JPH01212752A - 超電導薄膜作製装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタリング現象を利用して高温超電導薄
膜作製用のターゲットを備えた超電導薄膜作製装置に関
する。

（従来の技術と発明が解決しようとする問題点）近年、
臨界温度（以下Ｔｃという）３０にで超電導状態をあら
れすＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体が発見さ
れて以来、世界中で超電導体の研究が急速に進められ、
その結果、液体窒素（７７Ｋ）を越えるＴｃ９０にのＢ
ａ−Ｙ−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体が発見された。こ
のように超電導状態を示すＴｃが上昇することでその応
用分野は急速に広がり、当該超電導体物質の薄膜化や線
材１ヒへの研究が活発に行われている。

当該超電導体の薄膜１ヒの手段として、蒸着法やスパッ
タ法等が行われている。しかし、従来のスパッタ現象を
利用した超電導薄膜作製装置では、ターゲットとじて焼
結体ターゲット（例えば、Ｂａ−Ｙ−Ｃｕ−０膜）を使
用していたため、次のような問題があった。すなわち、 （１）ターゲットに組成の経時変化が起こり、基板上に
作製する膜の組成制御が困難であった。

（２）作製される膜の組成が最適な１ヒ学里論比からず
れていた場合、その化学量論比の補正が困難であった。

ちなみに現在、Ｂ　ａ　−Ｙ　−ＣＬｌ　”　Ｏ系の酸
化物超電導体の最適な化学量論比とされているのは、１
：　２：３：　６．９の割合である。

（３）ターゲット中の酸素含有量がわからず、基板上に
作製する膜中の酸素量を制御するのが困難であった。

（４）焼結体ターゲットは、もろくて割れ易い。

（５）焼結体ターゲットを使用しているため、膜のデボ
ジッションレートが遅い。

ｔ　十　ン炙　叩　ど）ｐ　酔　１ ＼　ｌ十〜　７Ｔ＋　１１　リノ　ｐ　−Ｕ　ノ本発明
の目的は、膜の組成制御を簡単に行ない、膜中の酸素量
を制御し、高温超電導薄膜のデボジッションレートを向
上させることができる超電導薄膜製造装置を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。すなわち、加熱可能な基板保持手段に固着し
た基板と超電導薄膜作製用ターゲットとを真空に排気さ
れたチャンバー内に、互いに対向するように配置し、ス
パッタ法により基板上に超電導薄膜を作製する超電導薄
膜作製装置において、上記ターゲットが少なくとも３種
類の金属材料を組み合わせて構成した金属ターゲットで
あることを特徴とする。

（作用） 上記のようにターゲットを複数の金属材料によって構成
しているので、これら金属材料の組成比を変えると、プ
ラズマに晒されるターゲットの表面の面積比を変えるこ
とができる。これによって、基板上に作製される超電導
薄膜が最適な化学量論比になるように制御することがで
きる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示している。なお、実際の高
温超電導体薄膜の製造に際しては、高周波スパッタ方式
、ＤＣスパッタ方式、高周波マグネトロシスバッタ方式
等のスパッタ方式を実施したが、以下には、高周波スパ
ッタ方式を用いた場合について詳細に説明する。

図中符号１はターゲット、２はＭｇＯ１Ｓ、Ｔ。

０２、ｙｓｚ、ｚ、ｏ、サファイアなどからなる基板、
３は基板ステージで、上記基板２を保持している。当該
基板ステージ３は、温調計１３及び電力調整器１４によ
って制御され、±０．５℃の制御が可能なヒータ５を内
蔵している。そして、当該ヒータ５によって基板ステー
ジ３を加熱し、その抵抗加熱によって基板２を加熱する
ようにしている。

また、該基板ステージ３は、耐酸化性の強い材料、例え
ば、インコネルで構成されているため、１０”Ｔｏｒｒ
の酸素雰囲気中でも８００℃まで加熱が可能である。図
中符号４は、上記基板ステージ３の加熱効率を上げる反
射板である。当該反射板４は、断面コの字型に形成され
、基板ステージ３の基板保持側を除く外側を覆うように
設けられている。

また、矢印６及び６′は、イオン衝撃によって起こるカ
ソード１８に設置したターゲットの温度上昇を防ぐため
に、ターゲット電極１内に供給する冷却水の流入流出方
向を示している。７及び８はガス導入のためのバリアプ
ルリークバルブであり、これにより、各々アルゴンガス
及び酸素カスが導入される。

