JP2680046B2 - Superconducting transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Superconducting transistor and manufacturing method thereof

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JP2680046B2
JP2680046B2 JP63162511A JP16251188A JP2680046B2 JP 2680046 B2 JP2680046 B2 JP 2680046B2 JP 63162511 A JP63162511 A JP 63162511A JP 16251188 A JP16251188 A JP 16251188A JP 2680046 B2 JP2680046 B2 JP 2680046B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導体と半導体とを合わせて用いた超電導
トランジスタに係り、特に電界効果によって超電導電流
を制御する超電導トランジスタに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting transistor in which a superconductor and a semiconductor are used in combination, and more particularly to a superconducting transistor that controls a superconducting current by the electric field effect.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、電界効果型の超電導トランジスタに関しては、
クラーク(Clark)によってジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス,51巻,1980年,2736頁(Journal of
Applied Physics,Vol.51,pp.2736,1980)において論じ
られている。また類似の構造を有するデバイスとして
は、特開昭60−142580号公報に開示されている。このデ
バイスの断面構造図を第7図(c)に示す。半導体基板
1上に0.1μm程度に近接し対向した2つの超電導電極
6に流れる電流を、これらの電極間に設置した制御電極
14に印加する電圧で変化させている。制御電極14は0.1
μmの狭い間隔に設置されているため、このデバイスを
製造するに際し、制御電極を加工するために形成したホ
トレジストを、ソース・ドレイン電極を形成するための
マスクとして利用するという自己整合技術を用いてい
る。製造方法を第7図(a)〜(c)に示す。第7図
(a)に示すように不純物導入部8を含む半導体基板1
上に制御電極となる超電導体14を成膜し、その上に長さ
約0.1μmのレジストパターン10を形成する。このレジ
ストパターン10をマスクとして下層の膜をプラズマエッ
チングする。この際、フォトレジストステンシルを形成
するために、アンダーカットを生じる等方性エッチング
を行っている。これは、ソース・ドレイン電極と制御電
極が接触しないためである(第7図(b))。このよう
にレジストをひさしとする構造を形成した後に超電導電
極を方向性を持たないように付着して、第7図(c)に
示したデバイスを製造している。
Conventionally, regarding the field effect type superconducting transistor,
By Clark, Journal of Applied Physics, 51, 1980, 2736 (Journal of
Applied Physics, Vol. 51, pp. 2736, 1980). A device having a similar structure is disclosed in JP-A-60-142580. A cross-sectional structural view of this device is shown in FIG. 7 (c). A control electrode installed between two electrodes of the two superconducting conductive electrodes 6 which are close to each other and face each other on the semiconductor substrate 1 by about 0.1 μm.
It is changed by the voltage applied to 14. Control electrode 14 is 0.1
Since the devices are installed at a narrow interval of μm, the photoresist formed for processing the control electrode is used as a mask for forming the source / drain electrodes when manufacturing this device. There is. The manufacturing method is shown in FIGS. A semiconductor substrate 1 including an impurity introducing portion 8 as shown in FIG.
A superconductor 14 which will serve as a control electrode is formed thereon, and a resist pattern 10 having a length of about 0.1 μm is formed thereon. The lower film is plasma-etched using this resist pattern 10 as a mask. At this time, in order to form a photoresist stencil, isotropic etching that causes undercut is performed. This is because the source / drain electrodes and the control electrode do not come into contact with each other (Fig. 7 (b)). After forming the structure with the resist as an eave, the superconducting conductive electrode is attached so as to have no directivity to manufacture the device shown in FIG. 7 (c).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記クラークの従来技術においては、0.1μm以下に
近接したソース・ドレイン電極間に制御電極を設置する
点について配慮がなされておらず、制御電極の微細化に
伴う電界効果型の超電導トランジスタの特性のばらつき
によって回路が誤動作しやすく、動作が不安定になるこ
とがあった。
In Clark's prior art, no consideration has been given to installing a control electrode between the source and drain electrodes that are close to each other by 0.1 μm or less, and the characteristics of the field-effect superconducting transistor due to the miniaturization of the control electrode are not considered. The circuit may easily malfunction due to the variation, and the operation may become unstable.

特開昭60−142580号公報に開示されているデバイス
は、ひさし構造をもつホトレジストのマスクを通しての
超電導電極の蒸着を行うことでソース,制御,ドレイン
電極の分離を行なう。このとき、マスクの長さが超電導
電極相互の距離を決めている。この中で示されている等
方性のプラズマエッチングによりフォトレジストをひさ
しとする構造を形成する手法は、制御性に乏しく制御電
極を数nmの精度で再現性よく後退させるのは、技術的に
困難であった。また超電導電極の蒸着時にウエハと蒸着
源の角度が90度よりも2〜3度程度ずれたことにより、
超電導電極間の距離が変化し、制御電極とソース,ドレ
イン電極の電気的絶縁が充分でなくなるなど、デバイス
特性の再現性が乏しいという問題があった。すなわち第
9図(a)に示したように左方向に角度を持って蒸着さ
れた場合、制御電極14の左側壁で超電導電極6と制御電
極14が接触してしまう。特にスパッタ方法で成膜した場
合には、制御電極の側壁にまわり込んで付着する確率は
一層高くなる。これは第9図(b)に示したように、ひ
さしとなるレジスト10の裏側にも超電導材料が付着した
り、制御電極の側壁に付着したりする。また、蒸着法,
スパッタ法で成膜する際に、一度付着したものが反射し
て再付着する可能性があり、このために反射した超電導
体が制御電極の側壁に再付着され、第9図(b)と同様
の問題が起る。
The device disclosed in JP-A-60-142580 separates the source, control and drain electrodes by depositing a superconducting conductive electrode through a photoresist mask having an eaves structure. At this time, the length of the mask determines the distance between the superconducting electrodes. The method of forming a structure using a photoresist as an visor by isotropic plasma etching shown in this paper has poor controllability and it is technically necessary to retreat the control electrode with an accuracy of several nm with good reproducibility. It was difficult. In addition, when the superconducting electrode is vapor-deposited, the angle between the wafer and the vapor deposition source deviates by 2 to 3 degrees from 90 degrees,
There is a problem that the reproducibility of the device characteristics is poor, such as the distance between the superconducting electrodes changes and the electrical insulation between the control electrode and the source / drain electrodes becomes insufficient. That is, as shown in FIG. 9A, when vapor deposition is performed at an angle in the left direction, the superconducting electroconductive electrode 6 and the control electrode 14 come into contact with each other on the left side wall of the control electrode 14. In particular, when the film is formed by the sputtering method, the probability that it will go around and adhere to the side wall of the control electrode becomes higher. As shown in FIG. 9 (b), this is because the superconducting material adheres to the back side of the resist 10 that serves as an eaves, or adheres to the side wall of the control electrode. Also, the vapor deposition method,
When a film is formed by the sputtering method, what has once adhered may be reflected and redeposited. Therefore, the reflected superconductor is redeposited on the side wall of the control electrode, similar to FIG. 9 (b). Problem arises.

