JP2535539B2 - ジョセフソン回路の製造方法 - Google Patents
ジョセフソン回路の製造方法Info
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- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 第一の超伝導配線層およびその上の第二の超伝導配線
層の間がコンタクト窓を介して接続されるジョセフソン
回路の製造において、 第一の超伝導配線層および第二の超伝導配線層の間の
絶縁層の形成に先立ち、第一の超伝導配線層上にエッチ
ングストッパ薄膜及び第三の超伝導層を堆積し、エッチ
ングによりコンタクト窓領域に超伝導のコンタクト体を
形成することにより、 第二の超伝導配線層の平坦化を図ったものである。
層の間がコンタクト窓を介して接続されるジョセフソン
回路の製造において、 第一の超伝導配線層および第二の超伝導配線層の間の
絶縁層の形成に先立ち、第一の超伝導配線層上にエッチ
ングストッパ薄膜及び第三の超伝導層を堆積し、エッチ
ングによりコンタクト窓領域に超伝導のコンタクト体を
形成することにより、 第二の超伝導配線層の平坦化を図ったものである。
本発明は、第一の超伝導配線層およびその上の第二の
超伝導配線層の間がコンタクト窓を介して接続されるジ
ョセフソン回路の製造方法に係り、特に、第二の超伝導
配線層を平坦化させる方法に関す。
超伝導配線層の間がコンタクト窓を介して接続されるジ
ョセフソン回路の製造方法に係り、特に、第二の超伝導
配線層を平坦化させる方法に関す。
ジョセフソン回路は、一般に、超伝導配線層と絶縁層
からなる多層構造をしており、超伝導配線層間の接続は
コンタクト窓を介して行われる。
からなる多層構造をしており、超伝導配線層間の接続は
コンタクト窓を介して行われる。
そして、その接続を確実にするため、また集積度向上
のためにも、上側の超伝導配線層の平坦化が望まれてい
る。
のためにも、上側の超伝導配線層の平坦化が望まれてい
る。
第一の超伝導配線層およびその上の第二の超伝導配線
層の間がコンタクト窓を介して接続されるジョセフソン
回路の一例を製造する従来方法は、第２図の工程順側断
面図に示す如くである。
層の間がコンタクト窓を介して接続されるジョセフソン
回路の一例を製造する従来方法は、第２図の工程順側断
面図に示す如くである。
即ち第２図において、先ず〔図（ａ）参照〕、基板１
上に、ニオブ（Nb）の基部電極２、アルミニウム・酸化
アルミニウム（Al−AlOx）のバリア３、ニオブの対向電
極４、にする各層を順次積層し、これをパターン化エッ
チングしてジョセフソン素子を形成する。
上に、ニオブ（Nb）の基部電極２、アルミニウム・酸化
アルミニウム（Al−AlOx）のバリア３、ニオブの対向電
極４、にする各層を順次積層し、これをパターン化エッ
チングしてジョセフソン素子を形成する。
次いで〔図（ｂ）参照〕、対向電極４を表出させて平
坦化した二酸化シリコン（SiO2）の絶縁層５を形成す
る。この形成は、バイアススパッタで二酸化シリコンを
平坦に堆積した後エッチバックするか、または、通常の
スパッタで二酸化シリコンを堆積し有機塗布膜で平坦に
した後エッチバックして行う。
坦化した二酸化シリコン（SiO2）の絶縁層５を形成す
る。この形成は、バイアススパッタで二酸化シリコンを
平坦に堆積した後エッチバックするか、または、通常の
スパッタで二酸化シリコンを堆積し有機塗布膜で平坦に
した後エッチバックして行う。
次いで〔図（ｃ）参照〕、ニオブをスパッタ堆積しパ
ターン化エッチングして、第一の超伝導配線層からなる
対向電極配線６を形成する。
ターン化エッチングして、第一の超伝導配線層からなる
対向電極配線６を形成する。
次いで〔図（ｄ）参照〕、配線６を覆って平坦化した
二酸化シリコンの絶縁層７を絶縁層５の形成に準じた方
法で形成し、更に、コンタクト窓８をエッチングで形成
する。
二酸化シリコンの絶縁層７を絶縁層５の形成に準じた方
法で形成し、更に、コンタクト窓８をエッチングで形成
する。
次いで〔図（ｅ）参照〕、ニオブをスパッタ堆積しパ
ターン化エッチングして、配線６と接続した第二の超伝
導配線層からなるコントロール線９を形成する。
