JPH02192402A - 酸化物超伝導材料の保護膜の形成方法 - Google Patents

酸化物超伝導材料の保護膜の形成方法

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JPH02192402A
JPH02192402A JP1009777A JP977789A JPH02192402A JP H02192402 A JPH02192402 A JP H02192402A JP 1009777 A JP1009777 A JP 1009777A JP 977789 A JP977789 A JP 977789A JP H02192402 A JPH02192402 A JP H02192402A
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JP
Japan
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protective film
forming
plasma
superconducting material
oxide
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JP1009777A
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English (en)
Inventor
Michiko Takei
美智子 竹井
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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】 〔概 要〕 本発明は、酸化物超伝導材料の保護膜の形成方法に関し
、 酸化物超伝導材料の組成変動を防止してその本来の特性
を確保しながら、十分な防湿性を有する保護膜を形成す
る、酸化物超伝導材料の保護膜の形成方法を提供するこ
とを目的とし、 基板上に酸化物超伝導体層を形成し、次いで、前記酸化
物超伝導体層の全面に電子サイクロトロン共鳴によるプ
ラズマ化学気相成長によって保護〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物超伝導材料の保護膜の形成方法に関し
、特に酸化物超伝導材料を構成要素として含む超伝導素
子の安定性と信頼性を向上させる保護膜形成法に関する
電気抵抗が零である超伝導材料は、電力の消費が全くな
いため電力配線等に使用する試みやジョセフソン素子な
どの電子装置の開発が活発に行われてきた。近年酸化物
系の高温超伝導材料が発見されるにおよんで更に応用分
野が広がりつつある。
特に半導体装置の電気配線材料として使用することによ
り装置の電力損失を減らし、動作速度を向上させること
が出来ると期待される。このため種々の試みが行われて
いるが、酸化物薄膜の特性信頼性が乏しく製品工程中に
劣化してしまい、装置の信頼性を損ねていた。従って、
超伝導素子の信頼性を上げることが重要になっている。
〔従来の技術〕
酸化物超伝導材料は水分を吸収すると超伝導特性が劣化
するため、防湿性の優れた保護膜で表面が被覆される必
要がある。
従来、このような保護膜は、スパッタ、高周波プラズマ
化学気相成長法(RFプラズマCVD)等によって、超
伝導材料上に主としてSi3N、、 5iON。
SlO□等のSi系の化合物を被着させることによって
形成していた。保護膜の防湿性はその緻密性に大きく依
存する。従来のスパッタ、RFプラズマCVD等によっ
て、十分な緻密性で保護膜を形成するためには、基板温
度をたとえば250℃以上(スパッタ)あるいは350
℃以上(RFプラズマCV D)のような高温にして形
成する必要がある。
しかし、酸化物超伝導材料は、200℃以上になるとそ
の成分特にCu等が上記のSi化合物と反応し易くなり
、保護膜形成中にこの反応によって組成変動が生じて超
伝導特性が劣化する。そのため、上記のような高温を必
要とする従来のスパッタ、RFプラズマCVDでは、超
伝導材料本来の特性を確保しながら十分な防湿性を有す
る保護膜を形成することには限界があるという問題があ
った。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、酸化物超伝導材料の組成変動を防止してその
本来の特性を確保しながら、十分な防湿性を有する保護
膜を形成する、酸化物超伝導材料の保護膜の形成方法を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的は、本発明によれば、基板上に酸化物超伝導