また、超電導電極の膜厚は、リフトオフを行うために
制御電極の厚さより小さくなければならない。良好な超
電導特性を有する超電導電極を得るのには、その厚さは
0.1μm以上を必要とする。したがって制御電極のアス
ペクト比(制御電極の高さ/長さ)は1より大きくな
り、微細加工が難しいという問題があった。
Also, the film thickness of the superconducting electrode must be smaller than the thickness of the control electrode in order to perform lift-off. In order to obtain a superconducting electrode with good superconducting properties, its thickness is
0.1 μm or more is required. Therefore, the aspect ratio of the control electrode (height / length of the control electrode) becomes larger than 1, and there is a problem that fine processing is difficult.

ひさしの大きさを大きくする、つまり制御電極の長さ
とフォトレジストの長さとの差を大きくしていくと再付
着の問題は低減するが、不純物導入部と制御電極との距
離が大きくなり、デバイスの利得が低下するなどの特性
の劣化が生じる。
Increasing the size of the eaves, that is, increasing the difference between the control electrode length and the photoresist length reduces the problem of redeposition, but increases the distance between the impurity introduction part and the control electrode, and Deterioration of characteristics such as a decrease in the gain of.

本発明の目的は、従来技術のもっている問題点を解決
して、制御電極の微細化が可能で、特性のばらつきの低
減,回路動作の安定を実現することのできる超電導トラ
ンジスタの構造と製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, to miniaturize the control electrode, to reduce variations in characteristics, and to stabilize circuit operation, and a superconducting transistor structure and manufacturing method. To provide.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、半導体基板と、半導体基板表面に形成さ
れた不純物導入部と、半導体基板上に対向するように設
けられた第一の超電導電極及び第二の超電導電極と、半
導体基板上に第一の超電導電極及び第二の超電導電極と
の間に設けられた制御電極とを有する超電導トランジス
タにおいて、制御電極と半導体基板との間に設けられ、
半導体基板を酸化して形成した第一の絶縁膜と、制御電
極と第一の超電導電極との間及び制御電極と第二の超電
導電極との間にそれぞれ設けられた第二の絶縁膜とを有
し、第二の絶縁膜を構成する物質の誘電率は第一の絶縁
膜を構成する物質の誘電率よりも大きいことを特徴とす
ることによって達成される。
The above-described object is to provide a semiconductor substrate, an impurity introducing portion formed on the surface of the semiconductor substrate, a first superconducting electrode and a second superconducting electrode provided so as to face each other on the semiconductor substrate, and a first superconducting electrode on the semiconductor substrate. In a superconducting transistor having a control electrode provided between the superconducting electrode and the second superconducting electrode, a superconducting transistor is provided between the control electrode and the semiconductor substrate,
A first insulating film formed by oxidizing the semiconductor substrate, and a second insulating film provided between the control electrode and the first superconducting electrode and between the control electrode and the second superconducting electrode, respectively. And the dielectric constant of the substance forming the second insulating film is larger than that of the substance forming the first insulating film.

〔作用〕[Action]

超電導体を用いた電界効果型トランジスタにおいて
は、超電導電流を制御するために超電導体からなるソー
ス・ドレインの電極間の距離を0.2μm以下に構成する
必要がある。これは超電導体から半導体に電子対がしみ
出す範囲(半導体中のコヒーレンス長)の10倍以下の距
離に相当する。そこで、ゲート長を微細な寸法に形成し
たゲート電極に隣接させて、ソース・ドレインそれぞれ
の電極を設置しなければならない。
In a field effect transistor using a superconductor, the distance between the source and drain electrodes made of the superconductor must be 0.2 μm or less in order to control the superconducting current. This corresponds to a distance less than 10 times the range (coherence length in the semiconductor) where the electron pair seeps from the superconductor to the semiconductor. Therefore, each of the source and drain electrodes must be placed adjacent to the gate electrode having a fine gate length.

ゲート電極を先に作製してその側壁を窒化シリコンで
覆うと、5nm程度の膜厚の窒化シリコンを用いても完全
に絶縁することができる。また、その後の不純物導入の
ためのイオン打込みや、活性化のための熱処理によって
劣化することがない。この場合には、超電導電極をゲー
ト電極側壁の絶縁膜に接して設けることができるので、
超電導電極とゲート電極との電気的な絶縁を良好な状態
に保ったまま、超電導電極相互の距離を一定の値に形成
することができ、この値は超電導電極の形成条件によっ
て左右されることが少ない。従ってデバイス特性の再現
性を向上させることができる。
If the gate electrode is first formed and the side wall thereof is covered with silicon nitride, it can be completely insulated even if silicon nitride having a film thickness of about 5 nm is used. Further, it is not deteriorated by subsequent ion implantation for introducing impurities and heat treatment for activation. In this case, since the superconducting electrode can be provided in contact with the insulating film on the side wall of the gate electrode,
The distance between the superconducting electrodes can be set to a constant value while maintaining a good electrical insulation between the superconducting electrode and the gate electrode, and this value may depend on the formation conditions of the superconducting electrode. Few. Therefore, the reproducibility of device characteristics can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の第1の実施例を第1図により説明す
る。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

基板1に素子間分離のための絶縁膜2を設けられてお
り、基板上にソース・ドレイン電極となる2つの超電導
電極6が対向して設置されている。この2つの電極間の
距離は超電導近接効果が起る範囲である半導体中のコヒ
ーレンス長の10倍以下に選ばれる。これ以上に距離が大
きくなると超電導体から半導体中にしみ出す電子対の電
子波の結合がおこらなくなり、超電導電流は流れないの
で、デバイスとして動作しない。この間に、上記2つの
ソース・ドレイン電極間に半導体を介して流れる超電導
電流を変化させるためにゲート酸化膜3を介して多結晶
シリコンからなる制御電極4が設置されている。制御電
極4の上部には、加工時にマスクとなる窒化シリコン5
が、側壁にはソースと制御電極4、ドレインと制御電極
4の間を電気的に絶縁するための窒化シリコン7が被覆
されている。側壁の絶縁膜厚は薄いほどよい。これはデ
バイスのゲート長は制御電極長と側壁両側の絶縁膜の厚
さを加えたものに相当するからである。ソース・ドレイ
ン電極6の下部の半導体基板1中に、低温においても凍
結をおこさない程度のキャリアを含む不純物導入部8が
設けられている。
An insulating film 2 for separating elements is provided on a substrate 1, and two superconducting electrodes 6 serving as source / drain electrodes are provided on the substrate so as to face each other. The distance between these two electrodes is selected to be less than 10 times the coherence length in the semiconductor, which is the range where the superconducting proximity effect occurs. When the distance becomes larger than this, the electron waves of the electron pairs that exude into the semiconductor from the superconductor do not occur, and the superconducting current does not flow, so that the device does not operate. In the meantime, a control electrode 4 made of polycrystalline silicon is provided via the gate oxide film 3 in order to change the superconducting current flowing through the semiconductor between the two source / drain electrodes. Above the control electrode 4, a silicon nitride 5 serving as a mask during processing is formed.
However, the side walls are covered with silicon nitride 7 for electrically insulating the source from the control electrode 4 and the drain from the control electrode 4. The thinner the insulating film on the side wall, the better. This is because the gate length of the device corresponds to the sum of the control electrode length and the thickness of the insulating film on both side walls. In the semiconductor substrate 1 below the source / drain electrodes 6, an impurity introducing portion 8 containing carriers that does not freeze even at low temperatures is provided.

