JPH04307772A - 高温超伝導物質を有する構造化層の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも１種の第２
物質からなる場合によっては構造化されていてもよい基
礎構造物上に、所定の幾何学形状を有する空隙を少なく
とも１個有する第１物質からなる構造化層を、これらの
物質の一方が酸含有溶剤に対して敏感な高い遷移温度を
有する金属酸化物超伝導物質であり、第１物質を１５０
℃〜１０００℃の高めた析出温度で酸素含有雰囲気中で
基礎構造物上に施すことにより製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の方法は例えばドイツ連邦共和国
特許出願公開第３８２２９０５号明細書に記載されてい
る。特に７７Ｋを超える高い遷移温度Ｔｃを有する超伝
導性金属酸化物化合物（従ってこれは液体窒素で冷却可
能である）は一般に数年前から公知である。相応する高
温超伝導物質（以後ＨＴＳＬ物質と記す）は例えばＭｅ
１−Ｍｅ２−Ｃｕ−Ｏ型の少なくとも４元成分物質系を
ベースとし、この場合成分Ｍｅ１はイットリウムを含め
て希土類金属をまたＭｅ２はアルカリ土類金属を少なく
とも１種含む。これらの群の代表的なものは物質系Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏである。その他例えば物質系Ｂｉ−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ又はＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏのよ
うな５元成分の銅塩の各相も７７Ｋを越える遷移温度Ｔ
ｃを有する。

【０００３】公知のＨＴＳＬ物質からなる薄膜を有する
多層構造物の製造には、構造化された絶縁層及び／又は
構造化されたＨＴＳＬ層を、これに適した基礎構造物上
にそれぞれのＨＴＳＬ物質を損なうことなくエピタキシ
ーに対する条件の維持下に構造化するか又は少なくとも
組織化物を構成し得ることが必要である。ＨＴＳＬ物質
用として適した公知の絶縁物質は例えばＳｒＴｉＯ３　
、ＬａＡｌＯ３　、ＮｄＧａＯ３　、ＭｇＯ又はＺｒＯ
２　である。例えば８００℃の高温でエピタキシャルに
ＨＴＳＬ層上に成長する相応する絶縁層の構造化は、例
えば湿式化学的エッチング又は反応性イオンエッチング
によるような化学的又は物理化学的方法では実際に不可
能である。絶縁物質に作用する従来公知のすべてのエッ
チング剤はＨＴＳＬ物質をも破壊する。すなわち例えば
公知のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導物質は酸に対して敏感
であり、従って１／１００の酸／水濃度の燐酸で湿式化
学的に構造化することができる。更にＨＴＳＬ技術に関
して公知のすべてのエピタキシャル可能の絶縁物質は濃
縮された酸に極く僅かに溶けるか又はまったく溶解しな
い。

【０００４】従って絶縁層をイオンビームエッチングに
より構造化することが試みられている。しかしこの方法
の場合、いかなるエッチング時間後にＨＴＳＬ物質が露
出するかは、経費をかけた場合にのみコントロールする
ことができるに過ぎない。更にこのエッチング法は、絶
縁層が全面的に均一な厚さを有する場合にのみ使用し得
るに過ぎない。また特に金属からなる耐イオンビーム性
エッチングマスクのみを使用することができる。更に高
真空室内で大表面のイオンビームを用いて作業する必要
があることから、この構造化工程に要する技術費は極め
て大きい。

【０００５】更に絶縁物質を、ＨＴＳＬ物質上に施すべ
き準浮遊性のプロセスマスクを介して蒸着させることは
、例えば先に挙げたドイツ連邦共和国特許出願公開第３
８２２９０５号明細書から公知である。この場合マスク
は極めて精密にμｍ範囲で固着されなければならず、ま
た室温から約８００℃の必要な温度範囲のような高い熱
負荷に際してもずり落ちたり又は損傷を生じてはならな
い。上方に存在するマスクがその下方にある層の温度を
局部的に変え得ることから、ＨＴＳＬ膜を破壊するおそ
れのある熱の局在化に関する問題を排除することはでき
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題は
、ＨＴＳＬ技術における所定の場合によっては構造化さ
れていてもよい基礎構造物上に、ＨＴＳＬ物質又は絶縁
物質からなる構造化層を、ＨＴＳＬ物質を損傷又は破壊
することなく製造することのできる、先に記載した諸特
徴を有する方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、 １）　　まず基礎構造物上に、この基礎構造物に作用し
ない第１溶剤に可溶性で、第１物質から製造することの
できる層の構造に相当する構造を有するレジスト層を施
し、 ２）　　次いでこの構造物上に冷時に第３物質からなる
補助層を析出させ、この第３物質は、第１及び第２物質
に作用しない第２溶剤に可溶性であり、第１溶剤自体の
作用は受けず、また第１物質に対する高めた析出温度で
、第１及び第２物質と反応せずまたそれ自体相応して耐
熱性であり、 ３）　　レジスト層をその上にある補助層の一部と一緒
に第１溶剤を用いて再び除去し、 ４）　　引続きこうして得られた構造物に高めた析出温
度で第１物質からなる被覆層を施し、 ５）　　最後に少なくとも１個の空隙の範囲内でそこに
残存する補助層の残部を、その上にある被覆層の一部と
一緒に第２溶剤を用いて除去する ことによって解決される。

