JP2000095518A - Fine oxide superconductor structure and its formation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化物超電導体
微細構造およびその形成方法に関し、より特定的には、
超電導特性の劣化を防止することが可能な酸化物超電導
体微細構造およびその形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide superconductor microstructure and a method for forming the same.
The present invention relates to an oxide superconductor microstructure capable of preventing deterioration of superconducting characteristics and a method for forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、酸化物の焼結体が高い臨界温度で
超電導性を示すことが報告され、この酸化物超電導体を
利用して超電導技術の実用化が促進されている。たとえ
ば、ビスマス系の酸化物は110Kで超電導現象を示す
ことが報告されている。これらの酸化物超電導体は、比
較的安価な液体窒素中で超電導特性を示すため、実用化
が期待されている。2. Description of the Related Art In recent years, it has been reported that an oxide sintered body exhibits superconductivity at a high critical temperature, and the practical use of superconductivity technology using this oxide superconductor has been promoted. For example, it has been reported that bismuth-based oxides exhibit superconductivity at 110K. Since these oxide superconductors exhibit superconducting properties in relatively inexpensive liquid nitrogen, their practical use is expected.
【0003】このような酸化物超電導体の応用分野の1
つとして、半導体装置の配線などへの適用が検討されて
いる。そのため、酸化物超電導体を配線やその他の所望
の形状に加工するための微細加工技術が求められてい
る。このような微細加工技術としては、フォトリソグラ
フィや電子線リソグラフィなどのリソグラフィ技術と、
アルゴンイオンエッチングや化学的エッチングなどのエ
ッチング技術とを組合せて微細加工を行なうという技術
が知られている。また、集束イオンビーム加工やレーザ
エッチングなど、酸化物超電導体を直接所望の形状に加
工する技術も用いられてきている。これらの技術を用い
ることにより、酸化物超電導体のミクロンサイズでの微
細加工が可能となってきている。One of the fields of application of such oxide superconductors is
For example, application to wiring of a semiconductor device is being studied. Therefore, there is a demand for a fine processing technique for processing the oxide superconductor into wiring and other desired shapes. Such fine processing techniques include lithography techniques such as photolithography and electron beam lithography,
2. Description of the Related Art There is known a technique of performing fine processing in combination with an etching technique such as argon ion etching or chemical etching. Techniques for directly processing an oxide superconductor into a desired shape, such as focused ion beam processing and laser etching, have also been used. The use of these techniques has enabled microfabrication of oxide superconductors in a micron size.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このような微細加工技
術を用いて、酸化物超電導体薄膜を加工することによ
り、配線や酸化物超電導体素子、さらには酸化物超電導
ジョセフソン素子などを形成することが検討されてい
る。そして、これらの実現のためには、ジョセフソン磁
場侵入長が約1μmであることを考慮すると、酸化物超
電導体薄膜をサブミクロンあるいはそれ以下の精度で加
工できる微細加工技術が求められている。By processing an oxide superconductor thin film using such a fine processing technique, wirings, oxide superconductor elements, and oxide superconductor Josephson elements are formed. That is being considered. In order to realize these, considering that the Josephson magnetic field penetration length is about 1 μm, a fine processing technique capable of processing an oxide superconductor thin film with submicron or less precision is required.
【0005】ここで、従来、半導体装置の製造工程で用
いられている技術である電子線リソグラフィ技術とドラ
イエッチング技術とを組合せて用いれば、図23に示す
ように、100nm以下の幅を有する配線などの酸化物
超電導体の微細構造を形成することが可能である。ここ
で、図23は、電子線リソグラフィ技術とドライエッチ
ング技術とを用いて形成された酸化物超電導体微細構造
の断面模式図である。Here, if an electron beam lithography technique and a dry etching technique, which are techniques conventionally used in a semiconductor device manufacturing process, are used in combination, as shown in FIG. 23, a wiring having a width of 100 nm or less is formed. It is possible to form a fine structure of an oxide superconductor such as. Here, FIG. 23 is a schematic cross-sectional view of an oxide superconductor fine structure formed using an electron beam lithography technique and a dry etching technique.
【0006】図23を参照して、酸化物超電導体微細構
造は、基板101と、酸化物超電導体からなる配線10
3aとを備える。配線103aは、基板101上に形成
されている。この配線103aの線幅は約100nmで
ある。Referring to FIG. 23, an oxide superconductor microstructure comprises a substrate 101 and a wiring 10 made of an oxide superconductor.
3a. The wiring 103a is formed on the substrate 101. The line width of the wiring 103a is about 100 nm.
【0007】図24〜図26は、図23に示した酸化物
超電導体微細構造の形成方法を示す断面模式図である。
図24〜26を参照して、酸化物超電導体微細構造の形
成方法を説明する。FIGS. 24 to 26 are schematic sectional views showing a method of forming the oxide superconductor fine structure shown in FIG.
With reference to FIGS. 24 to 26, a method for forming an oxide superconductor fine structure will be described.
【0008】図24を参照して、基板101上に酸化物
超電導体からなる薄膜103を形成する。この薄膜10
3上にレジスト膜107を形成する。Referring to FIG. 24, a thin film 103 made of an oxide superconductor is formed on a substrate 101. This thin film 10
3 is formed with a resist film 107.
【0009】次に、電子線を用いてレジスト膜にレジス
トパターンを描画する。そして、レジスト膜107に現
像処理を施すことにより、図25に示すように、レジス
トパターン107aを形成する。Next, a resist pattern is drawn on the resist film using an electron beam. Then, by subjecting the resist film 107 to a developing process, a resist pattern 107a is formed as shown in FIG.
【0010】次に、図26に示すように、レジストパタ
ーン107aをマスクとして、ドライエッチングによ
り、薄膜103を除去することにより、酸化物超電導体
からなる配線103aを形成する。Next, as shown in FIG. 26, using the resist pattern 107a as a mask, the thin film 103 is removed by dry etching to form a wiring 103a made of an oxide superconductor.
【0011】その後、レジストパターン107aを除去
することにより、図23に示すような酸化物超電導体微
細構造を得る。Thereafter, by removing the resist pattern 107a, an oxide superconductor fine structure as shown in FIG. 23 is obtained.
【0012】しかし、上記のような形成方法では、図2
5および26に示すように、酸化物超電導体の薄膜10
3を直接エッチングするため、酸化物超電導体からなる
配線103aの側面108a、108bが、このエッチ
ングに起因する熱的あるいは化学的なダメージを受ける
ことになる。このようなダメージを受けた酸化物超電導
体は、その超電導特性が劣化する。However, in the above forming method, FIG.
5 and 26, the oxide superconductor thin film 10
3, the side surfaces 108a and 108b of the wiring 103a made of an oxide superconductor are thermally or chemically damaged due to the etching. The superconductivity of the damaged oxide superconductor deteriorates.
【0013】そして、このようにエッチングによりダメ
ージを受けた酸化物超電導体の領域の大きさは、配線1
03aの線幅が小さくなってもほとんど変化しない。そ
のため、配線103aの線幅が小さくなるほど、このエ
ッチングによるダメージを受けた領域の配線103a全
体に対する割合は大きくなる。ここで、配線103aの
線幅が1μm程度よりも大きい場合には、このエッチン
グによるダメージに起因して超電導特性が劣化した領域
の上記割合は比較的小さく問題にならなかった。しか
し、配線103aの線幅をサブミクロン以下にした場
合、このダメージに起因して超電導特性が劣化した領域
の配線103a全体に対する割合が大きくなり、無視で
きなくなる。このため、サブミクロン以下のサイズの酸
化物超電導体微細構造を形成する場合、必要な超電導特
性を得ることができないという問題があった。この結
果、上記したような従来の技術を用いては、酸化物超電
導体の微細加工において、超電導特性を劣化させことな
く加工できるサイズの下限は1μm程度であった。The size of the region of the oxide superconductor damaged by the etching as described above is determined by the wiring 1
Even if the line width of 03a becomes small, it hardly changes. Therefore, as the line width of the wiring 103a decreases, the ratio of the region damaged by the etching to the entire wiring 103a increases. Here, when the line width of the wiring 103a was larger than about 1 μm, the ratio of the region where the superconducting characteristics were deteriorated due to the damage due to the etching was relatively small and did not pose a problem. However, when the line width of the wiring 103a is set to be equal to or less than submicron, the ratio of the region where the superconductivity is deteriorated due to the damage to the entire wiring 103a becomes large and cannot be ignored. Therefore, when forming an oxide superconductor microstructure having a size of submicron or less, there is a problem that required superconducting characteristics cannot be obtained. As a result, the lower limit of the size that can be processed without deteriorating the superconductivity in the fine processing of the oxide superconductor using the above-described conventional technology is about 1 μm.
