JPS62154676A - スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 - Google Patents
スパツタ薄膜の配向強度の改良方法Info
- Publication number
- JPS62154676A JPS62154676A JP60292437A JP29243785A JPS62154676A JP S62154676 A JPS62154676 A JP S62154676A JP 60292437 A JP60292437 A JP 60292437A JP 29243785 A JP29243785 A JP 29243785A JP S62154676 A JPS62154676 A JP S62154676A
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- JP
- Japan
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- film
- magnesia
- mgo
- thin film
- sputter
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0241—Manufacture or treatment of devices comprising nitrides or carbonitrides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- 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、ジョセフソン素子を構成する超・伝導電極材
をエピタキシャル化することに関する。更に詳しくは配
向強度を強めろ製膜方法に関する。
をエピタキシャル化することに関する。更に詳しくは配
向強度を強めろ製膜方法に関する。
ジョセフソン素子のｔｌ材は、■熱サイクルに強（、機
械的強度に優れセいること、■高い臨界転移温度（Ｔｃ
）を持つこと等の特徴を持つことが要求される。これを
満足するものとしてＮｂ系の材料、特に窒化ニオブ＜
ＮｂＮ）が挙げられ、現在までにこれらを電極材に用い
たジョセフソン素子の作製法に関する研究が活発に行わ
れてきた。なかでも電極材にＮｂＮをトンネル障壁とし
てＮｂＯｘやα−８ｉ：Ｈ等を用〜・、５ＮＥＰ法によ
る素子作製技術より優れた特性のものが得られている。
械的強度に優れセいること、■高い臨界転移温度（Ｔｃ
）を持つこと等の特徴を持つことが要求される。これを
満足するものとしてＮｂ系の材料、特に窒化ニオブ＜
ＮｂＮ）が挙げられ、現在までにこれらを電極材に用い
たジョセフソン素子の作製法に関する研究が活発に行わ
れてきた。なかでも電極材にＮｂＮをトンネル障壁とし
てＮｂＯｘやα−８ｉ：Ｈ等を用〜・、５ＮＥＰ法によ
る素子作製技術より優れた特性のものが得られている。
これは、ａｌｌ−ＮｂＮ膜によるジョセフノンデバイス
開発に大きな進展をもたらした。しかし、膜厚を薄くし
た時のギヤ、プ？［ＩＥの低下、サブギャップ電圧領域
におけるリーク電流の増加等まだ若干の問題点を残して
いる。これは、膜の成長初期過程において結晶成長が充
分でないこととＮｂＮのコヒーレンス長が２ｍｍ程度で
あることによる超伝導薄膜とトンネル障壁の界面、特に
上部超伝導薄膜とトンネル障壁との界面における超伝導
特性の劣化が原因であると考えられる。
開発に大きな進展をもたらした。しかし、膜厚を薄くし
た時のギヤ、プ？［ＩＥの低下、サブギャップ電圧領域
におけるリーク電流の増加等まだ若干の問題点を残して
いる。これは、膜の成長初期過程において結晶成長が充
分でないこととＮｂＮのコヒーレンス長が２ｍｍ程度で
あることによる超伝導薄膜とトンネル障壁の界面、特に
上部超伝導薄膜とトンネル障壁との界面における超伝導
特性の劣化が原因であると考えられる。
そこで、薄膜成長初期過程における膜のＴｃ向上の薄膜
形成技術開発の試みが数多くなされてきた。