体層を形成し、次いで、前記酸化物超伝導体層の全面に
電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ化学気相成長に
よって保護膜を形成することを特徴とする酸化物超伝導
体の保護膜形成方法によって達成される。
〔作 用〕
本発明においては、電子サイクロトロン共鳴によるプラ
ズマ化学気相成長法(ECRプラズマCVD)によって
保護膜を形成する。ECRプラズマCVDは、従来のR
FプラズマCVD等と比較して、プラズマ電子密度およ
びプラズマ電子温度を容易に高めることができる。その
ため、基板温度を200℃より低温にして酸化物超伝導
材料の組成変動を防止しながら、十分に高い緻密性を有
する保護膜を形成することができる。特に、基板温度を
100℃以下とすれば、酸化物超伝導材料の成分、特に
Cuとの反応を完全に防止しながら、Si3N、、 5
iON、 Sin□等の防湿性の優れたSi化合物の保
護膜を形成するために極めて有利である。
第1図および第2図に、水冷したSi基板上にECRプ
ラズマCVDによって形成した厚さ11000nのSi
3N、膜の緻密性に及ぼすプラズマ電子密度(ne)お
よびプラズマ電子温度(Te)の影響の典型例を示す。
ここで、緻密性の尺度として50%フッ酸中でのエツチ
ングレート(B、Ro)を用いた。
第1図から明らかなように、エツチングレート(l R
,)はプラズマ電子密度(ne)の増加に伴って減少し
、緻密性が高まる。保護膜として必要な緻密性の目安は
、巳、R0値が103(人/lTl1n)程度以下であ
ることである。点Aは、従来のRFプラズマCVDで可
能なほぼ上限のプラズマ電子密度に相当するne = 
4 XIO”(am−’)で形成した313N4 (7
)場合であり、E、R,= 1.5 XIO’(人/m
1n)程度の緻密性しか得られず保護膜としては不十分
である。
一方、点BおよびCは、ECRプラズマCVDで容易に
得られる高プラズマ電子密度の例としてそれぞれ2 x
lQlo (am−3)および4 xlQlO(cm−
3)で形成した5isNiの場合であり、6.Roは非
常に減少しており、十分な緻密性が得られる。
第2図から、プラズマ電子温度Teζ4.5eV以上で
B、 R,値が低く、したがって高い緻密性が安定して
得られることがわかる。本発明にしたがったECRプラ
ズマCVDによれば、この範囲のプラズマ電子温度を容
易に達成できる。一方、従来のRFプラズマCVDでは
プラズマ電子温度の範囲が約3〜4eV程度であり、こ
れはE、R,値の極大領域であり、すなわち緻密性が極
めて低くなるという欠点があちた。
従来は、緻密性を高めるために1ま基板温度を200℃
程度まで上げざるを得なかったため、酸化物超伝導材料
と保護膜との反応を防止することが困難であった。
これに対して、本発明では、高いレベルのプラズマ電子
密度およびプラズマ電子温度が得られるECRプラズマ
CVDを用いるので、酸化物超伝導材料と保護膜との反
応を防止しながら、十分な緻密性すなわち防湿性の保護
膜を形成できる。
以下に、添付図面を参照し、実施例によって本発明を更
に詳しく説明する。
〔実施例〕
実施例1゜ MgO基板1上にスパッタ法によって形成した厚さ約5
00nmのYBaCuOt−g超伝導膜2上に、本発明
にしたがって厚さ1100nのSi3N4の保護膜3を
下記条件で形成した(第3図)。
5IH4流量;30cc/min。
N2流量;  40cc/min。
マイクロ波パワー: 900W RlF、パワー;10に 基板温度・室温〜100℃ 圧力  ; 3 Xl0−’Torr。
成長時間;1分 得られた保護膜を赤外線吸収スペクトル法によって分析
した結果、SiNの結合ピークのみが観察された。この
ことから、YBaCu[1t−x超伝導膜との間で全く
反応を生じないで純粋なSiNの保護膜が形成されたこ
とがわかる。
この保護膜について、50%フッ酸中のエツチングレー
ト(B、Ro)を測定したところ、500人/m i 
nであり、酸化物超伝導材料の保護膜として十分な防湿
性を有する。
実施例2゜ ソース、ドレイン、およびゲート各電極部分く10゜2
0 、30)をLa2−)l Srx Cu04−y超
伝導材料で形成したMO3FET表面に、本発明にした
がって厚さ1100nの5iON保護膜4を下記条件で
形成したく第4図)。
SiH,流量;  3Qcc/+t+in。
N2流量;  2Qcc/m+n。
0□流1 ;  2Qcc/min。
