KR20030034679A

KR20030034679A - 초전도체 전극 형성 방법

Info

Publication number: KR20030034679A
Application number: KR1020010066358A
Authority: KR
Inventors: 계정일; 문승현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-09

Abstract

본 발명은 초전도체에 관한 것으로, 특히 산화물 초전도에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 초전도체 전극 형성 방법은 기판 위에 초전도 박막과 전도성 산화물을 순차적으로 증착하는 단계, 상기 전도성 산화물 위에 포토레지스트를 입히고 패터닝 하는 단계, 상기 패터닝 된 포토레지스트를 이용하여 상기 초전도 박막이 노출되도록 식각하는 단계, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계로 이루어진다.

Description

초전도체 전극 형성 방법{Methode for bonding electrode superconductor}

본 발명은 초전도체에 관한 것으로, 특히 산화물 초전도체에 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다

일반적으로 초전도체는 완전도체성질, 완전반자성성질 그리고 조셉슨 현상을 가진 물질로서, 수십년전부터 주목을 받아왔으나 초전도현상이 시작되는 임계온도가 4K정도의 극저온이어서 산업화의 길은 요원한 것으로 인식되었다.

그러나, 1986년 산화물 고온초전도체가 발견된 이후, 값싼 액체질소를 이용하여 충분히 임계온도 이하로 냉각시킬 수 있게 되면서 초전도현상을 이용한 응용연구가 산업에 적용될 수 있을 것이라는 예상이 나오면서, 고온초전도체를 이용한 다양한 소자 제작이 활발히 전개되었다.

그러나, 고온초전도체는 간섭길이(coherence length)가 짧고, 이방성이 커서 조셉슨 접합을 제작하는 것이 대단히 어렵다. 따라서 저온초전도체에서 사용되던 부도체 절연막을 이용한 샌드위치 접합의 제작에는 아무도 성공하지 못하고 있다. 샌드위치 접합이 성공하기만 한다면 제작의 간편성, 재현성 측면에서 우수한 결과를 기대할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 1 예이다.

도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 두 개의 챔버에서 이루어지는 공정으로 STO 기판(10) 위에 YBCO 초전도 박막(11)을 800도, 750 mtorr에서 1.5 J/㎠ 의 에너지 밀도를 갖는 PLD 방법을 이용하여 200nm 두께로 입힌다.

그리고, 상기 초전도 박막(11)위에, 포토레지스터(12)를 입히고, 원하는 모양으로 패터닝 한다. (도 1b)

그 다음, 금(13)을 상온에서 진공도 10^-5torr 이하에서 두께가 100nm 이상이 되도록 입힌다. (도 1c)

그리고, 리프트 오프(Lift-off)법으로 상기 금(13)을 패턴 제작하며, 이후, 상기 금(13)의 접착력을 좋게 하기 위하여 산소분위기 500도에서 후 열처리한다. (도 1d)

도 2a 내지 도 2d는 종래의 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 2 예이다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 하나의 챔버에서 이루어지는 공정으로, STO 기판(20) 위에 YBCO 초전도 박막(21)을 800도, 750 mtorr에서 1.5 J/㎠ 의 에너지 밀도를 갖는 PLD방법으로 200nm 두께로 입힌다.

그리고, 상기 초전도 박막(21) 위에 원하는 모양의 금속 마스크(22)를 장착한다. (도 2b)

그 다음, 금(23)을 200 ~ 400도, 진공도 10^-5torr 이하에서 두께가 100nm 이상이 되도록 입힌다. (도 2c)

그리고, 상기 금속 마스크(22)를 떼어내고, 상기 금(23)의 접착력을 좋게 하기 위하여 산소분위기 500도에서 후 열처리한다. (도 2d)

이와 같은 두 개의 챔버에서의 공정은 포토레지스트 코팅 공정에서 초전도 박막이 공기 중에 노출되어 표면에 절연층이 생기는 문제가 있고, 하나의 챔버에서 이루어지는 공정은 금속의 확산으로 인한 초전도의 깨어짐을 막고 보다 좋은 금속피막을 입히려면 200 ~ 400 도 정도의 온도에 10^-5torr 이하의 진공도에서 입혀야 하는데 이렇게 되면, 금속과 초전도체 사이의 계면이 좋지 않을뿐더러 공정 상의 진공으로 인해 산화물 초전도체에서 산소가 빠져 나오기 때문에 산소를 다시 넣는 후열처리 공정이 필요한 번거로움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 초전도체 위에 같은 전기적 특성을 지닌 전도성 산화물을 전극으로 형성하는 초전도 전극 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 1 예