制御電極4に電圧を印加してこのキャリアを蓄積する
ことにより超電導体から半導体に電子対がしみ出す範囲
が広がり、ソース・ドレイン電極に流れる超電導電流が
増加する。
By applying a voltage to the control electrode 4 and accumulating the carriers, the range in which the electron pair seeps from the superconductor to the semiconductor is widened, and the superconducting current flowing to the source / drain electrodes is increased.

次に第3図に従いこのデバイスの製造方法を説明す
る。不純物としてホウ素を1×1016cm-3の濃度に含んだ
(100)方位のSi単結晶基板1の表面を、約1000℃の酸
素中で酸化して厚さ約200nmのSiO2よりなる絶縁膜2を
形成する。続いてホトレジストのパターンをマスクとし
て化学エッチング法により絶縁膜2を加工する(第3図
(a))。約950℃の酸素中における熱酸化によって厚
さ約10nmのSiO2より成るゲート酸化膜3を形成し、引き
続いて化学的気相成長法(CVD法)により多結晶シリコ
ン4を約100nmの厚さに堆積させこれに高濃度のリンを
拡散したのち、次に窒化シリコン5を約50nmの厚さに堆
積させる(第3図(b))。続いてネガ型の電子線レジ
ストのパターンを電子線描画法によって形成し、これを
マスクとしてCH2F2ガスによる反応性イオンエッチング
法によって窒化シリコン5をCCl4ガスにより多結晶シリ
コン4とを加工する。(第3図(c))。
Next, a method of manufacturing this device will be described with reference to FIG. Insulation made of SiO 2 with a thickness of about 200 nm by oxidizing the surface of a (100) -oriented Si single crystal substrate 1 containing boron as an impurity in a concentration of 1 × 10 16 cm -3 in oxygen at about 1000 ° C. The film 2 is formed. Then, the insulating film 2 is processed by a chemical etching method using the photoresist pattern as a mask (FIG. 3A). A gate oxide film 3 made of SiO 2 and having a thickness of about 10 nm is formed by thermal oxidation in oxygen at about 950 ° C., and then polycrystalline silicon 4 is formed to a thickness of about 100 nm by chemical vapor deposition (CVD method). And then a high concentration of phosphorus is diffused therein, and then silicon nitride 5 is deposited to a thickness of about 50 nm (FIG. 3 (b)). Then, a negative type electron beam resist pattern is formed by an electron beam drawing method, and using this as a mask, the silicon nitride 5 and the polycrystalline silicon 4 are processed by CCl 4 gas by the reactive ion etching method by CH 2 F 2 gas. To do. (FIG. 3 (c)).

次に化学的気相成長法(CVD法)により、窒化シリコ
ン膜7を厚さ5nm堆積した後に、基板表面上に堆積した
窒化シリコン膜を除去するためにCH2F2ガスによる反応
性イオンエッチング法によってエッチングする。続いて
基板表面に残っているSiO2膜をHFを用いた化学エッチン
グ法により除去し、清浄なSi基板の表面を露出させる
(第3図(d))。
Next, a silicon nitride film 7 is deposited to a thickness of 5 nm by chemical vapor deposition (CVD method), and then reactive ion etching is performed with CH 2 F 2 gas to remove the silicon nitride film deposited on the substrate surface. Etching by the method. Then, the SiO 2 film remaining on the surface of the substrate is removed by a chemical etching method using HF to expose a clean surface of the Si substrate (FIG. 3 (d)).

さらにヒ素を加速電圧25keV、注入量5×1014cm-2
条件でイオン注入したのち、850℃の温度で純窒素中の
アニールを10分間行い、不純物導入部8を形成する。
Further, arsenic is ion-implanted under the conditions of an acceleration voltage of 25 keV and an implantation amount of 5 × 10 14 cm -2 , and then an anneal in pure nitrogen is performed at a temperature of 850 ° C. for 10 minutes to form an impurity introduction portion 8.

さらにこの上に電子ビーム蒸着法によって1×10-7pa
の高真空中でNbを堆積させ、厚さ約100nmの超電導電極
6を形成する(第3図(e))。最後に、ホトレジスト
のパターンマスクとした反応性イオンエッチング法によ
り、前記Nb薄膜の不要部分を除去すれば、本発明の超電
導トランジスタを得ることができる。第1図には示され
ていないが、基板1上には複数の超電導トランジスタが
形成されており、これらが厚さ約100nmのNb薄膜より成
り超電導電極6につながって延在する配線によって結ば
れ、回路を構成している。本実施例においては超電導電
極6の材料としてNbを用いたが、これに限られるもので
はない。Nbにかえて、NbNなどのNbの化合物、Pb合金,A
l,In,Snやこれの合金を用いても良い。さらには酸化物
超電導体や有機物超電導体を用いても良いことは言うま
でもない。例えば、(La0.9Sr0.12CuO4やYBa2Cu3O
7−δなどの組成で表わされる物質や、これと類似の物
質を用いることは、デバイスの高温動作の点からも望ま
しく、これらの場合においても、本発明の目的を充分に
達することができることは言うまでもない。
Furthermore, 1 × 10 −7 pa is formed on this by electron beam evaporation method.
Then, Nb is deposited in a high vacuum to form a superconducting electrode 6 having a thickness of about 100 nm (FIG. 3 (e)). Finally, the superconducting transistor of the present invention can be obtained by removing unnecessary portions of the Nb thin film by the reactive ion etching method using a photoresist pattern mask. Although not shown in FIG. 1, a plurality of superconducting transistors are formed on the substrate 1, and these are made of Nb thin film having a thickness of about 100 nm and are connected to the superconducting conductive electrode 6 by a wire extending therethrough. , Make up the circuit. Although Nb is used as the material of the superconducting electrode 6 in this embodiment, it is not limited to this. Instead of Nb, Nb compounds such as NbN, Pb alloys, A
l, In, Sn or alloys thereof may be used. Further, it goes without saying that an oxide superconductor or an organic superconductor may be used. For example, (La 0.9 Sr 0.1 ) 2 CuO 4 and YBa 2 Cu 3 O
It is desirable to use a substance represented by a composition such as 7-δ or the like, or a substance similar to this from the viewpoint of high temperature operation of the device, and even in these cases, the object of the present invention can be sufficiently achieved. Needless to say.

