JP2537993B2 - 薄膜超電導体およびその製造方法および製造装置 - Google Patents
薄膜超電導体およびその製造方法および製造装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超電導薄膜とその多層構造膜の製造方法お
よび製造装置に関するものである。特に、マグネトロン
スパッタ法など、イオンあるいはプラズマ等を利用する
薄膜超電導体の形成において、外部より磁場を制御でき
る機能を付与することによって、より高性能の超電導薄
膜およびその多層構造膜を、より高速に得ることができ
る製造方法および製造装置に関するものである。
よび製造装置に関するものである。特に、マグネトロン
スパッタ法など、イオンあるいはプラズマ等を利用する
薄膜超電導体の形成において、外部より磁場を制御でき
る機能を付与することによって、より高性能の超電導薄
膜およびその多層構造膜を、より高速に得ることができ
る製造方法および製造装置に関するものである。
従来の技術 Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系に代表される酸化物超電導材料
は、超電導機構の詳細は明かではないが、転移温度が液
体窒素温度以上に高く、量子干渉素子等各種エレクトロ
ニクス分野への応用が期待されている。優れた超電導エ
レクトロニクス素子を開発するには、これらの材料に対
する薄膜化技術の確立が重要であり、現在、真空蒸着
法、マグネトロンスパッタ法、プラズマCVD法など様々
な方法が試みられている。
は、超電導機構の詳細は明かではないが、転移温度が液
体窒素温度以上に高く、量子干渉素子等各種エレクトロ
ニクス分野への応用が期待されている。優れた超電導エ
レクトロニクス素子を開発するには、これらの材料に対
する薄膜化技術の確立が重要であり、現在、真空蒸着
法、マグネトロンスパッタ法、プラズマCVD法など様々
な方法が試みられている。
発明が解決しようとする課題 真空蒸着法、マグネトロンスパッタ法、プラズマCVD
法などは、すでに半導体分野においても実用段階にある
薄膜化技術であり、酸化物超電導体の薄膜化においても
優れた成果を納めてきた。現在行われているこれら超電
導体薄膜化技術に共通の課題は、そのプロセスの低温
化、高速化および膜特性の向上にある。デバイス化に向
けては、保護膜形成や超電導層／絶縁層／超電導層およ
び超電導層／金属層／超電導層等の多層構造膜の形成技
術の確立が重要である。酸化物超電導薄膜形成の基礎過
程を明かにし、新たな機能を加えたプロセスを用いてこ
れらの課題に取り組む必要がある。
法などは、すでに半導体分野においても実用段階にある
薄膜化技術であり、酸化物超電導体の薄膜化においても
優れた成果を納めてきた。現在行われているこれら超電
導体薄膜化技術に共通の課題は、そのプロセスの低温
化、高速化および膜特性の向上にある。デバイス化に向
けては、保護膜形成や超電導層／絶縁層／超電導層およ
び超電導層／金属層／超電導層等の多層構造膜の形成技
術の確立が重要である。酸化物超電導薄膜形成の基礎過
程を明かにし、新たな機能を加えたプロセスを用いてこ
れらの課題に取り組む必要がある。
課題を解決するための手段 現在行われている酸化物超電導材料の薄膜化プロセス
においては、マグネトロンスパッタ法をはじめとして、
イオン、プラズマ等の関与しているものが多い。薄膜の
特性に影響を及ぼす要因としては、基板温度、蒸発粒子
の平均自由行程および付着率等々が挙げられるが、酸化
物超電導薄膜においては、これらイオン、プラズマの状
態も大きな影響を及ぼしていると考えられる。マグネト
ロンスパッタ法においては、酸化物超電導材料を薄膜化
する場合、基板は比較的ターゲットに近い位置に置かれ
プラズマに曝され易い状態にあり、しかも膜の特性は、
基板−ターゲット間の距離に著しく依存する。その機構
の詳細は明かではないが、このことは、酸化物超電導薄
膜の形成過程においてイオン、プラズマの状態が密接に
関わっていることを示すと考えられる。
においては、マグネトロンスパッタ法をはじめとして、
イオン、プラズマ等の関与しているものが多い。薄膜の
特性に影響を及ぼす要因としては、基板温度、蒸発粒子
の平均自由行程および付着率等々が挙げられるが、酸化
物超電導薄膜においては、これらイオン、プラズマの状
態も大きな影響を及ぼしていると考えられる。マグネト
ロンスパッタ法においては、酸化物超電導材料を薄膜化
