JPH01100095A - 酸化物超伝導体配線の作製方法 - Google Patents
酸化物超伝導体配線の作製方法Info
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- JPH01100095A JPH01100095A JP62255846A JP25584687A JPH01100095A JP H01100095 A JPH01100095 A JP H01100095A JP 62255846 A JP62255846 A JP 62255846A JP 25584687 A JP25584687 A JP 25584687A JP H01100095 A JPH01100095 A JP H01100095A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0884—Treatment of superconductor layers by irradiation, e.g. ion-beam, electron-beam, laser beam or X-rays
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は酸化物超伝導体配線の作製方法に関し、特に実
用化に適した単結晶の酸化物超伝導体膜からなる配線の
作製方法に関する。
用化に適した単結晶の酸化物超伝導体膜からなる配線の
作製方法に関する。
（従来の技術）
酸化物超伝導体配線を形成するためには、この薄膜化技
術が不可欠である。現在までに、真空蒸着法やスパッタ
法を用いて酸化物超伝導体膜をマグネシア（ＭｇＯ）や
サファイヤ（Ａ１２０．）基板上に１μｍ程度被着し、
引き続き酸素雰囲気中８００〜１０００°Ｃで数時間熱
処理することにより、液体窒素温度（７７Ｋ）以上の高
い超伝導転移温度を示す薄膜が得られている。しかしな
がら、これらの薄膜は通常多結晶であるため、各結晶粒
が結晶粒界によって分離された構造をとる。この結晶粒
界は超伝導性をもたない半導体的あるいは絶縁体的性質
の相で構成されるため、たとえ結晶粒が高温超伝導性を
有する相であっても結晶粒界が弱結合領域と、なって超
伝導臨界電流が抑制される。一般に、超伝導体薄膜を配
線に適用するためには１０５Ａ／Ｃ１１２以上の大きな
臨界電流が必要なため、結晶粒界の存在は非常に大きな
問題である。また、高温超伝導性を示す多結晶膜では結
晶粒の成長が著しく、膜厚に匹敵する凹凸を生じる。こ
の表面荒れはりソグラフィやドライエツチングなどの微
細加工技術を用いた配線の作製を困難にする。
術が不可欠である。現在までに、真空蒸着法やスパッタ
法を用いて酸化物超伝導体膜をマグネシア（ＭｇＯ）や
サファイヤ（Ａ１２０．）基板上に１μｍ程度被着し、
引き続き酸素雰囲気中８００〜１０００°Ｃで数時間熱
処理することにより、液体窒素温度（７７Ｋ）以上の高
い超伝導転移温度を示す薄膜が得られている。しかしな
がら、これらの薄膜は通常多結晶であるため、各結晶粒
が結晶粒界によって分離された構造をとる。この結晶粒
界は超伝導性をもたない半導体的あるいは絶縁体的性質
の相で構成されるため、たとえ結晶粒が高温超伝導性を
有する相であっても結晶粒界が弱結合領域と、なって超
伝導臨界電流が抑制される。一般に、超伝導体薄膜を配
線に適用するためには１０５Ａ／Ｃ１１２以上の大きな
臨界電流が必要なため、結晶粒界の存在は非常に大きな
問題である。また、高温超伝導性を示す多結晶膜では結
晶粒の成長が著しく、膜厚に匹敵する凹凸を生じる。こ
の表面荒れはりソグラフィやドライエツチングなどの微
細加工技術を用いた配線の作製を困難にする。
従来、こうした多結晶膜の問題点を解決する単結晶化の
手段として、ピー・チャダリ（Ｐ、Ｃｈａｕｄｈａｒｉ
）らによって１９８７年にフィジカル・レビュー・レタ
ーズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）第５８巻２６８４〜２６Ｂ６ページで提案された方
法がある。この方法を第２図（ａ）〜（ｃ）を用いて工
程順に説明する。まず、チタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
Ｔｉ（ｈ） （１００）単結晶からなる基板２１上に、
１０−４〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で３連真空
蒸着装置を用いてイツトリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ
）、銅（Ｃｕ）を同時蒸着し、Ｙ Ｂ ａ ｚＣｕ ３
０７−Ｘからなる酸化物超伝導体膜２２を形成する（第
２図（ａ））。蒸着時の基板温度は約４００°Ｃである
。引き続き、この酸化物超伝導体膜２２を酸素雰囲気巾
約９００゜Ｃで熱処理して単結晶化し高温超伝導性の酸
化物超伝導体膜２３を形成する（第２図（ｂ））。基板
