JP2716138B2 - Method and apparatus for forming composite oxide superconducting thin film by facing target type sputtering method - Google Patents

Method and apparatus for forming composite oxide superconducting thin film by facing target type sputtering method

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JP2716138B2
JP2716138B2 JP63073517A JP7351788A JP2716138B2 JP 2716138 B2 JP2716138 B2 JP 2716138B2 JP 63073517 A JP63073517 A JP 63073517A JP 7351788 A JP7351788 A JP 7351788A JP 2716138 B2 JP2716138 B2 JP 2716138B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は対向ターゲット式スパッタ法により複合酸化
物超電導薄膜を基板上にas−depo.で形成し得る方法及
び装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus capable of forming a complex oxide superconducting thin film on a substrate as-depo by a facing target type sputtering method.

(従来の技術) 最近、超電導薄膜の研究開発にはめざましいものがみ
られ、真空蒸着、スパッタリング、CVD、スクリーン印
刷等々の方法により超電導性の各種物質が探索されてい
る。
(Related Art) In recent years, remarkable research and development of superconducting thin films have been observed, and various superconducting materials have been searched for by methods such as vacuum evaporation, sputtering, CVD, and screen printing.

特に高温超電導薄膜の材料の研究が著しく、例えば、
Y−Ba−Cu−O系超電導体(YBCO)は、臨界温度90K以
上を示す物質であり、その実用化には弱電、強電両分野
より熱い期待がかけられている。
In particular, research on materials for high-temperature superconducting thin films has been remarkable, for example,
The Y-Ba-Cu-O-based superconductor (YBCO) is a substance having a critical temperature of 90K or more, and its practical application is expected to be hotter than in the fields of both weak electricity and strong electricity.

また、ごく最近では、Bi系のBi−Sr−Ca−O系超電導
体は臨界温度が120Kに達するとの報告もされている。
Also, very recently, it has been reported that the critical temperature of a Bi-based Bi-Sr-Ca-O-based superconductor reaches 120K.

薄膜形成法の代表的な方法の1つであるスパッタリン
グにおいても、超電導体物質の探索と共にスパッタ装置
の実用化に向けて精力的に研究がなされている。
In sputtering, which is one of the typical methods of forming a thin film, intensive research has been conducted toward the practical use of a sputtering apparatus together with the search for a superconductor material.

例えば、スパッタ装置としては、特開昭57−158300号
公報に提案されているように、対向ターゲット式スパッ
タ装置があり、ターゲットのスパッタされる面を広く且
つ均一にしてターゲットの使用効率を向上させ、ターゲ
ットの冷却効率を向上して低温且つ高速に薄膜を形成で
きると共に、外部コイルを設ける必要がなくコンパクト
で安価な装置が開発された。
For example, as a sputtering apparatus, as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-158300, there is a facing target type sputtering apparatus, which widens and uniforms a target surface to be sputtered to improve the use efficiency of the target. In addition, a compact and inexpensive device that can improve the cooling efficiency of the target to form a thin film at a low temperature and at a high speed and that does not require an external coil has been developed.

(発明が解決しようとする課題) しかし乍ら、前記対向ターゲット式スパッタ装置によ
れば、ターゲット材料と薄膜との組成ずれは少なくなる
ものの、セラミック系基板との反応性の問題があり、ま
たas−depo.で超電導薄膜を得るには、少なくとも600℃
以上の高い基板温度を必要とし、またアニールが必要で
ある等の問題もある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, according to the facing target type sputtering apparatus, although the composition deviation between the target material and the thin film is reduced, there is a problem of reactivity with the ceramic substrate, and At least 600 ° C to obtain a superconducting thin film at −depo.
There are also problems such as the need for a high substrate temperature as described above and the need for annealing.

本発明は、前記対向ターゲット式スパッタ法により複
合酸化物超電導薄膜を形成する際の問題点を解決するた
めになされたものであって、ターゲット材料との組成ず
れが少なく、基板との反応性が小さく均一性に優れた複
合酸化物超電導薄膜を簡易なプロセスにより得ることが
できる方法及び装置を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention has been made in order to solve the problem when forming a composite oxide superconducting thin film by the facing target type sputtering method, and has a small composition deviation from a target material and a low reactivity with a substrate. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus capable of obtaining a composite oxide superconducting thin film having a small and excellent uniformity by a simple process.

