JPS6216585A - Superconducting device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce current density in a lower electrode in the vicinity of a window section even when currents concentrate to the window section, to inhibit transition to a normal conductive state and to increase critical currents by partially thickening the lower electrode in a contacting section. CONSTITUTION:An Nb film 2 with thickness of 500-2,000Angstrom is formed onto a substrate 1 according to a pattern, a lower electrode 3 consisting of an Nb film with thickness of 1,000-3,000Angstrom is shaped onto the film 2, and an SiO2 film 4 is formed onto the lower electrode. A window 4' for a contact is shaped to a section on the Nb film 2 is the SiO2 film 4, and an upper electrode 5 (an Nb film in thickness of 5,000-10,000Angstrom ) on the SiO2 film 4 is brought into contact with the lower electrode 3 in the window 4'.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明は、超伝導デバイスのコンタクト部において下層
の超伝導体層の厚さを局所的に厚くすることによって、
コンタクト部におけるノーマル転移を防止した。[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention provides the following advantages:
Normal transition at the contact area was prevented.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は超伝導デバイスに関し、特にそのコンタクト部
の構造に関する。The present invention relates to a superconducting device, and particularly to the structure of a contact portion thereof.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超伝導デバイスにおいて、２つの超伝導体層が絶縁物層
の窓を介して接触するコンタクト部が存在する〇 従来のコンタクト部の構造を第３図に示す〇本図はコン
タクト部の構造を示す断面図で、基板２１上にニオブ（
Ｎｂ）の第１（下側）電極２２が１０００〜３０００Ａ
の厚さに形成され、基板２１および第１電極２２上には
Ｓ　ｉ　０ｗ層２３が形成されているｏ８１偽層２３に
は第１電極２２上において窓部２３′が形成され、この
窓部２３′においてＳｉｎ！膚２３上２３上されたＮｂ
の第２（上側）電極２４が第１電極２２に接している。In a superconducting device, there is a contact part where two superconductor layers come into contact through a window in an insulator layer. The structure of a conventional contact part is shown in Figure 3. This figure shows the structure of a contact part. In the cross-sectional view, niobium (
Nb) first (lower) electrode 22 of 1000 to 3000 A
A window 23' is formed on the first electrode 22 in the o81 pseudo layer 23, which has a Si 0w layer 23 on the substrate 21 and the first electrode 22. At 23' Sin! Nb on the skin 23 on 23
A second (upper) electrode 24 of is in contact with the first electrode 22 .

第２電極２４の厚さは５０００〜１ｏｏｏｏλである。The thickness of the second electrode 24 is 5000 to 100λ.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このようなコンタクト部を持った超伝導デバイスにおい
て、高集積化な図るために素子の寸法のみならず配線幅
やコンタクト部の寸法が小さくなってきている。In superconducting devices having such contact portions, not only the dimensions of the device but also the wiring width and the dimensions of the contact portion are becoming smaller in order to achieve higher integration.

例えば線幅を４ｘｎとすると、パターンの位置合せ余裕
を見込むとコンタクトホールの寸法は２鑞以下にしなけ
ればならない。このような寸法のコンタクトホールにお
いてコンタクト部の臨界電流（超伝導状態から常伝導状
態に転移する電流）は２０ｍＡ程度の小さい値であった
。For example, if the line width is 4xn, the size of the contact hole must be 2 mm or less to allow for alignment margin for the pattern. In a contact hole having such dimensions, the critical current (current that transitions from a superconducting state to a normal conducting state) in the contact portion was a small value of about 20 mA.

本発明は従来のこのような欠点を解決して、コンタクト
部の臨界電流値を大きくすることを目的とする。It is an object of the present invention to solve these conventional drawbacks and increase the critical current value of the contact portion.