する場合、基板は比較的ターゲットに近い位置に置かれ
プラズマに曝され易い状態にあり、しかも膜の特性は、
基板−ターゲット間の距離に著しく依存する。その機構
の詳細は明かではないが、このことは、酸化物超電導薄
膜の形成過程においてイオン、プラズマの状態が密接に
関わっていることを示すと考えられる。
本発名者らは、酸化物超電導薄膜の形成過程におい
て、外部より磁場を印加できる機能を有する装置を発明
し、イオン、プラズマの状態を制御することにより、よ
り低温かつ高速に、より優れた薄膜を作製できる方法を
見いだし発明に至ったものである。
て、外部より磁場を印加できる機能を有する装置を発明
し、イオン、プラズマの状態を制御することにより、よ
り低温かつ高速に、より優れた薄膜を作製できる方法を
見いだし発明に至ったものである。
本発名者らは、さらに同じ装置を用いて、超電導薄膜
と、絶縁膜を選択的に連続形成して積層させ、これらの
多層構造膜を作製できる方法を見いだし発明に至ったも
のである。
と、絶縁膜を選択的に連続形成して積層させ、これらの
多層構造膜を作製できる方法を見いだし発明に至ったも
のである。
作用 本明にかかる酸化物超電導薄膜の特性は、基板温度等
の形成条件に大きく依存し、形成時のイオン、プラズマ
の状態によって大きな影響を受ける。本発明にかかる酸
化物超電導薄膜製造装置は、基板近傍の空間に、外部よ
り磁場を印加してイオン、プラズマの状態を制御し、高
精度の酸化物超電導薄膜を、より低温かつ高速に得られ
る点に大きな特色がある。さらに、この外部磁場の方
向、大きさ等を時間的にも制御できる機能を付与し、マ
グネトロンスパッタ法においては複合ターゲットを用い
て、超電導薄膜と、絶縁性もしくは金属性被膜を選択的
に連続形成して積層させ、これらの多層構造膜を作製で
きる点にも大きな特色がある。
の形成条件に大きく依存し、形成時のイオン、プラズマ
の状態によって大きな影響を受ける。本発明にかかる酸
化物超電導薄膜製造装置は、基板近傍の空間に、外部よ
り磁場を印加してイオン、プラズマの状態を制御し、高
精度の酸化物超電導薄膜を、より低温かつ高速に得られ
る点に大きな特色がある。さらに、この外部磁場の方
向、大きさ等を時間的にも制御できる機能を付与し、マ
グネトロンスパッタ法においては複合ターゲットを用い
て、超電導薄膜と、絶縁性もしくは金属性被膜を選択的
に連続形成して積層させ、これらの多層構造膜を作製で
きる点にも大きな特色がある。
実施例 本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図に、本発明にかかるプラズマ制御型マグネトロ
ンスパッタ装置を示す。この装置は、通常のマグネトロ
ンスパッタ装置に設置されているターゲット11裏面の永
久磁石12に加え、形成槽外部にも同じ性能の２つソレノ
イドコイル13を設置し、外部から磁界を印加できる構造
になっている。基板14は、ターゲット真上に、ターゲッ
トに対向する向きに設置される。この場合、基板として
は、結晶性の高い複合化合物被膜15を形成させるために
は、単結晶の基板が有効であり、酸化マグネシウム、サ
ファイア（α−Al2O3）、チタン酸ストロンチウム等の
単結晶が有効である。
ンスパッタ装置を示す。この装置は、通常のマグネトロ
ンスパッタ装置に設置されているターゲット11裏面の永
久磁石12に加え、形成槽外部にも同じ性能の２つソレノ
イドコイル13を設置し、外部から磁界を印加できる構造
になっている。基板14は、ターゲット真上に、ターゲッ
トに対向する向きに設置される。この場合、基板として
は、結晶性の高い複合化合物被膜15を形成させるために
は、単結晶の基板が有効であり、酸化マグネシウム、サ
ファイア（α−Al2O3）、チタン酸ストロンチウム等の
単結晶が有効である。
外部磁場を印加しない状態においては、本発明者ら
は、複合化合物被膜を基板の表面に付着させる場合、超
電導特性を持たせるためには、基板の温度範囲として40
0〜900℃が、また、基板−ターゲット間の距離について
は、20〜50mmが適当であることを確認した。複合化合物
被膜の結晶性、組成、表面状態を最適なものとするに
は、更に基板温度、基板−ターゲット間の距離を検討す
る必要がある。本発明者らは、ある一定の距離までは、
基板−ターゲット間の距離を短くすればする程、より低
い基板温度で良好な超電導特性を示す被膜を得ることが