【０００８】

【発明の効果】本発明による利点は特に、レジスト層を
その上にある補助層部分と共に湿式化学的に除去するた
めにまた予め与えられた空隙中に残存する補助層部分を
その上にある被覆層部分と一緒に湿式化学的に除去する
ために公知のいわゆるリフトオフにより、ＨＴＳＬ及び
／又は絶縁物質を有する任意の構造を、ＨＴＳＬ物質に
影響を与えることなく製造し得る点にある。特に第２物
質上に１０００℃までの高温で施すことのできる第１物
質を使用して、ＨＴＳＬ薄膜を有する回路又は回路部分
のような多層構造を構成する可能性を提供する。

【０００９】本発明方法の有利な実施態様は請求項２以
下に記載されている。

【００１０】

【実施例】次に本発明を図面との関連において更に詳述
する。この場合各図において同じ部分は同一符号で表さ
れている。

【００１１】本発明方法で基礎構造物上に予め規定され
た第１物質からなる構造化層を、公知のＨＴＳＬ物質を
構成するために必要であるような酸素含有雰囲気中で製
造する。この場合第１物質は高温で施されるべきである
。図１に描かれた総括的に２で示されている基礎構造物
は、公知のように薄膜法でＨＴＳＬ層４が構成されてい
る公知の基板３である。基板３に対しては特に絶縁物質
を使用するが、その上には本発明方法で第２物質として
記載したＨＴＳＬ物質例えばＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ７−
Ｘ　（０．５＜ｘ＜１）をエピタキシャル成長させるこ
とができる。それぞれの単位電池が使用したＨＴＳＬ物
質の単位電池の寸法に合わされた寸法を有する相応する
絶縁物質は例えばＳｒＴｉＯ３　、ＬａＡｌＯ３　、Ｎ
ｄＧａＯ３　、ＭｇＯ又はＹ安定化ＺｒＯ２　である。 層４のＨＴＳＬ物質は場合によっては構造化されていて
もよく、従って基板３は切欠部５ではＨＴＳＬ物質によ
り被覆されていない。

【００１２】この基礎構造物２上に図２によりまずレジ
スト層６を施す。このレジスト層を、その輪郭が本発明
方法で最終的に製造すべき、第１物質からなる層に一致
するように構造化する。これには公知のマスク法により
基礎構造物２上に構造化されるフォトレジストが特に適
している。従って図２によればレジスト層６は少なくと
も１個の空隙７を含み、その範囲で基礎構造物２はレジ
スト物質を有さない。この場合空隙７は切欠部５の範囲
を共に包含し、従ってここでは基板３の表面が露出して
いる。層６の使用可能のレジスト物質は基礎構造物２の
物質に作用しない第１溶剤に可溶性である。相応する第
１溶剤は例えばアセトンである。

【００１３】次いでこうして得られた総括的に８で示さ
れている構造物上に図３に基づき冷時に所定の第３物質
からなる補助層９を析出させる。この第３物質は次の一
連の条件を満たしていることを要する。 ａ）　　第１（絶縁）物質並びに第２（ＨＴＳＬ）物質
に作用しない第２溶剤に可溶性でなければならない。 ｂ）　　更に第１溶剤（アセトン）自体の作用を受けて
はならない。 ｃ）　　最後に製造すべき層の第１物質が析出されるに
すぎない１５０℃〜１０００℃の高めた温度で、第１物
質ともまた第２（ＨＴＳＬ）物質とも反応を生じてはな
らない。もちろん第３物質はこの高い析出温度に対して
も十分に安定でなければならない。すなわちその際分解
されてはならない。

【００１４】この諸条件を満たす相応する第３物質は、
特に水又は弱アルカリ液例えば希ＫＯＨ液又は希ＮａＯ
Ｈ液に可溶性の金属酸化物例えばＣａＯ又はＳｒＯであ
る。この場合第３物質はその金属成分がＨＴＳＬ物質の
成分として使用されないことが好ましい。この理由から
ＨＴＳＬ物質ＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ７−ｘ　に対しては
ＣａＯが特に適している。