【0014】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、本発明の1つの目的は、超電導
特性の劣化を防止しながら、サブミクロンサイズの微細
構造を形成することが可能な、酸化物超電導体微細構造
の形成方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and one object of the present invention is to form a submicron-sized fine structure while preventing deterioration of superconducting characteristics. It is an object of the present invention to provide a possible method for forming an oxide superconductor microstructure.
【0015】この発明のもう1つの目的は、超電導特性
の劣化が発生しない酸化物超電導体微細構造を提供する
ことである。Another object of the present invention is to provide an oxide superconductor microstructure in which deterioration of superconductivity does not occur.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】この発明の一の局面にお
ける酸化物超電導体微細構造の形成方法では、基板に凸
部または凹部を形成する。凸部の頂面または凹部の底面
の上に酸化物超電導体膜を形成する(請求項1)。In one aspect of the present invention, a method for forming an oxide superconductor microstructure includes forming a convex or concave portion on a substrate. An oxide superconductor film is formed on the top surface of the projection or the bottom surface of the depression (claim 1).
【0017】ここで、酸化物超電導体膜は、エッチング
や集束イオンビームなどを用いた加工により容易にダメ
ージを受け、その超電導特性が劣化しやすい。そのた
め、凸部または凹部の平面形状を、酸化物超電導体膜に
より形成する所定のパターンとほぼ同一にしておくこと
により、酸化物超電導体膜にエッチングや集束イオンビ
ーム加工などの直接的な加工を施すことなく、酸化物超
電導体膜による所定の形状の構造を得ることができる。
そして、酸化物超電導体膜がエッチングなどの直接的な
加工を受けないので、このエッチングなどに起因して酸
化物超電導体膜が熱的あるいは化学的なダメージを受け
るということを防止できる。この結果、これらのダメー
ジに起因して酸化物超電導体膜の超電導特性が劣化する
ことを防止できる。Here, the oxide superconductor film is easily damaged by etching or processing using a focused ion beam or the like, and its superconductivity is likely to deteriorate. Therefore, by making the planar shape of the convex or concave portion substantially the same as the predetermined pattern formed by the oxide superconductor film, direct processing such as etching and focused ion beam processing can be performed on the oxide superconductor film. A structure having a predetermined shape by the oxide superconductor film can be obtained without performing the application.
Further, since the oxide superconductor film is not subjected to direct processing such as etching, it is possible to prevent the oxide superconductor film from being thermally or chemically damaged due to the etching or the like. As a result, it is possible to prevent the superconducting properties of the oxide superconductor film from deteriorating due to these damages.
【0018】また、凸部または凹部の平面形状サイズを
サブミクロンレベルにすることにより、形成された酸化
物超電導体膜からなる微細構造のサイズもサブミクロン
レベルとすることができる。この結果、超電導特性を劣
化させることなく、サブミクロンサイズの酸化物超電導
体微細構造を形成することができる。Further, by setting the planar shape size of the projections or depressions to the submicron level, the size of the microstructure formed of the formed oxide superconductor film can also be set to the submicron level. As a result, a submicron oxide superconductor fine structure can be formed without deteriorating superconducting characteristics.
【0019】この発明の他の局面における酸化物超電導
体微細構造の形成方法では、基板に凸部または凹部を形
成する。凸部または凹部の側壁の上に酸化物超電導体膜
を形成する(請求項2)。In another aspect of the present invention, a method for forming an oxide superconductor microstructure includes forming a convex portion or a concave portion on a substrate. An oxide superconductor film is formed on the side wall of the projection or the recess (claim 2).
【0020】そのため、凸部または凹部の側壁の形状
を、酸化物超電導体膜により形成する所定のパターンと
ほぼ同一にしておくことにより、酸化物超電導体膜にエ
ッチングや集束イオンビーム加工などの直接的な加工を
施すことなく、酸化物超電導体膜による所定の形状の構
造を得ることができる。そして、酸化物超電導体膜がエ
ッチングなどの直接的な加工を受けないので、このエッ
チングなどに起因して酸化物超電導体膜が熱的あるいは
化学的なダメージを受けるということを防止できる。こ
の結果、これらのダメージに起因して酸化物超電導体膜
の超電導特性が劣化することを防止できる。Therefore, by making the shape of the side wall of the convex portion or the concave portion substantially the same as a predetermined pattern formed by the oxide superconductor film, the oxide superconductor film can be directly formed by etching or focused ion beam processing. It is possible to obtain a structure having a predetermined shape by the oxide superconductor film without performing any special processing. Further, since the oxide superconductor film is not subjected to direct processing such as etching, it is possible to prevent the oxide superconductor film from being thermally or chemically damaged due to the etching or the like. As a result, it is possible to prevent the superconducting properties of the oxide superconductor film from deteriorating due to these damages.
【0021】また、凸部または凹部の側壁のサイズをサ
ブミクロンレベルにすることにより、形成された酸化物
超電導体膜からなる微細構造のサイズもサブミクロンレ
ベルとすることができる。この結果、超電導特性を劣化
させることなく、サブミクロンサイズの酸化物超電導体
微細構造を形成することができる。Further, by setting the size of the side wall of the projection or the recess to the submicron level, the size of the microstructure formed of the formed oxide superconductor film can also be set to the submicron level. As a result, a submicron oxide superconductor fine structure can be formed without deteriorating superconducting characteristics.
【0022】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、基板の表面から凸
部の頂面までの高さが1.0μm以下であってもよい
(請求項3)。In the method for forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or another aspect, the height from the surface of the substrate to the top surface of the projection may be 1.0 μm or less. ).
【0023】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、基板の表面から凹
部の底面までの深さが1.0μm以下であってもよい
(請求項4)。In the method for forming a fine structure of an oxide superconductor according to the first aspect or the other aspect, a depth from a surface of the substrate to a bottom surface of the concave portion may be 1.0 μm or less.
【0024】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、頂面または底面の
平面形状が多角形状であってもよい(請求項5)。In the method of forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or another aspect, the top surface or the bottom surface may have a polygonal planar shape.
【0025】このため、多角形状の角部を利用して、ジ
ョセフソン接合を容易に形成することができるので、ジ
ョセフソン素子を容易に形成することができる。また、
平面形状を調節することにより、キャパシタの電極やコ
ンダクタのSIS接合を容易に形成することができる。Therefore, the Josephson junction can be easily formed by utilizing the polygonal corners, and thus the Josephson element can be easily formed. Also,
By adjusting the planar shape, the SIS junction of the electrode of the capacitor and the conductor can be easily formed.
【0026】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、多角形の一辺の長
さが1.0μm以下であってもよい(請求項6)。In the method of forming an oxide superconductor fine structure according to the above aspect or another aspect, the length of one side of the polygon may be 1.0 μm or less.
【0027】このため、酸化物超電導体を用いた素子の
微細化および集積化をより容易に行なうことができる。Therefore, miniaturization and integration of the device using the oxide superconductor can be more easily performed.
【0028】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、頂面または底面の
平面形状が線状であってもよい(請求項7)。In the method for forming a fine structure of an oxide superconductor according to one aspect or another aspect, the top surface or the bottom surface may have a linear planar shape.
【0029】このため、酸化物超電導体からなる配線や
マイクロ波伝送路を容易に形成することができる。Therefore, it is possible to easily form a wiring or a microwave transmission line made of an oxide superconductor.
【0030】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、線の幅が1.0μ
m以下であってもよい(請求項8)。[0030] In the method for forming an oxide superconductor microstructure according to the one aspect or the other aspect, the line width may be 1.0 μm.
m or less (claim 8).
【0031】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の作成方法では、基板がチタン酸ス
トロンチウムを含んでいてもよい(請求項9)。In the method for producing a fine structure of an oxide superconductor according to one aspect or another aspect, the substrate may contain strontium titanate.