２１に用いた５ｒＴｉ０３単結晶は格子定数３．９ＯＡ
の立方晶であり、高温超伝導性を示す酸素欠損型ペロブ
スカイト構造のＹＢａ２Ｃｕ３０７−。
手段として、ピー・チャダリ（Ｐ、Ｃｈａｕｄｈａｒｉ
）らによって１９８７年にフィジカル・レビュー・レタ
ーズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）第５８巻２６８４〜２６Ｂ６ページで提案された方
法がある。この方法を第２図（ａ）〜（ｃ）を用いて工
程順に説明する。まず、チタン酸ストロンチウム（Ｓｒ
Ｔｉ（ｈ） （１００）単結晶からなる基板２１上に、
１０−４〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で３連真空
蒸着装置を用いてイツトリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ
）、銅（Ｃｕ）を同時蒸着し、Ｙ Ｂ ａ ｚＣｕ ３
０７−Ｘからなる酸化物超伝導体膜２２を形成する（第
２図（ａ））。蒸着時の基板温度は約４００°Ｃである
。引き続き、この酸化物超伝導体膜２２を酸素雰囲気巾
約９００゜Ｃで熱処理して単結晶化し高温超伝導性の酸
化物超伝導体膜２３を形成する（第２図（ｂ））。基板
２１に用いた５ｒＴｉ０３単結晶は格子定数３．９ＯＡ
の立方晶であり、高温超伝導性を示す酸素欠損型ペロブ
スカイト構造のＹＢａ２Ｃｕ３０７−。
の格子定数ａ＝３．８２Ａ、ｂ＝３．８８Ａに近い。そ
のため、ＹＢａ２Ｃｕ３０フーＸ単結晶膜２３を５ｒＴ
ｉ０３単結晶上にエピタキシャル成長させることが可能
である。酸化物超伝導体配線２４を作製するには、引き
続きエツチングマスクを用いてドライエツチング法やケ
ミカルエツチング法でパターニングする（第２図（Ｃ）
）。
のため、ＹＢａ２Ｃｕ３０フーＸ単結晶膜２３を５ｒＴ
ｉ０３単結晶上にエピタキシャル成長させることが可能
である。酸化物超伝導体配線２４を作製するには、引き
続きエツチングマスクを用いてドライエツチング法やケ
ミカルエツチング法でパターニングする（第２図（Ｃ）
）。
（発明が解決しようとする問題点）
この方法では、配線に用いる酸化物超伝導体膜は単結晶
基板上へのエピタキシャル成長によって単結晶化が図ら
れる。そのため、基板は成長させようとする酸化物超伝
導体膜と格子整合性のよい単結晶体でなければならない
。実際のデバイスでは多層配線を必要とするものが多い
が、従来のエピタキシャル成長技術では、基板と直接接
することのない上層部に単結晶の酸化物超伝導体配線を
作製することは難かしい。
基板上へのエピタキシャル成長によって単結晶化が図ら
れる。そのため、基板は成長させようとする酸化物超伝
導体膜と格子整合性のよい単結晶体でなければならない
。実際のデバイスでは多層配線を必要とするものが多い
が、従来のエピタキシャル成長技術では、基板と直接接
することのない上層部に単結晶の酸化物超伝導体配線を
作製することは難かしい。
本発明の目的は、゛このような従来の欠点を取り除いた
酸化物超伝導体配線の作製方法を提供することにある。
酸化物超伝導体配線の作製方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、基板上に被着した酸化物超伝導体膜を所望の
形状にバターニングして配線を形成した後、この配線上
を酸素を含む雰囲気中でレーザビームを照輛しながら走
査することにより前記配線を単結晶化する工程、次に、
この配線を酸素を含む雰囲気中で熱処理して前記配線結
晶内に酸素を補給し高温超伝導化する工程を含むことを
特徴とする酸化物超伝導配線の作製方法である。
形状にバターニングして配線を形成した後、この配線上
を酸素を含む雰囲気中でレーザビームを照輛しながら走
査することにより前記配線を単結晶化する工程、次に、
この配線を酸素を含む雰囲気中で熱処理して前記配線結
晶内に酸素を補給し高温超伝導化する工程を含むことを
特徴とする酸化物超伝導配線の作製方法である。
（作用）
本発明では、酸素を含む雰囲気中で酸化物超伝導体配線
上をレーザビームで走査しながら、ビーム照斜部を溶融
、反応させ結晶化を図る。この方法では、最初のレーザ
ビーム照斜部が一度結晶化されると、ビームの走査方向
に結晶成長が進み単結晶配線が得られる。しかし、この
配線を構成する結晶は融点以上の高温でクエンチされる
ため不規則な酸素配列や大幅な酸素欠損を含み高温超伝
導性を示さない。従って、引き続き配線を酸素を含む雰
囲気中で熱処理除冷して結晶中に酸素を補給し高温超伝
導化する。この方法では、基板材料はエピタキシャル成
長用の単結晶体である必要はない。そのため、酸化物超
伝導体配線を多層に配置することが可能となり、デバイ
スへの応用分野が拡大する。さらに、超伝導臨界電流に
は結晶方法による異方性があるが、酸化物超伝導体配線
と接する下地の一領域にシードを設けることにより結晶
方位の制御も可能となる。
上をレーザビームで走査しながら、ビーム照斜部を溶融
