JP3253295B2 - Manufacturing method of oxide thin film - Google Patents

Manufacturing method of oxide thin film

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、化学的気相成長法による酸化物薄膜の製造
方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for producing an oxide thin film by a chemical vapor deposition method.

(従来の技術) 近年、YBa2Cu3O7-y、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3
Oy等に代表される酸化物超電導体が発見され注目を集め
ている。従来の超電導体はNb3Geのように金属間化合物
であり、その超電導体特性の指標である臨界温度(Tc)
は23Kに過ぎず、高価な液体ヘリウム(4.2K)による冷
却下でしか超電導性を示さないため、超電導体の用途が
著しく制限されていた。これに対して、上記酸化物超電
導体のTcは100Kを超えるものもあり、工業的に安価に製
造されている液体窒素(77K)による冷却下で超電導性
を示すため、従来からの用途は勿論のこと、77Kで動作
する超高速論理デバイスへの応用を含めた新しい用途が
提案され始めている。
(Prior art) In recent years, YBa 2 Cu 3 O 7-y , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 , Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3
Oxide superconductor represented by O y or the like has attracted discovered attention. Conventional superconductors are intermetallic compounds such as Nb 3 Ge, and their critical temperature (Tc)
Is only 23K, and exhibits superconductivity only under cooling with expensive liquid helium (4.2K), which severely limits the use of superconductors. On the other hand, the above oxide superconductor has a Tc of more than 100K, and exhibits superconductivity under cooling by liquid nitrogen (77K), which is industrially manufactured at low cost, so that it can be used not only for conventional applications but also for conventional applications. New applications have begun to be proposed, including applications to ultra-high-speed logic devices operating at 77K.

ところで、酸化物超電導体を工業的に使用するために
は、組成の制御された欠陥の少ない酸化物結晶を再現性
よく作製することが不可欠であり、特に超高速論理デバ
イス等に適用するには、酸化物単結晶の平坦な薄膜が必
要不可欠になる。
By the way, in order to use an oxide superconductor industrially, it is indispensable to produce an oxide crystal having a controlled composition and few defects with good reproducibility. In addition, a flat thin film of an oxide single crystal is indispensable.

酸化物超電導体薄膜の作製には、一般的にスパッタリ
ングや電子ビーム蒸着等の物理的手法が用いられてい
る。これらの手法は、比較的単純な装置で薄膜が得られ
るものの、酸化物超電導体を構成する元素の供給量を独
立に制御することが難しいこと、上記構成元素供給量が
スパッタリングターゲットや蒸発源の形状に左右される
こと等により、所望の組成の酸化物超電導体薄膜を再現
性よく堆積させることが困難であるという問題がある。
In general, a physical method such as sputtering or electron beam evaporation is used for producing an oxide superconductor thin film. Although these methods can obtain a thin film with a relatively simple apparatus, it is difficult to independently control the supply amounts of the elements constituting the oxide superconductor. There is a problem that it is difficult to deposit an oxide superconductor thin film having a desired composition with good reproducibility, depending on the shape and the like.

これに対して、化学的気相成長法いわゆるCVD法は、
上記した物理的気相成長法とは異なり、酸化物超電導体
を構成する元素を含む各原料の供給量を独立に精密制御
できるため、薄膜組成の制御性が向上するとして、最近
活発に開発が進められている。
In contrast, the chemical vapor deposition method, the so-called CVD method,
Unlike the above-mentioned physical vapor deposition method, since the supply amount of each raw material including the elements constituting the oxide superconductor can be precisely controlled independently, the development of the thin film composition has been actively pursued recently. Is underway.

例えばMOCVD法によって、Y−Ba−Cu−O系、Bi−Sr
−Ca−Cu−O系、Tl−Ba−Ca−Cu−O系等の酸化物超電
導体薄膜を成膜するためには、用いられる有機金属原料
の蒸気圧が低いことから、原料を加熱することによって
蒸気圧を高め、供給する原料の濃度を上げて実用的な成
膜速度を得ていた。しかし、成膜速度を速めるために、
原料の加熱温度を上げると、原料の劣化、変質が起こる
という問題があった。
For example, Y-Ba-Cu-O system, Bi-Sr
In order to form an oxide superconductor thin film such as -Ca-Cu-O-based or Tl-Ba-Ca-Cu-O-based, since the vapor pressure of the organometallic raw material used is low, the raw material is heated. As a result, the vapor pressure is increased, and the concentration of the raw material to be supplied is increased to obtain a practical deposition rate. However, in order to increase the deposition rate,
When the heating temperature of the raw material is increased, there is a problem that the raw material is deteriorated or deteriorated.

