliegenden Erfindung kann eine obere supraleitende
Schicht aus demselben Material oder einem unterschiedlichen
Material wie eine untere supraleitende Schicht hergestellt
werden. Die unteren und oberen supraleitenden Schichten
können a-achsen- bzw. b-achsenorientierte Dünnschichten aus
Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x sein.
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Bei einem Verfahren zum Abscheiden einer ersten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht und einer zweiten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht nacheinander ist die
Kristallorientierung der ersten Dünnschicht unterschiedlich von derjenigen
der zweiten Dünnschicht und für die erste Dünnschicht, die
eine verunreinigte Oberfläche aufweist, kann ein Reinigungs
verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden,
bevor die zweite Dünnschicht auf der ersten Dünnschicht aus
einem oxidischen Supraleiter abgeschieden wird.
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Die vorliegende Erfindung ist in Verbindung mit dem
aufeinanderfolgenden Laminieren oder Übereinanderschichten von
oxidischen supraleitenden Dünnschichten anwendbar, von denen jede
eine unterschiedliche Kristallorientierung aufweist, und
vorteilhafterweise ist sie anwendbar vor dem Abscheiden einer a-
achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschicht auf
einer c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden
Dünnschicht.
Zweite Anwendung
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Die vorliegende Erfindung kann auch in Verbindung mit einem
Verfahren zum Abscheiden auf einer ersten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht, deren Oberfläche verunreinigt ist, von
einer zweiten Dünnschicht angewendet werden, die aus einem
Material besteht, das unterschiedlich von dem oxidischen
Supraleiter ist. In diesem Fall kann die zweite Dünnschicht ein
Nichtsupraleiter sein, beispielsweise ein Isolator, wie etwa
MgO oder ein Metall, wie etwa Ag. Eine dritte oxidische
supraleitende Dünnschicht oder eine obere supraleitende
Dünnschicht kann zusätzlich auf der zweiten Dünnschicht
abgeschieden werden.
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Die vorliegende Erfindung ist in Verbindung mit dem Anordnen
einer Dünnschicht aus einem Isolator oder einem gewöhnlichen
Leiter auf einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht zur
Herstellung supraleitender Bauelemente anwendbar.
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Bei beiden Anwendungen ist der Reinigungsprozeß gemäß der
vorliegenden Erfindung beispielsweise so anwendbar, daß eine
oxidische supraleitende Dünnschicht, die Luft ausgesetzt ist,
weshalb ihre Oberfläche verschlechtert wird, um die
Oberfläche zu reinigen, bevor eine weitere Dünnschicht aus einem
unterschiedlichen Material oder die obere supraleitende Schicht
mit einer unterschiedlichen Kristallorientierung auf ihr
abgeschieden wird, so daß mehr als zwei Dünnschichten, von
denen jede eine unterschiedliche Kristallorientierung aufweist,
oder eine Kombination aus einer oxidischen supraleitenden
Dünnschicht mit einem Nichtsupraleiter in unterschiedlichen
Dünnschichtbildungsvorrichtungen unabhängig von ihren
optimalen Bedingungen abgeschieden werden können, so daß die
resultierenden geschichteten Dünnschichten verbesserte
Supraleitungseigenschaften zeigen.
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Die übereinander geschichteten Dünnschichten, die durch diese
Anwendungen erhalten werden, zeigen eine verbesserte
Kristallinität, Kontinuität und Gitteranpassung an einer
Grenzfläche, die erforderlich sind, um supraleitende Elemente oder
integrierte supraleitende Schaltungen zu verwirklichen, aus
denen supraleitende Hochleistungsbauelemente hergestellt
werden können.
Bevorzugte Ausführungsform
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entfernen eines Photoresist
von einer oxidischen supraleitenden Dünnschicht bereit.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, das in dieser
Ausführungsform verwendet wird, ist eine Art
Veraschungstechnologie. Das Verfahren erlaubt jedoch die vollständige
Entfernung von Photoresist ohne Verschlechterung der oxidischen
supraleitenden Dünnschicht durch Wählen bestimmter
Bedingungen, einschließlich der Heiztemperatur und der Atmosphäre
derart, daß Sauerstoffatome in dem oxidischen Supraleiter
sich kaum bewegen und deshalb nicht verloren gehen. Darüber
hinaus wird der Photoresist durch Sublimation entfernt, weil
die Wärmebehandlung unter Ultrahochvakuum ausgeführt wird.
