JP3013100B2 - Method for manufacturing dielectric tunnel structure - Google Patents

Method for manufacturing dielectric tunnel structure

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JP3013100B2 JP2285861A JP28586190A JP3013100B2 JP 3013100 B2 JP3013100 B2 JP 3013100B2 JP 2285861 A JP2285861 A JP 2285861A JP 28586190 A JP28586190 A JP 28586190A JP 3013100 B2 JP3013100 B2 JP 3013100B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 導電性を有する第1の領域と高い誘電体と半導体的バ
ンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体バリア層を介
挿した誘電体トンネル構造体の製造方法に関し、 誘電体バリア層にピンホールが生じても特性が劣化し
ない誘電体バリア構造体の製造方法を提供することを目
的とし、 導電性を有する第1の領域と、高い誘電率と半導体的
バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体バリア層を
介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法であって、高
い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域の上に
誘電体バリア層を堆積する工程と、該誘電体バリア層に
於けるピンホールを通してその底面に露出している該第
2の領域の表面の誘電率を低減する為に該誘電体バリア
層全体を酸の水溶液に曝すなどの工程と、該誘電体バリ
ア層の上に導電性を有する第1の領域を堆積する工程と
を含んでなるよう構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] Dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric and semiconductor band structure The object of the present invention is to provide a method of manufacturing a dielectric barrier structure in which characteristics are not degraded even when a pinhole occurs in a dielectric barrier layer, and a first region having conductivity, a high dielectric constant, A method of manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a second region having a semiconductor band structure and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. Depositing a dielectric barrier layer on the entire surface of the dielectric barrier layer to reduce the dielectric constant of the surface of the second region exposed at the bottom surface through a pinhole in the dielectric barrier layer. Exposing it to an aqueous acid solution, Depositing a first region having conductivity on the dielectric barrier layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、導電性を有する第1の領域と高い誘電率と
半導体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体バ
リア層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法に関
する。
The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure.

近年、超伝導体からなる導電性領域と、誘電体バリア
層と、高い誘電率と半導体的バンド構造をもつ領域(半
導体領域)の積層構造体を使用した超伝導ダイオード、
超伝導ベーストランジスタ等の誘電体トンネル構造装置
が提案されている。
In recent years, a superconducting diode using a laminated structure of a conductive region made of a superconductor, a dielectric barrier layer, and a region (semiconductor region) having a high dielectric constant and a semiconductor band structure,
A dielectric tunnel structure device such as a superconducting base transistor has been proposed.

第5図(a)、(b)は誘電体トンネル構造体を用い
た超伝導ダイオードの説明図である。
FIGS. 5A and 5B are explanatory views of a superconducting diode using a dielectric tunnel structure.

この図において、21は超伝導体からなる第1の導電性
領域、22は第1の誘電体バリア層、23は高い誘電率と半
導体的バンド構造をもつ領域(半導体領域)、24は第2
の誘電体バリア層、25は第2の導電性領域である。
In this figure, 21 is a first conductive region made of a superconductor, 22 is a first dielectric barrier layer, 23 is a region having a high dielectric constant and a semiconductor-like band structure (semiconductor region), and 24 is a second region.
The dielectric barrier layer 25 is a second conductive region.

この超伝導ダイオードは、第5図(a)の概略構成図
に示されているように、超伝導体からなる第1の導電性
領域21、第1の誘電体バリア層22、高い誘電率と半導体
的バンド構造をもつ領域(半導体領域)23、第2の誘電
体バリア層24、第2の導電性領域25の積層体から構成さ
れている。
This superconducting diode has a first conductive region 21 made of a superconductor, a first dielectric barrier layer 22, a high dielectric constant, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. It is composed of a laminate of a region (semiconductor region) 23 having a semiconductor band structure, a second dielectric barrier layer 24, and a second conductive region 25.

そして、上記ダイオードを構成する材料の一例を挙げ
ると、第1の導電性領域21はNb、第1の誘電体バリア層
22と第2の誘電体バリア層24はSi、半導体領域23はNbド
ープSrTiO3である。
Then, as an example of a material constituting the diode, the first conductive region 21 is Nb, the first dielectric barrier layer
22 and the second dielectric barrier layer 24 are made of Si, and the semiconductor region 23 is made of Nb-doped SrTiO 3 .

第5図(b)は上記の超伝導ダイオードのバンド構造
を示している。
FIG. 5 (b) shows the band structure of the superconducting diode.

この図に示されているように、上記の超伝導ダイオー
ドの両端の第1の導電性領域21と第2の導電性領域25の
間に電圧を印加すると、誘電体層の電子に対する電位を
低下するようにバンド構造が曲げられるが、この電位の
低下の大部分は、半導体領域23に比べて誘電率が著しく
小さい第1の誘電体バリア層22と第2の誘電体バリア層
24の中で生じる。
As shown in this figure, when a voltage is applied between the first conductive region 21 and the second conductive region 25 at both ends of the above-described superconducting diode, the potential of the dielectric layer with respect to electrons decreases. The band structure is bent in such a way that the first dielectric barrier layer 22 and the second dielectric barrier layer, each of which has a significantly lower dielectric constant than the semiconductor region 23,
Occurs in 24.