形成技術開発の試みが数多くなされてきた。
しかしながら、それらは膜厚がｌＣ１ｎｍ程度に薄くな
ると基板温度を３００℃程度としてスパッタ製膜した場
合でさえも１１に程度以下の低い値しか得られていなか
った。
ると基板温度を３００℃程度としてスパッタ製膜した場
合でさえも１１に程度以下の低い値しか得られていなか
った。
このような問題点の解決策として、マグネシアＩ Ｍｇ
Ｏ）単結晶の襞間面上にＮｂｍエピタキシャル成長させ
る方法が考案され、比較的特性の良い膜が得られている
。しかし、ジョセフソンデバイス作製用基板としては適
当なものとは言えなかった。そこで我々はＮｂＮと同じ
結晶構造を持つＭｇ０Ｍ１スパツタ製膜し、その上にエ
ピタキシャル成長させたＮｂＮ膜をジョセフノン素子の
電極材料として、またＭｇＯをトンネル障壁材料として
用いることを考案したく特願昭６０−２１９１３８号）
。
Ｏ）単結晶の襞間面上にＮｂｍエピタキシャル成長させ
る方法が考案され、比較的特性の良い膜が得られている
。しかし、ジョセフソンデバイス作製用基板としては適
当なものとは言えなかった。そこで我々はＮｂＮと同じ
結晶構造を持つＭｇ０Ｍ１スパツタ製膜し、その上にエ
ピタキシャル成長させたＮｂＮ膜をジョセフノン素子の
電極材料として、またＭｇＯをトンネル障壁材料として
用いることを考案したく特願昭６０−２１９１３８号）
。
この方法で得られた高配向したＭｇＯ膜上のＮｂＮのエ
ピタキシャル膜は、ＮｂＮ膜厚が１０ ｎｍ程度におい
て転移温度Ｔｃが約１４にという値を持つことがわかっ
た。また、高配向したＭｇＯ膜上の、ＭｇＯをトンネル
障壁に用いたエピタキシャル化Ｎ’ｂｌＪ ／ ＭｇＯ
／ ＮｂＮ トンネル接合は、ギャップ電圧が約５ｍＶ
あり、トンネル障壁と上部超伝導薄膜の界面の超伝導特
性を改善することができた。しかし、このような特性を
持つＭｇＯ／ＮｂＮエピタキシャル膜も配向及び配向強
度において若干の分布があり、プロセスにおける信頼性
とい５点で若干の問題点を残していた。
ピタキシャル膜は、ＮｂＮ膜厚が１０ ｎｍ程度におい
て転移温度Ｔｃが約１４にという値を持つことがわかっ
た。また、高配向したＭｇＯ膜上の、ＭｇＯをトンネル
障壁に用いたエピタキシャル化Ｎ’ｂｌＪ ／ ＭｇＯ
／ ＮｂＮ トンネル接合は、ギャップ電圧が約５ｍＶ
あり、トンネル障壁と上部超伝導薄膜の界面の超伝導特
性を改善することができた。しかし、このような特性を
持つＭｇＯ／ＮｂＮエピタキシャル膜も配向及び配向強
度において若干の分布があり、プロセスにおける信頼性
とい５点で若干の問題点を残していた。
Ｎ’ｂＮＮｂＮエピタキシャル膜る時に下地基板とし℃
用いる配向したＭｇＯの配向強度の分布の改善と配向強
度の改善にある。
用いる配向したＭｇＯの配向強度の分布の改善と配向強
度の改善にある。
本発明は前記の問題点を解決するためになされたもので
あり、マグネシア薄膜をスパッタリングで作製する場合
において水分を含む不活性ガスを用いることにより、自
己配向の強度をより強め、かつ強度分布を低減したスパ
ッタ薄膜を提供することである。
あり、マグネシア薄膜をスパッタリングで作製する場合
において水分を含む不活性ガスを用いることにより、自
己配向の強度をより強め、かつ強度分布を低減したスパ
ッタ薄膜を提供することである。
上記目的を達成するためのマグネシア薄膜は次の方法に
より作製することができる。その工程を（第１図）を用
いて説明する。まず絶縁体又は半導体を基板に用い、そ
れを圧力が１０−’ Ｔｏｒｒ以下望ましくは１０−’
Ｔｏｒｒ以下の真空中におく。この時、マグネシアの
配向強度を高めるため及びその上に作製する下地マグネ
シアと同一方向に配向した窒化ニオブの配向強度を強め
るために基板温度を室温以上銀またくは１００℃ないし
３００℃の範囲に設定する。その後、ＲＦスバ、り法を
用いてマグネシアを製膜する。スパッタガスはアルゴン
等の不活性ガスを用いる。アルゴンガスはマグネシアの
自己配向強度を強め、かつ強度分布を低減する目的で微
量の水分を混合したものである。
より作製することができる。その工程を（第１図）を用