(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者らは、先の提案に
係る対向ターゲット式スパッタ装置を使用することを前
提として、基板上に、as−depo.で、良好なc軸配向を
有し、高いTc、Jc、Hc2を示す複合酸化物超電導薄膜を
できる限り低い基板温度で形成し得る方式を見い出すべ
く鋭意研究を重ねた。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present inventors assume that the facing target type sputtering apparatus according to the above proposal is used, and as-depo. has good c-axis oriented, superposed high Tc, Jc, intensive research to find a method capable of forming a low substrate temperature as possible a complex oxide superconducting thin film showing the Hc 2.

まず、従来は、基板材料としてSrTiO3、MgO、YSZのよ
うなセラミック系に限られていた点に着目し、Si、SiO2
のようなシリカ系の基板を使用することを試みた。その
結果、半導体である熱酸化Siを基板とすることにより、
ターゲット材料との組成ずれが殆どなく、表面平滑性に
優れた薄膜を基板温度500℃で得られることが判明し
た。しかし、得られた薄膜はすべて絶縁体であった。
First, focusing on the fact that substrate materials were limited to ceramics such as SrTiO 3 , MgO, and YSZ, Si, SiO 2
An attempt was made to use a silica-based substrate such as As a result, by using thermally oxidized Si as a substrate,
It was found that a thin film having excellent surface smoothness with almost no composition deviation from the target material could be obtained at a substrate temperature of 500 ° C. However, all the obtained thin films were insulators.

そこで、これは酸素が膜中に有効に取り込まれていな
いためであると考察し、真空中では基板温度が100℃に
おいても酸素が膜中から抜け出てしまうことを勘案した
結果、基板冷却中の酸素の解離を防ぐために、基板冷却
時に酸素を導入するプロセスをここに確立したものであ
る。
Therefore, we consider that this is because oxygen is not effectively taken into the film, and considering that oxygen escapes from the film even at a substrate temperature of 100 ° C in a vacuum, as a result, In order to prevent dissociation of oxygen, a process for introducing oxygen at the time of cooling the substrate has been established here.

すなわち、要するに、本発明に係る方法は、対向ター
ゲット式スパッタ法により複合酸化物超電導薄膜を基板
上に形成するに際し、ターゲットとして複合酸化物を用
いると共に基板として半導体基板を用い、スパッタによ
る膜形成後、基板冷却時に酸素を導入することにより、
スパッタままで超電導薄膜を得ることを特徴とするもの
であり、更に必要に応じて、得られた薄膜にアニールを
施すことにより超電導性を向上させることを特徴とする
ものである。
That is, in short, the method according to the present invention uses a composite oxide as a target and a semiconductor substrate as a substrate when forming a composite oxide superconducting thin film on a substrate by a facing target type sputtering method. By introducing oxygen during substrate cooling,
The present invention is characterized in that a superconducting thin film is obtained as it is, and that the obtained thin film is annealed to improve superconductivity as necessary.

また、本発明は、陰極となる一対のターゲツトをその
スパッタされる面が空間を隔てて平行に対面するように
設けると共に、該スパッタされる面に垂直な方向の磁界
を発生する磁界発生手段を設け、前記ターゲット間の空
間の側方に該空間に対面するように配置した基板上にス
パッタにより薄膜を形成する構成にした対向ターゲット
式スパッタ装置において、前記磁界発生手段を前記ター
ゲット間のみに発生するように配置すると共に、スパッ
タによる膜形成後の基板冷却時に酸素を導入する手段を
設け、かつ、ターゲット材料として複合酸化物を用い、
基板として半導体基板を用いることを特徴とするもので
ある。
Further, according to the present invention, a pair of targets serving as cathodes are provided so that the surfaces to be sputtered face each other in parallel with a space therebetween, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the surface to be sputtered is provided. In a facing target type sputtering apparatus provided with a configuration in which a thin film is formed by sputtering on a substrate disposed so as to face the space on the side of the space between the targets, the magnetic field generating means is generated only between the targets. A means for introducing oxygen at the time of cooling the substrate after film formation by sputtering is provided, and a composite oxide is used as a target material,
A semiconductor substrate is used as the substrate.