また、従来のMOCVD法においては、金属組成の制御は
有機金属原料の温度と原料ガスの流量を変えて、原料の
供給量を変化させることによって行っていた。ここで、
原料の加熱温度のみによって組成の制御を行った場合、
原料ガスの蒸気圧は加熱温度に対して指数関数的に変化
するため、精密な組成制御は困難となってしまう。その
ため、より精密な組成の制御を行うためには原料流量に
よる制御が不可欠となる。しかし、反応管内を減圧にし
て成長を行った場合、原料流量によって組成の制御を行
おうとすると、原料流量の変化に伴って原料容器内の圧
力が変化するため、原料の濃度が変化し、堆積膜の組成
の制御が困難となるという問題を抱えていた。
Further, in the conventional MOCVD method, the control of the metal composition has been performed by changing the temperature of the organic metal raw material and the flow rate of the raw material gas to change the supply amount of the raw material. here,
When the composition is controlled only by the heating temperature of the raw material,
Since the vapor pressure of the raw material gas changes exponentially with respect to the heating temperature, precise composition control becomes difficult. Therefore, in order to control the composition more precisely, it is essential to control the flow rate of the raw material. However, when the growth is performed by reducing the pressure in the reaction tube, if the composition is controlled by the flow rate of the raw material, the pressure in the raw material container changes with the change in the flow rate of the raw material. There is a problem that it is difficult to control the composition of the film.

(発明が解決しようとする課題) 上述したように、従来のCVD法では、酸化物超電導体
薄膜を堆積させる際に、有機金属原料の蒸気圧を高める
ために、原料の加熱温度を高くすると原料の劣化が起こ
り、また反応管内を減圧して成膜する場合には、原料温
度と原料流量を変化させることによって堆積膜の組成を
制御しようとしても、原料容器内の圧力が変化するた
め、供給する原料の濃度が変化して組成の制御が困難と
なるという問題を有していた。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional CVD method, when depositing an oxide superconductor thin film, in order to increase the vapor pressure of the organometallic material, the heating temperature of the material is increased. When the film is formed under reduced pressure in the reaction tube, even if the composition of the deposited film is controlled by changing the raw material temperature and the raw material flow rate, the pressure in the raw material container changes. In addition, there is a problem that the concentration of the starting material changes and it becomes difficult to control the composition.

本発明は、このような課題に対処するためになされた
もので、有機金属等の原料の劣化を防ぐと共に、堆積膜
の組成制御性を向上させ、再現性よく酸化物の単結晶薄
膜を製造することが可能な酸化物薄膜の製造方法を提供
することを目的とするものである。
The present invention has been made in order to address such problems, and it is possible to prevent deterioration of raw materials such as organometallics, improve the composition controllability of a deposited film, and produce a single-crystal oxide thin film with good reproducibility. It is an object of the present invention to provide a method for producing an oxide thin film that can be performed.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち本発明は、基板を収容した反応容器内に、複
数の原料容器から酸化物を構成する各金属元素を含む複
数の原料をそれぞれ加熱することにより複数の原料ガス
を供給し、前記基板上に前記酸化物の結晶を化学的気相
成長法により堆積させて酸化物薄膜を製造するにあた
り、前記複数の原料容器に対してそれぞれ容器内を減圧
する機構を設け、これら各減圧機構により前記複数の原
料容器内の圧力を大気圧以下の減圧状態とすると共に、
前記複数の原料をそれぞれ加熱することにより、前記反
応容器内に供給する前記複数の原料ガスの各供給濃度に
基づいて前記酸化物を構成する金属元素の組成を制御す
ることを特徴としている。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, according to the present invention, a plurality of raw materials containing respective metal elements constituting an oxide are heated from a plurality of raw material containers in a reaction container containing a substrate. By supplying a plurality of source gases by this, the crystal of the oxide is deposited on the substrate by a chemical vapor deposition method to produce an oxide thin film, the inside of the container for each of the plurality of source containers A pressure reducing mechanism is provided, and the pressure in the plurality of raw material containers is reduced to a pressure lower than the atmospheric pressure by each of these pressure reducing mechanisms,
By heating the plurality of raw materials, the composition of the metal element constituting the oxide is controlled based on the supply concentrations of the plurality of raw material gases supplied into the reaction vessel.

