JPH0469984A - 超伝導素子 - Google Patents
超伝導素子Info
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- JPH0469984A JPH0469984A JP2182105A JP18210590A JPH0469984A JP H0469984 A JPH0469984 A JP H0469984A JP 2182105 A JP2182105 A JP 2182105A JP 18210590 A JP18210590 A JP 18210590A JP H0469984 A JPH0469984 A JP H0469984A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
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、超伝導素子に関する。
高集積化した超伝導素子を作製するためには半導体素子
と同様に必ずといってよいほど微細加工技術が必要とな
る。
と同様に必ずといってよいほど微細加工技術が必要とな
る。
従来の酸化物超伝導素子作製のだめの微細加工は、成膜
と微細加工が独立して行なわれている。
と微細加工が独立して行なわれている。
すなわち−層成膜することに成膜竣から取り出して微細
加工している。例えば「電子情報通信学会技術研究報告
」、第８８巻 第１４６号、１９８８年 ４７〜５２頁
に記載されているような酸化物超伝導トランジスタの作
製では超伝導薄膜を形成し成膜室から取り出して微細加
工して、その上にソース及びドレイン電極型成のためＡ
ｇを蒸着し再び取り出して微細加工する。さらに、ゲー
ト電極形成のためＡｌを蒸着し取り出して微細加工して
いる。
加工している。例えば「電子情報通信学会技術研究報告
」、第８８巻 第１４６号、１９８８年 ４７〜５２頁
に記載されているような酸化物超伝導トランジスタの作
製では超伝導薄膜を形成し成膜室から取り出して微細加
工して、その上にソース及びドレイン電極型成のためＡ
ｇを蒸着し再び取り出して微細加工する。さらに、ゲー
ト電極形成のためＡｌを蒸着し取り出して微細加工して
いる。
また、酸化物超伝導薄膜−層の微細加工技術は超伝導薄
膜形成後成膜室から膜を外に取り出し、例えば「ＪＡｐ
ＡＮＥｓＥＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ａ、ＰＰＬ工ＥＤＦ
ＨＹＳ工Ｏ３Ｊ、第２６巻 第９号、１９８７年Ｌ１５
５５〜Ｌ１５３４頁に記載されているような燐酸（Ｈ，
Ｐ ０４−）溶液を用いたウェット・プロセス、あるい
は「ＪＡＰＡＮＫＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ０ＦＡＰＰＬ
工ＥＤ ＰＥＹＳＩＣｓＪ、第２７巻 第８号、１９８
８年 Ｌ１５２１〜Ｌ１５２５頁に記載さレテいるよう
なイオンビームエツチング（以下よりＥと略記する。）
によるドライプロセスにより微細加工されている。ウェ
ットプロセスではＨ５ｐｏ４の他に塩酸（ＨＣ工）、硝
酸（ｕＮｐ３）、硫酸（ＨｚＳＯ＋） 溶液等が用い
られており、ドライプロセスではよりＥのほかにイオン
注入。
膜形成後成膜室から膜を外に取り出し、例えば「ＪＡｐ
ＡＮＥｓＥＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ａ、ＰＰＬ工ＥＤＦ
ＨＹＳ工Ｏ３Ｊ、第２６巻 第９号、１９８７年Ｌ１５
５５〜Ｌ１５３４頁に記載されているような燐酸（Ｈ，
Ｐ ０４−）溶液を用いたウェット・プロセス、あるい
は「ＪＡＰＡＮＫＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ０ＦＡＰＰＬ
工ＥＤ ＰＥＹＳＩＣｓＪ、第２７巻 第８号、１９８
８年 Ｌ１５２１〜Ｌ１５２５頁に記載さレテいるよう
なイオンビームエツチング（以下よりＥと略記する。）