【0032】このため、チタン酸ストロンチウムを含む
基板上に酸化物超電導体膜を形成できるので、超電導特
性の優れた酸化物超電導体膜を得ることができる。Therefore, an oxide superconductor film can be formed on a substrate containing strontium titanate, so that an oxide superconductor film having excellent superconductivity can be obtained.
【0033】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、凸部または凹部の
側壁が、ミラー指数で表すと、チタン酸ストロンチウム
の[100]方向あるいは[110]方向にほぼ平行な
面を有していてもよい(請求項10)。In the method for forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or the other aspect, when the side wall of the projection or the recess is expressed by a Miller index, the strontium titanate has a [100] direction or a [110] direction. (Claim 10).
【0034】ここで、ミラー指数で表した、チタン酸ス
トロンチウムの[100]方向および[110]方向に
ほぼ平行な面においては、特性のよい酸化物超電導体膜
をエピタキシャル成長させることができる。この結果、
超電導特性の優れた酸化物超電導体膜を備える酸化物超
電導体微細構造を容易に得ることができる。Here, on a plane substantially parallel to the [100] and [110] directions of strontium titanate represented by the Miller index, an oxide superconductor film having excellent characteristics can be epitaxially grown. As a result,
An oxide superconductor microstructure including an oxide superconductor film having excellent superconductivity can be easily obtained.
【0035】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、酸化物超電導体膜
を形成する工程が、分子線エピタキシー法を用いて酸化
物超電導体膜を形成する工程を含んでいてもよい(請求
項11)。In the method for forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or the other aspect, the step of forming the oxide superconductor film includes the step of forming the oxide superconductor film using molecular beam epitaxy. (Claim 11).
【0036】ここで、分子線エピタキシー法では、形成
する膜の材料となる元素を含む分子線を基板上に照射す
ることにより基板上に膜を形成する。この際、複数の分
子線の照射方向をそれぞれ独立して制御することができ
る。このため、酸化物超電導体膜が形成される面や酸化
物超電導体膜の結晶方位を容易に制御することができ
る。この結果、超電導特性の優れた酸化物超電導体膜を
容易に形成することができる。その結果、優れた超電導
特性を備える酸化物超電導体微細構造を得ることができ
る。Here, in the molecular beam epitaxy method, a film is formed on a substrate by irradiating the substrate with a molecular beam containing an element to be a material of a film to be formed. At this time, the irradiation directions of the plurality of molecular beams can be independently controlled. Therefore, the surface on which the oxide superconductor film is formed and the crystal orientation of the oxide superconductor film can be easily controlled. As a result, an oxide superconductor film having excellent superconductivity can be easily formed. As a result, an oxide superconductor microstructure having excellent superconducting properties can be obtained.
【0037】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の成形方法では、分子線エピタキシ
ー法を用いて酸化物超電導体膜を形成する工程が、基板
に照射される分子線の基板表面に対する入射方向を調節
する工程を含んでいてもよい(請求項12)。In the method for forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or the other aspect, the step of forming an oxide superconductor film using a molecular beam epitaxy method includes the steps of: The method may include a step of adjusting an incident direction with respect to the surface (claim 12).
【0038】ここで、特に酸化物超電導体は異方性が強
いため、電流の流れる方向に対してその結晶の方位を特
定方向に合わせる必要がある。このため、分子線の基板
表面に対する入射方向を調節することにより、酸化物超
電導体膜の結晶方位を制御することができる。これによ
り、より優れた超電導特性を有する酸化物超電導体膜を
得ることができる。この結果、より優れた超電導特性を
備える酸化物超電導体微細構造を得ることができる。Since the oxide superconductor has particularly strong anisotropy, it is necessary to adjust the crystal orientation to a specific direction with respect to the direction of current flow. Therefore, the crystal orientation of the oxide superconductor film can be controlled by adjusting the incident direction of the molecular beam on the substrate surface. Thereby, an oxide superconductor film having more excellent superconductivity can be obtained. As a result, an oxide superconductor microstructure having better superconducting properties can be obtained.
【0039】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、酸化物超電導体膜
がBi−Sr−Ca−Cu−O系酸化物超電導体膜であ
り、分子線がBiを含んでいてもよい(請求項13)。In the method for forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or another aspect, the oxide superconductor film is a Bi—Sr—Ca—Cu—O-based oxide superconductor film, and the molecular beam is Bi may be contained (claim 13).
【0040】ここで、酸化物超電導体膜の結晶方位が、
Biを含む分子線の基板に対する入射方向に対して強い
依存性を示すことを、発明者らは実験で確認した。この
ため、Biの分子線の入射方向を調節することで、酸化
物超電導体膜の結晶方位を確実に制御することができ
る。Here, the crystal orientation of the oxide superconductor film is
The inventors have confirmed by experiments that the molecular beam containing Bi has a strong dependence on the incident direction to the substrate. Therefore, the crystal orientation of the oxide superconductor film can be reliably controlled by adjusting the incident direction of the Bi molecular beam.
【0041】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、酸化物超電導体膜
が、Bi−Sr−Ca−Cu−O系酸化物超電導体膜で
あってもよい(請求項14)。In the method of forming an oxide superconductor microstructure according to one aspect or another aspect, the oxide superconductor film may be a Bi—Sr—Ca—Cu—O-based oxide superconductor film. (Claim 14).
【0042】上記一の局面または他の局面における酸化
物超電導体微細構造の形成方法では、基板に凸部または
凹部を形成する工程が、集束イオンビームを基板に照射
する工程を含んでいてもよい(請求項15)。In the method for forming a fine structure of an oxide superconductor according to the above aspect or another aspect, the step of forming the projection or the depression on the substrate may include the step of irradiating the substrate with a focused ion beam. (Claim 15).
【0043】ここで、集束イオンビームを用いた加工で
は、サブミクロンレベルの微細加工を精度よく行なうこ
とができるので、サブミクロンサイズの凸部または凹部
を容易に形成することができる。この結果、サブミクロ
ンサイズの酸化物超電導体微細構造を容易に形成するこ
とができる。Here, in the processing using the focused ion beam, fine processing on the submicron level can be performed with high precision, so that a projection or a depression having a submicron size can be easily formed. As a result, a submicron oxide superconductor microstructure can be easily formed.
【0044】また、基板上にマスクパターンを形成する
必要がなく、直接基板を加工できるので、製造工程を簡
略化できる。Further, since it is not necessary to form a mask pattern on the substrate and the substrate can be processed directly, the manufacturing process can be simplified.
【0045】この発明の別の局面における酸化物超電導
体微細構造は、基板と酸化物超電導体膜とを備える。基
板には凸部または凹部が形成されている。酸化物超電導
体膜は、凸部の頂面または凹部の底面の上に形成されて
いる(請求項16)。An oxide superconductor microstructure according to another aspect of the present invention includes a substrate and an oxide superconductor film. The substrate has a convex portion or a concave portion. The oxide superconductor film is formed on the top surface of the convex portion or the bottom surface of the concave portion.
【0046】このため、その製造工程において、予め基
板に凸部または凹部を形成しておき、その後、この凸部
の頂面または凹部の底面に酸化物超電導体膜を形成する
ことにより、酸化物超電導体膜にエッチングなどを直接
施すことなく、所定の形状の酸化物超電導体膜を得るこ
とができる。この結果、酸化物超電導体膜が直接エッチ
ングや集束イオンビームなどによる加工を受けないの
で、酸化物超電導体膜がこれらの加工に起因するダメー
ジを受けることを防止できる。このため、酸化物超電導
体膜の超電導特性の劣化を防止することができる。これ
により、超電導特性の劣化のない、酸化物超電導体微細
構造を得ることができる。For this reason, in the manufacturing process, a convex portion or a concave portion is previously formed on the substrate, and then an oxide superconductor film is formed on the top surface of the convex portion or the bottom surface of the concave portion. An oxide superconductor film having a predetermined shape can be obtained without directly performing etching or the like on the superconductor film. As a result, since the oxide superconductor film is not directly processed by etching, focused ion beam, or the like, it is possible to prevent the oxide superconductor film from being damaged by the processing. For this reason, deterioration of the superconducting characteristics of the oxide superconducting film can be prevented. Thereby, an oxide superconductor fine structure without deterioration of superconductivity can be obtained.