マイクロ波パワー; 8001! R,F、パワー;  LOW 基板温度;室温〜100℃ 圧力  ; 3 Xl0−”Torr。
成長時間;1分 得られた保護膜を赤外線吸収スペクトル法によって分析
した結果、5iONの結合ピークのみが観察されtコ。
このことから、La、、 Srx Cu04−y超伝導
材料との間で全く反応を生じないで純粋な5iONの保
護膜が形成されたことがわかる。
この保護膜について、50%フッ酸中のエツチングレー
ト(E、 R,’)を測定したところ、800A/mi
nであり、酸化物超伝導材料の保護膜として十分な防湿
性を有する。
実施例3゜ ソース、ドレイン、およびゲート各電極部分(10’ 
、 20’ 、 30’ )をYBaCuOt−x超伝
導材料で形成したMO3FIET表面に、本発明にした
がって、厚さ1100nのSiO保護膜5を形成しその
上に更に厚さ1100nのSiN保護膜6を形成した(
第5図)。
それぞれの保護膜の形成条件は下記のとおりであった。
Sin膜の形成条件 SiH4流量 02流量 マイクロ波パワー RlF、パワー 基板温度 圧力 成長時間 SIN膜の形成条件 SiH4流量 N2流量 マイクロ波パワー R,F、パワー 基板温度 圧力 30cc/min。
40cc/min。
00W r、 t、  〜100℃ 3×1叶’Torr。
1分 30cc/min。
40cc/min。
6001’1 0W r、t、〜100℃ 3 X 1O−3Torr。
成長時間;1分 この条件で約1100n以上のSiO膜+1100n以
上のSiN膜が形成される。SiO膜を先に形成したの
は、酸化物超伝導体は成分の酸素の不定比性が高いので
、先にSiO膜を形成するごとにより酸素の安定性を増
すためである。
各段階で得られた保護膜を赤外線吸収スペクトル法によ
って分析した結果、それぞれSiOおよびSiNの結合
ピークのみが観察された。このことから、YBaCuO
t−x超伝導膜との間で全く反応を生じないで純粋な5
in2およびSi3N、の保護膜が形成されたことがわ
かる。
この保護膜について、50%フッ酸中のエツチングレー
ト(B、 Ro)を測定したところ、1000人/m 
i nであり、酸化物超伝導材料の保護膜として十分な
防湿性を有する 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、低温で高温超伝
導体の保護膜を形成できるので、高温超伝導体の組成変
動を防止しながら水分の浸入をふせぎ高温超伝導体およ
び高温超伝導素子の信頼性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、保護膜のエツチングレート(E、R,)に及
ぼすプラズマ電子密度(ne)の影響の例を示すグラフ
、 第2図は、保護膜のエツチングレート(IE、 R,)
に及ぼすプラズマ電子温度(Te)の影響の例を示すグ
ラフ、 第3図は、本発明にしたがってYBaCuOt−x超伝
導膜上にSiN保護膜を形成した例を示す断面図、第4
図は、電極部分をLa2−x 5rXCu04−y超伝
導材料で形成したMO3FBT表面に、本発明にしたが
って5iON保護膜を形成した例を示す断面図、および
第5図は、電極部分をYBaCuOt−11超伝導材料
で形成したMO3FET表面に、本発明にしたがって、
SlOおよびSiNの保護膜を形成した例を示す断面図
である。 1・・・MgO基板、 2−YBaCuOt−x超伝導膜、 3・・・SiN保護膜、   4・・・5iON保護膜
、5・・・SiO保護膜、   6・・・SiN保護膜
、10.10’・・・ソース電極、 20.20’・・・ドレイン電極、 30.30’・・・ゲート電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、基板上に酸化物超伝導体層を形成し、次いで、前記
    酸化物超伝導体層の全面に電子サイクロトロン共鳴によ
    るプラズマ化学気相成長によって保護膜を形成すること
    を特徴とする酸化物超伝導体の保護膜形成方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5646095A (en) * 1991-06-18 1997-07-08 International Business Machines Corporation Selective insulation etching for fabricating superconductor microcircuits
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