JPH0828538B2 - 超電導薄膜パタンの形成方法 - Google Patents
超電導薄膜パタンの形成方法Info
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- JPH0828538B2 JPH0828538B2 JP3052185A JP5218591A JPH0828538B2 JP H0828538 B2 JPH0828538 B2 JP H0828538B2 JP 3052185 A JP3052185 A JP 3052185A JP 5218591 A JP5218591 A JP 5218591A JP H0828538 B2 JPH0828538 B2 JP H0828538B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物薄膜形成用マス
ク材、それを用いた酸化物薄膜のパタン形成方法に係
り、特に超電導薄膜を用いた超電導スイッチング素子等
の製造に用いる酸化物薄膜形成用マスク材、それを用い
た酸化物薄膜のパタン形成方法に関する。
ク材、それを用いた酸化物薄膜のパタン形成方法に係
り、特に超電導薄膜を用いた超電導スイッチング素子等
の製造に用いる酸化物薄膜形成用マスク材、それを用い
た酸化物薄膜のパタン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導エレクトロニクス素子ある
いは超電導配線等に用いる酸化物系の超電導薄膜のパタ
ン形成は、以下の方法により行われていた。すなわち有
機レジスト膜をマスク材として超電導膜の表面にコーテ
ィングし、電子線又は紫外線の照射、現像によって所望
のパタンを形成する。つぎに化学的なエッチング法ある
いは物理的なエッチング法により、酸化物超電導膜の露
出している部分を加工し、除去する。
いは超電導配線等に用いる酸化物系の超電導薄膜のパタ
ン形成は、以下の方法により行われていた。すなわち有
機レジスト膜をマスク材として超電導膜の表面にコーテ
ィングし、電子線又は紫外線の照射、現像によって所望
のパタンを形成する。つぎに化学的なエッチング法ある
いは物理的なエッチング法により、酸化物超電導膜の露
出している部分を加工し、除去する。
【０００３】例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜の場
合、希硝酸によって化学的にエッチングすることができ
る。化学的なエッチング法はサイドエッチング等の問題
点があり、微細なパタンを形成することが困難である。
従ってこれに代わる方法として有機レジスト膜を同じく
マスク材として用い、不活性ガスであるＡｒ等のイオン
ビームあるいはフッ素化合物、塩素化合物等のイオンビ
ームによって、スパッタリング効果あるいはスパッタリ
ング効果と化学反応との併用によりエッチングを行う方
法が採用されている。このような有機レジスト膜とイオ
ンビームを用いた酸化物系超電導薄膜の加工の例はイク
ステンディド・アブストラクト・オブ・インターナショ
ナル・スーパーコンダクティビィティ・エレクトロニク
ス・コンファレンス４５９頁、１９８９年（Ｅｘｔｅｎ
ｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ１９８９ Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉ
ｔｙＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，
ｐ．４５９，１９８９）に記載されている。
合、希硝酸によって化学的にエッチングすることができ
る。化学的なエッチング法はサイドエッチング等の問題
点があり、微細なパタンを形成することが困難である。
従ってこれに代わる方法として有機レジスト膜を同じく
マスク材として用い、不活性ガスであるＡｒ等のイオン
ビームあるいはフッ素化合物、塩素化合物等のイオンビ
ームによって、スパッタリング効果あるいはスパッタリ
ング効果と化学反応との併用によりエッチングを行う方
法が採用されている。このような有機レジスト膜とイオ
ンビームを用いた酸化物系超電導薄膜の加工の例はイク
ステンディド・アブストラクト・オブ・インターナショ
ナル・スーパーコンダクティビィティ・エレクトロニク
ス・コンファレンス４５９頁、１９８９年（Ｅｘｔｅｎ
ｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ１９８９ Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉ
ｔｙＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，
ｐ．４５９，１９８９）に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術を用いた
酸化物系薄膜のパタン形成は、以下の問題があった。最
も大きな問題は、イオンビームエッチング法によって酸
化物超電導薄膜の加工を行う場合、酸化物超電導薄膜の
エッチング速度が有機レジスト材のエッチング速度に対
して相対的に低いことである。例えば、ＳＦ6ガスを用
いてイオンビームエッチング法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物薄膜の加工を行う場合、加速エネルギー５００ｅ
Ｖ、電流密度０．５ｍＡでエッチング速度は５〜１０ｎ
ｍ／ｍｉｎ程度である。同一の条件で有機レジスト材の
エッチング速度は５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎとなる。
酸化物系薄膜のパタン形成は、以下の問題があった。最
も大きな問題は、イオンビームエッチング法によって酸
化物超電導薄膜の加工を行う場合、酸化物超電導薄膜の
エッチング速度が有機レジスト材のエッチング速度に対
して相対的に低いことである。例えば、ＳＦ6ガスを用
いてイオンビームエッチング法によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物薄膜の加工を行う場合、加速エネルギー５００ｅ
