JP2708673B2 - 超伝導薄膜縦型接合素子の製造方法 - Google Patents
超伝導薄膜縦型接合素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ超伝導薄膜を用いた超伝導薄膜縦型接合素子の製造方
法に関するものである。
ｘ超伝導薄膜を用いた超伝導薄膜縦型接合素子の製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１９８６年に発見されたＬａ１−ｘＭｘ
ＣｕＯ４−ｙ（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ、０＜ｘ＜１）は、超伝
導転移温度Ｔｃが３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導体の
Ｔｃと比較して著しく高いことから、酸化物超伝導体の
探索が進められ、Ｔｃ〜９０Ｋを有するＬｎＢａ２ＣＵ
３Ｏｘ酸化物超伝導体（Ｌｎ：Ｙあるいはランタニド元
素のうち超伝導となるもの）、Ｔｃ〜１１０Ｋを有する
ＢｉＳｒＣａＣｕＯｘ系酸化物超伝導体、Ｔｃ〜１２０
Ｋを有するＴｌＢａＣａＣｕＯｘ系酸化物超伝導体の発
見が相次いだ。
ＣｕＯ４−ｙ（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ、０＜ｘ＜１）は、超伝
導転移温度Ｔｃが３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導体の
Ｔｃと比較して著しく高いことから、酸化物超伝導体の
探索が進められ、Ｔｃ〜９０Ｋを有するＬｎＢａ２ＣＵ
３Ｏｘ酸化物超伝導体（Ｌｎ：Ｙあるいはランタニド元
素のうち超伝導となるもの）、Ｔｃ〜１１０Ｋを有する
ＢｉＳｒＣａＣｕＯｘ系酸化物超伝導体、Ｔｃ〜１２０
Ｋを有するＴｌＢａＣａＣｕＯｘ系酸化物超伝導体の発
見が相次いだ。
【０００３】これらの高温超伝導体の中で、特にＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘを用いたトンネル接合素子が各種報告され
ている。これらの接合は平面型接合と縦型接合の２種類
に分類できる。
２Ｃｕ３Ｏｘを用いたトンネル接合素子が各種報告され
ている。これらの接合は平面型接合と縦型接合の２種類
に分類できる。
【０００４】平面型接合の場合は下地材料の材料もしく
は面内軸方位を変えることにより、その上部に堆積した
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜の面内配向方向を変えた部分と
変えていない部分との境界で生じる傾角粒界を接合とす
る方法がある。ところが、この傾角粒界接合方法では、
その接合面に人工的な絶縁層を作製できないため、接合
の漏れ電流が多くなる、ヒステリシスを持つジョセフソ
ン接合ができないという問題があった。
は面内軸方位を変えることにより、その上部に堆積した
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜の面内配向方向を変えた部分と
変えていない部分との境界で生じる傾角粒界を接合とす
る方法がある。ところが、この傾角粒界接合方法では、
その接合面に人工的な絶縁層を作製できないため、接合
の漏れ電流が多くなる、ヒステリシスを持つジョセフソ
ン接合ができないという問題があった。
【０００５】一方、縦型接合では薄膜平面内に超伝導電
流の流れ易いｃ−軸配向膜を電極に用いると接合部はコ
ヒーレンス長の短いｃ−軸方向となり、作製した接合に
超伝導電流が流れないという重大な問題が生じ、また一
方、接合面方向にコヒーレンス長が長く、超伝導電流が
流れ易いａ−軸配向膜を用いると逆に薄膜平面内に電流
が流れにくく、電流密度低くなるため、配線が太くな
り、微細化できないという重大な問題があった。
流の流れ易いｃ−軸配向膜を電極に用いると接合部はコ
ヒーレンス長の短いｃ−軸方向となり、作製した接合に
超伝導電流が流れないという重大な問題が生じ、また一
方、接合面方向にコヒーレンス長が長く、超伝導電流が
流れ易いａ−軸配向膜を用いると逆に薄膜平面内に電流
が流れにくく、電流密度低くなるため、配線が太くな
り、微細化できないという重大な問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、配線の微細
化と接合面積の微少化を実現した超伝導薄膜縦型接合素
子の製造方法を提供することを目的とするものである。
化と接合面積の微少化を実現した超伝導薄膜縦型接合素
子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の超伝導薄膜縦型
接合素子の製造方法は、上下のＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層
（ＬｎはＹあるいはランタニド元素のうち超伝導となる
もの）が絶縁薄膜を介して接合されている超伝導縦型接
合素子の製造方法において、前記上下２層のＬｎＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ層の少なくとも一方を形成する工程が、前記
接合となる部分に、ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整
合率が０．３％以下、配線となる部分に、ＬｎＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘとの格子不整合率が１．１％以上である異なる
二種類以上の材料を相隣接させて形成する工程と、その
上に７１５℃以上７７０℃以下の温度でＬｎＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ層を堆積し、前記格子不整合率が０．３％以下の
材料上にａ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を、前記
格子不整合率が１．１％以上の材料上にｃ軸配向したＬ
ｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を相隣接して形成する工程とを有
することを特徴とする。
接合素子の製造方法は、上下のＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層
