JPH01163917A - 化合物薄膜形成方法 - Google Patents
化合物薄膜形成方法Info
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- JPH01163917A JPH01163917A JP62322022A JP32202287A JPH01163917A JP H01163917 A JPH01163917 A JP H01163917A JP 62322022 A JP62322022 A JP 62322022A JP 32202287 A JP32202287 A JP 32202287A JP H01163917 A JPH01163917 A JP H01163917A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Accommodation For Nursing Or Treatment Tables (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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〕
この発明は化合物薄膜形成方法、特に酸化物超電導薄膜
形成方法に関するものである。
形成方法に関するものである。
従来の酸化物超を厚薄膜は、基板上に形成すべき超電導
材料の構成元素より成る化合物薄膜を形成する工程と、
この化合物薄膜を酸素雰囲気中で了ニールし、組成比を
調整する工程とにより得られていた。まず、超電導材料
の構成元素より成る化合物薄膜を形成する方法としては
、高周波マグネトロンスパッタ法が一般的に用いられて
おり、この方法を実現するための装置として、例えば電
気通信学会技術報告論文番号Ｓ ＣＥ８７．４に示され
た第５図に示すものがあった。
材料の構成元素より成る化合物薄膜を形成する工程と、
この化合物薄膜を酸素雰囲気中で了ニールし、組成比を
調整する工程とにより得られていた。まず、超電導材料
の構成元素より成る化合物薄膜を形成する方法としては
、高周波マグネトロンスパッタ法が一般的に用いられて
おり、この方法を実現するための装置として、例えば電
気通信学会技術報告論文番号Ｓ ＣＥ８７．４に示され
た第５図に示すものがあった。
図において（１）は真空槽、（１０１）は真空槽（１１
内の排気を行うための排気通路で図示しない真空排気装
置に接続されている。 （１０２） は陰極、（１０３
）は高周波電源、（１０４）は永久磁石である。（１０
５）はターゲットで、超電導材料の構成元素の化合物、
例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系セラミクスが使用される。
内の排気を行うための排気通路で図示しない真空排気装
置に接続されている。 （１０２） は陰極、（１０３
）は高周波電源、（１０４）は永久磁石である。（１０
５）はターゲットで、超電導材料の構成元素の化合物、
例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系セラミクスが使用される。
（１０６）は陰極（１０２） と真空槽＋１１とを絶
縁するための絶縁支持部材である。側はターゲット（１
０５）に対向するように設けられた基板であり、通常マ
グネシア（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴ
ｉＯｓ） 。
縁するための絶縁支持部材である。側はターゲット（１
０５）に対向するように設けられた基板であり、通常マ
グネシア（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴ
ｉＯｓ） 。
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等が用いられる。
（１０７）は基板０乃を支持する基板ホルダ、（１０８
） は基板ａ呻を加熱するヒータ、（１０９） は真空
槽ｉｌｌ内に放電ガスを導入するガス導入口である。
） は基板ａ呻を加熱するヒータ、（１０９） は真空
槽ｉｌｌ内に放電ガスを導入するガス導入口である。
次に動作について説明する。真空排気装置により真空槽
＋１１内を排気しながら、ガス導入口（１０９）から放
電ガスとしてアルゴン（Ａｒ）８０％、酸素（０ｇ）２
０％の混合ガスを導入し、真空槽（１）内を約１×１０
−”Ｔｏｒｒに保つ０次にヒータ（１０Ｂ）に通電し基
板ａ曖の温度を５００℃程度に維持しておく。高周波電
源（１０３）により陰極（１０２）に約２００Ｗの高周
波電極を投入すると、陰極（１０２） と基板α鴎との
間に放電が生じ、ターゲット（１０５）がスパッタされ
て基板ＯＩ上にたい積する。このとき放電ガス中のＯｔ
がとりこまれて薄膜形成に寄与する。上記の条件で約２
００分間の運転を行うと、基板α樽上に約１μｍの厚さ
の化合物薄膜が得られる。
＋１１内を排気しながら、ガス導入口（１０９）から放
電ガスとしてアルゴン（Ａｒ）８０％、酸素（０ｇ）２
０％の混合ガスを導入し、真空槽（１）内を約１×１０
−”Ｔｏｒｒに保つ０次にヒータ（１０Ｂ）に通電し基
板ａ曖の温度を５００℃程度に維持しておく。高周波電
源（１０３）により陰極（１０２）に約２００Ｗの高周
波電極を投入すると、陰極（１０２） と基板α鴎との
