СПОСОБ СОЗДАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ТОНКИХ ПЛЕНОК ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ Российский патент 1996 года по МПК H01L39/22 

Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к технологии изготовления тонкопленочных сверхпроводящих структур.

Известен способ формирования конфигурации тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), заключающийся в осаждении на подложку магнетронной системой на постоянном токе из двух мишеней тонкой пленки, ее отжига в атмосфере кислорода при t 900^o С в течение 2 часов для перемешивания фаз и создания сверхпроводящей фазы, формирование фоторезистивной маски на поверхности пленки, травление в 1% растворе HNO₃ открытых участков пленки ВТСП, удаление фоторезистивной маски (Physical, 1988, v.153-158, p. 1586-1591). Недостатком способа является контакт поверхности пленки ВТСП с органическим фоторезистом, что приводит к деградации сверхпроводящих свойств.

Известен способ формирования конфигурации тонких пленок ВТСП, заключающийся в нанесении на монокристаллическую подложку фоторезистивной маски, осаждении пленки ВТСП, травлении фоторезиста с одновременным удалением ненужных участков пленки ВТСП, отжиге в атмосфере кислорода (Oppl. Phys. Lett, 1989, 54, N 14, p.1368-1370).

Недостатком способа является контактирование пленки ВТСП с органическим фоторезистом, а также органическим растворителем, в котором происходит удаление фоторезиста, что неизбежно приводит к деградации сверхпроводящих свойств пленок за счет адсорбции серы, воды, углерода и других компонентов, содержащихся в органических веществах.

Целью изобретения является повышение качества. Поставленная цель достигается тем, что на подложку осаждают слой тугоплавкого металла, формируют фоторезистивную массу, создают буферный слой оксида анодированием слоя тугоплавкого металла и последующего низкотемпературного отжига в инертной среде, осаждают тонкую пленку высокотемпературного сверхпроводника, проводят высокотемпературный отжиг в атмосфере кислорода, в процессе которого окисляют слой тугоплавкого металла и затем удаляют его струей осушенного воздуха, а также тем, что в качестве тугоплавкого металла используют цирконий.

Новым в предложенном способе по сравнению с прототипом является то, что после создания фоторезистивной маски создают буферный слой оксида анодированием слоя тугоплавкого металла последующего низкотемпературного отжига в инертной среде.

Введение операций буферного слоя по сравнению с прототипом приводит к тому, что формируются локальные планиризованные участки пленки ВТСП, расположенные на тонком слое буферного покрытия, который препятствует взаимодействию материала подложки с пленкой ВТСП в процессе высокотемпературного термического отжига, что позволяет расширить диапазон используемых подложек. Низкотемпературный отжиг в инертной среде позволяет удалить продукты реакции анодирования и улучшить структуру буферной пленки.

Таким образом, предложенный способ формирования рельефа высокотемпературных сверхпроводников позволяет повысить качество используемых подложек.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, на которых представлена схема создания конфигурации тонких пленок ВТСП.

На очищенную подложку 1 (фиг.1) осаждают слой тугоплавкого металла 2 (фиг. 1), формируют фоторезистивную маску 3 (фиг.1), создают буферный слой оксида тугоплавкого металла 4 (фиг.2) путем анодирования и последующего низкотемпературного отжига в инертной среде, осаждают тонкую пленку высокотемпературного сверхпроводника 5 (фиг.3), проводят высокотемпературный отжиг в атмосфере кислорода, в процессе которого окисляют слой тугоплавкого металла и затем удаляют его струей осушенного воздуха.

В результате проведения перечисленных операций формируется рельеф ВТСП 5 (фиг. 4) в виде планиризованных локальных участков, защищенных от взаимодействия с подложкой тонким слоем буферного покрытия 4 (фиг.4).

Примеры реализации.

1. На предварительно очищенную кремниевую подложку КЭФ-20 на установке "Оратория-9" осаждали пленку циркония толщиной 0,1 мкм. На пленке циркония формировали фоторезистивную маску. Путем анодирования циркония в лимоннокислом электролите создавали слой оксида циркония. Режим анодирования создавался заданным потенциостатом П-5827. После анодирования проводили отжиг оксидной пленки в инертной среде при температуре 350^oС. Затем методом импульсного лазерного испарения осаждали пленку ВТСП (Y₁Ba₂Cu₃O₇) толщиной до 0,3 мкм на подложку, подогретую до температуры 400^oС. Полученную структуру подвергали отжигу в термодиффузионной печи типа СДО 125/4 при температуре 850^oС в среде кислорода в течение 2 часов. Сжатым осушенным воздухом проводили обдув структуры. При этом разрушенные в результате окисления участки циркония под фоторезистом удалялись вместе с лежащими на них участками Y₁Ba₂Cu₃O₇. Контроль внешнего вида, проведенный под микроскопом ММУ-3 при увеличении 250^x, показал, что произошло отделение термически окисленного циркония с пленкой ВТСП. Контроль сверхпроводящих свойств проводили путем определения Т_с. Результаты испытаний показали, что Т_cо 65 К.