Der Enddruck in der Vakuumkammer ist auf weniger als 133 10&supmin;
&sup9; Pa (1 x 10&supmin;&sup9; Torr) verringert.
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In der dritten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung wird der Photoresistrest nicht verbrannt,
sondern sublimiert, so daß der oxidische Supraleiter nicht
reduziert wird und Sauerstoff nicht verlorengeht. Aus dieser
Tatsache heraus wird die Supraleitungseigenschaft nicht
verschlechtert. Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen
Verfahren der Photoresist keiner chemischen Behandlung mit
Chemikalien ausgesetzt, so daß die Oberfläche der oxidischen
supraleitenden Dünnschicht nicht verschlechtert oder
verunreinigt und nicht aufgerauht wird.
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Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
erlaubt es, den Photoresist ohne Aufgeben der supraleitenden
Eigenschaften der oxidischen supraleitenden Dünnschicht zu
entfernen. Dieser Vorteil resultiert aus der Tatsache, daß
die Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht
durch das erfindungsgemäße Verfahren weder verunreinigt noch
aufgerauht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 zeigt aufeinanderfolgende Schritte zum Fertigen einer
Schichtstruktur mit wenigstens einer oxidischen
supraleitenden Dünnschicht, wie in den erste und zweiten Anwendungen
vorstehend erläutert.
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Fig. 1A zeigt ein Substrat 3, auf welchem Dünnschichten
nacheinander abgeschieden werden sollen.
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Zunächst wird eine oxidische supraleitende Dünnschicht 1 auf
dem Substrat 3 durch das Außerachsensputterverfahren, das
Laserschleifverfahren, das Reaktionsdampfverfahren, die
MBEoder CVD-Technik abgeschieden.
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Nach vollständiger Abscheidung wird das die abgeschiedene
oxidische supraleitende Dünnschicht 1 aufweisende Substrat 3
aus der Sputterkammer entnommen. Eine Oberfläche der
resultierenden oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 hat einen
verschlechterten Abschnitt 10 und ist mit
Kohlenwasserstoffen, BaCO&sub3;, BaCuO&sub2; oder dergleichen, verursacht durch eine
Reaktion mit Feuchtigkeit in Luft verunreinigt, wie in Fig.
1B gezeigt.
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Daraufhin wird das Substrat 3 in einer Ultrahochvakuumkammer
angeordnet, die daraufhin auf weniger als 133 10&supmin;&sup9; Pa (1 x 10&supmin;
&sup9; Torr) evakuiert wird. Daraufhin wird die oxidische
supraleitende Dünnschicht 1 unter Betriebsbedingungen
wärmebehandelt, die durch die vorliegende Erfindung festgelegt sind.
Die Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1
wird mit einem Vierpol-Massenspektrometer (QMS) überwacht und
mittels eines Niedrigenergie-Elektronenbeugungsanalysators
(LEED) oder eines Röntgenstrahl -Photoelektronenspektrometers
(XPS) nach der Wärmebehandlung analysiert, und zwar derart,
daß Verunreinigungen entfernt werden, der verschlechtere
Abschnitt 10 verschwindet und eine kristalline Oberfläche
freigelegt ist.
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Auf der resultierenden gereinigten Oberfläche (Fig. 1C) wird
eine weitere Dünnschicht 2 (aus einem oxidischen Supraleiter
oder einem unterschiedlichen Material) in derselben Kammer
durch das Außerachsensputterverfahren, das
Laserschleifverfahren, das Reaktionsverdampfungsverfahren, die MBE- oder
CVD-Technik oder dergleichen abgeschieden.
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Dasselbe Verfahren wie das Vorstehende wird in dem Fall einer
Ausführungsform angewendet, bei welcher die oxidische
supraleitende Dünnschicht Photoresistrest zusätzlich zu dem
verschlechterten Abschnitt 10 aufweist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Nunmehr wird die vorliegende Erfindung in bezug auf Beispiele
erläutert, ohne daß der Schutzumfang der Erfindung hierauf
beschränkt wäre.