〔問題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明者は、このような微小コンタクト部において臨界
電流値が小さくなる原因を検討した結果、コンタクト部
における下側電極の厚さが上側電極の厚さのｌ／１０〜
１／２程度と薄いため、コンタクト部近傍の下側電極に
おける電流密度が高く常伝導状態へ転移し易いために臨
界電流が小さくなることに想到した。As a result of studying the cause of the small critical current value in such a minute contact part, the inventor found that the thickness of the lower electrode in the contact part is 1/10 to 1/10 of the thickness of the upper electrode.
Since it is as thin as about 1/2, the current density in the lower electrode near the contact portion is high and the transition to a normal conduction state is easy, resulting in a small critical current.

そこで、本発明では下側電極をコンタクト部において局
所的に厚くした。Therefore, in the present invention, the lower electrode is locally thickened at the contact portion.

〔作　用〕[For production]

下側電極を厚くすることにより、窓部で電流が集中して
も窓部近傍の下側電極における電流密度が緩和され、常
伝導状態への転移を抑えることができる。By making the lower electrode thicker, even if current is concentrated at the window, the current density at the lower electrode near the window is relaxed, and transition to a normal conduction state can be suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図は本発明の一実施例を示す図で（ａ）は平面図、
（ｂ）は図（ａ）のＡ　−Ａ’線に沿った断面図である
。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and (a) is a plan view;
(b) is a cross-sectional view taken along line A-A' in figure (a).

基板１上に５００〜２０００Ａの厚さのＮｂ膜２がパタ
ーニング形成され、その上に１０００〜３０００Ａの厚
さのＮｂ膜からなる下側電極３が形成され、更に、その
上に８１０！膜゛４が形成されている。A Nb film 2 with a thickness of 500 to 2000 Å is formed on the substrate 1 by patterning, a lower electrode 3 made of a Nb film with a thickness of 1000 to 3000 Å is formed on it, and further 810! A film 4 is formed.

ＳｉＯ＊膜４のＮｂ膜膜上上部分には＝ンタクト用の窓
４′が形成され、５ｉＯ１１１４の上側電極５（厚さ５
０００〜１００００　ＡのＮｂ膜）が窓４′において下
側電極３と接している。A contact window 4' is formed in the upper part of the Nb film of the SiO* film 4, and an upper electrode 5 of 5iO1114 (with a thickness of 5
000-10000 A) is in contact with the lower electrode 3 at the window 4'.

第２図にその製造工程を示す。Figure 2 shows the manufacturing process.

（ａ）に示すように基板１上にＮｂ膜をスパッタ。As shown in (a), a Nb film is sputtered onto the substrate 1.

