JPH04342497A - 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 - Google Patents

複合酸化物超電導薄膜の成膜方法

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JPH04342497A
JPH04342497A JP3144022A JP14402291A JPH04342497A JP H04342497 A JPH04342497 A JP H04342497A JP 3144022 A JP3144022 A JP 3144022A JP 14402291 A JP14402291 A JP 14402291A JP H04342497 A JPH04342497 A JP H04342497A
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oxide superconducting
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superconducting thin
forming
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JP3144022A
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Shusuke Nakanishi
秀典 中西
Shinichi Shikada
真一 鹿田
Hideo Itozaki
秀夫 糸▲崎▼
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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、本発明は、Y系等のC
u複合酸化物による超電導薄膜の成膜にあたって、特に
Siウェハを基板として所望する結晶配向性を制御性良
く形成するための新規な方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導現象は、液体ヘリウムによる冷却
が必須な極低温における固有の現象であると考えられて
いた。しかしながら、[La,Ba]2CuO4 が3
0Kで超電導状態を示すことがベドノーツ、ミューラー
等によって1986年に報告されて以来、1987年に
はYBa2Cu3Oy の超電導臨界温度が90Kであ
ることがチュー等により報告され、続いて1988年に
は所謂Bi系等の複合酸化物系超電導材料が 100K
以上の臨界温度を有することが前田等により報告された
【0003】これらの一連の複合酸化物系超電導材料は
、廉価な液体窒素による冷却で超電導現象を実現するこ
とができるので、超電導技術の実用的な応用の可能性が
俄に検討されるようになってきた。また、当初は固相反
応法により焼結体として合成されていた複合酸化物系超
電導材料は、今日では薄膜として合成することにより除
々に品質の高いものが得られるようになってきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導薄膜のエ
レクトロニクス分野への応用を考えた場合、特に結晶方
位のそろった薄膜を成膜することが求められる。即ち、
酸化物超電導材料は、その超電導特性に顕著な結晶異方
性を有していることが知られており、目的とする用途に
応じて成膜時にその結晶配向性を制御する必要がある。
【0005】従って、例えば、酸化物超電導薄膜を基板
の成膜面と平行に超電導電流を流す超電導電流路として
利用する場合は、結晶のc軸が基板の成膜面と直角にな
るように酸化物超電導薄膜を成膜する必要がある。即ち
、このような用途で求められる酸化物超電導薄膜は(0
01)配向膜である。また、積層型SIS素子等への応
用においては、超電導電流を基板の成膜面と垂直に流す
必要がある。従って、この場合は、超電導薄膜の結晶c
軸が基板の成膜面と平行になるように、即ち、(100
)配向膜または(110)配向膜となるように酸化物超
電導薄膜を成膜する必要がある。
【0006】そこで、複合酸化物超電導体は、特定の材
料の基板上に特定の条件で成膜した場合にのみ、特定の
結晶配向性を形成することができる。即ち、酸化物超電
導薄膜を成膜する際に使用する下地基板としては、酸化
物超電導材料と格子マッチングがとれ、且つ、酸化物超
電導材料との元素の相互拡散が少ない材料を選択する必
要がある。具体的には、MgO単結晶の(100)面や
、SrTiO3 単結晶の(100)面または(110
)面等が使用されている。
【0007】しかしながら、上述のような酸化物単結晶
基板は、一般に高価な上に供給が少なく、酸化物超電導
体の実用化を考えた場合に極めて不利な要件のひとつで
あると考えられている。又、酸化物単結晶基板は大径の
ものが入手し難く、酸化物超電導薄膜が今後大面積化し
ていくことを考えた場合に適切な材料とは考え難い。そ
こで、廉価且つ高品質な基板材料として現在最も安定に
供給されているSiウェハを下地基板として酸化物超電
導薄膜を作製することが提案されている。
【0008】ところが、酸化物超電導薄膜の成膜のため
にSi基板を使用した場合には、酸化物超電導薄膜と基
板材料であるSiとの反応により、得られる薄膜の超電
導特性が著しく劣化または消失する場合がある。
【0009】また、基板材料との反応を防止する目的で
、基板の成膜面上にバッファ層を形成した上で酸化物超
電導薄膜を成膜する方法も提案されているが、この方法
でも酸化物超電導薄膜の結晶方位を制御できる段階には
到っていない。
【0010】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
、Si基板を使用して結晶性の優れた酸化物超電導薄膜
を成膜することができる新規な成膜方法を提供すること
をその目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に従う
と、Siウェハを基板として酸化物超電導薄膜を成膜す
る方法において、酸化物超電導薄膜の成膜に先立って、
Si基板を10−6Torr以上の高真空中で 900
℃以上に加熱処理する第1工程と、該第1工程後に該S
i基板上にZrO2 薄膜を成膜する第2工程と、該第
2工程後にZrO2 薄膜を装荷した該Si基板を大気
中で 800〜850 ℃でアニール処理する第3工程
とを含むことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜の成膜
