JPH03197304A - 酸化物超電導薄膜の作製方法 - 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、酸化物超電導薄膜の作製方法に関する。より
詳細には、高品質な酸化物超電導薄膜を作製する方法に
関する。

従来の技術 ＹＩＢａ２Ｃｕ３０ｔ−ｘ系、Ｂｉ２Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕ
、　０１１系およびＴ１．Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ、　Ｏや系
の各酸化物超電導体は、臨界温度が高く、実用化が有望
と考えられている。

これらの酸化物超電導体を、ジョセフソン素子、超電導
トランジスタ等の電子デバイスに応用するためには、薄
膜化することが必須である。

酸化物超電導体の薄膜作製方法としては、真空蒸着法、
ＭＢＥ法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等が検討されて
いる。特にスパッタリング法は比較的簡便であり、且つ
真空蒸着に比べると酸素分圧の高い状態で成膜できる。

そのため、超電導特性が良好な薄膜を作製し易く、ひろ
く酸化物超電導体の薄膜化の手法として用いられてきた
。

具体的に、酸化物超電導体をスパッタリング法で薄膜化
する手順の一例を簡単に説明する。まず、成膜しようと
する酸化物超電導体の構成元素が、スパッタ効率を考慮
した組成で含まれるターゲットを作製する。一般的には
、このターゲットは酸化物である。次にこのターゲット
を電極として、アルゴンおよび酸素を含む雰囲気でスパ
ッタリングし、４００〜８００℃程度に加熱したＭｇＯ
または５ｒＴｉ０３等の基板上に薄膜を形成する。必要
に応じて成膜しただけの薄膜に大気圧等の酸素雰囲気で
熱処理を施して、酸素を供給し超電導体化する。

また、薄膜の組成を正確に制御する目的で、複数のそれ
ぞれ異なる単一の酸化物のターゲットを使用してスパッ
タリングすることもある。

発明が解決しようとする課題 上述のような、電子デバイスに使用するためには、単結
晶で、かつ平滑性に優れた酸化物超電導薄膜が好ましい
。

しかしながら、従来の方法では、成膜後に酸素雰囲気中
で高温（９００℃前後）の熱処理を行わないと、超電導
特性のよい酸化物超電導薄膜が得られなかった。この熱
処理を行う前の薄膜を空気に曝すことは好ましくなく、
また、高温での熱処理により、基板元素の拡散が起こる
ため、酸化物超電導薄膜の基板近傍の部分はその超電導
特性が劣化する。さらに、成膜工程から熱処理工程の間
の搬送は煩雑でもあり、工程数も多く、それに伴い得ら
れる薄膜の超電導特性も安定しなかった。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
て、結晶性のよい、高品質な酸化物超電導薄膜を成膜後
の熱処理なく作製可能な方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、酸化物超電導薄膜を高周波スパッタリ
ング法で基板上に作製する方法において、スパッタリン
グ中のターゲットのセルフバイアス電圧が一２００ｖ以
上となるようにスパッタ電極に正のバイアス電圧を印加
することを特徴とする酸化物超電導薄膜の作製方法が提
供される。

作用 本発明の方法は、高周波スパッタリング法で酸化物超電
導薄膜を作製する際に、ターゲットに正のバイアス電圧
を印加して、ターゲットのセルフバイアス電圧を０〜−
２００　Ｖにするところにその主要な特徴がある。すな
わち、高周波スパッタリング法では、スパッタリング中
に自己バイアス効果でターゲットが負に帯電する。それ
に対し、本発明の方法では、ターゲットに正のバイアス
電圧を印加して、スパッタリング中のターゲットの電位
を−５０〜−２００Ｖ、好ましくは一１００Ｖ程度にす
る。

本発明の方法では、成膜速度を遅くするためにターゲッ
トに正のバイアス電圧を印加して、ターゲット上での電
圧降下を小さくする。酸化物超電導体は、一般に低い成
膜速度で成膜すると、結晶性のよい高品質の薄膜が得ら
れる。しかしながら、通常のマグネトロンスパッタリン
グ法においては、成膜速度を遅くするためには、投入す
る高周波電力を小さくしなければならない。この場合、
得られる酸化物超電導薄膜は、結晶性は優れるものの酸
素不足の薄膜となる。従って、成膜しただけでは超電導
特性があまりよくないため、前述の９００℃前後での熱
処理を行わなければならない。これは、高周波電力を小
さくすると、発生するプラズマの強度が弱くなり、十分
な酸素を含んだ高品質な酸化物超電導薄膜ができる際の
反応に最も寄与していると考えられているラジカルな酸
素（０“）が不足するからである。

従って、本発明の方法では、プラズマ強度を小さくせず
、十分な量のゲを発生させて、なおかつ成膜速度を遅く
するために、ターゲット表面に衝突するイオンの加速電
圧を下げるべく、ターゲットに正のバイアス電圧を印加
する。しかしながら、ある程度以上ターゲットの電位を
高くしてもその効果は変わらず、成膜速度が遅過ぎて、
実用性が失われるだけである。そこで本発明の方法では
、スパッタリング中のターゲットの電位が基板電位に対
して−５０〜−２００Ｖとなるようにバイアス電圧をか
ける。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。

