JPS63224274A - 超電導装置 - Google Patents
超電導装置Info
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- JPS63224274A JPS63224274A JP62055408A JP5540887A JPS63224274A JP S63224274 A JPS63224274 A JP S63224274A JP 62055408 A JP62055408 A JP 62055408A JP 5540887 A JP5540887 A JP 5540887A JP S63224274 A JPS63224274 A JP S63224274A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
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〕
本発明は超電導装置に係り、特に液体ヘリウム温度近傍
で動作し、高速で低消費電力性能を有する信頼性の高い
超電導装置に関する。
で動作し、高速で低消費電力性能を有する信頼性の高い
超電導装置に関する。
従来、超電導装置（以下、文中では、超電導スイッチン
グ装置と称する場合もある）において。
グ装置と称する場合もある）において。
磁気遮蔽膜、トンネル接合素子の電極膜、および配線膜
等の超電導膜にはＮ ｂ膜が用いられて来た。
等の超電導膜にはＮ ｂ膜が用いられて来た。
Ｎｂｇを超電導膜に用いた超電導スイッチング装置の作
製方法および構造に関しては、アイ・イー・イー・イー
、トランザクション オン マグネティクス、エム ニ
ー ジー １９．（１９８３年）第１１７０頁から１１
７３頁（Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｎｓ。
製方法および構造に関しては、アイ・イー・イー・イー
、トランザクション オン マグネティクス、エム ニ
ー ジー １９．（１９８３年）第１１７０頁から１１
７３頁（Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔｒａｎｓ。
Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、 ＭＡＧ １ ９ 、
（１９８３）ｐＰ、１１７０−１１７３）において詳
細に述べられている。Ｎｂ１ｇは室温と液体ヘリウム温
度間の熱サイクルに対して充分な機械的強度を有し、熱
的応力によるトンネル接合素子の劣化をもたらさない、
したがってＮｂは耐久性のある超電導スイッチング装置
を得るために必須の超電導材料である。
（１９８３）ｐＰ、１１７０−１１７３）において詳
細に述べられている。Ｎｂ１ｇは室温と液体ヘリウム温
度間の熱サイクルに対して充分な機械的強度を有し、熱
的応力によるトンネル接合素子の劣化をもたらさない、
したがってＮｂは耐久性のある超電導スイッチング装置
を得るために必須の超電導材料である。
前記従来の技術の項で述べたごとく、Ｎｂを用いた超電
導スイッチング装置は高い機械的な耐久性能を有する。
導スイッチング装置は高い機械的な耐久性能を有する。
しかるにＮｂは酸素に対する反応性が強い、Ｎｂの酸素
に対する反応性は結晶粒径の粗大なバルクＮｂにおける
よりも、超電導スイッチング装置に用いるＮｂ薄膜にお
いてむしろ著しい。酸素雰囲気中でＮｂ薄膜を加熱した
場合、３００℃程度以上の加熱温度に対してＮｂ膜の超
電導特性が劣化する。
に対する反応性は結晶粒径の粗大なバルクＮｂにおける
よりも、超電導スイッチング装置に用いるＮｂ薄膜にお
いてむしろ著しい。酸素雰囲気中でＮｂ薄膜を加熱した
場合、３００℃程度以上の加熱温度に対してＮｂ膜の超
電導特性が劣化する。
このようなＮｂ膜の酸素に対する反応性は超電導スイッ
チング装はに用いるトンネル接合素子において著しい。
チング装はに用いるトンネル接合素子において著しい。
Ｎｂ膜で構成されるトンネル接合の場合、２００’Ｃま
での加熱によって、ジョセフソン臨界電流の変化、リー