（ＬｎはＹあるいはランタニド元素のうち超伝導となる
もの）が絶縁薄膜を介して接合されている超伝導縦型接
合素子の製造方法において、前記上下２層のＬｎＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ層の少なくとも一方を形成する工程が、前記
接合となる部分に、ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整
合率が０．３％以下、配線となる部分に、ＬｎＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏｘとの格子不整合率が１．１％以上である異なる
二種類以上の材料を相隣接させて形成する工程と、その
上に７１５℃以上７７０℃以下の温度でＬｎＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ層を堆積し、前記格子不整合率が０．３％以下の
材料上にａ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を、前記
格子不整合率が１．１％以上の材料上にｃ軸配向したＬ
ｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を相隣接して形成する工程とを有
することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明ではＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜内
の所望の箇所の配向軸方向を他の薄膜内と異ならせ、コ
ヒーレンス長の長い方向を持つ部分を縦型接合の接合部
とし、接合部以外の配線部ではコヒーレンス長の長い方
向を平面内に持つことを最も主要な特徴とする。
の所望の箇所の配向軸方向を他の薄膜内と異ならせ、コ
ヒーレンス長の長い方向を持つ部分を縦型接合の接合部
とし、接合部以外の配線部ではコヒーレンス長の長い方
向を平面内に持つことを最も主要な特徴とする。
【００１０】従来技術に比べ、ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘと
の格子不整合率が基板材料と異なる材料を一箇所もしく
は複数箇所の堆積した基板上に堆積したＬｎＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ超伝導薄膜において、元々の基板材料上にあるか
または基板上に堆積した材料上にあるかにより、超伝導
薄膜の配向軸を変化させることができるため、従来でき
なかった配線部分となる領域ではｃ−軸配向すなわち、
電流の流れ易いａ／ｂ面を薄膜表面内に持ち、一方接合
の下部電極となる領域ではａ−軸配向、すなわち、電流
の流れ易いａ／ｂ面を薄膜と垂直方向に持つ薄膜を作製
できるため、従来できなかった配線の細線化と接合面積
の微小化を同時に実現できる点が異なる。
の格子不整合率が基板材料と異なる材料を一箇所もしく
は複数箇所の堆積した基板上に堆積したＬｎＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ超伝導薄膜において、元々の基板材料上にあるか
または基板上に堆積した材料上にあるかにより、超伝導
薄膜の配向軸を変化させることができるため、従来でき
なかった配線部分となる領域ではｃ−軸配向すなわち、
電流の流れ易いａ／ｂ面を薄膜表面内に持ち、一方接合
の下部電極となる領域ではａ−軸配向、すなわち、電流
の流れ易いａ／ｂ面を薄膜と垂直方向に持つ薄膜を作製
できるため、従来できなかった配線の細線化と接合面積
の微小化を同時に実現できる点が異なる。
【００１１】
【実施例】実施例１を説明する前に、本発明に密接に関
連する実験事実を説明する。図１は基板材料ＭｇＯ、Ｓ
ｒＴｉＯ３、ＬａＳｒＧａＯ４、ＰｒＧａＯ３、ＮｄＧ
ａＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＡｌＯ３などのＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ超伝導体との格子不整合率が異なる基板上にＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜を作製した時の薄膜の結晶学
的配向軸の基板温度依存性を求めたものであり、図中、
ａはａ−軸配向、ｃはｃ−軸配向、ａ＋ｃはａ−軸配向
とｃ−軸配向が混在する薄膜の成長する領域である。
連する実験事実を説明する。図１は基板材料ＭｇＯ、Ｓ
ｒＴｉＯ３、ＬａＳｒＧａＯ４、ＰｒＧａＯ３、ＮｄＧ
ａＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＡｌＯ３などのＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ超伝導体との格子不整合率が異なる基板上にＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜を作製した時の薄膜の結晶学
的配向軸の基板温度依存性を求めたものであり、図中、
ａはａ−軸配向、ｃはｃ−軸配向、ａ＋ｃはａ−軸配向
とｃ−軸配向が混在する薄膜の成長する領域である。
【００１２】図から基板温度が同じであっても異なる基
板上ではＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜の結晶方位（配
向）は基板格子の不整合率で決まり、不整合率が大きい
ときはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜はｃ−軸配向とな
り、不整合率が小さいときはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導
薄膜はａ−軸配向となることを示している。すなわち、
例えば、ＮｄＧａＯ３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不
整合率が０．３％）とＳｒＴｉＯ３（同１．１％）が表
面に存在する下地上に、図１に示した点線の堆積温度で
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を堆積すれば、ＮｄＧａＯ３上