できる。即ち、低温化できることを確認した。
は、複合化合物被膜を基板の表面に付着させる場合、超
電導特性を持たせるためには、基板の温度範囲として40
0〜900℃が、また、基板−ターゲット間の距離について
は、20〜50mmが適当であることを確認した。複合化合物
被膜の結晶性、組成、表面状態を最適なものとするに
は、更に基板温度、基板−ターゲット間の距離を検討す
る必要がある。本発明者らは、ある一定の距離までは、
基板−ターゲット間の距離を短くすればする程、より低
い基板温度で良好な超電導特性を示す被膜を得ることが
できる。即ち、低温化できることを確認した。
超電導体Ａ−Ｂ−Cu−Ｏは、結晶構造や組成式がまだ
明確には決定されていないが、酸素欠損量が少ないもの
ほど、超電導転移温度は高いとされている。本発明者ら
は、結晶性の高い複合化合物被膜ほど、長期的安定性に
優れてはいるが、成膜直後の酸素含有量は必ずしも高く
はなく、より良好な超電導特性を得るには、被膜形成直
後の適当な酸化処理が有効であることを確認した。
明確には決定されていないが、酸素欠損量が少ないもの
ほど、超電導転移温度は高いとされている。本発明者ら
は、結晶性の高い複合化合物被膜ほど、長期的安定性に
優れてはいるが、成膜直後の酸素含有量は必ずしも高く
はなく、より良好な超電導特性を得るには、被膜形成直
後の適当な酸化処理が有効であることを確認した。
次に、外部磁場を印加する場合について述べる。外部
磁場を印加しない場合において最適化された状態で外部
磁場を印加する。本発明者らは、第２図に示すように２
つのソレノイダルコイルに流す電流の向きによって、４
種類の磁場を印加することができることを確認した。こ
の場合、基板−ターゲット間の空間の磁場は、ターゲッ
ト裏面の永久磁石による磁場と印加されたこれらの外部
磁場との重ね合わせになる。
磁場を印加しない場合において最適化された状態で外部
磁場を印加する。本発明者らは、第２図に示すように２
つのソレノイダルコイルに流す電流の向きによって、４
種類の磁場を印加することができることを確認した。こ
の場合、基板−ターゲット間の空間の磁場は、ターゲッ
ト裏面の永久磁石による磁場と印加されたこれらの外部
磁場との重ね合わせになる。
これらの印加された外部磁場によって被膜形成時に生
じる基板−ターゲット間のプラズマは、大きく変化す
る。即ち、同図（ａ）および（ｂ）のミラー磁場を印加
した場合には、外部磁場を印加しない場合に比べ、プラ
ズマは、各々、（ａ）の場合には円周方向に広がり、
（ｂ）の場合には中心付近に集まる。また、同図（ｃ）
および（ｄ）のカスプ磁場を印加した場合には、外部磁
場を印加しない場合に比べ、プラズマは上下方向に圧縮
された形になる。
じる基板−ターゲット間のプラズマは、大きく変化す
る。即ち、同図（ａ）および（ｂ）のミラー磁場を印加
した場合には、外部磁場を印加しない場合に比べ、プラ
ズマは、各々、（ａ）の場合には円周方向に広がり、
（ｂ）の場合には中心付近に集まる。また、同図（ｃ）
および（ｄ）のカスプ磁場を印加した場合には、外部磁
場を印加しない場合に比べ、プラズマは上下方向に圧縮
された形になる。
従って、基板付近におけるプラズマ発光分光スペクト
ルも大きく変化する。第３図に外部磁場を印加しない場
合のプラズマ発光分光スペクトルを示すが、これと比べ
て、外部磁場を印加した場合には、全体的なプロファイ
ルには余り違いはみられないものの、相対的な強度には
大きな違いがみられた。プラズマ発光分光スペクトルの
相対強度は、外部磁場を印加しない場合に比べて、第２
図（ｂ）の場合には増大し、、同図（ｃ）および（ｄ）
の場合にはやや減少し、同図（ａ）の場合には特にその
減少が著しかった。
ルも大きく変化する。第３図に外部磁場を印加しない場
合のプラズマ発光分光スペクトルを示すが、これと比べ
て、外部磁場を印加した場合には、全体的なプロファイ
ルには余り違いはみられないものの、相対的な強度には
大きな違いがみられた。プラズマ発光分光スペクトルの
相対強度は、外部磁場を印加しない場合に比べて、第２
図（ｂ）の場合には増大し、、同図（ｃ）および（ｄ）
の場合にはやや減少し、同図（ａ）の場合には特にその
減少が著しかった。
これらのプラズマ状態の違いを反映し、被膜の特性に
も違いがあらわれる。第２図（ｂ）の場合には、被膜が
形成できず、同図（ｃ）および（ｄ）の場合には、外部
磁場を印加しない場合に比べ、超電同転移温度はやや上