ク電流の増大、トンネル抵抗の変化等を生じる。これら
の接合特性の変化は、Ｎｂ膜中への酸素の拡散によって
引き起されるものである。一方、実用的な耐久性を考慮
した場合、さらにジョセフソン接合形成後の作製工程に
おいて２００℃以上の処理が必要な場合もあり得る。
での加熱によって、ジョセフソン臨界電流の変化、リー
ク電流の増大、トンネル抵抗の変化等を生じる。これら
の接合特性の変化は、Ｎｂ膜中への酸素の拡散によって
引き起されるものである。一方、実用的な耐久性を考慮
した場合、さらにジョセフソン接合形成後の作製工程に
おいて２００℃以上の処理が必要な場合もあり得る。
そこで本発明の目的は、超電導スイッチング装置の磁気
遮蔽膜、′Ｗ１極膜あるいは配線膜等の超電導膜にＮｂ
あるいはＮｂ系材料を用いるに際して、ＮｂあるいはＮ
ｂ系材料の耐熱性能を向上せしめるための超電導装置を
提供することにある。
遮蔽膜、′Ｗ１極膜あるいは配線膜等の超電導膜にＮｂ
あるいはＮｂ系材料を用いるに際して、ＮｂあるいはＮ
ｂ系材料の耐熱性能を向上せしめるための超電導装置を
提供することにある。
上記目的は超電導装置において、Ｎｂ磁気遮蔽膜、Ｎｂ
電極膜あるいはＮｂ配線膜等の表面層をＮｂＮ、ＭｏＮ
、ＺｒＮ、ＴａＮ等の窒化物あるいはＮ ｂ Ｃ、Ｔ
ａ Ｃ、Ｍ ｏ Ｃ等の炭化物で覆った構造とすること
により達成される。これら窒化物あるいは炭化物の膜厚
として、Ｎｂ膜を完全し二覆いつくし、かつ後処理にお
ける膜厚減少後においても被覆性を有するために１０ｎ
ｍ以上の膜厚が必要である。
電極膜あるいはＮｂ配線膜等の表面層をＮｂＮ、ＭｏＮ
、ＺｒＮ、ＴａＮ等の窒化物あるいはＮ ｂ Ｃ、Ｔ
ａ Ｃ、Ｍ ｏ Ｃ等の炭化物で覆った構造とすること
により達成される。これら窒化物あるいは炭化物の膜厚
として、Ｎｂ膜を完全し二覆いつくし、かつ後処理にお
ける膜厚減少後においても被覆性を有するために１０ｎ
ｍ以上の膜厚が必要である。
ＮｂＮ、ＭｏＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ等の窒化物あるいは、
Ｎ ｂ Ｃ、Ｔ ａ Ｃ、Ｍ ｏ Ｃ等の炭化物はいず
れもＩＯＫ以上の超電導臨界温度を有し、Ｎｂ膜の臨界
温度９．２により充分高い。さらに、これら窒化物、あ
るいは炭化物において１まＮｂ。
Ｎ ｂ Ｃ、Ｔ ａ Ｃ、Ｍ ｏ Ｃ等の炭化物はいず
れもＩＯＫ以上の超電導臨界温度を有し、Ｎｂ膜の臨界
温度９．２により充分高い。さらに、これら窒化物、あ
るいは炭化物において１まＮｂ。
Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔａ等の金属元素に対して、窒素あるいは
炭素原子が置換型で存在しているのではなく、侵入型で
存在している。したがって、酸素に対する反応性はＮｂ
膜より、これら窒化物あるいは炭化物の方が充分に低い
。たとえば約１ケ月間の空気中放置に対して、Ｎｂ膜は
表面に厚さ約１０ｎｍの酸化層が形成されるが、たとえ
ばＮｂＮ膜の表面に形成される酸化層の厚さは２ｎｍで
ある。
炭素原子が置換型で存在しているのではなく、侵入型で
存在している。したがって、酸素に対する反応性はＮｂ
膜より、これら窒化物あるいは炭化物の方が充分に低い
。たとえば約１ケ月間の空気中放置に対して、Ｎｂ膜は
表面に厚さ約１０ｎｍの酸化層が形成されるが、たとえ
ばＮｂＮ膜の表面に形成される酸化層の厚さは２ｎｍで
ある。
Ｎｂ膜は大気中３００°Ｃにおける加熱によって臨界温
度の低下を来たすが、たとえばＮｂＮ膜は全く変化を示
さない。このような酸素に対する反応度の低さはＮｂＮ
だけでなく、ＭｏＮ、ＺｒＮ。
度の低下を来たすが、たとえばＮｂＮ膜は全く変化を示
さない。このような酸素に対する反応度の低さはＮｂＮ
だけでなく、ＭｏＮ、ＺｒＮ。
ＴａＮおよびＮ ｂ Ｃ、Ｔ ａ Ｃ、Ｍ ｏ Ｃ等に
共通の性質である。
共通の性質である。
以下、本発明の一実施例を以下に述べる。
（１００）面が表面と平行なＳｉウェハ１上に熱酸化を
施し、厚さ５００ｎｍの表面酸化層を形成した。つぎに