【００１５】特にＣａＯからなる補助層９上に次の工程
で直接ＨＴＳＬ物質例えばＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ７−ｘ
　又はＳｒＴｉＯ３　又はＬａＡｌＯ３　を加熱状態で
蒸着させるが、これらの物質は基板３にまでは拡散され
るべきではないことから、補助層９を場合によっては更
に特に金属又は金属酸化物からなる他の薄層１４で密封
することができる。図３に強調した線で示したこの密封
層１４に対しては特にＺｒ又はＺｒＯ２　が使用される
。例えばＺｒ層は僅かに粗いＣａＯ表面を極めてきれい
に密封する。 Ｚｒを例えば０．４ｍバールのＯ２　圧及び８００℃で
酸化してＺｒＯ２　にする。

【００１６】引続き構造化レジスト層をその上にある補
助層９の一部分９ａと一緒にいわゆるリフトオフ法によ
り除去する。このため金属構造物１０を、層６のレジス
ト物質用第１溶剤（アセトン）に曝す。この溶剤はレジ
スト層６のみを溶かし、その際その上にある補助層部分
９ａが一緒に除去される。このリフトオフは第１溶剤の
使用浴に超音波を使用することによって促進される。こ
うして従来の空隙７の範囲及び切欠部５を満たす補助層
９の残部９ｂ並びに従来の空隙７以外の露出された第１
（ＨＴＳＬ）物質からなる層４の表面を有する基礎構造
物２からなる、図４に示した構造物１１が生じる。この
場合補助層９の残部９ｂは場合によっては密封層１４の
相応する残部１４ａによって覆われていてもよい。

【００１７】この構造物を図５に示すように望ましい第
１物質からなる層１２で被覆する。この被覆層１２の物
質に関しては選択された実施例によれば例えば基板３に
対するような絶縁物質を選択することができる。この絶
縁物質は有利には層４の第２（ＨＴＳＬ）物質上にエピ
タキシー成長させることができる。例えばＬａＡｌＯ３
　のような相応する絶縁物質は高めた温度で、例えば４
００℃から場合によっては１０００℃までの温度で析出
させることができる。この析出温度は本発明方法ではこ
の高さであることが望ましい。それというのも基礎構造
物２の物質並びに補助層９の残部９ｂの所定の第３物質
はこの温度では互いに反応することはないからである。

【００１８】最後に別のリフトオフ工程で、これまでの
空隙７の範囲にある補助層９の残部９ｂ並びにその上に
ある第１（絶縁）物質からなる被覆層１２の一部１２ａ
を、補助層の物質を溶解する第２溶剤である水又は希ア
ルカリ液で除去する。この場合にも超音波を有利に使用
することができる。第２溶剤はＨＴＳＬ物質（第２物質
）並びに絶縁物質（第１物質）に作用しない。図６には
ＨＴＳＬ物質からなる層４上に絶縁物質からなる所望の
構造化層１２ｂを有する構造物が描かれており、これは
総括的に１３で示されている。

【００１９】この構造物１３上に先に記載した本発明方
法に相応してＨＴＳＬ物質又は絶縁物質からなるもう１
つの構造化された層を施すことができる。こうして例え
ば超伝導路のスルーホール及び交差点並びにＨＴＳＬ物
質を有するいわゆる「ウイーク・リンクス」（Ｗｅａｋ
　　Ｌｉｎｋｓ）を製造するための絶縁辺を含めて超伝
導性多層巻線をＨＴＳＬ物質の使用下に製造することが
できる（例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３８２
２９０４号明細書参照）。

【００２０】本発明方法を更に図面で説明するため図７
に基礎構造物２（図１による）の一部を及び図８に本発
明方法の終了時に構成された構造物１３（図６による）
の一部をそれぞれ平面図で表す。図９には構造物１３の
一部（図８による）の斜視図が示されている。

【００２１】上記の実施例から、基礎構造物２がこれに
適した基板３上の場合によっては構造化されたＨＴＳＬ
層４であることは明かである。もちろん本発明方法に関
しては他の基礎構造物から出発することもでき、この場
合その基礎構造物は例えば少なくともその被覆すべき表
面に第２物質として場合によっては更に構造化された絶
縁物質を有するか又は基板それ自体である。