いて説明する。まず絶縁体又は半導体を基板に用い、そ
れを圧力が１０−’ Ｔｏｒｒ以下望ましくは１０−’
Ｔｏｒｒ以下の真空中におく。この時、マグネシアの
配向強度を高めるため及びその上に作製する下地マグネ
シアと同一方向に配向した窒化ニオブの配向強度を強め
るために基板温度を室温以上銀またくは１００℃ないし
３００℃の範囲に設定する。その後、ＲＦスバ、り法を
用いてマグネシアを製膜する。スパッタガスはアルゴン
等の不活性ガスを用いる。アルゴンガスはマグネシアの
自己配向強度を強め、かつ強度分布を低減する目的で微
量の水分を混合したものである。
その水分の割合は１ ｐｐｍ以上望ましくは５ ｐｐｍ
以上である。この水分を含むアルゴンガスを導入し、ガ
ス圧力を調整する。この圧力もスパッタガスと同様の理
由から１０−’Ｔｏｒｒ以上望ましくは１０１Ｔｏｒｒ
ないし５ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒに設定する。以上のよ
うにスバ、り条件を設定した後、基板表面を汚染層を除
去する目的で逆スパツタにより数百′に程度エツチング
する。そして、ＭｇＯをターゲットに用いてＲＦスパッ
タにより約８０ ｎｍ製膜した後向−真空中にて、窒化
ニオブ（ＮｂＮ）を約１１００ｎの厚さだけＭｇＯ股上
にエピタキシャル成長させた。
以上である。この水分を含むアルゴンガスを導入し、ガ
ス圧力を調整する。この圧力もスパッタガスと同様の理
由から１０−’Ｔｏｒｒ以上望ましくは１０１Ｔｏｒｒ
ないし５ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒに設定する。以上のよ
うにスバ、り条件を設定した後、基板表面を汚染層を除
去する目的で逆スパツタにより数百′に程度エツチング
する。そして、ＭｇＯをターゲットに用いてＲＦスパッ
タにより約８０ ｎｍ製膜した後向−真空中にて、窒化
ニオブ（ＮｂＮ）を約１１００ｎの厚さだけＭｇＯ股上
にエピタキシャル成長させた。
第２図は水分を含むアルゴンガス圧を変化させた時のＭ
ｇＯ＋ ２００ ）ピーク値を示す。また、第４図は上
記の方法で作製したＭｇＯ／ ＮｂＮエピタキシャル膜
のｘｇＡ回折結果を示す。
ｇＯ＋ ２００ ）ピーク値を示す。また、第４図は上
記の方法で作製したＭｇＯ／ ＮｂＮエピタキシャル膜
のｘｇＡ回折結果を示す。
本発明により次の効果が期待できる。まず第一にＭｇＯ
の配向強度が強くなることに比例して、その上に成長さ
せたエピタキシャルＮｂＮ膜の配向強度も強くなる
゛ −１′ でＮ１）Ｎ膜の初期成長過程における超伝導特性を改善
でき、ＮｂＮの膜厚を薄（しても（＝１００ｎｍ）超伝
導転移温度（Ｔｃ）をバルクのＴｃ Ｋ近い高い値に維
持できる（ Ｔｃ ′？１４ Ｋ、従来報告されている
値より約２に高い）。これは、ＭｇＯを下地基板に用い
てＮ１）Ｎ膜でジョセフノン素子を構成するとき、ブリ
、ジ素子の場合は、ブリッジ長の温度変化をほとんど蕪
くすることができる。また、すンドイッチ型の素子の場
合も同様に下部電極−トンネル障壁−上部電極をＮｂＮ
−ＭｇＯ−ＮｂＮで作製することにより下地基板のＭ
ｇＯを含めた４層エピタキシャルの強度を増すことがで
きるので、トンネル障壁の厚さの温度変化、経時変化を
ほとんど無くすることができる。第二にＮｂＮ膜厚の膜
厚を従来にくらべてかなり薄くできることから、微細加
工の面でも非常に有利なものとなる。また、ＭｇＯの配
向強度の分布を低減することができることからプロセス
に貢献するところが大である。
の配向強度が強くなることに比例して、その上に成長さ
せたエピタキシャルＮｂＮ膜の配向強度も強くなる
゛ −１′ でＮ１）Ｎ膜の初期成長過程における超伝導特性を改善
でき、ＮｂＮの膜厚を薄（しても（＝１００ｎｍ）超伝
導転移温度（Ｔｃ）をバルクのＴｃ Ｋ近い高い値に維
持できる（ Ｔｃ ′？１４ Ｋ、従来報告されている
値より約２に高い）。これは、ＭｇＯを下地基板に用い
てＮ１）Ｎ膜でジョセフノン素子を構成するとき、ブリ