本実施例においては第1図に示したごとく窒化シリコ
ン膜5の上部に超電導体が残っているが、除去すること
により、ソース・ドレイン電極との電気的な分離が確実
となることはいうまでもない。除去する手段としては、
160℃熱りん酸中で窒化シリコン5をはく離する方法、
ポリマを塗布して平坦化した後エッチバック法によりエ
ッチングして除去する方法、あるいは窒化シリコン膜5
の下にAlの層を設け、リフトオフ法により除去する方法
がある。
In this embodiment, the superconductor remains on the silicon nitride film 5 as shown in FIG. 1. However, by removing the superconductor, electrical separation from the source / drain electrodes is surely achieved. Nor. As a means to remove,
A method of peeling off silicon nitride 5 in 160 ° C. hot phosphoric acid,
A method in which a polymer is applied and flattened, and then etched away by an etch back method, or a silicon nitride film 5 is used.
There is a method of forming an Al layer underneath and removing it by a lift-off method.

本実施例によれば、超電導電極をゲート電極側壁の絶
縁膜に接して設けることができるので、超電導電極とゲ
ート電極との電気的な絶縁を良好な状態に保ったまま、
超電導電極相互の距離を一定の値に形成することができ
る。この値は超電導電極の形成条件によって左右される
ことが少ない。従ってデバイス特性の再現性を向上させ
ることができる。
According to this example, since the superconducting conductive electrode can be provided in contact with the insulating film on the side wall of the gate electrode, while maintaining good electrical insulation between the superconducting conductive electrode and the gate electrode,
It is possible to form the distance between the superconducting electrodes to a constant value. This value is less likely to be affected by the formation conditions of the superconducting electrode. Therefore, the reproducibility of device characteristics can be improved.

絶縁膜としてとくに窒化シリコンを用いると、厚さ5n
m以下の薄い膜においても絶縁性を保つことができ、制
御電極の微細化には適しているが、これに代えて、Si
O2,SiO,Al2O3,YSZ(イットリウム スタピライズド ジ
ルコニア),MgO,イットリウムの酸化物などの材料を用
いてもよい。また制御電極の自己酸化膜を用いても同様
の効果が得られる。また、不純物導入部8は、窒化シリ
コン5をマスクとして形成されるのでチャネル長を短く
することができる。従ってパンチスルを起すことなくデ
バイスのスイッチング速度を高速化し、相互コンダクタ
ンスを向上させることができる。
When silicon nitride is used as the insulating film, the thickness is 5n.
It can maintain insulation even in thin films of m or less, and is suitable for miniaturization of control electrodes.
Materials such as O 2 , SiO, Al 2 O 3 , YSZ (yttrium stapled zirconia), MgO, and yttrium oxide may be used. The same effect can be obtained by using the self-oxidized film of the control electrode. Moreover, since the impurity introduction part 8 is formed using the silicon nitride 5 as a mask, the channel length can be shortened. Therefore, the switching speed of the device can be increased and the mutual conductance can be improved without causing punch-through.

次に第2図を用いて、本発明の第2の実施例を説明す
る。第2図は本発明の第2の実施例による超電導トラン
ジスタの断面図を示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a sectional view of a superconducting transistor according to a second embodiment of the present invention.

ソース・ドレイン電極に相当する超電導電極の間に、
窒化シリコン7からなる絶縁膜を介して制御電極が設け
られている構造である。窒化シリコンが多結晶シリコン
4より内側に入り込んだひさし構造をとっている。製造
方法は、第1の実施例で示した工程とほとんど同様であ
るが、ひさし構造を形成する工程を含む。この工程を第
8図に示す。第8図(a)のように、ネガ型の電子線レ
ジストのパターン10を電子線描画法によって形成し、こ
れをマスクとしてCH2F2ガスによる反応性イオンエッチ
ング法によって窒化シリコン5を、CCl4ガスにより多結
晶シリコン4を加工する(第8図(b))。次に再び11
00℃の酸素中で酸化を行う。これによって加工後の多結
晶シリコンの側面に厚さ約15nmの酸化膜11を形成する
(第8図(c))。この酸化膜11の膜厚の制御は、酸化
時間の制御によって容易に実現できる。さらにこの酸化
膜をHFによる化学エッチング法で除去して多結晶シリコ
ンの側壁を後退させ、上層にある窒化シリコン膜をひさ
しとする構造を得る(第8図(d))。
Between the superconducting electrodes corresponding to the source and drain electrodes,
This is a structure in which the control electrode is provided via an insulating film made of silicon nitride 7. It has an eaves structure in which silicon nitride is inserted inside the polycrystalline silicon 4. The manufacturing method is almost the same as the step shown in the first embodiment, but includes the step of forming an eaves structure. This step is shown in FIG. As shown in FIG. 8 (a), a negative type electron beam resist pattern 10 is formed by an electron beam drawing method, and using this as a mask, the silicon nitride 5 and CCl 3 are removed by a reactive ion etching method using CH 2 F 2 gas. The polycrystalline silicon 4 is processed with 4 gases (FIG. 8 (b)). Then again 11
Oxidation is carried out in oxygen at 00 ° C. As a result, an oxide film 11 having a thickness of about 15 nm is formed on the side surface of the processed polycrystalline silicon (FIG. 8 (c)). The thickness of the oxide film 11 can be easily controlled by controlling the oxidation time. Further, this oxide film is removed by a chemical etching method using HF to recede the side walls of the polycrystalline silicon, and a structure in which the upper silicon nitride film is used as an eaves is obtained (FIG. 8 (d)).

本実施例においては超電導電極6の材料としてNbを用
いたが、これに限られるものではない。Nbにかえて、Nb
NなどのNbの化合物,Pb合金,Al,In,Snやこれの合金を用
いても良い。さらには酸化物超電導体や有機物超電導体
を用いても良いことは言うまでもない。例えば、(La
0.9Sr0.12CuO4やYBa2Cu3O7−δなどの組成で表わさ
れる物質や、これと類似の物質を用いることは、デバイ
スの高温動作の点からも望ましく、これらの場合におい
ても、本発明の目的を充分に達することができることは
言うまでもない。
Although Nb is used as the material of the superconducting electrode 6 in this embodiment, it is not limited to this. Nb instead of Nb
A compound of Nb such as N, Pb alloy, Al, In, Sn or an alloy thereof may be used. Further, it goes without saying that an oxide superconductor or an organic superconductor may be used. For example, (La
0.9 Sr 0.1 ) 2 CuO 4 and YBa 2 Cu 3 O 7-δ and similar substances, and similar substances are preferable from the viewpoint of high temperature operation of the device. Needless to say, the object of the present invention can be sufficiently achieved.

また、本実施例において窒化シリコン膜をひさしとす
る構造を得るために多結晶シリコンの側壁を酸化シリコ
ンの側壁を酸化したが、均一な酸化膜厚を得るために、
1000℃以上の酸素中で酸化することがのぞましい。
Further, in the present embodiment, the sidewalls of polycrystalline silicon were oxidized to obtain a structure having a silicon nitride film as an overhang, but in order to obtain a uniform oxide film thickness,
It is desirable to oxidize in oxygen of 1000 ℃ or more.

