JPS62154676A - スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 - Google Patents
スパツタ薄膜の配向強度の改良方法Info
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- JPS62154676A JPS62154676A JP60292437A JP29243785A JPS62154676A JP S62154676 A JPS62154676 A JP S62154676A JP 60292437 A JP60292437 A JP 60292437A JP 29243785 A JP29243785 A JP 29243785A JP S62154676 A JPS62154676 A JP S62154676A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0241—Manufacture or treatment of devices comprising nitrides or carbonitrides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (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、ジョセフソン素子を構成する超・伝導電極材
をエピタキシャル化することに関する。更に詳しくは配
向強度を強めろ製膜方法に関する。
をエピタキシャル化することに関する。更に詳しくは配
向強度を強めろ製膜方法に関する。
ジョセフソン素子のtl材は、■熱サイクルに強(、機
械的強度に優れセいること、■高い臨界転移温度(Tc
)を持つこと等の特徴を持つことが要求される。これを
満足するものとしてNb系の材料、特に窒化ニオブ<
NbN)が挙げられ、現在までにこれらを電極材に用い
たジョセフソン素子の作製法に関する研究が活発に行わ
れてきた。なかでも電極材にNbNをトンネル障壁とし
てNbOxやα−8i:H等を用〜・、5NEP法によ
る素子作製技術より優れた特性のものが得られている。
械的強度に優れセいること、■高い臨界転移温度(Tc
)を持つこと等の特徴を持つことが要求される。これを
満足するものとしてNb系の材料、特に窒化ニオブ<
NbN)が挙げられ、現在までにこれらを電極材に用い
たジョセフソン素子の作製法に関する研究が活発に行わ
れてきた。なかでも電極材にNbNをトンネル障壁とし
てNbOxやα−8i:H等を用〜・、5NEP法によ
る素子作製技術より優れた特性のものが得られている。
これは、all−NbN膜によるジョセフノンデバイス
開発に大きな進展をもたらした。しかし、膜厚を薄くし
た時のギヤ、プ?[IEの低下、サブギャップ電圧領域
におけるリーク電流の増加等まだ若干の問題点を残して
いる。これは、膜の成長初期過程において結晶成長が充
分でないこととNbNのコヒーレンス長が2mm程度で
あることによる超伝導薄膜とトンネル障壁の界面、特に
上部超伝導薄膜とトンネル障壁との界面における超伝導
特性の劣化が原因であると考えられる。
開発に大きな進展をもたらした。しかし、膜厚を薄くし
た時のギヤ、プ?[IEの低下、サブギャップ電圧領域
におけるリーク電流の増加等まだ若干の問題点を残して
いる。これは、膜の成長初期過程において結晶成長が充
分でないこととNbNのコヒーレンス長が2mm程度で
あることによる超伝導薄膜とトンネル障壁の界面、特に
上部超伝導薄膜とトンネル障壁との界面における超伝導
特性の劣化が原因であると考えられる。
そこで、薄膜成長初期過程における膜のTc向上の薄膜
形成技術開発の試みが数多くなされてきた。
形成技術開発の試みが数多くなされてきた。
しかしながら、それらは膜厚がlC1nm程度に薄くな
ると基板温度を300℃程度としてスパッタ製膜した場
合でさえも11に程度以下の低い値しか得られていなか
った。
ると基板温度を300℃程度としてスパッタ製膜した場
合でさえも11に程度以下の低い値しか得られていなか
った。
このような問題点の解決策として、マグネシアI Mg
O)単結晶の襞間面上にNbmエピタキシャル成長させ
る方法が考案され、比較的特性の良い膜が得られている
。しかし、ジョセフソンデバイス作製用基板としては適
当なものとは言えなかった。そこで我々はNbNと同じ
結晶構造を持つMg0M1スパツタ製膜し、その上にエ
ピタキシャル成長させたNbN膜をジョセフノン素子の
電極材料として、またMgOをトンネル障壁材料として
用いることを考案したく特願昭60−219138号)
。
O)単結晶の襞間面上にNbmエピタキシャル成長させ
る方法が考案され、比較的特性の良い膜が得られている
。しかし、ジョセフソンデバイス作製用基板としては適
当なものとは言えなかった。そこで我々はNbNと同じ
結晶構造を持つMg0M1スパツタ製膜し、その上にエ
ピタキシャル成長させたNbN膜をジョセフノン素子の