に蒸着されたＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜はａ−軸配向とな
り、一方ＳｒＴｉＯ３上に蒸着されたＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜はｃ−軸配向となることを示している。
板上ではＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜の結晶方位（配
向）は基板格子の不整合率で決まり、不整合率が大きい
ときはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導薄膜はｃ−軸配向とな
り、不整合率が小さいときはＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ超伝導
薄膜はａ−軸配向となることを示している。すなわち、
例えば、ＮｄＧａＯ３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不
整合率が０．３％）とＳｒＴｉＯ３（同１．１％）が表
面に存在する下地上に、図１に示した点線の堆積温度で
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を堆積すれば、ＮｄＧａＯ３上
に蒸着されたＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜はａ−軸配向とな
り、一方ＳｒＴｉＯ３上に蒸着されたＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜はｃ−軸配向となることを示している。
【００１３】なお、ここで、格子不整合率Ｍは、次式に
より表される。
より表される。
【００１４】 Ｍ＝（α−β）／｛（α＋β）／２｝ α：一方の単結晶のａ軸あるいはｂ軸方向の格子定数 β：他方の単結晶のａ軸あるいはｂ軸方向の格子定数 （実施例１） この実験事実を基に、図２をもって、本発明の実施例１
を説明する。この図は本発明による縦型超伝導接合を説
明する断面図であって、図中１はＮｄＧａＯ３基板、２
はＳｒＴｉＯ３薄膜、３は下部電極のｃ−軸配向ＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４は下部電極のａ−軸配向ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、５はバリヤ層のＳｒＴｉＯ３薄膜、６
はＳｒＴｉＯ３層間絶縁膜、７は上部電極のｃ−軸配向
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜である。図２は超伝導薄膜縦型
接合素子の断面図である。接合部に着目すると上部電極
７、バリヤ層５と下部電極４が超伝導体／絶縁体／超伝
導体のＳＩＳ構造を作っている。ここで、超伝導配線３
はｃ−軸配向膜（コヒーレンス長の短い方向であるｃ軸
が基板面に垂直）、下部電極４はａ−軸配向膜（コヒー
レンス長の短い方向であるｃ軸が平面内）である。この
素子を動作させるには電流を超伝導配線３より流し、接
合部である下部電極４、バリヤ層５、上部電極７に至ら
せる。この時、超伝導配線３中は電流は面内に流れやす
く、下部電極４では面内と垂直に流れ易くなっているこ
とに特徴がある。
を説明する。この図は本発明による縦型超伝導接合を説
明する断面図であって、図中１はＮｄＧａＯ３基板、２
はＳｒＴｉＯ３薄膜、３は下部電極のｃ−軸配向ＹＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４は下部電極のａ−軸配向ＹＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、５はバリヤ層のＳｒＴｉＯ３薄膜、６
はＳｒＴｉＯ３層間絶縁膜、７は上部電極のｃ−軸配向
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜である。図２は超伝導薄膜縦型
接合素子の断面図である。接合部に着目すると上部電極
７、バリヤ層５と下部電極４が超伝導体／絶縁体／超伝
導体のＳＩＳ構造を作っている。ここで、超伝導配線３
はｃ−軸配向膜（コヒーレンス長の短い方向であるｃ軸
が基板面に垂直）、下部電極４はａ−軸配向膜（コヒー
レンス長の短い方向であるｃ軸が平面内）である。この
素子を動作させるには電流を超伝導配線３より流し、接
合部である下部電極４、バリヤ層５、上部電極７に至ら
せる。この時、超伝導配線３中は電流は面内に流れやす
く、下部電極４では面内と垂直に流れ易くなっているこ
とに特徴がある。
【００１５】次に、図３から図６をもって実施例１の素
子の作製例を説明する。これらの図中１から７は図２で
説明したものと同じであり、８はマスク材である。図３
は例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が０．
３％のＮｄＧａＯ３基板上にマスク材８を乗せた状態を
示している。次にマスクしたところ以外の部分に例え
ば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が１．１％の
ＳｒＴｉＯ３２を堆積する。堆積後リフトオフ工程によ
りマスク材８を、その上のこのＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとと
もに除去する。図３の状態からマスク材８を取り去った
ものが図４である。
子の作製例を説明する。これらの図中１から７は図２で
説明したものと同じであり、８はマスク材である。図３
は例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が０．
３％のＮｄＧａＯ３基板上にマスク材８を乗せた状態を
示している。次にマスクしたところ以外の部分に例え
ば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が１．１％の
ＳｒＴｉＯ３２を堆積する。堆積後リフトオフ工程によ
りマスク材８を、その上のこのＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとと
もに除去する。図３の状態からマスク材８を取り去った
ものが図４である。
【００１６】次に図４の基板上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜を図１の点線で示した基板温度例えば７５０℃で
堆積する。すると、図５に示したようにＳｒＴｉＯ３薄
膜２上にはｃ−軸配向した下部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜３が堆積され、ＮｄＧａＯ３上にはａ−軸配向ＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４が堆積される。次に全面にバリヤ
層となるＳｒＴｉＯ３極薄膜５を堆積し、マスク材８を
超伝導接合となるａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４
上に配置する。これが図６である。次にＳｒＴｉＯ３層
間絶縁膜６を堆積し、マスク材８を取り去り、上部電極
７を堆積したものが図２である。以上により接合部のみ
にａ−軸配向の下部電極４を持つｃ−軸配向膜３が実現
できる。ここでは上部電極にｃ−軸配向膜を用いて説明
したが、ｃ−軸以外の配向膜（例えば、＜１０３＞，＜
１１０＞，＜１００＞等）に配向した膜を用いてもよ
い。接合部のみにａ−軸配向の下部電極があれば効果が
あることは言うまでもない。
ｘ薄膜を図１の点線で示した基板温度例えば７５０℃で
堆積する。すると、図５に示したようにＳｒＴｉＯ３薄
膜２上にはｃ−軸配向した下部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜３が堆積され、ＮｄＧａＯ３上にはａ−軸配向ＹＢ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４が堆積される。次に全面にバリヤ
層となるＳｒＴｉＯ３極薄膜５を堆積し、マスク材８を
超伝導接合となるａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜４
上に配置する。これが図６である。次にＳｒＴｉＯ３層
間絶縁膜６を堆積し、マスク材８を取り去り、上部電極
７を堆積したものが図２である。以上により接合部のみ
にａ−軸配向の下部電極４を持つｃ−軸配向膜３が実現
できる。ここでは上部電極にｃ−軸配向膜を用いて説明
したが、ｃ−軸以外の配向膜（例えば、＜１０３＞，＜
１１０＞，＜１００＞等）に配向した膜を用いてもよ
い。接合部のみにａ−軸配向の下部電極があれば効果が
あることは言うまでもない。
【００１７】（実施例２） 図７をもって、本発明の実施例２を説明する。この図は
本発明による縦型超伝導接合の製法を説明する図であっ
て、図中３は下部電極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜、６は層間絶縁膜のＳｒＴｉＯ３薄膜、７は上部電
極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、９はＳｒＴｉ
Ｏ３基板、１０はＮｄＧａＯ３バリヤ層薄膜、１１は上
部電極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜である。図
７は超伝導薄膜縦型接合素子の断面図である。下部電極
３、バリヤ層１０と上部電極８が超伝導体／絶縁体／超
伝導体のＳＩＳ構造を作っている。ここで、超伝導配線
７はｃ−軸配向膜（コヒーレンス長の短い方向であるｃ
軸方向が基板面に垂直）、上部電極１１はａ−軸配向膜
（コヒーレンス長の短い方向であるｃ軸方向が平面内）
である。この素子を動作させるには電流を超伝導配線７
より流し、接合部である上部電極１１、バリヤ層１０、
下部電極３に至らせる。この時、超伝導配線７中は電流
は面内に流れやすく、上部電極１１では面内と垂直に流
れ易くなっていることに特徴がある。
本発明による縦型超伝導接合の製法を説明する図であっ
て、図中３は下部電極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜、６は層間絶縁膜のＳｒＴｉＯ３薄膜、７は上部電
極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、９はＳｒＴｉ
Ｏ３基板、１０はＮｄＧａＯ３バリヤ層薄膜、１１は上
部電極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜である。図
７は超伝導薄膜縦型接合素子の断面図である。下部電極
３、バリヤ層１０と上部電極８が超伝導体／絶縁体／超
伝導体のＳＩＳ構造を作っている。ここで、超伝導配線
７はｃ−軸配向膜（コヒーレンス長の短い方向であるｃ
軸方向が基板面に垂直）、上部電極１１はａ−軸配向膜
（コヒーレンス長の短い方向であるｃ軸方向が平面内）
である。この素子を動作させるには電流を超伝導配線７
より流し、接合部である上部電極１１、バリヤ層１０、
下部電極３に至らせる。この時、超伝導配線７中は電流
は面内に流れやすく、上部電極１１では面内と垂直に流
れ易くなっていることに特徴がある。
【００１８】次に、図８から図９をもって実施例２の素
子の作製例を示す。これらの図中８はマスク材である。
図８はＳｒＴｉＯ３基板９上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜３を堆積したものである。次に全面にバリヤ層とな
る極薄膜のＮｄＧａＯ３１０を堆積し、マスク材８で接
合となる場所を覆う。これが図９である。次に層間絶縁
膜のＳｒＴｉＯ３薄膜６を堆積し、マスク材８を取り去
ってＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図１の点線で示した基板
温度例えば７５０℃で堆積する。すると、図７に示した
ようにＳｒＴｉＯ３薄膜６上にはｃ−軸配向した上部電
極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜７が堆積され、ＮｄＧａＯ３
上にはａ−軸配向した上部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜
１１が堆積される。以上により接合となるバリヤ層１０