本実施例においては第2図に示したごとく窒化シリコ
ン膜5の上部に超電導体が残っているが、除去すること
により、ソース・ドレイン電極との電気的な分離が確実
となることはいうまでもない。除去する手段としては、
160℃熱りん酸中で窒化シリコン5をはく離する方法、
ポリマを塗布して平坦化した後エッチバック法によりエ
ッチングして除去する方法、あるいは窒化シリコン膜5
の下にAlの層を設け、リフトオフ法により除去する方法
がある。
In this embodiment, the superconductor remains on the upper portion of the silicon nitride film 5 as shown in FIG. 2. However, by removing the superconductor, electrical separation from the source / drain electrodes is surely achieved. Nor. As a means to remove,
A method of peeling off silicon nitride 5 in 160 ° C. hot phosphoric acid,
A method in which a polymer is applied and flattened, and then etched away by an etch back method, or a silicon nitride film 5 is used.
There is a method of forming an Al layer underneath and removing it by a lift-off method.

本実施例に示したデバイスを動作させたところ制御電
極とソース・ドレイン電極との電気的な絶縁性が良好で
誤動作をすることがなく、利得も向上した。
When the device shown in this example was operated, the electrical insulation between the control electrode and the source / drain electrodes was good, no malfunction occurred, and the gain was improved.

また超電導電極の蒸着条件の制限も減少し、製造上の
歩留りが向上した。
In addition, the restrictions on the vapor deposition conditions for the superconducting electrode were reduced, and the production yield was improved.

次に第4図を用いて、本発明の第3の実施例を説明す
る。第4図は本発明の第3の実施例による超電導トラン
ジスタの断面図を示す。第6図はその製造工程を示す。
基板1に基板材料からなる突起部9を設けているが実質
的なチャネルに相当する。このチャネルのキャリア数を
変化させるために、ゲート酸化膜3を介して多結晶シリ
コンからなる制御電極4が設置されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a sectional view of a superconducting transistor according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the manufacturing process.
The substrate 1 is provided with a protrusion 9 made of a substrate material, which corresponds to a substantial channel. In order to change the number of carriers in this channel, a control electrode 4 made of polycrystalline silicon is provided via a gate oxide film 3.

この突起部9及び制御電極4の両側に超電導電極6が
対向して設けられているが、これがソース・ドレイン電
極に相当する。
Superconducting electrodes 6 are provided on both sides of the protrusion 9 and the control electrode 4 so as to face each other, which correspond to the source / drain electrodes.

制御電極4に電圧を印加すると不純物導入部8よりキ
ャリアが蓄積され、超電導体から電子対がしみ出す範囲
が広がり、ソース・ドレイン電極に流れる超電導電流が
増加する。
When a voltage is applied to the control electrode 4, carriers are accumulated from the impurity introducing portion 8, the range in which the electron pair seeps out from the superconductor is expanded, and the superconducting current flowing to the source / drain electrodes is increased.

ソース−チャネル−ドレインと一直線上に並んでいる
ため、より効率良く電流が流れる。ただしこの突起部9
及び制御電極4の幅はソース・ドレイン電極間距離を決
定しているため、半導体中のコヒーレンス長の10倍以下
にしなければならない。従って制御電極4の微細加工を
図るとともに、窒化シリコンで両側を覆うことによりソ
ース・ドレインおのおのの電極との電気的な絶縁性を保
っている。不純物としてホウ素を1×1015cm-3の濃度に
含んだ(100)面方位のSi単結晶基板1の表面を、約100
0℃の酸素中で酸化して厚さ約200nmのSiO2よりなる絶縁
膜2を形成する。続いてホトレジストのパターンをマス
クとして化学エッチング法により絶縁膜2を加工する
(第6図(a))。約950℃の純酸素中における熱酸化
によって厚さ約10nmのSiO2より成る酸化膜3を形成し
(第6図(b))、引き続いて化学的気相成長法(CVD
法)により多結晶シリコン4を約100nmの厚さに堆積さ
せ、次に窒化シリコン5を約50nmの厚さに堆積させる
(第6図(c))。続いてネガ型の電子線レジストのパ
ターンを電子線描画法によって形成し、これをマスクと
してCF4ガスによる反応性イオンエッチング法によって
窒化シリコン5と多結晶シリコン4,酸化膜3を加工す
る。そののち、基板1を構成するシリコンを約100nmの
深さにエッチングする(第6図(d))。次に純酸素中
における熱酸化によって露出している基板1及び多結晶
シリコン基板1の表面を酸化して厚さ約10nmの酸化膜を
形成したのち、ヒ素イオンを、加速電圧25keV、注入量
5×1014cm-2の条件でイオン注入し、引き続いて850℃
の温度で純窒素中において10分間の熱処理を行い、注入
したヒ素の活性化を行って不純物導入部8を形成する
(第6図(e))。
Since it is aligned with the source-channel-drain, the current flows more efficiently. However, this protrusion 9
The width of the control electrode 4 and the width of the control electrode 4 determine the distance between the source and drain electrodes, and therefore must be 10 times or less the coherence length in the semiconductor. Therefore, the control electrode 4 is microfabricated and both sides are covered with silicon nitride to maintain the electrical insulation between the source and drain electrodes. The surface of the Si single crystal substrate 1 with a (100) plane orientation containing boron as an impurity at a concentration of 1 × 10 15 cm -3 is about 100
The insulating film 2 made of SiO 2 and having a thickness of about 200 nm is formed by oxidizing in oxygen at 0 ° C. Then, the insulating film 2 is processed by a chemical etching method using the photoresist pattern as a mask (FIG. 6A). An oxide film 3 of SiO 2 having a thickness of about 10 nm is formed by thermal oxidation in pure oxygen at about 950 ° C. (FIG. 6 (b)), followed by chemical vapor deposition (CVD).
Method), polycrystalline silicon 4 is deposited to a thickness of about 100 nm, and then silicon nitride 5 is deposited to a thickness of about 50 nm (FIG. 6 (c)). Then, a negative type electron beam resist pattern is formed by an electron beam drawing method, and using this as a mask, the silicon nitride 5, the polycrystalline silicon 4, and the oxide film 3 are processed by the reactive ion etching method using CF 4 gas. After that, the silicon constituting the substrate 1 is etched to a depth of about 100 nm (FIG. 6 (d)). Next, the exposed surfaces of the substrate 1 and the polycrystalline silicon substrate 1 are oxidized by thermal oxidation in pure oxygen to form an oxide film with a thickness of about 10 nm, and then arsenic ions are accelerated at an acceleration voltage of 25 keV and an implantation amount of 5 Ion implantation was performed under the condition of × 10 14 cm -2 , and then 850 ° C.
Heat treatment is performed for 10 minutes in pure nitrogen at the temperature of 1 to activate the implanted arsenic to form the impurity introduction portion 8 (FIG. 6 (e)).

