JPH04202094A - 超電導薄膜の作製方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、酸化物超電導薄膜の作製方法に関する。より
詳細には、本発明は、Ｙ系等のＣｕ複合酸化物による超
電導薄膜を、特にＳｉウェハを下地基板として作製する
ための新規な方法に関する。

従来の技術 超電導現象は、液体ヘリウムによる冷却が必須な極低温
における固有の現象であるとかつては考えられていた。

しかしながら、１９８６年にベドノーツ、ミューラー等
によって、３０にで超電導状態を示す（Ｌａ、　Ｂａ）
　２ＣＵ○、が発見されて以来、１９８７年には、チュ
ー等によって９０に台の超電導臨界温度Ｔｃを有するＹ
Ｂａ２ＣＵ３０ｙ発見され、続いて、１９８８年には前
出等によって１００に以上の臨界温度を示す所謂Ｂｉ系
の複合酸化物系超電導材料が発見された。

これらの一連の複合酸化物系超電導材料は、廉価な液体
窒素による冷却で超電導現象を実現することができるの
で、超電導技術の実用的な応用の可能性が俄に取り沙汰
されるようになった。

当初、これらの複合酸化物系超電導材料は、固相反応法
による焼結体として合成されていたが、その後の研究の
進捗により、今日では、薄膜として作製することにより
、極めて品質の高いものが得られるようになってきた。

但し、これらの複合酸化物は、それぞれに複雑な結晶構
造を有し、特定の基板上に特定の条件で成膜した場合に
のみ有効な超電導特性を発揮する相を形成する。即ち、
酸化物超電導薄膜の下地基板としては、ＭｇＯ単結晶基
板、５ｒＴｉＯ＋単結晶基板等が使用されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のような酸化物単結晶基板は、一般
に高価な上に供給が少なく、酸化物超電導体の実用化を
考えた場合に極めて不利な要件のひとつであると考えら
れている。また、酸化物基板は大径のものが人手し難く
、酸化物超電導薄膜が今後大面積化してい（ことを考え
た場合に適切な材料とは考え難い。

そこで、廉価且つ高品質な基板材料として現在量も安定
に供給されているＳｉウェハを下地基板として酸化物超
電導薄膜を作製することが提案されている。ところが、
Ｓｉウェハと酸化物超電導体とは、熱膨張率差が非常に
大きい。即ち、Ｓ１単結晶の熱膨張率が２．４程度であ
るのに対して、代表的な酸化物超電導体であるＹ系複合
酸化物の熱膨張率は１４以上もある。このため、Ｓｉウ
ェハ上に酸化物超電導薄膜を成膜した場合、熱的なミス
マツチのためにクラックを生じてしまう。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、Ｓ
Ｉウェハ上に、クラックを生じることなく酸化物超電導
薄膜を成膜することができる新規な超電導薄膜の作製方
法を提供することをその目的としている。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、Ｓｉウェハを下地基板として酸
化物超電導薄膜を作製する方法において、Ｓ］ウェハ上
に、目的とする酸化物超電導薄膜よりも格子定数の小さ
な酸化物によりバッファ層を形成する工程と、該バッフ
ァ層上に酸化物超電導薄膜を成膜する工程とを含むこと
を特徴とする超電導薄膜の作製方法が提供される。

芥月 本発明に係る酸化物超電導薄膜の作製方法においては、
酸化物超電導薄膜の成膜に先立って、８１基板上に、酸
化物超電導薄膜よりも格子定数の小さい材料により形成
したバッファ層を形成する工程を含んでいる。

ここで、バッファ層とは、その直上に酸化物超電導薄膜
を成膜し得る特定の材料層を指している。

即ち、高品質な酸化物超電導薄膜を形成するために下地
材料に要求される特性は、 ■酸化物超電導薄膜との格子定数のマツチングがよいこ
と、 ■下地材料と酸化物超電導薄膜との間での元素の相互拡
散が小さいこと、 である。しかしながら、Ｓｌは、格子定数については酸
化物超電導体とのマツチングが良好であるが、通常の酸
化物超電導薄膜の成膜温度（７００℃前後）では元素の
相互拡散が激しく、Ｓｉウェハを下地基板として酸化物
超電導薄膜を作製しても、超電導特性が著しく低いか、
または消失してしまうことが知られている。