以下に本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

(作用) 第1図は本発明の対向ターゲット式スパッタ装置の概
略を示す図である。
(Operation) FIG. 1 is a view schematically showing a facing target type sputtering apparatus of the present invention.

まず、真空槽1内に一対のターゲットT1、T2をスパッ
タされる面が空間を隔てて平行になるように配置されて
いる。ターゲットホルダー2、3は空洞構造であって絶
縁部材を介して真空槽1に取り付けられていると共に、
冷却水の供給管4a、5a及び排出管4b、5bにより冷却可能
である。
First, a pair of targets T 1 and T 2 are arranged in the vacuum chamber 1 so that the surfaces on which the pair of targets T 1 and T 2 are sputtered are parallel to each other with a space therebetween. The target holders 2 and 3 have a hollow structure and are attached to the vacuum chamber 1 via an insulating member.
The cooling water can be cooled by the supply pipes 4a and 5a and the discharge pipes 4b and 5b.

一方、基板6は両ターゲットの側方に設けた基板ホル
ダー7によりターゲット間の空間の側方に該空間に対面
するように配置されている。この基板ホルダーは基板6
の被着部にヒーター8を有し、基板温度を調節可能とな
っている。
On the other hand, the substrate 6 is arranged on the side of the space between the targets by the substrate holder 7 provided on the side of both targets so as to face the space. This substrate holder is substrate 6
Is provided with a heater 8 so that the substrate temperature can be adjusted.

磁界発生手段は、永久磁石11、12にすると同時に、各
ターゲットの後方のターゲットホルダー内にその磁極に
より形成される磁界がすべてターゲットのスパッタ面の
垂直方向で同じ向きとなるように、かつ、ターゲットの
周辺部に配置してある。したがって、磁界はターゲット
間の空間のみに形成される。
The magnetic field generating means sets the permanent magnets 11 and 12 so that the magnetic fields formed by the magnetic poles in the target holder behind each target are all in the same direction perpendicular to the sputtering surface of the target, and It is located in the periphery of. Therefore, the magnetic field is formed only in the space between the targets.

9は排気系に接続されている排気口、10はスパッタガ
ス導入系に接続されている導入口である。なお、この導
入口10は、酸素導入系にも接続されており、スパッタガ
ス導入系と酸素導入系を切り替え可能となっている。
9 is an exhaust port connected to the exhaust system, and 10 is an inlet connected to the sputtering gas introduction system. The introduction port 10 is also connected to an oxygen introduction system, and can switch between a sputtering gas introduction system and an oxygen introduction system.

第2図は本発明の対向ターゲット式スパッタ法の原理
を説明する図である。2枚のターゲットを向かい合わ
せ、ターゲットに垂直に磁場を印加する。シールドリン
グとターゲットにスパッタ電源よりスパッタ電力を供給
することにより、スパッタが行われる。ターゲットから
放出されたγ電子や負のイオンの大部分は、E×Bドリ
フトにより両ターゲット間の空間に閉じ込められるた
め、プラズマは両ターゲット間の空間に形成される。し
たがって、基板がプラズマに曝されることがないため、
高エネルギー粒子の基板衝突のない状態で成膜が可能で
ある。
FIG. 2 is a view for explaining the principle of the facing target type sputtering method of the present invention. A magnetic field is applied perpendicularly to the two targets with the two targets facing each other. Sputtering is performed by supplying sputter power from the sputter power supply to the shield ring and the target. Most of the γ-electrons and negative ions emitted from the target are confined in the space between both targets due to the E × B drift, so that plasma is formed in the space between both targets. Therefore, since the substrate is not exposed to the plasma,
It is possible to form a film without high energy particles colliding with the substrate.

このことによって、他のスパッタ法と比較して、低い
基板温度で表面平滑性に優れた組成ずれの殆どない薄膜
が得られる。
As a result, a thin film having excellent surface smoothness and having almost no composition deviation can be obtained at a lower substrate temperature as compared with other sputtering methods.