、反応させ結晶化を図る。この方法では、最初のレーザ
ビーム照斜部が一度結晶化されると、ビームの走査方向
に結晶成長が進み単結晶配線が得られる。しかし、この
配線を構成する結晶は融点以上の高温でクエンチされる
ため不規則な酸素配列や大幅な酸素欠損を含み高温超伝
導性を示さない。従って、引き続き配線を酸素を含む雰
囲気中で熱処理除冷して結晶中に酸素を補給し高温超伝
導化する。この方法では、基板材料はエピタキシャル成
長用の単結晶体である必要はない。そのため、酸化物超
伝導体配線を多層に配置することが可能となり、デバイ
スへの応用分野が拡大する。さらに、超伝導臨界電流に
は結晶方法による異方性があるが、酸化物超伝導体配線
と接する下地の一領域にシードを設けることにより結晶
方位の制御も可能となる。
（実施例）
次に第１図を用いて本発明の一実施例を示す。
まず、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系ターゲツトを用いたスパッ
タ法により、表面を熱酸化二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）で
被覆したシリコン（Ｓｉ）基板１１上に、ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏ７に近い組成をもつ酸化物超伝導体膜１２を厚さ約
０．５μｍ被着する（第１図（ａ））。スパッタはアル
ゴン（Ａｒ）と酸素（０□）との混合ガス雰囲気中で、
基板温度室温〜８００°Ｃで行なう。さらに、通常のり
ソゲラフイエ程で酸化物超伝導体膜１２上にエツチング
マスクを形成し、イオンシリング法で酸化物超伝導体膜
１２を加工して酸化物超伝導体配線１３を形成する（第
１図（ｂ））。この段階では酸化物超伝導体配線１３は
アモルファスかアモルファスに近い多結晶体であるため
超伝導性は示さない。次に、酸素フロー中で酸化物超伝
導体配線１３表面にＡ ｒレーザビームを照射してビー
ム照射部を溶融、反応させ結晶化領域１４を形成する（
第１図（ｃ））、酸化物超伝導体配線１３に沿ってレー
ザビームを走査し、この走査方向に結晶成長させ単結晶
化した酸化物超伝導体配線１５を作製する（第１図（ｄ
））。レーザビームアニール条件は、ビームスポット直
径４０μｍ、出力パワー５Ｗ走査速度１０ｃｍ／ｓｅｃ
、基板温度６００°Ｃである。こうして作製した酸化物
超伝導配線１５は多結晶膜に比べ滑らかな表面をもつが
、不規則な酸素配列と大幅な酸素欠損を含む正方晶系の
結晶で構成されているため高温超伝導性は示さない。そ
こで引き続き、単結晶化した酸化物超伝導体膜１４を酸
素をフローしながら融点（約１０５０°Ｃ）以下の温度
例えば８５０〜９５０°Ｃで数時間熱処理した後、除冷
する。この結果、酸素の組成がＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７を満
足する値に近づき、結晶構造が規則的な酸素配列をもつ
斜方晶系になるなめ、第１図（ｅ）に示すような高温超
伝導性の酸化物超伝導体配線１６が得られる。この配線
は８０に以上で完全に超伝導となる。実施例で示したよ
うに、本発明による方法を用いれば、酸化物超伝導体に
対しても基板に直接エピタキシャル成長させることなく
高温超伝導性を有する単結晶配線が得られる。また、こ
の膜はアモルファス状の５ｉ０２上にも作製可能なこと
から、多層構造にも適用でき広くデバイスへの応用が期
待され′る。この配線は単結晶であることがら結晶粒界
が少なく臨界電流が増加する。
タ法により、表面を熱酸化二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）で
被覆したシリコン（Ｓｉ）基板１１上に、ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏ７に近い組成をもつ酸化物超伝導体膜１２を厚さ約
０．５μｍ被着する（第１図（ａ））。スパッタはアル
ゴン（Ａｒ）と酸素（０□）との混合ガス雰囲気中で、
基板温度室温〜８００°Ｃで行なう。さらに、通常のり
ソゲラフイエ程で酸化物超伝導体膜１２上にエツチング
マスクを形成し、イオンシリング法で酸化物超伝導体膜
１２を加工して酸化物超伝導体配線１３を形成する（第
１図（ｂ））。この段階では酸化物超伝導体配線１３は
アモルファスかアモルファスに近い多結晶体であるため
超伝導性は示さない。次に、酸素フロー中で酸化物超伝
導体配線１３表面にＡ ｒレーザビームを照射してビー
ム照射部を溶融、反応させ結晶化領域１４を形成する（
第１図（ｃ））、酸化物超伝導体配線１３に沿ってレー
ザビームを走査し、この走査方向に結晶成長させ単結晶
化した酸化物超伝導体配線１５を作製する（第１図（ｄ
））。レーザビームアニール条件は、ビームスポット直
径４０μｍ、出力パワー５Ｗ走査速度１０ｃｍ／ｓｅｃ
、基板温度６００°Ｃである。こうして作製した酸化物