Ｖ、電流密度０．５ｍＡでエッチング速度は５〜１０ｎ
ｍ／ｍｉｎ程度である。同一の条件で有機レジスト材の
エッチング速度は５０〜２００ｎｍ／ｍｉｎとなる。
【０００５】このようにマスク材と酸化物超電導薄膜の
エッチング速度の比が大きい場合、微細なパタンを得る
ことが極めて困難となる。例えば膜厚２００ｎｍの酸化
物超電導薄膜のパタン形成を行う場合、エッチング割合
から必要なレジスト材の膜厚は２μｍ以上となる。この
ような厚いレジストマスクを用いてサブミクロンの微細
パタンを得ることは困難である。特に１００ｎｍあるい
はこれ以下の微細なパタンを形成することは不可能であ
る。
エッチング速度の比が大きい場合、微細なパタンを得る
ことが極めて困難となる。例えば膜厚２００ｎｍの酸化
物超電導薄膜のパタン形成を行う場合、エッチング割合
から必要なレジスト材の膜厚は２μｍ以上となる。この
ような厚いレジストマスクを用いてサブミクロンの微細
パタンを得ることは困難である。特に１００ｎｍあるい
はこれ以下の微細なパタンを形成することは不可能であ
る。
【０００６】すなわち、酸化物超電導薄膜に対して１０
０ｎｍ幅のパタンを得ようとする場合、幅が１００ｎｍ
で、高さが２μｍのレジストパタンを形成する必要があ
る。このようなレジストパタンを得ること自体が困難で
あるし、また例え作製できたとしても、このようなレジ
ストパタンに忠実なパタンを酸化物超電導薄膜に転写す
ることは不可能である。この理由はレジスト膜に対する
サイドエッチング等の影響により、酸化物超電導薄膜の
エッチング終了までレジストパタンの平面形状を一定に
保つことができないからである。
０ｎｍ幅のパタンを得ようとする場合、幅が１００ｎｍ
で、高さが２μｍのレジストパタンを形成する必要があ
る。このようなレジストパタンを得ること自体が困難で
あるし、また例え作製できたとしても、このようなレジ
ストパタンに忠実なパタンを酸化物超電導薄膜に転写す
ることは不可能である。この理由はレジスト膜に対する
サイドエッチング等の影響により、酸化物超電導薄膜の
エッチング終了までレジストパタンの平面形状を一定に
保つことができないからである。
【０００７】逆にこのようなエッチング割合のもとで、
１００ｎｍ程度の微細なパタンを得ようとすれば、有機
レジスト材の膜厚を１００〜２００ｎｍとして、酸化物
超電導薄膜の膜厚を１０ｎｍ程度に限定する必要があ
る。超電導エレクトロニクス素子に用いるために必要な
酸化物超電導薄膜の膜厚は１００ｎｍ以上であり、上記
従来技術はこのような膜厚に対して十分対処できない。
１００ｎｍ程度の微細なパタンを得ようとすれば、有機
レジスト材の膜厚を１００〜２００ｎｍとして、酸化物
超電導薄膜の膜厚を１０ｎｍ程度に限定する必要があ
る。超電導エレクトロニクス素子に用いるために必要な
酸化物超電導薄膜の膜厚は１００ｎｍ以上であり、上記
従来技術はこのような膜厚に対して十分対処できない。
【０００８】また、酸化物超電導薄膜を加工する場合、
サイドエッチングを生じることなく酸化物超電導薄膜の
エッチング割合を高くすることは困難である。例えばイ
オンビームエッチング法では、スパッタリングの効果に
よりエッチングが進行する。作業空間の真空度が１０-2
Ｐａ以上で、かつビームがコリメートしていれば、サイ
ドエッチングが進行しない。しかるにフッ素化物あるい
は塩化物ガスを用いても反応によるエッチングはほとん
ど進行しない。従って、酸化物超電導薄膜のエッチング
割合を高くすることは困難である。
サイドエッチングを生じることなく酸化物超電導薄膜の
エッチング割合を高くすることは困難である。例えばイ
オンビームエッチング法では、スパッタリングの効果に
よりエッチングが進行する。作業空間の真空度が１０-2
Ｐａ以上で、かつビームがコリメートしていれば、サイ
ドエッチングが進行しない。しかるにフッ素化物あるい
は塩化物ガスを用いても反応によるエッチングはほとん
ど進行しない。従って、酸化物超電導薄膜のエッチング
割合を高くすることは困難である。
【０００９】本発明の第１の目的は、酸化物系薄膜の微
細なパタンを形成するのに適した酸化物薄膜形成用マス
クを提供することにある。本発明の第２の目的は、その
ようなマスクを用いた酸化物薄膜のパタン形成方法を提
供することにある。
細なパタンを形成するのに適した酸化物薄膜形成用マス
クを提供することにある。本発明の第２の目的は、その
ようなマスクを用いた酸化物薄膜のパタン形成方法を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、
（１）Ｓｉ膜及びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なく
とも１種の膜と、その上に配置された有機レジスト膜と
の積層膜からなることを特徴とする酸化物薄膜形成用マ
スク材、（２）Ｐｔ膜及びＡｕ膜からなる群から選ばれ
た少なくとも１種の膜と、その上に配置されたＳｉ膜及
びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なくとも１種の膜
と、その上に配置された有機レジスト膜との積層膜から
なることを特徴とする酸化物薄膜形成用マスク材によっ
て達成される。上記第２の目的は、（３）基板上に、酸
化物薄膜を形成する工程、該酸化物薄膜上に上記１記載
の酸化物薄膜形成用マスク材の層を形成する工程、該層
の有機レジスト膜を所望のパタンとする工程、該パタン
を上記Ｓｉ膜及びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なく
とも１種の膜に転写し、マスクを形成する工程、該マス
クを用いて上記酸化物薄膜をエッチングする工程及び該
マスクを除去する工程を有することを特徴とする酸化物
薄膜のパタン形成方法、（４）基板上に、酸化物薄膜を
形成する工程、該酸化物薄膜上に上記２記載の酸化物薄
膜形成用マスク材の層を形成する工程、該層の有機レジ
スト膜を所望のパタンとする工程、該パタンを上記Ｓｉ
膜及びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なくとも１種の