実施例 本発明の方法で、Ｙ　１　Ｂａ２ＣＵ３０　？−Ｘ酸化
物超電導薄膜およびＢｉ２Ｓｒ、Ｃａ２Ｃｕ３０ｘ酸化
物超電導薄膜を作製した。

第１図に、本発明の方法を実現する高周波マグネトロン
スパッタリング装置の概念図を示す。第１図の高周波マ
グネトロンスパッタリング装置は、内部を高真空に排気
可能で、スパッタリングガスを導入することができるチ
ャンバｌを具備する。

チャンバ１内には、下部にターゲット５が固定されるタ
ーゲット電極８が、また、上部には、基板２がターゲッ
ト５と向き合って保持される基板ホルダ３が設けられて
いる。ターゲット電極８は、高周波電源６および高周波
カットフィルタ９を介してバイアス電源７に接続され、
高周波電源６およびバイアス電源７は接地されている。

バイアス電源７は、発生するバイアス電圧を任意に変え
ることができる。また、基板ホルダ３は、内部に基板２
を過熱するヒータ４を具備し、やはり接地されている。

実施例１ 第１図の装置を用いて、Ｙ、ＢａおよびＣｕを原子比１
：２：４．５で含む焼結体をターゲット５に用いて、Ｙ
ＩＢａ２Ｃｕｓ　０ｔ−ｘ酸化物超電導薄膜を作製した
。基板２を基板ホルダ３を介して接地し、スパッタリン
グ中のターゲットの電位をそれぞれ−２０、−５０、−
１００、−１５０、−２００、−２８０Ｖ　　（バイア
ス電圧なし）として、成膜を行った。ターゲット電位以
外のスパッタ条件を以下に示す。

基板　　　　ＭｇＯ 基板温度　６００℃ ＲＦ電力　２．５　Ｗ　／　ｃｔｌ 基板−ターゲット間距離　３５　ｍｍ ターゲット上での磁場強度２００ガウススパツタリング
ガス　Ａｒ　　８ＳＣＣＭ０２４ＳＣＣＭ 圧力　　　２　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ 膜厚　　　３０００人 薄膜形成後に熱処理は行わず、超電導特性を測定した。

測定結果とターゲット電位との関係を以下の第１表に示
す。

第１表 実施例２ 第１図の装置を用いて、８１％　Ｓｒ、　ＣａおよびＣ
ｕを原子比２：２：２：３で含む焼結体をターゲット５
に用いて、Ｂｉ、５ｒ２Ｃａ、ＣＩ、　０１１酸化物超
電導薄膜を作製した。実施例１と同様、基板を接地し、
スパッタリング中のターゲットの電位を、それぞれ−２
０、−５０、−１００、−１５０、−２００、−２８０
Ｖ（バイアス電圧なし）として、成膜を行った。ターゲ
ット電位以外のスパッタ条件を以下に示す。

基板　　　　ＭｇＯ 基板温度　７５０℃ ＲＦ電力　２．５Ｗ／ｃａｔ 基板−ターゲット間距離　３５ｍｍ ターゲット上での磁場強度２００ガウススパツタリング
ガス　Ａｒ　　８　ＳＣＣＭＯ□　４　ＳＣＣＭ 圧力　　　　５　Ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ膜厚　　　２０
０ＯＡ 薄膜形成後、実施例１と同様熱処理は行わず、超電導特
性を測定した。測定結果とターゲット電位との関係を以
下の第２表に示す。

第２表 注：臨界電流密度は７７にで測定。

この結果、本発明の方法に従って、磁場強度を小さくし
、遅い成膜速度で成膜した酸化物超電導薄膜は、成膜後
に熱処理を行わなくても優れた超電導特性を有すること
がわかる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の方法に従うと、従来よりも
少ない工程で、高品質の酸化物超電導薄膜が作製可能で
ある。また、本発明の方法は、従来の方法で用いた装置
をそのまま使用することができる。従って、本発明によ
り高品質の酸化物超電導薄膜の生産コストも低減される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を実施する高周波スパッタリン
グ装置である。 〔主な参照番号〕 １−＠−チャンバ、 ２・・・基板、 ３・・・基板ホルダ、 ４・・・ヒータ、 ５・・・ターゲット、 ６・・・高周波電源、 ７・・・バイアス電源、 ８・・・ターゲット電極、 ９・・・高周波カットフィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化物超電導薄膜を高周波スパッタリング法で基板上に
   作製する方法において、スパッタリング中のターゲット
   のセルフバイアス電圧が−２００Ｖ以上となるようにス
   パッタ電極に正のバイアス電圧を印加することを特徴と
   する酸化物超電導薄膜の作製方法。