間に放電が生じ、ターゲット（１０５）がスパッタされ
て基板ＯＩ上にたい積する。このとき放電ガス中のＯｔ
がとりこまれて薄膜形成に寄与する。上記の条件で約２
００分間の運転を行うと、基板α樽上に約１μｍの厚さ
の化合物薄膜が得られる。
上記のようにして得られた薄膜を、約１気圧のＯ１雰囲
気中で８５０〜９５０ ℃で１０時間アニールし徐冷す
ることにより、基板α枠上に臨界温度が約８０゜Ｋの超
電導薄膜が得られる。基板温度が高い条件下での薄膜形
成の場合、及び上記アニール工程において、基板 材料
が薄膜中へ拡散しにくいという観点及び形成する超電導
膜の配向性を高め、超電導特性の向上を図る観点から基
板としてＭｇＯ，５ｒＴｉ０１等が採用されている。
気中で８５０〜９５０ ℃で１０時間アニールし徐冷す
ることにより、基板α枠上に臨界温度が約８０゜Ｋの超
電導薄膜が得られる。基板温度が高い条件下での薄膜形
成の場合、及び上記アニール工程において、基板 材料
が薄膜中へ拡散しにくいという観点及び形成する超電導
膜の配向性を高め、超電導特性の向上を図る観点から基
板としてＭｇＯ，５ｒＴｉ０１等が採用されている。
従来の化合物薄膜形成方法は以上のようにしてなされて
いるので、基板として）ＩｇＯ，５ｒＴｉＯｓ等の高価
な材料を用いねばならず、基板として安価なシリコンを
用いる基板温度を５００℃以上として薄膜を形成した場
合や、アニールの工程において、シリコン原子が薄膜中
に拡散してしまい、超電導薄膜が形成できないという問
題点があつた。以上のように、特定の高価な基板以外に
は超電導薄膜を形成できないことが、超電導薄膜デバイ
スの実用化の大きな障害となっており、安価な基板上に
も超電導薄膜を形成する方法が望まれていた。
いるので、基板として）ＩｇＯ，５ｒＴｉＯｓ等の高価
な材料を用いねばならず、基板として安価なシリコンを
用いる基板温度を５００℃以上として薄膜を形成した場
合や、アニールの工程において、シリコン原子が薄膜中
に拡散してしまい、超電導薄膜が形成できないという問
題点があつた。以上のように、特定の高価な基板以外に
は超電導薄膜を形成できないことが、超電導薄膜デバイ
スの実用化の大きな障害となっており、安価な基板上に
も超電導薄膜を形成する方法が望まれていた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、安価なシリコン、ステンレス等の基板上に化
合物薄膜、特に超電導薄膜を配向外食く形成できる方法
を提供することを目的とする。
たもので、安価なシリコン、ステンレス等の基板上に化
合物薄膜、特に超電導薄膜を配向外食く形成できる方法
を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段〕
この発明に係る化合物薄膜形成方法は、基板上に中間層
を介して超電導材料の構成元素よりなる化合物薄膜を形
成するものである。
を介して超電導材料の構成元素よりなる化合物薄膜を形
成するものである。
この発明における第１工程において形成される中間層に
よって、第２工程で配向性の高い薄膜が形成され、また
、第２工程において基板温度が高い場合でも基板を構成
する元素がＴｉｊ膜中へ拡散することが防止される。ま
た、上記のようにして形成された二層膜に対しアニール
を施しても基板を構成する元素が第２工程で形成された
薄膜中へ拡散しない。
よって、第２工程で配向性の高い薄膜が形成され、また
、第２工程において基板温度が高い場合でも基板を構成
する元素がＴｉｊ膜中へ拡散することが防止される。ま
た、上記のようにして形成された二層膜に対しアニール
を施しても基板を構成する元素が第２工程で形成された
薄膜中へ拡散しない。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例に係る薄膜蒸着装置の一部切り
欠いて内部を示す斜視図であり、この発明の一実施例と
して、第１工程及び第２工程において反応性クラスタ・
イオンビーム蒸着法を用いて、第１工程で形成する中間
層としてマグネシア（ＭｇＯ） ｆｌ膜を、第２工程で
形成する化合物薄膜としてＢａ −Ｙ −Ｃｕ −０系
セラミクス薄膜を形成する場合について説明する。
図はこの発明の一実施例に係る薄膜蒸着装置の一部切り
欠いて内部を示す斜視図であり、この発明の一実施例と
して、第１工程及び第２工程において反応性クラスタ・
イオンビーム蒸着法を用いて、第１工程で形成する中間
層としてマグネシア（ＭｇＯ） ｆｌ膜を、第２工程で
形成する化合物薄膜としてＢａ −Ｙ −Ｃｕ −０系
セラミクス薄膜を形成する場合について説明する。
一般に、反応性クラスタ・イオンビーム蒸着法による薄
膜蒸着方法は、実公昭５８−４９２０号公報に示されて
いるように真空槽内において、基板に蒸着すべき物質の
蒸気を噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したク
ラスタ（塊状原子集団）を生成し、該クラスタに電子シ
ャワーを浴びせて該クラスタをそのうち１個の原子がイ
オン化されたクラスタ・イオンにし、該クラスタ・イオ
ンを加速して基板に衝突せしめ、同時に反応性ガスまた
は励起させた反応ガスを基板に衝突させて、基板上に薄
膜を蒸着形成するものである。第１工程においては、マ
グネシウムのクラスタ・イオンビームと酸素の励起ガス
