JPH0474703A - 酸化物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、超電導薄膜の作製装置に関する。より詳細に
は、本発明は、いわゆる酸化物超電導材料により形成さ
れた薄膜をマグネトロンスパッタリング法により作製す
るための装置の新規な構成に関する。

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、長い間、
液体ヘリウムによる冷却を必要とする極低温下において
のみ観測される現象であるとされていた。しかしながら
、１９８６年にベドノーツ、ミューラー等によって、３
Ｏにで超電導状態を示す（Ｌａ、　Ｂａ）２ｃｕｏａが
発見され、更に、１９８７年は、チュー等によって、９
０に台の超電導臨界温度Ｔｃを有する’１’　［３ａ２
Ｃｕ３Ｏｙが発見され、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系の酸
化物系超電導材料が発見された。これらの酸化物系超電
導材料は、廉価な液体窒素による冷却でも超電導現象を
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。

上述のような高い臨界温度を示す酸化物系超電導材料は
、当初粉末冶金法により焼結体として得られていたが、
焼結体材料では特に臨界電流密度等の特性について好ま
しい特性が得られず、最近では薄膜として作製する方法
が広く研究されるようになった。通常、酸化物系超電導
薄膜は、５ｒＴｉ○３単結晶基板、ＭｇＯ単結晶基板等
の上に、真空蒸着法、スパッタリング法、ＭＢＥ法等の
各種蒸着法によって成膜されている。

発明が解決しようとする課題 その後、この新しい酸化物超電導材料に対する研究も進
み、単に各酸化物の超電導特性を確認するだけではなく
、各種の素子や回路の構成に対する多くの提案が発表さ
れている。従って、そのような研究あるいは開発の過程
で使用するために、特性の保証された酸化物超電導薄膜
を安定に供給する必要が生じている。また、酸化物系の
超電導薄膜の作製も、材料自体の評価とは別に、各種の
用途に相応しい種々の要件を満たすことが求められてき
ている。

しかしながら、従来から実施されている成膜方法では、
例えば最も一般的な成膜法であるスパッタリング法によ
って作製された酸化物超電導薄膜においても膜質に分布
があり、また、成膜速度が遅いので、基板全体に均質な
薄膜を高速且つ大面積に形成する方法は確立されていな
い。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、基
板全体に特性の均一な超電導薄膜を、より高速且つ大面
積に作製するための新規な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、基板上に酸化物超電導薄膜を作
製する方法であって、蒸発源となるターゲットを収容す
るスパッタ室と、該スパッタ室に隣接し、目的とする薄
膜を堆積させる基板を収容する成膜室とを備えた真空槽
を用い、該スパッタ室内に、目的とする酸化物を構成す
る各金属元素または各金属元素の化合物によりそれぞれ
が形成された複数のターゲットをセットし、且つ、該成
膜室内に、該スパッタ室から充分に離隔して基板をセッ
トした後、差動排気方式により、該スパッタ室には不活
性なスパッタガスを、該成膜室には酸素を含む雰囲気を
それぞれ供給しながら、該複数のターゲットを同時に高
速スパッタリングして該ターゲットから該基板に対して
スパッタ粒子を飛散させ、該基板上に高速に大面積の酸
化物超電導薄膜を形成させることを特徴とする酸化物超
電導薄膜の作製方法が提供される。

昨月 本発明に係る成膜方法は、スパッタリング法による成膜
において、■成膜中のターゲットと基板との雰囲気を差
動排気により分離して個別に最適化した上で、■ターゲ
ットとして金属ターゲットまたは金属化合物ターゲット
を使用して成膜時に印加できる電力を大きくしているこ
とをその主要な特徴としている。

酸化物の単一ターゲットを使用したスパックリフグ法に
より高速且つ大面積な超電導薄膜作製を行おうとする場
合、ターゲットに印加するパワーを大きくし、且つ、基
板−ターゲット間距離を大きくするという方法が一般的
である。しかしながら、この方法には以下のような問題
点があり、所期の効果は得られ難い。