の上部にのみａ−軸配向した上部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜１１が実現できる。ここでは下部電極にｃ−軸配
向膜を用いて説明したが、ｃ−軸以外の配向膜（例え
ば、＜１０３＞，＜１１０＞，＜１００＞等）に配向し
た膜を用いてもよい。接合部のみにａ−軸配向の上部電
極があれば効果があることは言うまでもない。
子の作製例を示す。これらの図中８はマスク材である。
図８はＳｒＴｉＯ３基板９上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜３を堆積したものである。次に全面にバリヤ層とな
る極薄膜のＮｄＧａＯ３１０を堆積し、マスク材８で接
合となる場所を覆う。これが図９である。次に層間絶縁
膜のＳｒＴｉＯ３薄膜６を堆積し、マスク材８を取り去
ってＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図１の点線で示した基板
温度例えば７５０℃で堆積する。すると、図７に示した
ようにＳｒＴｉＯ３薄膜６上にはｃ−軸配向した上部電
極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜７が堆積され、ＮｄＧａＯ３
上にはａ−軸配向した上部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜
１１が堆積される。以上により接合となるバリヤ層１０
の上部にのみａ−軸配向した上部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜１１が実現できる。ここでは下部電極にｃ−軸配
向膜を用いて説明したが、ｃ−軸以外の配向膜（例え
ば、＜１０３＞，＜１１０＞，＜１００＞等）に配向し
た膜を用いてもよい。接合部のみにａ−軸配向の上部電
極があれば効果があることは言うまでもない。
【００１９】（実施例３） 図１０をもって本発明の実施例３を説明する。図中１は
ＮｄＧａＯ３基板、２はＳｒＴｉＯ３薄膜、３は下部電
極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４は下部電極
のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、６はＳｒＴｉＯ
３層間絶縁膜、７は上部電極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ薄膜、８はマスク、１０はＮｄＧａＯ３バリヤ層
薄膜、１１は上部電極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜である。図１０は超伝導薄膜縦型接合素子の断面図
である。下部電極３、バリヤ層１０と上部電極１１が超
伝導体／絶縁体／超伝導体のＳＩＳ構造を作っている。
ここで、超伝導配線２はｃ−軸配向膜（コヒーレンス長
の短い方向が基板面に垂直）、上部電極３はａ−軸配向
膜（コヒーレンス長の短い方向が平面内）、超伝導配線
７はｃ−軸配向膜（電流の流れ易い方向が基板面に平
行）、上部電極１１はａ−軸配向膜（電流の流れ易い方
向が基板面に垂直）となっているところに特徴がある。
ＮｄＧａＯ３基板、２はＳｒＴｉＯ３薄膜、３は下部電
極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４は下部電極
のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、６はＳｒＴｉＯ
３層間絶縁膜、７は上部電極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ薄膜、８はマスク、１０はＮｄＧａＯ３バリヤ層
薄膜、１１は上部電極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜である。図１０は超伝導薄膜縦型接合素子の断面図
である。下部電極３、バリヤ層１０と上部電極１１が超
伝導体／絶縁体／超伝導体のＳＩＳ構造を作っている。
ここで、超伝導配線２はｃ−軸配向膜（コヒーレンス長
の短い方向が基板面に垂直）、上部電極３はａ−軸配向
膜（コヒーレンス長の短い方向が平面内）、超伝導配線
７はｃ−軸配向膜（電流の流れ易い方向が基板面に平
行）、上部電極１１はａ−軸配向膜（電流の流れ易い方
向が基板面に垂直）となっているところに特徴がある。
【００２０】次に、図１１から図１４をもって実施例３
の作製例を示す。図１１では例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘとの格子不整合率が０．３％のＮｄＧａＯ３基板上に
マスク材８を乗せた状態を示している。次にマスクした
ところ以外の部分に例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格
子不整合率が１．１％のＳｒＴｉＯ３２を堆積する。こ
の状態からマスク材８を取り去ったものが図１２であ
る。図１２の基板上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図
１の点線で示した基板温度例えば７５０℃で堆積する。
すると、図１３に示したようにＳｒＴｉＯ３薄膜２上に
はｃ−軸配向した下部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜３が
堆積され、ＮｄＧａＯ３上にはａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ薄膜４が堆積される。次に全面にバリヤ層となる
極薄膜のＮｄＧａＯ３１０を堆積し、マスク材８で接合
となる場所を覆う。これが図１４である。次に層間絶縁
膜のＳｒＴｉＯ３薄膜６を堆積し、マスク材８を取り去
ってＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図１の点線で示した基板
温度例えば７５０℃で堆積する。すると、図１０に示し
たようにＳｒＴｉＯ３薄膜６上にはｃ−軸配向した上部
電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜７が堆積され、ＮｄＧａＯ
３上にはａ−軸配向した上部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄
膜１１が堆積される。以上により、接合となるバリヤ層
１０の上下となる接合電極部分のみがａ−軸配向、接合
部以外の配線部分がｃ−軸配向膜からなる接合が実現で
きる。
の作製例を示す。図１１では例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘとの格子不整合率が０．３％のＮｄＧａＯ３基板上に
マスク材８を乗せた状態を示している。次にマスクした
ところ以外の部分に例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格
子不整合率が１．１％のＳｒＴｉＯ３２を堆積する。こ
の状態からマスク材８を取り去ったものが図１２であ
る。図１２の基板上全面にＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図
１の点線で示した基板温度例えば７５０℃で堆積する。
すると、図１３に示したようにＳｒＴｉＯ３薄膜２上に
はｃ−軸配向した下部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜３が
堆積され、ＮｄＧａＯ３上にはａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ
３Ｏｘ薄膜４が堆積される。次に全面にバリヤ層となる
極薄膜のＮｄＧａＯ３１０を堆積し、マスク材８で接合
となる場所を覆う。これが図１４である。次に層間絶縁
膜のＳｒＴｉＯ３薄膜６を堆積し、マスク材８を取り去
ってＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜を図１の点線で示した基板
温度例えば７５０℃で堆積する。すると、図１０に示し
たようにＳｒＴｉＯ３薄膜６上にはｃ−軸配向した上部
電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜７が堆積され、ＮｄＧａＯ
３上にはａ−軸配向した上部電極ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄
膜１１が堆積される。以上により、接合となるバリヤ層
１０の上下となる接合電極部分のみがａ−軸配向、接合
部以外の配線部分がｃ−軸配向膜からなる接合が実現で
きる。
【００２１】（実施例４） 図１５は実施例４を説明する図であって、図中１はＮｄ
ＧａＯ３基板、２はＳｒＴｉＯ３薄膜、３は下部電極の
ｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４は下部電極のａ
−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜である。実施例１及び
３における基板上のＳｒＴｉＯ３薄膜２を堆積する前に
マスク８を用いて次に堆積するＳｒＴｉＯ３薄膜２の膜
厚分だけエッチングにより掘り下げた点のみ異なる。こ
れにより接合となるａ−軸配向部分と配線となるｃ−軸
配向部分との境界領域の接触面積を増大すなわち、電流
密度を向上させ、かつプロセスマージンを増大させる平
坦化を実現する付加的効果がある。ここでは下部電極の
埋め込みを例として説明したが、実施例２及び３で示し
たように上部電極の直下の層間絶縁膜を埋め込めば、上
部電極の接合となるａ−軸配向部分と配線となるｃ−軸
配向部分との境界領域の接触面積を増大できることは言
うまでもない。
ＧａＯ３基板、２はＳｒＴｉＯ３薄膜、３は下部電極の
ｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、４は下部電極のａ
−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜である。実施例１及び
３における基板上のＳｒＴｉＯ３薄膜２を堆積する前に
マスク８を用いて次に堆積するＳｒＴｉＯ３薄膜２の膜
厚分だけエッチングにより掘り下げた点のみ異なる。こ
れにより接合となるａ−軸配向部分と配線となるｃ−軸
配向部分との境界領域の接触面積を増大すなわち、電流
密度を向上させ、かつプロセスマージンを増大させる平
坦化を実現する付加的効果がある。ここでは下部電極の
埋め込みを例として説明したが、実施例２及び３で示し
たように上部電極の直下の層間絶縁膜を埋め込めば、上
部電極の接合となるａ−軸配向部分と配線となるｃ−軸
配向部分との境界領域の接触面積を増大できることは言
うまでもない。
【００２２】本実施例１〜４では、例として、ＳｒＴｉ
Ｏ３（格子不整合率１．１％）、ＮｄＧａＯ３（０．３
％）、超伝導材料としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを用いて説
明したが、格子不整合率の異なる２種の材料上に堆積し
た超伝導薄膜が不整合率の小さい方の材料上ではａ−軸
配向、不整合率が大きい方の材料上ではｃ−軸配向とな
る堆積温度が設定できれば全く同じ効果が得られること
はあきらかである。また本実施例では下部電極堆積前の
異なる２種の基板表面材料として、基板と薄膜を用いた
が、実施例２及び３で示した上部電極を堆積する前の基
板表面（図５及び図１３）と同じように２種類以上の格
子不整合率の異なる薄膜材料を堆積した上でも同じ効果
が得られることは言うまでもない。
Ｏ３（格子不整合率１．１％）、ＮｄＧａＯ３（０．３
％）、超伝導材料としてＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを用いて説
明したが、格子不整合率の異なる２種の材料上に堆積し
た超伝導薄膜が不整合率の小さい方の材料上ではａ−軸
配向、不整合率が大きい方の材料上ではｃ−軸配向とな
る堆積温度が設定できれば全く同じ効果が得られること
はあきらかである。また本実施例では下部電極堆積前の
異なる２種の基板表面材料として、基板と薄膜を用いた
が、実施例２及び３で示した上部電極を堆積する前の基
板表面（図５及び図１３）と同じように２種類以上の格
子不整合率の異なる薄膜材料を堆積した上でも同じ効果
が得られることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による、縦
型接合によれば、接合部においてはコヒーレンス長の長