ビームを用いる。第２工程においては、バリウムとイッ
トリウムと銅のクラスタ・イオンビームをそれぞれ形成
し、これらと酸素の励起ガスビームを同時に衝突させる
。第１図において、ｆｌ）は真空槽、（２）は真空排気
装置、（３ａ）（３ｂ） （３ｃ） （３ｄ）はτ１ず
れもクラスタ・イオン源であす、各々マグネシウム、バ
リウムイツトリウム及び銅のクラスタ・イオンビーム
を形成する。
膜蒸着方法は、実公昭５８−４９２０号公報に示されて
いるように真空槽内において、基板に蒸着すべき物質の
蒸気を噴出して該蒸気中の多数の原子が緩く結合したク
ラスタ（塊状原子集団）を生成し、該クラスタに電子シ
ャワーを浴びせて該クラスタをそのうち１個の原子がイ
オン化されたクラスタ・イオンにし、該クラスタ・イオ
ンを加速して基板に衝突せしめ、同時に反応性ガスまた
は励起させた反応ガスを基板に衝突させて、基板上に薄
膜を蒸着形成するものである。第１工程においては、マ
グネシウムのクラスタ・イオンビームと酸素の励起ガス
ビームを用いる。第２工程においては、バリウムとイッ
トリウムと銅のクラスタ・イオンビームをそれぞれ形成
し、これらと酸素の励起ガスビームを同時に衝突させる
。第１図において、ｆｌ）は真空槽、（２）は真空排気
装置、（３ａ）（３ｂ） （３ｃ） （３ｄ）はτ１ず
れもクラスタ・イオン源であす、各々マグネシウム、バ
リウムイツトリウム及び銅のクラスタ・イオンビーム
を形成する。
（２７ａ） 〜（２７ｄ）はシャフタ、（２８ａ） 〜
（２８ｄ） はクラスタ・ビーム量をモニタするセンサ
で、水晶振動子式蒸着膜厚計が用いられる。α値は基板
でシリコンを用いることができる。 （２９）は酸素ガ
ス励起源、（３０）は基板α値のロードロック式交換機
構、（３１）は基板（至）の加熱および回転機構である
。
（２８ｄ） はクラスタ・ビーム量をモニタするセンサ
で、水晶振動子式蒸着膜厚計が用いられる。α値は基板
でシリコンを用いることができる。 （２９）は酸素ガ
ス励起源、（３０）は基板α値のロードロック式交換機
構、（３１）は基板（至）の加熱および回転機構である
。
第２図はこの発明の一実施例に係るクラスタ・イオン源
の断面構成図、第３図はこのクラスタ・イオン源の要部
を示す斜視図、及び第４図はクラスタ・イオン源と酸素
ガス励起源を用いて基板上に酸化物薄膜を形成する原理
を示している。図において、（４）は密閉形るつぼであ
り、グラファイト、タングステン、タンタル等の高融点
材料で作製され、直径１〜２μｍのノズル（２６）が１
個ないし複数個設けられている。このるつぼ（４）には
、形成すべき薄膜を構成する金属元素が蒸着原料（５）
とじて収容される。（６）は上記るつぼ（４）の加熱を
行なうための加熱用フィラメント、（７）は該フィラメ
ント（６）からの輻射熱を遮断する熱シールド板であり
、上記るつぼ（４）、加熱用フィラメント（６）及び熱
シールド板（７）により、蒸着原料を上記真空槽（１）
内に噴出してクラスタを生成せしめる蒸発源（８）が形
成されている。なお、α値は上記熱シールド板（７）を
支持する絶縁支持部材、（２Φは上記るつぼ（４）を支
持する支持台、（２５）は上記支持台（至）を真空槽に
固定する絶縁支持部材である。
の断面構成図、第３図はこのクラスタ・イオン源の要部
を示す斜視図、及び第４図はクラスタ・イオン源と酸素
ガス励起源を用いて基板上に酸化物薄膜を形成する原理
を示している。図において、（４）は密閉形るつぼであ
り、グラファイト、タングステン、タンタル等の高融点
材料で作製され、直径１〜２μｍのノズル（２６）が１
個ないし複数個設けられている。このるつぼ（４）には
、形成すべき薄膜を構成する金属元素が蒸着原料（５）
とじて収容される。（６）は上記るつぼ（４）の加熱を
行なうための加熱用フィラメント、（７）は該フィラメ
ント（６）からの輻射熱を遮断する熱シールド板であり
、上記るつぼ（４）、加熱用フィラメント（６）及び熱
シールド板（７）により、蒸着原料を上記真空槽（１）
内に噴出してクラスタを生成せしめる蒸発源（８）が形
成されている。なお、α値は上記熱シールド板（７）を
支持する絶縁支持部材、（２Φは上記るつぼ（４）を支
持する支持台、（２５）は上記支持台（至）を真空槽に
固定する絶縁支持部材である。
（９）はイオン化用の熱電子（２２）を放出するイオン
化フィラメント、α値は該イオン化フィラメント（９）
から放出された熱電子（２２）を加速する電子引き出し
ｉｉ、０υはイオン化フィラメント（９）からの輻射熱
を遮断する熱シールド板であり、上記イオン化フィラメ
ント（９）、電子引き出し電極α口及び熱シールド板θ
Ｂにより、上記蒸発源（８）からのクラスタをイオン化
するためのイオン化手段＠が形成されている。なお、（
２３）は熱シールド板ＯＤを支持する絶縁支持部材であ
る。（ロ）は上記イオン化されたクラスタ・イオンα〔
を加速してこれをイオン化されていない中性クラスタα
すと共に薄膜形成用基板０匂に衝突させて薄膜を蒸着さ
せる加速手段すなわち加速電極であり、これは電子引き
出し電極Ｑｌとの間に電位を印加できる構造となってい
る。なお、（２４）は加速電極（＋４１を支持する絶縁
支持部材である。
化フィラメント、α値は該イオン化フィラメント（９）
から放出された熱電子（２２）を加速する電子引き出し
ｉｉ、０υはイオン化フィラメント（９）からの輻射熱