によるドライプロセスにより微細加工されている。ウェ
ットプロセスではＨ５ｐｏ４の他に塩酸（ＨＣ工）、硝
酸（ｕＮｐ３）、硫酸（ＨｚＳＯ＋） 溶液等が用い
られており、ドライプロセスではよりＥのほかにイオン
注入。
レーザーエツチング、反応性イオンエツチング（Ｒ工Ｅ
）、集束イオンビームエツチング（ＶよりＥ）等が用い
られている。
）、集束イオンビームエツチング（ＶよりＥ）等が用い
られている。
しかしながら前述のよ５な従来の酸化物超伝導電子作製
のための微細加工は、−層ごと成膜しその度取り出して
行なうので工程が複雑になる。さらに大気にさらすこと
により膜の表面が汚染されると同時に、酸化物超伝導体
は水分に敏感でありわずかな水分によっても特性が劣化
してしまい、特に微細加工後は表面積も増大するのでそ
の影響は著しい。従って、再現性及び歩留まりが悪（な
るという問題点を有する。
のための微細加工は、−層ごと成膜しその度取り出して
行なうので工程が複雑になる。さらに大気にさらすこと
により膜の表面が汚染されると同時に、酸化物超伝導体
は水分に敏感でありわずかな水分によっても特性が劣化
してしまい、特に微細加工後は表面積も増大するのでそ
の影響は著しい。従って、再現性及び歩留まりが悪（な
るという問題点を有する。
酸化物超伝導薄膜の微細加工について見ると、イオン注
入及びＦよりＥは前述の他の方法と違いパターニング・
マスクを必要としないので、レジストによる膜表面への
汚染が無い点で有利であるまた、Ｆ工ＥＥ、イオン注入
においてはサブミクロンオーダーの微細化が可能であり
、高集積化した素子を帰ることが出来る。しかし、レジ
ストによる汚染が防げても成膜後大気にさらし微細加工
する場合、上述したように大気により表面が汚染され水
分により特性が劣化する恐れがある。従って安定した再
現性および歩留まりを得るという点で問題がある。
入及びＦよりＥは前述の他の方法と違いパターニング・
マスクを必要としないので、レジストによる膜表面への
汚染が無い点で有利であるまた、Ｆ工ＥＥ、イオン注入
においてはサブミクロンオーダーの微細化が可能であり
、高集積化した素子を帰ることが出来る。しかし、レジ
ストによる汚染が防げても成膜後大気にさらし微細加工
する場合、上述したように大気により表面が汚染され水
分により特性が劣化する恐れがある。従って安定した再
現性および歩留まりを得るという点で問題がある。
そこで本発明はこのような従来の問題点を解決するもの
で、その目的とするところは薄膜形成後膜を大気にさら
すことなくその場微細加工し、これを繰り返すことによ
って歩留まりを向上させさらに再現性のよい高集積化し
た酸化物超伝導素子を提供することにある。
で、その目的とするところは薄膜形成後膜を大気にさら
すことなくその場微細加工し、これを繰り返すことによ
って歩留まりを向上させさらに再現性のよい高集積化し
た酸化物超伝導素子を提供することにある。
本発明の超伝導素子は、酸化物超伝導薄膜を大気にさら
すことな（連続的にその場微細加工して作製する超伝導
素子において、その場微細加工は超高真空状態で行なう
集束イオンビームによることを特徴とする。
すことな（連続的にその場微細加工して作製する超伝導
素子において、その場微細加工は超高真空状態で行なう
集束イオンビームによることを特徴とする。
以下本発明の実施例について説明する。
第１図は、本発明の一実施例である薄膜作製装置と微細
加工装置を搬送路５０を介して複合化した装置を示す図
である。薄膜作製装置としては分子線エピタキシー（以
下ＭＢＥと略記する。）１を用い、微細加工装置として
はパターニング・マスク無しの集束イオンビーム装置２
を用いる。これは、レジストを使用しない清浄なプロセ
スであるからＭＢＫのような高真空結晶成長技術との複
合化が容易である。また、各々の装置について真空ポン
プ３が備えられておりロードロック方式によりＭＢＥ装
置とＦよりＥ装置を隔離し別々に真空引きすることがで
き、搬送路も真空状態に保つことが出来る。
加工装置を搬送路５０を介して複合化した装置を示す図