膜と上記Ｐｔ膜及びＡｕ膜からなる群から選ばれた少な
くとも１種の膜に転写し、マスクを形成する工程、該マ
スクを用いて上記酸化物薄膜をエッチングする工程及び
該マスクを除去する工程を有することを特徴とする酸化
物薄膜のパタン形成方法、（５）上記３又は４記載の酸
化物薄膜のパタン形成方法において、上記酸化物薄膜は
酸化物超電導薄膜であることを特徴とする酸化物薄膜の
パタン形成方法、（６）上記３、４又は５記載の酸化物
薄膜のパタン形成方法において、上記酸化物薄膜のエッ
チングは酸素を含む雰囲気中で反応性イオンビームエッ
チングにより行うことを特徴とする酸化物薄膜のパタン
形成方法によって達成される。
（１）Ｓｉ膜及びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なく
とも１種の膜と、その上に配置された有機レジスト膜と
の積層膜からなることを特徴とする酸化物薄膜形成用マ
スク材、（２）Ｐｔ膜及びＡｕ膜からなる群から選ばれ
た少なくとも１種の膜と、その上に配置されたＳｉ膜及
びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なくとも１種の膜
と、その上に配置された有機レジスト膜との積層膜から
なることを特徴とする酸化物薄膜形成用マスク材によっ
て達成される。上記第２の目的は、（３）基板上に、酸
化物薄膜を形成する工程、該酸化物薄膜上に上記１記載
の酸化物薄膜形成用マスク材の層を形成する工程、該層
の有機レジスト膜を所望のパタンとする工程、該パタン
を上記Ｓｉ膜及びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なく
とも１種の膜に転写し、マスクを形成する工程、該マス
クを用いて上記酸化物薄膜をエッチングする工程及び該
マスクを除去する工程を有することを特徴とする酸化物
薄膜のパタン形成方法、（４）基板上に、酸化物薄膜を
形成する工程、該酸化物薄膜上に上記２記載の酸化物薄
膜形成用マスク材の層を形成する工程、該層の有機レジ
スト膜を所望のパタンとする工程、該パタンを上記Ｓｉ
膜及びＡｌ膜からなる群から選ばれた少なくとも１種の
膜と上記Ｐｔ膜及びＡｕ膜からなる群から選ばれた少な
くとも１種の膜に転写し、マスクを形成する工程、該マ
スクを用いて上記酸化物薄膜をエッチングする工程及び
該マスクを除去する工程を有することを特徴とする酸化
物薄膜のパタン形成方法、（５）上記３又は４記載の酸
化物薄膜のパタン形成方法において、上記酸化物薄膜は
酸化物超電導薄膜であることを特徴とする酸化物薄膜の
パタン形成方法、（６）上記３、４又は５記載の酸化物
薄膜のパタン形成方法において、上記酸化物薄膜のエッ
チングは酸素を含む雰囲気中で反応性イオンビームエッ
チングにより行うことを特徴とする酸化物薄膜のパタン
形成方法によって達成される。
【００１１】
【００１２】本発明のマスク材に用いるＰｔ膜及びＡｕ
膜からなる群から選ばれた少なくとも１種の膜の厚さ
は、薄いことが好ましいが、あまり薄いとピンホールが
発生してしまう。よって、１０ｎｍから２００ｎｍの範
囲であることが好ましい。またＳｉ膜及びＡｌ膜からな
る群から選ばれた少なくとも１種の膜の厚さは、エッチ
ングする酸化物薄膜の厚さ以下で、その５分の１以上で
あることが好ましい。有機レジスト膜の厚さは、５０ｎ
ｍから１μｍの範囲であることが好ましく、５０ｎｍか
ら４００ｎｍの範囲であることがより好ましいい。
膜からなる群から選ばれた少なくとも１種の膜の厚さ
は、薄いことが好ましいが、あまり薄いとピンホールが
発生してしまう。よって、１０ｎｍから２００ｎｍの範
囲であることが好ましい。またＳｉ膜及びＡｌ膜からな
る群から選ばれた少なくとも１種の膜の厚さは、エッチ
ングする酸化物薄膜の厚さ以下で、その５分の１以上で
あることが好ましい。有機レジスト膜の厚さは、５０ｎ
ｍから１μｍの範囲であることが好ましく、５０ｎｍか
ら４００ｎｍの範囲であることがより好ましいい。
【００１３】マスク材のエッチングも、そのマスクを用
いた酸化物薄膜のエッチングもドライエッチングで行う
ことが好ましい。マスク材のエッチングはＡｒやＳＦ6
等のガスを用いたイオンビームエッチングで行うことが
好ましい。酸化物薄膜のエッチングは反応性イオンビー
ムエッチングで行うことが好ましい。特に酸素を含む雰
囲気で、例えばＡｒやＳＦ6等と酸素ガスの混合ガスを
用いて行うことがより好ましい。
いた酸化物薄膜のエッチングもドライエッチングで行う
ことが好ましい。マスク材のエッチングはＡｒやＳＦ6
等のガスを用いたイオンビームエッチングで行うことが
好ましい。酸化物薄膜のエッチングは反応性イオンビー
ムエッチングで行うことが好ましい。特に酸素を含む雰
囲気で、例えばＡｒやＳＦ6等と酸素ガスの混合ガスを
用いて行うことがより好ましい。
【００１４】マスクに３層膜を用いた場合も、２層膜の
場合とほぼ同様である。すなわち、Ａｕ膜等が存在する
としても各工程におけるエッチング時間が多少長くなる
程度であり、プロセスの基本的な部分で変更を要するこ
とはない。
場合とほぼ同様である。すなわち、Ａｕ膜等が存在する
としても各工程におけるエッチング時間が多少長くなる
程度であり、プロセスの基本的な部分で変更を要するこ
とはない。
【００１５】
【作用】従来のマスク材を用いた場合、酸化物超電導薄
膜の微細パタンを得ることが困難であることは、すでに
述べた用如く、マスク材のエッチング割合が酸化物超電
導薄膜のエッチング割合より１０倍あるいはこれ以上に
大きいことに由来している。
膜の微細パタンを得ることが困難であることは、すでに
述べた用如く、マスク材のエッチング割合が酸化物超電
導薄膜のエッチング割合より１０倍あるいはこれ以上に
大きいことに由来している。
【００１６】本発明のマスク材は、以下に述べるエッチ
ング特性を有している。例えば、加速エネルギー５００
ｅＶ、イオン電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ2のＡｒイオン
ビームに対する有機レジスト材の典型的なエッチング割
合は７０ｎｍ／ｍｉｎである。これに対して、Ｓｉ膜の
