JPH02196098A - 超伝導膜の製造方法 - Google Patents

超伝導膜の製造方法

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JPH02196098A
JPH02196098A JP1011907A JP1190789A JPH02196098A JP H02196098 A JPH02196098 A JP H02196098A JP 1011907 A JP1011907 A JP 1011907A JP 1190789 A JP1190789 A JP 1190789A JP H02196098 A JPH02196098 A JP H02196098A
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JP
Japan
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temperature
laser beam
thin film
oxygen
film
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Application number
JP1011907A
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English (en)
Inventor
Masahiro Shirasaki
白崎 正弘
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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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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (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〕 超伝導膜を製造する方法に関し、 結晶性改善のためのレーザビーム照射に原因する高温超
伝導性の欠如を防止することを目的とし、形成された酸
化物高温超伝導体の薄膜にレーザビームを照射すること
によりその薄膜の結晶性を改善する際し、前記レーザビ
ームの照射と同時に、そのレーザビームの照射位置とそ
の近傍に、少なくとも酸素を含有する高温度のガスを吹
き付ける〔産業上の利用分野〕 本発明は超伝導膜の製造方法に関する。本発明は、さら
に詳しく述べると、特にイツトリウム系の酸化物高温超
伝導体の薄膜を形成した後、レーザビームの照射により
その薄膜を高温度に加熱、すなわち、焼鈍(あるいはア
ニール)して結晶粒を拡大するか、ないしは溶融(ある
いはメルト)して再結晶化し、よって、改善された結晶
性を有する超伝導膜を製造する方法に関する。本発明の
超伝導膜は、低消費電子の集積回路を構成する要素とし
て、例えば配線や素子領域として、有利に利用すること
できる。
〔従来の技術〕
この1,2年、酸化物高温超伝導体材料の研究開発が極
めて急速に進行している。かかる材料は、常温近傍ある
いは低くても液体窒素温度(約77″K)以上で電気抵
抗が無くなるので、電力の損失を防ぐうえで極めて重要
な役割をはたし、また、したがって、低消費電力の集積
回路を構成する要素として有望である。集積回路構成要
素を提供するため、従来、酸化物高温超伝導体の薄膜を
作製するためのいろいろな技法、例えばスパッタリング
法、化学的気相成長法(CVD法)、ペースト焼結法な
どが用いられている。
なかんずく、CVD法は、薄膜の成長速度が速いことが
注目されて、有用な成膜法として広く用いられている。
しかし、この方法は、得られる薄膜の結晶の向きが揃い
難い、結晶粒も小型であるといった欠点も有している。
一般に、集積回路の構成要素として用いるためには、薄
膜中の結晶粒が大型で、結晶面方位もある程度揃ってい
るほうが望ましいので、薄膜を形成した後にその薄膜に
レーザビームを当てて、焼鈍により結晶粒を拡大するこ
と、ないしは溶融して再結晶化することが暑々行われて
いる。実際、これらの焼鈍法や溶融再結晶化法をCVD
薄膜に適用すると、薄膜の結晶性を従来法に較べて改善
することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
結晶性改善のためのレーザビーム照射は、しかし、酸化
物高温超伝導体薄膜を高温度に加熱することの結果とし
て、1つの重要な問題をひきおこす。すなわち、これら
特にイツトリウム系の酸化物高温超伝導体について顕著
