JP2003218413A - 超伝導放射線検出器およびその作製方法 - Google Patents
超伝導放射線検出器およびその作製方法Info
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- JP2003218413A JP2003218413A JP2002013449A JP2002013449A JP2003218413A JP 2003218413 A JP2003218413 A JP 2003218413A JP 2002013449 A JP2002013449 A JP 2002013449A JP 2002013449 A JP2002013449 A JP 2002013449A JP 2003218413 A JP2003218413 A JP 2003218413A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 トンネルバリアの微細加工において、アルミ
ニウムおよび酸化アルミニウムを物理的エッチングで除
去するとき、その被エッチング材料がトンネル接合およ
びフォトレジストの端面に付着して残渣となり、これが
突起を形成する問題があった。この突起は、配線層の断
線を引き起こす大きな原因となる。 【解決手段】 本発明による超伝導放射線検出器の作製
プロセスにおいては、極めて薄いアルミニウム薄膜をフ
ォトレジストの下に形成し、これをフォトレジスト現像
液でエッチングすることでフォトレジストの厚みを薄く
し、微細加工性を向上させるとともに、接合形成工程か
ら物理的エッチング工程を排除した。
ニウムおよび酸化アルミニウムを物理的エッチングで除
去するとき、その被エッチング材料がトンネル接合およ
びフォトレジストの端面に付着して残渣となり、これが
突起を形成する問題があった。この突起は、配線層の断
線を引き起こす大きな原因となる。 【解決手段】 本発明による超伝導放射線検出器の作製
プロセスにおいては、極めて薄いアルミニウム薄膜をフ
ォトレジストの下に形成し、これをフォトレジスト現像
液でエッチングすることでフォトレジストの厚みを薄く
し、微細加工性を向上させるとともに、接合形成工程か
ら物理的エッチング工程を排除した。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、超伝導放射線検
出器に係わり、特に、超伝導トンネル接合型放射線検出
器に関する。
出器に係わり、特に、超伝導トンネル接合型放射線検出
器に関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導放射線検出器のなかでも超伝導ト
ンネル接合（ＳＴＪ）は、それ自身の電極に入射したＸ
線による、トンネル効果を利用して励起電子を検出する
ことができるエネルギー分散型の検出器であり、半導体
では達成不可能なエネルギー分解能（5．9KeVで100eV以
下）を有することが特徴である。この検出器は、シリコ
ンなどのウエハー上に薄膜を形成し、これを従来の半導
体集積回路の作製プロセスに用いられている微細加工技
術を応用して作製される。そのため、素子は基板と異な
る材料で作製され、ミリメートル規模以下の小さな寸法
の素子を作製することが容易である特徴を持つ。本願発
明者らは、これまでに超伝導トンネル接合のジョセフソ
ン電流を接合直上に集積する新しい超伝導放射線検出器
（特開2000-150975）を提案している。この検出器は、
従来のものに比べて小型、外部磁場シールド、磁場の局
所化によるジョセフソン周辺回路との共存など検出器の
性能向上が計れるものである。この検出器の素子には、
特に、リーク電流が小さい極めて高い品質の超伝導トン
ネル特性と集積コイルの高電流化が求められる。
ンネル接合（ＳＴＪ）は、それ自身の電極に入射したＸ
線による、トンネル効果を利用して励起電子を検出する
ことができるエネルギー分散型の検出器であり、半導体
では達成不可能なエネルギー分解能（5．9KeVで100eV以
下）を有することが特徴である。この検出器は、シリコ
ンなどのウエハー上に薄膜を形成し、これを従来の半導
体集積回路の作製プロセスに用いられている微細加工技
術を応用して作製される。そのため、素子は基板と異な
る材料で作製され、ミリメートル規模以下の小さな寸法
の素子を作製することが容易である特徴を持つ。本願発
明者らは、これまでに超伝導トンネル接合のジョセフソ
ン電流を接合直上に集積する新しい超伝導放射線検出器
