JPH01220876A - 酸化物超伝導体膜の配線化方法 - 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） 本発明は酸化物超伝導体膜の配線化方法に関し、特にエ
レクトロニクスへの応用に有用な単結晶化及び結晶成長
温度の低温化を図った酸化物超伝導体膜の配線化方法に
関するものである。

（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（Ａｌ□０３）基板上にｌｐｍ程度被着し、
引き続き酸素雰囲気中８５０〜１０００°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１０’Ａ／ｃｍ２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ら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著しく困難にする。

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・チャウダリ（Ｐ。

Ｃｈａｕｄｈａｒｉ）らによって１９８７年にフィジカ
ルレピューレターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ
　Ｌｅｔｔｅｒｒｓ）第５８巻２６８４〜２６８６ペー
ジで提案された方法がある。この方法を第２図（ａ）〜
（ｅ）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（ＳｒＴｉＯ３）　（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、ＹＢａ
２ＣｕａＯ□−エ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５ｒＴｉＯａ単結晶は格子定数３
．９０人の立方晶であり、高温超伝導性を示す酸素欠損
型ペロブスカイト構造のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの格子
定数ａ＝３．８２人、　ｂ＝３．８８人に近い。そのた
め、ＹＢａ２Ｃｕ３０□−８単結晶膜２３を５ｒＴｔＯ
ａ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課題） 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セ・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
化物超伝導体膜の配線化方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、構成元素として銅を有する酸化物超伝導体膜
の配線化方法において、前記酸化物超伝導体膜の被着時
に銅の平均的組成が化学量論的組成よりも５０ａｔ％以
内で過剰となるように前記酸化物超伝導体膜を被着した
後、配線形状にパターニングし、引き続き酸素を含む雰
囲気中で配線パターン上をレーザビームで走査して前記
酸化物超伝導体膜を超伝導化することを特徴とする酸化
物超伝導体膜の配線化方法である。

（作用） 本発明では、酸素を含む雰囲気中で配線パターン上をレ
ーザビームで走査しながら、ビーム照射部を溶融して結
晶化を図る。最初のレーザビーム照射部をまず結晶化し
、この結晶を種としてビームの走査方向にそって結晶を
成長させ単結晶超伝導配線を形成する。しかも、本発明
では化学量論的組成に比べＣｕ過剰の酸化物超伝導体膜
を用いることによって、レーザビーム照射時にこのＣｕ
に基づく酸化鋼（Ｃｕｂ）をフラックスとして作用させ
、酸化物超伝導体膜の結晶化温度を低下させることがで
きる。膜中に含まれる過剰Ｃｕ量の増加により結晶化温
度は減少するが、このＣｕ量が１０ａｔ％以下ではその
効果は小さく、約５０ａｔ％を越えるとＣｕＯの結晶化
が優先的に起こる。従って、過剰Ｃｕ量は１０〜５０ａ
ｔ％の範囲であることが好ましい。過剰のＣｕはレーザ
ビーム照射による溶融部の移動とともに液相状態で移動
し配線パターン端部で偏析するため、配線の超伝導特性
を悪化させることはない。以上のように、本発明によれ
ば、単結晶超伝導配線の形成に、基板材料としてエピタ
キシャル成長用の単結晶体を用いる必要はなく、結晶化
を行うとき基板の温度を上げずに済むので多層配線等の
実デバイスへの応用の可能性が広がる。

（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（８１０２）で
被覆したシリコン（Ｓｉ）基板１１上に、ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏ７−ｘよりＣｕが約４０ａｔ％過−剰な酸化物超伝
導体膜１２を約０．５μｍ被着する（第１図（ａ））。

スパッタはアルゴン（Ａｒ）と酸素（０２）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、イオンミリング法で酸
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Ａｒ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））。この配線は８０に以上で完全に超伝
導となる。レーザビームアニール条件は、ビームスポッ
ト直径４０ｐｍ１出力パワー５Ｗ走査速度１０ｃｍ／ｓ
ｅｃ、基板温度６００°Ｃである。本実施例に示すよう
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ＳｉＯ２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。

本実施例では、被着時におけるＣｕの組成が化学量論的
組成よりも約４０ａｔ％過剰なＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜
に関して説明したが、５ｏａｔ％以内であれば過剰なＣ
ｕによる結晶化温度の低減効果が認められた。また、Ｙ
の代わりにＥｕ、　Ｇｄ、　Ｄｙ、　Ｅｒ’、　Ｙｂな
と他の希土類元素を構成元素とする酸化物超伝導体やＬ
ａ−８ｒ−Ｃｕ−０系など他の酸化物超伝導体の薄膜に
適用することができる。基板には、表面をＳｉＯ□で被
覆したＳｉ基板を使用したが、５ｒＴｉｏ３やＭｇＯな
ど従来酸化物超伝導体膜によく用いられている材料から
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。本実施例
ではスパッタ法により酸化物超伝導体膜を被着したが、
蒸着法やＣＶＤ法など他の成膜技術で被着することもで
きる。さらに、本実施例のＡｒレーザビームアニール法
に変わる技術として、ＣＯ□、ＹＡＧレーザビームアニ
ール法や電子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構造の酸化物超伝導
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。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）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、１′４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、２４は高温超伝導性
の酸化物超伝導体配線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　構成元素として銅を有する酸化物超伝導体膜の配線化
   方法において、前記酸化物超伝導体膜の被着時に銅の平
   均的組成が化学量論的組成よりも５０ａｔ％以内で過剰
   となるように前記酸化物超伝導体膜を被着した後、配線
   形状にパターニングし、引き続き酸素を含む雰囲気中で
   配線パターン上をレーザビームで走査して前記酸化物超
   伝導体膜を超伝導化することを特徴とする酸化物超伝導
   体膜の配線化方法。