蒸着等により５００〜２０００Ａの厚さに成膜した後レ
ジストをパターニング形成し、ＣＦ４と５〜３〇−の０
！の混合ガス（ガス圧５０ｍ　Ｔｏｒｒ）’ｔ’用いた
反応性イオンエツチングによｐＮｂＮｂ膜？：形成する
。次いで（ｂ）に示すように、スパッタ、又は蒸着によ
シＮｂ１ｌを１０００〜３０００Ａ成膜した後、レジス
トをパターニング形成してＣＦ番と０．を用いた反応性
イオンエツチングにより下側電極３を形成する。次いで
（ｅ）に示すように、スパッタ、又は化学気相成長法に
より５ｉ０１膜４を形成した後、レジストタパターニノ
グ形成して、ＣＨＦＩと５−〇〇、の混合ガス（ガス圧
１５ｍ　Ｔｏｒｒ）を用いた反応性イオンエツチングに
より２μｍの窓４”＆形成する。窓４ｂ形成にはリフト
オフ法を用いることもできる。次いで真空槽内でＡｒガ
ス（ガス圧ｌＱｍＴｏｒｒ）を用いスパッタクリーニン
グ（陰極の自己バイアス電圧１００〜３００Ｖ）を約５
分間行う。これにより不要な配化膜等を除去した後、（
ｄ）に示すようにＮｂ膜をスパッタや蒸着により５００
０〜１００００　＾の厚さに成膜し、レジストをバター
二／グ形成後、同様にＣＦ４と０！ガスを用いた反応性
イオンエツチングにより上側電極５１に形成するＯ 以上の実施例ではＮｂ膜２１下側電極２の下に設けたが
、下側電極２の上に設けてもよい。After forming a film with a thickness of 500 to 2000A by vapor deposition etc., patterning the resist and forming a film with CF4 and 5 to 30-
! pNbNb film by reactive ion etching using a mixed gas (gas pressure 50 mTorr) 't'. :Form. Next, as shown in (b), after forming a film of 1000 to 3000 A of Nb11 by sputtering or vapor deposition, a resist is patterned to form a CF number and a 0. The lower electrode 3 is formed by reactive ion etching using. Next, as shown in (e), after forming a 5i01 film 4 by sputtering or chemical vapor deposition, resist patterning is performed and a mixed gas of CHFI and 5-〇〇 (gas pressure 15 m Torr) is formed. A window 4" of 2 μm in size is formed by reactive ion etching with Bias voltage 100-300V) about 5
Do this for minutes. After removing unnecessary alignment films, etc., (
As shown in d), a Nb film with a thickness of 500% is deposited by sputtering or vapor deposition.
After forming a film with a thickness of 0 to 10,000 ^ and forming a resist with butter, CF4 and 0! The Nb film 21 is formed on the upper electrode 51 by reactive ion etching using gas. In the above embodiment, the Nb film 21 is provided under the lower electrode 2, but it may be provided on the lower electrode 2.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した本発明によれば、コンタクト部の下側電極
を厚くしたので、電流密度が緩和されて常伝導状態への
転移が抑えられ、コンタクト部の臨界電流を大きくする
ことができる。According to the present invention described above, since the lower electrode of the contact portion is thickened, the current density is relaxed and transition to a normal conduction state is suppressed, and the critical current of the contact portion can be increased.

本発明者の測定によると、従来のコンタクト部における
臨界電流が２０ｍＡ程度だったのに対し、上記実施例で
は４０ｍＡ程度になることが確認された０According to measurements made by the inventor, the critical current in the conventional contact portion was approximately 20 mA, whereas it was confirmed to be approximately 40 mA in the above embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例を示す図、 第２図は第１図に示す構造を製造するだめの工程順断面
図、 第３図は従来例を示す図である。 図において、２はＮｂ膜、３は下側電極（第１超伝導体
）、４はＳ　ｉ　Ｏｓ層、４′は窓部、５は上側電極（
第２超伝導体）である。 特許出願人　工業技術院長　　等々力　連子面図 ＃山国 （ｂ） 木窒明ｊ−＊　ｆｔ４グ１を元す図 茅　１　図 ＜ａ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 昶遣工掘１元寸断伽回 茅２図FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the process for manufacturing the structure shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing a conventional example. In the figure, 2 is the Nb film, 3 is the lower electrode (first superconductor), 4 is the SiOs layer, 4' is the window, and 5 is the upper electrode (
second superconductor). Patent applicant Todoroki, Director of the Agency of Industrial Science and Technology Shunkanga Kaimo 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 　基体（１）上に形成された第１の超伝導体層（３）と
、該第１の超伝導体層（３）上に形成され、窓部（４）
を有する絶縁物層（４）と、 該絶縁物層（４）上に形成され、かつ該窓部（４′）に
おいて該第１の超伝導体層（３）と接する第２の超伝導
体層（５）とを備え、 該第１の超伝導体層（３）は、該窓部（４′）下におい
て局所的に厚く形成されてなることを特徴とする超伝導
デバイス。[Scope of Claims] A first superconductor layer (3) formed on a base (1), and a window (4) formed on the first superconductor layer (3).
a second superconductor formed on the insulator layer (4) and in contact with the first superconductor layer (3) at the window (4'); A superconducting device comprising: a layer (5), wherein the first superconductor layer (3) is locally thickly formed under the window (4').