JP3205771B2

JP3205771B2 - ジョセフソン接合の作製方法

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Publication number: JP3205771B2
Application number: JP24964896A
Authority: JP
Inventors: 昌宏青柳; 博仲川; 正明前澤; 格黒沢
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JPH1098217A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超伝導集積回路中に
て能動要素として用いられるジョセフソン接合の作製方
法に関し、特に、1μm 以下の微小な寸法オーダでその平
面形状が規定される程に微小でありながら、なおかつ良
好な接合特性を有するジョセフソン接合を再現性良く作
製し、結果として歩留まりを向上させ得る方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】下部超電導体層と上部超電導体層との間
に薄いトンネル障壁層を挟み込んで構成され、極低温環
境下で能動素子として用いられるジョセフソン接合も、
高速性能の追求のため、将来的には益々もっての小型化
が要請される。してみるに、これまでの所、そのように
微小なジョセフソン接合を作製する上で好適とされてい
たのは、下記のような工程群から成る方法であった。

【０００３】ここで説明する各図中において、左側はそ
の工程までの断面図、右側は同じくその工程までの平面
図を表すが、まず、図３(A) に示すように、適当なる基
板20上に下部超電導体層21、ジョセフソン接合のトンネ
ル障壁層となる障壁層22、上部超電導体層23を順に積層
して積層構造（21+22+23）を形成する。基板20と下部超
電導体層21の間には導電性グランドプレーンが形成され
ていることが多いが、本発明には関与しないので、その
図示は省略する。次に図３(B) に示すように、下部超電
導体層21を所定の平面形状に切り出すため、当該所定の
平面形状に応じてパターニングされたレジスト層24を上
部超電導体層23上に形成し、これをエッチングマスクと
して、寸法精度の高い異方性ドライエッチングの一つで
あるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法による
エッチングを施し、図３(C) に示すように、まずは積層
構造（21+22+23）の全体を所定の平面形状に切り出す。
この構造の上に、図３(D) に示すように絶縁膜25を一連
に施した後、有機溶剤に浸し、いわゆるリフトオフ法に
より、レジスト層24をその上に形成されている絶縁膜25
共々除去し、図３(E) に示されているように、上部超電
導体層23の表面を再度露呈させる。

【０００４】次いで図４(A) に示すように、所定の平面
積、例えば直交する二辺の一方の寸法がW1、他方の寸法
がW2の接合面積規定用レジスト27を上部超電導体層23上
にパターニング形成する。このとき、当該所定の平面形
状が正方形であるならば、当然、W1＝W2となる。このよ
うにした積層構造に対し、レジスト27をエッチングマス
クとして、図４(B) に示すように、ＲＩＥ工程100 を採
り、上部超電導体層23を障壁層22の表面までＲＩＥ法で
エッチングすると、図４(C) に示すように、上部超電導
体層23が所定の平面形状に切り出された積層構造（21+2
2+23）を得ることができる。なお、障壁層22及びその下
の下部超電導体層21の面積は、切り出された上部超電導
体層23の面積よりずっと大きいが、ジョセフソン接合と
しての実効面積は、これら三つの層21，22，23が互いに
重なり合っている面積部分で規定されるので、上記のよ
うに上部超電導体層23のみを所定の面積に切り出せば、
その面積が最終的に作製されるべきジョセフソン接合の
実効面積となる。

【０００５】しかるに、後にここで説明している従来の
作製法の欠点につき説明する際や、あるいはまた本発明
に関して説明する際に便宜なように、図４(A) に示され
た構造、すなわち上部超電導体層23の切り出しのために
ＲＩＥを施す前のパタン化レジスト27付きの積層構造
（21+22+23) には別に符号10を付し、これを“エッチン
グ前試料”と呼び、一方、図４(C) に示された構造、す
なわちＲＩＥを施された後の積層構造（21+22+23）にも
別に符号11を付し、これを“エッチング済試料”と呼
ぶ。