まず、ターゲットとして酸化物ターゲットを使用してい
ることと、スパッタガスがＡｒと○との混合ガスである
こととにより、スパッタリング速度をそれ程上昇させる
ことができない。特に、酸化物ターゲットに高出力の電
力を印加すると、ターゲットに割れが生じたり、ターゲ
ット表面の溶融により、ターゲット組成の変化が生じる
。その結果、得られる薄膜の特性は、時間の経過と共に
劣化するという問題がある。また、基板とターゲットと
の間の距離が大きくなると、基板近傍で活性な酸素が不
足し、得られた超電導薄膜が酸化不足のために所期の特
性を発揮しない。

これに対して、本発明に係る方法では、まず、成膜を行
う真空槽内を、蒸発源であるターゲットを収容するスパ
ッタ室と基板を収容する成膜室とに分け、差動排気方式
により各部の雰囲気を最適化する。即ち、スパッタ室は
、純粋なＡｒ雰囲気とすることによって高速スパッタを
可能とする一方、成膜室は酸素の豊富な雰囲気として、
基板上に形成される薄膜の酸化を促進させることができ
る。

また、ターゲットとして、金属ターゲットまたは金属化
合物ターゲットを使用することにより、ターゲットの割
れ等を生じることなく大電力を印加することができるよ
うになると共に、スパッタ効率の高い金属ターゲットを
純粋な不活性ガスでスパッタすることによりスパッタ速
度を更に向上させることができる。

従って、本発明に係る方法によれば、極めて高い成膜速
度を実現できると共に、大面積化しても膜質に分布が生
じることがない。

即ち、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ薄膜を作製する
場合は、金＠Ｙ、金属ＣｕおよびＢａＣｕの３個のター
ゲットを使用して成膜を行う。ここで、Ｂａを供給する
た杓のターゲットとしてＢａ（：ｕを使用するのは、金
属Ｂａが大気中で容易に酸化されるので、単独のターゲ
ットとして使用することが困難であるためである。

このようなターゲットを使用することによって、例えば
、ＲＦスパッタリング法によってＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−
７薄膜を作製する場合の従来の印加電力が最大ても６　
Ｗ　／　ｃｆｆｌ程度であったのに対して、本発明に係
る方法では１５　Ｗ　／　ｃｒｌ程度まで高い電力を印
加することができる。また、本発明に係る方法では、ス
パッタガスとして純粋なＡｒを用いるので、ターゲット
と基板との距離を離しても充分高速に成膜を行うことが
できる。

以上のような本発明に係る薄膜の作製方法は、上記した
Ｙ系酸化物の他、Ｂｌ系やＴＩ系等の他の酸化物超電導
薄膜の作製にも同様に適用できる。

尚、上記本発明に係る。方法において、真空槽のスパッ
タ室は１０　４Ｔｏｒｒ以上のＡｒ雰囲気とすることが
好ましい。また、成膜室は、基板付近での酸素分圧を１
０　４Ｔｏｒｒ以上とする一方、成膜室全体の真空度を
、１０−４Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。これら
の条件は、高品質な大面積超電導薄膜を高速に成膜する
ために必須な条件であると共に、既存の差動排気装置に
よって比較的容易に実現することができる。また、この
方法において、大面積薄膜を作製するためには、蒸発源
の収容されたスパッタ室と基板の成膜面との間の距離を
２００ｍｍ以上とすることが有利である。

尚、本発明の好ましい実施態様によれば、成膜中の薄膜
の酸化を効果的に促進するためには、真空槽の成膜室に
おける酸素ガスの供給を、基板近傍に対して行うと共に
、複数または多孔のノズルを使用して基板全体に均一に
ガスを供給することが有利である。また、導入ガスとし
てオゾン等の活性の高いガスを使用したり、成膜室内で
プラズマ放電を行うことにより活性な酸素を発生させる
方法も有効である。

以下に実施例を挙げて、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 第１図は、本発明に係る方法を実施することができる成
膜装置の構成を具体的に示す図である。