Beispiel 1
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In diesem Beispiel 1 wird eine a-achsenorientierte oxidische
supraleitende Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x auf einer
c-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschicht aus
Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x durch den Abscheidungsprozeß gemäß den in Fig. 1
gezeigten Schritten abgeschieden.
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Zunächst wird die c-achsenorientierte oxidische supraleitende
Dünnschicht 1 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit einer Dicke von 300 nm auf
einem Substrat 3 aus MgO (100) durch das
Außerachsensputterverfahren
unter den folgenden Betriebsbedingungen
abgeschieden:
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Sputtergas Ar : 90 %
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O&sub2; : 10 %
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 700ºC
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Nach vollständiger Abscheidung wird das Substrat 3 aus der
Sputterkammer entnommen. Eine Oberfläche der resultierenden
oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 weist einen
verschlechterten Abschnitt 10 auf und ist mit
Kohlenwasserstoffen, BaCO&sub3;, BaCuO&sub2; oder dergleichen verursacht durch eine
Reaktion mit Feuchtigkeit in Luft oder dergleichen
verunreinigt.
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Daraufhin wird das Substrat 3 in einer Ultrahochvakuumkammer
angeordnet, die daraufhin auf weniger als 133 Pa (1 x 10&supmin;
&sup9; Torr) evakuiert wird. Daraufhin wird die Wärmebehandlung
der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1 unter den
folgenden Betriebsbedingungen bewirkt:
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Druck : niedriger als 133 10&supmin;&sup9; Pa
(1 x 10&supmin;&sup9; Torr)
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Heiztemperatur : 350 bis 400ºC
(Substrattemperatur)
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Heizzeit : 10 min
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Die Oberfläche der oxidischen supraleitenden Dünnschicht 1
wird durch ein Vierpol-Massenspektrometer (QMS) überwacht und
mittels eines Niedrigenergie-Elektronenbeugungsanalysators
(LEED) oder eines Röntgenstrahl-Photoelektronenspektrometers
(XPS) nach der Wärmebehandlung analysiert, und zwar derart,
daß Verunreinigungen entfernt werden, der verschlechtere
Abschnitt 10 verschwindet und eine kristalline Oberfläche
freigelegt ist.
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Auf der resultierenden gereinigten Oberfläche (Fig. 1C) wird
eine a-achsenorientierte oxidische supraleitende Dünnschicht
2 aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x mit einer Dicke von 200 nm durch das
Außerachsensputterverfahren unter den folgenden
Betriebsbedingungen abgeschieden:
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Sputtergas Ar : 90 %
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O&sub2; : 10 %
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 600 bis 650ºC
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In den geschichteten Dünnschichten, die durch dieses Beispiel
1 gefertigt sind, bestätigt sich, daß sowohl die untere
Supraleitungsschicht wie die obere Leiterschicht eine
verbesserte Kristallinität und gute Gitteranpassung an einer
Grenzfläche aufweisen.
Beispiel 2
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Beispiel 1 wird wiederholt mit Ausnahme, daß eine Dünnschicht
aus MgO derselben Dicke auf der c-achsenorientierten
oxidischen supraleitenden Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x anstelle der
a-achsenorientierten oxidischen supraleitenden Dünnschicht
aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x abgeschieden wird.
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Im Beispiel 2 wird eine Dünnschicht 2 aus MgO mit einer Dicke
von 200 nm durch das Verdampfungsverfahren unter den
folgenden Betriebsbedingungen abgeschieden:
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 200ºC
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Auch in den durch das Beispiel 2 gefertigten geschichteten
Dünnschichten bestätigt sich, daß sowohl die untere
Supraleiterschicht wie die MgO-Schicht eine verbesserte
Kristallinität besitzen und eine scharfe Grenze an der Grenzfläche.
Beispiel 3
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Das Beispiel 2 wird wiederholt mit der Ausnahme&sub1; daß die
Dünnschicht aus MgO durch eine Dünnschicht aus Ag derselben
Dicke ersetzt ist.
