JPH0285376A - 酸化物超電導性物質の薄膜を具える装置を製造する方法 - 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】 （技術分野） 本発明は酸化物超電導性物質の成分元素を薄膜の形態で
基板上に供給し、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属
フッ化物の形態で供給し、しかる後に水および酸素の存
在下に上昇させた温度における処理により前記酸化物超
電導性物質を生成して、少なくとも１種のアルカリ土類
金属を含有する所要パターンの前記酸化物超電導性物質
の薄膜を具える装置を製造する方法に関するものである
。

（背景技術） ［アプライド・′フィツクス・レター（Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　）　Ｊ　５１　（２１）　、
第１７５３〜１７５５頁（１９８７）に掲載されている
ピー、エム、マンキーウィッチ（ＰｏＭｏＭａｎｋｉｅ
ｗｉｃｈ）等の報文には、Ｙ。

ＣｕおよびＢ　ａ　Ｆ　ｚの薄膜を真空堆積によって５
ｒＴｉＯｓ基板上に設ける方法が記載されている。例え
ば、Ｂａ金属またはＢａｏＯ代りにＢａＦ−を使用して
おり、これはＢ　ａ　Ｆ　ｔが湿気に対する感受性が極
めて小さいからである。薄膜の厚さは１００〜５００　
ｎｍである。酸化工程ではＹＢａｚＣｕ３０７が酸素中
８００〜９２０°Ｃにおいて０．５〜６時間で生成し、
この物質は８５〜９２にの臨界温度Ｔｃより低い温度に
おいて超電導特性を示す。このようにして得た薄膜には
、線を刻み付けることにより、あるいはより正確には酸
化工程の前または後に行われ、２μｍ以上のデイテール
を有するパターンを形成することができるポジティブ・
リソグラフィー法によってパターンを形成する。第１の
例においては、基板をホトレジストで被覆し、所望パタ
ーンに従って露光および現像し、しかる後にＹ。

ＣｕおよびＢａＦ、の薄膜を真空堆積により設ける。残
留レジスト物質を溶解することにより、上に重なってい
る薄膜部分は剥離（「リフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）
　Ｊ　）され、次いで酸化工程を行って超電導性物質を
生成することができる。第２の例においては、先ず出発
物質を真空堆積により提供し、酸化工程を行い、次いで
薄膜をホトレジストで被覆し、このホトレジストを所望
パターンに従って露光および現像し、しかる後に希釈し
た酸によって超電導性薄膜をエツチングする。

「アプライド・フィツクス・レターＪ　、５ｕ　（２３
）　。

第１９９５〜１９９７頁（１９８８）に掲載されている
ニー、エム、デガントロ（Ａ、Ｍ、Ｄｅｇａｎｔｏｌｏ
）等の報文には、Ｙ、Ｏ，、ＣｕＯおよびＢ　ａ　Ｆ　
ｚの薄膜を、前記出発物質の混合物から形成したターゲ
ツト板をレーザ・アブレーション（ｌａｓｅｒ　ａｂｌ
ａｔｉｏｎ）することにより５ｒＴｉＯｚ基板上に設け
る方法が記載されている。次いで、酸素中で酸化工程を
８５０　’Ｃにおいて１時間行う。酸素の流れにはある
量の水を含有させてＹ　Ｂ　ａｔ　ＣＬｉ２０　？への
転化を可能にする。

厚さ０．６５μ曙の薄膜の場合には、９０にの臨界温度
が実測されている。

「アプライド・フィツクス・レターＪ　５２　（２１）
　。

第１８２８〜１８３０頁（１９８８）に掲載されている
シー、イライス（Ｃ０Ｅ、Ｒｉｃｅ）等の報文には、５
ｒＴｉＯ：＋またはサファイアの基板に真空堆積により
ＣａＦｚ。

５ｒＦｔ　、ＢｉおよびＣｕの薄膜を被着させる方法お
よび前記薄膜にＹおよびＰｂのうちの少くとも一方を添
加することができることが記載されている。次いで、湿
った酸素中で酸化工程を７２５°Ｃにおいて１５分間、
８５０°Ｃにおいて５分間行う。臨界温度約８０にのＣ
ａ　−Ｓｒ　−Ｂ　ｉ　−Ｃｕ酸化物またはこのような
酸化物の混合物が生成する。厚さ３００〜５００　ｎＭ
の超電導性薄膜にホトリソグラフィー法および希釈した
酸によるエツチングによってパターンを形成する。

超電導性薄膜にパターンを形成するのに使用される上述
のたりソゲラフイー法はいくつかの欠点を有する。「リ
フトオフ」法では出発物質を供給する前に有機レジスト
物質が存在している。このために、堆積を行うことがで
きる温度範囲が限定される。残留レジスト物質を例えば
アセトンを使用して除去する場合には超電導性薄膜中に
炭素が混入する危険がある。２μｍ未満のデイテールを
有する構造はこの方法によって形成することはできない
。エツチングを行う第２の方法は緩慢であり、それは希
釈した酸に出発物質を溶解する必要があるからである。