(作 用) 本発明の酸化物薄膜の製造方法においては、複数の原
料容器を加熱すると共に、各原料容器内の圧力をそれぞ
れに設けた減圧機構で一定の減圧状態に保つことによ
り、酸化物を構成する金属元素を含む各原料の蒸発性を
高めている。これらにより、複数の有機金属原料(原料
ガス)の供給濃度を原料流量を変化させることなく制御
することが可能となり、堆積膜の組成制御性が向上す
る。よって、再現性よく酸化物の単結晶薄膜を得ること
が可能となる。また、原料容器内の減圧を併用すること
により、原料劣化を招くことなく、実用的な成膜速度が
得られる。
(Operation) In the method for producing an oxide thin film of the present invention, a plurality of raw material containers are heated, and the pressure in each raw material container is maintained at a constant reduced pressure by a pressure reducing mechanism provided for each of the raw material containers. Is improved in the evaporability of each raw material containing a metal element. Thus, it becomes possible to control the supply concentration of the plurality of organometallic raw materials (source gases) without changing the flow rates of the raw materials, and the composition controllability of the deposited film is improved. Therefore, a single-crystal oxide thin film can be obtained with high reproducibility. Further, by using the reduced pressure in the raw material container together, a practical film forming rate can be obtained without deteriorating the raw material.

(実施例) 以下、本発明の酸化物薄膜の製造方法をBi−Sr−Ca−
Cu−O系酸化物超電導体薄膜の製造に適用した一実施例
について、図面を参照して説明する。
(Examples) Hereinafter, the method for producing an oxide thin film of the present invention is described as Bi-Sr-Ca-
An example applied to the production of a Cu—O-based oxide superconductor thin film will be described with reference to the drawings.

第1図は、この実施例に使用したCVD気相成長装置の
構成を示す模式図である。同図において、1、2、3、
4はそれぞれ原料容器であり、Bi系酸化物超電導体の構
成金属元素であるBi、Sr、CaおよびCuの有機金属原料と
して、Bi(C6H5、Sr(DPM)、Ca(DPM)、CU
(DPM)、(DPM=C11H19O12)がそれぞれ収容されて
いる。各原料容器1、2、3、4はそれぞれステンレス
製であって、図示を省略したマントルヒータによって覆
われており、設定温度の±0.5℃以内の一定の温度に加
熱制御することが可能とされている。なお、Bi、Sr、C
a、Cuの各原料容器1、2、3、4は、それぞれ70〜100
℃、200〜230℃、190〜210℃、100〜120℃に加熱した。
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a CVD apparatus used in this embodiment. In the figure, 1, 2, 3,
Reference numerals 4 denote raw material containers, respectively, which are Bi (C 6 H 5 ) 3 , Sr (DPM) 2 , and Ca (Org) as organic metal raw materials for Bi, Sr, Ca and Cu which are constituent metal elements of the Bi-based oxide superconductor. DPM) 2 , CU
(DPM) 2 and (DPM = C 11 H 19 O 12 ) are accommodated respectively. Each of the raw material containers 1, 2, 3, and 4 is made of stainless steel, and is covered with a mantle heater (not shown), so that heating can be controlled to a fixed temperature within ± 0.5 ° C. of a set temperature. ing. Note that Bi, Sr, C
a, Cu raw material containers 1, 2, 3, and 4 are 70 to 100 respectively.
C., 200-230.degree. C., 190-210.degree. C., 100-120.degree.