エッチング割合は４０〜５０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物のエッチング割合は２５〜３０ｎｍ／
ｍｉｎである。一方、Ａｒと酸素の混合ガスを用いた場
合、Ｓｉ膜のエッチング割合は５〜１０ｎｍ／ｍｉｎと
大幅に低下するが、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物のエッチング
割合は２５〜３０ｎｍ／ｍｉｎと変わらない。
ング特性を有している。例えば、加速エネルギー５００
ｅＶ、イオン電流密度０．５ｍＡ／ｃｍ2のＡｒイオン
ビームに対する有機レジスト材の典型的なエッチング割
合は７０ｎｍ／ｍｉｎである。これに対して、Ｓｉ膜の
エッチング割合は４０〜５０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物のエッチング割合は２５〜３０ｎｍ／
ｍｉｎである。一方、Ａｒと酸素の混合ガスを用いた場
合、Ｓｉ膜のエッチング割合は５〜１０ｎｍ／ｍｉｎと
大幅に低下するが、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物のエッチング
割合は２５〜３０ｎｍ／ｍｉｎと変わらない。
【００１７】純Ａｒを用いた場合とＡｒと酸素の混合ガ
スを用いた場合とで、エッチング割合が異なるのはＳｉ
だけに限らず、他の元素にも適用できる。Ｓｉ等におい
ては単体より酸化物の方が原子間結合強度が強く、エッ
チング速度も遅くなる。Ａｒと酸素の混合ガスを用いて
イオンビームエッチングを行った場合、粒子エネルギー
によるスパッタリング作用と同時に、酸素ガスによる反
応も同時に進行する。従って、酸化物の形成によりエッ
チング速度が低下する。このような効果が存在するのは
酸化物がＳｉあるいはＡｌのように安定な材料の場合で
ある。
スを用いた場合とで、エッチング割合が異なるのはＳｉ
だけに限らず、他の元素にも適用できる。Ｓｉ等におい
ては単体より酸化物の方が原子間結合強度が強く、エッ
チング速度も遅くなる。Ａｒと酸素の混合ガスを用いて
イオンビームエッチングを行った場合、粒子エネルギー
によるスパッタリング作用と同時に、酸素ガスによる反
応も同時に進行する。従って、酸化物の形成によりエッ
チング速度が低下する。このような効果が存在するのは
酸化物がＳｉあるいはＡｌのように安定な材料の場合で
ある。
【００１８】このようなＡｒガスを用いた場合と、Ａｒ
と酸素の混合ガスを用いた場合のＳｉ膜に対するエッチ
ング割合の違いは微細なパタンを加工する上で極めて有
利である。すなわち有機レジストマスクからＳｉ膜マス
クにパタンを転写する場合、Ｓｉ膜の膜厚が１００ｎｍ
であれば、有機レジストマスクの膜厚として約１５０ｎ
ｍ程度でよい。さらにＡｒと酸素の混合ガスを用いるこ
とにより、膜厚１００ｎｍのＳｉ膜に対して、膜厚４０
０ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜をエッチングできる
ことになる。すなわち、膜厚４００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物薄膜のパタン形成を行うために必要な有機レジ
スト材の膜厚は１５０ｎｍでよいことになる。
と酸素の混合ガスを用いた場合のＳｉ膜に対するエッチ
ング割合の違いは微細なパタンを加工する上で極めて有
利である。すなわち有機レジストマスクからＳｉ膜マス
クにパタンを転写する場合、Ｓｉ膜の膜厚が１００ｎｍ
であれば、有機レジストマスクの膜厚として約１５０ｎ
ｍ程度でよい。さらにＡｒと酸素の混合ガスを用いるこ
とにより、膜厚１００ｎｍのＳｉ膜に対して、膜厚４０
０ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜をエッチングできる
ことになる。すなわち、膜厚４００ｎｍのＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物薄膜のパタン形成を行うために必要な有機レジ
スト材の膜厚は１５０ｎｍでよいことになる。
【００１９】このように被エッチング材に対して、マス
ク材のエッチング速度が遅いことは、マスク材の膜厚を
薄くできることを意味する。このことはすなわち、パタ
ンの微細化限界及び精度を向上させることになる。例え
ば描画技術を別とすれば、膜厚１００ｎｍのレジシト材
を用いた場合、寸法５０ｎｍ以下の微細パタンを得るこ
とができることになる。
ク材のエッチング速度が遅いことは、マスク材の膜厚を
薄くできることを意味する。このことはすなわち、パタ
ンの微細化限界及び精度を向上させることになる。例え
ば描画技術を別とすれば、膜厚１００ｎｍのレジシト材
を用いた場合、寸法５０ｎｍ以下の微細パタンを得るこ
とができることになる。
【００２０】さらに本発明に係るマスク材及びパタン形
成方法は、酸化物系の薄膜、酸化物系の超電導薄膜、あ
るいは超電導薄膜素子に適合するものである。この理由
は金属系の超電導薄膜あるいは超電導薄膜素子の場合、
酸素ガスを用いたエッチング工程によって表面層の電気
的特性が劣化するのに対し、酸化物系の超電導薄膜、あ
るいは超電導薄膜素子の場合むしろエッチング損傷によ
る特性劣化が抑えられるからである。
成方法は、酸化物系の薄膜、酸化物系の超電導薄膜、あ
るいは超電導薄膜素子に適合するものである。この理由
は金属系の超電導薄膜あるいは超電導薄膜素子の場合、
酸素ガスを用いたエッチング工程によって表面層の電気
的特性が劣化するのに対し、酸化物系の超電導薄膜、あ
るいは超電導薄膜素子の場合むしろエッチング損傷によ
る特性劣化が抑えられるからである。
【００２１】
【実施例】以下本発明の実施例を以下に述べる。
【００２２】〈実施例１〉図１に示す如く、ＳｒＴｉＯ
3の（１１０）面方位単結晶を超電導素子用の基板１と
して用い、基板１上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜
２を形成する。成膜は高周波マグネトロンスパッタリン
グ法によって行う。雰囲気ガスはＡｒと濃度５０％の酸