【0047】この発明のもう一つの局面における酸化物
超電導体微細構造は、基板と酸化物超電導体膜とを備え
る。基板には凸部または凹部が形成されている。酸化物
超電導体膜は、凸部または凹部の側壁の上に形成されて
いる(請求項17)。The oxide superconductor microstructure according to another aspect of the present invention includes a substrate and an oxide superconductor film. The substrate has a convex portion or a concave portion. The oxide superconductor film is formed on the side wall of the projection or the recess (claim 17).
【0048】このため、その製造工程において、予め基
板に凸部または凹部を形成しておき、その後、この凸部
または凹部の側壁の上に酸化物超電導体膜を形成するこ
とにより、酸化物超電導体膜にエッチングなどを直接施
すことなく、所定の形状の酸化物超電導体膜を得ること
ができる。この結果、酸化物超電導体膜が直接エッチン
グや集束イオンビームなどによる加工を受けないので、
酸化物超電導体膜がこれらの加工に起因するダメージを
受けることを防止できる。このため、酸化物超電導体膜
の超電導特性の劣化を防止することができる。これによ
り、超電導特性の劣化のない、酸化物超電導体微細構造
を得ることができる。For this reason, in the manufacturing process, a convex portion or a concave portion is formed on the substrate in advance, and then the oxide superconducting film is formed on the side wall of the convex portion or the concave portion. An oxide superconductor film having a predetermined shape can be obtained without directly performing etching or the like on the body film. As a result, the oxide superconductor film is not directly processed by etching or a focused ion beam.
It is possible to prevent the oxide superconductor film from being damaged due to these processes. For this reason, deterioration of the superconducting characteristics of the oxide superconducting film can be prevented. Thereby, an oxide superconductor fine structure without deterioration of superconductivity can be obtained.
【0049】[0049]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0050】(実施の形態1)図1は、本発明による酸
化物超電導体微細構造の形成方法の実施の形態1におけ
るプロセスフロー図である。図1を参照して、酸化物超
電導体微細構造の形成方法を説明する。(Embodiment 1) FIG. 1 is a process flow chart in Embodiment 1 of a method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention. With reference to FIG. 1, a method for forming an oxide superconductor fine structure will be described.
【0051】図1を参照して、酸化物超電導体微細構造
の形成方法は、基板上にパターンを形成する工程(S
1)と、パターン上に酸化物超電導体からなる超電導体
薄膜を形成する工程(S2)とを備える。このように、
予め基板上に形成されたパターン上に超電導体薄膜を形
成するので、超電導体薄膜を直接エッチングなど加工を
行なうことなく所定の形状にすることができる。Referring to FIG. 1, the method for forming an oxide superconductor fine structure includes a step of forming a pattern on a substrate (S
1) and a step (S2) of forming a superconductor thin film made of an oxide superconductor on the pattern. in this way,
Since the superconducting thin film is formed on a pattern formed in advance on the substrate, the superconducting thin film can be formed into a predetermined shape without directly processing such as etching.
【0052】図2〜4は、本発明による酸化物超電導体
微細構造の形成方法の実施の形態1を示す斜視模式図で
ある。図2〜4を参照して、酸化物超電導体微細構造の
形成方法を具体的に説明する。FIGS. 2 to 4 are schematic perspective views showing Embodiment 1 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention. With reference to FIGS. 2 to 4, a method for forming the oxide superconductor fine structure will be specifically described.
【0053】図2に示すように、まず基板1を用意す
る。この基板1としては、(001)チタン酸ストロン
チウム(SrTiO3 )の単結晶基板を用いる。この基
板1の外形寸法は、縦5mm×横5mm×厚さ0.5m
mである。As shown in FIG. 2, first, a substrate 1 is prepared. As the substrate 1, a single crystal substrate of (001) strontium titanate (SrTiO 3 ) is used. The external dimensions of the substrate 1 are 5 mm long × 5 mm wide × 0.5 m thick.
m.
【0054】次に、図3に示すように、平坦な基板1表
面を集束イオンビームを用いて加工することにより、基
板1表面にメサパターン2を形成する。ここで、集束イ
オンビームを用いてメサパターン2を形成する場合に
は、基板1上にマスクパターンなどを形成することな
く、直接基板1の表面を加工することができる。そし
て、集束イオンビームのビーム径は50nm程度であ
る。このため、分解能が100nm以下という精度でメ
サパターン2を形成することができる。Next, as shown in FIG. 3, a mesa pattern 2 is formed on the surface of the substrate 1 by processing the flat surface of the substrate 1 using a focused ion beam. Here, when the mesa pattern 2 is formed using the focused ion beam, the surface of the substrate 1 can be directly processed without forming a mask pattern or the like on the substrate 1. The beam diameter of the focused ion beam is about 50 nm. Therefore, the mesa pattern 2 can be formed with an accuracy of a resolution of 100 nm or less.
【0055】また、このメサパターン2の形成の際に
は、集束イオンビームを用いた加工に起因して基板1に
ダメージが与えられる場合がある。そして、このダメー
ジを受けた基板1の表面は、部分的に非晶質になる場合
がある。しかし、このような非晶質になった基板1につ
いては、酸化物超電導体薄膜を形成する前に酸素雰囲気
中で740℃まで昇温するという熱処理を施すことによ
り、非晶質になった部分をダメージが与えられる前の状
態に回復することができる。When the mesa pattern 2 is formed, the substrate 1 may be damaged due to the processing using the focused ion beam. The damaged surface of the substrate 1 may be partially amorphous. However, such an amorphous substrate 1 is subjected to a heat treatment of raising the temperature to 740 ° C. in an oxygen atmosphere before forming the oxide superconductor thin film, whereby the amorphous portion is formed. Can be restored to the state before the damage was dealt.
【0056】ここで、集束イオンビームの使用条件とし
ては、以下に示すような条件を用いた。イオンビームの
加速電圧は30kVとした。ビーム径は、イオン電流が
80pAのときに約50nmである。イオンの照射密度
は4.8×1018ions/cm2 である。Here, as the conditions for using the focused ion beam, the following conditions were used. The acceleration voltage of the ion beam was 30 kV. The beam diameter is about 50 nm when the ion current is 80 pA. The ion irradiation density is 4.8 × 10 18 ions / cm 2 .
【0057】このようにして、縦0.1〜1μm×横
0.1〜1μm×高さ0.1〜1μmのメサパターン2
を形成する。Thus, the mesa pattern 2 having a length of 0.1 to 1 μm × a width of 0.1 to 1 μm × a height of 0.1 to 1 μm is obtained.
To form
【0058】次に、図4に示すように、分子線エピタキ
シー法を用いて基板1の表面上とメサパターン2との上
にビスマス系の酸化物超電導体(Bi2 Sr2 CaCu
2 OX )の薄膜3a、3bを形成する。このときの基板
温度は740℃とした。また、酸化剤として、オゾン濃
度が約10%である酸素ガスを基板1付近に吹きつけ
た。この酸素ガスの吹付け量は、分子線エピタキシー装
置のチャンバの背圧が2.5×10-5Baとなるように
調節されている。このように、分子線エピタキシー法を
用いることにより、配向性が優れ、かつ、結晶性の良い
酸化物超電導体の薄膜を形成することができる。また、
このとき、メサパターン2上には酸化物超電導体の薄膜
3aが自己組織化的に成長するので、電子レベルで平坦
なファセット(結晶面)により囲まれた微細構造を形成
することができる。Next, as shown in FIG. 4, a bismuth-based oxide superconductor (Bi 2 Sr 2 CaCu) is formed on the surface of the substrate 1 and the mesa pattern 2 by using a molecular beam epitaxy method.
2 O X) of the thin film 3a, it forms a 3b. The substrate temperature at this time was 740 ° C. Further, an oxygen gas having an ozone concentration of about 10% was blown to the vicinity of the substrate 1 as an oxidizing agent. The amount of the oxygen gas sprayed is adjusted so that the back pressure of the chamber of the molecular beam epitaxy apparatus becomes 2.5 × 10 −5 Ba. Thus, by using the molecular beam epitaxy method, a thin film of an oxide superconductor having excellent orientation and good crystallinity can be formed. Also,
At this time, since the oxide superconductor thin film 3a grows on the mesa pattern 2 in a self-organizing manner, a fine structure surrounded by facets (crystal faces) that are flat at the electronic level can be formed.