（特開2000-150975）を提案している。この検出器は、
従来のものに比べて小型、外部磁場シールド、磁場の局
所化によるジョセフソン周辺回路との共存など検出器の
性能向上が計れるものである。この検出器の素子には、
特に、リーク電流が小さい極めて高い品質の超伝導トン
ネル特性と集積コイルの高電流化が求められる。
【０００３】まず、図４及び５を用いて、従来の超伝導
トンネル接合素子の代表的な作製プロセスを説明する。 （１）シリコンウエハー１上にエッチングストッパ（絶
縁薄膜）層２（酸化マグネシウムMgO又はアルミナAl203
等）を形成し、その上に下部超伝導電極３（ニオブNb）
/トンネルバリア４（アルミニウムAl/酸化アルミニウム
AlOx）/上部超伝導電極５（ニオブNb）の構造を持つト
ンネル接合をウエハー全面に真空を破ることなく形成す
る。エッチングストッパ（絶縁薄膜）層２はトンネル接
合層のドライエッチングに於けるシリコン基板１へのオ
ーバーエッチングを防ぎ、また、この素子を検出器とし
て使用するときにシリコン基板１で発生する放射線によ
るノイズを防ぐ役割も果たす。トンネル接合上にフォト
リソグラフィ技術を用いて下部電極パターンのフォトレ
ジスト像６を形成する。
トンネル接合素子の代表的な作製プロセスを説明する。 （１）シリコンウエハー１上にエッチングストッパ（絶
縁薄膜）層２（酸化マグネシウムMgO又はアルミナAl203
等）を形成し、その上に下部超伝導電極３（ニオブNb）
/トンネルバリア４（アルミニウムAl/酸化アルミニウム
AlOx）/上部超伝導電極５（ニオブNb）の構造を持つト
ンネル接合をウエハー全面に真空を破ることなく形成す
る。エッチングストッパ（絶縁薄膜）層２はトンネル接
合層のドライエッチングに於けるシリコン基板１へのオ
ーバーエッチングを防ぎ、また、この素子を検出器とし
て使用するときにシリコン基板１で発生する放射線によ
るノイズを防ぐ役割も果たす。トンネル接合上にフォト
リソグラフィ技術を用いて下部電極パターンのフォトレ
ジスト像６を形成する。
【０００４】（２）このフォトレジスト像６を用いてCF
4ガスによりドライエッチングを行い、トンネル接合全
体を微細加工する。通常、上部５および下部電極３は反
応性イオンエッチング（RIE）で、また、トンネルバリ
ア層４は低圧領域（数パスカル）の物理的エッチングで
加工する。 （３）続けて、接合パターンのフォトレジスト像７を形
成する。 （４）CF4ガスによるRIEで、上部電極５のみを除去す
る。 （５）上部と下部電極の絶縁を行うため、絶縁層８（二
酸化シリコンSiO2）をスパッタ法により全面に形成す
る。STJは熱（150℃）に弱いため、CVDなどの方法は使
うことが難しい。その上に、上部および下部電極からそ
れぞれ配線を引きだすために、絶縁層８にコンタクトホ
ール１０を作製して超伝導コンタクトを形成するための
フォトレジストパターン９を形成する。
4ガスによりドライエッチングを行い、トンネル接合全
体を微細加工する。通常、上部５および下部電極３は反
応性イオンエッチング（RIE）で、また、トンネルバリ
ア層４は低圧領域（数パスカル）の物理的エッチングで
加工する。 （３）続けて、接合パターンのフォトレジスト像７を形
成する。 （４）CF4ガスによるRIEで、上部電極５のみを除去す
る。 （５）上部と下部電極の絶縁を行うため、絶縁層８（二
酸化シリコンSiO2）をスパッタ法により全面に形成す
る。STJは熱（150℃）に弱いため、CVDなどの方法は使
うことが難しい。その上に、上部および下部電極からそ
れぞれ配線を引きだすために、絶縁層８にコンタクトホ
ール１０を作製して超伝導コンタクトを形成するための
フォトレジストパターン９を形成する。
【０００５】（６）CF4ガスによるRIEによりコンタクト
ホール１０を形成する。 （７）ニオブ配線層１１をウエハー全面にスパッタ法に
より形成する。 （８）配線層パターンのフォトレジスト像１２を形成す
る。 （９）RIEにより配線層の微細加工を行い素子が完成す
る。
ホール１０を形成する。 （７）ニオブ配線層１１をウエハー全面にスパッタ法に
より形成する。 （８）配線層パターンのフォトレジスト像１２を形成す
る。 （９）RIEにより配線層の微細加工を行い素子が完成す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の作製プロセスに
おいては下記の問題点があった。 １）図４（２）の工程のトンネルバリアの微細加工にお