素ガスとし、全圧力は０．４Ｐａとする。ターゲット材
はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物の円板状焼結体とする。電源と
して１３．５６ＭＨｚの高周波を用い、投入電力は１０
０Ｗとする。膜形成時の基板温度は６００℃とする。こ
のような成膜条件によって臨界温度８０Ｋ前後のＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜を得る。
3の（１１０）面方位単結晶を超電導素子用の基板１と
して用い、基板１上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜
２を形成する。成膜は高周波マグネトロンスパッタリン
グ法によって行う。雰囲気ガスはＡｒと濃度５０％の酸
素ガスとし、全圧力は０．４Ｐａとする。ターゲット材
はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物の円板状焼結体とする。電源と
して１３．５６ＭＨｚの高周波を用い、投入電力は１０
０Ｗとする。膜形成時の基板温度は６００℃とする。こ
のような成膜条件によって臨界温度８０Ｋ前後のＹ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜を得る。
【００２３】つぎに真空蒸着法によってＳｉ膜３の形成
を行う。Ｓｉは電子ビーム加熱法によって蒸発を行う。
Ｓｉ膜の膜厚は１００ｎｍとする。さらに有機レジスト
膜４をスピン塗布及びベーキング処理を施すことにより
形成する。有機レジスト膜の膜厚は２００ｎｍとする。
このようにして形成したＳｉ及び有機レジストの二層膜
をレジスト材とする。有機レジストに対して電子ビーム
露光法により超電導薄膜配線パタンの形成を行う。現像
により、有機レジスト膜に超電導配線パタンが得られる
（図１（ａ））。
を行う。Ｓｉは電子ビーム加熱法によって蒸発を行う。
Ｓｉ膜の膜厚は１００ｎｍとする。さらに有機レジスト
膜４をスピン塗布及びベーキング処理を施すことにより
形成する。有機レジスト膜の膜厚は２００ｎｍとする。
このようにして形成したＳｉ及び有機レジストの二層膜
をレジスト材とする。有機レジストに対して電子ビーム
露光法により超電導薄膜配線パタンの形成を行う。現像
により、有機レジスト膜に超電導配線パタンが得られる
（図１（ａ））。
【００２４】つぎに基板１をイオンビームエッチング装
置に置き、薄膜の加工によってパタンの転写を行う。す
なわちＡｒイオンビームを基板に照射し、露出したＳｉ
膜部分のエッチングを行う。Ａｒイオンビームの加速電
圧は５００Ｖとし、基板に対する入射電流密度は０．５
ｍＡ／ｃｍ2とする。この条件下では有機レジスト膜の
エッチング割合は７０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｓｉ膜のエ
ッチング割合は５０ｎｍ／ｍｉｎである。ただし形状効
果により、Ｓｉ膜の微細な溝部ではエッチング速度が多
少低下する。このような効果を含めても、有機レジスト
膜のエッチングが終了するまでに露出したＳｉ膜部分の
エッチングは完了する。これにより有機レジスト膜のパ
タンはＳｉ膜に転写される（図１（ｂ））。
置に置き、薄膜の加工によってパタンの転写を行う。す
なわちＡｒイオンビームを基板に照射し、露出したＳｉ
膜部分のエッチングを行う。Ａｒイオンビームの加速電
圧は５００Ｖとし、基板に対する入射電流密度は０．５
ｍＡ／ｃｍ2とする。この条件下では有機レジスト膜の
エッチング割合は７０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｓｉ膜のエ
ッチング割合は５０ｎｍ／ｍｉｎである。ただし形状効
果により、Ｓｉ膜の微細な溝部ではエッチング速度が多
少低下する。このような効果を含めても、有機レジスト
膜のエッチングが終了するまでに露出したＳｉ膜部分の
エッチングは完了する。これにより有機レジスト膜のパ
タンはＳｉ膜に転写される（図１（ｂ））。
【００２５】つぎにＡｒと濃度５０％の酸素を含む混合
ガスを用いて、イオンビームエッチングを行う。エッチ
ングの条件は同じく加速電圧５００Ｖ、電流密度０．５
ｍＡ／ｃｍ2とする。この場合のエッチング割合はＳｉ
膜が１０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超
電導薄膜が２７ｎｍ／ｍｉｎである。従ってＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物超電導薄膜の微細な溝部でエッチング速度が
多少低下するという形状効果を含めても、マスクとなる
Ｓｉ膜のエッチング割合はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜のエッチング割合より小さい。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物超電導薄膜のエッチングが終了したあとも、Ｓｉ膜マ
スクは残されている（図１（ｃ））。
ガスを用いて、イオンビームエッチングを行う。エッチ
ングの条件は同じく加速電圧５００Ｖ、電流密度０．５
ｍＡ／ｃｍ2とする。この場合のエッチング割合はＳｉ
膜が１０ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超
電導薄膜が２７ｎｍ／ｍｉｎである。従ってＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物超電導薄膜の微細な溝部でエッチング速度が
多少低下するという形状効果を含めても、マスクとなる
Ｓｉ膜のエッチング割合はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜のエッチング割合より小さい。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物超電導薄膜のエッチングが終了したあとも、Ｓｉ膜マ
スクは残されている（図１（ｃ））。
【００２６】さらにＳＦ6ガスを用いたイオンビームエ