【0059】このように、予めメサパターン2を形成
し、その上に酸化物超電導体の薄膜3aを形成すること
により、所定の形状の酸化物超電導体の薄膜3aを得る
ことができる。このため、酸化物超電導体の薄膜3aに
直接エッチングなどを行なう必要がない。この結果、こ
のエッチング工程などに起因して、酸化物超電導体の薄
膜3aがダメージを受けることを防止できる。これによ
り、このダメージに起因して、酸化物超電導体の薄膜3
aの超電導特性が劣化することを防止できる。As described above, by forming the mesa pattern 2 in advance and forming the oxide superconductor thin film 3a thereon, the oxide superconductor thin film 3a having a predetermined shape can be obtained. Therefore, it is not necessary to directly etch the oxide superconductor thin film 3a. As a result, it is possible to prevent the thin film 3a of the oxide superconductor from being damaged due to the etching step and the like. Thereby, due to the damage, the oxide superconductor thin film 3
It is possible to prevent the superconducting characteristic of a from deteriorating.
【0060】また、高温超電導体の薄膜からなるサブミ
クロンサイズの構造を形成する場合にも、エッチング工
程などによる超電導特性の劣化が発生しないので、良好
な超電導特性を有する酸化物超電導体微細構造を得るこ
とができる。Further, even when a submicron-sized structure made of a thin film of a high-temperature superconductor is formed, deterioration of the superconductivity due to an etching process does not occur, so that an oxide superconductor fine structure having good superconductivity is obtained. Obtainable.
【0061】また、このようにメサパターン2の平面形
状を四角形状あるいは多角形状にすることにより、この
多角形状の角部を利用してジョセフソン接合を容易に形
成することができる。また、このメサパターン2の平面
形状を調節することにより、キャパシタやインダクタな
どの回路素子を酸化物超電導体を用いて容易に形成する
ことができる。Further, by forming the planar shape of the mesa pattern 2 into a square shape or a polygonal shape, a Josephson junction can be easily formed by utilizing the corners of the polygonal shape. In addition, by adjusting the planar shape of the mesa pattern 2, circuit elements such as capacitors and inductors can be easily formed using oxide superconductors.
【0062】また、分子線エピタキシーにおける分子線
の照射方向を調節することにより、酸化物超電導体の薄
膜3aが形成されるメサパターンの面や、薄膜3aの側
面の結晶方位を制御することができる。Further, by adjusting the irradiation direction of the molecular beam in the molecular beam epitaxy, the crystal orientation of the mesa pattern surface on which the thin film 3a of the oxide superconductor is formed and the side surface of the thin film 3a can be controlled. .
【0063】なお、ここでは、酸化物超電導体の薄膜3
a、3bを形成するために分子線エピタキシー法を用い
たが、酸化物超電導体の薄膜を形成する他の方法を用い
ても同様の効果を得ることができる。Here, the oxide superconductor thin film 3
Although the molecular beam epitaxy method was used to form a and 3b, similar effects can be obtained by using another method of forming a thin film of an oxide superconductor.
【0064】図5および6は、本発明による酸化物超電
導体微細構造の実施の形態1の電子顕微鏡写真である。FIGS. 5 and 6 are electron micrographs of Embodiment 1 of the oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【0065】また、図7は図6に示した電子顕微鏡写真
の模式図である。図7を参照して、メサパターン2の側
面は、ミラー指数で表すと、チタン酸ストロンチウムの
基板の[010]方向あるいは[100]方向にほぼ平
行になっている。また、メサパターン2上に酸化物超電
導体からなる薄膜3aが形成されている。なお、図中の
矢印は、分子線エピタキシー法におけるBi、Cu、C
a、Srを含む分子線の照射方向を示す。FIG. 7 is a schematic diagram of the electron micrograph shown in FIG. Referring to FIG. 7, the side surface of the mesa pattern 2 is substantially parallel to the [010] direction or the [100] direction of the strontium titanate substrate when represented by the Miller index. Further, a thin film 3a made of an oxide superconductor is formed on the mesa pattern 2. The arrows in the figure indicate Bi, Cu, C in the molecular beam epitaxy method.
The irradiation direction of the molecular beam containing a and Sr is shown.
【0066】また、図8は、図6に示した領域の酸化物
超電導体微細構造を斜めから観察した電子顕微鏡写真で
ある。FIG. 8 is an electron micrograph of the oxide superconductor microstructure in the region shown in FIG.
【0067】図9は、図8に示した電子顕微鏡写真の模
式図である。図9を参照して、ビスマス系の酸化物超電
導体の薄膜3a、3bが、メサパターン2の頂面および
側面に形成されている。FIG. 9 is a schematic view of the electron micrograph shown in FIG. Referring to FIG. 9, thin films 3 a and 3 b of bismuth-based oxide superconductor are formed on the top surface and side surfaces of mesa pattern 2.
【0068】また、このようにして得られた酸化物超電
導体の薄膜3aを、X線回折を用いて調べたところ、こ
の薄膜3aのc軸が基板1(図4参照)に垂直に配向し
ていることを確認した。また、反射高エネルギー電子線
回折により、基板1の[110]方向および[1−1
0]方向に薄膜3aのa軸あるいはb軸がほぼ平行に配
向していることを確認した。また、電子顕微鏡による観
察によって、この薄膜3a、3bが(100)、(01
0)、(001)、(110)、(1−10)という結
晶面に囲まれた構造を有していることも確認できた。な
お、ここではミラー指数の負の値は例えば「−1」と表
している。When the thin film 3a of the oxide superconductor thus obtained was examined by using X-ray diffraction, the c-axis of the thin film 3a was oriented perpendicular to the substrate 1 (see FIG. 4). Confirmed that. In addition, the [110] direction and [1-1]
It was confirmed that the a-axis or b-axis of the thin film 3a was oriented substantially parallel to the [0] direction. According to observation with an electron microscope, the thin films 3a and 3b were found to have (100), (01)
0), (001), (110), and (1-10). Here, the negative value of the Miller index is represented by, for example, “−1”.
【0069】また、ここでは、分子線の基板に対する入
射方向は、垂直方向に対して35°傾いていたため、メ
サパターン2の側面にも薄膜3cが形成されている。In this case, since the direction of incidence of the molecular beam on the substrate is inclined by 35 ° with respect to the vertical direction, the thin film 3c is also formed on the side surface of the mesa pattern 2.
【0070】ここで、基板1として、チタン酸ストロン
チウムを用いているので、超電導特性の優れた酸化物超
電導体の薄膜3a、3cを容易に形成することができ
る。また、メサパターン2の側面が、基板の[100]
方向、[010]方向にほぼ平行な面を有している。こ
の基板の[100]方向、[010]方向にほぼ平行な
面上には、酸化物超電導体をエピタキシャル成長法を用
いて形成することが容易であり、かつ、超電導特性の良
い薄膜を形成することができる。Here, since strontium titanate is used as the substrate 1, the oxide superconductor thin films 3a and 3c having excellent superconductivity can be easily formed. Further, the side surface of the mesa pattern 2 is [100] of the substrate.
Direction, a plane substantially parallel to the [010] direction. It is easy to form an oxide superconductor by epitaxial growth on a plane substantially parallel to the [100] and [010] directions of the substrate, and to form a thin film having good superconducting properties. Can be.
【0071】また、分子線エピタキシー法において、分
子線の照射方向を調節することにより、酸化物超電導体
の薄膜3a、3cの結晶方位を制御することができる。
ここで、酸化物超電導体は異方性が強いため、酸化物超
電導体の結晶のa軸あるいはb軸を電流の流れる方向に
向けることが必要となる。この場合にも、分子線エピタ
キシー法における分子線の照射方向を調節することで、
酸化物超電導体からなる薄膜3a、3cの結晶のa軸あ
るいはb軸を所定の方向に向けるように結晶方位を制御
することができる。In the molecular beam epitaxy method, the crystal orientation of the oxide superconductor thin films 3a and 3c can be controlled by adjusting the irradiation direction of the molecular beam.
Here, since the oxide superconductor has strong anisotropy, it is necessary to direct the a-axis or the b-axis of the crystal of the oxide superconductor in the direction in which current flows. Also in this case, by adjusting the irradiation direction of the molecular beam in the molecular beam epitaxy method,
The crystal orientation can be controlled so that the a-axis or b-axis of the crystals of the thin films 3a and 3c made of oxide superconductors are oriented in a predetermined direction.