い軸を配向軸に、配線部ではコヒーレンス長の長い軸を
薄膜平面内に持つ薄膜を電極として用いられるため、配
線部分となる領域ではｃ−軸配向すなわち、電流の流れ
易い（コヒーレンス長の長い）ａ／ｂ面を薄膜表面内に
持ち、一方接合の下部電極となる領域ではａ−軸配向、
すなわち、電流の流れ易いａ／ｂ面を薄膜と垂直方向に
持つ薄膜を作製できるため、配線の細線化と接合面積の
微小化を同時に実現できる効果がある。
型接合によれば、接合部においてはコヒーレンス長の長
い軸を配向軸に、配線部ではコヒーレンス長の長い軸を
薄膜平面内に持つ薄膜を電極として用いられるため、配
線部分となる領域ではｃ−軸配向すなわち、電流の流れ
易い（コヒーレンス長の長い）ａ／ｂ面を薄膜表面内に
持ち、一方接合の下部電極となる領域ではａ−軸配向、
すなわち、電流の流れ易いａ／ｂ面を薄膜と垂直方向に
持つ薄膜を作製できるため、配線の細線化と接合面積の
微小化を同時に実現できる効果がある。
【図１】格子不整合率とａ−軸配向／ｃ−軸配向となる
基板温度との関係を示すグラフである。
基板温度との関係を示すグラフである。
【図２】実施例１の超伝導縦型接合素子の概略図であ
る。
る。
【図３】実施例１の超伝導縦型接合素子の製造工程を示
す製造工程図である。
す製造工程図である。
【図４】実施例１の超伝導縦型接合素子の製造工程を示
す製造工程図である。
す製造工程図である。
【図５】実施例１の超伝導縦型接合素子の製造工程を示
す製造工程図である。
す製造工程図である。
【図６】実施例１の超伝導縦型接合素子の製造工程を示
す製造工程図である。
す製造工程図である。
【図７】実施例２の超伝導縦型接合素子の概略図であ
る。
る。
【図８】実施例２の超伝導縦型接合素子の製造工程を示
す製造工程図である。
す製造工程図である。
【図９】実施例２の超伝導縦型接合素子の製造工程を示
す製造工程図である。
す製造工程図である。
【図１０】実施例３の超伝導縦型接合素子の概略図であ
る。
る。
【図１１】実施例３の超伝導縦型接合素子の製造工程を
示す製造工程図である。
示す製造工程図である。
【図１２】実施例３の超伝導縦型接合素子の製造工程を
示す製造工程図である。
示す製造工程図である。
【図１３】実施例３の超伝導縦型接合素子の製造工程を
示す製造工程図である。
示す製造工程図である。
【図１４】実施例３の超伝導縦型接合素子の製造工程を
示す製造工程図である。
示す製造工程図である。
【図１５】実施例４の超伝導縦型接合素子の概略図であ
る。
る。
１………ＮｄＧａＯ３基板、２………ＳｒＴｉＯ３薄
膜、３………下部電極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜、４………下部電極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜、５………バリヤ層のＮｄＧａＯ３極薄膜、６…
……層間絶縁膜のＳｒＴｉＯ３薄膜、７………上部電極
のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、８………上部電
極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、９………マス
ク、１０………バリヤ層のＳｒＴｉＯ３極薄膜、１１…
……ＳｒＴｉＯ３基板。
膜、３………下部電極のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ
薄膜、４………下部電極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ
ｘ薄膜、５………バリヤ層のＮｄＧａＯ３極薄膜、６…
……層間絶縁膜のＳｒＴｉＯ３薄膜、７………上部電極
のｃ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、８………上部電
極のａ−軸配向ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ薄膜、９………マス
ク、１０………バリヤ層のＳｒＴｉＯ３極薄膜、１１…
……ＳｒＴｉＯ３基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−167578（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−153089（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−12575（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−39084（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−46098（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−144994（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−346277（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 上下のＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層（Ｌｎは
Ｙあるいはランタニド元素のうち超伝導となるもの）が
絶縁薄膜を介して接合されている超伝導縦型接合素子の
製造方法において、 前記上下２層のＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層の少なくとも一
方を形成する工程が、前記接合となる部分に、ＬｎＢａ
２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が０．３％以下、配線と
なる部分に、ＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとの格子不整合率が
１．１％以上である異なる二種類以上の材料を相隣接さ
せて形成する工程と、 その上に７１５℃以上７７０℃以下の温度でＬｎＢａ２
Ｃｕ３Ｏｘ層を堆積し、前記格子不整合率が０．３％以
下の材料上にａ軸配向したＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を、