いて、図３に示すような不具合があった。すなわち、上
部電極を除去する際に、図３（２）に示すように、その
被エッチング材料がトンネル接合およびフォトレジスト
の端面に付着して残渣２３となり、これが図３（６）に
しめす突起２４を形成する問題があった。この突起２４
は、この上に積層される配線層の断線を引き起こす大き
な原因となっていた。
おいては下記の問題点があった。 １）図４（２）の工程のトンネルバリアの微細加工にお
いて、図３に示すような不具合があった。すなわち、上
部電極を除去する際に、図３（２）に示すように、その
被エッチング材料がトンネル接合およびフォトレジスト
の端面に付着して残渣２３となり、これが図３（６）に
しめす突起２４を形成する問題があった。この突起２４
は、この上に積層される配線層の断線を引き起こす大き
な原因となっていた。
【０００７】２）図５（６）のコンタクトホールの形成
工程において、上部電極５は、絶縁層８と接触している
が、下部電極３は絶縁層８との間にトンネルバリア４が
存在する。このため、両コンタクトホールを同時に同じ
深さに形成することは困難であり、再現性良く作製する
ために別々の工程でホールの形成をすることもあった。
絶縁層８に対してコンタクトホール１０を形成すると
き、電極表面でぴったりとエッチングを止めることは、
エッチング速度や絶縁層の膜厚の空間的不均一性のため
不可能である。通常はオーバーエッチングにより少し電
極に食い込むところまでエッチングを進行させている。
このとき本工程においては、下部電極３上のトンネルバ
リア４は、CF4ガスのRIEにおいてはストッピング層とし
て働くが、上部電極においてはエッチングが進行するた
め、この部分のみ膜厚が薄くなり超伝導性の低下を引き
起こす可能性があった。
工程において、上部電極５は、絶縁層８と接触している
が、下部電極３は絶縁層８との間にトンネルバリア４が
存在する。このため、両コンタクトホールを同時に同じ
深さに形成することは困難であり、再現性良く作製する
ために別々の工程でホールの形成をすることもあった。
絶縁層８に対してコンタクトホール１０を形成すると
き、電極表面でぴったりとエッチングを止めることは、
エッチング速度や絶縁層の膜厚の空間的不均一性のため
不可能である。通常はオーバーエッチングにより少し電
極に食い込むところまでエッチングを進行させている。
このとき本工程においては、下部電極３上のトンネルバ
リア４は、CF4ガスのRIEにおいてはストッピング層とし
て働くが、上部電極においてはエッチングが進行するた
め、この部分のみ膜厚が薄くなり超伝導性の低下を引き
起こす可能性があった。
【０００８】３）本素子においては、積層型の構造をも
つことから、上部のレイヤーになればなるほど膜厚が大
きくなり、そのため、配線層などの微細加工が困難にな
る。微細加工を行うには、フォトレジストの厚みを薄く
する必要があるが、被加工膜の厚みが大きくなるとエッ
チング時間が大きくなりフォトレジストの膜減りが大き
くなるため、フォトレジストの膜厚を小さくできないと
いうドローバックがある。その結果、フォトレジストの
微細加工性が損なわれていく。これを解決する方法に各
レイヤーを形成するたびに平坦化工程を行って、上部の
膜厚を厚くしないで素子を形成する方法があるが、プロ
セスを複雑にして信頼性を失わせる可能性がある。
つことから、上部のレイヤーになればなるほど膜厚が大
きくなり、そのため、配線層などの微細加工が困難にな
る。微細加工を行うには、フォトレジストの厚みを薄く
する必要があるが、被加工膜の厚みが大きくなるとエッ
チング時間が大きくなりフォトレジストの膜減りが大き
くなるため、フォトレジストの膜厚を小さくできないと
いうドローバックがある。その結果、フォトレジストの
微細加工性が損なわれていく。これを解決する方法に各
レイヤーを形成するたびに平坦化工程を行って、上部の
膜厚を厚くしないで素子を形成する方法があるが、プロ
セスを複雑にして信頼性を失わせる可能性がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による超伝導放射
線検出器の作製プロセスにおいては、極めて薄いアルミ
ニウム薄膜をフォトレジストの下に形成しこれをフォト
レジスト現像液でエッチングすることでフォトレジスト
の厚みを薄くし、微細加工性を向上させるとともに、コ
ンタクトホールの穴開けにおけるドライエッチングスト
ッパーとして用いることで安定した穴開けを実現し、接