【0072】ここで、SEM分析およびEDX分析を行
なった結果、薄膜3a、3cの結晶方位は、特にBiを
含む分子線の入射方向に対して強い依存性を示してい
た。このため、Biを含む分子線の基板1に対する入射
方向を調節すれば、確実に薄膜3a、3cの結晶方位を
制御することができる。Here, as a result of the SEM analysis and the EDX analysis, the crystal orientation of the thin films 3a and 3c showed a strong dependence on the incident direction of the molecular beam including Bi in particular. Therefore, if the incident direction of the molecular beam containing Bi to the substrate 1 is adjusted, the crystal orientation of the thin films 3a and 3c can be surely controlled.
【0073】図10および11は、本発明による酸化物
超電導体微細構造の形成方法の実施の形態1の変形例を
示す斜視模式図である。図10および11を参照して、
本発明の実施の形態1による酸化物超電導体微細構造の
形成方法の変形例を説明する。FIGS. 10 and 11 are schematic perspective views showing a modification of the first embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention. Referring to FIGS. 10 and 11,
A modification of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the first embodiment of the present invention will be described.
【0074】まず、図2に示した工程と同様に、チタン
酸ストロンチウムの基板1を用意する。そして、図10
に示すように、集束イオンビームを用いて、基板1の表
面に開口部4を形成する。ここで、開口部4の平面形状
は0.1〜1μm角であり、この開口部4の深さは0.
1〜1μmとした。加工条件は、図2〜4に示した酸化
物超電導体微細構造の形成方法において用いた集束イオ
ンビームによる加工の際の条件と同様である。First, a strontium titanate substrate 1 is prepared in the same manner as in the step shown in FIG. And FIG.
As shown in (1), an opening 4 is formed in the surface of the substrate 1 using a focused ion beam. Here, the planar shape of the opening 4 is 0.1 to 1 μm square, and the depth of the opening 4 is 0.1 μm.
The thickness was 1 to 1 μm. The processing conditions are the same as the processing conditions using a focused ion beam used in the method for forming an oxide superconductor microstructure shown in FIGS.
【0075】次に、図11に示すように、図4に示した
工程と同様の工程を用いて基板1に酸化物超電導体の薄
膜3b、3dを形成した。この結果、本発明の実施の形
態1と同様の効果を得ることができる。Next, as shown in FIG. 11, the oxide superconductor thin films 3b and 3d were formed on the substrate 1 by using the same steps as those shown in FIG. As a result, the same effect as in the first embodiment of the present invention can be obtained.
【0076】(実施の形態2)図12および13は、本
発明による酸化物超電導体微細構造の形成方法の実施の
形態2を示す斜視模式図である。図12および13を参
照して、酸化物超電導体微細構造の形成方法を説明す
る。(Embodiment 2) FIGS. 12 and 13 are schematic perspective views showing Embodiment 2 of a method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention. A method for forming an oxide superconductor microstructure will be described with reference to FIGS.
【0077】まず、図2に示した工程と同様に、基板1
を用意する。次に、図12に示すように、集束イオンビ
ームを用いて基板1上にラインパターン5を形成する。
このラインパターン5の線幅は0.1〜1μm、高さは
0.1〜1μm、長さは0.1〜1μmである。このと
きの集束イオンビームによる加工の条件としては、本発
明の実施の形態1における集束イオンビームを用いた加
工の条件と同様とした。First, as in the process shown in FIG.
Prepare Next, as shown in FIG. 12, a line pattern 5 is formed on the substrate 1 using a focused ion beam.
The line pattern 5 has a line width of 0.1 to 1 μm, a height of 0.1 to 1 μm, and a length of 0.1 to 1 μm. The processing conditions using the focused ion beam at this time were the same as the processing conditions using the focused ion beam in the first embodiment of the present invention.
【0078】次に、図13に示すように、基板1とライ
ンパターン5との上に酸化物超電導体の薄膜3b、3e
を形成する。この酸化物超電導体の薄膜3b、3eの形
成には、本発明の実施の形態1と同様に分子線エピタキ
シー法を用いる。この分子線エピタキシー法のプロセス
条件は、基本的に本発明の実施の形態1と同様とした。
また、酸化物超電導体として、ビスマス系の酸化物超電
導体を形成した。Next, as shown in FIG. 13, the oxide superconductor thin films 3b, 3e are formed on the substrate 1 and the line pattern 5.
To form For forming the oxide superconductor thin films 3b and 3e, a molecular beam epitaxy method is used as in the first embodiment of the present invention. The process conditions of this molecular beam epitaxy method were basically the same as those of the first embodiment of the present invention.
A bismuth-based oxide superconductor was formed as the oxide superconductor.
【0079】ここで、形成された酸化物超電導体薄膜3
eを、X線回折により調査した。その結果、この酸化物
超電導体の薄膜3eのc軸は、基板1表面に対してほぼ
垂直に配向していた。また、反射高エネルギー電子線回
折により、基板1の[110]方向および[1−10]
方向に、薄膜3eの結晶のa軸あるいはb軸がほぼ平行
に配向していることを確認した。また、このラインパタ
ーン5上に形成された薄膜3eを電子顕微鏡により観察
することによって、この酸化物超電導体の薄膜3eが、
(100)、(010)、(001)、(110)、
(1−10)の結晶面に囲まれた構造を有していること
を確認した。Here, the formed oxide superconductor thin film 3
e was investigated by X-ray diffraction. As a result, the c-axis of the oxide superconductor thin film 3 e was oriented almost perpendicular to the surface of the substrate 1. In addition, the [110] direction and [1-10] direction of the substrate 1 were obtained by reflection high energy electron diffraction.
It was confirmed that the a-axis or the b-axis of the crystal of the thin film 3e was oriented substantially parallel to the direction. Further, by observing the thin film 3e formed on the line pattern 5 with an electron microscope, the thin film 3e of the oxide superconductor becomes
(100), (010), (001), (110),
It was confirmed that it had a structure surrounded by the crystal plane of (1-10).
【0080】ここで、薄膜3eはラインパターン5上に
形成されることにより、線状のパターンを形成してい
る。そして、この酸化物超電導体からなる線状の薄膜3
eは、エッチングなどの加工を受けていないので、この
エッチングなどに起因するダメージを受けることはな
い。このため、これらのダメージに起因して薄膜3eの
超電導特性が劣化するという問題の発生を防止できる。Here, the thin film 3e is formed on the line pattern 5 to form a linear pattern. Then, the linear thin film 3 made of this oxide superconductor
Since e has not been subjected to processing such as etching, e is not damaged. Therefore, it is possible to prevent the problem that the superconductivity of the thin film 3e is deteriorated due to the damage.
【0081】また、このように、超電導特性の劣化を発
生させることなく、線状の薄膜3eを形成することがで
きるので、酸化物超電導体を用いた素子や配線を容易に
形成することができる。また、従来の加工限界よりも小
さなサブミクロンレベルの線幅を有する配線を形成して
も超電導特性が劣化することはないので、酸化物超電導
体を用いた素子の微細化、高集積化を行なうことがより
容易になる。Further, since the linear thin film 3e can be formed without deteriorating the superconducting characteristics, elements and wiring using the oxide superconductor can be easily formed. . Further, even if a wiring having a submicron level line width smaller than the conventional processing limit is formed, the superconducting characteristics are not deteriorated. Therefore, miniaturization and high integration of an element using an oxide superconductor are performed. It becomes easier.
【0082】図14および15は、本発明による酸化物
超電導体微細構造の形成方法の実施の形態2の変形例を
示す斜視模式図である。図14および15を参照して、
酸化物超電導体微細構造の形成方法の変形例を説明す
る。FIGS. 14 and 15 are schematic perspective views showing a modification of the second embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention. Referring to FIGS. 14 and 15,
A modification of the method for forming the oxide superconductor microstructure will be described.
【0083】まず、図2に示した工程と同様に、基板1
を用意する。次に、図14に示すように、基板1表面に
集束イオンビームを用いて溝6を形成する。この溝6の
幅は0.1〜1μm、深さは0.1〜1μm程度とす
る。集束イオンビームを用いた加工の際の条件は、基本
的に図12に示した工程において用いた集束イオンビー
ムによる加工条件と同様とした。First, as in the process shown in FIG.
