平成9年度 研究報告 大分県産業科学技補センタ】

酸化物薄膜の戚膜儀腐龍関サ磯聯儲…商機魔性複合薄膜の作製とその評備に関する研究用

秋本恭喜参′j、幡睦憲。池田 腎
機械電子部；丁・・、・∴．5．こ、．い∴∴ こ㌧・しし・ド：、、、こ；・・；∴∴．二J．iノJ、●■−￣i∫・∴・；・モ！∴こ・：∴：∴J‡「蛎s七砲血t威喝0ぎも簸鮎廓鮎℃七iび指組融七最nぎi臨甜感its酌衰t戚i吼柵YasukiÅK三MOTO番㍍utsur王OriOBÅTÅ。TetsuIKEDÅ
良質echa王1ics ＆ Elect三｛Orlics Division

要旨装置を用いき 酸素ラジカルの照射及び基板近傍への酸素導入の検討を行い，SrTiO3基板へYBaCu

ヘリコンスパッタ

q薄膜の作製・評価を行った．実験の結果as−depoでの臨界温度特性としてオンセットTcon≒91K，ゼロ抵抗温度Tczero≒88Kのc軸配向性の良い膜及びその成膜条件を得た．酸素ラジカル照射については9 照射電力の増加に比例して膜の臨界温度特性が向上することを確認した，

1． はじめにており，カソード近傍のみでの放電の局在化が可能で，酸化物，とくにべロブスカイト系酸化物ほ超伝導性，従来の平行平板タイプの形式と比較し基板の関与が少な

高や強誘電性ヲ 強磁性など，これからのエレクトコニク

いためラ より低プラズマダメージ化が図れると期待されスデバイス応用iこおいて，重要な物質に位置づけられてている．本スパッタ装置は準備室を備え，成膜室の到達いる。良好な酸化物薄膜の作製を行うには，「効率的な真空度は9 ターボ分子ポンプを用いて1．3×10ヤa以下で酸化」が1つのカギを握っており〜 酸化を促進鑓制御である。

きることが重要となっているQ

22 酸化制御について

ここでは，酸化の制御に取り組むことにより彗 膜質及より効率的な酸化技術を確立するため，成膜時の酸素び9 成膜速度の向上へ向けた成膜技術の確立を計標とし抜けに着目し，酸化制御に取り組み膜質等への影響につ実験を行った。

いて以下の実験を行う。Fig。2に概略図を示す．
ここで酸化制御の実験項目は，−． こら・J：；・．∴・

21戒瞳装置について①酸素ラジカル源（酸素ラジカルを基板への供給）の付加による成膜。

本実験で払成膜装置にヘリコンスパッタを使用した。

②基板近傍にチャンバー庄よりも局所的に酸素圧の高い

Fig．1に実験装置の外観を示す汁 ヘリコンスパッタ装置

酸素導入部を設けタ ターゲット及び基板双方へ戒膜には，カソ…ドにRFコイルによる放電維持形式を採用し必要な酸素の迅速な供給及び酸素抜けをリカバーするFig。三 成膜装置外観

Fig．2酸化制御について

平成9年度 研究報告 大分県産業科学妓締センターー・酸化の促進を狙った成膜の二点である。

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2．3成膜方法及び条件

日O

ターゲットは，ペロブスカイト系酸化物のなかでは成膜が難しいとされているイットリウムを含む酸化物YB
a2Cu307】6（以下YBCOとする）焼結体を用いた．
成膜対象のYBCO薄膜は，液体窒素温度以上で超伝導を示す高温超伝導体であり，デバイス分野で実用イヒに向け広範な研究が行われている．しかし，膜の特性とし

S5立8C

Jlc onset

し′r・・・∴

ユT〇＝erO

706560て酸素が抜けて特性が劣化し易いこと，また大気中の水

40

6C180
T針getRFpo＼Veき▲潮）蒸気等との結合により特性が劣化するという化学的不安定性を兼ね備えている。

100Fig。3ターゲットRF電力と臨界温度特性の関係

基板は910ⅠⅧ免0。馳厚の片面鏡面研磨SrTiO3（100）単力50〜80Wの間で電力増加に比例して，それぞれ5K〜10結晶基板を用いた，
成膀方法は，基板温度を設定温度まで昇温後，プリスパK程度特性が向上する傾向がみられぅ 電力密度を高めたッタを15min，そして所定時間のスパッタを行った 成膜方が良いことがわかった．これは，ターゲット組成その後払約27Kpaの純酸素ガスを導入し，基板の自然冷却をものの塊としてスパッタされるよりもよりエネルギーを行った．成模条件をT縫1elに示す。

もらってバラバラの分子状態で基板ヘスパッタされた方が組成として良いものが得られていると推定される。
Tablel成膜条件
YBa2Cu3076焼結体（2inchめ）
SrTiO。（100）単結晶基板（10m□）