電極材料として、またMgOをトンネル障壁材料として
用いることを考案したく特願昭60−219138号)
。
この方法で得られた高配向したMgO膜上のNbNのエ
ピタキシャル膜は、NbN膜厚が10 nm程度におい
て転移温度Tcが約14にという値を持つことがわかっ
た。また、高配向したMgO膜上の、MgOをトンネル
障壁に用いたエピタキシャル化N’blJ / MgO
/ NbN トンネル接合は、ギャップ電圧が約5mV
あり、トンネル障壁と上部超伝導薄膜の界面の超伝導特
性を改善することができた。しかし、このような特性を
持つMgO/NbNエピタキシャル膜も配向及び配向強
度において若干の分布があり、プロセスにおける信頼性
とい5点で若干の問題点を残していた。
ピタキシャル膜は、NbN膜厚が10 nm程度におい
て転移温度Tcが約14にという値を持つことがわかっ
た。また、高配向したMgO膜上の、MgOをトンネル
障壁に用いたエピタキシャル化N’blJ / MgO
/ NbN トンネル接合は、ギャップ電圧が約5mV
あり、トンネル障壁と上部超伝導薄膜の界面の超伝導特
性を改善することができた。しかし、このような特性を
持つMgO/NbNエピタキシャル膜も配向及び配向強
度において若干の分布があり、プロセスにおける信頼性
とい5点で若干の問題点を残していた。
N’bNNbNエピタキシャル膜る時に下地基板とし℃
用いる配向したMgOの配向強度の分布の改善と配向強
度の改善にある。
用いる配向したMgOの配向強度の分布の改善と配向強
度の改善にある。
本発明は前記の問題点を解決するためになされたもので
あり、マグネシア薄膜をスパッタリングで作製する場合
において水分を含む不活性ガスを用いることにより、自
己配向の強度をより強め、かつ強度分布を低減したスパ
ッタ薄膜を提供することである。
あり、マグネシア薄膜をスパッタリングで作製する場合
において水分を含む不活性ガスを用いることにより、自
己配向の強度をより強め、かつ強度分布を低減したスパ
ッタ薄膜を提供することである。
上記目的を達成するためのマグネシア薄膜は次の方法に
より作製することができる。その工程を(第1図)を用
いて説明する。まず絶縁体又は半導体を基板に用い、そ
れを圧力が10−’ Torr以下望ましくは10−’
Torr以下の真空中におく。この時、マグネシアの
配向強度を高めるため及びその上に作製する下地マグネ
シアと同一方向に配向した窒化ニオブの配向強度を強め
るために基板温度を室温以上銀またくは100℃ないし
300℃の範囲に設定する。その後、RFスバ、り法を
用いてマグネシアを製膜する。スパッタガスはアルゴン
等の不活性ガスを用いる。アルゴンガスはマグネシアの
自己配向強度を強め、かつ強度分布を低減する目的で微
量の水分を混合したものである。
より作製することができる。その工程を(第1図)を用
いて説明する。まず絶縁体又は半導体を基板に用い、そ
れを圧力が10−’ Torr以下望ましくは10−’
Torr以下の真空中におく。この時、マグネシアの
配向強度を高めるため及びその上に作製する下地マグネ
シアと同一方向に配向した窒化ニオブの配向強度を強め
るために基板温度を室温以上銀またくは100℃ないし
300℃の範囲に設定する。その後、RFスバ、り法を
用いてマグネシアを製膜する。スパッタガスはアルゴン
等の不活性ガスを用いる。アルゴンガスはマグネシアの
自己配向強度を強め、かつ強度分布を低減する目的で微
量の水分を混合したものである。
その水分の割合は1 ppm以上望ましくは5 ppm
以上である。この水分を含むアルゴンガスを導入し、ガ
ス圧力を調整する。この圧力もスパッタガスと同様の理
由から10−’Torr以上望ましくは101Torr
ないし5 X 10−”Torrに設定する。以上のよ
うにスバ、り条件を設定した後、基板表面を汚染層を除
去する目的で逆スパツタにより数百′に程度エツチング
する。そして、MgOをターゲットに用いてRFスパッ
タにより約80 nm製膜した後向−真空中にて、窒化
ニオブ(NbN)を約1100nの厚さだけMgO股上
にエピタキシャル成長させた。
以上である。この水分を含むアルゴンガスを導入し、ガ
ス圧力を調整する。この圧力もスパッタガスと同様の理
由から10−’Torr以上望ましくは101Torr
ないし5 X 10−”Torrに設定する。以上のよ
うにスバ、り条件を設定した後、基板表面を汚染層を除
去する目的で逆スパツタにより数百′に程度エツチング
する。そして、MgOをターゲットに用いてRFスパッ
タにより約80 nm製膜した後向−真空中にて、窒化
ニオブ(NbN)を約1100nの厚さだけMgO股上
にエピタキシャル成長させた。
第2図は水分を含むアルゴンガス圧を変化させた時のM
gO+ 200 )ピーク値を示す。また、第4図は上
記の方法で作製したMgO/ NbNエピタキシャル膜
のxgA回折結果を示す。
gO+ 200 )ピーク値を示す。また、第4図は上
記の方法で作製したMgO/ NbNエピタキシャル膜