ターン化エッチングして、配線６と接続した第二の超伝
導配線層からなるコントロール線９を形成する。
かくして、第一の超伝導配線層（対向電極配線）６と
第二の超伝導配線層（コントロール線）９の間がコンタ
クト窓８を介して接続されたジョセフソン回路が出来
る。
第二の超伝導配線層（コントロール線）９の間がコンタ
クト窓８を介して接続されたジョセフソン回路が出来
る。
しかしながら、上記従来方法で形成された第二の超伝
導配線層９は、コンタクト窓８部分に窪みが生じて平坦
でないものとなり、そのコンタクト窓８に対するステッ
プカバレージが悪くなって第一の超伝導配線層６との接
続が確実であるとは言い難い状態になる。また、第二の
超伝導配線層９が平坦でないことは、ジョセフソン回路
の集積度向上を阻害する。
導配線層９は、コンタクト窓８部分に窪みが生じて平坦
でないものとなり、そのコンタクト窓８に対するステッ
プカバレージが悪くなって第一の超伝導配線層６との接
続が確実であるとは言い難い状態になる。また、第二の
超伝導配線層９が平坦でないことは、ジョセフソン回路
の集積度向上を阻害する。
この問題を解決すべく第二の超伝導配線層９を平坦に
する方策として、第二の超伝導配線層９の形成に先立
ち、コンタクト窓８内に選択的に超伝導材料ここではニ
オブを堆積してコンタクト窓８を埋めておくことが考え
られる。しかしながら、選択的な堆積に用いられるCVD
（化学気相成長）は、上述の諸工程に用いられるスパッ
タに比して堆積温度が遥かに高く、ジョセフソン素子に
ダメージを与え素子特性を劣化させるので、この方策の
実現は極めて困難である。
する方策として、第二の超伝導配線層９の形成に先立
ち、コンタクト窓８内に選択的に超伝導材料ここではニ
オブを堆積してコンタクト窓８を埋めておくことが考え
られる。しかしながら、選択的な堆積に用いられるCVD
（化学気相成長）は、上述の諸工程に用いられるスパッ
タに比して堆積温度が遥かに高く、ジョセフソン素子に
ダメージを与え素子特性を劣化させるので、この方策の
実現は極めて困難である。
上記問題点は、第一の超伝導配線層およびその上の第
二の超伝導配線層の間がコンタクト窓を介して接続され
るジョセフソン回路の製造において、第一の超伝導配線
層、第三の超伝導層のパターン化エッチングに対してエ
ッチングストッパとなり且つ大きなトンネル電流を流し
得る薄膜、および第三の超伝導層をその順に堆積する工
程、第三の超伝導層の上記コンタクト窓領域以外の領域
をエッチング除去して、残された第三の超伝導層からな
るコンタクト体を形成する工程、コンタクト体を表出さ
せて平坦化した絶縁層を形成する工程、表出させたコン
タクト体に接する第二の超伝導配線層を堆積する工程、
を含む本発明の製造方法によって解決される。
二の超伝導配線層の間がコンタクト窓を介して接続され
るジョセフソン回路の製造において、第一の超伝導配線
層、第三の超伝導層のパターン化エッチングに対してエ
ッチングストッパとなり且つ大きなトンネル電流を流し
得る薄膜、および第三の超伝導層をその順に堆積する工
程、第三の超伝導層の上記コンタクト窓領域以外の領域
をエッチング除去して、残された第三の超伝導層からな
るコンタクト体を形成する工程、コンタクト体を表出さ
せて平坦化した絶縁層を形成する工程、表出させたコン
タクト体に接する第二の超伝導配線層を堆積する工程、
を含む本発明の製造方法によって解決される。
上記コンタクト体は、CVDの如くジョセフソン回路に
ダメージを与えるような高温を必要としないスパッタと
エッチングで形成することが出来、然も、第一の超伝導
配線層および第二の超伝導配線層の間に介在させた上記
絶縁層のコンタクト窓を埋めるものとなる。
ダメージを与えるような高温を必要としないスパッタと
エッチングで形成することが出来、然も、第一の超伝導
配線層および第二の超伝導配線層の間に介在させた上記
絶縁層のコンタクト窓を埋めるものとなる。
このことから、第二の超伝導配線層は平坦に形成され
て、そのコンタクト窓に対するステップカバレージが良
好になり、第一の超伝導配線層および第二の超伝導配線
層の間の接続が確実であると共に、集積度向上が図り易
く、然も安定なジョセフソン回路を製造することが可能