ッチングにより残余のＳｉ膜をエッチングにより除去す
る。この時のＳｉ膜のエッチング割合が５０ｎｍ／ｍｉ
ｎであるのに対して、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜
のエッチング割合は５ｎｍ／ｍｉｎであり、超電導特性
や電気的特性等も含めて、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜にほとんど影響を与えずにＳｉ膜を除去することが
出来る。以上の工程によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜の配線パタンを得る（図１（ｄ））。
ッチングにより残余のＳｉ膜をエッチングにより除去す
る。この時のＳｉ膜のエッチング割合が５０ｎｍ／ｍｉ
ｎであるのに対して、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜
のエッチング割合は５ｎｍ／ｍｉｎであり、超電導特性
や電気的特性等も含めて、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜にほとんど影響を与えずにＳｉ膜を除去することが
出来る。以上の工程によりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導
薄膜の配線パタンを得る（図１（ｄ））。
【００２７】このようにして得られたＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸
化物超電導薄膜の配線パタンにおいては超電導臨界温度
の低下はほとんど認められない。さらに断面積から計算
される超電導臨界電流密度の劣化も僅かである。
化物超電導薄膜の配線パタンにおいては超電導臨界温度
の低下はほとんど認められない。さらに断面積から計算
される超電導臨界電流密度の劣化も僅かである。
【００２８】以上の如きパタン形成方法を用いて、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜のみでなく、Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物超電導薄膜等、他の酸化物超電導薄膜に対して
も、同様に配線パタンあるいは素子の電極膜パタンを得
ることができる。さらに、０．１μｍ以下の線幅又は溝
パタンを得ることが出来た。
Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜のみでなく、Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
酸化物超電導薄膜等、他の酸化物超電導薄膜に対して
も、同様に配線パタンあるいは素子の電極膜パタンを得
ることができる。さらに、０．１μｍ以下の線幅又は溝
パタンを得ることが出来た。
【００２９】また、本実施例においては耐エッチングマ
スク材としてＳｉ膜を用いたが、Ｓｉ膜以外にＡｌ膜を
用い、有機レジスト膜とＡｌ膜の積層膜をマスクとした
場合にも同様に超電導薄膜パタンを形成することができ
た。
スク材としてＳｉ膜を用いたが、Ｓｉ膜以外にＡｌ膜を
用い、有機レジスト膜とＡｌ膜の積層膜をマスクとした
場合にも同様に超電導薄膜パタンを形成することができ
た。
【００３０】〈実施例２〉第２図に示す如く、パタン形
成用のマスク材としてＡｕ膜５を追加して、有機レジス
ト膜４、Ｓｉ膜３及びＡｕ膜５の三層構造とした積層膜
を用いたパタン形成を行う。実施例１と同様に基板１上
にＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２を形成したのち、
酸化物超電導薄膜２の上に、これに接してＡｕ膜５を真
空蒸着法により約３０ｎｍの厚さに形成する。以下実施
例１と同様にＳｉ膜３、有機レジスト膜４の形成、有機
レジスト膜のパタンの形成を行う（図２（ａ））。
成用のマスク材としてＡｕ膜５を追加して、有機レジス
ト膜４、Ｓｉ膜３及びＡｕ膜５の三層構造とした積層膜
を用いたパタン形成を行う。実施例１と同様に基板１上
にＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜２を形成したのち、
酸化物超電導薄膜２の上に、これに接してＡｕ膜５を真
空蒸着法により約３０ｎｍの厚さに形成する。以下実施
例１と同様にＳｉ膜３、有機レジスト膜４の形成、有機
レジスト膜のパタンの形成を行う（図２（ａ））。
【００３１】さらに同様にＳｉ膜３とＡｕ膜５のエッチ
ングを行い（図２（ｂ））、ついでＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物超電導薄膜２のエッチングを行い（図２（ｃ））、さ
らに残余のＳｉ膜をエッチングにより除去する（図２
（ｄ））。Ａｕ膜のエッチング割合はＡｒガスを用いた
場合も、ＳＦ6ガスを用いた場合もＳｉ膜あるいはＹ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜より１０倍前後大きいの
で、エッチング条件に対してほとんど影響を与えない。
ングを行い（図２（ｂ））、ついでＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物超電導薄膜２のエッチングを行い（図２（ｃ））、さ
らに残余のＳｉ膜をエッチングにより除去する（図２
（ｄ））。Ａｕ膜のエッチング割合はＡｒガスを用いた
場合も、ＳＦ6ガスを用いた場合もＳｉ膜あるいはＹ−
Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜より１０倍前後大きいの
で、エッチング条件に対してほとんど影響を与えない。
【００３２】Ａｕ膜を挿入したマスク材を用いた場合、
酸化物超電導薄膜の表面層がＡｕ膜によって保護される
ので、有機レジスト材のベーキング工程、イオンビーム
エッチング工程を通じて酸化物超電導薄膜の超電導特性
及び電気的特性等の劣化を抑えることが出来た。
酸化物超電導薄膜の表面層がＡｕ膜によって保護される