のxgA回折結果を示す。
本発明により次の効果が期待できる。まず第一にMgO
の配向強度が強くなることに比例して、その上に成長さ
せたエピタキシャルNbN膜の配向強度も強くなる
゛ −1′ でN1)N膜の初期成長過程における超伝導特性を改善
でき、NbNの膜厚を薄(しても(=100nm)超伝
導転移温度(Tc)をバルクのTc K近い高い値に維
持できる( Tc ′?14 K、従来報告されている
値より約2に高い)。これは、MgOを下地基板に用い
てN1)N膜でジョセフノン素子を構成するとき、ブリ
、ジ素子の場合は、ブリッジ長の温度変化をほとんど蕪
くすることができる。また、すンドイッチ型の素子の場
合も同様に下部電極−トンネル障壁−上部電極をNbN
−MgO−NbNで作製することにより下地基板のM
gOを含めた4層エピタキシャルの強度を増すことがで
きるので、トンネル障壁の厚さの温度変化、経時変化を
ほとんど無くすることができる。第二にNbN膜厚の膜
厚を従来にくらべてかなり薄くできることから、微細加
工の面でも非常に有利なものとなる。また、MgOの配
向強度の分布を低減することができることからプロセス
に貢献するところが大である。
の配向強度が強くなることに比例して、その上に成長さ
せたエピタキシャルNbN膜の配向強度も強くなる
゛ −1′ でN1)N膜の初期成長過程における超伝導特性を改善
でき、NbNの膜厚を薄(しても(=100nm)超伝
導転移温度(Tc)をバルクのTc K近い高い値に維
持できる( Tc ′?14 K、従来報告されている
値より約2に高い)。これは、MgOを下地基板に用い
てN1)N膜でジョセフノン素子を構成するとき、ブリ
、ジ素子の場合は、ブリッジ長の温度変化をほとんど蕪
くすることができる。また、すンドイッチ型の素子の場
合も同様に下部電極−トンネル障壁−上部電極をNbN
−MgO−NbNで作製することにより下地基板のM
gOを含めた4層エピタキシャルの強度を増すことがで
きるので、トンネル障壁の厚さの温度変化、経時変化を
ほとんど無くすることができる。第二にNbN膜厚の膜
厚を従来にくらべてかなり薄くできることから、微細加
工の面でも非常に有利なものとなる。また、MgOの配
向強度の分布を低減することができることからプロセス
に貢献するところが大である。
(比較例)
MgOをターゲツト材とし、スパッタガスに水分が少な
いアルゴンガスな用い、到達真空度を101To rr
以下、基板温度200°C,スパッタガス圧力を変化さ
せて、RFスパッタ法により、まず基板表面の汚染層を
除去した後、MgOを約80 nm製膜した。その後、
同一真空中で反応性スバ、りによりNbNを約100
nm製膜した。このMgO/NbNの2層エピタキシャ
ル膜のMgO+ 200 )面。
いアルゴンガスな用い、到達真空度を101To rr
以下、基板温度200°C,スパッタガス圧力を変化さ
せて、RFスパッタ法により、まず基板表面の汚染層を
除去した後、MgOを約80 nm製膜した。その後、
同一真空中で反応性スバ、りによりNbNを約100
nm製膜した。このMgO/NbNの2層エピタキシャ
ル膜のMgO+ 200 )面。
NbN (200)面強度のスパッタガス圧依存性をみ
た(第3図)。その結果、第2図と比較してMg0(2
00)、NbN(200)の強度とも約十であった。
た(第3図)。その結果、第2図と比較してMg0(2
00)、NbN(200)の強度とも約十であった。
第1図はMgO薄膜作製方法、第2図は本発明方法を用
いて作製したMgo/ Nbaエピタキシャル膜配膜性
向性ス圧依存を示したもの、第3図は従来のスパッタ方
法で作製したMgO/NbNエピタキシャル膜配向性の
ガス圧依存を示したもの、第4図は本発明を用いて作製
したMgO/NbNエピタキシャル膜のX線回折図、第
5図は従来のスパッタ方法で作製したMgO/ NbN
エピタキシャル膜のX線回折図。(11は基板、(2)
はMgO0特許出願人 東洋曹達工業株式会社 第 1 m (υ−> (Tsub:=2QQ Q
C)第1+図 Bragg Angle 20 (degree)市
夢 図 Bragg AngLe 2θ(degree)手続ネ
甫正書(方式) %式%:121 1事件の表示 昭和60年et許願第292437号 2発明の名称 スパッタ薄膜の配向強度の改良方法 3補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所〒746山ロ県新南陽市大字富田4560番地(連
絡先)〒107東京都港区赤坂1丁目7番7号(東口ビ
ル)東洋曹達工業株式会社 特許情報部 電話番号(505)4471 「願書に最初に添付した明細書の浄書)別紙のとおり(
内容に変更なし)」
いて作製したMgo/ Nbaエピタキシャル膜配膜性
向性ス圧依存を示したもの、第3図は従来のスパッタ方
法で作製したMgO/NbNエピタキシャル膜配向性の
ガス圧依存を示したもの、第4図は本発明を用いて作製
したMgO/NbNエピタキシャル膜のX線回折図、第