【０００６】エッチング済試料11を得た後には、図５
(A) に示されるように、接合面積規定用レジスト27を残
したまま、一連に酸化膜28を堆積し、その後、有機溶剤
に浸すことで、いわゆるリフトオフ法によって当該レジ
スト27を除去し、図５(B) に示すように、再度、所定平
面形状に切り出された上部超電導体層23の表面を露呈さ
せる。

【０００７】実質的にはジョセフソン接合としての作製
工程はここまでと考えても良いが、一般にはこれに引き
続いて配線層の形成工程を経、ジョセフソン接合素子と
しての完成を見る。すなわち、図５(B) の構造に対し、
必要に応じて表面清浄化のための適当な深さ分のエッチ
ングを施した後、図６(A) に示されるように、上部超電
導体層23に対する配線構成用超電導体層29を形成する。
次に、この配線構成用超電導体層29を最終的に所望する
所定の形状ないし配線パタンに切り出すため、図６(B)
に示すように対応する形状のパタン化レジスト30を形成
し、これをエッチングマスクとして当該超電導体層29を
やはりＲＩＥ等、適当なるドライエッチング法によりエ
ッチングすると、図６(C) に示すように、パタン化レジ
スト30の平面形状に対応する平面形状ないし対応する配
線パタンの配線層29を得ることができ、その後、パタン
化レジスト30を除去すれば、最終的に微細なジョセフソ
ン接合を有するジョセフソン接合素子が完成する。ただ
し、この図６の工程においては、エッチングの代わりに
リフトオフ法を採用することもできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述のよう
にして作製された微細なジョセフソン接合の多くに関し
電気的特性を取ると、同一の作製工程を経たにもかかわ
らず、特性にバラ付きがあり、中には電圧零からギャッ
プ電圧までのいわゆるサブギャップ電圧領域において電
流対電圧特性が大きく劣化しているものが生じ、この現
象は特に、接合面積が 1μm 角からそれ以下にまで微細
化する程、顕著になる傾向にある。そしてこの原因は、
図７に示されるように、エッチング残渣の影響であるこ
とが既に分かっている。

【０００９】すなわち、先に説明したように、図４(B)
における上部超電導体層23のＲＩＥ工程100 により、最
終的に作製されるべきジョセフソン接合の実効面積は規
定されるが、当該ＲＩＥ後の図４(C) に示すエッチング
済試料11（この図７においても再掲してある）におい
て、上部超電導体層23と障壁層22とのまさに接触してい
る部分に対するＲＩＥが不十分であると、図７中にて仮
想線の円で囲った拡大部分に模式的に示すように、上部
超電導体層23の下縁周辺に沿って残渣31が生ずることが
ある。こうなると、当該残渣31は、極めて薄く、かつ不
定形の上部超電導体層として作用してしまうので、あた
かも上部超電導体層23自体を始めからいい加減な形状に
作製し、かつその一部を薄く作り過ぎてしまったような
結果と同じことになり、希望する設計期待値が得られな
くなるのである。

【００１０】そこで従来、エッチング時間を長めに取る
こと、いわゆるオーバエッチングをすることで特性を改
善せんとする試みがなされた。例えば、文献１：IEEE Transactions on Supercond., Vol.5, N
o.2, pp.2334-2337には、上部超電導体層を障壁層に至
るまでの深さに亙りエッチングするに必要な基準エッチ
ング時間をｔとした場合、その 100％増しに相当する二
倍の時間 2ｔに亙りＲＩＥを継続することで、良好な素
子特性を持つサブミクロン形状のジョセフソン接合が得
られた旨の開示がある。これはすなわち、ＲＩＥ時間を
長めに取ることで残渣31が完全に除去された確率が高ま
ったと考えられる。ちなみに、上記の基準エッチング時
間ｔに対し、追加のオーバエッチング時間をΔｔとする
ならば、上記文献開示の手法の場合、Δｔ＝ｔにしたこ
とになる。