Prepare Next, as shown in FIG. 14, a groove 6 is formed on the surface of the substrate 1 using a focused ion beam. The width of the groove 6 is about 0.1 to 1 μm, and the depth is about 0.1 to 1 μm. The processing conditions using the focused ion beam were basically the same as the processing conditions using the focused ion beam used in the process shown in FIG.
【0084】次に、図15に示すように、基板1の表面
上に分子線エピタキシー法を用いて酸化物超電導体の薄
膜3b、3fを形成する。この分子線エピタキシー法の
条件は、基本的に図13に示した工程における分子線エ
ピタキシー法の条件と同様である。この結果、溝6の底
面において線状の酸化物超電導体の薄膜3fを形成する
ことができる。この結果、図12および13に示した本
発明の実施の形態2による酸化物超電導体微細構造の形
成方法と同様の効果を得ることができる。Next, as shown in FIG. 15, the oxide superconductor thin films 3b and 3f are formed on the surface of the substrate 1 by using the molecular beam epitaxy method. The conditions of the molecular beam epitaxy method are basically the same as the conditions of the molecular beam epitaxy method in the step shown in FIG. As a result, a linear oxide superconductor thin film 3f can be formed on the bottom surface of the groove 6. As a result, the same effects as those of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 12 and 13 can be obtained.
【0085】図16および17は、本発明による酸化物
超電導体微細構造の実施の形態2の電子顕微鏡写真であ
る。FIGS. 16 and 17 are electron micrographs of the oxide superconductor microstructure according to the second embodiment of the present invention.
【0086】図16を参照して、右上から左下へ斜めに
延びるように形成された酸化物超電導体からなる細線が
示されている。この細線は、基板の[110]方向にほ
ぼ平行に延びるように形成されている。また、図17を
参照して、水平方向に延びるように酸化物超電導体から
なる細線が示されている。この細線は、基板の[10
0]方向にほぼ平行に延びるように形成されている。Referring to FIG. 16, there is shown a thin line formed of an oxide superconductor extending obliquely from upper right to lower left. The fine line is formed so as to extend substantially parallel to the [110] direction of the substrate. Referring to FIG. 17, a thin line made of an oxide superconductor is shown extending in the horizontal direction. This thin line corresponds to [10] on the substrate.
0] direction.
【0087】(実施の形態3)図18および19は、本
発明による酸化物超電導体微細構造の形成方法の実施の
形態3を示す走査イオン顕微鏡写真および電子顕微鏡写
真である。(Embodiment 3) FIGS. 18 and 19 are a scanning ion micrograph and an electron micrograph showing Embodiment 3 of the method for forming an oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【0088】図18に示すように、集束イオンビームを
用いてチタン酸ストロンチウムの単結晶基板上に3サイ
ズのメサパターンを形成した。メサパターンのサイズ
は、それぞれ縦2μm×横2μm、縦1μm×横1μ
m、縦0.5μm×横0.5μmである。As shown in FIG. 18, a mesa pattern of three sizes was formed on a strontium titanate single crystal substrate using a focused ion beam. The size of the mesa pattern is 2 μm × 2 μm, 1 μm × 1 μm
m, length 0.5 μm × width 0.5 μm.
【0089】次に、図19に示すように、メサパターン
の上に酸化物超電導体からなる薄膜を形成した。Next, as shown in FIG. 19, a thin film made of an oxide superconductor was formed on the mesa pattern.
【0090】なお、メサパターンおよび薄膜の形成方法
は基本的に本発明の実施の形態1と同様である。The method of forming the mesa pattern and the thin film is basically the same as that of the first embodiment of the present invention.
【0091】図20は、図19に示した電子顕微鏡写真
の模式図である。ここで、図中の矢印は、分子線エピタ
キシー法におけるBi、Cu、Ca、Srを含む分子線
の照射方向を示す。FIG. 20 is a schematic diagram of the electron micrograph shown in FIG. Here, the arrow in the figure indicates the irradiation direction of the molecular beam containing Bi, Cu, Ca, and Sr in the molecular beam epitaxy method.
【0092】また、図19に示した領域においてX線分
析を行なった結果を図21および22に示す。FIGS. 21 and 22 show the results of X-ray analysis performed on the region shown in FIG.
【0093】図21は、図19に示した領域におけるT
i濃度分布の測定結果を示す図である。FIG. 21 is a graph showing T in the area shown in FIG.
It is a figure showing the measurement result of i concentration distribution.
【0094】図22は、図19に示した領域におけるB
i濃度分布の測定結果を示す図である。FIG. 22 is a view showing the state of B in the area shown in FIG.
It is a figure showing the measurement result of i concentration distribution.
【0095】なお、今回開示された実施の形態は全ての
点で例示であって、制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。It should be noted that the embodiment disclosed this time is an example in all respects and is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
【0096】[0096]
【発明の効果】このように、請求項1〜17に記載の発
明によれば、予め基板に凸部または凹部を形成し、この
凸部の頂面または凹部の底面の上に酸化物超電導体膜を
形成するので、この凸部の頂面または凹部の底面の形状
を調節することにより、必要な形状の酸化物超電導体膜
を得ることができる。また、この際、酸化物超電導体膜
は直接エッチングなどの加工を受けないため、ダメージ
を受けることがない。この結果、酸化物超電導体膜の超
電導特性がこれらのダメージに起因して劣化するという
ことを防止できる。この結果、超電導特性を劣化させる
ことなく、サブミクロンサイズの酸化物超電導体微細構
造を形成することが可能となった。As described above, according to the first to seventeenth aspects of the present invention, a convex portion or a concave portion is previously formed on the substrate, and the oxide superconductor is formed on the top surface of the convex portion or the bottom surface of the concave portion. Since a film is formed, an oxide superconductor film having a required shape can be obtained by adjusting the shape of the top surface of the convex portion or the bottom surface of the concave portion. Further, at this time, the oxide superconductor film is not directly subjected to processing such as etching, so that it is not damaged. As a result, it is possible to prevent the superconducting properties of the oxide superconductor film from deteriorating due to these damages. As a result, it has become possible to form a submicron-sized oxide superconductor fine structure without deteriorating the superconducting characteristics.
【図1】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成方
法の実施の形態1におけるプロセスフロー図である。FIG. 1 is a process flow chart in Embodiment 1 of a method for forming an oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【図2】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成方
法の実施の形態1の第1工程を示す斜視模式図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing a first step of Embodiment 1 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図3】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成方
法の実施の形態1の第2工程を示す斜視模式図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a second step of Embodiment 1 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図4】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成方
法の実施の形態1の第3工程を示す斜視模式図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a third step of the first embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図5】本発明による酸化物超電導体微細構造の実施の
形態1の電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is an electron micrograph of Embodiment 1 of the oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【図6】本発明による酸化物超電導体微細構造の実施の
形態1の電子顕微鏡写真である。FIG. 6 is an electron micrograph of Embodiment 1 of the oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【図7】図6に示した電子顕微鏡写真の模式図である。FIG. 7 is a schematic view of the electron micrograph shown in FIG.
【図8】図6に示した領域の酸化物超電導体微細構造を
斜めから観察した電子顕微鏡写真である。8 is an electron micrograph of the oxide superconductor microstructure in the region shown in FIG. 6, which is obliquely observed.
【図9】図8に示した電子顕微鏡写真の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of the electron micrograph shown in FIG.
【図10】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態1の変形例の第1工程を示す斜視模式
図である。FIG. 10 is a schematic perspective view showing a first step of a modification of the first embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図11】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態1の変形例の第2工程を示す斜視模式
図である。FIG. 11 is a schematic perspective view showing a second step of the modified example of the first embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図12】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態2の第1工程を示す斜視模式図であ
る。FIG. 12 is a schematic perspective view showing a first step of Embodiment 2 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図13】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態2の第2工程を示す斜視模式図であ
る。FIG. 13 is a schematic perspective view showing a second step of Embodiment 2 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図14】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態2の変形例の第1工程を示す斜視模式
図である。FIG. 14 is a schematic perspective view showing a first step of a modification of the second embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図15】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態2の変形例の第2工程を示す斜視模式
図である。FIG. 15 is a schematic perspective view showing a second step of the modified example of the second embodiment of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図16】本発明による酸化物超電導体微細構造の実施
の形態2の電子顕微鏡写真である。FIG. 16 is an electron micrograph of Embodiment 2 of the oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【図17】本発明による酸化物超電導体微細構造の実施
の形態2の電子顕微鏡写真である。FIG. 17 is an electron micrograph of Embodiment 2 of the oxide superconductor microstructure according to the present invention.