そして、第1の誘電体バリア層22と第2の誘電体バリ
ア層24は、キャリアがトンネル現象によって通過する程
度に狭く形成されているから、第1の導電性領域21から
半導体領域23をみた実効バリア高は、第1の導電性領域
21のフェルミレベルEFと半導体領域23の伝導帯とのエネ
ルギ差で与えられることになる。
Since the first dielectric barrier layer 22 and the second dielectric barrier layer 24 are formed so narrow that carriers pass by a tunnel phenomenon, the semiconductor region 23 is viewed from the first conductive region 21. The effective barrier height is the first conductive region
It would be given by the energy difference between the conduction band of the Fermi level E F and the semiconductor region 23 of the 21.

この実効バリア高は半導体領域23の中のドナのイオン
化エネルギ程度まで下げることが可能であるため、1meV
以下の値を得ることができる。
Since this effective barrier height can be reduced to about the ionization energy of the donor in the semiconductor region 23, 1 meV
The following values can be obtained:

この超伝導状態の第1の導電性領域21に、超伝導体の
エネルギギャップΔの2倍を超えるエネルギを有する電
磁波を照射されると、超伝導体の中の超伝導電子(クー
パー対)が電磁波のエネルギを吸収することによって分
裂してキャリアとなるから、微小なエネルギをもつ電磁
波の検出装置を構成することができる。
When the first conductive region 21 in the superconducting state is irradiated with an electromagnetic wave having an energy exceeding twice the energy gap Δ of the superconductor, superconducting electrons (Cooper pairs) in the superconductor are emitted. Since the carrier is split by absorbing the energy of the electromagnetic wave to become a carrier, it is possible to configure an electromagnetic wave detecting device having minute energy.

また、上記の誘電体トンネル構造体をトランジスタの
ベース領域に適用すると、数meV程度の低いバリア層が
得られ、微小に信号をスイッチングすることが可能で、
消費電力がきわめて小さい超伝導ベーストランジスタが
形成されるから、これによって高密度化した高性能コン
ピュータを構成することができる。
In addition, when the above-described dielectric tunnel structure is applied to the base region of a transistor, a barrier layer as low as several meV can be obtained, and a signal can be minutely switched.
Since a superconducting base transistor with extremely low power consumption is formed, a high-density high-performance computer can be formed by this.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

前記の超伝導ダイオード等に使用される誘電体トンネ
ル構造体は、基本的には、高い誘電体と半導体的バンド
構造をもつ領域(半導体領域)と、誘電体バリア層と、
導電性を有する領域から構成される。
The dielectric tunnel structure used for the superconducting diode or the like basically includes a region having a high dielectric and a semiconductor band structure (semiconductor region), a dielectric barrier layer,
It is composed of a conductive region.

そして、この半導体領域の誘電率は誘電体バリア層に
比べて例えば1000倍以上の高い値を有している。
The dielectric constant of this semiconductor region has a value, for example, 1000 times or more higher than that of the dielectric barrier layer.

このように半導体領域の誘電率を高くすると、下記の
2つの現象が生じる。
When the dielectric constant of the semiconductor region is increased as described above, the following two phenomena occur.

第1の現象 大きいバンドの曲がりが誘電体バリア中で生じ、半導
体領域の表面の空乏層で生じるバンドの曲がりが非常に
小さくなる。
First phenomenon A large band bending occurs in the dielectric barrier, and the band bending generated in the depletion layer on the surface of the semiconductor region becomes very small.

このため、通常の半導体においてはこの値が1eV程度
であるのに対して、この場合は数meV程度になる。
For this reason, this value is about 1 eV in a normal semiconductor, but is about several meV in this case.

第2の現象 この誘電体トンネル構造体に電圧を印加すると、各誘
電体層に加わる電圧は各層の単位面積当たりの静電容量
の逆比で分圧されるため、その電圧のほとんどが誘電体
バリア層に加わる。
Second phenomenon When a voltage is applied to this dielectric tunnel structure, the voltage applied to each dielectric layer is divided by the inverse ratio of the capacitance per unit area of each layer. Joins the barrier layer.

この2つの現象により、数mV程度の低電圧で動作する
超伝導ダイオードや超伝導ベーストランジスタが得られ
る。
By these two phenomena, a superconducting diode or a superconducting base transistor operating at a low voltage of about several mV can be obtained.

従来、この誘電体トンネル構造体は、高い誘電率と半
導体的バンド構造をもつ半導体領域の上に、厚さ数10Å
程度の誘電体バリア層27をスパッタ法等によって堆積
し、この上に、誘電性領域を堆積して製造されていた。
Conventionally, this dielectric tunnel structure has a thickness of several tens of millimeters on a semiconductor region having a high dielectric constant and a semiconducting band structure.
The dielectric barrier layer 27 is deposited by sputtering or the like, and a dielectric region is deposited thereon.

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

しかしながら、誘電体バリア層が、数10Åと極めて薄
いため、ピンホールの発生を避けることは困難である。
However, since the dielectric barrier layer is as thin as several tens of degrees, it is difficult to avoid generation of pinholes.