【００１１】しかし、上記文献開示の手法のように、オ
ーバエッチング時間Δｔを相当長めに取る手法は、エッ
チングマスクとして用いられるレジストパタン27の劣化
を招き、エッチング後の上部超電導体層23の形状に劣化
や縮小を生む問題があった。これは当然、接合特性のバ
ラ付きを増す因となる。また、過剰にオーバエッチング
を行なうと、上部超電導体層23の周りにむしろエッチン
グ除去された導電性の物質が多く堆積し、これが接合特
性の劣化を招くことにもなった。特にＲＩＥ法では、エ
ッチング時のエッチング室内におけるガス圧が比較的高
く、そのためにエッチングされた物質が障壁層22上等に
再付着する確率も高かった。

【００１２】実際、図８(A) に示すように、上部超電導
体層23を所定の平面形状に切り出すに際し従前のＲＩＥ
法に従った場合には、作製されたジョセフソン接合の特
性にかなりなバラ付きが認められた。すなわち、図８
(B) に示すように、既述した基板20としての 2インチ(5
cm）径シリコンウエハ20上に五行五列に 5mm角のチップ
を配し、各チップ内にそれぞれ異なる寸法を持つ 100個
のジョセフソン接合アレイを従前の手法に従い各チップ
内に同じパタンで作製してみた所、ウエハ20の中心に位
置するチップｃ、対角線方向でそれより少し外側に位置
する二つのチップｂ，ｄ、周辺角部に位置するチップａ
の各々から取ったジョセフソン接合のサンプルａ〜ｄに
おける接合寸法に対する臨界電流値Icのバラ付きは、当
該臨界電流値Icの平均値に対する最大、最小の偏差とし
て％表示すると、図８(A) に示されるようになったので
ある。

【００１３】明らかなように、従前の作製法によって作
製されたジョセフソン接合では、特に接合寸法が小さく
なる程、バラ付きもかなり大きくなり、例えばほぼ 0.5
μm角のサンプル群では、偏差の大きなものではその値
は30％にも達する。また、接合寸法が 1μm 角からそれ
以上と、比較的大きくなった場合でも、バラ付きはなお
15％に近いものもある。もちろん、バラ付きが大きいこ
とは、間接的に個々の接合の特性も余り良くないことを
示唆しており、事実、その通りである。ウエハの面内方
向における変動幅も大きく、同じ寸法のものでもサンプ
ルを取った位置の如何によって大きく特性が異なってい
る。

【００１４】本発明は、このような事実に鑑みてなされ
たもので、ジョセフソン接合の面積が 1μm 角からサブ
ミクロン角以下にまで微細化して行っても、オーバエッ
チングにのみ頼ることなく、良品を再現性良く作製し、
結果として製造歩留まりを向上させ得るような、ジョセ
フソン接合の新たなる作製方法を提供せんとするもので
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、 (a)下部超電導体層、トンネル障壁層、上部超電導体層
を順に積層して積層構造を形成した後、上記トンネル障
壁層に至るまでの深さに亙り上記上部超電導層を電子サ
イクロトロン共鳴プラズマエッチング法によりエッチン
グすることで、該上部超電導体層を所定の平面形状に切
り出す工程を含むジョセフソン接合の作製方法を前提と
する。

【００１６】本発明は、上記前提の構成要件(a)を含
み、(b)上部超電導体層を上記のＥＣＲプラズマエッチ
ング法によりエッチングするに際し、上部超電導体層を
トンネル障壁層に至るまでの深さに亙りエッチングする
に必要な基準エッチング時間ｔよりもさらにオーバエッ
チング時間Δｔだけ長くオーバエッチングし、(c)当該
オーバエッチング時間Δｔは基準エッチング時間ｔの20
％以下の長さとするジョセフソン接合の作製方法を提案
する。