ターゲット
基 板
基板温度

550〜620℃（コントローラ設定値）

ターケ㌧卜基板間距離（T−S）

基板回転
スパッタガス
全 圧
RF電力 ターゲット
コイル

成膜時間

100，150三1笛

9rpmÅr三0ヮ＝3：1

14 Pa
70′−80 W

O〜i50 W
480。1680 min

なお，80Wを越える毘F電力での放電ではチ ターゲットの割れ及び異常放電のため設定不可であった．
3「2 コイル電力と法界濃意特性の関係

Fig．4はタ、−ゲットRF電力を75W一定としヘリコン
スパッタの特徴であるコイルへのRF電力を変化させたときの膜の臨界温度（rc on）をプロットしたものである．
なお成膜後熱処理をしていないas−depo膜である．
ここでT【S150mでは安定して90K程度の特性が得られているn また，T−SlOOmの場合480mまn成膜のものをプロットしており1680min成膜を行うと表面の抵抗値が絶縁2．埼薄膜の評価性となり超伝導を示さなくなる．このため，T−SlOOmmでTable2はここで用いたYBCO薄膜の評価方法を示すJ
Table2Y王∋CO薄膜の評価

はタ山ゲットと基板閉経離がやや近すぎて負イオン等の影響で組成ずれを起こしていると推定される．なお，成膜レートは，T−S150凰第で1分間に0。06nm，T−SlOO髄1で約3信の0。3nm程度と非常に低い健となっている。

3．実験線果及び考察
ここでは，酸化制御の改造を行う前にヘリコンスパッタ装置の特性を把握するため予備実験での成膜状況及び酸化制御のうち酸素ラジカル照射のデータについて示す。

なお，酸素導入については夕 現在データ取得力整理中のため稿を改め報告する．
3！、！タ・一ゲットRF電力と流罪温度特性の関係

Fig．3はターゲットRF電力を5が1）〜80腎で成膜したときの臨界温度特性をプロットしたものである。固から臨
界温度のオンセット及びゼロ抵抗温度はラ ターゲット電口

許櫛 好 打 1併
潮し電わ諏

Fig．4 コイル電力と臨界温度特性の関係

平成9年度 研究報告 大分県産業科学抜締センタ叩

灘

01Ⅸき1盟卸詔）こ榔¶時

Flg．7ラジカル源及び酸素導入部設置の状況

Flg。5 臨界温度特性（サンプル84）
50000
45000

■／︵︷︶
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0爪＝V0nUOへ⁚︶ 53 ︵／∬■へし35（）00
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Fig，8 酸素ラジカル照射と臨界温度特性の関係

Fig．6 Ⅹ線回折特性（サンプル84）
均．むすび

313臨界温度及び選折特性
Flgp5は予備実験中最も特性の良かったサンプルNo。84

以上，今回のヘリコンスパッタ装置を用いたYBCO薄の臨界温度測定結果を示す．オンセットTc on≒91K，ゼ膜の成膜実験によりロ抵抗温度Tc zero≒88Kが得られた白りSrTiO。（100）基板上に配向性の良い膜が得られた−

Flg。6をも 同サンプルのⅩ線回折パターンを示す．X繰

2）asdepoでの臨界温度特性がオンセットTc on≒91K芦

回折パターン上YBCOの（001）〜（007）の各面の回折ピー

ゼロ抵抗温度Tczero≒88Kの膜及びその成膜条件を得た．

クがはっきりと現れ9 基板以外に他の面指数を示す回折

3）酸素ラジカル照射については，照射電力の増加に比例ピークが存在しないことから，完全なc軸配向膜（c軸がして膜の臨界温度特性が向上することを確認した．

基板に垂直に配向）であり，良い配向性の膜が得られて今後き 酸素導入についてのデータ取得を進めるとともいることがわかる。また，YBCCき（005）面の回折ピークのに得られた膜を用いラ センサデバイス化へ向け取り組む

角度から算出したc軸の長さはま∴ほ針潤 この試料の膜厚予定である▲は，120nmであった．
乱乏酸素曹撃索捗の照射藍臨界温度韓魔儲閣憾

本研究を速めるにあた畑∴適切なご指導を頂きました
工業技術院物質工学工業技術研究所複合材料部 尾形Fig。7にラジカル派及び酸素導入部設置の状況について示す． Fig廿8に酸素ラジカル照射時の臨界温度特性変化

幹夫氏ウ 九州大学大学院システム情報科学研究科 円福をプロットした。酸素ラジカル照射についてさま9 ラジカ

なお9 本研究は中小企業庁技術開発研究費補助金（広ル源供給RF電力をパラメータにとり 0〜150Wまで変化させたときテ 照射電力の増加に比例して膜の臨界温度特性が2K程度向上することがわかり，照射により成膜中の酸化反応の促進に有効であることを確認した。

啓二氏に深く感謝の意を表します。
域共同研究）を受け行った．
−∵ −ヾ・こ（1）秋本恭喜りj、幡睦憲虎池田哲：大分県産業科学技術センター
研究報告き 平成8年度，PP56【58