また、各原料容器1、2、3、4には、それぞれ高純
度アルゴンガス供給源5に接続されたキャリアガス配管
系6、7、8、9が挿入されており、各キャリアガス配
管系6、7、8、9にはマスフローコントローラ10、1
1、12、13および圧力計14、15、16、17がそれぞれ介挿
されている。高純度アルゴンガス供給源5は、マスフロ
ーコントローラ18が介挿された置換ガス供給配管系19に
より、反応炉20にも直接接続されている。
Carrier gas piping systems 6, 7, 8, and 9 connected to a high-purity argon gas supply source 5 are inserted into the raw material containers 1, 2, 3, and 4, respectively. , 7, 8, and 9 have mass flow controllers 10, 1
1, 12, 13 and pressure gauges 14, 15, 16, 17 are inserted respectively. The high-purity argon gas supply source 5 is also directly connected to a reaction furnace 20 by a replacement gas supply piping system 19 in which a mass flow controller 18 is interposed.

各原料容器1、2、3、4からの原料ガス供給配管系
21、22、23、24は、それぞれ反応炉20に接続されてお
り、その途中にはニードルバルブ25、26、27、28が介挿
され、これらニードルバルブ25、26、27、28の開閉度を
調節することによって、各原料容器1、2、3、4内の
圧力を設定値の±0.1Torr以内に制御することが可能と
されている。なお、上記原料ガス供給配管系21、22、2
3、24は、原料蒸気が凝結しないように、図示を省略し
たヒータによって一定温度例えば250℃に保温されてい
る。
Source gas supply piping system from each source container 1, 2, 3, 4
21, 22, 23, and 24 are connected to the reaction furnace 20, respectively, and needle valves 25, 26, 27, and 28 are interposed therebetween, and the degree of opening and closing of the needle valves 25, 26, 27, and 28 is provided. By adjusting the pressure, it is possible to control the pressure in each of the raw material containers 1, 2, 3, and 4 to within ± 0.1 Torr of a set value. The source gas supply piping systems 21, 22, 2
The heaters 3 and 24 are kept at a constant temperature, for example, 250 ° C. by a heater (not shown) so that the raw material vapor does not condense.

なお、この実施例のCVD気相成長装置では、原料容器
1、2、3、4内を減圧するための機構として、減圧さ
れる反応炉20に接続された原料ガス供給配管系21、22、
23、24に介挿されたニードルバルブ25、26、27、28を採
用したが、例えば各原料容器に排気系を付加する等、各
種の機構を用いることが可能である。
In the CVD apparatus of this embodiment, as a mechanism for depressurizing the inside of the source containers 1, 2, 3, and 4, the source gas supply piping systems 21, 22, connected to the depressurized reaction furnace 20,
Although the needle valves 25, 26, 27, 28 interposed between 23 and 24 are employed, various mechanisms such as adding an exhaust system to each raw material container can be used.

そして、各原料容器1、2、3、4内を所定の温度に
加熱すると共に、各ニードルバルブ25、26、27、28の調
節によって所定の減圧状態とすることによって、各有機
金属原料の蒸気を発生させ、各原料ガス供給配管系21、
22、23、24から反応炉20内に各有機金属原料蒸気を供給
するよう構成されている。なお、各原料容器1、2、
3、4内の圧力は、上記キャリアガス配管系6、7、
8、9に介挿された圧力計14、15、16、17によってモニ
ターされ、所定の減圧状態に制御される。
Then, the inside of each of the raw material containers 1, 2, 3, and 4 is heated to a predetermined temperature, and each of the needle valves 25, 26, 27, and 28 is adjusted to a predetermined decompressed state. And each source gas supply piping system 21,
It is configured to supply each organometallic raw material vapor into the reaction furnace 20 from 22, 23, and 24. In addition, each raw material container 1, 2,
The pressure in 3, 4 is the carrier gas piping system 6, 7,
The pressure is monitored by pressure gauges 14, 15, 16, 17 inserted in 8, 9 and controlled to a predetermined reduced pressure state.

一方、反応ガスとなる酸素ガスの供給源29は、マスフ
ローコントローラ30が介挿された反応ガス供給配管系31
によって反応炉20に接続されている。
On the other hand, the supply source 29 of the oxygen gas serving as the reaction gas is a reaction gas supply piping system 31 in which the mass flow controller 30 is inserted.
Connected to the reaction furnace 20.