である。薄膜作製装置としては分子線エピタキシー（以
下ＭＢＥと略記する。）１を用い、微細加工装置として
はパターニング・マスク無しの集束イオンビーム装置２
を用いる。これは、レジストを使用しない清浄なプロセ
スであるからＭＢＫのような高真空結晶成長技術との複
合化が容易である。また、各々の装置について真空ポン
プ３が備えられておりロードロック方式によりＭＢＥ装
置とＦよりＥ装置を隔離し別々に真空引きすることがで
き、搬送路も真空状態に保つことが出来る。
第２図にこの装置を用いて作製した一実施例であるソー
ス１６とドレイン電極１７を酸化物超伝導体にした超伝
導電界効果トランジスタ（以下５ＵＦＥＴと略記する。
ス１６とドレイン電極１７を酸化物超伝導体にした超伝
導電界効果トランジスタ（以下５ＵＦＥＴと略記する。
）の断面図を示す。第６図にその作製工程を示す。結晶
基板１５は半導体であり、かつ酸化物超伝導体がエピタ
キシャル成長し易いものでなげればならない。チタン酸
ストロンチウムは酸化物超伝導体がエピタキシャル成長
し易く、ニオブ（Ｈｂ）などのＶ属元素を添加すること
によりｎ型の半導体になることが知られている。そこで
結晶基板として５ｒＴｉＯ，の単結晶（ｉ ｏｏ）を用
いニオブイオン（Ｎｂ＋）を注入し拡散させ半導体化さ
せる。酸化物超伝導体としては琳結晶が得やすいＹ Ｂ
ａ２ Ｃ！ ｕ３０ ｙを用いる。
基板１５は半導体であり、かつ酸化物超伝導体がエピタ
キシャル成長し易いものでなげればならない。チタン酸
ストロンチウムは酸化物超伝導体がエピタキシャル成長
し易く、ニオブ（Ｈｂ）などのＶ属元素を添加すること
によりｎ型の半導体になることが知られている。そこで
結晶基板として５ｒＴｉＯ，の単結晶（ｉ ｏｏ）を用
いニオブイオン（Ｎｂ＋）を注入し拡散させ半導体化さ
せる。酸化物超伝導体としては琳結晶が得やすいＹ Ｂ
ａ２ Ｃ！ ｕ３０ ｙを用いる。
まず第５図（α）においてＭＢｍチャンバー中で超伝導
薄膜２０を形成する。この時、チャンバー中の初期真空
度は１０−１°Ｔｏｒｒ 代である。蒸着物質として
イツトリウム（ｙ） １ｏ 、バリウム（Ｅａ）１１１
鋼（ｃｕ）１２の金属をそれぞれ用いに−（１！ｅＬＬ
により三元同時蒸着する。チャンバー中は高真空状態で
あるから酸素を効率よ（膜中に入れるため、Ｅｔ？プラ
ズマ８により活性な酸素を基板付近に供給する。この時
、膜厚は１０００又とする。得られる超伝導薄膜の表面
は非常になめらかであり、Ｃ軸方向にエピタキシャル成
長している。
薄膜２０を形成する。この時、チャンバー中の初期真空
度は１０−１°Ｔｏｒｒ 代である。蒸着物質として
イツトリウム（ｙ） １ｏ 、バリウム（Ｅａ）１１１
鋼（ｃｕ）１２の金属をそれぞれ用いに−（１！ｅＬＬ
により三元同時蒸着する。チャンバー中は高真空状態で
あるから酸素を効率よ（膜中に入れるため、Ｅｔ？プラ
ズマ８により活性な酸素を基板付近に供給する。この時
、膜厚は１０００又とする。得られる超伝導薄膜の表面
は非常になめらかであり、Ｃ軸方向にエピタキシャル成
長している。
続いてＭＥＥチャンバー中と同じ（らいの圧力まで真空
引きしであるＦよりＥ装置中２にパルプ７を開は超伝導
薄膜を移し第５図（ｂ）の形状に微細加工する。ここで
予めＦ工ＥＥ装置を真空引きしてお（ことにより、成膜
と微細加工を独立して行なう場合より時間が短縮できる
。移動は先端が基板ホルダーを挾めるような構造にしで
ある搬送用バー３１を用い基板ホルダーごと行な′う。
引きしであるＦよりＥ装置中２にパルプ７を開は超伝導
薄膜を移し第５図（ｂ）の形状に微細加工する。ここで
予めＦ工ＥＥ装置を真空引きしてお（ことにより、成膜
と微細加工を独立して行なう場合より時間が短縮できる
。移動は先端が基板ホルダーを挾めるような構造にしで
ある搬送用バー３１を用い基板ホルダーごと行な′う。
この時基板を基板ホルダーごと裏返す。基板ホルダーは
ＭＢＥ装置、Ｆ工ＥＥ装置両方に共通であり、かつ基板
が挾み込めるような構造にし裏返しても基板は落ちない