を遮断する熱シールド板であり、上記イオン化フィラメ
ント（９）、電子引き出し電極α口及び熱シールド板θ
Ｂにより、上記蒸発源（８）からのクラスタをイオン化
するためのイオン化手段＠が形成されている。なお、（
２３）は熱シールド板ＯＤを支持する絶縁支持部材であ
る。（ロ）は上記イオン化されたクラスタ・イオンα〔
を加速してこれをイオン化されていない中性クラスタα
すと共に薄膜形成用基板０匂に衝突させて薄膜を蒸着さ
せる加速手段すなわち加速電極であり、これは電子引き
出し電極Ｑｌとの間に電位を印加できる構造となってい
る。なお、（２４）は加速電極（＋４１を支持する絶縁
支持部材である。
なお、第２図、第３図の各部の符号は第４図におけるク
ラスタイオン源（３ａ） （３ｂ）及び第４図において
省略されたクラスタ・イオン源（３ｃ） （３ｂ）に対
する各部の符号を総称している。
ラスタイオン源（３ａ） （３ｂ）及び第４図において
省略されたクラスタ・イオン源（３ｃ） （３ｂ）に対
する各部の符号を総称している。
また第４図の酸素励起源（２９）は、円筒状の励起ガス
形成室（３２）とこれを囲繞して設けた無声放電させる
ための高圧電極（３３）、低圧電極（３４）、および酸
素ガス（３５）を導入するガス導入口（３６）より構成
される。励起ガス形成室（３２）は耐熱性が高い石英ガ
ラス等で作製され、上部に励起状態の酸素（３７）のビ
ーム（３日）を基板に向けて噴射するノズル（３９）は
設けられている。
形成室（３２）とこれを囲繞して設けた無声放電させる
ための高圧電極（３３）、低圧電極（３４）、および酸
素ガス（３５）を導入するガス導入口（３６）より構成
される。励起ガス形成室（３２）は耐熱性が高い石英ガ
ラス等で作製され、上部に励起状態の酸素（３７）のビ
ーム（３日）を基板に向けて噴射するノズル（３９）は
設けられている。
次に動作について説明する。まず第１工程ではクラスタ
・イオン源（３ａ）と酸素励起ｎ （２９）を用いてマ
グネシア薄膜（ＭｇＯ）が次の様にして形成される。
・イオン源（３ａ）と酸素励起ｎ （２９）を用いてマ
グネシア薄膜（ＭｇＯ）が次の様にして形成される。
薄着原料（５ａ）としてマグネシウム（Ｍｇ）をるつぼ
（４ａ）内に充填し、上記真空排気装置により真空槽（
１１内の空気を排気して該真空槽（１）内を１０−’Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度にする。次いで、加熱用フィラメン
ト（６ａ）に通電して発熱せしめ、該加熱用フイラメン
） （６ａ）からの輻射熱により、または該フィラメン
ト（６ａ）から放出される熱電子（２１ａ） （図示を
省略）をるつぼ（４ａ）に衝突させると、即ち電子衝撃
によって、該るつぼ（４ａ）内のＭｇ （５ａ）を加熱
し蒸発せしめる。そして該るつぼ（４ａ）内がＭｇ（５
ａ）の蒸気圧が０．１〜数１０Ｔｏｒｒ程度になる温度
に昇温すると、ノズル（２６ａ）から噴出した蒸気は、
るつぼ（４ａ）と真空槽＋１１との圧力差により断熱膨
張してクラスタと呼ばれる多数の原子が緩く結合した塊
状原子集団となる。
（４ａ）内に充填し、上記真空排気装置により真空槽（
１１内の空気を排気して該真空槽（１）内を１０−’Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度にする。次いで、加熱用フィラメン
ト（６ａ）に通電して発熱せしめ、該加熱用フイラメン
） （６ａ）からの輻射熱により、または該フィラメン
ト（６ａ）から放出される熱電子（２１ａ） （図示を
省略）をるつぼ（４ａ）に衝突させると、即ち電子衝撃
によって、該るつぼ（４ａ）内のＭｇ （５ａ）を加熱
し蒸発せしめる。そして該るつぼ（４ａ）内がＭｇ（５
ａ）の蒸気圧が０．１〜数１０Ｔｏｒｒ程度になる温度
に昇温すると、ノズル（２６ａ）から噴出した蒸気は、
るつぼ（４ａ）と真空槽＋１１との圧力差により断熱膨
張してクラスタと呼ばれる多数の原子が緩く結合した塊
状原子集団となる。
このクラスタ・ビーム（１７ａ） は、イオン化フィ
ラメント（９ａ）から電子引き出し電極（１０ａ）によ
って引き出された熱電子（２２ａ） （図示を省略）と
衝突するため、その一部のクラスタはそのうち１個の原
子がイオン化されてクラスタ・イオン（１６ａ） とな
る、このクラスタ・イオン（１６ａ）は加速電極（１４
ａ） と電子引き出し電極（ｌｏａ） との間に形
成された電界により適度に加速され、イオン化されてい
ない中性クラスタ（１５ａ）がるつぼ（４ａ）から噴射
される時運動エネルギーでもって基板Ｑｌに衝突するの
と共に基板側に衝突する。
ラメント（９ａ）から電子引き出し電極（１０ａ）によ
って引き出された熱電子（２２ａ） （図示を省略）と
衝突するため、その一部のクラスタはそのうち１個の原
子がイオン化されてクラスタ・イオン（１６ａ） とな
る、このクラスタ・イオン（１６ａ）は加速電極（１４
ａ） と電子引き出し電極（ｌｏａ） との間に形
成された電界により適度に加速され、イオン化されてい
ない中性クラスタ（１５ａ）がるつぼ（４ａ）から噴射
される時運動エネルギーでもって基板Ｑｌに衝突するの
と共に基板側に衝突する。
一方、励起ガス形成室（３２）には０．１〜１０Ｔｏｒ
ｒ程度の圧力になるよう酸素ガス（３５）が導入される
。
ｒ程度の圧力になるよう酸素ガス（３５）が導入される
。