昇し、同図（ａ）の場合には、超電導転移温度が上昇す
るとともに、被膜の堆積速度も増加する。即ち、本発明
者らは、本発明にかかるプラズマ制御型マグネトロンス
パッタ装置を用いて、適当な外部磁場を印加することに
よりイオン、プラズマを制御しより高速に、より優れた
超電導薄膜を作製できることを確認した。
も違いがあらわれる。第２図（ｂ）の場合には、被膜が
形成できず、同図（ｃ）および（ｄ）の場合には、外部
磁場を印加しない場合に比べ、超電同転移温度はやや上
昇し、同図（ａ）の場合には、超電導転移温度が上昇す
るとともに、被膜の堆積速度も増加する。即ち、本発明
者らは、本発明にかかるプラズマ制御型マグネトロンス
パッタ装置を用いて、適当な外部磁場を印加することに
よりイオン、プラズマを制御しより高速に、より優れた
超電導薄膜を作製できることを確認した。
その機構の詳細は明かではないが、これらのことか
ら、基板付近におけるプラズマ発光分光スペクトルの強
度が弱くなるように、プラズマを円周方向に広げるか、
上下方向に圧縮することによって、より優れた薄膜を作
製できるものと考えられる。第２図（ｃ）および（ｄ）
の場合には、カスプ磁場を印加することによりイオン、
プラズマを上下方向に圧縮できるものと考えられる。第
２図（ａ）の場合には、ターゲット表面中心付近におい
て裏面の永久磁石による磁場と強め合う向きに、ミラー
磁場を印加することにより、スパッタリングに有効なイ
オン化を引き起こすターゲット面に平行な磁場の生じる
領域が円周方向に広がる。その結果として、プラズマは
円周方向に広がり、スパッタリングされる領域も増え
て、より優れた薄膜を、より高速に作製できるものと考
えられる。本発明者らは、第２図（ａ）の場合の下側の
ソレノイダルコイルのみを用いた場合にも、同様の機構
によって、より優れた超電導薄膜を、より高速に、作製
できることを確認した。
ら、基板付近におけるプラズマ発光分光スペクトルの強
度が弱くなるように、プラズマを円周方向に広げるか、
上下方向に圧縮することによって、より優れた薄膜を作
製できるものと考えられる。第２図（ｃ）および（ｄ）
の場合には、カスプ磁場を印加することによりイオン、
プラズマを上下方向に圧縮できるものと考えられる。第
２図（ａ）の場合には、ターゲット表面中心付近におい
て裏面の永久磁石による磁場と強め合う向きに、ミラー
磁場を印加することにより、スパッタリングに有効なイ
オン化を引き起こすターゲット面に平行な磁場の生じる
領域が円周方向に広がる。その結果として、プラズマは
円周方向に広がり、スパッタリングされる領域も増え
て、より優れた薄膜を、より高速に作製できるものと考
えられる。本発明者らは、第２図（ａ）の場合の下側の
ソレノイダルコイルのみを用いた場合にも、同様の機構
によって、より優れた超電導薄膜を、より高速に、作製
できることを確認した。
先に述べたように、ある一定の距離までは、基板−タ
ーゲット間の距離を短くすればする程、より低い基板温
度で良好な超電導特性を示す被膜を得ることができる。
外部磁場を印加しない場合において最適化した状態で、
基板はかなりプラズマに曝される状態になっており、そ
れ以上基板をターゲットに近づけるとプラズマ中のイオ
ン等によって損傷を受け、被膜の特性は低下するものと
考えられる。本発明者らは、本発明にかかる適当な外部
磁場を印加し、イオン、プラズマを制御して悪影響を避
け、さらに基板をターゲットに近づけることにより、被
膜形成基板温度の低温化が可能であることを確認した。
ーゲット間の距離を短くすればする程、より低い基板温
度で良好な超電導特性を示す被膜を得ることができる。
外部磁場を印加しない場合において最適化した状態で、
基板はかなりプラズマに曝される状態になっており、そ
れ以上基板をターゲットに近づけるとプラズマ中のイオ
ン等によって損傷を受け、被膜の特性は低下するものと
考えられる。本発明者らは、本発明にかかる適当な外部
磁場を印加し、イオン、プラズマを制御して悪影響を避
け、さらに基板をターゲットに近づけることにより、被
膜形成基板温度の低温化が可能であることを確認した。
本発明者らは、さらに、第２図（ａ）、（ｂ）の様に
ミラー磁場を印加した場合、その大きさ、方向によっ
て、プラズマは円周方向に移動し、スパッタリングされ
る領域も変化することから、外部磁場により磁場分布を
変え、ターゲットの侵食領域を制御した多層構造膜の作
製法を見いだした。第５図に示すように、複合化合物被