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Die Dünnschicht aus Ag mit einer Dicke von 200 nm wird durch
das Verdampfungsverfahren unter den folgenden
Betriebsbedingungen abgeschieden:
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Druck : 10 Pa
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Substrattemperatur : 200ºC
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Auch in den durch das Beispiel 3 gefertigten geschichteten
Dünnschichten bestätigt sich, daß sowohl die untere
Supraleiterschicht wie die Ag-Schicht eine verbesserte Kristallinität
besitzen und einen guten Kontakt zwischen zwei Materialien
zeigen.
Beispiel 4
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In diesem Beispiel 4 wird die oxidische supraleitende
Dünnschicht mit der Photoresist/Ätztechnik strukturiert, und
daraufhin wird der zurückbleibende Photoresistrest durch das
erfindungsgemäße Verfahren und durch das bekannte Verfahren,
wie folgt, entfernt.
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Eine oxidische supraleite Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x,
abgeschieden auf einem MgO-Substrat wird verwendet. Diese
Dünnschicht aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x besitzt die Anfangswerte für die
kritische Temperatur (Tc) von 90 K und die kritische Stromdichte
(Jc) bei Flüssigstickstofftemperatur von 3,2 x 10&sup5; A/cm².
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Eine Oberfläche dieser oxidischen supraleitenden Dünnschicht
aus Y&sub1;Ba&sub2;Cu&sub3;O7-x wird gereinigt und mit einem
Positivphotoresist vom Quinodiazido-Typ beschichtet. Der Photoresist wird
bei 80ºC für eine Minute zum Trocknen vorgebacken. Die
vorgebackene Photoresistdünnschicht wird durch eine Maske
belichtet und daraufhin entwickelt. Schließlich wird die
Photoresistdünnschicht bei 150 bis 200ºC für eine Minute
nachgebakken.
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Das reaktive Ionenätzen wird auf der erhaltenen
strukturierten photoresistschicht derart ausgeführt, daß die oxidische
supraleitende Dünnschicht geätzt wird. Der Photoresist wird
während dieses Ätzvorgangs der oxidischen supraleitenden
Dünnschicht ebenfalls geätzt. Selbstverständlich müssen
Abschnitte der oxidischen supraleitenden Dünnschicht, die gegen
Ätzen zu schützen sind, nicht freigelegt werden. Der
zurückbleibende Photoresistrest wird nach diesem Ätzvorgang wie
folgt entfernt.
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Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das
resultierende Substrat mit einer strukturierten oxidischen
supraleitenden Dünnschicht, auf welcher der Photoresist
teilweise zurückgeblieben ist, in einer Vakuumkammer angeordnet,
nachdem der Ätzvorgang beendet ist. Die Vakluumkammer wird
auf einen Druck von 133 10&supmin;&sup6; Pa (1 x 10 &supmin;&sup9; Torr) evakuiert und
daraufhin wird das Heizen des Substrats eingeleitet. Die
Temperatur des Substrats wird am Ende des eine Stunde dauernden
Heizens auf 370ºC erhöht. Der Photoresist sublimiert
allmählich. Die Evakuierung der Vakuumkammer wird auf einen Druck
von 133 10&supmin;¹&sup0; Pa (1 x 10&supmin;¹&sup0; Torr) fortgesetzt. Unter diesem
Druck wird das Heizen beendet, woraufhin das Substrat sich
auf Umgebungstemperatur in der Vakuumkammer abkühlen gelassen
wird.
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Zu Vergleichszwecken wird der zurückbleibende Photoresistrest
in einem Sauerstoffplasma unter Verwendung der herkömmlichen
Veraschungstechnik verbrannt.
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-Die Supraleitungseigenschaften der oxidischen supraleitenden
Dünnschichten, die durch das erfindungsgemäße Verfahren und
dasjenige gemäß dem Stand der Technik behandelt sind, wurden
mit folgenden Ergebnissen ermittelt.
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Die Ergebnisse zeigen, daß die Anfangswerte der
Supraleitungseigenschaften im Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens
im wesentlichen beibehalten, jedoch beim Verfahren gemäß dem
Stand der Technik deutlich verschlechtert werden. Mit anderen
Worten erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren das Entfernen
des Photoresistrests mit einem minimalen Einfluß auf die
oxidische supraleitende Dünnschicht.