そして、ピンホールが生じると、導電性領域がピンホ
ールを通して高誘電率の半導体領域に達し、誘電体バリ
ア層自体に加わる電圧が減少するため、誘電体トンネル
構造体に低電圧動作を可能にしていた上記の2つの現象
が阻害される。
Then, when a pinhole occurs, the conductive region reaches the semiconductor region having a high dielectric constant through the pinhole, and the voltage applied to the dielectric barrier layer itself decreases, thereby enabling the dielectric tunnel structure to operate at a low voltage. Further, the above two phenomena are inhibited.

したがって、従来の製造方法によって製造した誘電体
トンネル構造体においては、特性が理論通りにならず劣
化するという問題があった。
Therefore, in the dielectric tunnel structure manufactured by the conventional manufacturing method, there is a problem that the characteristics are not as expected and deteriorate.

本発明は、誘電体バリア層にピンホールが生じても特
性が劣化しない誘電体トンネル構造体の製造方法を提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a dielectric tunnel structure in which characteristics are not deteriorated even when a pinhole is generated in a dielectric barrier layer.

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

本発明に依る誘電体トンネル構造体の製造方法に於い
ては、導電性を有する第1の領域と、高い誘電率と半導
体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体バリア
層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法であっ
て、高い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域
の上に誘電体バリア層を堆積する工程と、該誘電体バリ
ア層に於けるピンホールを通してその底面に露出してい
る該第2の領域の表面の誘電率を低減する為に該誘電体
バリア層全体を酸の水溶液に曝すなどの工程と、該誘電
体バリア層の上に導電性を有する第1の領域を堆積する
工程とを含んでいる。
In a method of manufacturing a dielectric tunnel structure according to the present invention, a dielectric barrier layer is provided between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. A method of manufacturing an interposed dielectric tunnel structure, comprising: depositing a dielectric barrier layer over a second region having a high dielectric constant and a semiconducting band structure; Exposing the entire dielectric barrier layer to an aqueous acid solution to reduce the dielectric constant of the surface of the second region exposed on the bottom surface through the pinhole; Depositing a first region having conductivity.

〔作用〕[Action]

第6図(a)〜(c)は、本発明の製造方法の原理説
明図である。
6 (a) to 6 (c) are diagrams illustrating the principle of the manufacturing method of the present invention.

この図において26は高い誘電率と半導体的バンド構造
をもつ領域(半導体領域)、27は誘電体バリア層、28は
ピンホール、29は低誘電率領域、30は導電性領域であ
る。
In this figure, 26 is a region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure (semiconductor region), 27 is a dielectric barrier layer, 28 is a pinhole, 29 is a low dielectric constant region, and 30 is a conductive region.

第1工程(第6図(a)参照) 高い誘電率と半導体的バンド構造をもつ領域(半導体
領域)26の上に誘電体バリア層27を堆積する。
First Step (See FIG. 6A) A dielectric barrier layer 27 is deposited on a region (semiconductor region) 26 having a high dielectric constant and a semiconducting band structure.

この場合、堆積層の厚さが数10Åと極めて薄いため、
堆積層中にピンホール28が生じるのを避けることは困難
である。
In this case, the thickness of the deposited layer is extremely small, several tens
It is difficult to avoid pinholes 28 in the deposited layer.

第2工程(第6図(b)参照) ピンホール28を通して、実施例において説明する処理
を加えて、半導体領域26の表面に低誘電率領域29を形成
する。
Second Step (See FIG. 6B) A low dielectric constant region 29 is formed on the surface of the semiconductor region 26 through the pinhole 28 by performing the processing described in the embodiment.

第3工程(第6図(c)参照) その上に導電性領域30を堆積する。Third step (see FIG. 6 (c)) A conductive region 30 is deposited thereon.

従来の製造方法と上記の本発明の製造方法によって製
造された誘電体トンネル構造の特性を説明する。
The characteristics of the dielectric tunnel structure manufactured by the conventional manufacturing method and the manufacturing method of the present invention will be described.

まず、ピンホール28が生じない場合について考える。 First, a case where the pinhole 28 does not occur will be considered.

この場合、誘電体バリア層の誘電率をε、その厚さ
をd3、半導体領域表面の誘電率をε、空乏層の厚さを
d2とする。
In this case, the dielectric constant of the dielectric barrier layer is ε 3 , its thickness is d 3 , the dielectric constant of the surface of the semiconductor region is ε 2 , and the thickness of the depletion layer is
Let d be 2 .

この構造に電圧Vが加えられると、各誘電体層に加わ
る電圧は各層の単位面積当たりの静電容量ε3/d3、ε2/
d2の逆比で分割されるため、誘電体バリア層に加わる電
圧は、((1+(d3ε)/(d2ε))-1Vで与えら
れる。
When a voltage V is applied to this structure, the voltage applied to each dielectric layer becomes the capacitance ε 3 / d 3 , ε 2 /
Since the voltage is divided by the inverse ratio of d 2, the voltage applied to the dielectric barrier layer is given by ((1+ (d 3 ε 2 ) / (d 2 ε 3 )) −1 V.