であるけれども、また、正確なメカニズムは判らないけ
れども、酸化物高温超伝導体薄膜を焼鈍あるいは溶融用
結晶化する時の温度は約1200℃以上の高温に達する
ために、薄膜のうちのそのレーザビーム照射部位におい
て超伝導体の重要な構成元素である酸素(02)が抜は
出てしまうということである。したがって、本来ならば
高温超伝導性を示すはずの薄膜が、酸素が欠如している
ために、高温超伝導性を示さないという問題がひきおこ
される。
本発明の目的は、したがって、結晶性改善のためのレー
ザビーム照射に原因する高温超伝導性の欠如を防止する
ことを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段〕
上記した目的は、本発明によれば、形成された酸化物高
温超伝導体の薄膜にレーザビームを照射することにより
その薄膜の結晶性を改善するに際し、前記レーザビーl
、の照射と同時に、そのレーザビー1、の照射位置とそ
の近傍に少なくとも酸素を含有する高温度のガスを吹き
付けることを特徴とする、超伝導膜の製造方法によって
達成することができる。
本発明の超伝導膜の製造に用いられる酸化物高温超伝導
体は、好ましくは、次のような式によって表わされる第
■種超伝導物質; RBr BamCu、O。
(上式において、REは、Y、Laなどの希土類金属元
素、特にYであり、BaはCa等であってもよ< 、’
1m1ll’l及び。は□Eの整数である)、例えばY
Ba2Cu3O7,Y2Ba4Cu60+s、Y2Ba
4CLI7013などである。
このような超伝導体の薄膜は、前記したように、CVD
法によって作製されるものであるが、もしも結晶性改善
の効果があられれるならばその他の成膜法によって作製
されたものであってもよい。
CVD法は、一般に、次のようにして有利に実施するこ
とができる: 酸化物高温超伝導体を構成する無水金属のハロゲン化物
(例えばBiCl 3. Cal、、 Cu1)を炉中
にて加熱蒸発させて、次いでMgO基板上にて酸化剤と
反応させつつ堆積させる。ハロゲン化物蒸気のキャリア
にはHeガスを用いる。このソースガスとは別にして、
酸化剤として0□またはlI20蒸気を基板上に送り込
む。MgO基板の温度は700〜850℃であり、この
とき、堆積レートは1.5nm/分になる。成長した膜
の厚さは0.14になる。その後30℃/分の速度で冷
却して膜を得る。
超伝導体薄膜の膜厚は特に限定されるものではなく、得
られる超伝導膜の使途に応じて任意に変更することがで
きる。また、得られる超伝導膜をパターン状で、例えば
配線等として、使用する場合には、いろいろな技法でパ
ターニングを行うことができる。典型的なバターニング
方法は、例えば弗酸系の溶液を用いたウェットエツチン
グ、例えばCCZ、を用いたドライエツチング、水蒸気
暴露による非パターン領域の絶縁体化、その他である。
上記した超伝導膜が上方に形成されるべき下地は、好ま
しくは基板、例えばMgO、サファイヤ、ジルコニアな
どの基板である。また、この下地は、超伝導膜の使途な
どに応じて、基板以外の要素、例えばPSG膜などであ
ることができる。
超伝導体薄膜を焼鈍又は溶融するためのレーザビームの
照射は、下記の実施例においても説明するように、常用
のレーザアニール装置を用いて実施することができる。
本発明では、このレーザビームの照射と同時ニ、そのレ
ーザビームの照射位置とその近傍に、少なくとも酸素を
含有する高温度のガスを吹き付けることが必要である。
この吹き付けに用いるガスは、酸素ガスの単独であって
もよく、あるいはその他のガス、例えば窒素ガスなどの
ような不活性ガスとの混合物であってもよい。混合物中
に占める酸素の量は、抜は出た酸素を補充する(新たに
酸素を、薄膜内に組み込む)のに十分な量であるならば
、特に限定されない。吹き付けるガスの温度は一般に約
400〜600℃の温度であることが好ましい。なぜな
ら、特にイツトリウム系酸化物高温超伝導体は400〜
600℃の温度の時に酸素を内部に取り込む性質が顕著
であるからである。低温度のガスの吹き付けは、薄膜の
アニール効果あるいはメルト効果を下げるので、回避し
なければならない。また、ガスの吹き付けは、吹付ノズ
ルなどの手段を用いて有利に行うことができる。
本発明では、上記したように、高温高圧の酸素ガス又は
酸素含有ガスを強制的にレーザビーム照射部位に吹き付
けるのが最良の方法であるが、場合によっては、高温度
の酸素雰囲気を用い、その露囲気内でレーザ照射を行っ
てもよい。
〔作 用〕
本発明の原理を第1図の斜視図を参照して説明する。
ウェハ3は、図示しないけれども、その表面にイッ) 
IJウム系酸化物高温超伝導体薄膜が堆積せしめられて