、ジ素子の場合は、ブリッジ長の温度変化をほとんど蕪
くすることができる。また、すンドイッチ型の素子の場
合も同様に下部電極−トンネル障壁−上部電極をＮｂＮ
−ＭｇＯ−ＮｂＮで作製することにより下地基板のＭ
ｇＯを含めた４層エピタキシャルの強度を増すことがで
きるので、トンネル障壁の厚さの温度変化、経時変化を
ほとんど無くすることができる。第二にＮｂＮ膜厚の膜
厚を従来にくらべてかなり薄くできることから、微細加
工の面でも非常に有利なものとなる。また、ＭｇＯの配
向強度の分布を低減することができることからプロセス
に貢献するところが大である。
（比較例）
ＭｇＯをターゲツト材とし、スパッタガスに水分が少な
いアルゴンガスな用い、到達真空度を１０１Ｔｏ ｒｒ
以下、基板温度２００°Ｃ，スパッタガス圧力を変化さ
せて、ＲＦスパッタ法により、まず基板表面の汚染層を
除去した後、ＭｇＯを約８０ ｎｍ製膜した。その後、
同一真空中で反応性スバ、りによりＮｂＮを約１００
ｎｍ製膜した。このＭｇＯ／ＮｂＮの２層エピタキシャ
ル膜のＭｇＯ＋ ２００ ）面。
いアルゴンガスな用い、到達真空度を１０１Ｔｏ ｒｒ
以下、基板温度２００°Ｃ，スパッタガス圧力を変化さ
せて、ＲＦスパッタ法により、まず基板表面の汚染層を
除去した後、ＭｇＯを約８０ ｎｍ製膜した。その後、
同一真空中で反応性スバ、りによりＮｂＮを約１００
ｎｍ製膜した。このＭｇＯ／ＮｂＮの２層エピタキシャ
ル膜のＭｇＯ＋ ２００ ）面。
ＮｂＮ （２００）面強度のスパッタガス圧依存性をみ
た（第３図）。その結果、第２図と比較してＭｇ０（２
００）、ＮｂＮ（２００）の強度とも約十であった。
た（第３図）。その結果、第２図と比較してＭｇ０（２
００）、ＮｂＮ（２００）の強度とも約十であった。
第１図はＭｇＯ薄膜作製方法、第２図は本発明方法を用
いて作製したＭｇｏ／ Ｎｂａエピタキシャル膜配膜性
向性ス圧依存を示したもの、第３図は従来のスパッタ方
法で作製したＭｇＯ／ＮｂＮエピタキシャル膜配向性の
ガス圧依存を示したもの、第４図は本発明を用いて作製
したＭｇＯ／ＮｂＮエピタキシャル膜のＸ線回折図、第
５図は従来のスパッタ方法で作製したＭｇＯ／ ＮｂＮ
エピタキシャル膜のＸ線回折図。（１１は基板、（２）
はＭｇＯ０特許出願人 東洋曹達工業株式会社 第 １ ｍ （υ−＞ （Ｔｓｕｂ：＝２ＱＱ Ｑ
Ｃ）第１＋図 Ｂｒａｇｇ Ａｎｇｌｅ ２０ （ｄｅｇｒｅｅ）市
夢 図 Ｂｒａｇｇ ＡｎｇＬｅ ２θ（ｄｅｇｒｅｅ）手続ネ
甫正書（方式） ％式％：１２１ １事件の表示 昭和６０年ｅｔ許願第２９２４３７号 ２発明の名称 スパッタ薄膜の配向強度の改良方法 ３補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所〒７４６山ロ県新南陽市大字富田４５６０番地（連
絡先）〒１０７東京都港区赤坂１丁目７番７号（東口ビ
ル）東洋曹達工業株式会社 特許情報部 電話番号（５０５）４４７１ 「願書に最初に添付した明細書の浄書）別紙のとおり（
内容に変更なし）」
いて作製したＭｇｏ／ Ｎｂａエピタキシャル膜配膜性
向性ス圧依存を示したもの、第３図は従来のスパッタ方
法で作製したＭｇＯ／ＮｂＮエピタキシャル膜配向性の
ガス圧依存を示したもの、第４図は本発明を用いて作製
したＭｇＯ／ＮｂＮエピタキシャル膜のＸ線回折図、第
５図は従来のスパッタ方法で作製したＭｇＯ／ ＮｂＮ
エピタキシャル膜のＸ線回折図。（１１は基板、（２）
はＭｇＯ０特許出願人 東洋曹達工業株式会社 第 １ ｍ （υ−＞ （Ｔｓｕｂ：＝２ＱＱ Ｑ
Ｃ）第１＋図 Ｂｒａｇｇ Ａｎｇｌｅ ２０ （ｄｅｇｒｅｅ）市
夢 図 Ｂｒａｇｇ ＡｎｇＬｅ ２θ（ｄｅｇｒｅｅ）手続ネ
甫正書（方式） ％式％：１２１ １事件の表示 昭和６０年ｅｔ許願第２９２４３７号 ２発明の名称 スパッタ薄膜の配向強度の改良方法 ３補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所〒７４６山ロ県新南陽市大字富田４５６０番地（連
絡先）〒１０７東京都港区赤坂１丁目７番７号（東口ビ