しかも、本発明では、ターゲットとして複合酸化物を
用い、基板として半導体基板(例、表面熱酸化Si)を用
いるが、得られた薄膜は、膜中原子と基板原子との相互
拡散の問題はない。
Moreover, in the present invention, a composite oxide is used as a target, and a semiconductor substrate (eg, surface thermally oxidized Si) is used as a substrate, but the obtained thin film has no problem of interdiffusion between atoms in the film and substrate atoms. .

ターゲット材料としては、超電導性を示す種々の複合
酸化物及び組成を用いることが可能である。例えば、Y
−Ba−Cu−O系の場合、Y:Ba:Cu=1:2:3、Bi−Sr−Ca−
Cu−O系の場合、Bi:Sr;Ca:Cu=1:2:3:4、1:1:1:1、1:
1:1:2などの組成比のものを挙げることができる。
As the target material, various composite oxides and compositions exhibiting superconductivity can be used. For example, Y
In the case of -Ba-Cu-O system, Y: Ba: Cu = 1: 2: 3, Bi-Sr-Ca-
In the case of Cu-O system, Bi: Sr; Ca: Cu = 1: 2: 3: 4, 1: 1: 1: 1, 1:
Those having a composition ratio such as 1: 1: 2 can be mentioned.

第3図は本発明の対向ターゲット式スパッタ法による
複合酸化物超電導薄膜の形成プロセスの一例を示してお
り、第1図に示したスパッタ装置において、真空槽を排
気後、所定の基板温度に設定し、スパッタガス(例、Ar
+O2)を導入した後、プレスパッタを所定時間行い、次
いでメインスパッタを行った後、スパッタガスの導入を
停止し、酸素ガスを導入しつつ基板を冷却し、ベーキン
グ後、試料を取り出す。なお、スパッタ条件は特に制限
されない。
FIG. 3 shows an example of a process for forming a composite oxide superconducting thin film by the opposed target type sputtering method of the present invention. In the sputtering apparatus shown in FIG. 1, after evacuation of the vacuum chamber, a predetermined substrate temperature was set. And a sputtering gas (eg, Ar
After introducing + O 2 ), pre-sputtering is performed for a predetermined time, and then main sputtering is performed. Then, introduction of sputter gas is stopped, the substrate is cooled while introducing oxygen gas, and the sample is taken out after baking. The sputtering conditions are not particularly limited.

(実施例) 次に本発明の実施例を示す。(Example) Next, an example of the present invention will be described.

実施例1 第1図に示した対向ターゲット式スパッタ装置におい
て、ターゲツトにY:Ba:Cu=1:2:3の組成比を有するもの
を使用し、基板に表面熱酸化Siを使用して、第3図に示
すプロセスによりY1Ba2Cu3O7−δ超電導薄膜を形成し
た。
Example 1 In the facing target type sputtering apparatus shown in FIG. 1, a target having a composition ratio of Y: Ba: Cu = 1: 2: 3 was used, and a surface thermally oxidized Si was used as a substrate. A Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-δ superconducting thin film was formed by the process shown in FIG.

第4図は得られた薄膜におけるc面配向指数f00lの基
板温度(Ts)に対する変化を示したものである。c面配
向指数1のとき完全にc面配向であり、0のときランダ
ム配向であるから、同図より、480〜500℃までの20℃と
いう狭い範囲でランダム配向からc面配向へと遷移して
いることがわかる。マグネトロンスパッタ法等ではエピ
タキシャル的な成長が期待できるセラミック基板を使用
した時でさえc面配向膜を得るには600℃以上の基板温
度Tsが必要であり、本例で使用した基板は非晶質である
ことを考えると、この基板温度Tsの減少は、高エネルギ
ー粒子の基板衝突が他の方法よりも非常に少ないことに
よるものである。
FIG. 4 shows the change of the c-plane orientation index f 00l in the obtained thin film with respect to the substrate temperature (Ts). When the c-plane orientation index is 1, it is completely c-plane orientation, and when it is 0, it is random orientation. Therefore, as shown in FIG. You can see that it is. In a magnetron sputtering method or the like, a substrate temperature Ts of 600 ° C. or more is required to obtain a c-plane oriented film even when a ceramic substrate that can be expected to grow epitaxially is used. In view of this, the decrease in the substrate temperature Ts is due to the fact that the energetic particles collide with the substrate much less than the other methods.