【００１７】本発明はまた、上記の積層構造中のトンネ
ル障壁層を、ＥＣＲプラズマエッチングに対する耐性を
持ち、エッチング停止層として機能する材料から構成す
ることも提案し、これに関してはさらに、ＥＣＲプラズ
マエッチング対象の上部超電導体層がニオブまたは窒化
ニオブ系の材料製である場合には、このような材料をＥ
ＣＲプラズマエッチングする際に適当なるエッチング停
止層としても機能し、なおかつトンネル障壁層として満
足に機能する材料として、酸化アルミニウムを用いるこ
とを提案する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の特徴につき良く説
明されている図１を用いながら、本発明に従うジョセフ
ソン接合の作製例につき、説明する。しかし本発明は、
実質的に、すでに説明した従来のジョセフソン接合作製
法における一連の工程群の一つの素工程自体に対する改
変であるので、他の素工程に関してはこれまでの従来例
に関する説明も有効に利用することができる。

【００１９】すなわちまず、図４(A) に示した状態のエ
ッチング前試料10、すなわち接合面積規定用レジスト27
付きの積層構造（21+22+23）を得るまでは、図３(A) 〜
(E)に示した一連の工程に従って良く、これら工程に関
しては特に本発明において改変を施すところはない。し
かし、図１(A) に示すように、当該エッチング前試料10
を得たならば、次いで図１(B) に示すように、従前のよ
うなＲＩＥ工程ではなく、ＥＣＲプラズマエッチング工
程101 に移り、当該エッチング前試料10の上部超電導体
層23をトンネル障壁層22に至るまでの深さに亙りＥＣＲ
プラズマエッチングする。これにより図１(C) に示すよ
うに、上部超電導体層23を所定平面形状に切り出したエ
ッチング済試料11を得ることができ、かつ、この試料11
にては、従前に比し、残渣の発生が良く抑えられ、特性
が向上したものとなる。これについては後に、具体的実
施例を通じ、検証する。

【００２０】この後の工程は、再び既に説明した図５以
降の工程を辿って良い。ただし、これも既に説明したよ
うに、本発明の適用される前の工程群において、まずは
積層構造（21+22+23）の全体を所定平面形状に切り出す
ために図３(B) から図３(C)に移る時に使用されるエッ
チング工程や、本発明を適用した後、配線構成用超電導
体層29を所定形状ないし所定の配線パタンに切り出すた
めに図６(B) から図６(C) に移るときに使用されるエッ
チング工程も、望ましくはＥＣＲプラズマエッチング工
程とすることができる。

【００２１】さらに、上部超電導体層23を障壁層22に至
るまでの深さに亙りＥＣＲプラズマエッチングするに必
要な時間を基準時間ｔとすると、これに加えてオーバエ
ッチング時間Δｔだけ長く、ＥＣＲエッチングを継続し
ても良い。ただし、これも本発明者の実験に基づく知見
であるが、本発明によるとそもそも残渣の発生が少なく
なることもあって、オーバエッチング時間Δｔは零であ
っても良いし、有意の時間を取るにしてもそれほど長く
取る必要がなく、基準エッチング時間ｔの20％増し以下
として十分である。オーバエッチング時間Δｔが短くて
済むことは生産効率を上げるだけではなく、エッチング
マスクとして用いられるレジストパタン27の劣化を防
ぎ、エッチング後の上部超電導体層23の形状に劣化や縮
小を生む恐れを低減できるために有効で、結局は再現性
を高め、接合特性を向上させる効果がある。先に述べた
ような公知文献では、基準時間ｔに対し 100％増しの時
間に亙ってオーバエッチングしていたことから比べる
と、本発明の有利性は明らかである。

【００２２】もっとも、ＥＣＲプラズマエッチングの場
合、エッチング室内のガス圧は従前のＲＩＥによる場合
に比し、一桁から二桁程度、低くすることができる。従
ってそもそも、オーバエッチングするにしてもしないに
しても、エッチングされた上部超電導体層23の構成物質
が例えば障壁層22上等に再付着する恐れが低く、この点
もまた、良好な特性のジョセフソン接合を得る上で好都
合である。

