JPH0316187A - 超伝導薄膜のパターンニング方法 - 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】 ［ＩＱ要コ セラミックス系酸化物超１云導材料をパターニングして
、集積回路の配線、電極などの回路素子として使用する
方法の改良に関し、 セラミックス系酸化物超伝導材料薄膜を微細にかつ確実
にパターンニング擦る方法を提供することを目的とする
。

超１云導薄膜のパターンと反対パターンを、例えばレジ
ストなどを用いて、基板上に形成し、このパターン間の
渭部にセラミックス系酸化物超伝導材料の楕戒元素（但
し、酸素を除く〉の有機酸を、例えばスピンコートなど
の方法で配置し、その後、前記基板上の反対パターンを
，例えばレジストのアッシングにより、除去して有機酸
を選択的に残し、その後アニールを行ない、前記セラミ
ックス系酸化物超伝導材料の楕代元素の酸化物よりなる
超伝導ｒＩｉＷＡのパターンを作るように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、超伝導薄膜のパターンニング方法に関するも
のであり、さらに詳しく述べるならば、セラミックス系
酸化物超伝導材料をパターンニングして、集積回路の配
線、電極などの回路素子として使用する方法の改良に関
するものである。

［従来の技術］ 超伝導材料はある臨界温度以下で電気抵抗がゼロになる
などの巨視的量子現象が現われる。

Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｕ−０．Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０等の元素か
らなるセラミックス系酸化物超伝導材料は４０〜９０Ｋ
という高い臨界温度をもつため、これらの薄膜を配線と
して使用することにより、従来の配線材料における信号
電送時間短縮の限界を突破する期待がもたれ、これらの
ｉＷｆｆはマイクロエレクトロニクスへの応用のうえで
きわめて重要である。

これらの酸化物系超伝導材料では各々の構成元素が規則
的の配置された結晶をもち、限られた紹成比でのみ高い
臨界温度を示す。さらに、酸化物系超伝導材料では正方
晶結晶のＣ軸と直交する面内方向がＣ軸方向より臨界温
度が高いという異方性が認められている。したがって、
このような異方性をもつ酸化物系超伝導材料を配線など
の集積回路素子として使用する場合所望の超伝導特性が
所望される方向と結晶のＣ軸方向を直交させるように薄
膜を作成することが望まれる。

従来提案されているセラミックス系酸化物超伝導ｉＦ！
の作戊法としてはスパッター法および電子ビーム蒸着法
がある。スバッター法および電子ビーム蒸着法では制御
可能な条件としては、基板温度、ガス圧、パワーなどが
あり、またスバッター法では制御可能な条件としてはＡ
　ｒ　／　０　２の比率などがある。これらの条件の中
で配向に最も有効なものは基板温度であるので、従来、
膜垂直方向に強く配向したセラミックス系酸化物超伝導
薄膜を形成する時には、或膜時に４００〜８００℃の高
温に基板を加熱することが主として行なわれていた． 基板温度が高いほどＴＩ膜の配向は良好になる。又、基
板の温度制御に加えて、補助的にガス圧またはガス比の
制御なども行なわれていた。

さらに、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ等の元素を含む有機酸の塗布膜
を熱分解し、酸化物超伝導体の薄膜を生戊させる方法も
提案されている。

上記方法で作られたセラミックス系酸化物超伝導材料を
実際に集積回路素子として応用するためにはこれをパタ
ーンニングする必要がある。このパターンニングの方法
としては従来酸等によるウェットエッチやプラズマなど
によるドライエッチが具体的に検討されでいる。

従来常法のレジストを用いるパターンニング法を超伝導
薄膜のパターン形成に応用すると、超伝導薄膜を基板上
に成膜後、レジストパターンを作り、レジストをマスク
としてウェットエッチ又はドライエッチにより超伝導ｒ
ＩｔＷ！Ａを除去し、その後レジストパターンを除去す
ることになる。

［発明が解決しようとする課！］ 本発明者等はセラミックス系酸化物超伝導材料薄膜をウ
ェットエッチでパターンニングしたところ、超伝導相が
二以上の絶縁相に分解し、超伝導特性が失われることを
見出した。このような相分解に関しては、 Ｒ（ランタノイド元素、例えばＹ）：Ｂａ：Ｃｕ原子比
が１：２：３の超伝導相よりＲ．Ｂａ．Ｃｕの原子比が
ずれた絶縁性結晶相がかなり存在し、絶縁性結晶相への
熱分解は或膜条件、温度などの影響によっておこること
が明らかになっているので、この事を考慮すると、上記
パターンニング中に一部の成分の優先溶出や熱変化など
が起こり、これに起因して超伝導性酸化物の分解が起こ
ったものと考えられる。