次にレジスト10をシリコンのエッチングした面が埋ま
るようにエッチング深さに相当する、約100nm塗布した
後、化学的気相成長法(CVD法)により、窒化シリコン
膜7を厚さ5nm堆積して多結晶シリコン4の側壁を絶縁
する(第6図(f))。塗布したレジストをアセトン中
浸漬して除去した後、水で100倍に希釈したフッ酸中で
表面のSiO2を除去し、清浄なSi面を露出させる。さら
に、電子ビーム蒸着法によってNbを堆積させて厚さ約10
0nmの超電導膜を形成し(第6図(g))、ホトレジス
トのパターンをマスクとしてCF4ガスを用いてNbを反応
性イオンエッチング法により超電導電極6に加工する
と、第4図に示した構造を有する、本発明の超電導電界
効果トランジスタを得ることができる。
Next, a resist 10 is applied so that the etched surface of silicon is filled up to a depth corresponding to the etching depth of about 100 nm, and then a silicon nitride film 7 is deposited to a thickness of 5 nm by a chemical vapor deposition method (CVD method). The side wall of the polycrystalline silicon 4 is insulated (FIG. 6 (f)). After removing the applied resist by immersing it in acetone, SiO 2 on the surface is removed in hydrofluoric acid diluted 100 times with water to expose a clean Si surface. Furthermore, Nb is deposited by electron beam evaporation to a thickness of approximately 10
When a 0 nm superconducting film is formed (Fig. 6 (g)) and Nb is processed into a superconducting electrode 6 by reactive ion etching using CF 4 gas with a photoresist pattern as a mask, the structure shown in Fig. 4 is obtained. It is possible to obtain the superconducting field effect transistor of the present invention.

本実施例に示した超電導トランジスタは、超電導電極
とチャネルが同一平面上に存在するため、超電導近接効
果を大きくすることができる。制御電極とソース・ドレ
イン電極がソース・ドレイン電極と電気的に分離してい
るため、微細加工に伴う誤動作がなくなる。
In the superconducting transistor shown in this embodiment, the superconducting electrode and the channel are on the same plane, so that the superconducting proximity effect can be increased. Since the control electrode and the source / drain electrode are electrically separated from the source / drain electrode, malfunction due to fine processing is eliminated.

本実施例においては超電導電極6の材料としてNbを用
いたが、これに限られるものではない。Nbにかえて、Nb
NなどのNbの化合物,Pb合金,Al,In,Snやこれの合金を用
いても良い。さらには酸化物超電導体や有機物超電導体
を用いても良いことは言うまでもない。例えば、(La
0.9Sr0.12CuO4やYBa2Cu3O7−δなどの組成で表わさ
れる物質や、これと類似の物質を用いることは、デバイ
スの高温動作の点からも望ましく、これらの場合におい
ても、本発明の目的を充分に達することができることは
言うまでもない。
Although Nb is used as the material of the superconducting electrode 6 in this embodiment, it is not limited to this. Nb instead of Nb
A compound of Nb such as N, Pb alloy, Al, In, Sn or an alloy thereof may be used. Further, it goes without saying that an oxide superconductor or an organic superconductor may be used. For example, (La
0.9 Sr 0.1 ) 2 CuO 4 and YBa 2 Cu 3 O 7-δ and similar substances, and similar substances are preferable from the viewpoint of high temperature operation of the device. Needless to say, the object of the present invention can be sufficiently achieved.

実施例においては第4図に示したごとく窒化シリコン
膜5の上部に超電導体が残っているが、除去することに
より、ソース・ドレイン電極との電気的な分離が確実と
なることはいうまでもない。除去する手段としては、16
0℃熱りん酸中で窒化シリコン5をはく離する方法、ポ
リマを塗布して平坦化した後エッチバック法によりエッ
チングして除去する方法、あるいは窒化シリコン膜5の
下にAlの層を設け、リフトオフ法により除去する方法が
ある。
In the embodiment, as shown in FIG. 4, the superconductor remains on the upper part of the silicon nitride film 5, but it is needless to say that the superconductor is surely electrically separated from the source / drain electrode. Absent. 16 means to remove
A method of peeling off the silicon nitride 5 in hot phosphoric acid at 0 ° C., a method of applying a polymer to planarize and then etching away by an etch back method, or an Al layer provided under the silicon nitride film 5 and lift-off There is a method of removing by the method.

次に第5図を用いて、本発明の第4の実施例を説明す
る。第5図は本発明の第4の実施例による超電導トラン
ジスタの断面図を示す。窒化シリコン膜7が制御電極で
ある多結晶シリコン4より内側に入り込んだひさし構造
をしている。ひさし構造の製造方法は第8図に示してい
る。不純物としてホウ素を1×1015cm-3濃度に含んだ
(100)面方位のSi単結晶基板1の表面を、約1000℃の
酸素中で酸化して厚さ約200nmのSiO2よりなる絶縁層2
を形成する。続いてホトレジストのパターンをマスクと
して化学エッチング法により絶縁膜2を加工する。約95
0℃の純酸素中における熱酸化によって厚さ約10nmのSiO
2より成る酸化膜3を形成し、引き続いて化学的気相成
長法(CVD法)により多結晶シリコン4を約100nmの厚さ
に堆積させ、次に窒化シリコン5を約50nmの厚さに堆積
させる。続いてネガ型の電子線レジストのパターンを電
子線描画法によって形成し、これをマスクとしてCF4
スによる反応性イオンエッチング法によって窒化シリコ
ン5と多結晶シリコン4,酸化膜3を加工する。そのの
ち、基板1を構成するシリコンを約100nmの深さにエッ
チングする。次に純酸素中における1100℃の熱酸化によ
って露出している基板1及び多結晶シリコン4の表面を
酸化して厚さ約10nmの酸化膜を形成したのち、ヒ素イオ
ンを、加速電圧25keV、注入量5×1014cm-2の条件でイ
オン注入し、引き続いて850℃の温度で純窒素中におい
て10分間の熱処理を行い、注入したヒ素の活性化を行っ
て不純物導入部8を形成する。続いて水で100倍に希釈
したフッ酸中で表面の酸化膜を除去し、ひさし構造を形
成する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a sectional view of a superconducting transistor according to a fourth embodiment of the present invention. It has an eaves structure in which the silicon nitride film 7 enters inside the polycrystalline silicon 4 which is the control electrode. The manufacturing method of the eaves structure is shown in FIG. Insulation made of SiO 2 with a thickness of about 200 nm by oxidizing the surface of a Si single crystal substrate 1 with a (100) plane orientation containing boron as an impurity in a concentration of 1 × 10 15 cm −3 in oxygen at about 1000 ° C. Layer 2
To form Then, the insulating film 2 is processed by a chemical etching method using the photoresist pattern as a mask. About 95
About 10 nm thick SiO by thermal oxidation in pure oxygen at 0 ℃
An oxide film 3 made of 2 is formed, and then, polycrystalline silicon 4 is deposited to a thickness of about 100 nm by chemical vapor deposition (CVD method), and then silicon nitride 5 is deposited to a thickness of about 50 nm. Let Then, a negative type electron beam resist pattern is formed by an electron beam drawing method, and using this as a mask, the silicon nitride 5, the polycrystalline silicon 4, and the oxide film 3 are processed by the reactive ion etching method using CF 4 gas. After that, the silicon constituting the substrate 1 is etched to a depth of about 100 nm. Next, the exposed surfaces of the substrate 1 and the polycrystalline silicon 4 are oxidized by thermal oxidation at 1100 ° C. in pure oxygen to form an oxide film with a thickness of about 10 nm, and then arsenic ions are implanted at an acceleration voltage of 25 keV. Ion implantation is performed under the condition of an amount of 5 × 10 14 cm −2 , followed by heat treatment in pure nitrogen at a temperature of 850 ° C. for 10 minutes to activate the implanted arsenic to form the impurity introduced portion 8. Subsequently, the oxide film on the surface is removed in hydrofluoric acid diluted 100 times with water to form an eaves structure.