高圧電極（３３）と低圧電極（３４）の間に周波数５０
０Ｈｚ〜５ｋＨｚで数１００ｖ〜５ＫＶの電圧を印加す
ると、励起ガス形成室（３２〉内に無声放電が生じこれ
により酸素ガス（３５）が励起され０，０８等の活性度
が高い励起状態の酸素ガスが形成される。ここで形成さ
れた励起ガス（３７）は真空槽＋１１との圧力差により
ノズル（３９）から噴出し、基板側に衝突する。
０Ｈｚ〜５ｋＨｚで数１００ｖ〜５ＫＶの電圧を印加す
ると、励起ガス形成室（３２〉内に無声放電が生じこれ
により酸素ガス（３５）が励起され０，０８等の活性度
が高い励起状態の酸素ガスが形成される。ここで形成さ
れた励起ガス（３７）は真空槽＋１１との圧力差により
ノズル（３９）から噴出し、基板側に衝突する。
このように基板α樽にＭｇのクラスタ・ビーム（１７ａ
）と励起ガスのビーム（３８）を同時に衝突させると、
励起状態の酸素によって効率よ＜Ｍｇが酸化されて基板
側上に？ＩｇＯ薄膜が形成される。なお、形成される薄
膜の組成比は、センサ（２８ａ）でＭｇのクラスタ・ビ
ーム（１７ａ）の強度をモニタしながら、るつぼ（４ａ
）の温度制御をなうこと、及び、励起ガス形成室（３２
）内の酸素ガス（３５）の圧力を調整することによって
行われる。また基板Ｑｌ上に形成されるＭｇ０ｙｉ膜の
結晶性は、クラスタ・イオン（１６ａ）の量と加速電圧
、基板Ｏ８の加熱温度により調整され、配向性の高い薄
膜を形成することができる。中間層の厚さとして０．２
〜５μｍ程度とするのが適当である。
）と励起ガスのビーム（３８）を同時に衝突させると、
励起状態の酸素によって効率よ＜Ｍｇが酸化されて基板
側上に？ＩｇＯ薄膜が形成される。なお、形成される薄
膜の組成比は、センサ（２８ａ）でＭｇのクラスタ・ビ
ーム（１７ａ）の強度をモニタしながら、るつぼ（４ａ
）の温度制御をなうこと、及び、励起ガス形成室（３２
）内の酸素ガス（３５）の圧力を調整することによって
行われる。また基板Ｑｌ上に形成されるＭｇ０ｙｉ膜の
結晶性は、クラスタ・イオン（１６ａ）の量と加速電圧
、基板Ｏ８の加熱温度により調整され、配向性の高い薄
膜を形成することができる。中間層の厚さとして０．２
〜５μｍ程度とするのが適当である。
以上の第１工程に引き続き、第２工程を行ない、以下の
様にしてＢａＹ−Ｃｕ−０系セラミクス薄膜が形成され
る。
様にしてＢａＹ−Ｃｕ−０系セラミクス薄膜が形成され
る。
即ち、クラスタ・イオンＲ（３ｂ）からＢａのクラスタ
・イオンビームを、クラスタ・イオン源（３ｃ）からＹ
のクラスタ・イオンビームを、クラスタ・イオン源（３
ｄ）からＣｕのクラスタ・イオンビームを、基板０１に
衝突させる。それぞれのクラスタ・イオン源の動作は先
に述べたＭｇの場合とほぼ同様にして行うことができる
。また、酸素励起源（２９）で形成された酸素の励起ビ
ーム（３８）も同時に基板に衝突させる。形成される薄
膜の組成比は、センサ（２８ｂ） （２８ｃ） （２８
ｄ）より得られるそれぞれのビーム強度を目安として、
基板に到達する３種類の元素のモル比を、例えばＢａ：
Ｙ：Ｃｕ＝２：Ｉ：３とすることにより調整される。な
お、薄膜中の酸素の含有量は、後の工程として酸素雰囲
気中でアニールを施すことにより調整するため、ここで
厳密に設定する必要はない。
・イオンビームを、クラスタ・イオン源（３ｃ）からＹ
のクラスタ・イオンビームを、クラスタ・イオン源（３
ｄ）からＣｕのクラスタ・イオンビームを、基板０１に
衝突させる。それぞれのクラスタ・イオン源の動作は先
に述べたＭｇの場合とほぼ同様にして行うことができる
。また、酸素励起源（２９）で形成された酸素の励起ビ
ーム（３８）も同時に基板に衝突させる。形成される薄
膜の組成比は、センサ（２８ｂ） （２８ｃ） （２８
ｄ）より得られるそれぞれのビーム強度を目安として、
基板に到達する３種類の元素のモル比を、例えばＢａ：
Ｙ：Ｃｕ＝２：Ｉ：３とすることにより調整される。な
お、薄膜中の酸素の含有量は、後の工程として酸素雰囲
気中でアニールを施すことにより調整するため、ここで
厳密に設定する必要はない。
具体的な蒸着条件としては、センサ（２８）による蒸着
速度で、ｅａを０．７ 人／Ｓ、 Ｙを０．２
人／Ｓ、 Ｃｕを０．３ 人／Ｓとすると、組成比がほ
ぼＢａ：Ｙ：Ｃｕ＝２：１：３なる薄膜が形成できる。
速度で、ｅａを０．７ 人／Ｓ、 Ｙを０．２
人／Ｓ、 Ｃｕを０．３ 人／Ｓとすると、組成比がほ
ぼＢａ：Ｙ：Ｃｕ＝２：１：３なる薄膜が形成できる。
なお、各元素のクラスタ・イオンの量及び加速エネルギ
を制御することにより、形成される薄膜の結晶軸方向を
そろえた配向性の高い薄膜を形成することができる。基
板ａ咎の温度としては、２００℃〜９００℃に保持すれ
ば良く、ここで基板の温度を５００℃以上に設定しても
、中間層により薄膜形成牛に基板を構成する元素の拡散
が防止される。
を制御することにより、形成される薄膜の結晶軸方向を
そろえた配向性の高い薄膜を形成することができる。基
板ａ咎の温度としては、２００℃〜９００℃に保持すれ
ば良く、ここで基板の温度を５００℃以上に設定しても
、中間層により薄膜形成牛に基板を構成する元素の拡散
が防止される。
以上のようにして形成されたＢａＹ−Ｃｕ−０系セラミ
クス薄膜に対し、第３工程として従来例で示したものと
同様のアニールを施すことにより、基板α・の拡散が防
止され、高純度の超電導薄膜が形成される。