又、セラミックス系酸化物超伝導材料は水、酸等に対し
て不安定であるために、エッチングにより残されたパタ
ーンの線幅や断面形状が一定せず、ウェットエッチによ
るパターンニングは非常に困難である。又、一部の成分
の優先溶出が起こって超伝導性が失われる。

本発明は、セラミックス系酸化物超伝導材料ｌＪＩｉを
微細にかつ確実にパターンニング擦る方法を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段コ 本発明者は、有機酸塩を熱分解することによりセラミッ
クス系酸化物超伝導材料を生戊させる従来発表されてい
る手法を応用し、ｔｉとパターンニングを同時に行なう
方法につき研究した。

その結果完或した本発明は、超伝導ｉ［のパターンと反
対パターンを基板上に形成し、このパターン間の渭部に
セラミックス系酸化物超伝導材料の構戊元素（但し、酸
素を除く）の有機酸を配置し、その後、前記基板上の反
対パターンを除去して有機酸を選択的に残し、その後ア
ニールを行ない、前記セラミックス系酸化物ａ伝導材料
の槽戒元素の酸化物よりなる超伝導薄膜のパターンを作
ることを特徴とする方法である。

以下、本発明のｍ或を詳しく説明する。

セラミックス系酸化物超伝導材料のパターンを形戒する
基板としてはＭｇＯ、ＹＳＺ、ＳｒＴｉＯ，、ＡＱ２０
ｘなどの絶縁性物質からなる単結晶の基板を本発明にお
いて使用することができる． セラミックス系酸化物超伝導材料は一般式；ＲＩＢａ２
ＣｕｉＯｔ−ｚ（但し、ＲはＹ，Ｅｒなとの希土類元素
、ｘ＝Ｏ〜１の組吠を有するものである。

先ず、本発明方法の最初の段階では所望の超伝導ｒｉｔ
ＷＡのパターンと逆パターンを基板上に形威する。その
ために通常のフォトリングラフィによってレジストをパ
ターンニングして超伝導ｒｓ膜のパターン形戒部以外で
基板をマスクする。パターンは、パターン間の溝の幅が
１〜１０μｍとなるように形成することが好ましい．溝
の幅が１μｍ未満であると、後述のアニール中の収縮後
のパターン幅が著しく細く、一方１０μｍを越えるとア
ニール後得られるパターンが集積回路のパターンとして
は好ましくない。

続いて、レジストのパターンを残した基板に有機酸塩を
塗布する。この有機酸塩は上記一般式のＲ．Ｂａ．Ｃｕ
等を含有しなければならない。

例えばステアリン酸，ナフテン酸、ラウリル酸なとのＹ
，Ｃｕ塩などを有機酸として使用することができる。通
常二種以上の有Ｉｌ酸を混合してセラミックス系酸化物
超伝導材料の全或分をＲ：ＢａＣｕ原子比＝１：２：３
になるように基板上に供給する。

本発明において、レジストにより基板上に前記反対パタ
ーンを形成し、このレジストパターンをアッシングによ
り除去すると同時に前記有機酸を選択的に残すことによ
り、有機酸のパターニング工程を少なくすることができ
る。

また、セラミックス系酸化物超伝導材料の楕代元素（但
し、酸素を除く）の有機酸をスピンコートにより塗布す
ると、極めて効率的に有機酸を溝間に配置することがで
きる。Ｒ，Ｂａ，Ｃｕな？を含有する有機酸は室温で液
体であるので、アセトンなどの粘度調節剤に分散し、道
切な流動性を付与して逆パターンの塗膜の戊形を行なう
。

有機酸をスピンコートなどにより塗布することにより、
有ｔ８酸塩はレジストパターンの間に表出された凹部に
入り込み、基板の表面凹凸に応じた形状を作或する。

基板上に予め形成するパターンとしては、レジスト以外
であってもＳｉＯ■などを用いることができ、この除去
はフッ酸により行なうことができる。

有機酸塩は通常２００″Ｃ以上の温度で分解され、その
中に含まれるＹ．Ｃｕなどは酸化物、炭酸塩などとして
分離される。

上記熱分解はレジストのアッシングと同時に行なうこと
ができる。すなわち、アッシングの温度である２００℃
において上記したセラミックス系酸化物超伝導材料の生
戊ば起こるから、これらを同時に行なうことができる。