しかもこの方法は正確でなく、それはアンダーエツチン
グが起るからである。両方法は形成されたパターンが平
坦な表面を有しておらず、このことは追加の薄膜を設け
て例えば半導体装置のような装置を製造する必要がある
場合に問題になることがある。

本発明の目的は、微細構造例えば１μｍ以上のデイテー
ルを有する構造を示すことができるパターンを酸化物超
電導性物質の薄膜に正確に製造することができる方法を
提供することにある。超電導性物質は有機溶媒と直接接
触させないのが好ましい。本発明は平坦な表面を有する
パターンを製造できることが必要である。追加の要件は
、本発明方法および生成した薄膜が周囲からの湿気の作
用に対して余り敏感でないことである。

（発明の開示） 本発明においては、冒頭に記載した方法において、上昇
させた温度における処理中に、前記所望のパターンに相
補的なパターンに従って、前記薄膜を水に対する拡散障
壁によって被覆することによりこの目的を達成する。こ
のようにして、拡散障壁の下の薄膜部分を酸化工程にお
いて酸化物超電導性物質に転化させないことができる。

本発明方法においては、必要なアルカリ土類金属をアル
カリ土類金属フン化物の形態で供給する。

本発明方法の特定例においては、酸素および所望に応じ
てフッ素を包含する超電導性物質の他の成分元素を対応
する金属の形態で供給する。本発明方法の他の適当な例
においては、他の成分元素を対応する金属酸化物の形態
で供給する。

本発明の好適例においては、拡散障壁の材料を、該材料
が酸素に対する拡散障壁を形成するように選定する。こ
のようにして、装置において、設けられた薄膜における
パターンの超電導性部分と非超電導性部分との間で極め
て明確な分離が達成される。

例えば、Ｓｉ、Ａ！およびＳｉまたはＡ１の酸化物を拡
散障壁の材料として使用することができる。未公開のオ
ランダ国特許出願Ｎ　Ｌ８７０１７１８号には、これら
の材料は高温において酸化物超電導性物質と接触した際
に超電導特性を妨げることがあると記載されている。し
かし、本発明方法の酸化工程では、これらの材料は超電
導性物質に転化されない薄膜部分と接触する。

装置を製造するためにさらに超電導性薄膜を設けるのが
望ましく、しかも起ることのあるＳｉ　またはＡｆｆの
横方向の拡散による悪影響を効果的に回避するのが望ま
しい場合には、拡散障壁の材料として、酸化物超電導性
＋３ｊ！ｌＪ質と接触した際に装置の所望動作温度にお
いて超電導特性が生じないように前記超電導性物質と反
応することがない材料を選定する。

特に貴金属がこの性質を有していることは既知である。

しかし、銀は水および酸素のうちの少くとも一方に対す
る拡散障壁としては不適当である。

本発明の好適例においては、拡散障壁を金薄膜によって
形成する。

本発明方法において使用できるアルカリ土類金属として
はＣａ、ＳｒおよびＢａがある。

本発明方法の好適例においては、酸化物超電導性物質は
ＹＢａｚＣｕ３０７−δ　（式中のδは０．１〜０．５
の数値を示す）からなる。ＹＢａｚＣｕｉＯ７Ｊは約９
０にのＴｃ値を有する。酸素はフッ素によって部分置換
、例えば上述の組成式においてｌ原子まで置換すること
ができ、これによりＴｃ値が大きくなる。さらに、Ｙは
１種または２種以上の希土類金属例えばＬａによって置
換することができ、Ｂａは他のアルカリ土類金属例えば
Ｓｒによって置換することができる。

本発明方法の他の例においては、酸化物超電導性物質は
ＩＯＫを超えるＴｃ値を有するＣａ−Ｓｒ−Ｂｉ　　Ｃ
ｕ酸化物、あるいはＣａ、ＳｒおよびＢｉ含有銅酸塩（
ｃｕｐｒａｔｅ）の混合物、例えばＢｉ２．。

５ｒｚＣａｏ、ａＯａ＋δ　からなる。また本発明方法
はＴｌのほかにＣａおよびＢａのうちの少くとも一方を
含有する超電導性銅酸塩のパターン化された薄膜を製造
するために使用することができる。

本発明方法は厚さが例えば０．１〜ＩＯμｍである薄膜
または厚膜技術例えばスクリーン印刷によって製造され
る薄膜の場合に使用することができる。

薄い薄膜は真空堆積、スパッタリング、レーザアブレー
ション、蒸気相からの化学的堆積または他の望ましい技
術によって製造することができる。

（実施例） 次に本発明を図面を参照して実施例について説明する。

裏胤勇上 上述のニー、エム、デガントロ等の報文に記載されてい
る方法を使用してレーザアブレーションによってＳｒＴ
ｉＯ３基板１１をＹ２Ｏ３，ＣｕＯおよびＢ　ａ　Ｆ　
ｚの薄膜１２で被覆した（第１ａ図参照）。