クス薄膜に対し、第３工程として従来例で示したものと
同様のアニールを施すことにより、基板α・の拡散が防
止され、高純度の超電導薄膜が形成される。
なお、上記実施例では第１工程で形成する中間層がＭｇ
Ｏ薄膜である場合を示したが、他もチタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯｉ）、イットリウム安定化ジルコニア
（Ｙ −５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｒ（ｈ）イツトリ
ア（Ｙ。
Ｏ薄膜である場合を示したが、他もチタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯｉ）、イットリウム安定化ジルコニア
（Ｙ −５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｚｒ（ｈ）イツトリ
ア（Ｙ。
０、）等の薄膜としても良いａ ５ｒＴｔ０３の場合は
酸素の励起ビームと、Ｓｒ、Ｔｉ のクラスタ・イオン
ビームをそれぞれ形成することにより、首尾よく中間層
が形成される。 また上記実施例では基板α鴫としてシ
リコン基板を用いた場合を示したが、ガラス、ステンレ
ス等であっても同様の効果が得られる。
酸素の励起ビームと、Ｓｒ、Ｔｉ のクラスタ・イオン
ビームをそれぞれ形成することにより、首尾よく中間層
が形成される。 また上記実施例では基板α鴫としてシ
リコン基板を用いた場合を示したが、ガラス、ステンレ
ス等であっても同様の効果が得られる。
また上記実施例では、酸素励起源を設けたものを示した
が、他に酸素のイオン源であっても良い。
が、他に酸素のイオン源であっても良い。
また上記実施例では、第１工程に引き続き、第２工程を
同一の真空層中で行なったものを示したが、第１工程と
第２工程をそれぞれ別個の真空槽で行っても同様の効果
を奏する。
同一の真空層中で行なったものを示したが、第１工程と
第２工程をそれぞれ別個の真空槽で行っても同様の効果
を奏する。
また上記実施例ではＢａＹ−Ｃｕ−０系超電導セラミク
ス薄膜を形成した場合を示したが、他の超電導セラミク
ス薄膜に対して適用しても同様の効果を奏する。
ス薄膜を形成した場合を示したが、他の超電導セラミク
ス薄膜に対して適用しても同様の効果を奏する。
また上記実施例ではクラスタ・イオン源を４種類用いた
場合について示したが、形成すべき薄膜の構成元素数に
応じた台数を用いれば良い。
場合について示したが、形成すべき薄膜の構成元素数に
応じた台数を用いれば良い。
また上記実施例では蒸着原料として形成すべき薄膜を構
成する金属元素を用いたものを示したが、これらの金属
の酸化物等の化合物を用いても良い。
成する金属元素を用いたものを示したが、これらの金属
の酸化物等の化合物を用いても良い。
また、上記実施例では、第１及び第２工程における薄膜
形成方法としてクラスタ・イオンビーム蒸着法を用いた
ものを示したが、他の薄膜形成方法であっても良い。
形成方法としてクラスタ・イオンビーム蒸着法を用いた
ものを示したが、他の薄膜形成方法であっても良い。
また上記実施例では、第３工程としてアニールを施した
場合について示したが、この工程を施さない場合につい
て示したが、この工程を施さない場合について通用して
も差しつかえなく、特に第２工程において基板温度を高
く設定する場合、同様の効果が期待される。
場合について示したが、この工程を施さない場合につい
て示したが、この工程を施さない場合について通用して
も差しつかえなく、特に第２工程において基板温度を高
く設定する場合、同様の効果が期待される。
以上のように、この発明によれば、第１工程として基板
上に中間層を形成し、第２工程としてこの中間層上に超
電導材料の構成元素より成る化合物薄膜を形成するよう
にしたので、基板を構成する元素の超ｔｍ薄膜中への拡
散が阻止できる効果がある。従って、シリコン等の安価
な基板上にも超電導薄膜が形成できるという効果がある
。
上に中間層を形成し、第２工程としてこの中間層上に超
電導材料の構成元素より成る化合物薄膜を形成するよう
にしたので、基板を構成する元素の超ｔｍ薄膜中への拡
散が阻止できる効果がある。従って、シリコン等の安価
な基板上にも超電導薄膜が形成できるという効果がある
。
また、特許請求の範囲第６項及び第７項に示すように薄
膜形成方法としてクラスタ・イオンビーム蒸着法を用い
ると各元素を独立のクラスタ・ビームとしているので薄
膜組成の制御が容易であり、またクラスタ・イオンの量
及びエネルギの制御により形成される薄膜の結晶性を制
御し、高い配向性を有する薄膜が形成できるので、超電
導薄膜として、高い臨界温度、大きな臨界電流密度を有
する高品位のものが得られる効果がある。
膜形成方法としてクラスタ・イオンビーム蒸着法を用い
ると各元素を独立のクラスタ・ビームとしているので薄
膜組成の制御が容易であり、またクラスタ・イオンの量
及びエネルギの制御により形成される薄膜の結晶性を制
御し、高い配向性を有する薄膜が形成できるので、超電
導薄膜として、高い臨界温度、大きな臨界電流密度を有
する高品位のものが得られる効果がある。
また特許請求の範囲第８項に示すように酸素励起源を用
いて励起状態の酸素を基板に供給すれば、基板上で効率
よく酸化膜が形成され、真空槽内にはわずかの酸素が残