ル）東洋曹達工業株式会社 特許情報部 電話番号（５０５）４４７１ 「願書に最初に添付した明細書の浄書）別紙のとおり（
内容に変更なし）」
Claims (1)
- マグネシア薄膜をスパッタリングで作製する場合におい
て、水分を含む不活性ガスを用いることにより自己配向
の強度をより強め、かつ強度分布を低減することを特徴
とするスパッタ薄膜の配向強度の改良方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60292437A JPS62154676A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60292437A JPS62154676A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62154676A true JPS62154676A (ja) | 1987-07-09 |
Family
ID=17781778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60292437A Pending JPS62154676A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62154676A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5361720A (en) * | 1988-04-22 | 1994-11-08 | British Technology Group Ltd. | Epitaxial deposition |
| JPH0925571A (ja) * | 1995-07-06 | 1997-01-28 | Canon Inc | 酸化物薄膜の成膜方法 |
| JP2013200982A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導線用基材の製造方法及び超電導線の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6050164A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | 防湿性を有する透明薄膜の形成方法 |
| JPS60169176A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Rikagaku Kenkyusho | ΝｂΝ薄膜の形成方法 |
-
1985
- 1985-12-27 JP JP60292437A patent/JPS62154676A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6050164A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | 防湿性を有する透明薄膜の形成方法 |
| JPS60169176A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Rikagaku Kenkyusho | ΝｂΝ薄膜の形成方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5361720A (en) * | 1988-04-22 | 1994-11-08 | British Technology Group Ltd. | Epitaxial deposition |
| JPH0925571A (ja) * | 1995-07-06 | 1997-01-28 | Canon Inc | 酸化物薄膜の成膜方法 |
| JP2013200982A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導線用基材の製造方法及び超電導線の製造方法 |
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