도 2a 내지 도 2d는 종래의 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 2 예

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 1 실시예

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 2 실시예

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 기판 110 : 초전도체 박막

120 : 전도성 산화물 130 : 포토레지스트

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 기판 위에 초전도 박막과 전도성 산화물을 순차적으로 증착하는 단계, 상기 전도성 산화물 위에 포토레지스트를 입히고 패터닝 하는 단계, 상기 패터닝 된 포토레지스트를 이용하여 상기 초전도 박막이 노출되도록 식각하는 단계, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계로 이루어진다.

바람직하게, 상기 전도성 산화물은 상기 초전도 박막과 비슷한 격자 상수를 갖는 SrRuO₃(SRO)나 CaRuO₃(CRO) 중 하나이며, 상기 전도성 산화물 증착은 상기 초전도 박막과 비슷한 조건인 700 ~ 900도 사이의 온도와 산소 분위기 300mtorr~900mtorr에서 펄스 레이저 증착법이나 sputtering, CVD, coevaporation, MBE 등의 방법을 이용하여 100nm 정도 증착 한다.

그리고, 상기 식각은 아르곤(Ar) 이온으로 건식 식각한다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 기판 위에 초전도 박막과 전도성 산화물을 순차적으로 증착하는 단계, 상기 전도성 산화물 위에 금속막을 증착하는 단계, 상기 금속막 위에 포토레지스트를 입히고 패터닝 하는 단계, 상기 패터닝 된 포토레지스트를 이용하여 상기 초전도 박막이 노출되도록 식각하는 단계, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계로 이루어진다.

바람직하게, 상기 금속막은 금(Au)나 은(Ag) 중 하나이다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 1 실시예이다.

먼저 도 3a와 같이 기판(100) 위에 산화물 초전도체 박막(110)을 증착하고, 상기 초전도체 박막(110) 위에 전도성 산화물(102)을 증착한다.

여기서 상기 기판(100)은 상기 초전도체 박막(110) 물질이 애피택시 성장하는 STO, LAO, NGO, MgO, YSZ, 사파이어, Si, LSAT 등을 사용하며, 초전도체 박막(110)은 YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)를 800도 750 mtorr에서 1.5 J/㎠의 에너지 밀도로 PLD 방법을 이용하여 200nm 두께로 입힌다.

그리고, 상기 YBCO와 비슷한 격자 상수를 갖는 SrRuO₃(SRO)나 CaRuO₃(CRO)을 상기 YBCO와 비슷한 조건인 700 ~ 900도 사이의 온도와 산소 분위기 300mtorr~900mtorr에서 펄스 레이저 증착법이나 sputtering, CVD, coevaporation, MBE 등의 방법을 이용하여 100nm 정도 입힌다.

여기서, 상기와 같이 전도성 산화물(120)을 증착하므로, 종래의 전극으로 금(Au)이나 은(Ag)등의 금속을 올릴 때와 같이 후 열처리 공정은 필요하지 않을 뿐 아니라 금속의 경우보다 결정 상수가 크므로 계면 특성이 좋으며, 이 경우 계면의 접촉 저항값이 쉽게 10^-7Ωcm²이하로 된다.

이해를 돕기 위해, 전극 종류별 접촉면저항을 비교하여 보면 다음과 같다.

<표 1>

전극 종류(전극/산화물 초전도)	접촉면 저항(μΩcm²)	비고
In-situ Au/YBCO	~0.01	후열처리 필요
Ex-situ Au/YBCO	~0.1	후열처리 필요
Ag/YBCO	~0.1	후열처리 필요
SrRuO3/YBCO	~0.1	후열처리 필요 없음, 결정상수 잘 맞음
CaRuO3/YBCO	~0.1	후열처리 필요 없음, 결정상수 잘 맞음

이어서, 상기 전도성 산화물(102) 위에 포토레지스트(130)를 입히고 원하는 모양으로 패터닝한다. (도 3b)

그리고, 아르곤(Ar) 이온으로 상기 초전도체 박막(110)이 노출될 때까지 건식 식각을 한다. (도 3c)

그 다음, 남겨진 상기 포토레지스트(130)를 화학 처리법 등을 이용하여 제거한다. (도 3d)

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 초전도체에 전극을 형성하는 방법을 나타낸 제 2 실시예이다.