、Ａｒガス雰囲気中での直流スパッタ法し；より、厚さ
２００ ｎｍのＮｂ膜を形成した。
施し、厚さ５００ｎｍの表面酸化層を形成した。つぎに
、Ａｒガス雰囲気中での直流スパッタ法し；より、厚さ
２００ ｎｍのＮｂ膜を形成した。
つぎに同一装置中で、Ａｒと窒素の混合ガス雰囲気中で
の直流スパッタ法により、厚さ３０ｎｍのＴａＮ膜を形
成した。所定のバタン形状を有するレジスト層形成後、
ＣＦ４と酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエツチン
グ法により、前記のＴ ａ Ｎ膜とＮｂ膜の２層膜の加
工を行い、レジストを除去することによりＮｂ磁気遮蔽
膜２およびＴａＮ磁気遮蔽膜保護層３とした。つぎに抵
抗加熱法により、Ｓｔ○膜を２００ｎｍの厚さでウェハ
全面に形成した。所定のコンタクト穴を持ったバタン形
状を有するレジスト層形成後、ＣＨＦ３ガスを用いた反
応性イオンエツチング法により。
の直流スパッタ法により、厚さ３０ｎｍのＴａＮ膜を形
成した。所定のバタン形状を有するレジスト層形成後、
ＣＦ４と酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエツチン
グ法により、前記のＴ ａ Ｎ膜とＮｂ膜の２層膜の加
工を行い、レジストを除去することによりＮｂ磁気遮蔽
膜２およびＴａＮ磁気遮蔽膜保護層３とした。つぎに抵
抗加熱法により、Ｓｔ○膜を２００ｎｍの厚さでウェハ
全面に形成した。所定のコンタクト穴を持ったバタン形
状を有するレジスト層形成後、ＣＨＦ３ガスを用いた反
応性イオンエツチング法により。
ＳｉＯ膜の加工を行い、レジストを除去してＳｉＯ層間
絶縁膜４とした。
絶縁膜４とした。
つぎにスイッチングを行うトンネル接合素子としての超
電導トンネル接合の作製を行った。すなわち、Ｎｂ下部
電極膜５の直流スパッタ法による形成、トンネル障壁層
となるＡＱ膜の直流スパッタによる形成と酸化によるＡ
Ｑ酸化物障壁層６の形成、Ｎｂ上部電極膜７の直流スパ
ッタによる形成、さらにはＮｂ上部電極膜７の保護層と
なる膜厚３０ｎｍのＴａＮ上部電極保護膜８の直流スパ
ッタによる形成を連続的に行った。つぎにＣＦ４と酸素
の混合ガスを用いた反応性イオンエツチングにより上部
電極と下部電極のＮｂ膜およびＴ ａ Ｎ膜を、Ａ、
ｒガスを用いたイオンビームエツチングにより１〜ンネ
ル障壁層の加工を行い、接合部を含む配線膜パタンを得
た。つぎに接合部を規定するためのレジストパタンを形
成した。このレジストパタンに従ってＣＦ４ガスを用い
た反応性イオンエツチングにより、上部電極となるＮｂ
１１３およびその保護膜となるＴａＮ膜の加工を行った
。
電導トンネル接合の作製を行った。すなわち、Ｎｂ下部
電極膜５の直流スパッタ法による形成、トンネル障壁層
となるＡＱ膜の直流スパッタによる形成と酸化によるＡ
Ｑ酸化物障壁層６の形成、Ｎｂ上部電極膜７の直流スパ
ッタによる形成、さらにはＮｂ上部電極膜７の保護層と
なる膜厚３０ｎｍのＴａＮ上部電極保護膜８の直流スパ
ッタによる形成を連続的に行った。つぎにＣＦ４と酸素
の混合ガスを用いた反応性イオンエツチングにより上部
電極と下部電極のＮｂ膜およびＴ ａ Ｎ膜を、Ａ、
ｒガスを用いたイオンビームエツチングにより１〜ンネ
ル障壁層の加工を行い、接合部を含む配線膜パタンを得
た。つぎに接合部を規定するためのレジストパタンを形
成した。このレジストパタンに従ってＣＦ４ガスを用い
た反応性イオンエツチングにより、上部電極となるＮｂ
１１３およびその保護膜となるＴａＮ膜の加工を行った
。
つぎにエツチングを行った部分のＳｉＯ層間絶縁膜９に
よる埋戻しを行い、Ａｒの高周波プラズマ雰囲気におけ
るクリーニング処理を経て、上部電極につながるＮｂ配
線膜１０およびその保護層となる膜厚２００ｎｍのＴａ
Ｎ配線保護膜１１を直流スパッタ法によりウェハ全面に
形成した。再びＣＦ４と酸素の混合ガスを用いた反応性
イオンエツチング法により、配線用パタンの加工形成を
行った。
よる埋戻しを行い、Ａｒの高周波プラズマ雰囲気におけ