第5図は膜組成の基板温度(Ts)依存性を示したもの
であり、他のスパッタ法と比較すると組成ずれは非常に
少ないことがわかる。
FIG. 5 shows the dependence of the film composition on the substrate temperature (Ts), and it can be seen that the composition deviation is very small as compared with other sputtering methods.

第6図は酸素導入圧とc軸長の関係を示したものであ
り、明らかに酸素導入を行うことによりc軸の縮小が起
きており、膜中の酸素量とc軸長は負の相関にあり、酸
素導入により膜中に酸素が有効に取り込まれていること
を示している。事実、酸素導入した膜は室温での抵抗率
が極端に減少し、数〜数十mΩ・cmの値を示すようにな
った。なお、酸素導入圧は1〜100×10-6Torrが適当で
ある。
FIG. 6 shows the relationship between the oxygen introduction pressure and the c-axis length. It is apparent that the c-axis is reduced by introducing oxygen, and the oxygen amount in the film and the c-axis length are negatively correlated. Shows that oxygen is effectively taken into the film by oxygen introduction. In fact, the oxygen-introduced film exhibited a drastic decrease in resistivity at room temperature, and showed a value of several to several tens mΩ · cm. Incidentally, the oxygen introduction pressure is suitably from 1 to 100 × 10 −6 Torr.

なお、c軸長の大きさは基板冷却速度にも依存し、第
7図に示すように、基板冷却速度が速いほどc軸は短く
なることがわかる。
Note that the magnitude of the c-axis length also depends on the substrate cooling rate, and as shown in FIG. 7, it can be seen that the c-axis becomes shorter as the substrate cooling rate increases.

このように、基板冷却時に酸素を導入することによ
り、得られた薄膜はc軸が短くなり、膜中の酸素量の減
少を防ぐことができ、超電導を示すようになる。
As described above, by introducing oxygen at the time of cooling the substrate, the obtained thin film has a short c-axis, can prevent a decrease in the amount of oxygen in the film, and exhibits superconductivity.

第8図は得られた薄膜の抵抗率の温度変化を示したも
ので、膜組成はY:Ba:Cu=1:2.19:3.05であり、Tc(オン
セット)=70K、Tc(ゼロ)=32K、ΔTc=38Kを示し
た。
FIG. 8 shows the temperature change of the resistivity of the obtained thin film. The film composition is Y: Ba: Cu = 1: 2.19: 3.05, Tc (onset) = 70K, Tc (zero) = 32K and ΔTc = 38K were shown.

第9図は膜の深さ方向のオージェプロファイルであ
り、明らかに膜中原子と基板のSiとの相互拡散は起こっ
ていないことがわかる。
FIG. 9 shows the Auger profile in the depth direction of the film, and it is apparent that no interdiffusion between atoms in the film and Si of the substrate has occurred.

実施例2 実施例1で得られた超電導薄膜について、種々の温度
でアニールを施した。アニールは1気圧の酸素雰囲気
で、500℃から900℃で1時間保持し、その後400℃で4
時間保持した。
Example 2 The superconducting thin film obtained in Example 1 was annealed at various temperatures. Annealing is performed in an oxygen atmosphere of 1 atm at 500 ° C to 900 ° C for 1 hour, and then at 400 ° C for 4 hours.
Hold for hours.

第10図はc軸長のアニール温度(Ta)依存性を示して
おり、c軸長はアニール温度の上昇と共に大きくなって
いる。各アニール温度(500℃、600℃、700℃、800℃、
900℃、)での膜の抵抗率の温度変化は、第11図〜第14
図に示すように、Ta=500℃ではas−depo.の膜よりTcは
向上しているが、アニール温度の上昇と共に超電導性が
劣化し、Ta=900℃では常温での抵抗が10MΩ以上であ
り、絶縁体となった。
FIG. 10 shows the dependence of the c-axis length on the annealing temperature (Ta), and the c-axis length increases as the annealing temperature increases. Each annealing temperature (500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 800 ℃,
The temperature change of the resistivity of the film at 900 ° C,
As shown in the figure, at Ta = 500 ° C., the Tc is higher than that of the as-depo. Film, but the superconductivity deteriorates as the annealing temperature rises. At Ta = 900 ° C., the resistance at room temperature is 10 MΩ or more. Yes, it became an insulator.