超伝導配線１５は多結晶膜に比べ滑らかな表面をもつが
、不規則な酸素配列と大幅な酸素欠損を含む正方晶系の
結晶で構成されているため高温超伝導性は示さない。そ
こで引き続き、単結晶化した酸化物超伝導体膜１４を酸
素をフローしながら融点（約１０５０°Ｃ）以下の温度
例えば８５０〜９５０°Ｃで数時間熱処理した後、除冷
する。この結果、酸素の組成がＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７を満
足する値に近づき、結晶構造が規則的な酸素配列をもつ
斜方晶系になるなめ、第１図（ｅ）に示すような高温超
伝導性の酸化物超伝導体配線１６が得られる。この配線
は８０に以上で完全に超伝導となる。実施例で示したよ
うに、本発明による方法を用いれば、酸化物超伝導体に
対しても基板に直接エピタキシャル成長させることなく
高温超伝導性を有する単結晶配線が得られる。また、こ
の膜はアモルファス状の５ｉ０２上にも作製可能なこと
から、多層構造にも適用でき広くデバイスへの応用が期
待され′る。この配線は単結晶であることがら結晶粒界
が少なく臨界電流が増加する。
本実施例では、レーザアニール後の酸素雰囲気中の熱処
理は８５０〜９５０°Ｃで行なったが、より低温の４０
０〜６００°Ｃで行うこともできる。また雰囲気中には
酸素以外に不活性な気体が混合されていてもよい。酸化
物超伝導体膜にスパッタ法により被着したＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０系薄膜を用いたが、蒸着法やＣＶＤ法など他の成
膜技術を用いてもよいし、Ｙの代わりにＥｕ、Ｇｄ、Ｄ
ｙ、Ｅｒ、Ｙｂなど他の希さ類元素を構成元素として用
いる酸化物超伝導体やＬａ−３ｒ−Ｃｕ−０系などの他
の酸化物超伝導体を用いることもできる。
理は８５０〜９５０°Ｃで行なったが、より低温の４０
０〜６００°Ｃで行うこともできる。また雰囲気中には
酸素以外に不活性な気体が混合されていてもよい。酸化
物超伝導体膜にスパッタ法により被着したＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０系薄膜を用いたが、蒸着法やＣＶＤ法など他の成
膜技術を用いてもよいし、Ｙの代わりにＥｕ、Ｇｄ、Ｄ
ｙ、Ｅｒ、Ｙｂなど他の希さ類元素を構成元素として用
いる酸化物超伝導体やＬａ−３ｒ−Ｃｕ−０系などの他
の酸化物超伝導体を用いることもできる。
また、基板には５ｉ０２で被覆したＳｉ基板を使用した
が、ＭｇＯや５ｒＴｉ０３など他の物質でなる基板を用
いてもよい。特に酸化物超伝導体と格子整合性のよい単
結晶基板をレーザビームアニールのシードとして用いれ
ば、基板の結晶面の選択により酸化物超伝導体配線の結
晶方位を制御することができる。さらに、本実施例のＡ
ｒレーザビームアニール法に変わる技術として、ＣＯ２
、ＹＡＧレーザビームアニール法があることは言うまで
もない。
が、ＭｇＯや５ｒＴｉ０３など他の物質でなる基板を用
いてもよい。特に酸化物超伝導体と格子整合性のよい単
結晶基板をレーザビームアニールのシードとして用いれ
ば、基板の結晶面の選択により酸化物超伝導体配線の結
晶方位を制御することができる。さらに、本実施例のＡ
ｒレーザビームアニール法に変わる技術として、ＣＯ２
、ＹＡＧレーザビームアニール法があることは言うまで
もない。
（発明の効果）
本発明によれば、スパッタ法やＣＶＤ法などで被着され
た通常の絶縁膜上にも、優れた超伝導特性を有する単結
晶化された酸化物超伝導体配線を作製することができる
。従って、本発明による方法は多層の酸化物超伝導体配
線を必要とする多くのエレクトロニクスデバイスに適用
することが可能である。
た通常の絶縁膜上にも、優れた超伝導特性を有する単結
晶化された酸化物超伝導体配線を作製することができる
。従って、本発明による方法は多層の酸化物超伝導体配
線を必要とする多くのエレクトロニクスデバイスに適用
することが可能である。
第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の酸化物超伝導体配線の
作製方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）
は従来の酸化物超伝導体配線の作製方法を示す断面図で
ある。 図において、１１．２１は基板、１２．２２は酸化物超
伝導体膜、１３は酸化物超伝導体配線、１４は結晶化領
域、１５は単結晶化した酸化物超伝導体配線、２３は高
温超伝導性の酸化物超伝導体膜、１６．２４は高温超伝
導性の酸化物超伝導体配線である。
作製方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｃ）
は従来の酸化物超伝導体配線の作製方法を示す断面図で
ある。 図において、１１．２１は基板、１２．２２は酸化物超
伝導体膜、１３は酸化物超伝導体配線、１４は結晶化領
域、１５は単結晶化した酸化物超伝導体配線、２３は高
温超伝導性の酸化物超伝導体膜、１６．２４は高温超伝
