JPS6331181A - 超伝導トランジスタ及びその製造方法 - 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、極低温で動作する超伝導トランジスタおよび
その製造方法に係り、特に高集積化と特性の安定に好適
な超伝導トランジスタの構造及び材料と、その製造方法
とに関する。

〔従来の技術〕

半導体で結合した２つの超伝導電極を含んだ超伝導トラ
ンジスタの例としては、例えば特開昭５７−１０６１８
６号公報に記載されたものが挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

二九ら従来技術においては、半導体で結合した超伝導体
より成るジョセフソン素子の特性を制御するために、＠
縁膜と制御電極とを設けている。

コノ絶縁膜としてはＳｉＯ２，Ｓｉ○、ＡＡ２０３等の
材料が被着され、薄膜を形成して用いていた。

しかし、半導体上に絶縁膜を被着すると、両者の界面に
は電荷のトラップの原因となるエネルギー準位が生じ易
く、シかもその大きさは半導体表面の状態や絶縁膜の被
着条件により変化し、素子の特性制御が充分でなかった
。

また従来技術においては、超伝導電極が半導体上に露出
しており、超伝導電極を形成した後に１、加熱工程を行
うと、超伝導体中に酸素、水素等が拡散して、超伝導体
の特性が劣化するという問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解決し
、高集積化と特性の安定化に好適な超伝導トランジスタ
の構造と製造方法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、絶縁膜に半導体の自己酸化膜を用い、かつ
該自己酸化膜の形成時に、超伝導電極の超伝導特性が劣
化することのない様に、超伝導電極上に保護膜を設ける
ことによって達成される。

該保Ｓ膜の材料は、該自己酸化膜の形成時の工程におい
て、材料相互の反応等によって超伝導材料の特性を劣化
させないように選択する必要がある。

〔作用〕

半導体の自己酸化膜は、従来の半導体技術において最も
一般的な絶縁材料であるが、超伝導体は一般的に加熱に
よって生じる酸素等の拡散や、材料の結晶ＭＲ造の変化
によって、電気的特性が変化し易く、このためにこれま
での超伝導トランジスタの作製技術においては、著しい
加熱工程を含まない製造方法を用いていたために、半導
体の自己酸化膜を絶縁膜に用いることが困難であった。

しかし１本発明の超伝導トランジスタにおいては、超伝
導電極を覆って保護膜を設けたので、この保護膜の厚さ
と材料を、半導体の自己酸化膜を形成する工程において
酸素の超伝導電極の拡散を防ぎ、しかも超伝導体と反応
しない様に選択することにより、半導体の自己酸化膜を
用いた超伝導トランジスタの構造が可能となる。半導体
の自己酸化膜は、被着した材料による絶縁膜に比べてト
ラップの原因となるエネルギー準位が少なく、素子特性
が向上する。またＩ＠緑膜の特性を改善する目的で行う
加熱アニール工程を用いることも可能となり。

素子特性を向上させ、素子特性のばらつきを小さくする
ことができるので、高集積度の回路を実現することがで
きる。

保護膜の材料としては、Ｓ　ｉｏ、５ｉ０２゜ＡＱ２０
３といった絶縁物を利用することができる。また半導体
の材料がＳｉの場合には、不必要な電気的３通をなくす
ために液体ヘリウム温度でキャリアがフリーズ・アウト
する程度に不純物の量を少なくしたアモルファス又は多
結晶、もしくは単結晶のＳｉを用いることができ、この
場合には最終的には保護膜はＳｔとＳｔの酸化物の２層
構造か、もしくはＳｉの酸化物となる。後者の場合には
上述のＳｉ中の不純物に対する制限は不要である。

該保護膜は１以上述べたその目的から明らかなように、
少なくとも超伝導電画上に存在す九ば良いが、これがそ
の他の部分にまで延在していても何ら本発明の目的を隨
げるものではない。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例による超伝導トランジス
タの一部を示す断面図である。ｎ型５ｔ（１００）単結
晶より成る半導体基板１に示トレジストを用いたＣＦ４
ガスによる反応性イオンエツチングによってｍｏ、２μ
ｍ、高さ約１５０ｎｍの凸部を設け、引き続いて厚さ約
１１００ｎのＮ　ｂ　Ｎ　’Ｉｔ膜より成る超伝導−２
をＡ「ガスとＮ２ガスを用いた６反応性のＤＣマグネト
ロンスパッタ法により形成する。さらにＡｒガスによる
ＲＦスパッタリングによって厚さ約５０ｎｍのＳｉより
處る＊＊を形成し保ｆｆ１１３とした。リフトオフ法に
よって超伝導体２と保ｆｆ１ｌ１３を加工したのちに。