方法が提供される。
【0012】
【作用】本発明に係る酸化物超電導薄膜の成膜方法は、
まず、Siウェハの成膜面に対して特定の前処理を行っ
た後にバッファ層を形成する工程を含むことをその主要
な特徴としている。
【0013】即ち、本発明に係る方法においては、まず
、使用するSiウェハを高真空中で加熱処理する。この
ような処理により、Siウェハの表面は高度に清浄化さ
れる。この処理において、処理時の真空度は、10−6
Torr以下とすることが好ましい。又、加熱温度は、
 900℃以上とすることが好ましい。また、上述のよ
うな加熱清浄化処理に先立ってSiウェハを希弗化水素
液等で洗浄しておくことも有利である。
【0014】尚、最終的に(110)配向または(00
1)配向した酸化物超電導薄膜を成膜する場合は(10
0)面を成膜面としたSiウェハを使用する。
【0015】次に、上述のようにして清浄化したSiウ
ェハ上に、ZrO2 薄膜を成膜する。このZrO2 
薄膜は、酸化物超電導薄膜を成膜するための直接の下地
となるバッファ層であるり、スパッタリング法、MBE
法等により成膜することができる。
【0016】尚、このバッファ層としてのZrO2 薄
膜は、その膜厚を 100Å〜1000Åとすることが
好ましい。 即ち、バッファ層の膜厚が上記範囲よりも薄い場合は、
基板から酸化物超電導薄膜へのSiの拡散を阻止するこ
とができない。逆に、バッファ層がこれよりも厚い場合
は、バッファ層の表面性状が劣化して、バッファ層上に
成膜する酸化物超電導薄膜の膜特性がかえって劣化する
【0017】続いて、上述のようにして形成したZrO
2 薄膜を装荷したSi基板を、大気中で800〜85
0 ℃の温度範囲に加熱することにより、アニール処理
を行う。このような処理により、ZrO2 薄膜の表面
性状が平滑化され、直上に形成される酸化物超電導薄膜
の結晶性が改善される。尚、処理時間は、1時間〜5時
間の範囲が好ましい。
【0018】上記処理において、加熱温度が上記範囲よ
りも低い場合は、アニール処理の効果が得られない。一
方、加熱温度が上記範囲よりも高くなると、Siの拡散
が激しくなると共に、ZrO薄膜自体の膜特性も劣化す
る。
【0019】以上のような前処理を経たSiウェハ上で
は、Y系、Bi系、Tl系等の複合酸化物超電導体薄膜
が良好に結晶成長する。尚、複合酸化物超電導薄膜の成
膜は、スパッタリング法等の公知の成膜法をいずれも適
用できる。
【0020】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【0021】
【実施例】本発明に係る成膜方法に従って、Y−Ba−
Cu複合酸化物の(001)配向膜を作製した。
【0022】基板としては(100)面を成膜面とした
10枚のSiウェハを用意した。
【0023】まず、5枚のSiウェハを、50%の希弗
化水素酸液で洗浄した後、1×10−6Torr以下に
排気した炉中で、 930℃に1時間保持した。
【0024】次に、上記の処理を終えたSiウェハ5枚
と、その他のSiウェハ5枚に対して、それぞれZrO
2 薄膜を成膜した。成膜法はMBE法とし、ターゲッ
トとしては金属Yを使用した。成膜条件は、下記の表1
に示す通りである。
【0025】
【表1】
【0026】最後に、上記バッファ層を装荷した10枚
のSiウェハの各々に、マグネトロンスパッタリング法
によりY−Ba−Cu複合酸化物薄膜を成膜した。使用
したターゲットは、Y:Ba:Cuの比が1:2:3.
8 となるように調製された複合酸化物焼結体である。 下記の表2に示す通りである。
【0027】
【表2】
【0028】以上のようにして作製した10個の試料に
ついて、それぞれ超電導臨界温度Tcおよび臨界電流密
度Jc を測定した。測定結果は表3に示す。尚、臨界
電流密度Jc は、77Kで測定した。
【0029】
【表3】
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る方法
によれば、Siウェハを基板として使用しながら、結晶
配向性の優れた複合酸化物超電導薄膜を成膜することが
可能になる。
【0031】酸化物超電導薄膜作製におけるSiウェハ
の使用は、基板が廉価で供給が安定していることだけで
はなく、微細加工技術等についての膨大な技術的蓄積に
より、種々のデバイスの作製にも有利に作用する。また
、Siウェハは、相当大径のものが廉価に供給されてお
り、酸化物超電導薄膜の大面積化にも充分対応できる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Siウェハを基板として酸化物超電導薄膜
    を成膜する方法において、酸化物超電導薄膜の成膜に先
    立って、Si基板を10−6Torr以上の高真空中で
     900℃以上に加熱処理する第1工程と、該第1工程
    後に該Si基板上にZrO2 薄膜を成膜する第2工程
    と、該第2工程後にZrO2 薄膜を装荷した該Si基
    板を大気中で800〜850 ℃でアニール処理する第
    3工程とを含むことを特徴とする複合酸化物超電導薄膜
    の成膜方法。
JP3144022A 1991-05-20 1991-05-20 複合酸化物超電導薄膜の成膜方法 Withdrawn JPH04342497A (ja)

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US07/885,848 US5252553A (en) 1991-05-20 1992-05-20 Process for preparing a superconducting thin film of compound oxide
EP92401377A EP0519769B1 (en) 1991-05-20 1992-05-20 A process for preparing a superconducting thin film of compound oxide

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DE69203294D1 (de) 1995-08-10
EP0519769A2 (en) 1992-12-23
EP0519769A3 (en) 1993-03-03
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DE69203294T2 (de) 1996-03-07

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