になる。
て、そのコンタクト窓に対するステップカバレージが良
好になり、第一の超伝導配線層および第二の超伝導配線
層の間の接続が確実であると共に、集積度向上が図り易
く、然も安定なジョセフソン回路を製造することが可能
になる。
以下本発明方法の実施例として、第２図で述べたジョ
セフソン回路の場合について第１図の工程順側断面図を
用いて説明する。全図を通じ同一符号は同一対象物を示
す。
セフソン回路の場合について第１図の工程順側断面図を
用いて説明する。全図を通じ同一符号は同一対象物を示
す。
第１図において、先ず〔図（ａ）参照〕、従来方法と
同様にして、ニオブの基部電極２、アルミニウム・酸化
アルミニウムのバリア３、ニオブの対向電極４、からな
るジョセフソン素子と、対向電極４を表出させて平坦化
した二酸化シリコンの絶縁層５を、基板１上に形成す
る。ここで、基部電極２の厚さは200〜300nm、バリア３
の厚さは５〜10nm、対向電極４の厚さは30〜200nm、で
あり、これらはスパッタ堆積とパターン化エッチングで
形成し、特にバリア３は、アルミニウムのスパッタ堆積
の後の酸素導入による自然酸化でその一部を酸化アルミ
ニウムにすることにより形成する。また、絶縁層５の形
成は、先に述べた如く、バイアススパッタで二酸化シリ
コンを平坦に堆積した後エッチバックするか、または、
通常のスパッタで二酸化シリコンを堆積し有機塗布膜で
平坦にした後エッチバックして行う。なお、上記バイア
ススパッタの条件は、アルゴン（Ar）の圧力が10mTor
r、バイアス電圧が−100〜−200V、である。
同様にして、ニオブの基部電極２、アルミニウム・酸化
アルミニウムのバリア３、ニオブの対向電極４、からな
るジョセフソン素子と、対向電極４を表出させて平坦化
した二酸化シリコンの絶縁層５を、基板１上に形成す
る。ここで、基部電極２の厚さは200〜300nm、バリア３
の厚さは５〜10nm、対向電極４の厚さは30〜200nm、で
あり、これらはスパッタ堆積とパターン化エッチングで
形成し、特にバリア３は、アルミニウムのスパッタ堆積
の後の酸素導入による自然酸化でその一部を酸化アルミ
ニウムにすることにより形成する。また、絶縁層５の形
成は、先に述べた如く、バイアススパッタで二酸化シリ
コンを平坦に堆積した後エッチバックするか、または、
通常のスパッタで二酸化シリコンを堆積し有機塗布膜で
平坦にした後エッチバックして行う。なお、上記バイア
ススパッタの条件は、アルゴン（Ar）の圧力が10mTor
r、バイアス電圧が−100〜−200V、である。
次いで〔図（ｂ）参照〕、ニオブの第一の超伝導配線
層６、アルミニウムの薄膜10、ニオブの第三の超伝導層
11、を順次スパッタ堆積する。第一の超伝導配線層６の
厚さは400〜600nm、薄膜10の厚さは５〜10nm、第三の超
伝導層の厚さは400nm、である。ここで、薄膜10は、後
述する第三の超伝導層11のエッチングの際にエッチング
ストッパとするために設けたものであるが、その表面に
は酸化アルミニウムなどの酸化物を形成しない。このた
め、超伝導配線層６および第三の超伝導層11の間を流れ
る臨界電流は、ジョセフソン接合部の臨界電流よりはる
かに大きくすることが出来る。
層６、アルミニウムの薄膜10、ニオブの第三の超伝導層
11、を順次スパッタ堆積する。第一の超伝導配線層６の
厚さは400〜600nm、薄膜10の厚さは５〜10nm、第三の超
伝導層の厚さは400nm、である。ここで、薄膜10は、後
述する第三の超伝導層11のエッチングの際にエッチング
ストッパとするために設けたものであるが、その表面に
は酸化アルミニウムなどの酸化物を形成しない。このた
め、超伝導配線層６および第三の超伝導層11の間を流れ
る臨界電流は、ジョセフソン接合部の臨界電流よりはる
かに大きくすることが出来る。
次いで〔図（ｃ）参照〕、第三の超伝導層11の第２図
図示コンタクト窓８領域以外の領域をRIE（反応性イオ
ンエッチング）で除去して第三の超伝導層11をコンタク
ト体11にする。このRIEでは、先に述べた如く、薄膜10
がエッチングストッパとなる。そしてその後、表出した
薄膜10を除去してから第一の超伝導配線層６をRIEでパ
ターン化エッチングして第一の超伝導配線層６を対向電