さらに、アニールを６００〜８５０℃の温度でかつ酸化
性雰聞気中で行なうことによって、炭酸塩を酸化物に転
換し、さらに酸化物相互を反応させセラミックス系酸化
物超伝導材料を生或する。

アニール中に炭酸塩と基板の間で僅かに反応が起こるた
めに、膜厚が０．５μｍ未満であると，アニール中の膜
厚減少が大きく十分な厚みを有する超伝導ｆｆ膜は得ら
れないので、スピンコート後の有機酸塩の膜厚が１μｍ
以上あることが好ましい。

［作用コ 本発明においては、セラミックス系酸化物超伝導材料の
構成元素を含む有機酸塩をパターンニングし、その後こ
のパターン内でこれら構威元素の酸化物を生戒しかつ相
互に反応させるようにするので、一旦セラミックス系酸
化物超伝導材料の薄膜を成膜後パターンニングする方法
に伴う欠点を免れることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例につき説明する。

イットリウム安定化ジルコニアからなる基板へ（１、第
２図）上に通常のフォトリングラフィ工程で，レジスト
をパターンニングして、パターン幅５μｍのパターン２
を形戒した．次にラウリン酸イットリウム、ラウリン酸
バリウム、ラウリンＷｌｌｍを最終Ｍｌｉ比がＹ：Ｂａ
：Ｃｕ＝１：２：３となるように重量比で混合し、この
混合物１００重量部に対しアセトン液を１００重量部さ
らに混合したものをスピンコートし、有機酸塗ｗＡ３を
〈第１図〉を形成した．次に約４５０℃でレジスト２を
酸化除去すると同時に有機酸塩を熱分解させ、Ｙ２０３
−ＢａＣＯｔ−ＣｕＯの混合、仮焼結状態のパターン３
゛　（第３図）を形威した。

これを酸素雰囲気中８００℃で約５時間アニ−リングす
ることによって、Ｙ２　　Ｂａ２　ＣｕｓＯｖ−１１の
パターニングされた超伝導膜３″　〈第４図）が形威さ
れた。

［発明の効果］ 本発明の方法によると、超伝導性ｉ’ｌ膜を歩留まりよ
く形戒することができる。

すなわち、従来法のように成＊ｆ＆エッチングでパター
ンニングを行なう場合は、エッチングによって組戒のず
れが起こり、所望の超伝導特性が得られなくなり、歩留
低下が著しい．これに対して本発明によると成膜と同時
にパターニングを行なうので、高歩留まりが得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明実施例の説明図であって、 第１図は有機酸塗布工程の説明図、 第２図はレジストパターン形成工程の説明図、 第３図はアッシング工程の説明図、 第４図はアニール工程の説明図である。 １一基板、２−レジスト、３−ラウリン酸一Ｙ，Ｂａ，
Ｃｕ で 有践散ｆ午 第ｌ図 レＪストハ゜フーンｅ仄 第２凶 ３′ ７・ノシン７゛ 第３図 ―） ／ ７二−ル 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　超伝導薄膜のパターンを形成する方法において
   、 前記超伝導薄膜のパターンと反対パターンを基板上に形
   成し、このパターン間の溝部にセラミックス系酸化物超
   伝導材料の構成元素（但し、酸素を除く）の有機酸を配
   置し、その後、前記基板上の反対パターンを除去して有
   機酸を選択的に残し、その後アニールを行ない、前記セ
   ラミックス系酸化物超伝導材料の構成元素の酸化物より
   なる超伝導薄膜のパターンを作ることを特徴とする超伝
   導薄膜のパターンニング方法。
2. （２）　レジストにより基板上に前記反対パターンを形
   成し、このレジストパターンをアッシングにより除去す
   ると同時に前記有機酸を選択的に残すことを特徴とする
   請求項１記載の超伝導簿膜のパターンニング方法。
3. （３）　前記反対パターンを形成した基板上に、セラミ
   ックス系酸化物超伝導材料の構成元素（但し、酸素を除
   く）の有機酸をスピンコートにより塗布することを特徴
   とする請求項１または２記載の超伝導膜のパターニング
   方法。