膜と、絶縁性および金属性の被膜の形成用ターゲットを
同心円上に配した複合ターゲットを用いて、第６図に示
すようにミラー磁場を時間的に制御して印加すれば、選
択的に連続形成して積層させ、多層構造膜が得られるこ
とを確認した。第５図において、外部磁場の正方向と
は、ターゲット裏面に設置されたマグネットによる磁場
と、ターゲット表面中心付近において強め合う向きをい
う。本発明者らは、下側のソレノイダルコイルのみを用
いた場合にも、同様の機構によって、多層構造膜が作製
できることを確認した。
ミラー磁場を印加した場合、その大きさ、方向によっ
て、プラズマは円周方向に移動し、スパッタリングされ
る領域も変化することから、外部磁場により磁場分布を
変え、ターゲットの侵食領域を制御した多層構造膜の作
製法を見いだした。第５図に示すように、複合化合物被
膜と、絶縁性および金属性の被膜の形成用ターゲットを
同心円上に配した複合ターゲットを用いて、第６図に示
すようにミラー磁場を時間的に制御して印加すれば、選
択的に連続形成して積層させ、多層構造膜が得られるこ
とを確認した。第５図において、外部磁場の正方向と
は、ターゲット裏面に設置されたマグネットによる磁場
と、ターゲット表面中心付近において強め合う向きをい
う。本発明者らは、下側のソレノイダルコイルのみを用
いた場合にも、同様の機構によって、多層構造膜が作製
できることを確認した。
被膜の堆積速度は、材料や磁場条件によって異なるた
め、各層の堆積時間は必要とする層の厚さに応じて決め
る。ターゲットおよび被膜の相互汚染を避けるために、
また、基板温度、使用ガス等の形成条件も被膜ごとに異
なる場合もあるので、シャッタの開閉も時間的に制御す
る必要がある。
め、各層の堆積時間は必要とする層の厚さに応じて決め
る。ターゲットおよび被膜の相互汚染を避けるために、
また、基板温度、使用ガス等の形成条件も被膜ごとに異
なる場合もあるので、シャッタの開閉も時間的に制御す
る必要がある。
多層構造膜を形成する場合最も重要な要因は、超電導
被膜と他の被膜との界面での整合性および反応性であ
り、それぞれの被膜本来の特性を損なうことのないよう
に材料の選択、形成条件の検討等が必要である。界面で
の反応性については、基板温度を低くして構成元素の相
互拡散を抑える、超電導被膜が還元されないような雰囲
気で形成する等の点に留意しなければならない。界面で
の整合性については、酸化物超電導材料の多くが単結晶
ないし配向性の状態でペロブスカイト構造ないしそれに
類する構造をとっており、積層させる他の被膜について
も、単結晶ないし配向性の状態で、結晶構造および熱膨
張係数ができる限り近いものを選ぶ必要がある。白金、
カルシュウムフロライド等を緩衝膜として使用すること
も有効である。しかしながら、本発明の実施例の装置を
用いて積層できる被膜の種類は、２ないし３種類であ
り、それ以上の種類の多層構造膜を作製しようとする場
合には、多元構造にするか、真空蒸着法などを併用でき
る構造にする必要がある。
被膜と他の被膜との界面での整合性および反応性であ
り、それぞれの被膜本来の特性を損なうことのないよう
に材料の選択、形成条件の検討等が必要である。界面で
の反応性については、基板温度を低くして構成元素の相
互拡散を抑える、超電導被膜が還元されないような雰囲
気で形成する等の点に留意しなければならない。界面で
の整合性については、酸化物超電導材料の多くが単結晶
ないし配向性の状態でペロブスカイト構造ないしそれに
類する構造をとっており、積層させる他の被膜について
も、単結晶ないし配向性の状態で、結晶構造および熱膨
張係数ができる限り近いものを選ぶ必要がある。白金、
カルシュウムフロライド等を緩衝膜として使用すること
も有効である。しかしながら、本発明の実施例の装置を
用いて積層できる被膜の種類は、２ないし３種類であ
り、それ以上の種類の多層構造膜を作製しようとする場
合には、多元構造にするか、真空蒸着法などを併用でき
る構造にする必要がある。
（具体的実施例） 酸化マグネシウム単結晶（100）面を基板１として用
い、高周波プレーナーマグネトロンスパッタ法により、
焼結した酸化物温度超電導材料で形成したターゲット
（Gd1−Ba2−Cu4.5−Ox）をArとO2の混合ガス雰囲気で
スパッタリング蒸着して、上記基板上に結晶性の被膜と
して付着させた。外部磁場を印加しない場合の最適化さ
れた条件は、基板−ターゲット間距離25mm、ガス圧力0.