合形成工程から物理的エッチング工程を排除することで
段差部分の突起を形成させないことにより上部の配線の
電流値の向上を計ることができる。また、アルミニウム
層がニオブ超伝導体の酸化保護層となって素子の安定性
が増子とが期待される。保護層に関しては従来の作製プ
ロセスの中ではニオブ膜を形成した後にその表面を窒素
プラズマで処理する方法（特公平 3- 8119参照）で行っ
てきたが本発明によりこの工程を排除することができ
る。
線検出器の作製プロセスにおいては、極めて薄いアルミ
ニウム薄膜をフォトレジストの下に形成しこれをフォト
レジスト現像液でエッチングすることでフォトレジスト
の厚みを薄くし、微細加工性を向上させるとともに、コ
ンタクトホールの穴開けにおけるドライエッチングスト
ッパーとして用いることで安定した穴開けを実現し、接
合形成工程から物理的エッチング工程を排除することで
段差部分の突起を形成させないことにより上部の配線の
電流値の向上を計ることができる。また、アルミニウム
層がニオブ超伝導体の酸化保護層となって素子の安定性
が増子とが期待される。保護層に関しては従来の作製プ
ロセスの中ではニオブ膜を形成した後にその表面を窒素
プラズマで処理する方法（特公平 3- 8119参照）で行っ
てきたが本発明によりこの工程を排除することができ
る。
【００１０】
【実施例】図１および２に本発明の作製プロセスを示
す。 （１）従来法と同様にシリコンウエハー１上にエッチン
グストッパ（絶縁薄膜）層２（酸化マグネシウムMgOや
アルミナAl203）を形成し、その上に下部超伝導電極３
（ニオブNb）/トンネルバリア４（アルミニウムAl/酸化
アルミニウムAlOx）/上部超伝導電極５（ニオブNb）の
構造を持つトンネル接合をウエハー全面に真空を破るこ
となく形成する。その後、上部電極５上に連続的に10nm
程度の極めて薄いアルミニウム薄膜２０をトンネルバリ
ア形成と同様にスパッタ法により形成する。
す。 （１）従来法と同様にシリコンウエハー１上にエッチン
グストッパ（絶縁薄膜）層２（酸化マグネシウムMgOや
アルミナAl203）を形成し、その上に下部超伝導電極３
（ニオブNb）/トンネルバリア４（アルミニウムAl/酸化
アルミニウムAlOx）/上部超伝導電極５（ニオブNb）の
構造を持つトンネル接合をウエハー全面に真空を破るこ
となく形成する。その後、上部電極５上に連続的に10nm
程度の極めて薄いアルミニウム薄膜２０をトンネルバリ
ア形成と同様にスパッタ法により形成する。
【００１１】（２）接合部分のAZ系フォトレジスト像６
を形成する。このとき、フォトレジストの現像時間をフ
ォトレジストの現像される時間よりわずかに長くする
（1分の現像時間に対して数秒から10秒程度）。アルミ
ニウムは酸、アルカリどちらにも溶解するので、この場
合はアルカリ性の現像液によりエッチングされる。その
結果（１）で形成したアルミニウム膜２０はフォトレジ
スト直下のみに残る。
を形成する。このとき、フォトレジストの現像時間をフ
ォトレジストの現像される時間よりわずかに長くする
（1分の現像時間に対して数秒から10秒程度）。アルミ
ニウムは酸、アルカリどちらにも溶解するので、この場
合はアルカリ性の現像液によりエッチングされる。その
結果（１）で形成したアルミニウム膜２０はフォトレジ
スト直下のみに残る。
【００１２】（３）このフォトレジスト像を用いてCF4
ガスによりドライエッチングを行い、トンネル接合パタ
ーン以外の上部電極のみを除去する。このとき、20Pa程
度のCF 4ガスによるドライエッチングにおいてはトンネ
ルバリア４のアルミニウム層がエッチングストッパーに
なるため、確実に上部電極５のみを除去できる。また、
フォトレジスト直下のアルミニウム膜はフォトレジスト
がエッチングによって無くなってしまっても、エッチン
グされないため、接合パターンのマスクになる。そのた
めフォトレジストの膜厚を薄くすることが可能になり精
密な微細加工が可能となる。
ガスによりドライエッチングを行い、トンネル接合パタ
ーン以外の上部電極のみを除去する。このとき、20Pa程
度のCF 4ガスによるドライエッチングにおいてはトンネ
ルバリア４のアルミニウム層がエッチングストッパーに
なるため、確実に上部電極５のみを除去できる。また、
フォトレジスト直下のアルミニウム膜はフォトレジスト
がエッチングによって無くなってしまっても、エッチン
グされないため、接合パターンのマスクになる。そのた
めフォトレジストの膜厚を薄くすることが可能になり精