極配線６にする。
図示コンタクト窓８領域以外の領域をRIE（反応性イオ
ンエッチング）で除去して第三の超伝導層11をコンタク
ト体11にする。このRIEでは、先に述べた如く、薄膜10
がエッチングストッパとなる。そしてその後、表出した
薄膜10を除去してから第一の超伝導配線層６をRIEでパ
ターン化エッチングして第一の超伝導配線層６を対向電
極配線６にする。
次いで〔図（ｄ）参照〕、コンタクト体11を表出させ
て平坦化した二酸化シリコンの絶縁層７を絶縁層５の形
成と同じ方法で形成する。さすれば、絶縁層７にはコン
タクト体11によりコンタクト窓８が形成され、コンタク
ト体11はコンタクト窓８を埋めたものとなる。
て平坦化した二酸化シリコンの絶縁層７を絶縁層５の形
成と同じ方法で形成する。さすれば、絶縁層７にはコン
タクト体11によりコンタクト窓８が形成され、コンタク
ト体11はコンタクト窓８を埋めたものとなる。
次いで〔図（ｅ）参照〕、ニオブをスパッタ堆積しパ
ターン化エッチングして、コンタクト体11と接続した第
二の超伝導配線層からなるコントロール線９を形成す
る。この厚さは600〜1000nmである。
ターン化エッチングして、コンタクト体11と接続した第
二の超伝導配線層からなるコントロール線９を形成す
る。この厚さは600〜1000nmである。
かくして、第一の超伝導配線層（対向電極配線）６と
第二の超伝導配線層（コントロール線）９の間がコンタ
クト窓８を介して接続されたジョセフソン回路が出来
る。
第二の超伝導配線層（コントロール線）９の間がコンタ
クト窓８を介して接続されたジョセフソン回路が出来
る。
そして、このジョセフソン回路は、コンタクト窓８内
にコンタクト体11が埋められているので、第二の超伝導
配線層９が平坦になってそのコンタクト窓８に対するス
テップカバレージが良好になり、第一の超伝導配線層お
よび第二の超伝導配線層６および９の間の接続が確実で
あると共に、集積度向上を図り易いものとなる。然も、
その製造工程にはダメージを与えるような高温処理を必
要としないので、安定なものとなる。
にコンタクト体11が埋められているので、第二の超伝導
配線層９が平坦になってそのコンタクト窓８に対するス
テップカバレージが良好になり、第一の超伝導配線層お
よび第二の超伝導配線層６および９の間の接続が確実で
あると共に、集積度向上を図り易いものとなる。然も、
その製造工程にはダメージを与えるような高温処理を必
要としないので、安定なものとなる。
なお、上記実施例では、製造を簡便にするために、薄
膜10の材料をバリア３の材料に合わせてアルミニウムに
してあるが、その材料は、トンネル電流を流し得る厚さ
にした際に、第三の超伝導層11のパターン化エッチング
に対してエッチングストッパになり得るものであれば他
のものであっても良い。
膜10の材料をバリア３の材料に合わせてアルミニウムに
してあるが、その材料は、トンネル電流を流し得る厚さ
にした際に、第三の超伝導層11のパターン化エッチング
に対してエッチングストッパになり得るものであれば他
のものであっても良い。
また、超伝導配線層６、９、第三の超伝導層11の材料
は、ニオブに限定されるものではない。
は、ニオブに限定されるものではない。
更に、実施例は対向電極配線６とコントロール線９の
接続の場合を示したが、本発明は、ジョセフソン回路の
適宜の超伝導配線層間の接続に適用することが可能であ
り、その上側の超伝導配線層を平坦にさせる。
接続の場合を示したが、本発明は、ジョセフソン回路の
適宜の超伝導配線層間の接続に適用することが可能であ
り、その上側の超伝導配線層を平坦にさせる。
以上説明したように本発明の構成によれば、第一およ
びその上の第二の超伝導配線層の間がコンタクト窓を介
して接続されるジョセフソン回路の製造において、ダメ
ージを与えることなく第二の超伝導配線層を平坦にする
ことが可能になり、第二の超伝導配線層のコンタクト窓
に対するステップカバレージが良好で第一および第二の
超伝導配線層の間の接続が確実であると共に、集積度向
上が図り易く、然も安定なジョセフソン回路の構造を可
能にさせる効果がある。
びその上の第二の超伝導配線層の間がコンタクト窓を介