同図に示すように、この装置は、真空槽１と、マグネト
ロンスパッタ電極を兼ねた複数のターゲットホルダ２ａ
、２ｂ、２ｃと、基板ホルダ３とを備えている。真空槽
１は、仕切板８により成膜室とスパッタ室とが分離され
ている。ここで、成膜室には酸素供給用のノズル６およ
び排気手段７が、スパッタ室にはスパッタガスとしての
Ａｒ供給用の供給手段５ふよび排気手段４が、それぞれ
設けられており、差動排気方式を実現することができる
ように構成されている。また、基板ホルダ３は、ヒータ
３ａを内蔵している。

本実施例においては、上述のような装置を使用してＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ薄膜を作製する。

ターゲットホルダ２ａに金属Ｙのペレットを、ターゲッ
トホルダ２ｂに金属Ｃｕのペレットを、ターゲットホル
ダ２ＣにＢａＣｕのペレットをそれぞれセットし、基板
ホルダ３には、−辺が４Ｑｍｍの正方形のＭｇＯ単結晶
基板を、（１００）面が成膜面となるようにセットした
。成膜条件は下記の第１表に示す通りである。

上記のような成膜条件で作製した酸化物薄膜の組成比（
Ｙ　：　Ｂａ　：　Ｃｕ）は［１：２．１：２．９〕と
なり、はぼ化学量論組成の試料が得られた。この試料に
ついて、薄膜上の各部で超電導特性を測定した。測定結
果は第２表に示す通りである。尚、測定位置は、第２図
に示す通りである。

質の均一な酸化物超電導薄膜を高速に作製することが可
能になる。

＊：臨界温度は、試料の電気抵抗が測定限界以下まで下
がった温度を表す。

本本　＝７７Ｋにおける臨界電流密度である。

第２表から判るように、本発明に従って作製された超電
導薄膜は、薄膜上の部位によって特性が変化することが
なく、基板のほぼ全体に高品質な酸化物超電導薄膜が形
成されている。

発明の詳細 な説明したように、本発明に係る酸化物超電導薄膜の作
製方法によれば、大面積にわたって品

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る作製方法を実施することができ
る成膜装置の構成例を模式的に示す図であり、 第２図は、本発明の実施例における試料の測定位置を示
す図である。 〔主な参照番号〕 １・・・真空槽、 ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・ターゲットホルダ、３・・・基
板ホルダ、 ３ａ・・・ヒータ、 ４．７・・・排気手段、 ５・・・スパッタガス供給手段、 ６・・・酸素ガス供給手段、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に酸化物超電導薄膜を作製する方法であっ
   て、 蒸発源となるターゲットを収容するスパッタ室と、該ス
   パッタ室に隣接し、目的とする薄膜を堆積させる基板を
   収容する成膜室とを備えた真空槽を用い、 該スパッタ室内に、目的とする酸化物を構成する各金属
   元素または各金属元素の化合物によりそれぞれが形成さ
   れた複数のターゲットをセットし、且つ、該成膜室内に
   、該スパッタ室から充分に離して基板をセットした後、 差動排気方式により、該スパッタ室には不活性なスパッ
   タガスを、該成膜室には酸素を含む雰囲気をそれぞれ供
   給しながら、 該複数のターゲットを同時に高速スパッタリングして該
   ターゲットから該基板に対してスパッタ粒子を飛散させ
   、該基板上に高速に大面積の酸化物超電導薄膜を形成さ
   せる ことを特徴とする酸化物超電導薄膜の作製方法。
2. （２）基板上にＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿Ｋなる
   組成を有する酸化物超電導薄膜を基板上に成膜する方法
   であって、１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以上のアルゴン雰囲気
   となっているスパッタ室と、基板付近での分圧が１０＾
   −＾２Ｔｏｒｒ以上の酸素雰囲気となっている成膜室と
   を有する真空槽内に、それぞれ金属Ｙ、金属Ｃｕおよび
   ＢａＣｕにより形成された複数のターゲットを収容し、
   該複数のターゲットを同時にスパッタリングすることに
   より該ターゲットから該基板に対してスパッタ粒子を飛
   散させて酸化物薄膜を成膜する操作を含むことを特徴と
   する酸化物超電導薄膜の作製方法。