密な微細加工が可能となる。
【００１３】（４）続けて、下部電極パターンのフォト
レジスト７を形成する。このとき、下部電極表面に残っ
ているトンネルバリアのパターン以外の部分は（２）と
同様の条件により現像液により除去できる。 （５）そのため、下部電極の加工においては、下部電極
のみのドライエッチングを行うだけでよくなる。このと
きには基板上に形成されたエッチングストッパ（絶縁薄
膜）層により下部電極の厚み部分のみがエッチングされ
る。この結果、上部電極５と下部電極３の段差部分はそ
れぞれの膜の形成時の膜厚になり、スムーズなエッジが
形成される。
レジスト７を形成する。このとき、下部電極表面に残っ
ているトンネルバリアのパターン以外の部分は（２）と
同様の条件により現像液により除去できる。 （５）そのため、下部電極の加工においては、下部電極
のみのドライエッチングを行うだけでよくなる。このと
きには基板上に形成されたエッチングストッパ（絶縁薄
膜）層により下部電極の厚み部分のみがエッチングされ
る。この結果、上部電極５と下部電極３の段差部分はそ
れぞれの膜の形成時の膜厚になり、スムーズなエッジが
形成される。
【００１４】（６）絶縁層を従来法と同様に形成する。
このとき、段差が従来法に比べてスムーズになってい
る。 （７）上部電極５と下部電極３それぞれのコンタクトホ
ール１０をコンタクトホールフォトレジスト像９を用い
て形成する。このとき、上部電極界面にはアルミニウム
薄膜２０が、また、下部電極３界面にはトンネルバリア
４のアルミニウム薄膜がそれぞれあるため、これらがエ
ッチングストッパーとなってコンタクトホール１０の深
さは絶縁層９の厚みのみになり、同一のエッチングによ
って異なる電極に対して同じ深さのコンタクトホールが
形成される。
このとき、段差が従来法に比べてスムーズになってい
る。 （７）上部電極５と下部電極３それぞれのコンタクトホ
ール１０をコンタクトホールフォトレジスト像９を用い
て形成する。このとき、上部電極界面にはアルミニウム
薄膜２０が、また、下部電極３界面にはトンネルバリア
４のアルミニウム薄膜がそれぞれあるため、これらがエ
ッチングストッパーとなってコンタクトホール１０の深
さは絶縁層９の厚みのみになり、同一のエッチングによ
って異なる電極に対して同じ深さのコンタクトホールが
形成される。
【００１５】（８）コンタクトホール１０を形成した
後、ウエハー全面に配線層となるニオブ薄膜１１を形成
し、その上に10nm程度のアルミニウム薄膜２２を連続的
に形成する。ニオブを形成する前にアルゴンガスなどの
不活性ガスによるプラズマクリーニングを行うことによ
りコンタクトホール内のアルミニウム薄膜をエッチング
することができる。これにより配線層と各電極の超伝導
コンタクトが形成される。また、もし4.2Kの温度では超
伝導ではないアルミニウム薄膜が数nm程度残ったとして
もニオブ金属の近接効果により十分な超伝導コンタクト
として働く。
後、ウエハー全面に配線層となるニオブ薄膜１１を形成
し、その上に10nm程度のアルミニウム薄膜２２を連続的
に形成する。ニオブを形成する前にアルゴンガスなどの
不活性ガスによるプラズマクリーニングを行うことによ
りコンタクトホール内のアルミニウム薄膜をエッチング
することができる。これにより配線層と各電極の超伝導
コンタクトが形成される。また、もし4.2Kの温度では超
伝導ではないアルミニウム薄膜が数nm程度残ったとして
もニオブ金属の近接効果により十分な超伝導コンタクト
として働く。
【００１６】（９）このうえに配線層のフォトレジスト
像１２を形成すると、（２）と同様の原理に基づいて配
線パターン以外のアルミニウム薄膜２２は除去される。
配線層は、トンネル接合の段差部分の上に形成されるた
め少なくともこの段差の1.5倍から2倍の厚みにする必要
がある。また、上記特開2000-150975号公報に記載の素
子においては、配線パターンは、微細化するほど均一な
磁場を接合に供給でき、かつ大きな電流を流すことが要
求されていた事から、できるだけ厚い配線層をミクロン
単位で微細加工する必要があった。しかしながら、従来
法では厚い薄膜をエッチングするのにフォトレジストも
またエッチングされるため厚膜のフォトレジストを必要
とし、そのため微細加工精度をあげることが困難であっ
た。アルミニウムがフォトレジストの直下にあること
で、フォトレジストが膜べりを起こしてフォトレジスト
パターンが縮小しても、実際のパターンの寸法は、変化
