JPH0737667B2

JPH0737667B2 - 薄膜堆積方法

Info

Publication number: JPH0737667B2
Application number: JP2015733A
Authority: JP
Inventors: 昌宏青柳
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH03223460A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は薄膜の堆積方法に関し、特にセンサや超伝導集
積回路などに用いられるジョセフソン接合の作製のため
に好適な薄膜作成方法に関する。

〔従来の技術〕

ジョセフソン接合において、トンネル障壁の厚さの制御
は非常に重要である。トンネル障壁として、絶縁材料お
よび半導体材料を用いた場合のジョセフソン接合の作製
法が例えば特願昭60−061244号（特開昭61−220385号）
に開示されている。第２図はその方法を示したもので、
（ａ）基板１の全面にスパッタ装置によって、連続的に
下部電極としてのNbN膜2,トンネル障壁としてのMgO膜3,
上部電極としてのNbN膜４を順次堆積する。（ｂ）下部
電極用のレジストパターンを形成し、CF₄プラズマによ
りドライエッチングを行う。（ｃ）接合部用のレジスト
パターンを形成し、CF₄プラズマによりドライエッチン
グを行った後、絶縁膜５を堆積し、リフトオフ法によ
り、接合部の上面に開口を設ける。（ｄ）配線用のNb膜
６をスパッタ装置により堆積し、配線用のレジスタパタ
ーンを形成し、CF₄プラズマによりドライエッチングを
行う。

このような従来のジョセフソン接合の作製法では、第３
図に示すように、スパッタ装置を用いてトンネル障壁を
堆積する際に、基板１とターゲット７との間に設けられ
たシャッタ８の開閉によって障壁の厚さを制御してい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来技術のジョセフソン接合の
作製法においては、非常に薄い（およそ1nm）膜厚のト
ンネル障壁をシャッターの開閉を伴う堆積法によって形
成するため、シャッターの開閉時間や開閉速度の影響
や、シャッターの開閉に伴う放電の急激な変化（スパッ
タ量の急激な変化）の影響を大きく受け、その膜厚の良
好な再現性を得ることが困難であった。そのため、ジョ
セフソン臨界電流密度の再現性が乏しくなり、作製する
ごとに同一のジョセフソン臨界電流密度を得ることが難
しいという問題があった。本発明は極めて薄い膜を再現
性よく堆積する方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明では、回転可能な基板
支持台と，基板支持台に対し、基板支持台の回転軸に対
して偏心した位置において対向するターゲットと，基板
支持台とターゲットの間に開閉可能に介在するシャッタ
ーと，を真空室内に有するスパッタ装置により、上記の
ターゲットをスパッタすることで基板支持台上に載置さ
れた基板上に薄膜を堆積する方法として、次のような手
順（ａ）〜（ｆ）を順に有する薄膜体積方法を提案す
る。

（ａ）基板は、基板支持台上においてその回転軸に対し
て偏心した位置に一つのみ載置する。

（ｂ）基板が上記ターゲットから十分遠い特定位置に位
置するように基板支持台を所定の回転角位置に付けた
後、真空室内においてスパッタのための放電を開始す
る。

（ｃ）放電開始後に基板支持台とターゲットとの間に介
在するシャッターを開く。

（ｄ）シャッターが開いてから基板支持台を所定の回転
数で回転させ、ターゲットに対向する部分中を基板が通
過する度に基板上にターゲット材料が堆積されるように
する。

（ｅ）基板上に堆積すべき膜厚に応じた所定の回数だ
け、基板支持台を回転させた後、基板がターゲットから
十分遠い特定位置にて停止するように基板支持台の回転
を止める。

（ｆ）その後、シャッターを閉じて放電を終了する。

〔作用〕

本発明の方法によれば、堆積したトンネル障壁の膜厚
は、シャッターの開閉の状態（つまり、開閉の開始や終
了の時点、開閉の速度など）によらず、基板支持台の回
転回数と回転速度および堆積速度によって、決まる。一
般に、回転回数は光学的手段により正確に把握でき、回
転速度はフィードバック系を持ったサーボモータを用い
ることや、基板支持台の慣性の効果により安定に再現性
良く制御でき、また、堆積速度は、投入電力とガス圧力
により決まっており、フィードバック系を持った電源装
置あるいは、ダイヤフラム型の圧力計とコントロールバ
ルブの組み合わせを用いることにより、それぞれ安定に
再現性良く制御できる。さらに、スパッタのための放電
を開始させ、シャッターを開く前の基板初期位置は、タ
ーゲットから十分遠い特定位置に決めてあり、同様にシ
ャッターを閉じ、放電を終了させる前にも、基板をター
ゲットから十分遠い特定位置にて予め停止させておくの
で、放電の開始、終了時における過渡的な放電不安定性
（変動）、シャッターの開閉に伴う放電の急激な変化
（スパッタ量の急激な変化）の影響を受け難い。こうし
たことが相乗的に作用する結果、本発明により堆積され
る薄膜の厚さは、例えそれがジョセフソン接合における
トンネル障壁等として使用可能な程に極く薄いものであ
っても、処理される基板ごとに大きなばらつきを生ずる
こともなく、安定に再現性良く制御できる。