ところが、誘電体バリア層にピンホール28が生じ導電
性領域30が半導体領域26の表面に達して接触すると状況
は変わる。
However, the situation changes when a pinhole 28 is formed in the dielectric barrier layer and the conductive region 30 reaches and contacts the surface of the semiconductor region 26.

いま、ピンホールの面積をSとすると、導電性領域が
高誘電率の領域に接するから、ピンホールの容量はS・
ε2/d2となる。
Now, assuming that the area of the pinhole is S, since the conductive region is in contact with the region having a high dielectric constant, the capacitance of the pinhole is S ·
ε 2 / d 2 .

ところが、εはεに比して非常に大きい(1000倍
程度)からこの容量値は、面積Aの誘電体バリア層全体
の容量A・ε3/d3に比べて無視できない大きさになる。
However, since ε 2 is very large (about 1000 times) as compared with ε 3 , this capacitance value is not negligible compared to the capacitance A · ε 3 / d 3 of the entire dielectric barrier layer having the area A. Become.

そのため誘電体バリア層の見かけの容量が増加し、各
層の誘電率の逆比で決まる誘電体バリア層にかかる電圧
が減少してしまう。
Therefore, the apparent capacitance of the dielectric barrier layer increases, and the voltage applied to the dielectric barrier layer, which is determined by the inverse ratio of the dielectric constant of each layer, decreases.

これに反し、本発明の製造方法によると、半導体領域
の上にバリア層を堆積したあとで、ピンホールの底面に
露出している半導体領域の表面の誘電率を低下させる処
理を施して、もとのεよりはるかに小さい誘電率ε
をもちその厚さがdxである低誘電率領域29を形成する
と、その容量S・εx/dxを、この処理を施す前のS・ε
2/d2よりきわめて小さい値にすることができ、ピンホー
ル28は誘電体バリア層に加わる電圧を減少させる効果を
もたなくなる。
Contrary to this, according to the manufacturing method of the present invention, after depositing the barrier layer on the semiconductor region, a process for reducing the dielectric constant of the surface of the semiconductor region exposed on the bottom surface of the pinhole may be performed. Dielectric constant ε x much smaller than ε 2 with
Has the thickness thereof to form a low dielectric region 29 that is a d x a, the capacity S · ε x / d x, before performing the process S · epsilon
Can be very small than 2 / d 2, the pinhole 28 will not have the effect of reducing the voltage applied to the dielectric barrier layer.

誘電体トンネル構造体に使用される、高い誘電率と半
導体的バンド構造をもつ領域(半導体領域)の誘電率は
その結晶構造と密接に関係し、実施例において説明する
ような化学的あるいは物理的手段により表面構造を改質
すると、表面誘電率を著しく低下させることができ、こ
のような処理によっては、低い誘電率のバリアが高い誘
電率に変化することはないから、本発明によると、誘電
体トンネル構造体の動作に有害な作用をもつピンホール
が生じたとしても、その有害作用を容易に解消すること
ができる。
The dielectric constant of a region having a high dielectric constant and a semiconducting band structure (semiconductor region) used for a dielectric tunnel structure is closely related to its crystal structure, and is chemically or physically as described in the embodiments. By modifying the surface structure by means, the surface permittivity can be significantly reduced, and such treatment does not change the low permittivity barrier to a high permittivity. Even if a pinhole having a harmful effect on the operation of the body tunnel structure is generated, the harmful effect can be easily eliminated.

なお、この表面改質の影響は実質的にピンホールのあ
るところだけで行われるから素子そのものの動作に悪影
響を及ぼさない。
In addition, since the influence of the surface modification is substantially performed only in a portion having a pinhole, the operation of the device itself is not adversely affected.

その結果、誘電体トンネル構造体の良品率を向上する
ことができる。
As a result, the yield rate of the dielectric tunnel structure can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の誘電体トンネル構造体の製造方法の実
施例を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a dielectric tunnel structure of the present invention will be described with reference to the drawings.

(1)第1実施例 第1図(a)〜(d)は、本発明の第1実施例の製造
工程説明図である。
(1) First Embodiment FIGS. 1 (a) to 1 (d) are explanatory views of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

この図において、1はNbドープSrTiO3層、2はSiバリ
ア層、3はピンホール、4は容器、5はHF:H2O、6は低
誘電率領域、7はNb層である。
In this figure, 1 is an Nb-doped SrTiO 3 layer, 2 is a Si barrier layer, 3 is a pinhole, 4 is a container, 5 is HF: H 2 O, 6 is a low dielectric constant region, and 7 is an Nb layer.

第1工程(第1図(a)参照) 高い誘電率と半導体的バンド構造をもつNbドープSrTi
O3層1の上に、スパッタリングによって、多結晶あるい
はアモルファスのSiバリア層2を60Åの厚さに堆積す
る。
First step (See Fig. 1 (a)) Nb-doped SrTi with high dielectric constant and semiconducting band structure
On the O 3 layer 1, a polycrystalline or amorphous Si barrier layer 2 is deposited to a thickness of 60 ° by sputtering.