도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 먼저 도 4a와 같이 기판(200) 위에 산화물 초전도체 박막(210)을 증착하고, 상기 초전도체 박막(210) 위에 전도성 산화물(220)을 증착 한다.

여기서 상기 기판(200)은 상기 초전도체 박막(210) 물질이 애피택시 성장하는 STO, LAO, NGO, MgO, YSZ, 사파이어, Si, LSAT 등을 사용하며, 초전도체 박막(210)은 YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)를 800도 750 mtorr에서 1.5 J/㎠의 에너지 밀도로 PLD 방법을 이용하여 200nm 두께로 입힌다.

그리고, 상기 YBCO와 비슷한 격자 상수를 갖는 SrRuO₃(SRO)나 CaRuO₃(CRO)을 상기 YBCO와 비슷한 조건인 700 ~ 900도 사이의 온도와 산소 분위기 300mtorr ~900mtorr에서 펄스 레이저 증착법이나 sputtering, CVD, coevaporation, MBE 등의 방법을 이용하여 100nm 정도 입힌다.

이어서, 상기 전도성 산화물(220) 위에 금속막(230)을 증착 한다. (도 4b)

상기 금속막(230)의 증착은 금속 전선 연결 작업의 용이성을 높이기 위해 증착하는 것으로 금(Au)이나 은(Ag)을 증착하는데, 금을 증착 할 경우, 온도 200~400도 정도와, 진공도 10^-5torr 이하에서 두께가 100nm 정도 증착 한다.

여기서, 상기와 같은 공정은 상기 YBCO 에 바로 전극을 올릴 때와는 달리 금속 전극이 SRO 나 CRO 에 비교적 접착이 잘 이루어질 뿐 아니라, 그 아래 YBCO는 산화물 전극으로 이미 막혀 있어 산소 결핍이 거의 일어나지 않기에 후 열처리는 필요하지 않다.

그리고, 상기 금속막(230) 위에 포토레지스트(240)를 입히고 원하는 모양으로 패터닝 한다. (도 4c)

그리고, 아르곤(Ar) 이온으로 상기 초전도체 박막(210)이 노출될 때까지 건식 식각을 한다. (도 3d)

그 다음, 남겨진 상기 포토레지스트(240)를 화학 처리법 등을 이용하여 제거한다. (도 3e)

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 산화물 초전도체 위에 산화물 초전도체와 같은 종류의 전도성 산화물을 써서 전극을 형성하므로 후열처리 공정이 필요하지 않으며, 결정상수가 크므로 계면 특성이 좋아 계면의 접촉 저항값이 쉽게 10^-7Ωcm²이하로 되는 효과가 있다.

그리고, 전도성 산화물로 된 전극 위에 다시 금이나 은 등의 금속을 입혀 전극을 형성하므로 금속 전선 연결 작업의 용이성을 높이는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims

기판 위에 초전도 박막과 전도성 산화물을 순차적으로 증착하는 단계;

상기 전도성 산화물 위에 포토레지스트를 입히고 패터닝 하는 단계;

상기 패터닝 된 포토레지스트를 이용하여 상기 초전도 박막이 노출되도록 식각하는 단계;

상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도체 전극 형성 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전도성 산화물은 상기 초전도 박막과 비슷한 격자 상수를 갖는 SrRuO₃(SRO)나 CaRuO₃(CRO) 중 하나인 것을 특징으로 하는 초전도체 전극 형성 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 전도성 산화물 증착은 상기 초전도 박막과 비슷한 조건인 700 ~ 900도 사이의 온도와 산소 분위기 300mtorr~900mtorr에서 펄스 레이저 증착법이나 sputtering, CVD, coevaporation, MBE 등의 방법을 이용하여 100nm 정도 증착하는 것을 특징으로 하는 초전도체 전극 형성 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 식각은 아르곤(Ar) 이온으로 건식 식각하는 것을 특징으로 하는 초전도체 전극 형성 방법.
기판 위에 초전도 박막과 전도성 산화물을 순차적으로 증착하는 단계;

상기 전도성 산화물 위에 금속막을 증착하는 단계

상기 금속막 위에 포토레지스트를 입히고 패터닝 하는 단계;

상기 패터닝 된 포토레지스트를 이용하여 상기 초전도 박막이 노출되도록 식각하는 단계;

상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도체 전극 형성 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 금속막은 금(Au)나 은(Ag) 중 하나인 것을 특징으로 하는 초전도체 전극 형성 방법.