〔実施例〕

第１図を参照して本発明による堆積方法を説明する。
（ａ）スパッタ装置において、回転可能で基板１に比べ
て（数倍以上）大きい基板支持台９を用い、初めに、当
該基板支持台９（図中、回転支持台９と記してある）
を、その上に一つ載置した基板１がターゲット７に対し
最も遠くなる回転角位置に付ける。なお、このように、
基板１がこれを載置する基板支持台９の回転角位置の如
何に応じて当該ターゲット７に対して遠いとか近いとか
いう位置関係を生じ得るように、このターゲット７も、
基板支持台９の回転軸とは偏心した位置において当該基
板支持台９に対向するように固定設置してある。次に、
ターゲット７の前面に設けたシャッター８を閉めた状態
で、真空室を不活性ガスで満たし、放電を開始する。
（ｂ）シャッター８を開けた後に、基板支持台９の回転
を開始して、トンネル障壁として必要な厚さに対応した
回数だけ回転させる。（ｃ）初めの位置に基板１が戻っ
た時点で基板支持台９の回転を止め、シャッター８を閉
じる。

トンネル障壁として、MgO膜を用いたジョセフソン接合
の場合について、本発明の実施例を第１図にしたがって
説明する。（ａ）マグネトロンスパッタ装置において、
5cm径のSi基板１に比べて約９倍の大きさを持つ回転可
能な基板支持台９を用いて、初めに、15cm径のMgOター
ゲット７から最も遠い位置に基板１を置いておく。次に
シャッター８を閉めた状態で、アルゴンガスを用いて真
空室を10mTorrのガス圧力で満たし、MgOターゲット７に
200Wの高周波電力を印加して、放電を開始する。（ｂ）
シャッター８を開けた後に、回転速度毎分7.74回で基板
支持台９の回転を開始して、必要な厚さに対応した回数
（例えば0.7nmに対して15回）だけ回転させる。（ｃ）
初めの位置に基板１が戻った時点で基板支持台９の回転
を止め、シャッター８を閉じる。このようにして、極め
て再現性よくMgO膜の堆積を行なうことができた。た
だ、上記実施例において、基板１の初期位置及び最終位
置は、いずれも、ターゲット７から最も遠い位置とされ
ているが、厳密に考えると、ターゲット７から最も遠い
位置はただ一点しかない。しかし、設計上の誤差は当然
許容されるべきであるし、上記した本発明の原理からす
れば自明なように、要は、基板１の初期位置及び最終位
置は、シャッター８の開閉による放電の急激な変化の影
響を受け難いようにするためにターゲット７から十分遠
く、かつ、処理する基板１ごとに堆積膜厚のばらつきが
生じないように、特定の位置に決定されていれば良い。

〔発明の効果〕

従来、トンネル障壁を堆積する際に、10〜20秒程度の極
めて短い時間だけシャッターを開けておくように制御す
る必要があったのが、本発明によれば、そのような制御
は、不要になる。また、シャッターの開閉に伴う放電の
急激な変化が基板の直上または直近で起こるため、従来
法ではその影響を避けることができなかったが、本発明
によれば、放電の開始、停止に先立つシャッターの開閉
前には、基板はターゲットから十分遠い特定位置に付け
られているので、そうした放電の急激な変化は、生じな
いので膜厚の再現性良く安定してトンネル障壁の堆積を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を説明する図、第２図はジョセフソン接合の作製工程を説明する図、第３図は従来の方法を説明する図である。１……基板、２……NbN膜、３……MgO膜、４……NbN
膜、５……絶縁膜、６……Nb膜、７……ターゲット、８
……シャッター、９……回転支持台。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能な基板支持台と，該基板支持台に
対し、該基板支持台の回転軸に対して偏心した位置にお
いて対向するターゲットと，該基板支持台と該ターゲッ
トの間に開閉可能に介在するシャッターと，を真空室内
に有するスパッタ装置により、上記ターゲットをスパッ
タすることで上記基板支持台上に載置された基板上に薄
膜を堆積する方法であって；（ａ）上記基板は、上記基板支持台上において上記回転
軸に対し偏心した位置に一つのみ載置し；（ｂ）該基板が上記ターゲットから十分遠い特定位置に
位置するように上記基板支持台を所定の回転角位置に付
けた後、上記真空室内において上記スパッタのための放
電を開始し；（ｃ）該放電開始後に上記基板支持台と上記ターゲット
との間に介在するシャッターを開き；（ｄ）該シャッターが開いた状態で上記基板支持台を所
定の回転数で回転させ、上記ターゲットに対向する部分
中を上記基板が通過する度に該基板上に上記ターゲット
材料が堆積されるようにし；（ｅ）上記基板上に堆積すべき膜厚に応じた所定の回数
だけ、上記基板支持台を回転させた後、上記基板が上記
ターゲットから十分遠い特定位置にて停止するように該
基板支持台の上記回転を止め；（ｆ）その後、上記シャッターを閉じて上記放電を終了
すること；を特徴とする薄膜堆積方法。