【００２３】なお、図１(D) には、図１(B) におけるＥ
ＣＲプラズマエッチング工程101 において用い得るＥＣ
Ｒエッチング装置30の概略的な構成例も示されている。
しかし、この装置自体は公知既存のものであって良いの
で、簡単に説明すると、図示しない真空ポンプに接続さ
れて真空引きされるエッチング室31内に、基板ホルダ37
にて支持されたエッチング前試料10が収められる。エッ
チング室31には開口を介してプラズマ生成室32が連通し
ており、その周囲を取り囲むようにＥＣＲを起こすに必
要な磁場を発生するための主コイル35が設けられてい
る。プラズマ生成室32には導波管39を介して外部に設け
られているマイクロ波電源34からマイクロ波電力が印加
され、エッチング前試料10の側にも基板ホルダ37を介
し、外部に設けられている高周波電源33からのバイアス
用高周波電力が印加される。基板ホルダ37ないし試料10
の周囲には、当該試料10の周りの磁束を均一にするため
に上下に位置調整可能な補助コイル36も設けられる。

【００２４】また、試料汚染を防ぎ、さらには真空引き
と排気とを繰返す手間を避けるために、エッチング前の
試料10のエッチング室31内への搬入、エッチング済試料
11のエッチング室31からの搬出に関し真空を破らず行な
い得るように、ゲートバルブ42を介してエッチング室31
に選択的にアクセスできる試料交換室41等も設けられ
る。この試料交換室41か、同様に望ましくは真空を破ら
ずに選択的にエッチング室31にアクセスできる別途な部
屋（図示せず）には、特開平7-263769号公報にて既に本
出願人が開示したように、試料における残渣の状態等を
観察するための走査型電子顕微鏡（図示せず）が設けら
れていても良い。その外、この種の装置には冷却系その
他、種々の付属装置が備えられるが、本図にては簡明化
のため、図示を省略した。

【００２５】このような装置構造で、外部からＥＣＲプ
ラズマエッチング処理に適当なるガス、例えばエッチン
グ前試料10における上部超電導体層23の材質がニオブ(N
b)ないしは窒化ニオブ(NbN) に代表されるニオブ系材料
である場合には（このときには一般に下部超電導体層21
も同じ材料であるが）、通常、弗化炭素系のガス、すな
わち弗化炭素(CF₄) ガスとか弗化炭素に酸素を混入した
CF₄+O₂ガスをプラズマ生成室32内に導入し、マイクロ波
電源34と高周波電源33とからそれぞれ所定周波数、所定
電力のマイクロ波及び高周波を印加し、主コイル35にて
も所定の大きさ以上の磁場を生成するとＥＣＲ現象が生
じ、プラズマ生成室32内にてプラズマ38が生成し、これ
が連通開口を介してエッチング室31内に収められている
試料10を照射することで、当該試料10を異方性の強いＥ
ＣＲプラズマエッチングにてエッチングする。

【００２６】このとき、ＥＣＲプラズマエッチング対象
である上部超電導体層23の下に位置する障壁層22を、当
該上部超電導体層23のＥＣＲプラズマエッチングに対し
て耐性があり、いわゆるエッチング停止層としても機能
し得る材料から構成すると望ましく、そうすれば設計寸
法から障壁層22の厚さが大きくずれる恐れを回避できる
し、特にオーバエッチングを行なうときには、当該オー
バエッチング時間Δｔをそれほど厳密に制御しなくても
良くなり、製造制御が楽になる。このような材料例とし
て、例えば上部超電導体層23が既掲のようにニオブ(Nb)
であるとか窒化ニオブ(NbN) 等のニオブ系材料であっ
て、弗化炭素(CF₄) ガスないし弗化炭素に酸素を混入し
たCF₄+O₂ガスを用いる場合には、酸化アルミニウム(AlO
_X)を挙げることができる。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例として、トンネル障壁層22に
上述の理由から酸化アルミニウム(AlO_X)を用い、上部超
電導体層23にニオブ(Nb)を用いたエッチング前試料10に
対し、ＥＣＲプラズマエッチングを施した場合を挙げ
る。図１(D) におけるＥＣＲエッチング装置30のプラズ
マ生成室32の出口と試料10との距離を5cm、試料10の基板
温度を20℃、マイクロ波電源33の周波数を2.45GHz、出力
を360W、バイアス用高周波電源33の周波数を13.56MHz、
出力を5W、装置内ガス圧を0.4Pa、主コイル35の発生する
磁束を875Gaussとし、プラズマ生成室32内に流量50sccm
で導入したCF₄ガスによりNb製上部超電導体層23のＥＣ
Ｒプラズマエッチングを試みた。このとき、当該Nb製上
部超電導体層23のエッチングレートは約55nm／min に及
んだが、酸化アルミニウム(AlO_X)製の障壁層22のエッチ
ングレートはせいぜい 2nm／min程度にしかならなかっ
た。このことから、当該酸化アルミニウム(AlO_X)製の障
壁層22はエッチング停止層としても十分な機能を持って
いることが分かる。また、概ね100Gauss程度の磁束を発
生し得る補助コイル36の上下方向の位置を調整し、試料
10の周囲にて磁場がなるべく均一化するべく図った。な
お、上述の装置内ガス圧は、従前のＲＩＥにおいて必要
とされたそれに比すと、一桁ないし二桁も低い値であ
る。