ここで導入するガスの種類は、プロセスによって異なる
。本実施例ではアルゴンガス、単体カス又はアルゴンガ
スと酸素ガスの混合ガスを用いている。９はチャンバー
１２を真空にする排気システムで、これにより、バック
グランドの真空を１Ｏ−５Ｐａ台に保っている。１０は
マツチングボックス、１１はＲＦ電源であり、上記バリ
アプルリークバルブ７．８を介して上記アルゴンガス及
び酸素ガスをチャンバー１２内に導入し、１ｏ−１〜１
０Ｐａ台の圧力でＲＦ電力をＲＦ電源１１、マツチング
ボックス１０を通してターゲット１に供給し、チャンバ
ー１２内にプラズマを発生させる。

さらに、プラズマ中のイオンが加速され、ターゲットに
衝突してターゲットからターゲツト材粒子をたたきたし
、基板上に所望の膜を作製することができる。

本発明者は、上記した構造の超電導薄膜作製装置によっ
て種々の実験を行ったが、特に、Ｍ　ｇ　Ｏ基板上に約
１μｍのＹＢ、２Ｃｕ３０□膜を成膜することができた
ので、以下、これについて説明する。

なお、使用したターゲットとしては、金属材料を組み合
わせて構成した金属ターゲットを用い、導入ガスとして
、アルゴンガスを用いた。

第２図及び第３図は、このときの金属ターゲットの形状
及び構成を示しており、当該各図の（ａ）は、金属ター
ゲット１の平面図、　（ｂ）は、金属ターゲット１の側
面図である。この図から明らかなように、当該ターゲッ
ト１は、Ｂａ１５、￥１６、Ｃｕ１７の３種類の金属材
料を組合わせるように構成している。この点、従来のタ
ーゲットが焼結体で構成されていたのと相違している。

第２図（Ａ）に示した金属ターゲット１はＢａ、Ｙ、Ｃ
ｕの各金属材料を均等に組み合わせたものである。また
、第３図（ａ）はＹを下地として、ＢａとＣｕを放射状
に絹み込むようにしたものである。もっとも、このよう
な金属材料の組合わせは、各金属材料が生成されるプラ
ズマに晒される表面積を変えることができるようにする
限り、様々な組合わせが可能である。

ところで、圧力、電力、基板温度等の各種条件により、
ターゲットのスパッタ率が変わり、膜組成に影響を与え
ることは既知の事実である。従って、当該ターゲット１
を構成するＢａ、Ｙ、Ｃｕのスパッタ車を考寸し・て、
基板上くこ形成されろ高Ｔｃ膜の膜組成が前記した最適
な化学量論比となるように、Ｂａ、Ｙ、Ｃｕのプラズマ
ζこ■西されるＢａ、Ｙ、Ｃｕの表面の面積比を選定す
るようにしている。

そして、上記のような１ヒ学量論比となるよう調整され
た膜に、種々の方法を用いて酸素をドーピングする。酸
素ドーピングの方法として種々行ったが、その中で代表
的なものは次の三つの方法である。

第１は、酸素ガスイオン銃による方法、第２は、プラズ
マ酸化による方法、第３は、酸素雰囲気中・　の熱処理
による方法である。これらの処理を施すことによりＴ　
ｃが８６　Ｋの高温超電導体薄膜を再現性よく作製でき
た。

また、ａｓ−ｄｅｐｏｓｉ　ｔｅの状態（膜作製後でア
ニールなどの処理を未だやっていない状態）で高温超電
導体薄膜を作製するために、バリアプルリークバルブ８
．９を介して、アルゴンガスに酸素ガスを混合して導入
することにより、膜の組成及び膜中の酸素量を制御する
。

当該膜中の酸素量は、酸素ガス圧比が上昇すれば、その
分圧比に比例して上昇するため、酸素ガス圧比を調整す
ることにより膜中の酸素を制御することができ、ａｓ−
ｄｅｐｏｓ　ｉ　ｔｅて高温超電導体薄膜が得られ、Ｔ
ｃが８６　Ｋの高温超電導体薄膜が再現性よく作製でき
た。