が小さくなる。これにより、配線パターンの高精度化が
達成される。
像１２を形成すると、（２）と同様の原理に基づいて配
線パターン以外のアルミニウム薄膜２２は除去される。
配線層は、トンネル接合の段差部分の上に形成されるた
め少なくともこの段差の1.5倍から2倍の厚みにする必要
がある。また、上記特開2000-150975号公報に記載の素
子においては、配線パターンは、微細化するほど均一な
磁場を接合に供給でき、かつ大きな電流を流すことが要
求されていた事から、できるだけ厚い配線層をミクロン
単位で微細加工する必要があった。しかしながら、従来
法では厚い薄膜をエッチングするのにフォトレジストも
またエッチングされるため厚膜のフォトレジストを必要
とし、そのため微細加工精度をあげることが困難であっ
た。アルミニウムがフォトレジストの直下にあること
で、フォトレジストが膜べりを起こしてフォトレジスト
パターンが縮小しても、実際のパターンの寸法は、変化
が小さくなる。これにより、配線パターンの高精度化が
達成される。
【００１７】（１０）完成した検出素子に於ては配線ニ
オブ層１１の表面にアルミニウム層２２が残っている。
ニオブ金属は空気中の酸素と化合しないので、容易に薄
膜中を酸素が透過して接合電極の超伝導性を低下させた
り、ジョセフソン特性を変化させることが知られてい
る。そのため、従来は、ニオブ表面を窒素プラズマ処理
を行って酸素に対する保護膜を形成していたが、本発明
ではアルミニウム層がこの役割を担っている。
オブ層１１の表面にアルミニウム層２２が残っている。
ニオブ金属は空気中の酸素と化合しないので、容易に薄
膜中を酸素が透過して接合電極の超伝導性を低下させた
り、ジョセフソン特性を変化させることが知られてい
る。そのため、従来は、ニオブ表面を窒素プラズマ処理
を行って酸素に対する保護膜を形成していたが、本発明
ではアルミニウム層がこの役割を担っている。
【００１８】なお、本発明のプロセスにおいて電極パタ
ーンを接合パターンより先に形成するときのプロセスを
図６に示す。
ーンを接合パターンより先に形成するときのプロセスを
図６に示す。
【００１９】
【発明の効果】本発明による超伝導放射線検出器の作製
プロセスにおいては、極めて薄いアルミニウム薄膜をフ
ォトレジストの下に形成しこれをフォトレジスト現像液
でエッチングすることでフォトレジストの厚みを薄く
し、微細加工性を向上させるとともに、コンタクトホー
ルの穴開けにおけるドライエッチングストッパーとして
用いることで安定した穴開けを実現し、接合形成工程か
ら物理的エッチング工程を排除することで段差部分に突
起が生じるのを防ぐことができた。このことを確認する
ために、本プロセスで作製した超伝導検出器と従来のプ
ロセスで作製した検出器の集積コイル部分を走査型電子
顕微鏡により観察したところ、本願発明のプロセスによ
り作製した検出器は、従来のプロセスにより作製した検
出器に比べて、段差部分が大幅に改善されていることが
判明した。段差部分の突起がなければ、上部の配線の電
流値の向上を計ることができる。また、アルミニウム層
がニオブ超伝導体の酸化保護層となって素子の安定性が
増すことが期待される。保護層に関しては従来の作製プ
ロセスの中ではニオブ膜を形成した後にその表面を窒素
プラズマで処理する方法（特公平 3- 8119号公報参照）
により行ってきたが本発明によりこの工程を排除するこ
とができる。
プロセスにおいては、極めて薄いアルミニウム薄膜をフ
ォトレジストの下に形成しこれをフォトレジスト現像液
でエッチングすることでフォトレジストの厚みを薄く
し、微細加工性を向上させるとともに、コンタクトホー
ルの穴開けにおけるドライエッチングストッパーとして
用いることで安定した穴開けを実現し、接合形成工程か
ら物理的エッチング工程を排除することで段差部分に突
起が生じるのを防ぐことができた。このことを確認する
ために、本プロセスで作製した超伝導検出器と従来のプ
ロセスで作製した検出器の集積コイル部分を走査型電子
顕微鏡により観察したところ、本願発明のプロセスによ
り作製した検出器は、従来のプロセスにより作製した検
出器に比べて、段差部分が大幅に改善されていることが
判明した。段差部分の突起がなければ、上部の配線の電
流値の向上を計ることができる。また、アルミニウム層
がニオブ超伝導体の酸化保護層となって素子の安定性が
増すことが期待される。保護層に関しては従来の作製プ
ロセスの中ではニオブ膜を形成した後にその表面を窒素