導性の酸化物超伝導体配線である。
Claims (1)
- 基板上に被着した酸化物超伝導体膜を所望の形状にパ
ターニングして配線を形成した後、この配線上を酸素を
含む雰囲気中でレーザビームを照斜しながら走査するこ
とにより前記配線を単結晶化する工程、次に、この配線
を酸素を含む雰囲気中で熱処理して前記配線結晶内に酸
素を補給し高温超伝導化する工程を含むことを特徴とす
る酸化物超伝導体配線の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255846A JPH01100095A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 酸化物超伝導体配線の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255846A JPH01100095A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 酸化物超伝導体配線の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100095A true JPH01100095A (ja) | 1989-04-18 |
Family
ID=17284404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255846A Pending JPH01100095A (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 酸化物超伝導体配線の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01100095A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183800A (en) * | 1987-07-15 | 1993-02-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Interconnection method for semiconductor device comprising a high-temperature superconductive material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63296822A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 気体分離複合膜 |
| JPS6417330A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-20 | Semiconductor Energy Lab | Manufacture of superconductor |
| JPS6489589A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-04 | Sanyo Electric Co | Manufacture of superconductive film |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255846A patent/JPH01100095A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63296822A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 気体分離複合膜 |
| JPS6417330A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-20 | Semiconductor Energy Lab | Manufacture of superconductor |
| JPS6489589A (en) * | 1987-09-30 | 1989-04-04 | Sanyo Electric Co | Manufacture of superconductive film |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183800A (en) * | 1987-07-15 | 1993-02-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Interconnection method for semiconductor device comprising a high-temperature superconductive material |
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