上記のように、Siバリア層2は、キャリアをトンネル
現象により透過させる程度に極めて薄く形成されるた
め、ピンホール3を皆無にすることは困難である。
As described above, since the Si barrier layer 2 is formed to be extremely thin enough to allow carriers to pass through by the tunnel phenomenon, it is difficult to eliminate the pinhole 3 entirely.

第2工程(第1図(b)参照) 次に、第1工程によって得られた試料をスパッタ装置
から取り出し、容器4に満たしたHF:H2O(=1:10)5中
に10秒間浸漬して処理する。
Second step (see FIG. 1 (b)) Next, the sample obtained in the first step is taken out of the sputtering apparatus and placed in a HF: H 2 O (= 1: 10) 5 filled in a container 4 for 10 seconds. Immerse and process.

第3工程(第1図(c)参照) 次いで、試料を純水で1分間洗浄した後、乾燥し、再
びスパッタ装置に取りつけ、Nb層7を厚さ2500Å堆積す
る。
Third Step (See FIG. 1 (c)) Next, the sample is washed with pure water for 1 minute, dried, mounted again on the sputtering apparatus, and the Nb layer 7 is deposited to a thickness of 2500 °.

第4工程(第1図(d)参照) その後、Nb層7とSiバリア層2をフォトリソグラフィ
ー技術とCF4+5%O2を用いた反応性ドライエッチング
により選択的に除去し、必要な大きさのトンネル構造体
を形成する。
Fourth step (see FIG. 1 (d)) Thereafter, the Nb layer 7 and the Si barrier layer 2 are selectively removed by photolithography and reactive dry etching using CF 4 + 5% O 2 , and the required size is removed. To form a tunnel structure.

上記の第2の工程における、酸の水溶液の処理によっ
て、Siバリア層2のピンホール3の底面に露出している
NbドープSrTiO3層1の表面に低誘電率領域6が形成され
るため、このピンホール3があっても誘電体トンネル構
造体の特性の劣化はない。
Exposed on the bottom surface of the pinhole 3 of the Si barrier layer 2 by the treatment of the aqueous acid solution in the second step.
Since the low dielectric constant region 6 is formed on the surface of the Nb-doped SrTiO 3 layer 1, the characteristics of the dielectric tunnel structure do not deteriorate even if the pinhole 3 exists.

本実施例によって製造された誘電体トンネル構造体
は、前述した超伝導ダイオードや、超伝導ベーストラン
ジスタ等の構成の一部として使用される。
The dielectric tunnel structure manufactured according to this embodiment is used as a part of the configuration of the above-described superconducting diode, superconducting base transistor, and the like.

なお、本実施例における上記のHF:H2Oの他、濃燐酸水
溶液(H2PO4)等の酸の水溶液を使用することもでき
る。
In addition, an aqueous solution of an acid such as a concentrated phosphoric acid aqueous solution (H 2 PO 4 ) can be used in addition to the above-mentioned HF: H 2 O in this embodiment.

(2)第2実施例 第2図(a)〜(d)は、本発明の第2実施例の製造
工程説明図である。
(2) Second Embodiment FIGS. 2 (a) to 2 (d) are explanatory views of a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.

この図において、8は気密容器、9は塩素ガスである
他は第1図において同符号を付して説明したものと同じ
である。
In this figure, 8 is the same as that described with the same reference numerals in FIG. 1 except that 8 is an airtight container and 9 is chlorine gas.

第1工程(第2図(a)参照) NbドープSrTiO3層1の上に、スパッタリングによって
Siバリア層2を60Åの厚さに堆積する。
First step (see FIG. 2 (a)) On the Nb-doped SrTiO 3 layer 1 by sputtering
A Si barrier layer 2 is deposited to a thickness of 60 °.

第2工程(第2図(b)参照) 次に、第1工程によって得られた試料をスパッタ装置
から取り出し、気密容器8中に充填した塩素ガス9に曝
す。
Second Step (See FIG. 2 (b)) Next, the sample obtained in the first step is taken out of the sputtering apparatus and exposed to a chlorine gas 9 filled in an airtight container 8.

第3工程(第2図(c)参照) 次いで、試料を再びスパッタ装置に取りつけ、Nb層7
を厚さ2500Å堆積する。
Third step (see FIG. 2 (c)) Then, the sample was mounted again on the sputtering device, and the Nb layer 7 was removed.
Is deposited to a thickness of 2500 mm.

その後、Nb層7とSiバリア層2をフォトリソグラフィ
ー技術とCF4+5%O2を用いた反応性ドライエッチング
により加工し、必要な大きさの誘電体トンネル構造体と
する。
Thereafter, the Nb layer 7 and the Si barrier layer 2 are processed by photolithography and reactive dry etching using CF 4 + 5% O 2 to form a dielectric tunnel structure of a required size.

上記の、試料をエッチング性気体に曝す処理によって
NbドープSrTiO3層1の表面に低誘電率領域6が形成され
る。
By exposing the sample to the etching gas,
A low dielectric constant region 6 is formed on the surface of the Nb-doped SrTiO 3 layer 1.

(3)第3実施例 第3図(a)〜(d)は、本発明の第3実施例の製造
工程説明図である。
(3) Third Embodiment FIGS. 3 (a) to 3 (d) are explanatory views of a manufacturing process according to a third embodiment of the present invention.