８５０℃の純酸素中で半導体基［１の表面を酸化して厚
さ約３０ｎｍのＳｉｎｇより成る絶ｍ１１６を形成した
。この工程において、保ｎ膜３の一部は酸化さ九て５ｉ
ｌＦ４とＳｉＯ□屑５とになる。

ｉ後に厚さ約１５０ｎｍのＮｂ薄膜より成る制御型［７
をＤＣマグネトロンスパッタ法によるＮｂ′ＩＩＩＩＩ
の形成と反応性イオンエツチングによるその加工とによ
って形成して１本実施例の超伝導トランジスタは完成し
た。二のようにしてできた超伝導トランジスタは、Ｓｉ
の自己酸化膜を絶縁膜に用いているにもかかわらず、超
伝導電極の電気的特性は、加熱によっても変化せず、従
って良好な特性を得ることができた。

尚１本実施例では、保Ｎ膜３にＳｉを用いたが。

コレニ替えて、５ｉｆｔ、Ｓ　ｉｏ、ＡＱ　ｔｏ３等を
用いても良いことは言うまでも無い。

次に第２図を用いて１本発明の第２の実施例について説
明する。ｎ型（１００）Ｓｉ本結晶より成る半導体基Ｆ
ｉＩ上に熱酸化により厚さ約３０ｎｍのＳｉＯ２より成
る絶縁膜８と、厚さ約１５０ｎｍのＭｏ薄膜より成る制
御１ｉ＃ｉｉ７を形成し、ホトレジストをマスクとして
ＣＦ、ガスによる反応性イオンエツチングによって加工
する０次いで、厚さ約１５０ｎｍのＮｂＮ薄股より成る
超伝導体２と厚さ約１１００ｎの５ｉ０２より成る保ｎ
ｍ３を形成し、リフトオフ法によって加工する１次いで
Ｎ２ガス及びＮ２ガス中で４００℃ＩＯ分間の７ニール
処理を行い、絶ａ［８と半導体基ｉｔとの界面の準位を
減らす処理を行う０以上によって本実施例の超伝導トラ
ンジスタが完成した１本実施例においては、保！’［１
１１３の使用により、アニール処理が可能となり、特性
が一段と向上できた。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によ九ば超伝導トランジスタ
において、超伝導電極を覆う保護膜を設けたので。

（１）超伝導電極より成るソース及びドレインを設けた
あとでも、絶１＃膜を形成する酸化を行うことができ、
従って半導体の自己酸化膜を絶縁膜に利用できる。

（２）アニールによる素子特性の改善を行うことができ
る。

利点があり、このため素子特性の均一性と再現性を向上
させ９回路の集積度と製造の歩留りを高めることができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による超伝導トランジス
タの一部を示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例
による超伝導トランジスタの一部を示す断面図。 ｌ・・・半導体基板、２・・・超伝導体、３・・・保護
膜。 ４・・・Ｓｉ層、５・・・Ｓｉｎｇ層、６・・・自己酸
化膜。 ７・・・制御電極、８・・・絶ｍｓ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体に接して設けられた、少なくとも２つの電極
   と、該半導体の前記電極の間に絶縁物を介して設けられ
   た制御電極とを有し極低温で動作する超伝導トランジス
   タにおいて、該電極は超伝導体より成り、かつ該電極を
   覆って設けられた保護膜を有し、該保護膜は該半導体を
   酸化して絶縁物を形成する工程において、超伝導電極の
   超伝導特性を劣化させない様に選ばれたる材料より構成
   されることを特徴とする超伝導トランジスタ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の超伝導トランジスタに
   おいて、該保護膜は該半導体と同一の材料より成る薄膜
   とその自己酸化膜の両方、あるいは自己酸化膜のみを用
   いて成ることを特徴とする超伝導トランジスタ。 ３、特許請求の範囲第１項、および第２項記載の超伝導
   トランジスタにおいて、該半導体の材料は、Ｓｉ、Ｇｅ
   、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂの材料の群より選ばれ
   たることを特徴とする超伝導トランジスタ。 ４、特許請求の範囲第１項、第３項、に記載の超伝導ト
   ランジスタにおいて、該保護膜を構成する材料は、Ｓｉ
   Ｏ、ＳｉＯ＿２、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２Ｏ＿３の材
   料の群より選ばれたることを特徴とする超伝導トランジ
   スタ。 ５、半導体基板上に、超伝導体より成る電極を形成する
   工程、該電極上に保護膜を形成する工程、該半導体を酸
   化して絶縁膜を形成する工程、該絶縁膜上に制御電極を
   形成する工程とを少なくとも含むことを特徴とする超伝
   導トランジスタの製造方法。