るだけであるから、真空度として高真空状態が維持でき
、フィラメント等の消耗が少なく、また形成される薄膜
の純度も高くなるという効果がある。
いて励起状態の酸素を基板に供給すれば、基板上で効率
よく酸化膜が形成され、真空槽内にはわずかの酸素が残
るだけであるから、真空度として高真空状態が維持でき
、フィラメント等の消耗が少なく、また形成される薄膜
の純度も高くなるという効果がある。
第１図はこの発明の一実施例に係る薄膜蒸着装置の一部
を切り欠いて内部を示す斜視図第２図はこの発明の一実
施例に係るクラスタ・イオン源を示す断面構成図、第３
図はこの発明の一実施例に係るクラスタ・イオン源の要
部を示す斜視図、第４図はこの発明の一実施例による化
合物薄膜形成方法を説明する説明図、及び第５図は従来
の化合物薄膜形成方法に係る装置を示す断面図である。 （１１−・・真空槽、（３ａ） （３ｂ） （３ｃ）
（３ｄ）−クラスタ・イオン源、ａ樽・・・基板、（２
９）・・・酸素励起源、（３５）・・・酸素、（３７）
・・・励起状態の酸素 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 メθ６ １、事件の表示 特願昭８２−３２２０２２号３、
補正をする者 の簡単な説明の欄 ６、補正の内容 ７、添付書類の目録 （１）補正後の特許請求の範囲を記載した書面１通 以上 特許請求の範囲 （１）基板上に中間層を形成する第１工程、及び形成さ
れた中間層上に超電導材料の構成元素よりなる化合物薄
膜を形成する第２工程を施す化合物薄膜形成方法。 （２）中間層は酸化物薄膜である特許請求の範囲第１項
記載の化合物薄膜形成方法。 （３）化合物薄膜はＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系セラミクスで
あり、中間層はマグネシア、チタン酸ストロンチウム、
イツトリウム安定化ジルコニアのいずれかである特許請
求の範囲第２項記載の化合物薄膜形成方法。 （４）中間層及び化合物薄膜形成後、こｎら両層をアニ
ールする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
に記載の化合物薄膜形成方法。 （５）第１工程と第２工程を同一真空槽で実施する特許
請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の化合
物薄膜形成方法。 （６）第１工程はクラスタ・イオン源を用いたクラスタ
・イオンビーム蒸着法により行う特許請求の範囲第１項
ないし第５項いずれかに記載の化合物薄膜形成方法。 （７）＊２工程はクラスタ・イオン源を用いたクラスタ
・イオンビーム蒸着法により行う特許請求の範囲ｆｆ１
１項ないし＠６項のいずれか記載の化合物薄膜形成方法
。 （８）第１工程および第２工程において酸素励起源を用
いて酸素を無声放電を用いて励起し、励起状態の酸素を
形成して基板に衝突させるようにした特許請求の範囲第
２項ないし第７項のいずれかに記載の化合物薄膜形成方
法。
を切り欠いて内部を示す斜視図第２図はこの発明の一実
施例に係るクラスタ・イオン源を示す断面構成図、第３
図はこの発明の一実施例に係るクラスタ・イオン源の要
部を示す斜視図、第４図はこの発明の一実施例による化
合物薄膜形成方法を説明する説明図、及び第５図は従来
の化合物薄膜形成方法に係る装置を示す断面図である。 （１１−・・真空槽、（３ａ） （３ｂ） （３ｃ）
（３ｄ）−クラスタ・イオン源、ａ樽・・・基板、（２
９）・・・酸素励起源、（３５）・・・酸素、（３７）
・・・励起状態の酸素 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 メθ６ １、事件の表示 特願昭８２−３２２０２２号３、
補正をする者 の簡単な説明の欄 ６、補正の内容 ７、添付書類の目録 （１）補正後の特許請求の範囲を記載した書面１通 以上 特許請求の範囲 （１）基板上に中間層を形成する第１工程、及び形成さ
れた中間層上に超電導材料の構成元素よりなる化合物薄
膜を形成する第２工程を施す化合物薄膜形成方法。 （２）中間層は酸化物薄膜である特許請求の範囲第１項
記載の化合物薄膜形成方法。 （３）化合物薄膜はＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系セラミクスで
あり、中間層はマグネシア、チタン酸ストロンチウム、
イツトリウム安定化ジルコニアのいずれかである特許請
求の範囲第２項記載の化合物薄膜形成方法。 （４）中間層及び化合物薄膜形成後、こｎら両層をアニ
ールする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
に記載の化合物薄膜形成方法。 （５）第１工程と第２工程を同一真空槽で実施する特許
請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の化合
物薄膜形成方法。 （６）第１工程はクラスタ・イオン源を用いたクラスタ
・イオンビーム蒸着法により行う特許請求の範囲第１項
ないし第５項いずれかに記載の化合物薄膜形成方法。 （７）＊２工程はクラスタ・イオン源を用いたクラスタ
・イオンビーム蒸着法により行う特許請求の範囲ｆｆ１
１項ないし＠６項のいずれか記載の化合物薄膜形成方法