この図において、10がAl2O3バリア層、11がCF4プラズ
マである他は第1図において同符号を付して説明したも
のと同じである。
In this figure, it is the same as that described with the same reference numerals in FIG. 1 except that 10 is an Al 2 O 3 barrier layer and 11 is CF 4 plasma.

第1工程(第3図(a)参照) NbドープSrTiO3層1の上にAl2O3バリア層10を反応性
スパッタリングによって堆積する。
First Step (See FIG. 3 (a)) An Al 2 O 3 barrier layer 10 is deposited on the Nb-doped SrTiO 3 layer 1 by reactive sputtering.

第2工程(第3図(b)参照) 次に、上記の試料をスパッタ装置から取り出すことな
く、引き続いて、CF4ガス10mTorr中の高周波放電によっ
て発生するプラズマ中に曝す。
Second Step (See FIG. 3 (b)) Next, the sample is exposed to plasma generated by high-frequency discharge in 10 mTorr of CF 4 gas without removing the sample from the sputtering apparatus.

第3工程(第3図(c)参照) 次いで、前記の試料をスパッタ装置から取り出すこと
なく、Al2O3バリア層10の上にNb層7を厚さ2500Å堆積
する。
Third Step (See FIG. 3 (c)) Next, an Nb layer 7 is deposited on the Al 2 O 3 barrier layer 10 to a thickness of 2500 ° without removing the sample from the sputtering apparatus.

第4工程(第3図(d)参照) その後、Nb層7とAl2O3バリア層10をフォトリソグラ
フィー技術とCF4+5%O2を用いた反応性ドライエッチ
ングにより加工し、必要な大きさの誘電体トンネル構造
体を形成する。
Fourth step (see FIG. 3 (d)) Thereafter, the Nb layer 7 and the Al 2 O 3 barrier layer 10 are processed by a photolithography technique and reactive dry etching using CF 4 + 5% O 2 to obtain a required size. A dielectric tunnel structure is formed.

上記の試料をプラズマに曝す処理によって、Al2O3
リア層10のピンホール3を通してNbドープSrTiO3層1の
表面に低誘電率領域6が形成される。
The low dielectric constant region 6 is formed on the surface of the Nb-doped SrTiO 3 layer 1 through the pinhole 3 of the Al 2 O 3 barrier layer 10 by exposing the sample to plasma.

本実施例によると、試料をスパッタ装置から取り出す
必要がないため工程時間が短縮される利点があり、ま
た、Al2O3バリア層10の表面が湿式処理によって汚染さ
れることがないため、次の工程においてNb層7を堆積し
た場合に付着力が向上する利点がある。
According to the present embodiment, there is an advantage that the process time is shortened because it is not necessary to take out the sample from the sputtering apparatus, and since the surface of the Al 2 O 3 barrier layer 10 is not contaminated by wet processing, There is an advantage that the adhesive force is improved when the Nb layer 7 is deposited in the step.

第4実施例 第4図(a)〜(d)は、本発明の第4実施例の製造
工程説明図である。
Fourth Embodiment FIGS. 4 (a) to 4 (d) are explanatory diagrams of a manufacturing process according to a fourth embodiment of the present invention.

この図において、12がSbイオンである他は第1図にお
いて同符号を付して説明したものと同じである。
In this figure, the elements are the same as those described in FIG. 1 except that 12 is an Sb ion.

第1工程(第4図(a)参照) NbドープSrTiO3層1の上にSiバリア層2をスパッタリ
ングによって堆積する。
First Step (See FIG. 4A) A Si barrier layer 2 is deposited on the Nb-doped SrTiO 3 layer 1 by sputtering.

第2工程(第4図(b)参照) 次に、上記の試料をスパッタ装置から取り出し、イオ
ン打ち込み装置により、Siバリア層2に向けてSbイオン
12を加速電圧100keVで1015cm-2だけ注入する。
Step 2 (see FIG. 4 (b)) Next, the sample is taken out of the sputtering apparatus, and Sb ions are directed toward the Si barrier layer 2 by an ion implantation apparatus.
12 is injected at an acceleration voltage of 100 keV by 10 15 cm -2 .

第3工程(第4図(c)参照) 次いで、前記の試料を再びスパッタ装置に挿入して、
Siバリア層2の上にNb層7を厚さ2500Å堆積する。
Third step (see FIG. 4 (c)) Then, the sample is inserted again into the sputtering apparatus,
An Nb layer 7 is deposited on the Si barrier layer 2 to a thickness of 2500 °.

第4工程(第4図(d)参照) その後、Nb層7とSiバリア層2をフォトリソグラフィ
ー技術とCF4+5%O2を用いた反応性ドライエッチング
により加工し、必要な大きさの誘電体トンネル構造体を
形成する。
Fourth step (see FIG. 4 (d)) Thereafter, the Nb layer 7 and the Si barrier layer 2 are processed by photolithography and reactive dry etching using CF 4 + 5% O 2 to obtain a dielectric having a required size. A body tunnel structure is formed.

上記のSiバリア層2にSbイオン12を注入する処理によ
って、Siバリア層2のピンホールを通してNbドープSrTi
O3層1の表面に低誘電率領域6が形成される。
By the process of implanting Sb ions 12 into the Si barrier layer 2, Nb-doped SrTi is passed through the pinholes of the Si barrier layer 2.
A low dielectric constant region 6 is formed on the surface of the O 3 layer 1.

本実施例によると、第3実施例のようにCF4ガスを用
いる方法と同様の利点があるとともに、誘電率が低下す
る表面層の厚さがさらに厚くとれるため、誘電体トンネ
ル構造体の特性の改善の程度がさらに向上する利点があ
る。
According to the present embodiment, the same advantages as the method using CF 4 gas as in the third embodiment are obtained, and the thickness of the surface layer where the dielectric constant is reduced can be further increased. There is an advantage that the degree of improvement is further improved.

第5実施例 高誘電率半導体、例えば、NbをドープしたSrTiO3の上
にバリア層としてSi層をスパッタリングによって堆積す
る。
Fifth Embodiment A Si layer is deposited as a barrier layer by sputtering on a high dielectric constant semiconductor, for example, SrTiO 3 doped with Nb.

第2工程 次に、上記の試料をスパッタ装置から取り出して、Si
バリア層の上面にKrFエキシマレーザ光を照射する。
Second step Next, the sample is taken out of the sputtering apparatus and
The upper surface of the barrier layer is irradiated with KrF excimer laser light.

第3工程 次いで、前記の試料を再びスパッタ装置に挿入して、
Siバリア層の上にNb層を厚さ2500Å堆積する。
Third step Next, the sample is inserted again into the sputtering apparatus,
An Nb layer having a thickness of 2500 mm is deposited on the Si barrier layer.

第4工程 その後、Nb層とSiバリア層をフォトリソグラフィー技
術とCF4+5%O2を用いた反応性ドライエッチングによ
り加工し、必要な大きさの誘電体トンネル構造体を形成
する。
Fourth Step After that, the Nb layer and the Si barrier layer are processed by photolithography and reactive dry etching using CF 4 + 5% O 2 to form a dielectric tunnel structure of a required size.

上記の、NbドープSrTiO3層の表面にレーザ光を照射す
ることによって、Siバリア層のピンホールを通してNbド
ープSrTiO3層の表面に低誘電率領域が形成される。
By irradiating the surface of the Nb-doped SrTiO 3 layer with a laser beam, a low dielectric constant region is formed on the surface of the Nb-doped SrTiO 3 layer through the pinhole of the Si barrier layer.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によると、高い誘電率と
半導体的バンド構造をもつ層の上に堆積されたバリア層
にピンホールが生じたとしても、ピンホールの底面を通
してその表面に低誘電率領域が形成されるため、誘電体
トンネル構造体の特性の劣化が生じることがなく、これ
によって、良好な特性を有する超伝導ダイオード、超伝
導ベーストランジスタ等の装置を構成することができ
る。
As described above, according to the present invention, even if a pinhole occurs in a barrier layer deposited on a layer having a high dielectric constant and a semiconducting band structure, a low dielectric constant is applied to the surface through the bottom surface of the pinhole. Since the region is formed, the characteristics of the dielectric tunnel structure are not deteriorated, whereby a device such as a superconducting diode or a superconducting base transistor having good characteristics can be formed.