なお、各原料ガス供給配管系21、22、23、24および反
応ガス供給配管系31には、それぞれ空気作動による三方
弁32、33、34、35、36が介挿されており、その開閉は電
磁弁により電気的に駆動される。上記三方弁32、33、3
4、35、36は、原料蒸気や反応ガスを反応炉20に送り込
む流路と外部に排出する流路である排気経路37とを切り
替える役割を有している。上記電磁弁は全てシーケンス
コントローラにより統括されており、各三方弁32、33、
34、35、36の開閉タイミングと保持時間を予めプログラ
ムすることが可能とされている。
In addition, pneumatically operated three-way valves 32, 33, 34, 35, and 36 are interposed in the source gas supply piping systems 21, 22, 23, and 24 and the reaction gas supply piping system 31, respectively. It is electrically driven by a solenoid valve. Three-way valve 32, 33, 3
Reference numerals 4, 35, and 36 have a role of switching between a flow path for feeding the raw material vapor or the reaction gas into the reaction furnace 20 and an exhaust path 37 that is a flow path for discharging to the outside. The above solenoid valves are all controlled by a sequence controller, and each three-way valve 32, 33,
The opening / closing timing and holding time of 34, 35, 36 can be programmed in advance.

反応炉20は、ヒータ38により外部加熱され、その内部
には黒鉛表面をシリコンカーバイトで被覆した試料載置
台39が配置されており、この試料載置台39上に薄膜成長
用単結晶基板40が載置される。また、反応炉20内は、ロ
ータリーポンプ41により減圧され、炉内圧力は反応炉20
に付随した圧力計42によりモニターされ、一定に保たれ
るように構成されている。
The reaction furnace 20 is externally heated by a heater 38, and a sample mounting table 39 having a graphite surface coated with silicon carbide is disposed therein, and a single crystal substrate 40 for thin film growth is placed on the sample mounting table 39. Is placed. The pressure inside the reaction furnace 20 is reduced by a rotary pump 41, and the pressure inside the reaction furnace 20 is reduced.
The pressure is monitored by a pressure gauge 42 attached to and is maintained at a constant value.

次に、上記気相成長装置を用いたBi−Sr−Ca−Cu−O
系薄膜の成長法の一実施例について述べる。
Next, Bi-Sr-Ca-Cu-O using the above-mentioned vapor phase growth apparatus was used.
An example of a method for growing a system thin film will be described.

まず、有機洗浄により表面を清浄化した(100)方位
のMgO単結晶基板40を試料載置台39上に載置する。反応
炉20には、高純度アルゴンガス供給源5から置換ガス供
給配管系19を通じて高純度アルゴンガスを供給し、反応
炉20内の空気を置換する。次いで、ロータリーポンプ41
を作動させ、圧力計42を見ながら反応炉20内の圧力を10
Torrに調節する。その後、酸素ガス供給源29から高純度
酸素ガスを反応ガス供給配管系31を通じて供給すると共
に、ヒータ38により試料載置台39および単結晶基板40を
500℃〜950℃の範囲の所定の温度に加熱し、単結晶基板
40の表面の清浄化を行う。
First, a (100) oriented MgO single crystal substrate 40 whose surface has been cleaned by organic cleaning is mounted on a sample mounting table 39. High-purity argon gas is supplied to the reaction furnace 20 from the high-purity argon gas supply source 5 through a replacement gas supply piping system 19 to replace the air in the reaction furnace 20. Next, the rotary pump 41
And adjust the pressure in the reactor 20 to 10 while watching the pressure gauge 42.
Adjust to Torr. Thereafter, high-purity oxygen gas is supplied from the oxygen gas supply source 29 through the reaction gas supply piping system 31, and the sample mounting table 39 and the single crystal substrate 40 are heated by the heater 38.
Heat to a predetermined temperature in the range of 500 ° C to 950 ° C,
Clean 40 surfaces.

酸素ガスの供給停止は、三方弁36をすばやく切り替え
て排気経路37に排出することにより行い、流路遮断によ
る一時的な流量変動を少なくするようにした。
The supply of the oxygen gas was stopped by quickly switching the three-way valve 36 and discharging the exhaust gas to the exhaust path 37 so as to reduce the temporary flow rate fluctuation due to the cutoff of the flow path.