現状でのアルゴンガスのみのプロセスでは、高温超電導
体薄膜を作製するために成膜後、９００℃近傍の０゜雰
囲気中でのアニール処理が必要であるが、成膜速度を速
くすることができる特徴がある。他方、アルゴンガス＋
酸素ガスの混合カスのプロセスでは、成膜速度は低下す
るが、化学量論比が最適な高温超電導に適合してくるた
め、ａｓ−ｄｅｐｏｓ　ｉ　ｔｅの状態で高温超電導体
薄膜を作成できる特徴がある。

第４図及び第５図は本発明の他の実施例を示している。

なお、前記実施例と同じ構成要素については同一符号を
使用する。

当該ターゲットの特徴は、その形状にあり、前記実施例
の場合のターゲットの形状が平板型であるのに対し、矩
形の立体形状をしている。このような形状のターゲット
は、第６図に示すように、カソード１８内に収納されて
おり、上記平板型のカソードに比べ、膜をデボジッショ
ンさせる方向に指向性がある。特に、プラズマ密度が高
くなることから、ｈｉｇｈ−ｒａｔｅで膜を作成できる
特徴がある。当該立体型ターゲットを用いた超電導体薄
膜の製造方法としても前記平板型ターゲットと同様な効
果が得られた。

以上のように、本発明の超電導体薄膜作製装置によると
、従来の焼結体ターゲットを用いた同様の装置と比べて
、超電導体薄膜の作成方法に選択の幅があり、かつ精密
に再現性良く作成できる特徴がある。

なお、上記実施例において、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｙ
膜について述べたが、ＬｎＢａ２Ｃｕ３０７−ｙ膜（Ｌ
ｎ＝Ｌａ、ＣｅＳ　Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ。

Ｅｕ、　　Ｇｄ、　　Ｔｂ、　　Ｄｙ、　　Ｈｏ、　　
Ｅｒ、　　Ｔｍ、　Ｙ１〕、Ｌｕ）でも同様な結果を得
ることができ、更にこれらの膜にＮｂ、Ｓｒ、　　Ｃａ
、Ｓｃ等を加えた膜でも超電導体薄膜を得られた。特に
、５ｒＢａＹｃｕ３０ｙ膜は、室温で超電導体薄膜が得
られた。

また、カソード形状については、他に多角形などが考え
られ、円形、矩形に限定されるものではない。

（発明の効果） 本発明の請求項（１）によれば、ターゲットの面積比を
変えて、酸素ガスを成膜中又は成膜後にドープすること
により、膜の組成及び膜中の酸素を容易に制御できると
ともに、成膜速度の向上した精密な超電導体薄膜を再現
性良く作製できる。

請求項（２）によれば、所望の超電導体薄膜を精密に再
現性良く作成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の概略図、第２図（ａ）は他
の実施例に係る金属ターゲットの平面図、同図（ｂ）は
実施例に係る金属ターゲットのｍ１面図、第３図（ａ）
は第２実施例に係る金属ターゲットの平面図、同図（ｂ
）は第２実施例に係る金属ターゲットの側面図、第４図
（ａ）は第３実施例に係る金属ターゲットの平面図、同
図（ｂ）は第３実施例に係る金属ターゲットの側面図、
第５図は第４図に示した金属ターゲットをカソード内に
収容した状態を示したものである。 １・・・金属ターゲット、２・・・基板、３・・・基板
ステージ、５・・・ヒータ、１２・・・チャンバー、１
５・・・Ｂａ材、１６・−−１才、１７・　・　・ＣＬ
ｌ材。 特許出願人　工業技術院長　（はか１名）指定代理人　
工業技術院電子技術総合研究所長杉油　賢

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱可能な基板保持手段に固着した基板と超電導
   薄膜作製用ターゲットとを真空に排気されたチャンバー
   内に、互いに対向するように配置し、スパッタ法により
   基板上に超電導薄膜を作製する超電導薄膜作製装置にお
   いて、上記ターゲットが少なくとも３種類の金属材料を
   組み合わせて構成した金属ターゲットであることを特徴
   とする超電導薄膜作製装置。
2. （２）金属材料が、Ｂａ及び／又はＹ及び／又はＣｕ及
   び／又はＮｂ及び／又はＳｒ及び／又はＬｎ及び／又は
   Ｃａ及び／又はＳｃであることを特徴とする請求項（１
   ）記載の超電導薄膜作製装置。