。搬送後はパルプ７を閉じる。
ＭＢＥ装置、Ｆ工ＥＥ装置両方に共通であり、かつ基板
が挾み込めるような構造にし裏返しても基板は落ちない
。搬送後はパルプ７を閉じる。
超伝導薄膜の微細加工はビームエネルギーが１６０Ｋｅ
ＶのＡｕ＋イオンを用い、ソース及びドレインの電極は
それぞれ１０μｍ角の大きさにする当然パターニング−
貴スクは用いない。高真空中プロセスであるからＡｕ＋
イオンは安定に動作し長時間使える。
ＶのＡｕ＋イオンを用い、ソース及びドレインの電極は
それぞれ１０μｍ角の大きさにする当然パターニング−
貴スクは用いない。高真空中プロセスであるからＡｕ＋
イオンは安定に動作し長時間使える。
微細加工終了後再びパルプ７を開は基板を裏返しＭＢＩ
ＩＣ装置中に戻す。第５図（Ｃ）に示すよりなＡ１０ｙ
ｉｓの絶縁層を形成する。まずメタルマスク２１を基板
直下に導入し、Ｋ−Ｃｅｌｌを用いてＡ１９を５ｏｏｉ
蒸着する。マスクと基板の回転速度は同じにする。分子
線は平行に飛ぶので他の部分への回り込みはほとんど無
い。これを酸素プラズマ中で充分酸化させてＡｌ０ｙの
絶縁層を得る。次に第５図Ｃｄ）において図のような形
状にゲート電極１９としてＫ −Ｏｅ １１を用いてＡ
ｇｌ ５を蒸着する。この時、膜厚は１０００又とする
。なお、蒸着前に真空中でメタルマスク２２はゲート電
極形成用に交換しである。
ＩＣ装置中に戻す。第５図（Ｃ）に示すよりなＡ１０ｙ
ｉｓの絶縁層を形成する。まずメタルマスク２１を基板
直下に導入し、Ｋ−Ｃｅｌｌを用いてＡ１９を５ｏｏｉ
蒸着する。マスクと基板の回転速度は同じにする。分子
線は平行に飛ぶので他の部分への回り込みはほとんど無
い。これを酸素プラズマ中で充分酸化させてＡｌ０ｙの
絶縁層を得る。次に第５図Ｃｄ）において図のような形
状にゲート電極１９としてＫ −Ｏｅ １１を用いてＡ
ｇｌ ５を蒸着する。この時、膜厚は１０００又とする
。なお、蒸着前に真空中でメタルマスク２２はゲート電
極形成用に交換しである。
上記の方法で作製した場合、従来の歩留りは５０％位で
あったのに対して８０％という高（・歩留まりで再現性
よ（ＳＵＦＥＴを得ることができたさらなるＦよりＥに
よる微細化は可能であり素子の大きさを数μｍに高集積
化させることも可能である。なお、ここに挙げた実施例
ばあ（までも一実施例に過ぎず、５ＵＦＥＴの他ＳＱＵ
より。
あったのに対して８０％という高（・歩留まりで再現性
よ（ＳＵＦＥＴを得ることができたさらなるＦよりＥに
よる微細化は可能であり素子の大きさを数μｍに高集積
化させることも可能である。なお、ここに挙げた実施例
ばあ（までも一実施例に過ぎず、５ＵＦＥＴの他ＳＱＵ
より。
弱結合型ジョセフソン接合素子、超伝導配線等様々の超
伝導素子に応用することもできる。
伝導素子に応用することもできる。
以上述べたように本発明によれば、薄膜形成後大気にさ
らす事なく連続的にその場微細加工することにより歩留
まりを向上させ再現性よ（高集積化させた超伝導素子を
提供することができるという効果を有する。また、成膜
と微細加工を・独立して行なう場合よりも時間が短縮で
きる。
らす事なく連続的にその場微細加工することにより歩留
まりを向上させ再現性よ（高集積化させた超伝導素子を
提供することができるという効果を有する。また、成膜
と微細加工を・独立して行なう場合よりも時間が短縮で
きる。
第１図は、本発明の超伝導素子を作製するための一実施
例である薄膜作製装置と微細加工装置を搬送路を介して
複合化した装置を示す図。 第２図は、本発明の一実施例である超伝導電界効果トラ
ンジスタの断面図。 第３図は、第２図の超伝導電界効果トランジスタの作製
工程を示す図。 １・・・・・・・・・ＭＢＥ装置 ２・・・・・・・・・ＦよりＥ装置 ３・・・・・・・・・真空ポンプ ４・・・・・・・・・結晶基板 ５・・・・・・・・・メタルマスク ６・・・・・・・・・シャッター ７・・・・・・・・・パルプ ８・・・・・・・・・ＲＦプラズマ ９・・・・・・・・・Ａ１とに−Ｃθ１１１０・・・・