5図は従来のスパッタ方法で作製したMgO/ NbN
エピタキシャル膜のX線回折図。(11は基板、(2)
はMgO0特許出願人 東洋曹達工業株式会社 第 1 m (υ−> (Tsub:=2QQ Q
C)第1+図 Bragg Angle 20 (degree)市
夢 図 Bragg AngLe 2θ(degree)手続ネ
甫正書(方式) %式%:121 1事件の表示 昭和60年et許願第292437号 2発明の名称 スパッタ薄膜の配向強度の改良方法 3補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所〒746山ロ県新南陽市大字富田4560番地(連
絡先)〒107東京都港区赤坂1丁目7番7号(東口ビ
ル)東洋曹達工業株式会社 特許情報部 電話番号(505)4471 「願書に最初に添付した明細書の浄書)別紙のとおり(
内容に変更なし)」
Claims (1)
- マグネシア薄膜をスパッタリングで作製する場合におい
て、水分を含む不活性ガスを用いることにより自己配向
の強度をより強め、かつ強度分布を低減することを特徴
とするスパッタ薄膜の配向強度の改良方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60292437A JPS62154676A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60292437A JPS62154676A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62154676A true JPS62154676A (ja) | 1987-07-09 |
Family
ID=17781778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60292437A Pending JPS62154676A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | スパツタ薄膜の配向強度の改良方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62154676A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5361720A (en) * | 1988-04-22 | 1994-11-08 | British Technology Group Ltd. | Epitaxial deposition |
JPH0925571A (ja) * | 1995-07-06 | 1997-01-28 | Canon Inc | 酸化物薄膜の成膜方法 |
JP2013200982A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導線用基材の製造方法及び超電導線の製造方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6050164A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | 防湿性を有する透明薄膜の形成方法 |
JPS60169176A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Rikagaku Kenkyusho | ΝbΝ薄膜の形成方法 |
-
1985
- 1985-12-27 JP JP60292437A patent/JPS62154676A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6050164A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | 防湿性を有する透明薄膜の形成方法 |
JPS60169176A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Rikagaku Kenkyusho | ΝbΝ薄膜の形成方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5361720A (en) * | 1988-04-22 | 1994-11-08 | British Technology Group Ltd. | Epitaxial deposition |
JPH0925571A (ja) * | 1995-07-06 | 1997-01-28 | Canon Inc | 酸化物薄膜の成膜方法 |
JP2013200982A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 超電導線用基材の製造方法及び超電導線の製造方法 |
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