【００２８】してみるに、本発明に従いこのような製造
パラメータにより作製されたジョセフソン接合に関し、
既に説明した図８と同様、接合寸法に対する臨界電流値
Icのバラ付き特性をウエハ上の各位置において作製され
たものにつき個々に取ってみた所、図２(A) に示される
ようになり、極めて好ましい結果が得られた。この特性
例を示す図２(A) は、既に図８(A) に即して説明した従
来例との対比が可能なもので、図２(A) 中の各サンプル
ａ〜ｄを何処から取ったかを示す図２(B) は、実質的に
図８(B) と全く同じものである。すなわち、本発明のこ
の実施例でも、基板20としての 2インチ(5cm）径シリコ
ンウエハ20上にあってやはり五行五列に配された各 5mm
角のチップ内にそれぞれ異なる寸法を持つ 100個のジョ
セフソン接合アレイをそれら各チップ内に同じパタンで
作製しており、図２(B) 中、中心のチップｃに形成され
たジョセフソン接合の特性が図２(A) 中のサンプルｃの
特性に相当し、同様に対角線方向で中心から少し外に位
置する二つのチップｂ，ｄに形成されたジョセフソン接
合の特性が図２(A) 中のサンプルｂ，ｄのそれに、そし
て周辺角部に位置するチップａに形成されたジョセフソ
ン接合の特性が図２(A) 中のサンプルａのそれにそれぞ
れ相当する。

【００２９】この図２(A) と既掲の図８(A) とを比較す
れば明らかなように、本発明によると、寸法範囲の全般
に亙ってそうであるが、特に 0.5μm 角に及ぶ程に微細
化された接合寸法領域でのバラ付き改善効果が極めて大
きく、従前の例に比し、臨界電流値Icの変動幅は大きく
ても20％そこそこにまで低下し、場合によっては従来の
変動幅の半分程にも低下している。また、ウエハ面内方
向での偏差も低下していることが分かり、これももとよ
り望ましい結果である。

【００３０】以上、本発明の望ましい実施形態と一つの
実施例に即し詳記したが、本発明の要旨構成に即する任
意の改変は自由である。例えば、既述の説明では、ＥＣ
Ｒプラズマエッチング工程101 にてエッチングを受ける
べきエッチング前試料10の上部超電導体層23上には、最
終的に得るべき平面形状に応じて面積寸法W1×W2の矩形
パタンの接合面積規定用レジスト27が形成され、このレ
ジスト27の存在の下、当該上部超電導体層23は対応する
矩形平面形状に一遍に切り出されるようになっている
が、これは二段階の工程に変更可能である。つまり、最
初に幅W1のストライプ状レジストを形成して上部超電導
体層23を幅W1のストライプ状にＥＣＲプラズマエッチン
グし、その後、当該幅方向と直交する方向に幅寸法W2を
有する第二のストライプ状レジストを形成し、再度、ス
トライプ状になっている上部超電導体層23をＥＣＲプラ
ズマエッチングすることで面積寸法W1×W2で規定される
矩形パタンの上部超電導体層23を得るようにしても良
い。このように、それぞれがストライプ状のレジストに
より結果として矩形パタンの上部超電導体層23を切り出
す手法は、微細な矩形パタンであってなおかつ尖鋭な角
部を有するパタンを得るに適した手法である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、ジョセフソン接合の作
製工程途中にあって当該接合の上部超電導体層を所定の
平面形状に切り出す際に、不良要因となるエッチング残
渣の発生を抑え、良好な接合特性のジョセフソン接合を
再現性良く作製することができる。