4Pa、スパッタリング電力160W、スパッタリング時間１
時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基板温度600℃であった。被
膜形成後、後処理として直ちに形成槽内に酸素ガスを導
入し、処理温度450℃〜350℃で、１時間処理した。形成
された被膜は、第４図に実線で示すように、超電導転移
開始温度90K終了温度75Kの良好な超電導特性を示すこと
を確認した。
い、高周波プレーナーマグネトロンスパッタ法により、
焼結した酸化物温度超電導材料で形成したターゲット
（Gd1−Ba2−Cu4.5−Ox）をArとO2の混合ガス雰囲気で
スパッタリング蒸着して、上記基板上に結晶性の被膜と
して付着させた。外部磁場を印加しない場合の最適化さ
れた条件は、基板−ターゲット間距離25mm、ガス圧力0.
4Pa、スパッタリング電力160W、スパッタリング時間１
時間、被膜の膜厚0.5μｍ、基板温度600℃であった。被
膜形成後、後処理として直ちに形成槽内に酸素ガスを導
入し、処理温度450℃〜350℃で、１時間処理した。形成
された被膜は、第４図に実線で示すように、超電導転移
開始温度90K終了温度75Kの良好な超電導特性を示すこと
を確認した。
次に、外部磁場を印加しない状態において最適化され
た場合と同一条件で、第２図の４種類の外部磁場を印加
した。ここで用いたソレノイドコイルの性能は、同図
（ａ）の状態で両方のコイルに200Aの電流を流した場合
にターゲット中心付近に1000ガウスの磁束密度を生じる
程度のものである。流した電流量は、各々、（ａ）200
A、（ｂ）80A、（ｃ）200A、（ｄ）200Aである。
た場合と同一条件で、第２図の４種類の外部磁場を印加
した。ここで用いたソレノイドコイルの性能は、同図
（ａ）の状態で両方のコイルに200Aの電流を流した場合
にターゲット中心付近に1000ガウスの磁束密度を生じる
程度のものである。流した電流量は、各々、（ａ）200
A、（ｂ）80A、（ｃ）200A、（ｄ）200Aである。
先に述べたように、これらの印加された外部磁場によ
って被膜形成時に生じる基板−ターゲット間のプラズマ
は、大きく変化し、基板付近におけるプラズマ発光分光
スペクトルも大きく変化した。外部磁場を印加しない場
合の強度を１とすると、第２図の外部磁場を印加した場
合には、各々、（ａ）0.16（ｂ）1.29（ｃ）0.90（ｄ）
0.95の強度比のプラズマ発光分光スペクトルを示した。
って被膜形成時に生じる基板−ターゲット間のプラズマ
は、大きく変化し、基板付近におけるプラズマ発光分光
スペクトルも大きく変化した。外部磁場を印加しない場
合の強度を１とすると、第２図の外部磁場を印加した場
合には、各々、（ａ）0.16（ｂ）1.29（ｃ）0.90（ｄ）
0.95の強度比のプラズマ発光分光スペクトルを示した。
これらのプラズマ状態の違いを反映し、被膜の特性に
も違いがあらわれた。（ｂ）の場合には、被膜が形成さ
れなかったが、（ｃ）および（ｄ）の場合には、第４図
に破線で示すように、外部磁場を印加しない場合に比
べ、超電導特性はやや向上した。（ａ）の場合には、同
図に点線で示すように超電導特性はさらに向上し、しか
も被膜の堆積速度は10％程度増加した。即ち、本発明者
らは、適当な外部磁場を印加することによりイオン、プ
ラズマを制御し、より高速に、より優れた超電導薄膜を
作製できることを確認した。
も違いがあらわれた。（ｂ）の場合には、被膜が形成さ
れなかったが、（ｃ）および（ｄ）の場合には、第４図
に破線で示すように、外部磁場を印加しない場合に比
べ、超電導特性はやや向上した。（ａ）の場合には、同
図に点線で示すように超電導特性はさらに向上し、しか
も被膜の堆積速度は10％程度増加した。即ち、本発明者
らは、適当な外部磁場を印加することによりイオン、プ
ラズマを制御し、より高速に、より優れた超電導薄膜を
作製できることを確認した。
次に、多層構造膜を作製した一実施例として、上記の
複合化合物被膜の上に、絶縁保護膜としてSiOx被膜を積
層させる場合について述べる。
複合化合物被膜の上に、絶縁保護膜としてSiOx被膜を積
層させる場合について述べる。
酸化物高温超電導材料で形成したターゲットを外周部
に、Siターゲットを中心部に設置した複合ターゲットを
用いる。先ず、第２図（ａ）の場合のようなミラー磁場
を印加して、外周部付近をスパッタリングして、複合化
合物被膜を基板上に堆積させる。次に、シャッタを閉じ
て、基板温度を100℃にした後、第２図（ｂ）の場合の
ようなミラー磁場を印加して、シャッタを開け、中心部
付近をスパッタリングしてSiOxを保護膜として積層させ
た。その際、電極には併設した真空蒸着装置と適当なマ
スクを使って蒸着した金を用いた。このプロセスによ
り、良好な超電導特性を示し、水分等に対する良好な保
護膜を有する多層構造膜を得ることができることを確認
した。
に、Siターゲットを中心部に設置した複合ターゲットを
用いる。先ず、第２図（ａ）の場合のようなミラー磁場
を印加して、外周部付近をスパッタリングして、複合化
合物被膜を基板上に堆積させる。次に、シャッタを閉じ
て、基板温度を100℃にした後、第２図（ｂ）の場合の
ようなミラー磁場を印加して、シャッタを開け、中心部
付近をスパッタリングしてSiOxを保護膜として積層させ
た。その際、電極には併設した真空蒸着装置と適当なマ
スクを使って蒸着した金を用いた。このプロセスによ
り、良好な超電導特性を示し、水分等に対する良好な保
護膜を有する多層構造膜を得ることができることを確認
した。