【図18】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態3の第1工程を示す走査イオン顕微鏡
写真である。FIG. 18 is a scanning ion micrograph showing a first step of Embodiment 3 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図19】本発明による酸化物超電導体微細構造の形成
方法の実施の形態3の第2工程を示す電子顕微鏡写真で
ある。FIG. 19 is an electron micrograph showing a second step in Embodiment 3 of the method for forming an oxide superconductor fine structure according to the present invention.
【図20】図19に示した電子顕微鏡写真の模式図であ
る。20 is a schematic view of the electron micrograph shown in FIG.
【図21】図19に示した領域におけるTi濃度分布の
X線分析による測定結果を示す図である。21 is a diagram showing a measurement result of the Ti concentration distribution in the region shown in FIG. 19 by X-ray analysis.
【図22】図19に示した領域におけるBi濃度分布の
X線分析による測定結果を示す図である。22 is a diagram showing a measurement result of the Bi concentration distribution in the region shown in FIG. 19 by X-ray analysis.
【図23】従来の酸化物超電導体微細構造を示す断面模
式図である。FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a conventional oxide superconductor microstructure.
【図24】図23に示した従来の酸化物超電導体微細構
造の形成方法の第1工程を示す断面模式図である。24 is a schematic cross-sectional view showing a first step of the method for forming the conventional oxide superconductor microstructure shown in FIG.
【図25】図23に示した従来の酸化物超電導体微細構
造の形成方法の第2工程を示す断面模式図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for forming the conventional oxide superconductor fine structure shown in FIG. 23.
【図26】図23に示した従来の酸化物超電導体微細構
造の形成方法の第3工程を示す断面模式図である。FIG. 26 is a schematic sectional view showing a third step of the method for forming the conventional oxide superconductor fine structure shown in FIG. 23.
1 基板 2 メサパターン 3,3a〜3f 酸化物超電導体の薄膜 4 開口部 5 ラインパターン 6 溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Mesa pattern 3, 3a-3f Thin film of oxide superconductor 4 Opening 5 Line pattern 6 Groove
フロントページの続き (72)発明者 川原 世大 東京都小金井市中町2−24−16 東京農工 大学工学部物理システム工学科内 (72)発明者 金子 久人 東京都小金井市中町2−24−16 東京農工 大学工学部物理システム工学科内 (72)発明者 佐藤 勝昭 神奈川県川崎市麻生区上麻生1087−169 Fターム(参考) 4G047 JA03 JB02 JC10 KE07 KG01 KG03 KG07 5G321 AA05 BA07 CA04 CA21 CA27 CA28 DB36 Continued on the front page (72) Inventor Sedai Kawahara 2-24-16 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo Tokyo University of Agriculture and Technology Department of Physical Systems Engineering (72) Inventor Hisato Kaneko 2-24-16, Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo (72) Inventor Katsuaki Sato 1087-169 Kami Aso, Aso-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture F term (reference) 4G047 JA03 JB02 JC10 KE07 KG01 KG03 KG07 5G321 AA05 BA07 CA04 CA21 CA27 CA28 DB36
Claims (17)
と、 前記凸部の頂面または前記凹部の底面の上に酸化物超電
導体膜を形成する工程とを備える、酸化物超電導体微細
構造の形成方法。An oxide superconductor microstructure comprising: a step of forming a projection or a depression on a substrate; and a step of forming an oxide superconductor film on a top surface of the projection or a bottom surface of the depression. Formation method.
と、 前記凸部または前記凹部の側壁の上に酸化物超電導体膜
を形成する工程とを備える、酸化物超電導体微細構造の
形成方法。2. A method for forming a fine oxide superconductor structure, comprising: forming a convex portion or a concave portion on a substrate; and forming an oxide superconductor film on a side wall of the convex portion or the concave portion. .
の高さは1.0μm以下である、請求項1または2に記
載の酸化物超電導体微細構造の形成方法。3. The method for forming an oxide superconductor fine structure according to claim 1, wherein a height from a surface of the substrate to a top surface of the projection is 1.0 μm or less.
の深さは1.0μm以下である、請求項1または2に記
載の酸化物超電導体微細構造の形成方法。4. The method according to claim 1, wherein a depth from a surface of the substrate to a bottom surface of the concave portion is 1.0 μm or less.
角形状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸
化物超電導体微細構造の形成方法。5. The method for forming an oxide superconductor fine structure according to claim 1, wherein the top surface or the bottom surface has a polygonal planar shape.
下である、請求項5に記載の酸化物超電導体微細構造の
形成方法。6. The method for forming an oxide superconductor fine structure according to claim 5, wherein one side of the polygon has a length of 1.0 μm or less.
状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酸化物
超電導体微細構造の形成方法。7. The method for forming an oxide superconductor microstructure according to claim 1, wherein a planar shape of the top surface or the bottom surface is linear.
求項7に記載の酸化物超電導体微細構造の形成方法。8. The method according to claim 7, wherein the width of the line is 1.0 μm or less.
む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の酸化物超電導
体微細構造の形成方法。9. The method for forming an oxide superconductor microstructure according to claim 1, wherein the substrate contains strontium titanate.
ラー指数で表すと、前記チタン酸ストロンチウムの[1
00]方向あるいは[110]方向にほぼ平行な面を有
する、請求項9に記載の酸化物超電導体微細構造の形成
方法。10. The side wall of the ridge or the valley of the strontium titanate represented by Miller index [1].
The method for forming an oxide superconductor microstructure according to claim 9, which has a plane substantially parallel to the [00] direction or the [110] direction.
は、分子線エピタキシー法を用いて前記酸化物超電導体
膜を形成する工程を含む、請求項1〜10のいずれか1
項に記載の酸化物超電導体微細構造の形成方法。11. The method according to claim 1, wherein the step of forming the oxide superconductor film includes a step of forming the oxide superconductor film using a molecular beam epitaxy method.
13. The method for forming an oxide superconductor microstructure according to item 8.
記酸化物超電導体膜を形成する工程は、前記基板に照射
される分子線の、前記基板表面に対する入射方向を調節
する工程を含む、請求項11に記載の酸化物超電導体微
細構造の形成方法。12. The step of forming the oxide superconductor film by using the molecular beam epitaxy method includes a step of adjusting an incident direction of a molecular beam irradiated on the substrate with respect to the substrate surface. 12. The method for forming an oxide superconductor microstructure according to item 11.
Ca−Cu−O系酸化物超電導体膜であり、 前記分子線はBiを含む、請求項12に記載の酸化物超
電導体微細構造の形成方法。13. The oxide superconductor film according to claim 1, wherein the Bi-Sr-
The method for forming an oxide superconductor microstructure according to claim 12, wherein the method is a Ca-Cu-O-based oxide superconductor film, wherein the molecular beam contains Bi.
Ca−Cu−O系酸化物超電導体膜である、請求項1〜
12のいずれか1項に記載の酸化物超電導体微細構造の
形成方法。14. The oxide superconductor film is formed of Bi-Sr-
A Ca-Cu-O-based oxide superconductor film,
13. The method for forming an oxide superconductor microstructure according to any one of 12 above.
工程は、集束イオンビームを前記基板に照射する工程を
含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の酸化物超
電導体微細構造の形成方法。15. The oxide superconductor microstructure according to claim 1, wherein the step of forming the projection or the depression on the substrate includes a step of irradiating the substrate with a focused ion beam. Formation method.
酸化物超電導体膜とを備える、酸化物超電導体微細構
造。16. An oxide superconductor microstructure comprising: a substrate having a projection or a depression formed thereon; and an oxide superconductor film formed on a top surface of the projection or a bottom surface of the depression.
超電導体膜とを備える、酸化物超電導体微細構造。17. An oxide superconductor microstructure comprising: a substrate on which a projection or a recess is formed; and an oxide superconductor film formed on a sidewall of the projection or the recess.
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Cited By (2)
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1998
- 1998-09-25 JP JP10288886A patent/JP2000095518A/en active Pending
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