次にシリコンのエッチングした面が埋まるようにエッ
チング深さに相当する約100nmの厚さのレジストを塗布
した後、化学的気相成長法(CVD法)により、窒化シリ
コン膜7を厚さ5nm堆積して多結晶シリコン4の側壁を
絶縁する。塗布したレジストをアセトンに浸漬して除去
した後、水で希釈したフッ酸中で表面のSiO2を除去し清
浄なSi表面を露出させる。さらに、電子ビーム蒸着法に
よってNbを堆積させて厚さ約100nmの超電導膜を形成
し、ホトレジストのパターンをマスクとしてCF4ガスを
用いてNbを反応性イオンエッチング法により超電導電極
6に加工すると、第5図に示した構造を有する、本発明
の超電導電界効果トランジスタを得ることができる。
Next, a resist having a thickness of about 100 nm corresponding to the etching depth is applied so as to fill the etched surface of silicon, and then a silicon nitride film 7 is deposited to a thickness of 5 nm by chemical vapor deposition (CVD method). Then, the side wall of the polycrystalline silicon 4 is insulated. After removing the applied resist by immersing it in acetone, the surface SiO 2 is removed in hydrofluoric acid diluted with water to expose a clean Si surface. Further, Nb is deposited by electron beam evaporation to form a superconducting film having a thickness of about 100 nm, and Nb is processed into a superconducting electrode 6 by reactive ion etching using CF 4 gas with a photoresist pattern as a mask. The superconducting field effect transistor of the present invention having the structure shown in FIG. 5 can be obtained.

本実施例に示した超電導トランジスタは、超電導電極
とチャネルが同一平面上に存在するため、超電導近接効
果を大きくすることができる。制御電極とソース・ドレ
イン電極がソース・ドレイン電極と電気的に分離してい
るため、微細加工に伴う誤動作がなくなる。
In the superconducting transistor shown in this embodiment, the superconducting electrode and the channel are on the same plane, so that the superconducting proximity effect can be increased. Since the control electrode and the source / drain electrode are electrically separated from the source / drain electrode, malfunction due to fine processing is eliminated.

本実施例においては超電導電極6の材料としてNbを用
いたが、これに限られるものではない。Nbにかえて、Nb
NなどのNbの化合物,Pb合金,Al,In,Snやこれの合金を用
いても良い。さらには酸化物超電導体や有機物超電導体
を用いても良いことは言うまでもない。例えば、(La
0.9Sr0.12CuO4やYBa2Cu3O7−δなどの組成で表わさ
れる物質や、これと類似の物質を用いることは、デバイ
スの高温動作の点からも望ましく、これらの場合におい
ても、本発明の目的を充分に達することができることは
言うまでもない。
Although Nb is used as the material of the superconducting electrode 6 in this embodiment, it is not limited to this. Nb instead of Nb
A compound of Nb such as N, Pb alloy, Al, In, Sn or an alloy thereof may be used. Further, it goes without saying that an oxide superconductor or an organic superconductor may be used. For example, (La
0.9 Sr 0.1 ) 2 CuO 4 and YBa 2 Cu 3 O 7-δ and similar substances, and similar substances are preferable from the viewpoint of high temperature operation of the device. Needless to say, the object of the present invention can be sufficiently achieved.

また、本実施例において窒化シリコン膜をひさしとす
る構造を得るために多結晶シリコンの側壁を酸化シリコ
ンの側壁を酸化したが、均一な酸化膜厚を得るために11
00℃以上の酸素中で酸化することがのぞましい。
In addition, in the present embodiment, the sidewalls of polycrystalline silicon were oxidized to obtain a structure having a silicon nitride film as an overhang, but in order to obtain a uniform oxide film thickness.
It is desirable to oxidize in oxygen above 00 ℃.

本実施例においては第5図に示したごとく窒化シリコ
ン膜5の上部に超電導体が残っているが、除去すること
により、ソース・ドレイン電極との電気的な分離が確実
となることはいうまでもない。除去する手段としては、
160℃熱りん酸中で窒化シリコン5をはく離する方法,
ポリマを塗布して平坦化した後エッチバック法によりエ
ッチングして除去する方法、あるいは窒化シリコン膜5
の下にAlの層を設け、リフトオフ法により除去する方法
がある。
In this embodiment, the superconductor remains on the silicon nitride film 5 as shown in FIG. 5, but it can be surely electrically separated from the source / drain electrode by removing the superconductor. Nor. As a means to remove,
Method of peeling off silicon nitride 5 in 160 ° C hot phosphoric acid,
A method in which a polymer is applied and flattened, and then etched away by an etch back method, or a silicon nitride film 5 is used.
There is a method of forming an Al layer underneath and removing it by a lift-off method.