プラズマで処理する方法（特公平 3- 8119号公報参照）
により行ってきたが本発明によりこの工程を排除するこ
とができる。
【図１】 本発明の作製プロセス（１）〜（５）
【図２】 本発明の作製プロセス（６）〜（１０）
【図３】 従来法による接合端の突起生成プロセス
【図４】 従来の超伝導検出器の作製プロセス（１）〜
（５）
（５）
【図５】 従来の超伝導検出器の作製プロセス（６）〜
（９）
（９）
【図６】 本発明のプロセスにおいて電極パターンを接
合パターンより先に形成するときのプロセス
合パターンより先に形成するときのプロセス
１……基板
２……エッチングストッパ（絶縁薄膜）
３……下部電極
４……トンネルバリア
５……上部電極
６……フォトレジスト
７……フォトレジスト
８……絶縁膜
９……フォトレジスト
１０……コンタクトホール
１１……配線層
１２……フォトレジスト
２０……アルミニウム
２２……アルミニウム
２３……残渣
２４……突起
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 菊地 克弥
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
(72)発明者 田井野 徹
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
(72)発明者 南目 雅基
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人産業技術総合研究所つくばセンター内
(72)発明者 高田 進
埼玉県さいたま市下大久保255 埼玉大学
工学部内
(72)発明者 明連 広昭
埼玉県さいたま市下大久保255 埼玉大学
工学部内
(72)発明者 飯塚 武志
埼玉県さいたま市下大久保255 埼玉大学
工学部内
Ｆターム(参考） 2G088 FF03 FF15 GG22 JJ31 JJ33
JJ37
4M113 AA04 AA14 AA25 AC24 AD36
AD62 AD67 AD68 BA04 BC04
BC05 BC06 CA13
5F088 AA20 LA07
Claims (10)
- 【請求項１】 絶縁薄膜が形成された基板上に、下部電
極、トンネルバリア及び上部電極を積層して作製する超
伝導放射線検出器において、該上部電極の上にエッチン
グストッパを積層することにより、該上部及び下部電極
上に設けた絶縁膜に対して、エッチングにより該上部及
び下部電極に至るコンタクトホールを穿つ際に、両コン
タクトホールが均等に形成されるようしたことを特徴と
した超伝導放射線検出器。 - 【請求項２】 絶縁薄膜が形成された基板上に、下部電
極、トンネルバリア及び上部電極を積層して形成する超
伝導放射線検出器において、該上部電極上並びに該上部
電極及びトンネルバリアが一部除去された下部電極上に
絶縁膜が積層され、該絶縁膜の上に配線層が積層され、
さらに該配線層の上に酸化防止膜が形成されていること
を特徴とする超伝導放射線検出器。 - 【請求項３】 上記絶縁薄膜は、基板からのフォノンを
防ぐと共にエッチングストッパの機能を有する薄膜であ
ることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の
超伝導放射線検出器。 - 【請求項４】 上記絶縁薄膜は、アルミナ又はマグネシ
アであることを特徴とする請求項３記載の超伝導放射線
検出器。 - 【請求項５】 上記絶縁薄膜と上記トンネルバリアは、
上記エッチングに対して同程度の耐食性を有しているこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の超伝
導放射線検出器。 - 【請求項６】 上記エッチングは、４弗化炭素によりド
ライエッチングされたものであることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれかに記載の超伝導放射線検出器。 - 【請求項７】 上記絶縁薄膜の材料は、アルミナ又はマ
グネシアであり、上記トンネルバリアの材料は、アルミ
ニウム及びその表面を酸化膜で覆われたものであること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の超伝導
放射線検出器。 - 【請求項８】 上記酸化防止膜は、アルミニウム又はそ
の合金であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