発明の効果 本発明により、酸化物超電導材料の薄膜形成におい
て、膜特性の向上およびそのプロセスの低温化、高速
化、さらには多層構造膜形成が可能なプロセスが提供さ
れ、工業上極めて大きな価値を有するものである。酸化
物超電導薄膜の形成過程において、外部より磁場を印加
してイオン、プラズマの状態を精密に制御できる薄膜製
造装置を作製し、より低温かつ高速に、より優れた酸化
物超電導薄膜並びにその多層構造膜を作製できることを
見いだしているところに大きな特色がある。
て、膜特性の向上およびそのプロセスの低温化、高速
化、さらには多層構造膜形成が可能なプロセスが提供さ
れ、工業上極めて大きな価値を有するものである。酸化
物超電導薄膜の形成過程において、外部より磁場を印加
してイオン、プラズマの状態を精密に制御できる薄膜製
造装置を作製し、より低温かつ高速に、より優れた酸化
物超電導薄膜並びにその多層構造膜を作製できることを
見いだしているところに大きな特色がある。
第１図は本発明の一実施例の薄膜超電導体製造用のプラ
ズマ制御型マグネトロンスパッタ装置の基本構成図、第
２図は第１図の装置を用いて印加できる４種類の外部磁
場の様子を示す図、第３図は第１図の装置を用いて外部
磁場を印加せずに被膜を形成した場合の基板付近のプラ
ズマ発光分光スペクトルを示す図、第４図は外部磁場を
印加せずに被膜を形成した場合および第２図の４種類の
外部磁場を印加した場合の抵抗率の温度依存性を示す
図、第５図は多層構造膜作製に用いた複合ターゲットを
示す図、第６図は多層構造膜作製のために印加したミラ
ー磁場を示す図である。 11……ターゲット、12……永久磁石、13……ソレノイド
コイル、14……基板、15……複合化合物被膜、51……複
合化合物被膜形成用ターゲット、52……絶縁性もしくは
金属性被膜形成用ターゲット
ズマ制御型マグネトロンスパッタ装置の基本構成図、第
２図は第１図の装置を用いて印加できる４種類の外部磁
場の様子を示す図、第３図は第１図の装置を用いて外部
磁場を印加せずに被膜を形成した場合の基板付近のプラ
ズマ発光分光スペクトルを示す図、第４図は外部磁場を
印加せずに被膜を形成した場合および第２図の４種類の
外部磁場を印加した場合の抵抗率の温度依存性を示す
図、第５図は多層構造膜作製に用いた複合ターゲットを
示す図、第６図は多層構造膜作製のために印加したミラ
ー磁場を示す図である。 11……ターゲット、12……永久磁石、13……ソレノイド
コイル、14……基板、15……複合化合物被膜、51……複
合化合物被膜形成用ターゲット、52……絶縁性もしくは
金属性被膜形成用ターゲット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＢ (72)発明者 北川 雅俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 和佐 清孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−119667（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−67824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−170475（ＪＰ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】ＡーＢーCuーＯで構成される複合化合物被
膜に対し、その形成時において高周波マグネトロンスパ
ッタ法を用い、外部からターゲットー基板間の空間に磁
場を印加し磁場分布を制御することを特徴とする薄膜超
電導体の製造方法。 ここに、ＡはTl、Bi、Sc、Ｙおよびランタン系列元素
（原子番号57〜71）のうちの少なくとも一種、ＢはII a
族元素のうち少なくとも一種の元素を示す。 - 【請求項２】ターゲット面に垂直な方向の外部磁場を、
裏面に設置されたマグネットによる磁場と、ターゲット
表面中心付近において強め合う向きに印加することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜超電導体の製
造方法。 - 【請求項３】ターゲットに対し平行且つ同心円上の上下
の位置に配置した一対のソレノイドコイルによるミラー
磁場を印加することを特徴とする特許請求の範囲第２項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項４】ターゲットに対し平行且つ同心円上の上下
の位置に配置した一対のソレノイドコイルによるカプス
磁場を印加することを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項５】ＡーＢ−CuーＯで構成される複合化合物被
膜と、絶縁性もしくは金属性被膜に対して、その形成時
において、被膜形成槽外部から磁場を時間的にその大き
さ、方向等を制御して印加することにより、これらを選
択的に積層させることを特徴とする薄膜超電導体の製造
方法。 ここに、ＡはTl、Bi、Sc、Ｙおよびランタン系列元素
（原子番号57〜71）のうちの少なくとも一種、ＢはII a
族元素のうち少なくとも一種の元素を示す。 - 【請求項６】外部から磁場を印加する手段として、少な
くとも一つのソレノイドコイルを用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項記載の薄膜超電導体の製造方
法。 - 【請求項７】被膜の形成方法として、高周波マグネトロ
ンスパッタ法を用い、Ａ−ＢーCuーＯで構成される複合