前記格子不整合率が１．１％以上の材料上にｃ軸配向し
たＬｎＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ層を相隣接して形成する工程と
を有することを特徴とする超伝導薄膜縦型接合素子の製
造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4223796A JP2708673B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 超伝導薄膜縦型接合素子の製造方法 |
| EP93111981A EP0582889B1 (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Junction device with lattice matching and method for fabricating the same |
| DE69328278T DE69328278T2 (de) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Übergangsvorrichtung mit Gitteranpassung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US08/097,235 US5593950A (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Lattice matching super conducting device with a- and c- axes |
| EP99118017A EP0973208B1 (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Lattice matching device and method for fabricating the same |
| DE69333799T DE69333799T2 (de) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Bauelement mit Gitteranpassung und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP05005034A EP1544926A3 (en) | 1992-07-28 | 1993-07-27 | Superconducting thin film device comprising superconducting oxide multilayer interconnections and method for fabricating the same |
| US08/479,751 US5821200A (en) | 1992-07-28 | 1995-06-07 | Lattice matching device and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4223796A JP2708673B2 (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 超伝導薄膜縦型接合素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677545A JPH0677545A (ja) | 1994-03-18 |
| JP2708673B2 true JP2708673B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=16803858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4223796A Expired - Fee Related JP2708673B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-08-24 | 超伝導薄膜縦型接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2708673B2 (ja) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6439084A (en) * | 1987-08-04 | 1989-02-09 | Mitsubishi Electric Corp | Josephson element |
| JPH03153089A (ja) * | 1989-11-10 | 1991-07-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導材料を用いたトンネル接合素子 |
| JPH0412575A (ja) * | 1990-05-01 | 1992-01-17 | Ricoh Co Ltd | トンネル接合素子 |
| JPH0446098A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-02-17 | Toshiba Corp | 超電導部材 |
| JPH04144994A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-05-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜の製造方法 |
| JP2703404B2 (ja) * | 1990-10-31 | 1998-01-26 | 住友電気工業株式会社 | 超電導回路とその作製方法 |
| JP2827572B2 (ja) * | 1991-05-24 | 1998-11-25 | 日本電気株式会社 | 層状超伝導体回路とその製造方法 |
-
1992
- 1992-08-24 JP JP4223796A patent/JP2708673B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0677545A (ja) | 1994-03-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |