JPH01200680A - 超電導電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電界効果型のトランジスタに係り、特に超電導
体を合わせて用いた微細な電界効果型トランジスタに関
する。

［従来の技術］ 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（Ｃ１ａｒｋ　）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　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ。

Ｖｏｌ、５１　ｐｐ、２７３６　１９８０）において論
じられている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術においては、制御電極の微細化に伴う超電
導トランジスタの特性ばらつきによって回路の動作が不
安定になることが考慮されていなかった。

本発明の目的は、従来技術の持つ問題点を解決して、ト
ランジスタの微細化が可能で、特性ばらつきの低減、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
タの構造と材料とを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、制御電極の材料に多結晶のシリコンとシリ
コンの窒化物との２層膜を用い、かつその両側に超電導
電極を設けることによって実現できる。

［作用］ 超電導体を用いた電界効果型トランジスタにおいては、
制御電極に隣接させて超電導電極を形成する必要がある
。この制御電極に不純物を導入した多結晶シリコンと窒
化シリコンとの２層膜を用いれば、窒化シリコン下の多
結晶シリコンの側壁制御性良く後退させることができる
。これは、反応性のイオン・エツチングによって容易に
実現することができ、また多結晶シリコンの側壁を配化
したのち、この酸化膜を除去することによっても実現で
きる。どちらの方法においても、多結晶Ｓｉの側壁の後
退量を制御することができるので、制御電極の構造にお
いては、上層の窒化シリコン膜に比べて幅の小さい多結
晶シリコン膜を得ることができる。このような形状を有
する制御電極を用いて、この上部から超電導材料を堆積
させれば、制御電極の両側に、制御電極を構成する窒化
シリコン膜の幅に相当する間隔で分離された超電導電極
を形成することができ、かつ制御電極と超電導電極との
間の絶縁を得ることができる。また半導体基板側にイオ
ン注入によって不純物を導入する際には、制御電極その
ものをマスクとして使用することができる６本発明の多
結晶シリコンと窒化シリコンを重ねた制御電極は、イオ
ン注入後の熱処理によっても形状の変化や抵抗率の増大
が無く、従って微細な制御電極と、これに整合して設け
た超電導電極とを形成することが可能になる。このため
超電導トランジスタの寸法精度が向上し、このために超
電導トランジスタの特性ばらつきが小さくなる。従って
本発明の超電導トランジスタを用いた回路は、電源電圧
や温度のわずかな変動による回路の誤動作が少なくなり
１回路動作を安定にすることができる。

超電導電界効果トランジスタが動作するためには、超電
導電極の間の距離は、この超電導体間に半導体を介して
超電導の弱結合が形成されるごとくに、半導体中のコヒ
ーレンス−長さの３〜１０倍の範囲に選んでおくことが
良好な超電導電流を得るためには望ましいが、これより
大きな値であっても本発明の目的を十分に達することが
できる。

このため、半導体としてＳｉを用いた場合にあっては、
制御電極の長さ、すなわち上記の制御電極が前記の超電
導電極が向い合う方向に対して直交する方向における長
さは、０．３μｍ以下であることが必要であって、さら
にデバイスとして動作するためには、０．１５μｍ以下
であることが望ましい。

［実施例］ 以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図を用いて本発明の第１の実施例を説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例による超電導トランジ
スタの断面図を示す。不純物としてホウ素を１×１０１
８Ｃ１１−３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
ツチング法により絶縁膜２を加工する。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１１００ｎ
の厚さに堆積させこれに高濃度のリンを拡散したのち１
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ＣＦ、ガスによ
る反応性イオンエツチング法によって窒化シリコン５と
多結晶シリコン４とを加工する。次に再び９５０℃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
ンの側面を約１５ｎｍの厚さだけ酸化する。この酸化膜
厚の制御は、酸化時間の制御によって容易に実現できる
。さらにヒ素を加速電圧２５ｋｅＶ、注入量５　Ｘ　Ｉ
　Ｏ１４ｃｍ−２の条件でイオン注入したのち、８５０
’Ｃの温度で純窒素中のア二−分 ルを１０−行い、不純物導入部１０を形成した。

続いて化学エツチングによって表面のＳｉＯ２を約１５
ｎｍだけ除去すれば、第１図に示したごとくに、多結晶
シリコンと窒化シリコンとが積層され、なおかつ上層に
ある窒化シリコンの幅が多結晶シリコンの幅よりも大き
いような本発明の制御電極を得ることができる。さらに
この上に電子ビーム蒸着法によってＩ　Ｘ　１０””ｐ
ａの高真空中でＮｂを堆積させ、厚さ約１１００ｎの超
電導電極６を形成する。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ツチング法により、前記
Ｎｂ薄膜の不要部分を除去すれば、本発明の超電１； 導トランジスタを得ることができる。第１図ＡＩ±示さ
れていないが、基板ｌ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１１００ｎのＮｂ薄
膜より成り超電導電極６につなか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ＡＱ、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温体を
用いても良いことは言うまでもない６例えば、（Ｌａｏ
、５Ｓｒｏ、ｔ）２ｃｕ○４やＹＢａ２Ｃｕ３０７−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、本発明の目的を十分に達する
ことができることは言うまでもない。

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ランジス
タの断面図を示す。不純物としてホウ素をＩ　Ｘ　Ｉ　
０−１５ｃ＋ａ３の濃度に含んだ（１００）面方位のδ
１単結晶基板ｌ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
化学エツチング法により絶縁膜２を加工する。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３を形成し、引い続いて化学的気
相成長法（ＣＶＤ法）により多結晶シリコン４を約１１
００ｎの厚さに堆積させ、次に窒化シリコン５を約５０
ｎｍ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ガスによる反応性イオンエツチング法
によって窒化シリコン５と多結晶シリコン４、酸化膜３
を加工したのち、基板１を構成するシリコンを約１１０
０ｎの深さにエツチングした。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　Ｘ
　１０　”ｃｍ−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１０
を形成した。続いて水で１００倍に希釈したフッ酸中で
表面のＳｉＯ２を溶かして除去する。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１１００ｎ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を反応性イオンエツチング
法により超電導電極６に加工すると、第２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。

［発明の効果］ 超電導トランジスタの寸法精度が向上し、さらに寸法精
度を高く保ったまま半導体表面の清浄化が可能であるた
めに超電導体と半導体の間の界面の電気特性再現性良く
形成しこのための超電導トランジスタの特性ばらつきが
小さくなる。従って本発明の超電導トランジスタを用い
た回路は、電源電圧や温度のわずかな変動による回路の
誤動作が少なくなり、回路動作を安定にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による超電導電界効果ト
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電界効果トランジスタの一部分
を示す断面図である。 １・・・基板、２・・・絶縁膜、３・・・酸化膜、４・
・・多結晶シリコン、５・・・窒化シリコン、６・・・
超電導電極。 １７国 第２反 ／／、ｔ ７６　　　　　３　　　　　　ノ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体とこの上に設けた少なくとも２つの超電導電
   極と、上記半導体上の上記超電導電極の間に絶縁膜を介
   して設けられた制御電極とを少なくとも含んで構成され
   る超電導電界効果トランジスタにおいて、上記制御電極
   は不純物を含んだ単結晶、多結晶、もしくはアモルファ
   ス状のシリコン、又はシリコンの化合物から成り、しか
   もその上部に窒化シリコンの層を設けて構成されている
   ことを特徴とする超電導電界効果トランジスタ。 ２、特許請求の範囲第１項の超電導電界効果トランジス
   タにおいて、前記超電導電極の間の距離は、前記超電導
   体間に半導体を介して超電導弱結合が形成されるごとく
   、半導体中のコヒーレンス長さの３〜１０倍の範囲に選
   ばれたことを特徴とする超電導電界効果トランジスタ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項の超電導電界効果
   トランジスタにおいて、前記超電導電極の材料は、Ｎｂ
   、Ｎｂの化合物、Ｐｂ合金、酸化物超電導体の、単結晶
   、多結晶、もしくはアモルファス状の薄膜を用いて成る
   ことを特徴とする超電導電界効果トランジスタ。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の
   超電導電界効果トランジスタにおいて、前記の制御電極
   の、前記の超電導電極が向い合う方向に対し直交する方
   向における幅は０．１５μｍ以下であることを特徴とす
   る超電導デバイス。 ５、半導体とこの上に設けた少なくとも２つの超電導電
   極と、上記半導体の上記超電導電極の間に絶縁膜を介し
   て設けられた制御電極とを少なくとも含んで構成される
   超電導電界トランジスタにおいて、上記制御電極は不純
   物を含んだ単結晶、多結晶、もしくはアモルファス状の
   シリコン、又はシリコンの化合物から成り、しかもその
   上群にＳｉＯ＿２に比べてＳｉＯ＿２の除去の際に除去
   され難い材料より成る薄膜を設けて構成されたることを
   特徴とする超電導電界効果トランジスタ。 ６、半導体とこの上に設けた少なくとも２つの超電導電
   極と、上記半導体上記超電導電極の間に絶縁膜を介して
   設けられた制御電極とを少なくとも含んで構成される超
   電導電界効果トランジスタにおいて、制御電極の一部分
   となる導電性を有する第１の薄膜を形成する工程と、そ
   の上部に第１の薄膜に比べてエッチングにおいて除去さ
   れ難い第２の薄膜を形成する工程と、第２の薄膜を加工
   する工程と、加工された第２の薄膜の形状を転写するご
   とくに第１の薄膜を加工する工程とを含むことを特徴と
   する超電導電界効果トランジスタの製造方法。 ７、特許請求の範囲第６項の超電導電界効果トランジス
   タにおいて、前記第１の薄膜を構成する材料には、不純
   物を含んだ単結晶、多結晶、もしくはアモルファス状の
   シリコン、又はシリコンの化合物より成り、前記第２の
   薄膜は窒化シリコンより成ることを特徴とする超電導電
   界効果トランジスタ。