【図面の簡単な説明】

【図１】絶縁物質からなる構造化層をＨＴＳＬ物質から
なる構造化層上に製造する第１処理工程を示す略示横断
面図。

【図２】絶縁物質からなる構造化層をＨＴＳＬ物質から
なる構造化層上に製造する第２処理工程を示す略示横断
面図。

【図３】絶縁物質からなる構造化層をＨＴＳＬ物質から
なる構造化層上に製造する第３処理工程を示す略示横断
面図。

【図４】絶縁物質からなる構造化層をＨＴＳＬ物質から
なる構造化層上に製造する第４処理工程を示す略示横断
面図。

【図５】絶縁物質からなる構造化層をＨＴＳＬ物質から
なる構造化層上に製造する第５処理工程を示す略示横断
面図。

【図６】絶縁物質からなる構造化層をＨＴＳＬ物質から
なる構造化層上に製造する第６処理工程を示す略示横断
面図。

【図７】図１に相応する平面図。

【図８】図６に相応する平面図。

【図９】図８に相応する斜視図。

【符号の説明】

２　　基礎構造物 ３　　基板 ４　　ＨＴＳＬ層 ５　　切欠部 ６　　レジスト層 ７　　空隙 ８　　構造物 ９　　補助層 ９ａ　　補助層の一部 ９ｂ　　補助層の残部 １０　　層構造物 １１　　構造物 １２　　被覆層 １２ａ　　被覆層の一部 １２ｂ　　構造化層 １３　　構造物 １４　　密封層 １４ａ　　密封層の残部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも１種の第２物質からなる場
   合によっては構造化されていてもよい基礎構造物上に、
   所定の幾何学形状を有する空隙を少なくとも１個有する
   第１物質からなる構造化層を、これらの物質の一方が酸
   含有溶剤に対して敏感な高い遷移温度を有する金属　　
   酸化物超伝導物質であり、第１物質を１５０℃〜１００
   ０℃の高めた析出温度で酸素含有雰囲気中で基礎構造物
   上に施すことにより製造するに当り、 １）　　まず基礎構造物（２）上に、この基礎構造物に
   作用しない第１溶剤に可溶性で、第１物質から製造する
   ことのできる層（１２ｂ）の構造に相当する構造を有す
   るレジスト層（６）を施し、 ２）　　次いでこの構造物（８）上に冷時に第３物質か
   らなる補助層（９）を析出させ、この第３物質はａ）第
   １及び第２物質に作用しない第２溶剤に可溶性であり、 ｂ）第１溶剤自体によっては作用を受けず、ｃ）第１物
   質に対する高めた析出温度で、第１及び第２物質と反応
   せずまたそれ自体相応して耐熱性であり、３）　　レジ
   スト層（６）をその上にある補助層（９）の一部（９ａ
   ）と一緒に第１　　溶剤を用いて再び除去し、４）　　
   引続きこうして得られた構造物（１１）に高めた析出温
   度で第１物質からなる被覆層（１２）を施し、５）　　
   最後に少なくとも１個の空隙（７）の範囲内で、そこに
   残存する補助層（９）の残部（９ｂ）を、その上にある
   被覆層（１２）の一部（１２ａ）と一緒に第２溶剤を用
   いて除去する ことを特徴とする高温超伝導物質を有する構造化層の製
   造方法。
2. 【請求項２】　　補助層（９）を、レジスト層（６）及
   び補助層の一部（９ａ）を除去する前に、密封層（１４
   ）で被覆することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】　　レジスト層（６）をその上にある補助
   層（９）の一部（９ａ）と一緒に及び／又は少なくとも
   １個の空隙（７）の範囲に残存する補助層（９）の一部
   （９ｂ）をその上に存在する被覆層（１２）の一部（１
   ２ａ）と一緒に、公知のリフトオフ法により除去するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】　　それぞれその上にある部分（９ａ、１
   ２ａ）を除去するためのリフトオフ法で付加的に超音波
   を使用することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】　　レジスト層（６）の物質としてフォト
   レジストを使用することを特徴とする請求項１ないし４
   の１つに記載の方法。
6. 【請求項６】　　第１溶剤としてアセトンを使用するこ
   とを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の方法。
7. 【請求項７】　　補助層（９）用の物質として水又は弱
   アルカリ液に可溶性の金属酸化物を使用することを特徴
   とする請求項１ないし６の１つに記載の方法。
8. 【請求項８】　　その金属成分が超伝導物質の成分とし
   て行動しない金属酸化物を使用することを特徴とする請
   求項７記載の方法。
9. 【請求項９】　　補助層（９）用の物質としてＣａＯ又
   はＳｒＯを使用することを特徴とする請求項７又は８記
   載の方法。
10. 【請求項１０】　　第１又は第２物質として、その上に
    施すべき超伝導物質の少なくとも組織化された構造化を
    可能とする絶縁物質を使用することを特徴とする請求項
    １ないし９の１つに記載の方法。
11. 【請求項１１】　　絶縁物質としてＳｒＴｉＯ３　、Ｌ
    ａＡｌＯ３　、ＮｄＧａＯ３　、ＭｇＯ又はＺｒＯ２　
    の群からなる各物質の１つを使用することを特徴とする
    請求項１０記載の方法。