そこで、酸化物超電導薄膜の下地となる結晶構造を有し
、且つ、Ｓｉの拡散に対して障壁となるような材料によ
ってバッファ層を形成することが既に提案されている。

但し、このような従来のバッファ層は、Ｓｉウェハとの
熱的なミスマツチによる酸化物超電導薄膜の特性劣化に
ついては充分に配慮されていなかった。即ち、−船釣な
方法として、Ｓｌの熱膨張係数と酸化物超電導体の熱膨
張係数との中間の熱膨張係数を有するバッファ層を形成
することにより、酸化物超電導薄膜の熱歪を緩和する方
法がある。しかしながら、このような方法では、Ｓｉウ
ェハの厚さに対してバッファ層の厚さが非常に薄いので
、クラックの発生を有効に解決することはできなかった
。

これに対して、本発明に係る方法においては、酸化物超
電導薄膜よりも格子定数の小さい材料によりバッファ層
を形成することにより、その熱歪を格子歪により相殺す
ることが可能である。

即ち、一般に、格子定数の異なる材料をエピタキシャル
成長させた場合、その格子不整合によって歪が導入され
る。即ち、例えば、基板の格子定数をａ５、薄膜の格子
定数をａｆとしたとき、ａ５＜ａｆのときには薄膜に圧
縮歪が、ａｓ＞ａｆのときには薄膜に引張歪が作用する
。

一方、Ｓｉウェハ上に酸化物超電導薄膜を成膜する場合
、熱膨張係数差により酸化物超電導薄膜に作用する熱歪
は引張力向である。従って、酸化物超電導薄膜よりも格
子定数の小さい材料でバッファ層を形成することにより
、酸化物超電導薄膜に格子不整合による圧縮歪を印加さ
せ、薄膜に作用する引張力向の歪を緩和させるこができ
る。

尚、上述のような本発明に係る方法においてバッファ層
として使用し得る材料としては、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、
ＹへＩ○３、ＬａＡｌＯ３及びその積層構造等を例示す
ることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが
、以下の開示はあくまでも本発明の一実施例に過ぎず、
本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例 直径２インチの８１単結晶ウエハを複数用意し、Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕの複合酸化物超電導薄膜く以下、”ＹＢＣＯ”
　と記載する）を成膜した。

まず、ＹＢＣＯの格子定数よりも小さな格子定数を有す
るバッファ層として、下記の第１表に示す材料を使用し
てバッファ層を形成した。バッファ層の成膜はスパッタ
リング法により行った。成膜条件は、第１表に併せて示
す通りである。

第１表 上述のようにしてバッファ層を形成した各Ｓｉウヱハ上
に、Ｙ　−Ｂａ−Ｃｕの複合酸化物薄膜を成膜した。ま
た、比較のために、ＹＢＣＯよりも格子定数が大きいＭ
ｇ　Ｏ、ＳｒＴ＋　０３を材料とするバッファ層を成膜
したＳｉウェハと、バッファ層のないＳｉウェハとを用
意し、各比較試料にも同じ酸化物超電導薄膜を成膜した
。成膜方法はスパンクリング法とした。成膜条件は下記
の第２表に示す通りである。

第２表 以上のようにして作製した各試料について、酸化物超電
導薄膜の表面性状を観察した。観察結果は、下記の第３
表に示す通りである。

第３表 第３表に示すように、本発明に従って酸化物超電導薄膜
を作製することにより、クラックの発生は有効に防止さ
れる。

発明の詳細 な説明したように、本発明に係る方法によれば、Ｓｉウ
ェハを基板として、クラックを発生ずることなく酸化物
超電導薄膜を成膜することができる。

Ｓｉウェハの使用は、基板が廉価で供給が安定している
ことだけではなく、微細加工技術等についての膨大な技
術的蓄積により、種々のデバイスの作製にも有利に作用
する。また、Ｓｉウェハは、相当大径のものが供給され
ており、酸化物超電導薄膜の大面積化にも充分対応でき
る。

特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｓｉウェハを下地基板として酸化物超電導薄膜を作製す
   る方法において、 Ｓｉウェハ上に、目的とする酸化物超電導薄膜よりも格
   子定数の小さな酸化物によりバッファ層を形成する工程
   と、該バッファ層上に酸化物超電導薄膜を成膜する工程
   とを含むことを特徴とする超電導薄膜の作製方法。