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

第1図(a)〜(d)は本発明の第1実施例の製造工程
説明図、第2図(a)〜(d)は本発明の第2実施例の
製造工程説明図、第3図(a)〜(d)は本発明の第3
実施例の製造工程の説明図、第4図(a)〜(d)は本
発明の第4実施例の製造工程の説明図、第5図(a)、
(b)は誘電体トンネル構造体を用いた超伝導ダイオー
ドの説明図、第6図(a)〜(c)は、本発明の製造方
法の原理説明図である。 1……NbドープSrTiO3層、2……Siバリア層、3……ピ
ンホール、4……容器、5……HF:H2O、6……低誘電率
領域、7……Nb層、8……気密容器、9……塩素ガス、
10……Al2O3バリア層、11……CF4プラズマ、12……Sbイ
オン
1 (a) to 1 (d) are explanatory views of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (d) are explanatory views of a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention. Figures (a) to (d) show the third embodiment of the present invention.
FIGS. 4 (a) to 4 (d) are explanatory views of the manufacturing process of the embodiment, and FIGS. 4 (a) to 4 (d) are explanatory diagrams of the manufacturing process of the fourth embodiment of the present invention.
6B is an explanatory view of a superconducting diode using the dielectric tunnel structure, and FIGS. 6A to 6C are explanatory views of the principle of the manufacturing method of the present invention. 1 ...... Nb-doped SrTiO 3 layer, 2 ...... Si barrier layer, 3 ...... pinhole, 4 ...... vessel, 5 ...... HF: H 2 O , 6 ...... low dielectric region, 7 ...... Nb layer, 8 ... airtight container, 9 ... chlorine gas,
10 ... Al 2 O 3 barrier layer, 11… CF 4 plasma, 12… Sb ion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−163981(JP,A) 特開 平1−102973(JP,A) 特開 平1−129481(JP,A) 特開 昭57−126183(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/00 H01L 39/22 - 39/24 H01L 29/06 H01L 29/88 - 29/96 H01L 49/00 - 49/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-163811 (JP, A) JP-A-1-102973 (JP, A) JP-A-1-129481 (JP, A) JP-A-57- 126183 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 39/00 H01L 39/22-39/24 H01L 29/06 H01L 29/88-29/96 H01L 49/00 -49/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】導電性を有する第1の領域と、高い誘電率
と半導体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体
バリア層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法で
あって、 高い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域の上
に誘電体バリア層を堆積する工程と、 該誘電体バリア層に於けるピンホールを通してその底面
に露出している該第2の領域の表面の誘電率を低減する
為に該誘電体バリア層全体を酸の水溶液に曝す工程と、 該誘電体バリア層の上に導電性を有する第1の領域を堆
積する工程と を含んでなることを特徴とする誘電体トンネル構造体の
製造方法。
A method for manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. Depositing a dielectric barrier layer over a second region having a high dielectric constant and a semiconducting band structure; and exposing a bottom surface exposed through a pinhole in the dielectric barrier layer to a bottom surface thereof. Exposing the entire dielectric barrier layer to an aqueous solution of an acid to reduce the dielectric constant of the surface of the second region; and depositing a conductive first region on the dielectric barrier layer. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure, comprising:
【請求項2】導電性を有する第1の領域と、高い誘電率
と半導体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体
バリア層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法で
あって、 高い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域の上
に誘電体バリア層を堆積する工程と、 該誘電体バリア層に於けるピンホールを通してその底面
に露出している該第2の領域の表面の誘電率を低減する
為に該誘電体バリア層全体を腐食性気体に曝す工程と、 該誘電体バリア層の上に導電性を有する第1の領域を堆
積する工程と を含んでなることを特徴とする誘電体トンネル構造体の
製造方法。
2. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. Depositing a dielectric barrier layer over a second region having a high dielectric constant and a semiconducting band structure; and exposing a bottom surface exposed through a pinhole in the dielectric barrier layer to a bottom surface thereof. Exposing the entire dielectric barrier layer to a corrosive gas to reduce the dielectric constant of the surface of the second region; and depositing a conductive first region on the dielectric barrier layer. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure, comprising:
【請求項3】導電性を有する第1の領域と、高い誘電率
と半導体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体
バリア層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法で
あって、 高い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域の上
に誘電体バリア層を堆積する工程と、 該誘電体バリア層に於けるピンホールを通してその底面
に露出している該第2の領域の表面の誘電率を低減する
為に該誘電体バリア層全体を気体中放電により得られた
プラズマに曝す工程と、 該誘電体バリア層の上に導電性を有する第1の領域を堆
積する工程と を含んでなることを特徴とする誘電体トンネル構造体の
製造方法。
3. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. Depositing a dielectric barrier layer over a second region having a high dielectric constant and semiconducting band structure; and Exposing the entire dielectric barrier layer to plasma obtained by discharging in gas to reduce the dielectric constant of the surface of the second region; and forming a first conductive region on the dielectric barrier layer. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure, comprising:
【請求項4】導電性を有する第1の領域と、高い誘電率
と半導体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体
バリア層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法で
あって、 高い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域の上
に誘電体バリア層を堆積する工程と、 該誘電体バリア層に於けるピンホールを通してその底面
に露出している該第2の領域の表面の誘電率を低減する
為に該誘電体バリア層に向けて加速したイオンを照射す
る工程と、 該誘電体バリア層の上に導電性を有する第1の領域を堆
積する工程と を含んでなることを特徴とする誘電体トンネル構造体の
製造方法。
4. A method of manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. Depositing a dielectric barrier layer over a second region having a high dielectric constant and a semiconducting band structure; and exposing a bottom surface exposed through a pinhole in the dielectric barrier layer to a bottom surface thereof. Irradiating the dielectric barrier layer with accelerated ions to reduce the dielectric constant of the surface of the region 2; and depositing a conductive first region on the dielectric barrier layer. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure, comprising:
【請求項5】導電性を有する第1の領域と、高い誘電率
と半導体的バンド構造をもつ第2の領域との間に誘電体
バリア層を介挿した誘電体トンネル構造体の製造方法で
あって、 高い誘電率と半導体的バンド構造を持つ第2の領域の上
に誘電体バリア層を堆積する工程と、 該誘電体バリア層に於けるピンホールを通してその底面
に露出している該第2の領域の表面の誘電率を低減する
為に該誘電体バリア層に向けて電磁波を照射する工程
と、 該誘電体バリア層の上に導電性を有する第1の領域を堆
積する工程と を含んでなることを特徴とする誘電体トンネル構造体の
製造方法。
5. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure in which a dielectric barrier layer is interposed between a first region having conductivity and a second region having a high dielectric constant and a semiconductor band structure. Depositing a dielectric barrier layer over a second region having a high dielectric constant and semiconducting band structure; and Irradiating an electromagnetic wave toward the dielectric barrier layer to reduce the dielectric constant of the surface of the second region, and depositing a conductive first region on the dielectric barrier layer. A method for manufacturing a dielectric tunnel structure, comprising:
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