ので、有機レジスト材のベーキング工程、イオンビーム
エッチング工程を通じて酸化物超電導薄膜の超電導特性
及び電気的特性等の劣化を抑えることが出来た。
【００３３】この場合も、耐エッチングマスク材として
Ｓｉ膜以外にＡｌ膜を用いても同様な結果が得られる。
また、Ａｕ膜に代えてＰｔ膜を用いても同様な結果が得
られる。
Ｓｉ膜以外にＡｌ膜を用いても同様な結果が得られる。
また、Ａｕ膜に代えてＰｔ膜を用いても同様な結果が得
られる。
【００３４】〈実施例３〉図３に本実施例で製造した電
界効果型の超電導トランジスタの断面図を示す。基板１
の上に、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物半導体薄膜６が、その
上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜よりなるソース２
ａ、ドレイン２ｂが配置されている。さらに全体を覆っ
てＳｒＴｉＯ3絶縁膜８が形成され、ソース２ａ、ドレ
イン２ｂ間のチャネル７が形成される位置の上部にはＹ
−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜よりなるゲート電極９が
置かれている。
界効果型の超電導トランジスタの断面図を示す。基板１
の上に、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物半導体薄膜６が、その
上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜よりなるソース２
ａ、ドレイン２ｂが配置されている。さらに全体を覆っ
てＳｒＴｉＯ3絶縁膜８が形成され、ソース２ａ、ドレ
イン２ｂ間のチャネル７が形成される位置の上部にはＹ
−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜よりなるゲート電極９が
置かれている。
【００３５】この超電導トランジスタはつぎのようにし
て製造する。まず、ＳｒＴｉＯ3の（１１０）面方位単
結晶の基板１の上に、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物半導体薄
膜６を高周波マグネトロンスパッタリング装置により２
００ｎｍの厚みに成膜する。ターゲット材は、Ｌａ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物の円板上焼結体を用い、雰囲気ガスはＡ
ｒと酸素の５０％ずつの混合ガス、全圧力は５０ｍＴｏ
ｒｒ、膜形成時の基板温度は６００℃とした。電源は周
波数１３．５６ＭＨｚとし、電力は１００Ｗの高周波を
用いる。
て製造する。まず、ＳｒＴｉＯ3の（１１０）面方位単
結晶の基板１の上に、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物半導体薄
膜６を高周波マグネトロンスパッタリング装置により２
００ｎｍの厚みに成膜する。ターゲット材は、Ｌａ−Ｂ
ａ−Ｃｕ酸化物の円板上焼結体を用い、雰囲気ガスはＡ
ｒと酸素の５０％ずつの混合ガス、全圧力は５０ｍＴｏ
ｒｒ、膜形成時の基板温度は６００℃とした。電源は周
波数１３．５６ＭＨｚとし、電力は１００Ｗの高周波を
用いる。
【００３６】この上に同じ条件で、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物をターゲット材とし、３００ｎｍの厚みのＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物超電導薄膜を形成する。実施例１に示したと
同じ方法で、Ｓｉ及び有機レジストの二層膜をレジスト
材として、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜をソース２
ａ、ドレイン２ｂ及び配線（図示せず）のそれぞれのパ
タンとする。ソース２ａ、ドレイン２ｂ間は０．１μｍ
とする。
物をターゲット材とし、３００ｎｍの厚みのＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物超電導薄膜を形成する。実施例１に示したと
同じ方法で、Ｓｉ及び有機レジストの二層膜をレジスト
材として、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜をソース２
ａ、ドレイン２ｂ及び配線（図示せず）のそれぞれのパ
タンとする。ソース２ａ、ドレイン２ｂ間は０．１μｍ
とする。
【００３７】ついで、１５０ｎｍの厚みのＳｒＴｉＯ3
絶縁膜８を、ＳｒＴｉ酸化物をターゲット材として同じ
条件で成膜する。上記と同様に、１００ｎｍの厚みのＹ
−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜を形成し、パタンとして
ゲート電極９を形成する。この超電導トランジスタは約
１ｍＡの超電導電流が流れ、三端子素子としての基本特
性を有する。
絶縁膜８を、ＳｒＴｉ酸化物をターゲット材として同じ
条件で成膜する。上記と同様に、１００ｎｍの厚みのＹ
−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電導薄膜を形成し、パタンとして
ゲート電極９を形成する。この超電導トランジスタは約
１ｍＡの超電導電流が流れ、三端子素子としての基本特
性を有する。
【００３８】なお、本実施例では有機レジスト膜及びＳ
ｉ膜の二層膜をマスクとしたが、実施例２に示した有機
レジスト膜、Ｓｉ膜、Ａｕ膜の３層膜をマスクとしても
同様の結果が得られる。また、Ｓｉ膜に代えてＡｌ膜、
Ａｕ膜に代えてＰｔ膜をそれぞれ用いても同様な結果が
得られる。
ｉ膜の二層膜をマスクとしたが、実施例２に示した有機
レジスト膜、Ｓｉ膜、Ａｕ膜の３層膜をマスクとしても
同様の結果が得られる。また、Ｓｉ膜に代えてＡｌ膜、
Ａｕ膜に代えてＰｔ膜をそれぞれ用いても同様な結果が
得られる。
【００３９】また、超電導トランジスタ以外に、ジョセ
フソン接合素子も酸化物超電導薄膜を用いて製造するこ
とができる。酸化物超電導薄膜はＹ−Ｂａ−Ｃｕ系に限
らないことはいうまでもない。
