JPH0494179A - 酸化物超伝導薄膜デバイスの作製方法 - 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１ 本発明は酸化物超伝導薄膜の作製方法に関し、特に酸化
物超伝導薄膜の結晶粒界を用いて作製される粒界ジョセ
フソン接合デバイスの作製において、微細加工を行なう
際に表面を平坦にしてパターンの転写精度を良（する方
法および低コンタクト抵抗電極作製方法に関するもので
ある。

［従来の技術１ 超伝導薄膜を用いて電子デバイスを作製する場合、加工
技術は超伝導体のコヒーレンス長程度が求められる。酸
化物超伝導薄膜は、臨界温度が高いという特性を持つが
、このコヒーレンス長が数１０Å以下と短い。このため
、半導体技術の応用による微細加工技術のみではデバイ
ス作製は困難である。このため酸化物超伝導薄膜に存在
する粒界を利用した粒界ジョセフソン接合型のデバイス
の開発が行なわれている。

超伝導デバイス用薄膜の作製には大きく分けて２つの方
法がある。１つは基板の温度を６００＝８００℃に保持
し、酸素雰囲気中で基板上に薄膜を堆積すると堆積状態
のままで超伝導性を示す薄膜を作製できる。しかし、ガ
ス、基板温度の精密な制御が必要で、大量生産、大面積
化が困難である。２番目の方法は組成制御したターゲッ
トを用いて、基板上に酸化物超伝導体をスパッタ堆積し
た後に酸素雰囲気中でアニーリングを行なう方法である
。薄膜の組成はターゲット組成とわずかにずれ、表面状
態は荒れるが、大面積大量生産に適している。この方法
で作製した薄膜の表面状態を改善することができれば超
伝導デバイス用薄膜として有望であると考えられる。

［発明が解決しようとする課題１ 後者の方法で作製した酸化物超伝導薄膜を用いた粒界ジ
ョセフソン接合デバイスの作製方法は、フォトリソグラ
フィーの手法を用いてレジストを塗布し、露光、現像と
いう工程で行なわれていた。しかし、酸化物超伝導薄膜
の表面状態はランダムに結晶粒が成長していて、ミクロ
ンオーダーの起伏があり、マスクのパターン転写精度が
悪く、高精度デバイスを再現性がよく作製できないとい
う欠点があった。このため、表面平坦性に優れた超伝導
薄膜が求められている。また、酸化物表面には結晶構造
のことなる非超伝導相があり、このため超伝導薄膜に電
極を作製するとコンタクト抵抗が高くなるという問題点
がある。

本発明の目的は、粒界ジョセフソン接合デバイスなどを
作製するための酸化物超伝導薄膜の表面平坦化を図り、
再現性よく信頼性の高い薄膜を提供することにある。さ
らに平坦化を施した薄膜上に金属を堆積させることによ
り低コンタクト抵抗電極を作製することを目的とする。

［課題を解決するための手段１ かかる目的を達成するために、本発明は、基板上に堆積
され熱処理工程を経た酸化物超伝導薄膜の表面をイオン
ビームによってエツチングする工程を有することを特徴
とする。

ここで前記イオンビームによるエツチング工程の後に前
記酸化物超伝導膜の表面を外気に曝すことなく、該表面
上に他の薄膜を形成する工程をさらに有してもよい。

［作　用］ 本発明は、イオンビームエツチングのイオン種（例えば
Ａｒ）による酸化物のエツチング率の違いを利用して、
酸化物超伝導薄膜表面に形成される超伝導体と同じ元素
を持ちながら結晶構造や組成の異なる酸化物を除去し、
本来超伝導になる板状の結晶構造のみにする。従来の技
術では、熱処理条件やガス雰囲気を最適化することによ
って、表面の荒れを押さえる方策が取られていたが、表
面に偏析した結晶を完全に除去することが困難であった
。しかし、本発明の方法では不用な酸化物を選択的に除
去することができ、また、表面の汚染なども除去できる
。このようにして得られた清浄な酸化物超伝導薄膜表面
に金属などの電極材を付着させれば、良好な電気的コン
タクトを取ることができる。しかし、清浄にした面を一
旦大気中に暴露すると空気中で汚染物が試料表面に付着
し、コンタクト抵抗の低下を発生させる原因となる。良
好な電気接続を得るためには、本発明のごとく清浄表面
を８した後直ちに電極を形成する必要がある。このとき
電極用金属ターゲット表面１よ汚れているので、基板を
シャッターで遮蔽した後十分ターゲット表面のプレスパ
ツタを行なう。以上のように、非超伝導相を高速イオン
で除去し、ｉｎ　５ｉｔｕで電極を作製する点で、従来
型技術と大きく異なっている。