いる。このウェハ3は、X方向には高速度で往復運動し
、Y方向には微小距離ずつ一方向に移動する補助加熱用
のステージ4上に載置される。レーザ発振器(図示せず
)からのレーザビーム1は、凸レンズ2で集束せしめら
れた後、ウェハ3の酸化物高温超伝導体薄膜の表面に図
示の如く入射せしめられる。すなわち、本発明では、高
速度で往復運動をしている酸化物高温超伝導体薄膜(図
示せず)を、凸レンズ2で集めたレーザビーム1が照射
しており、補助加熱用ステージ4が移動するにつれて酸
化物高温超伝導体薄膜が、線状に焼鈍されるか、もしく
は溶融再結晶化される。なお、補助加熱用ステージ4の
温度は約500℃である。一方、ビーム1がウェハ3に
入射する部分の極く近傍には、細い酸素ガス導入管5の
先端が位置しており、管内を通ってきた高温度の酸素ガ
スがビーム1の照射位置部分に吹き付けられている。酸
化物高温超伝導体は、400〜600℃の高温域におい
て酸素を内部に取り込む性質を有しているので、導入管
5からの酸素を吸収することができる。従って、再結晶
化した酸化物高温超伝導体は、溶融時の高温度状態で失
った酸素を新たに補充することが可能になり、超伝導特
性を示すことになる。
〔実施例〕
本発明の製造方法は、例えば、第2図に示されるように
して実施することができる。
ウェハ3として、イツトリウム系の酸化物高温超伝導体
(YBa、Cu307)の薄膜を堆積した’、I g 
Oウェハを用いる。このウェハを、ウェハ固定用のチャ
ック及びヒータを内蔵しており、ウェハを500℃に加
熱可能な補助加熱用のステンレス製ステージ4上に載置
し、さらにこのステージを、X方向にそっては150m
m/secで往復運動可能であり、Y方向へは10μピ
ツチで微動前進可能なX−Y可動ステージの上に固定す
る。ウェハ3の酸化物高温超伝導体薄膜(図示せず)の
表面にアルゴンレーザ発振器(出力約10W)7からの
レーザビーム1を入射させる。レーザビーム1は、反射
鏡8で垂直下方に投下せしめられた後、凸レンズ2でも
って集光される。一方、ステンレス製の酸素ガス導入管
5の先端からは、加熱用ヒータ1(lでもって所望の温
度(400〜600℃)まで加熱された酸素ガスが、レ
ーザが照射している部分に吹き付けられる。この方式で
酸化物高温超伝導体薄膜の焼鈍又は溶融再結晶化を行う
と、驚くべきことに、すぐれた高温超伝導特性及び改善
された結晶性を有する超伝導膜を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、酸化物高温超伝
導体薄膜をレーザビームの照射により焼鈍あるいは溶融
結晶化する時に酸素がその薄膜から一旦抜は出したとし
ても、冷却固化した段階で(特に、400〜600℃の
時に)失った酸素を再び取り込むことができ、したがっ
て、作製した結晶の高温超伝導特性を保つことができる
。このことは、記載のような材料の結晶性の向上、なら
びにかかる材料を用いた半導体装置の性能向上に寄与す
るところがはなはだ大きいことを意味する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の原理を示した斜視図、そして 第2図は、本発明の製造方法の好ましい一例を示した斜
視図である。 図中、1はレーザビーム、2は凸レンズ、3はウェハ、
4は補助加熱用ステージ、5は酸素ガス導入管、7はア
ルゴンレーザ発振器、9はX−Y可動ステージ、そして
10は酸素ガス加熱用ヒータである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、形成された酸化物高温超伝導体の薄膜にレーザビー
    ムを照射することによりその薄膜の結晶性を改善するに
    際し、前記レーザビームの照射と同時に、そのレーザビ
    ームの照射位置とその近傍に、少なくとも酸素を含有す
    る高温度のガスを吹き付けることを特徴とする、超伝導
    膜の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005039281A (ja) * 2004-07-20 2005-02-10 Seiko Epson Corp セラミックスの製造方法およびその製造装置、ならびに半導体装置および圧電素子
US7271042B2 (en) * 1996-12-12 2007-09-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser annealing method and laser annealing device

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