。 （８）第１工程および第２工程において酸素励起源を用
いて酸素を無声放電を用いて励起し、励起状態の酸素を
形成して基板に衝突させるようにした特許請求の範囲第
２項ないし第７項のいずれかに記載の化合物薄膜形成方
法。
Claims (8)
- （１）基板上に中間層を形成する第１工程、及び形成さ
れた中間層上に超電導材料の構成元素よりなる化合物薄
膜形成する第２工程を施す化合物薄膜形成方法。 - （２）中間層は酸化物薄膜である特許請求の範囲第１項
記載の化合物薄膜形成方法。 - （３）化合物薄膜はＢａ−Ｙ−Ｃｕ−Ｏ系セラミクスで
あり、中間層はマグネシア、チタン酸ストロンチウム、
イットリウム安定化ジルコニアのいずれかである特許請
求の範囲第２項記載の化合物薄膜形成方法。 - （４）中間層及び化合物薄膜形成後、これら両層をアニ
ールする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
に記載の化合物薄膜形成方法。 - （５）第１工程と第２工程を同一真空槽で実施する特許
請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の化合
物薄膜形成方法。 - （６）第１工程はクラスタ・イオン源を用いたクラスタ
・イオンビーム蒸着法により行う特許請求の範囲第１項
ないし第５項いずれかに記載の化合物薄膜形成方法。 - （７）第２工程はクラスタ・イオン源を用いたクラスタ
・イオンビーム蒸着法により行う特許請求の範囲第１項
ないし第６項のいずれかに記載の化合物薄膜形成方法。 - （８）第１工程および第２工程において酸素励起源を用
いて酸素を無声放電を用いて励起し、励起状態の酸素を
形成して基板に衝突させるようにした特許請求の範囲第
２項ないし第７項のいずれかに記載の化合物薄膜形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62322022A JPH01163917A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 化合物薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62322022A JPH01163917A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 化合物薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01163917A true JPH01163917A (ja) | 1989-06-28 |
Family
ID=18139046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62322022A Pending JPH01163917A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 化合物薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01163917A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017500756A (ja) * | 2013-11-12 | 2017-01-05 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 集積超伝導体デバイス及びその製造方法 |
| US10158061B2 (en) | 2013-11-12 | 2018-12-18 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc | Integrated superconductor device and method of fabrication |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62322022A patent/JPH01163917A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017500756A (ja) * | 2013-11-12 | 2017-01-05 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | 集積超伝導体デバイス及びその製造方法 |
| US10158061B2 (en) | 2013-11-12 | 2018-12-18 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc | Integrated superconductor device and method of fabrication |
| US10290399B2 (en) | 2013-11-12 | 2019-05-14 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Integrated superconductor device and method of fabrication |
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