一方、単結晶基板40の表面清浄化を実施している間
に、高純度アルゴンガス供給源5からマスフローコント
ローラ10、11、12、13を経由して流量調節されたアルゴ
ンガスを、上記した各有機金属原料がそれぞれ収容され
た各原料容器1、2、3、4内に、20〜100cm3/分の割
合で送り込む。その際、各原料容器1、2、3、4の圧
力をニードルバルブ25、26、27、28で調節して1〜760T
orrの範囲の一定の減圧状態とすると共に、各原料容器
1、2、3、4をそれぞれ所定の温度に加熱する。
On the other hand, while the surface of the single crystal substrate 40 was being cleaned, the argon gas whose flow rate was adjusted from the high-purity argon gas supply source 5 through the mass flow controllers 10, 11, 12, and 13 was supplied to each of the above-described components. The organic metal raw materials are fed into the raw material containers 1, 2, 3, and 4 at a rate of 20 to 100 cm 3 / min. At that time, the pressure of each raw material container 1, 2, 3, 4 was adjusted by needle valves 25, 26, 27, 28 to 1-760T.
While maintaining a constant reduced pressure in the range of orr, each of the raw material containers 1, 2, 3, and 4 is heated to a predetermined temperature.

こうして得られる各原料蒸気は、各原料ガス供給配管
系21、22、23、24を通じて下流側に送り出される。その
際、三方弁32、33、34、35を操作し、蒸発当初の原料上
記は排気経路37側へと放出する。以上が成膜を開始する
前の予備工程である。
Each raw material vapor thus obtained is sent to the downstream side through each raw material gas supply piping system 21, 22, 23, 24. At this time, the three-way valves 32, 33, 34, 35 are operated to discharge the raw material at the beginning of evaporation to the exhaust path 37 side. The above is the preliminary step before starting the film formation.

上記予備工程が終了した後、三方弁32、33、34、35を
操作して各原料蒸気を反応炉20に導入すると共に、酸素
ガスを反応ガス供給配管系31から導入することによっ
て、反応炉20内に配置された単結晶基板40上にBi−Sr−
Ca−Cu−O系薄膜を堆積させる。
After the above preliminary step is completed, the three-way valves 32, 33, 34, and 35 are operated to introduce the respective raw material vapors into the reactor 20 and to introduce oxygen gas from the reaction gas supply piping system 31 so that the reactor Bi-Sr- is formed on a single crystal substrate 40 arranged in 20.
A Ca—Cu—O-based thin film is deposited.

Bi−Sr−Ca−Cu−O系薄膜の堆積条件は、以下の通り
とした。すなわちBi(C6H5、Sr(DPM)、Ca(DP
M)、Cu(DPM)の各有機金属原料の温度をそれぞれ
70℃、210℃、190℃、100℃とし、それぞれの原料容器
1、2、3、4へ送り込むアルゴンガスの流量は50cm3/
分とした。また、単結晶基板40の温度は800℃とし、反
応炉20内の圧力は10Torr、酸素ガスの反応炉20への供給
流量は100cm3/分とした。なお、薄膜の堆積時間は、60
分とした。
The deposition conditions for the Bi-Sr-Ca-Cu-O-based thin film were as follows. That is, Bi (C 6 H 5 ) 3 , Sr (DPM) 2 , Ca (DP
M) 2 , Cu (DPM) 2
70 ° C, 210 ° C, 190 ° C, and 100 ° C, and the flow rate of the argon gas fed into each of the raw material containers 1, 2, 3, and 4 was 50 cm 3 /
Minutes. The temperature of the single crystal substrate 40 was 800 ° C., the pressure in the reaction furnace 20 was 10 Torr, and the flow rate of oxygen gas supplied to the reaction furnace 20 was 100 cm 3 / min. The deposition time of the thin film was 60
Minutes.