るクリーニング処理を経て、上部電極につながるＮｂ配
線膜１０およびその保護層となる膜厚２００ｎｍのＴａ
Ｎ配線保護膜１１を直流スパッタ法によりウェハ全面に
形成した。再びＣＦ４と酸素の混合ガスを用いた反応性
イオンエツチング法により、配線用パタンの加工形成を
行った。
つぎに、トンネル接合上に層間絶縁膜の形成を行った。
すなわち、リフトオフ用レジストパタンを形成後、Ｓｉ
Ｏ膜を蒸着してＳｉＯ層間絶縁膜１２とした。さらに制
御線用のＮｂ膜とＴ ａ Ｎ層状膜を直流スパッタ法に
よりウェハ全面に形成した。制御線用レジストパタン形
成後、ＣＦ、と酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエ
ツチング法により、Ｎｂ制御線膜１３とＴ ａ Ｎ制御
線保護膜１４の加工を行った。制御線全体の厚さは８０
０ｎｍとし、ＴａＮ膜厚４００ｎｍ、およびＮｂ膜厚４
００ｎｍとした。
Ｏ膜を蒸着してＳｉＯ層間絶縁膜１２とした。さらに制
御線用のＮｂ膜とＴ ａ Ｎ層状膜を直流スパッタ法に
よりウェハ全面に形成した。制御線用レジストパタン形
成後、ＣＦ、と酸素の混合ガスを用いた反応性イオンエ
ツチング法により、Ｎｂ制御線膜１３とＴ ａ Ｎ制御
線保護膜１４の加工を行った。制御線全体の厚さは８０
０ｎｍとし、ＴａＮ膜厚４００ｎｍ、およびＮｂ膜厚４
００ｎｍとした。
これらの作製経過により、すべての超電導Ｎｂ膜の表面
層はＴ ａ Ｎ超電導膜によって覆われていることにな
る。
層はＴ ａ Ｎ超電導膜によって覆われていることにな
る。
以上のごとく形成された超電導スイッチング装置に対し
て加熱処理に対する耐久性能を調べた。
て加熱処理に対する耐久性能を調べた。
超電導スイッチング装置を大気中で１時間の加熱処理を
行った。この結果によれば、超電導膜部位の特性に関し
ては、３００℃までの加熱に対して臨界温度あるいは臨
界電流の低下を来たさなかった。超電導トンネル接合の
特性に関しては、２５０℃までの加熱に対してトンネル
抵抗、リーク電流等の値に変化を来たさなかった。超電
導配線膜間の接続に関して、Ｔ ａ Ｎ層を付加するこ
とによる超電導電流の減少は検出されなかった。
行った。この結果によれば、超電導膜部位の特性に関し
ては、３００℃までの加熱に対して臨界温度あるいは臨
界電流の低下を来たさなかった。超電導トンネル接合の
特性に関しては、２５０℃までの加熱に対してトンネル
抵抗、リーク電流等の値に変化を来たさなかった。超電
導配線膜間の接続に関して、Ｔ ａ Ｎ層を付加するこ
とによる超電導電流の減少は検出されなかった。
Ｔ ａ Ｎ膜以外の超電導性を示す窒化物あるいは炭化
物、すなわちＮ ｂ Ｎ 、 Ｍ ｏ Ｎ 、 Ｚ ｒ
Ｎ 。
物、すなわちＮ ｂ Ｎ 、 Ｍ ｏ Ｎ 、 Ｚ ｒ
Ｎ 。
ＮｂＣ，ＴａＣあるいはＭＯＣ等をＮｂ膜の保護層とし
た場合にも同様の超電導スイッチング装置の耐久性能を
向上させる効果があった。
た場合にも同様の超電導スイッチング装置の耐久性能を
向上させる効果があった。
以上の実施例において述べたごとく、超電導スイッチン
グ装置において本発明における超電導保護膜材料を用い
た場合、以下の効果を有した。
グ装置において本発明における超電導保護膜材料を用い
た場合、以下の効果を有した。
（１）Ｎｂ系超電導膜の加熱に対する超電導特性の安定
性が高められ、３００℃近傍における加熱が可能になっ
た。
性が高められ、３００℃近傍における加熱が可能になっ
た。
（２）Ｎｂ系超電導トンネル接合のトンネル抵抗。
臨界電流等トンネル特性の安定性が高められ、２５０℃
近傍における加熱が可能になった。
近傍における加熱が可能になった。
（３）超電導保護膜材料の存在が超電導スイッチング装
置作製時におけるＮｂ系超電導膜表面の変質を防止する
ので、超電導配線層接続時におけるクリーニング処理が
容易となる。
置作製時におけるＮｂ系超電導膜表面の変質を防止する
ので、超電導配線層接続時におけるクリーニング処理が
容易となる。
第１図は本発明の一実施例の超電導スイッチング装置の
断面図である。 ｌ・・・Ｓｔウェハ、２・・・Ｎｂ磁気遮蔽囚、３・・