かに記載の超伝導放射線検出器。 - 【請求項９】 上記上部電極及び上記下部電極は、ニオ
ブであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに
記載の超伝導放射線検出器。 - 【請求項１０】 絶縁薄膜が形成された基板上に、下部
電極、トンネルバリア及び上部電極を積層して形成する
超伝導放射線検出器の作製方法において、該上部電極の
上にエッチングストッパを積層することにより、該上部
及び下部電極上に設けた絶縁膜に対して、エッチングに
より該上部及び下部電極に至るコンタクトホールを穿つ
際に、両コンタクトホールが均等に形成されるようした
ことを特徴とした超伝導放射線検出器の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002013449A JP2003218413A (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 超伝導放射線検出器およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002013449A JP2003218413A (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 超伝導放射線検出器およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218413A true JP2003218413A (ja) | 2003-07-31 |
Family
ID=27650402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002013449A Pending JP2003218413A (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 超伝導放射線検出器およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003218413A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013026250A (ja) * | 2011-07-15 | 2013-02-04 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電薄膜素子の製造方法 |
| KR20150067808A (ko) * | 2013-12-09 | 2015-06-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | 엑스레이 검출기의 어레이 기판 및 그의 제조 방법 |
| WO2023199419A1 (ja) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | 富士通株式会社 | ジョセフソン接合素子、量子デバイス及びジョセフソン接合素子の製造方法 |
-
2002
- 2002-01-22 JP JP2002013449A patent/JP2003218413A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013026250A (ja) * | 2011-07-15 | 2013-02-04 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電薄膜素子の製造方法 |
| KR20150067808A (ko) * | 2013-12-09 | 2015-06-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | 엑스레이 검출기의 어레이 기판 및 그의 제조 방법 |
| KR102256455B1 (ko) * | 2013-12-09 | 2021-05-26 | 엘지디스플레이 주식회사 | 엑스레이 검출기의 어레이 기판 및 그의 제조 방법 |
| WO2023199419A1 (ja) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | 富士通株式会社 | ジョセフソン接合素子、量子デバイス及びジョセフソン接合素子の製造方法 |
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