フソン接合素子も酸化物超電導薄膜を用いて製造するこ
とができる。酸化物超電導薄膜はＹ−Ｂａ−Ｃｕ系に限
らないことはいうまでもない。
【００４０】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のマスク材を用
いて、酸化物超電導薄膜等の酸化物薄膜の微細パタンを
形成することができた。特に、酸化物薄膜に対して、
０．１μｍあるいはこれ以下の幅を有する微細なライン
及び溝パタンを形成することができた。また、本発明を
用いることにより、高密度の超電導素子を得ることがで
きた。
いて、酸化物超電導薄膜等の酸化物薄膜の微細パタンを
形成することができた。特に、酸化物薄膜に対して、
０．１μｍあるいはこれ以下の幅を有する微細なライン
及び溝パタンを形成することができた。また、本発明を
用いることにより、高密度の超電導素子を得ることがで
きた。
【図１】本発明のパタン形成工程を示す工程図である。
【図２】本発明のパタン形成工程を示す工程図である。
【図３】本発明で製造した電界効果型の超電導トランジ
スタの断面図である。
スタの断面図である。
１ 基板 ２ 酸化物超電導薄膜 ２ａ ソース ２ｂ ドレイン ３ Ｓｉ膜 ４ 有機レジスト膜 ５ Ａｕ膜 ６ 酸化物半導体薄膜 ７ チャネル ８ 絶縁膜 ９ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 一正 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平１−283887（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194570（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−19970（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】（１）単結晶基板上に酸化物超電導薄膜を
形成する工程、 （２）上記酸化物超電導薄膜上に真空蒸着法を用いてＳ
ｉ膜の形成を行う工程、 （３）上記Ｓｉ膜上に有機レジスト膜をスピン塗布およ
びベーキング処理を施すことにより形成する工程、 （４）上記有機レジスト膜に対して電子ビーム露光法に
より超電導薄膜配線パタンを形成する工程、 （５）上記（４）をイオンビームエッチング装置に置
き、Ａｒイオンビームを照射し、上記（４）の工程によ
り露出した上記Ｓｉ膜のイオンビ−ムエッチングを行う
工程、 （６）上記（５）の工程により露出した酸化物超電導薄
膜をＡｒと濃度５０％の酸素を含む混合ガスを用いてイ
オンビームエッチングを行う工程、 （７）上記イオンビームエッチングにより残ったＳｉ膜
をエッチングにより除去する工程、を有することを特徴
とする超電導薄膜パタンの形成方法 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3052185A JPH0828538B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 超電導薄膜パタンの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3052185A JPH0828538B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 超電導薄膜パタンの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04287382A JPH04287382A (ja) | 1992-10-12 |
| JPH0828538B2 true JPH0828538B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=12907747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3052185A Expired - Fee Related JPH0828538B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 超電導薄膜パタンの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828538B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07240542A (ja) * | 1994-03-02 | 1995-09-12 | Hitachi Ltd | 超電導薄膜用マスク材 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01283887A (ja) * | 1988-05-11 | 1989-11-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酸化物超伝導体用パターン形成方法 |
| JPH0219970A (ja) * | 1988-07-08 | 1990-01-23 | Hitachi Ltd | 情報検索システム |
| JPH02194570A (ja) * | 1989-01-23 | 1990-08-01 | Fujitsu Ltd | 酸化物超伝導配線の形成方法 |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3052185A patent/JPH0828538B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04287382A (ja) | 1992-10-12 |
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Legal Events
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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