このように、Ta=500℃でTcが向上したのはアニール
により膜が酸素を取り込んだためと考えられ、適当なア
ニール処理を施すことにより膜の超電導性を向上させる
ことができる。しかし、過剰なアニール温度の上昇は膜
と基板との反応を促進し、超電導性を劣化させる。
As described above, the reason why Tc was improved at Ta = 500 ° C. is considered to be that the film took in oxygen by annealing, and the superconductivity of the film can be improved by performing an appropriate annealing treatment. However, an excessive increase in the annealing temperature promotes the reaction between the film and the substrate and deteriorates the superconductivity.

なお、上記実施例ではYBCO超電導薄膜の例を示した
が、超電導性を示す他の複合酸化物の薄膜形成も同様に
可能である。
In the above embodiment, an example of a YBCO superconducting thin film is shown, but a thin film of another composite oxide having superconductivity can be similarly formed.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、ターゲット材
料との組成ずれが少なく、基板との反応性が殆どなく均
一性に優れ、表面平滑性に優れた複合酸化物超電導薄膜
をas−depo.ままで得ることができる。しかもスパッタ
後に適当なアニールを施すと超電導性を更に向上させる
ことも可能である。特に高温超電導薄膜の形成に有効で
ある。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the composite oxide superconductivity having a small composition deviation from the target material, little reactivity with the substrate, excellent uniformity, and excellent surface smoothness. A thin film can be obtained as-depo. In addition, superconductivity can be further improved by performing appropriate annealing after sputtering. It is particularly effective for forming a high-temperature superconducting thin film.