本実施例によれば超電導電極をゲート電極側壁の絶縁
膜に接して設けることができるので、超電導電極とゲー
ト電極との電気的な絶縁を良好な状態に保ったまま、超
電導電極相互の距離を一定の値に形成すことができ、こ
の値は超電導電極の形成条件によって左右されることが
少ない。従ってデバイス特性の再現性を向上させること
ができる。
According to the present embodiment, since the superconducting conductive electrode can be provided in contact with the insulating film on the side wall of the gate electrode, the distance between the superconducting conductive electrodes can be increased while maintaining good electrical insulation between the superconducting conductive electrode and the gate electrode. It can be formed to a constant value, and this value is less dependent on the forming conditions of the superconducting electrode. Therefore, the reproducibility of device characteristics can be improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、制御電極の微細化が容易に実現でき
るため、製造上の歩留りが向上するとともにチャネル長
の寸法精度が向上し、再現性,均一性の良い超電導デバ
イスを提供することができる。従って本発明の超電導デ
バイスを用いた回路は、電圧や温度のわずかな変動によ
る誤動作が少なくなり、回路動作が安定し、伝達コンダ
クタンス信号伝送が高速化できるなどの効果がある。
According to the present invention, it is possible to easily realize the miniaturization of the control electrode, so that it is possible to provide a superconducting device having improved reproducibility and uniformity, which improves the manufacturing yield and the dimensional accuracy of the channel length. . Therefore, the circuit using the superconducting device of the present invention has the effects of reducing malfunctions due to slight fluctuations in voltage and temperature, stabilizing the circuit operation, and increasing the speed of transfer conductance signal transmission.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例による超電導トランジス
タの一部分を示す断面図、第2図は本発明の第2の実施
例による超電導トランジスタの一部分を示す断面図、第
3図は第1図に示したデバイスの製造工程を示す図、第
4図は本発明の第3の実施例による超電導トランジスタ
の一部分を示す断面図、第5図は本発明の第4の実施例
による超電導トランジスタの一部分を示す断面図、第6
図は第4図に示したデバイスの製造工程を示す図、第7
図は従来技術によるデバイスの断面図と製造工程を示す
図、第8図は第2図及び第5図に示したひさし構造を得
るための製造工程を示す図、第9図は従来技術の問題点
を示す断面図である。 1……基板、2……絶縁膜、3……ゲート絶縁膜、 4……多結晶シリコン、5……窒化シリコン、6……超
電導電極、7……窒化シリコン、8……不純物導入部、
9……突起部、10……レジスト、14……制御電極。
1 is a sectional view showing a part of a superconducting transistor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a part of a superconducting transistor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a sectional view showing a part of a superconducting transistor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of the device shown in FIG. Sectional drawing which shows a part, 6th
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the device shown in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a device according to the prior art and a view showing a manufacturing process, FIG. 8 is a view showing a manufacturing process for obtaining the eaves structure shown in FIGS. 2 and 5, and FIG. 9 is a problem of the prior art. It is sectional drawing which shows a point. 1 ... Substrate, 2 ... Insulating film, 3 ... Gate insulating film, 4 ... Polycrystalline silicon, 5 ... Silicon nitride, 6 ... Superconducting electrode, 7 ... Silicon nitride, 8 ... Impurity introduction part,
9 ... Projection, 10 ... Resist, 14 ... Control electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 二三夫 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 久礼 得男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 長谷川 晴弘 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−206277(JP,A) 特開 昭64−13781(JP,A) 特開 平1−241186(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Fumio Murai 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Tokio Kure 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Haruhiro Hasegawa 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo (56) References, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP 61-206277 (JP, A) JP 64-13781 ( JP, A) JP-A-1-241186 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板と、上記半導体基板表面に形成
された不純物導入部と、上記半導体基板上に対向するよ
うに設けられた第一の超電導電極及び第二の超電導電極
と、上記半導体基板上に上記第一の超電導電極及び上記
第二の超電導電極との間に設けられた制御電極とを有す
る超電導トランジスタにおいて、 上記制御電極と上記半導体基板との間に設けられ、上記
半導体基板を酸化して形成した第一の絶縁膜と、上記制
御電極と上記第一の超電導電極との間及び上記制御電極
と上記第二の超電導電極との間にそれぞれ設けられた第
二の絶縁膜とを有し、 上記第二の絶縁膜を構成する物質の誘電率は上記第一の
絶縁膜を構成する物質の誘電率よりも大きいことを特徴
とする超電導トランジスタ。
1. A semiconductor substrate, an impurity introducing portion formed on the surface of the semiconductor substrate, a first superconducting electrode and a second superconducting electrode provided on the semiconductor substrate so as to face each other, and the semiconductor substrate. In a superconducting transistor having a control electrode provided between the first superconducting electrode and the second superconducting electrode, the semiconductor substrate is provided between the control electrode and the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is oxidized. The first insulating film formed by, and the second insulating film respectively provided between the control electrode and the first superconducting electrode and between the control electrode and the second superconducting electrode. A superconducting transistor, characterized in that the dielectric constant of the substance forming the second insulating film is larger than the dielectric constant of the substance forming the first insulating film.
【請求項2】請求項1記載の超電導トランジスタにおい
て、 上記第二の絶縁膜を構成する物質は、窒化シリコン、Si
O、Al2O3、YSZ、MgO、イットリウムの酸化物であること
を特徴とする超電導トランジスタ。
2. The superconducting transistor according to claim 1, wherein the substance forming the second insulating film is silicon nitride or Si.
A superconducting transistor, which is an oxide of O, Al 2 O 3 , YSZ, MgO, and yttrium.
【請求項3】請求項1記載の超電導トランジスタにおい
て、 上記不純物導入部は、上記第一の超電導電極及び上記第
二の超電導電極に接して上記半導体基板表面に形成され
ていることを特徴とする超電導トランジスタ。
3. The superconducting transistor according to claim 1, wherein the impurity introducing portion is formed on the surface of the semiconductor substrate in contact with the first superconducting electrode and the second superconducting electrode. Superconducting transistor.
【請求項4】請求項1記載の超電導トランジスタにおい
て、 上記第一の超電導電極と上記第二の超電導電極間との距
離は、上記制御電極の長さに上記制御電極と上記第一の
超電導電極との間及び上記制御電極と上記第二の超電導
電極との間とにそれぞれ設けられた上記第二の絶縁膜の
厚さとを加えた値であることを特徴とする超電導トラン
ジスタ。
4. The superconducting transistor according to claim 1, wherein the distance between the first superconducting electrode and the second superconducting electrode is the length of the control electrode and the control electrode and the first superconducting electrode. And a thickness of the second insulating film provided between the control electrode and the second superconducting electrode, respectively.
【請求項5】(I)半導体基板上に上記半導体基板を酸
化して形成した第一の絶縁膜、制御電極膜及び第三の絶
縁膜とを堆積する工程と、 (II)上記第三の絶縁膜上に電子線レジストのパターン
を形成し、上記形成したパターンをマスクとして上記制
御電極膜及び第三の絶縁膜とを加工する工程と、 (III)上記半導体基板表面及び上記制御電極側面上に
上記第一の絶縁膜よりも誘電率の大きい第二の絶縁膜を
堆積し、上記半導体基板表面上に堆積した上記第二の絶
縁膜を除去する工程と、 (IV)上記第二の絶縁膜を除去した上記半導体基板表面
上に不純物導入部を形成し、超電導材料を堆積させるこ
とにより上記制御電極を挟んで対向するように第一及び
第二の超電導電極を形成する工程、 とを有することを特徴とする超電導トランジスタの製造
方法。
5. A step (I) of depositing a first insulating film, a control electrode film and a third insulating film formed on the semiconductor substrate by oxidizing the semiconductor substrate, and (II) the third insulating film. A step of forming a pattern of an electron beam resist on the insulating film and processing the control electrode film and the third insulating film using the formed pattern as a mask; (III) on the semiconductor substrate surface and the control electrode side surface A step of depositing a second insulating film having a dielectric constant larger than that of the first insulating film, and removing the second insulating film deposited on the surface of the semiconductor substrate; and (IV) the second insulating film. A step of forming an impurity introduction part on the surface of the semiconductor substrate from which the film has been removed, and depositing a superconducting material to form the first and second superconducting conductive electrodes so as to face each other with the control electrode sandwiched therebetween. Superconducting transistor characterized by Manufacturing method.
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