以上のような方法で堆積したBi−Sr−Ca−Cu−O系薄
膜の各成分の成長速度は、第2図に示すように、有機金
属原料容器1、2、3、4内の圧力に反比例することが
分かった。すなわち原料容器内を減圧することによっ
て、成膜速度を高めることができるため、原料温度を従
来より低く設定することができる。その結果、熱分解等
による原料の劣化を防ぐことができ、再現性のよい結晶
成長が可能となる。
As shown in FIG. 2, the growth rate of each component of the Bi—Sr—Ca—Cu—O-based thin film deposited by the above-described method depends on the pressure in the organometallic raw material containers 1, 2, 3, and 4. It turned out to be inversely proportional. That is, since the film formation rate can be increased by reducing the pressure inside the raw material container, the raw material temperature can be set lower than before. As a result, deterioration of the raw material due to thermal decomposition or the like can be prevented, and crystal growth with good reproducibility can be achieved.

以上の結果をもとに、各原料容器1、2、3、4内の
圧力を調節することによって、各有機金属原料蒸気の流
量を超電導相の組成となるように調整し、Bi系酸化物超
電導体薄膜を成膜した。なお、Bi(C6H5、Sr(DP
M)、Ca(DPM)、Cu(DPM)の各有機金属原料が
収容された原料容器1、2、3、4内の圧力は、それぞ
れ40Torrとした。
Based on the above results, the flow rate of each organometallic raw material vapor was adjusted so as to have a composition of the superconducting phase by adjusting the pressure in each raw material container 1, 2, 3, and 4 to obtain a Bi-based oxide. A superconductor thin film was formed. Bi (C 6 H 5 ) 3 and Sr (DP
The pressure in each of the raw material containers 1, 2, 3, and 4 containing the respective organic metal raw materials of M) 2 , Ca (DPM) 2 , and Cu (DPM) 2 was set to 40 Torr.

得られた薄膜は、X線回析の結果、異相の全くみられ
ないBi2Sr2CaCu2O8単相膜であることが判明した。ま
た、上記薄膜の超電導転移温度は80Kであり、再現性よ
く同様の薄膜を得ることができた。
As a result of X-ray diffraction, the obtained thin film was found to be a Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 single-phase film in which no different phases were observed. The superconducting transition temperature of the thin film was 80 K, and a similar thin film could be obtained with good reproducibility.

また、組成制御により、超電導転移温度が85Kを示すB
i2Sr2Ca2Cu3O10相単相膜も得られた。なお、この薄膜の
超電導転移温度がバルクの値より低いのは、成長温度、
酸素流量等の成長条件が最適化されていないためであ
り、成長条件の最適化によって超電導転移温度の向上を
図ることが可能である。
In addition, by controlling the composition, the superconducting transition temperature shows 85K
An i 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 single phase film was also obtained. The reason why the superconducting transition temperature of this thin film is lower than the bulk value is the growth temperature,
This is because the growth conditions such as the oxygen flow rate have not been optimized, and the superconducting transition temperature can be improved by optimizing the growth conditions.

なお、上記実施例においては、Bi系酸化物超電導体薄
膜の製造を例として説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、Y−Ba−Cu−O系、Tl−Ba−Ca−Cu
−O系等の各種の酸化物超電導体薄膜の形成にも適用で
きるのは勿論である。また、有機金属原料や、酸化剤と
しての酸素についても上記実施例に限定されるものでは
なく、他の原料についても効力を発揮することは当然で
ある。
In the above embodiment, the production of a Bi-based oxide superconductor thin film has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and Y-Ba-Cu-O-based, Tl-Ba-Ca −Cu
Of course, it can be applied to the formation of various oxide superconductor thin films such as -O type. Further, the organic metal raw material and oxygen as an oxidizing agent are not limited to the above-described embodiment, and it is natural that other raw materials can be effectively used.

また、本発明は単に酸化物超電導体の成膜に限定され
るものではなく、LiNbO3やBaTiO3、PbTiO2のような強誘
電体酸化物等、酸化物一般の成膜に適用できる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
Further, the present invention is not limited to film formation of an oxide superconductor, but can be applied to film formation of general oxides such as ferroelectric oxides such as LiNbO 3 , BaTiO 3 , and PbTiO 2 . In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、有機金属原料
容器内の圧力を減圧状態で制御することによって、原料
劣化の起こらない程度の低い加熱温度で有機金属原料の
蒸発を行っても、実用的な成長速度を得ることができ、
しかも再現性、精密組成制御性に優れた成膜が可能にな
る。よって、例えば酸化物超電導体薄膜を用いた高性能
超伝導電子デバイスの作製等に極めて有効である。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by evaporating the organometallic raw material at a low heating temperature at which the raw material deterioration does not occur, the pressure in the organic metal raw material container is controlled in a reduced pressure state. Even if you go, you can get a practical growth rate,
In addition, it is possible to form a film excellent in reproducibility and precision composition controllability. Therefore, it is extremely effective, for example, for producing a high-performance superconducting electronic device using an oxide superconductor thin film.