・ＴａＮ磁気遮蔽保護膜層、４・・・ＳｉＯ層間絶縁膜
、５・・・Ｎｂ下部電極膜、６・・・ＡＱ酸化物障壁層
、７・・・Ｎｂ上部電極膜、８・・・ＴａＮ上部電極保
護膜、９・・・ＳｉＯ層間絶縁膜、ｌＯ・・・Ｎｂ配線
膜、１１・・・ＴａＮ配線保護膜、１２・・・Ｓｔｏ層
間絶縁膜、１３・・・Ｎｂ制御線膜、１４・・・Ｔ ａ
Ｎ制御線保護膜。
断面図である。 ｌ・・・Ｓｔウェハ、２・・・Ｎｂ磁気遮蔽囚、３・・
・ＴａＮ磁気遮蔽保護膜層、４・・・ＳｉＯ層間絶縁膜
、５・・・Ｎｂ下部電極膜、６・・・ＡＱ酸化物障壁層
、７・・・Ｎｂ上部電極膜、８・・・ＴａＮ上部電極保
護膜、９・・・ＳｉＯ層間絶縁膜、ｌＯ・・・Ｎｂ配線
膜、１１・・・ＴａＮ配線保護膜、１２・・・Ｓｔｏ層
間絶縁膜、１３・・・Ｎｂ制御線膜、１４・・・Ｔ ａ
Ｎ制御線保護膜。
Claims (1)
- １、ＮｂあるいはＮｂを構成元素とする合金あるいは化
合物超電導材料によって構成される磁気遮蔽膜、電極膜
、および配線膜の表面が超電導性を示す窒化物、および
超電導性を示す炭化物からなる群から選ばれた少なくと
も１種によって覆われていることを特徴とする超電導装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62055408A JPH0634411B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 超電導装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62055408A JPH0634411B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 超電導装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63224274A true JPS63224274A (ja) | 1988-09-19 |
| JPH0634411B2 JPH0634411B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=12997723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62055408A Expired - Lifetime JPH0634411B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 超電導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634411B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6453433A (en) * | 1987-03-27 | 1989-03-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit |
| JPH0271702A (ja) * | 1988-09-07 | 1990-03-12 | Yamaha Corp | スキー靴用フィッティング材 |
| EP0476651A2 (en) * | 1990-09-20 | 1992-03-25 | Fujitsu Limited | Josephson device having an overlayer structure with improved thermal stability |
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1987
- 1987-03-12 JP JP62055408A patent/JPH0634411B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0634411B2 (ja) | 1994-05-02 |
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