［実施例Ｊ 以下に実施例によって本発明の詳細な説明する。

Ｋ急■ユ 第１図は本発明のイオンビームによる平坦化法を説明す
る図である。イオンガン１がらのイオンビーム２１例え
ばアルゴンイオンビーム、を基板３上にスパッタ堆積さ
れ、さらに酵素雰囲気中で熱処理された超伝導薄膜４に
照射する。基板３は、ヒーター５Ａを内蔵し、かつ回転
可能な基板ホルダー５に保持される。このときのパラメ
ータはエツチングガス、ガス圧、基板温度、エツチング
イオンと基板の角度（θ）、加速電圧、イオン電流密度
などである。

Ｍｇ０（１００１基板にＢｉｚＳｒｚＣａａＣｕ３０ｘ
薄膜を厚さ２０００人スパッタ堆積し、酸素雰囲気中で
１時間熱処理を行った。この超伝導薄膜の走査電子顕微
鏡（ＳＥＭ）写真を第２図（ａ）に示す。さらに前述し
た方法で平坦化した後のＳＥＭ写真を第２図（ｂ）に示
す。平坦化の条件はＡｒイオン、加速電圧５００Ｖ。

エツチング時間１５秒である。第２図（ａ）において、
マトリックスが平板状の超伝導相、針状の部分が非超伝
導相である。熱処理後の酸化物薄膜はこの様に非超伝導
相を含み、超伝導転移温度（Ｔｃ　）は６４．２にであ
った。一方イオンビームによってエツチングした後では
、第２図（ｂ）に示す様に針状の非超伝導相はエツチン
グ除去され、Ｔｃは６７．１にとなった。スパッタ用イ
オン種としては、短時間でエツチングが可能であり、か
つ薄膜表面をあらすことのない点でＡｒイオンが好まし
い。スパッタ時間は１０〜３０秒程度で十分である。

このように表面処理を行うと酸化物超伝導薄膜表面の不
純物層を除去でき、表面を改善し、さらに超伝導性を良
くすることができる。このため表面インピーダンスなど
薄膜の表面状態に強く依存する超伝導遅延デバイスや、
リゾネータなどのパッシブデバイスの作製に有効である
。

Ｂ１１５ｒｚＣａｚＣｕ３０ｘ以外の他の酸化物超伝導
薄膜に対しても、本発明の方法は、本実施例に示したと
同様の効果を有する。

！五里ｌ 第３図は低コンタクト抵抗電極形成を説明する図である
。まず、先に説明した様に、酸素雰囲気中での熱処理を
行った酸化物超伝導薄膜４に、イオンガン１からのＡｒ
イオンビームを照射して、表面の汚染、非超伝導相を除
去し、かつ平坦化する。この時電極パターン用のマスク
６を図示しないマニュブレータ等によって移動させても
よく、マスクを介在させてイオン照射を行い、電極形成
部分のみをエツチングしてもよい。次にシャッタ７を閉
じたままで第２のイオンガン８からイオンビーム９をＡ
ｕまたはＡｇ等からなる電極用ターゲット１０に照射し
、ターゲットｌＯの表面を清浄化する。電極用ターゲッ
トｌＯは、ヒーター１１Ａを内蔵し、かつ回転可能なタ
ーゲットホルダー１１に保持される。ターゲット表面が
十分に清浄化された後、基板温度を制御しながらイオン
ガンでターゲットをスパッタし、超伝導薄膜表面に電極
を作製する。電極形成のためのスパッタ条件は公知の条
件でよい。

以上に述べたように、本発明によれば低コンタクト抵抗
電極を比較的簡単に作製することができ、酸化物超伝導
薄膜デバイスの実用化において有効である。また、金属
薄膜の替わりに絶縁体薄膜やさらに超伝導薄膜を形成す
れば、高精度の超伝導トランジスタや５ＱＵＩＤなどの
アクティブデバイスを作製することができる。

［発明の効果］ 以上に述べた様に、本発明によれば、酸化物超伝導薄膜
表面をボリシングし清浄面を露出させることによって、
高精度の微細加工を必要とする粒界ジョセフソン接合型
デバイスのパターンニングが可能となり、さらに低コン
タクト抵抗の電極作製にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イオンビームによる平坦化の方法を説明する
図、 第２図は、本発明における表面平坦化の例を示し、（ａ
）はエツチング前、（ｂ）はエツチング後の薄膜表面の
結晶組織を示すＳＥＭ写真、１．８・・・イオンガン、 ２．９・・−イオンビーム、 ３・・・基板、 ４・・・酸化物超伝導薄膜、 ５・・・基板ホルダー ６・・・電極パターン用マスク、 ７・・・シャッタ、 １０・・・電極用ターゲット、 １１・・・ターゲットホルダー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板上に堆積され熱処理工程を経た酸化物超伝導薄
   膜の表面をイオンビームによってエッチングする工程を
   有することを特徴とする酸化物超伝導薄膜デバイスの作
   製方法。 ２）前記イオンビームによるエッチング工程の後に前記
   酸化物超伝導膜の表面を外気に曝すことなく、該表面上
   に他の薄膜を形成する工程をさらに有することを特徴と
   する請求項１に記載の酸化物超伝導薄膜デバイスの作製
   方法。