・・・・・Ｙとに一０ｅｌ１１１・・・・・・・・・Ｂ
ａとＫ −Ｏｅ ’ｌ １１２・・・・・・・・・Ｏｕ
とＫ −Ｏｓ １１１５・・・・・・・・・Ａ、 ｇと
Ｋ −Ｏｅ １１１４・・・・・・・・・イオン源 ５・・・・・・・・・半導体化させたＳ ｒ Ｔ ｉ
０゜６・・・・・・・・・ソース電極 ７・・・・・・・・・ドレイン電極 ８・・・・・・・・・Ａ１０ｙ絶縁層 ９・・・・・・・・・Ａｌゲート電極 ０・・・・・・・・・酸化物超伝導薄膜１・・・・・・
・・・絶縁層用メタルマスク２・・・・・・・・・ゲー
ト電極用メタルマスク０・・・・・・・・・搬送路 １・・・・・・・・・搬送用バー 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部（他１名）゛う か 第 図 叢７図 ２／。 ／ ＼
例である薄膜作製装置と微細加工装置を搬送路を介して
複合化した装置を示す図。 第２図は、本発明の一実施例である超伝導電界効果トラ
ンジスタの断面図。 第３図は、第２図の超伝導電界効果トランジスタの作製
工程を示す図。 １・・・・・・・・・ＭＢＥ装置 ２・・・・・・・・・ＦよりＥ装置 ３・・・・・・・・・真空ポンプ ４・・・・・・・・・結晶基板 ５・・・・・・・・・メタルマスク ６・・・・・・・・・シャッター ７・・・・・・・・・パルプ ８・・・・・・・・・ＲＦプラズマ ９・・・・・・・・・Ａ１とに−Ｃθ１１１０・・・・
・・・・・Ｙとに一０ｅｌ１１１・・・・・・・・・Ｂ
ａとＫ −Ｏｅ ’ｌ １１２・・・・・・・・・Ｏｕ
とＫ −Ｏｓ １１１５・・・・・・・・・Ａ、 ｇと
Ｋ −Ｏｅ １１１４・・・・・・・・・イオン源 ５・・・・・・・・・半導体化させたＳ ｒ Ｔ ｉ
０゜６・・・・・・・・・ソース電極 ７・・・・・・・・・ドレイン電極 ８・・・・・・・・・Ａ１０ｙ絶縁層 ９・・・・・・・・・Ａｌゲート電極 ０・・・・・・・・・酸化物超伝導薄膜１・・・・・・
・・・絶縁層用メタルマスク２・・・・・・・・・ゲー
ト電極用メタルマスク０・・・・・・・・・搬送路 １・・・・・・・・・搬送用バー 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴木喜三部（他１名）゛う か 第 図 叢７図 ２／。 ／ ＼
Claims (1)
- 酸化物超伝導薄膜を大気にさらすことなく成膜から連
続的にその場微細加工して作製する超伝導素子において
、その場微細加工は超高真空状態で行なう集束イオンビ
ームによることを特徴とする超伝導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182105A JPH0469984A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2182105A JPH0469984A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 超伝導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0469984A true JPH0469984A (ja) | 1992-03-05 |
Family
ID=16112427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2182105A Pending JPH0469984A (ja) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | 超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0469984A (ja) |
-
1990
- 1990-07-10 JP JP2182105A patent/JPH0469984A/ja active Pending
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