ＹＢａｚＣｕｔＯｓのような他の基板および真空堆積の
ような他の堆積法も本発明方法において使用することが
できる。この例では膜の厚さは５００　ｎｍであった。

スパッタリングまたは真空堆積により金薄膜１３を設け
（第１ｂ図参照）、スピニングにより惑紫外線ホトレジ
ストの薄膜１４を金薄膜１３に被着させた。

適当なホトレジストは例えばヘキスト社か市販されてい
るＡＺ１５１２（商品名）であった。露光および現像の
後に、０．Ｉ　Ｎ　　ＮａＯＨ水溶液を使用してホトレ
ジスト薄膜に開口１５を形成した（第１ｃ図参照）。金
薄膜の露光部分をＫｌ／Ｉｇ水溶液でエツチングし、し
かる後に残留ホトレジスト物質を除去した（第１ｄ図参
照）。所望に応じて、金薄膜をＡｒイオンエツチングに
より除去することができた。

次いで酸化工程を湿った酸素中で８５０°Ｃにおいて１
時間行った。被覆されていない薄膜部分に酸化物超電導
性物質１６が生成し、その組成はＹ　Ｂ　ａ　ｚＣｕｌ
　Ｏｈ、　ｑであった。薄膜１２の他の部分は超電導性
物質に転化しなかった（第１ｅ図ｐ照）。所望に応じて
、残留量の金を除去することができた。

上述の方法により約１μｍより微細なデイテールを有す
るパターンを形成することができた。

災施■１ 以下に説明する本発明の別法によってＣａ−Ｓｒ−Ｂｉ
銅酸塩の混合物からなる超電導性薄膜を製造し、「リフ
トオフ法」によって得た金パターンを使用した。所望に
応じて、例えば実施例１に記載したようにして金薄膜を
被着させることにより、超電導性物質が有機溶媒と直接
接触しないようにこの方法を実施することができた。

Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏ３緩衝薄膜を有するＳｉ基板２１を
真空堆積によりＣａＦ、、ＳｒＦ２．ＢｉおよびＣｕの
薄膜２２で被覆した（第２ａ図参照）。次いで実施例１
に記載したホトレジストの薄膜２４を設けた（第２ｂ図
参照）。露光および現像を行って薄膜に開口２５を形成
した後に、真空堆積により金薄膜２３を被着した（第２
ｃ図参照）。残留ホトレジスト物質をアセトンに溶解し
て、上に重なっている金薄膜部分を除去した（第２ｄ図
参照）。

次いで、上述のシー、イー、ライス等の報文に記載され
ているようにして酸化工程を行なった。

上述の例と同様にして、金で被覆されていない薄膜２２
の部分は超電導性物質に転化された（第２ｅ図参照）。

【図面の簡単な説明】

第１ａ＝１ｅ図は本発明方法の一例におけるいくつかの
工程を示す断面図、 第２ａ〜２ｅ図は本発明方法の他の例におけるいくつか
の工程を示す断面図である。 １１−　Ｓ　ｒ　Ｔ　ｉ　Ｏ、基板 １２　・・・Ｙ　２０３　、　　Ｃｕ　ＯおよびＢ　ａ
　Ｆ　ｚの薄膜１３・・・金薄膜　　　　　　１４・・
・ホトレジスト薄膜１５・・・開口 １６・・・酸化物超電導性物質

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物超電導性物質の成分元素を薄膜の形態で基板
   上に供給し、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属フッ
   化物の形態で供給し、しかる後に水および酸素の存在下
   に上昇させた温度における処理により前記酸化物超電導
   性物質を生成して、少なくとも１種のアルカリ土類金属
   を含有する所要パターンの前記酸化物超電導性物質の薄
   膜を具える装置を製造するに当り、 上昇させた温度における処理中に、前記所 望のパターンに相補的なパターンに従って、前記薄膜を
   水に対する拡散障壁によって被覆することを特徴とする
   酸化物超電導性物質の薄膜を具える装置を製造する方法
   。 ２、他の成分元素を対応する金属の形態で供給する請求
   項１記載の方法。 他の成分元素を対応する金属酸化物の形態 で供給する請求項１記載の方法。 拡散障壁の材料を、該材料が酸素に対する 拡散障壁を形成するように選定する請求項１〜３のいず
   れか一つの項に記載の方法。 拡散障壁の材料として、酸化物超電導性物 質と接触した際に装置の所望動作温度において超電導特
   性が生じないように前記超電導性物質と反応することが
   ない材料を選定する請求項１〜４のいずれか一つの項に
   記載の方法。 拡散障壁を金薄膜から形成する請求項５記 載の方法。 アルカリ土類金属はＣａ、ＳｒまたはＢａ である請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の方法。 酸化物超電導性物質はＹＢａ＿Ｃｕ＿Ｏ＿７＿δ（式中
   のδは０．１〜０．５の数値を示す）からなる請求項７
   記載の方法。 酸化物超電導性物質はＣａ−Ｓｒ−Ｂｉ−Ｃｕ酸化物で
   ある請求項７記載の方法。