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

第1図は本発明の一実施例に使用したMOCVD気相成長装
置の構成を示す模式図、第2図は本発明の一実施例にお
ける有機金属原料容器内の圧力と膜成長速度の関係を示
す図である。 1、2、3、4……有機金属原料容器、5……高純度ア
ルゴンガス供給源、6、7、8、9……キャリアガス配
管系、10、11、12、13、18、30……マスフローコントロ
ーラ、14、15、16、17、42……圧力計、19……置換ガス
供給配管系、20……反応炉、21、22、23、24……原料ガ
ス供給配管系、25、26、27、28……ニードルバルブ、29
……酸素ガス供給源、31……反応ガス供給配管系、38…
…ヒータ、39……試料載置台、40……薄膜成長用単結晶
基板、41……ロータリーポンプ。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a MOCVD vapor phase growth apparatus used in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between the pressure in the organometallic raw material container and the film growth rate in one embodiment of the present invention. FIG. 1, 2, 3, 4 ... Organometallic raw material container, 5 ... High purity argon gas supply source, 6, 7, 8, 9 ... Carrier gas piping system, 10, 11, 12, 13, 18, 30 ... ... Mass flow controller, 14, 15, 16, 17, 42 ... Pressure gauge, 19 ... Replacement gas supply piping system, 20 ... Reactor, 21, 22, 23, 24 ... 26, 27, 28 ... Needle valve, 29
…… Oxygen gas supply source, 31 …… Reaction gas supply piping system, 38…
... Heater, 39 ... Sample table, 40 ... Single crystal substrate for thin film growth, 41 ... Rotary pump.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 1/00 C30B 1/00 - 35/00 C23C 16/00 - 16/56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C01G 1/00 C30B 1/00-35/00 C23C 16/00-16/56

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板を収容した反応容器内に、複数の原料
容器から酸化物を構成する各金属元素を含む複数の原料
をそれぞれ加熱することにより複数の原料ガスを供給
し、前記基板上に前記酸化物の結晶を化学的気相成長法
により堆積させて酸化物薄膜を製造するにあたり、 前記複数の原料容器に対してそれぞれ容器内を減圧する
機構を設け、これら各減圧機構により前記複数の原料容
器内の圧力を大気圧以下の減圧状態とすると共に、前記
複数の原料をそれぞれ加熱することにより、前記反応容
器内に供給する前記複数の原料ガスの各供給濃度に基づ
いて前記酸化物を構成する金属元素の組成を制御するこ
とを特徴とする酸化物薄膜の製造方法。
A plurality of source gases are supplied from a plurality of source containers by heating a plurality of source materials containing respective metal elements constituting an oxide into a reaction vessel containing a substrate. When depositing the oxide crystals by a chemical vapor deposition method to produce an oxide thin film, a mechanism is provided for decompressing the inside of each of the plurality of source containers, and the plurality of decompression mechanisms are used for the plurality of containers. The pressure in the raw material container is reduced to the atmospheric pressure or lower, and the oxides are heated based on the supply concentrations of the plurality of raw material gases supplied into the reaction container by heating the plurality of raw materials, respectively. A method for producing an oxide thin film, comprising controlling the composition of a constituent metal element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004081265A1 (en) 2003-03-10 2004-09-23 Ngk Insulators Ltd. Method for forming oxide coating film, oxide coating film and coating film structure
JP2009152175A (en) * 2007-11-29 2009-07-09 Kyushu Institute Of Technology Superconductor, noncontact measurement method for superconductor surface resistivity, and its measurement apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004081265A1 (en) 2003-03-10 2004-09-23 Ngk Insulators Ltd. Method for forming oxide coating film, oxide coating film and coating film structure
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