して接続されるジョセフソン回路の製造において、ダメ
ージを与えることなく第二の超伝導配線層を平坦にする
ことが可能になり、第二の超伝導配線層のコンタクト窓
に対するステップカバレージが良好で第一および第二の
超伝導配線層の間の接続が確実であると共に、集積度向
上が図り易く、然も安定なジョセフソン回路の構造を可
能にさせる効果がある。
第１図は本発明方法実施例の工程順側断面図、 第２図は従来方法の工程順側断面図、 である。 図において、 １は基板、 ２は基部電極、 ３はバリア、 ４は対向電極、 ５、７は絶縁層、 ６は第一の超伝導配線層（対向電極配線）、 ８はコンタクト窓、 ９は第二の超伝導配線層（コントロール線）、 10は薄膜、 11は第三の超伝導層（コンタクト体）、 である。
Claims (2)
- 【請求項１】第一の超伝導配線層およびその上の第二の
超伝導配線層の間が第三の超伝導層により形成されたコ
ンタクト窓を介して接続されるジョセフソン回路の製造
方法において、該第一の超伝導配線層、金属薄膜、およ
び該第三の超伝導層を堆積する工程、該第三の超伝導層
の該コンタクト窓部領域以外の領域を該金属薄膜をエッ
チングストッパとしてエッチング除去する工程、表出し
た該金属薄膜を除去する工程、残された該第三の超伝導
層を表出させて平坦化した絶縁層を形成する工程、表出
した該第三の超伝導層に接して該絶縁層上に第二の超伝
導配線層を堆積する工程、を含むことを特徴とするジョ
セフソン回路の製造方法。 - 【請求項２】該金属薄膜を通し超伝導電流を流し得るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のジョセフソ
ン回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62136781A JP2535539B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | ジョセフソン回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62136781A JP2535539B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | ジョセフソン回路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63300579A JPS63300579A (ja) | 1988-12-07 |
| JP2535539B2 true JP2535539B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=15183368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62136781A Expired - Lifetime JP2535539B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | ジョセフソン回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535539B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111969102B (zh) * | 2020-09-11 | 2023-10-27 | 中国科学院紫金山天文台 | 一种改善超导钛-铌薄膜接触电极的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60210887A (ja) * | 1984-04-04 | 1985-10-23 | Nec Corp | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62136781A patent/JP2535539B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63300579A (ja) | 1988-12-07 |
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