【００３２】また、本発明の特定の態様に従いオーバエ
ッチングする場合にも、そのオーバエッチング時間は従
来に比し短くすることができ、これもまた接合特性を良
好にする要因となり、かつ生産効率も向上する。

【００３３】さらに、そもそも本発明ではＥＣＲプラズ
マエッチングによるため、従来行なわれていたＲＩＥに
比すと、エッチング室内のガス圧が一桁から二桁も低い
圧力で良いため、エッチングされた物質の問題となる再
付着それ自体が起こり難いと言う効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の特徴部分と本発明に用い得る装
置に関する説明図である。

【図２】本発明により作製されたジョセフソン接合の特
性と各サンプル取得位置に関する説明図である。

【図３】ジョセフソン接合の作製工程の初期の段階の説
明図である。

【図４】ジョセフソン接合の上部超電導体層を従前の手
法に従いＲＩＥによって所定の平面形状に切り出す前と
後の状態の説明図である。

【図５】ジョセフソン接合単体としての完成に至る工程
の説明図である。

【図６】ジョセフソン接合の上部超電導体に対し配線層
を付す工程の説明図である。

【図７】ＲＩＥの結果として生じ得る残渣に関する説明
図である。

【図８】従来法により作製されたジョセフソン接合の特
性と各サンプル取得位置に関する説明図である。

【符号の説明】

10 エッチング前試料， 11 エッチング済試料， 21 下部超電導体層， 22 トンネル障壁槽， 23 上部超電導体層， 27 接合面積規定用レジスト， 30 ＥＣＲエッチン装置， 31 エッチング室， 32 プラズマ生成室， 33 高周波電源， 34 マイクロ波電源， 35 主コイル， 36 補助コイル， 37 基板ホルダ， 38 プラズマ， 39 導波管， 101 ＥＣＲプラズマエッチング工程．

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−263769（ＪＰ，Ａ) 特開平８−78745（ＪＰ，Ａ) 特開平６−268271（ＪＰ，Ａ) 特開平５−267734（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00 H01L 21/302

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下部超電導体層、トンネル障壁層、上部
超電導体層を順に積層して積層構造を形成した後、上記
トンネル障壁層に至るまでの深さに亙り上記上部超電導
体層を電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング法に
よりエッチングすることで該上部超電導体層を所定の平
面形状に切り出す工程を含むジョセフソン接合の作製方
法であって、上記上部超電導体層を上記電子サイクロト
ロン共鳴プラズマエッチング法によりエッチングするに
際し、上記上部超電導体層を上記トンネル障壁層に至る
までの深さに亙りエッチングするに必要な基準エッチン
グ時間ｔよりもさらにオーバエッチング時間Δｔだけ長
くオーバエッチングし、該オーバエッチング時間Δｔは
該基準エッチング時間ｔの20％以下の長さとすることを
特徴とするジョセフソン接合の作製方法。
【請求項２】請求項１のジョセフソン接合の作製方法
であって、上記トンネル障壁層は、上記電子サイクロト
ロン共鳴プラズマエッチングに対する耐性を持ち、エッ
チング停止層として機能する材料製であることを特徴と
するジョセフソン接合の作製方法。
【請求項３】請求項１または２記載のジョセフソン接
合の作製方法であって、上記電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマエッチング対象の上部超電導体層はニオブまたは
窒化ニオブ系の材料製であり、上記トンネル障壁層は酸
化アルミニウムであることを特徴とするジョセフソン接
合の作製方法。