また、そのためのスパッタ装置は複雑な電源装置等が
不要となり、装置全体の信頼性が向上し安価である。
Further, a complicated power supply device or the like is not required for the sputtering device for that purpose, and the reliability of the entire device is improved and the device is inexpensive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の対向ターゲット式スパッタ装置の一例
を示す説明図、 第2図は本発明による対向ターゲット式スパッタ法の原
理を示す説明図、 第3図は本発明による複合酸化物超電導薄膜の形成プロ
セスを示す図、 第4図はc面配向指数の基板温度依存性を示す図、 第5図は膜組成の基板温度依存性を示す図、 第6図はc軸長の酸素導入圧依存性を示す図、 第7図はc軸長の基板冷却速度依存性を示す図、 第8図はas−depo.での膜の抵抗率の温度変化を示す
図、 第9図は膜の深さ方向のオージェプロファイルを示す
図、 第10図はc軸長のアニール温度依存性を示す図、 第11図〜第14図はそれぞれ異なるアニール温度での膜の
抵抗率の温度変化を示す図である。 1……真空槽、2、3……ターゲットホルダー、4a、5a
……冷却水供給管、4b、5b……冷却水排出管、6……基
板、7……基板ホルダー、8……ヒーター、9……排気
口、10……スパッタガス、酸素導入口、11、12……永久
磁石、13、14……シールドリング、T1、T2……ターゲッ
ト。
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a facing target type sputtering apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing the principle of the facing target type sputtering method according to the present invention, and FIG. 3 is a composite oxide superconducting thin film according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the substrate temperature dependence of the c-plane orientation index, FIG. 5 is a diagram showing the substrate temperature dependence of the film composition, and FIG. 6 is an oxygen introduction pressure of the c-axis length. FIG. 7 is a diagram showing the dependence of the c-axis length on the substrate cooling rate, FIG. 8 is a diagram showing the temperature change of the resistivity of the film at as-depo. FIG. FIG. 10 shows the Auger profile in the depth direction. FIG. 10 shows the dependence of the c-axis length on the annealing temperature. FIGS. 11 to 14 show the temperature change of the resistivity of the film at different annealing temperatures. It is. 1 ... Vacuum chamber, 2, 3 ... Target holder, 4a, 5a
... cooling water supply pipe, 4b, 5b ... cooling water discharge pipe, 6 ... substrate, 7 ... substrate holder, 8 ... heater, 9 ... exhaust port, 10 ... sputter gas, oxygen introduction port, 11 , 12… permanent magnet, 13, 14… shield ring, T 1 , T 2 … target.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】陰極となる一対のターゲットをそのスパッ
タされる面が空間を隔てて平行に対面するように設ける
対向ターゲット式スパッタ法により複合酸化物超電導薄
膜を基板上に形成するに際し、ターゲットとして複合酸
化物を用いると共に基板として半導体基板を用い、磁界
発生手段によりターゲットのスパッタされる面に垂直な
方向の磁界を対向するターゲット間の空間のみに発生さ
せ、基板は、対向するターゲット間の空間を側方であっ
てこの空間に直交対面し、ターゲット間の空間からは離
れた位置に配置し、スパッタによる膜形成後、基板冷却
時に酸素を導入することにより、超電導薄膜を得ること
を特徴とする対向ターゲット式スパッタ法による複合酸
化物超電導薄膜の形成方法。
1. A composite oxide superconducting thin film is formed on a substrate by a facing target sputtering method in which a pair of targets serving as cathodes are provided so that their surfaces to be sputtered face each other in parallel with a space therebetween. Using a composite oxide and a semiconductor substrate as the substrate, a magnetic field in a direction perpendicular to the surface to be sputtered by the magnetic field generating means is generated only in the space between the opposing targets, and the substrate is formed in the space between the opposing targets. Is characterized by obtaining a superconducting thin film by introducing oxygen at the time of cooling the substrate after the film is formed by sputtering, and is disposed at a position distant from the space between the targets at the side and orthogonally facing this space. Of forming a composite oxide superconducting thin film by facing target type sputtering method.
【請求項2】ターゲットとしての複合酸化物がY−Ba−
Cu−O系複合酸化物であり、基板が熱酸化Si基板である
請求項1記載の複合酸化物超電導薄膜の形成方法。
2. The composite oxide as a target is Y-Ba-
The method for forming a composite oxide superconducting thin film according to claim 1, wherein the substrate is a Cu-O-based composite oxide and the substrate is a thermally oxidized Si substrate.
【請求項3】請求項1または2記載の方法により得られ
た薄膜にアニールを施す複合酸化物超電導薄膜の形成方
法。
3. A method for forming a composite oxide superconducting thin film, wherein the thin film obtained by the method according to claim 1 is annealed.
【請求項4】陰極となる一対のターゲットをそのスパッ
タされる面が空間を隔てて平行に対面するように設ける
と共に、ターゲットのスパッタされる面に垂直な方向の
磁界を発生する磁界発生手段を設け、対向するターゲッ
ト間の空間からは離れたその側方にこの空間に直交対面
するように配置した基板上にスパッタにより薄膜を形成
する構成にした対向ターゲット式スパッタ装置におい
て、磁界発生手段は、対向するターゲット間の空間のみ
に磁界を発生するように配置すると共に、スパッタによ
る膜形成後の基板冷却時に酸素を導入する手段を設け、
かつ、ターゲット材料として複合酸化物を用い、基板と
して半導体基板を用いることを特徴とする複合酸化物超
電導薄膜を形成するための対向ターゲット式スパッタ装
置。
4. A pair of targets serving as cathodes are provided so that their sputtered surfaces face in parallel with a space therebetween, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the sputtered surfaces of the targets is provided. In a facing target type sputtering apparatus having a configuration in which a thin film is formed by sputtering on a substrate disposed so as to be orthogonal to this space on the side thereof away from the space between the facing targets, and the magnetic field generating means, Along with disposing so as to generate a magnetic field only in the space between the opposing targets, a means for introducing oxygen during substrate cooling after film formation by sputtering is provided,
A facing target type sputtering apparatus for forming a composite oxide superconducting thin film, wherein a composite oxide is used as a target material and a semiconductor substrate is used as a substrate.
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