На предварительно очищенную поликоровую подложку на установке магнетронного распыления "Оратория-5" осаждали пленку циркония толщиной 0,1 мкм. На пленке циркония формировали фоторезистивную маску. Путем анодирования циркония в лимоннокислом электролите создавали слой оксида циркония. Режим анодирования создавался потенциостатом П-5827. После анодирования проводили отжиг оксидной пленки циркония в инертной среде аргона при температуре 380^oС, затем методом импульсного лазерного испарения осаждали пленку ВТСП (Y₁Ba₂Cu₃O₇) толщиной 0,3 мкм на подложку, подогретую до 400^oС. Полученную структуру подвергали отжигу в термодиффузионной печи типа СДО 125/4 при температуре 850^oС в среде кислорода в течение 2 часов. Сжатым осушенным воздухом проводили обдув структуры. При этом разрушенные в результате окисления участки циркония под фоторезистом удалялись вместе с лежащими на них участками Y₁Ba₂Cu₃O₇. Контроль внешнего вида, проведенный под микроскопом ММУ-3 при увеличении 250^x, показал, что произошло отделение термически окисленного циркония с пленкой ВТСП. Результаты испытаний показали, что Т_со 58 К.

3. На предварительно очищенную кремниевую подложку КЭФ-0,5 на установке "Оратория-5" магнетронным распылением наносили пленку циркония толщиной 0,1 мкм. На пленке циркония формировали фоторезистивную маску. Путем анодирования циркония в растворе лимоннокислого аммония создавали слой оксида циркония. После анодирования проводили отжиг с пленки оксида циркония в инертной среде азота при температуре 400^oС. Методом импульсного и лазерного испарения осаждали пленку ВТСП Y₁Ba₂Cu₃O₇ толщиной 0,2 мкм на подложку, нагретую до 400^oС.

Полученную структуру подвергали высокотемпературному отжигу в термодиффузионной печи СДО 125/4 при температуре 850^oС, в среде кислорода в течение 2 часов сжатым осушенным воздухом проводили обдув структуры. При этом разрушенные в результате окисления участки циркония под фоторезистом удалялись вместе с лежащими на них участками Y₁Ba₂Cu₃O₇. Контроль внешнего вида, проведенный под микроскопом ММУ-3 при увеличении 250^x, показал, что произошло отделение термически окисленного циркония с пленкой ВТСП<Результаты испытаний показали, что Т_со≈60 К.

В НИЛ 5.4 Минского радиотехнического института по заявляемому способу были изготовлены структуры конфигурации тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников, изготовленных на различных подложках. Были получены участки ВТСП пленок на буферном слое оксида циркония, которые были сверхпроводящими при Т_со 60 К.

Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к технологии изготовления тонкопленочных сверхпроводящих структур. Сущность изобретения: на подложку осаждают слой тугоплавкого металла, формируют фоторезистивную маску, создают буферный слой оксида анодированием слоя тугоплавкого металла и последующего низкотемпературного отжига в инертной среде, осаждают тонкую пленку высокотемпературного сверхпроводника, проводят высокотемпературный отжиг в атмосфере кислорода, в процессе которого окисляют слой тугоплавкого металла и затем удаляют его струей осушенного воздуха, в качестве тугоплавкого металла используют цирконий. 4 ил.

1. Способ создания конфигурации тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников, включающий осаждение на подложку слоя тугоплавкого металла, формирование фоторезистивной маски, удаление фоторезиста, осаждение тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводника, высокотемпературный отжиг в атмосфере кислорода, в процессе которого окисляют слой тугоплавкого металла, а затем удаляют его струей осушенного воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения качества, после формирования фоторезистивной маски создают буферный слой анодированием слоя тугоплавкого металла и последующим низкотемпературным отжигом в инертной среде. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого металла используют цирконий.