化合物と、絶縁性もしくは金属性の被膜の材料を同心円
上に配した複合ターゲットを用いて、ターゲットー基板
間の空間に外部磁場を印加することを特徴とする特許請
求の範囲第５項又は第６項記載の薄膜超電導体の製造方
法。 - 【請求項８】ターゲット面に垂直な方向の外部磁場を印
加することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の薄
膜超電導体の製造方法。 - 【請求項９】ターゲットに対し平行且つ同心円上の上下
の位置に配置した一対のソレノイドコイルによるミラー
磁場を印加することを特徴とする特許請求の範囲第８項
記載の薄膜超電導体の製造方法。 - 【請求項１０】ＡーＢーCuーＯで構成される複合化合物
被膜と、絶縁性もしくは金属性被膜に対して、その形成
時において、被膜形成槽外部から磁場を印加できる機能
を有することを特徴とする薄膜超電導体の製造装置。 ここに、ＡはTl、Bi、Sc、Ｙおよびランタン系列元素
（原子番号57〜71）のうちの少なくとも一種、ＢはII a
族元素のうち少なくとも一種の元素を示す。 - 【請求項１１】外部から磁場を印加する手段として、少
なくとも一つのソレノイドコイルを用いることを特徴と
する特許請求の範囲第10項記載の薄膜超電導体の製造装
置。 - 【請求項１２】被膜の形成装置として、高周波マグネト
ロンスパッタ装置を用い、外部からのターゲットー基板
間の空間に磁場を印加し磁場分布を制御できる機能を有
することを特徴とする特許請求の範囲第10項又は第11項
記載の薄膜超電導体の製造装置。 - 【請求項１３】ターゲット面に垂直な方向の外部磁場を
裏面に設置されたマグネットによる磁場と、ターゲット
表面中心付近において強め合う向きに印加できる機能を
有することを特徴とする特許請求の範囲第12項記載の薄
膜超電導体の製造装置。 - 【請求項１４】ターゲットに対し平行且つ同心円上の上
下の位置に一対のソレノイドコイルを配置し、ミラー磁
場およびカプス磁場を印加できる機能を有することを特
徴とする特許請求の範囲第13項記載の薄膜超電導体の製
造装置。 - 【請求項１５】外部磁場の方向、大きさを時間的に制御
して印加することにより、これらを選択的に積層させる
機能を有することを特徴とする特許請求の範囲第10項〜
第14項の何れかに記載の薄膜超電導体の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63240107A JP2537993B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 薄膜超電導体およびその製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63240107A JP2537993B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 薄膜超電導体およびその製造方法および製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0288763A JPH0288763A (ja) | 1990-03-28 |
| JP2537993B2 true JP2537993B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=17054594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63240107A Expired - Fee Related JP2537993B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 薄膜超電導体およびその製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2537993B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3343620B2 (ja) * | 1992-04-09 | 2002-11-11 | アネルバ株式会社 | マグネトロンスパッタリングによる薄膜形成方法および装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0713295B2 (ja) * | 1985-02-22 | 1995-02-15 | 株式会社日立製作所 | スパツタリング装置 |
| JPS62170475A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
| JPS6467824A (en) * | 1987-09-07 | 1989-03-14 | Semiconductor Energy Lab | Forming device for oxide superconducting material |
| JPH01119667A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-11 | Agency Of Ind Science & Technol | スパッタ膜形成装置 |
-
1988
- 1988-09-26 JP JP63240107A patent/JP2537993B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0288763A (ja) | 1990-03-28 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |