JP3367878B2

JP3367878B2 - 酸化物超電導体素子の製造方法

Info

Publication number: JP3367878B2
Application number: JP26580097A
Authority: JP
Inventors: 直毅油谷; 克己鈴木; 陽一榎本; 建国文
Original assignee: International Superconductivity Technology Center; Mitsubishi Electric Corp; NEC Corp
Current assignee: International Superconductivity Technology Center; Mitsubishi Electric Corp; NEC Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2003-01-20
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11112044A; US6207067B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導体を
用いた酸化物超電導体素子（ジョセフソン接合素子）の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ジョセフソン接合の特徴として、動作の
高速性、低消費電力が挙げられるが、このうち、低消費
電力は多数の素子を集積化した場合に大きな利点とな
る。この場合、素子特性の再現性、均一性が設計性能を
実現するために必要とされる。

【０００３】酸化物超電導体電子デバイスの基本である
ジョセフソン接合を作製する方法として、（ａ）通常の
フォトリソグラフィ技術とＡｒ等のイオンビームあるい
は反応性イオンエッチングを用いて基板に数１００ｎｍ
高さの段差を設け、段差部分に生じる酸化物超電導体薄
膜の弱結合部分を利用する段差型接合作製方法、（ｂ）
バイクリスタル基板を用いた粒界型接合形成方法、
（ｃ）初めに形成した下部超電導薄膜にフォトリソグラ
フィ技術を用いた段差を形成し、その段差部において、
後に形成する上部超電導薄膜との間で障壁層を設けるラ
ンプエッジ接合作製方法、（ｄ）集束イオンビームを用
いて基板に劣化領域を設け（例えば、特開平６−１５１
９８６号公報参照）、または、基板に微少な溝を設け
て、ビーム照射領域に生じる酸化物超電導体薄膜の弱結
合部分を利用する平面型接合作製方法等が知られてい
る。

【０００４】これらの作製方法の内、（ｂ）のバイクリ
スタル基板を使用した粒界型接合作製方法では、ジョセ
フソン接合が形成できる位置がバイクリスタル基板の貼
り合わされた部分に限られるために、多数の接合を基板
上に自由にレイアウトすることが困難であり、集積回路
の実現には適さない。（ｃ）のランプエッジ接合作製方
法では、プロセスが複雑であることと、プロセス中の超
電導特性の劣化を避けることが困難であるという問題が
ある。（ａ）の段差型接合作製方法と（ｄ）の集束イオ
ンビームを用いた平面型接合作製方法は、プロセスが簡
単でなおかつ接合の配置の自由度が大きいが、集束イオ
ンビームを用いる（ｄ）の方法の方がフォトリソグラフ
ィ技術を用いる（ａ）の方法より微細な領域に接合を形
成できるため集積回路の実現に有利である。

【０００５】以下、従来の集束イオンビームを用いて基
板の微小部分に溝を形成し接合を作製する方法を図を参
照して説明する。

【０００６】図９は従来の接合の概略構成を示す平面
図。図１０は図９のＡ−Ａ’線で切った断面図である。
図９及び図１０において１は例えばＭｇＯの単結晶基
板、２は例えばＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（０≦ｘ≦０．５）
やＮｄＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（０≦ｘ≦０．５）などの酸化
物超電導体薄膜（素子）、３は集束イオンビーム照射領
域、４，５，６は酸化物超電導体薄膜２の結晶粒界、
７，７’は取り出し用電極である。集束イオンビーム照
射領域３では基板１がイオンビームによりエッチングさ
れてＶ字状の溝が形成される。酸化物超電導体薄膜をｃ
軸配向になるような条件でＭｇＯ基板上に成膜すると、
ＭｇＯ基板面上では基板に対し垂直方向がｃ軸方向に、
またＶ字状の溝の部分では溝の斜面に対し垂直方向がｃ
軸方向になるように、ｃ軸配向膜が成長しようとする。
そのため基板上に成長した結晶粒と溝斜面に成長した結
晶粒が接する図１０の４，６の部分や、両斜面に成長し
た結晶粒が接する図１０の５の部分において、相接する
結晶粒の結晶方位が異なる結晶粒界が形成されて、それ
らの結晶粒界部分が弱結合となり接合が形成される。

【０００７】図１１は酸化物超電導体素子の製造方法を
説明するための各製造工程における断面図である。図１
１（ａ）に示すように、基板１に１００ｎｍ程度の膜厚
の金薄膜８を成膜し集束イオンビーム装置で接合形成部
にＧａイオンビームを照射する。金薄膜８はイオンビー
ムによる帯電を防止するための膜である。その後、図１
１（ｂ）に示すように、金薄膜８を全面除去する。イオ
ンビームはガウス分布状のビーム強度分布をもつため、
図１１（ｂ）に示すように、基板のイオンビーム照射領
域３にＶ字状の溝が形成される。次に、図１１（ｃ）に
示すように酸化物超電導体薄膜２を成膜する。その後、
イオンビーム照射領域３を横切るようにパターンを形成
し、図９に示すような素子を作製する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記したように集束イ
オンビームを用いた接合製造方法では、接合の配置の自
由度が大きく、また微細化にも有利なため、集積回路等
の実現の可能性が高いが、現状では各素子の臨界電流等
の素子特性のばらつきが大きく、また再現性が悪いた
め、複数素子を組み合わせる回路の再現性良い試作は困
難であるとの問題がある。

【０００９】素子特性を再現性良く均一に形成するため
には、接合形成に最適な溝形状を再現性良く形成する必
要がある。ところが従来の集束イオンビームを用いた接
合製造方法では、ビームの強度分布形状で溝形状が決ま
るため、集束イオンビーム装置のビーム仕様で規定され
た形状しか得られず、溝形状の最適化は困難であった。

【００１０】また、ビームの強度分布形状は装置ごとに
異なるし、イオン源ごとにも異なり、さらにはイオン源
の経時変化もあるため、装置を変えたり、イオン源を交
換すると溝形状が変化する等、形状の再現性に問題があ
った。

【００１１】図１２に従来の集束イオンビームを用いた
接合製造方法での溝部分のＭｇＯ基板の断面形状の実測
データを示す。ＭｇＯ基板に１００ｎｍの膜厚の金薄膜
を成膜し集束イオンビーム装置で接合形成部にＧａイオ
ンビームを照射した。加速電圧は３０ＫｅＶで、ビーム
電流は６ｐＡで、イオン照射量は５．１２×１０¹⁷／ｃ
ｍ²である。金膜除去後のＭｇＯ基板の断面形状をＡＦ
Ｍにより測定したものである。図１３は図１２の溝の傾
斜部の傾斜角の溝位置による変化を示したものである。

【００１２】溝幅が狭いと、溝上でも基板上と同じ方向
に配向した結晶粒の成長が支配的になり接合は形成され
ない。溝の斜面にそって安定してｃ軸配向膜が成長する
ためにはある程度以上の長さで、ほぼ一定の傾斜をもっ
た斜面が必要である。例えば、ＭｇＯ基板のＹＢＣＯ膜
の代表的な成膜条件では数十ｎｍ以上の斜面の長さが必
要である。

【００１３】図１２の従来の溝の傾斜部分は一見すると
角度が一定の斜面に見えるが、実際は図１３から分かる
ように、斜面の傾きが一定の部分はない。このように斜
面の角度が一定の領域がない場合でも、数十ｎｍ程度の
範囲で角度の変化が少ない部分を中心に結晶粒は成長す
る。例えば、図１３の溝中心に近いａ，ｂの領域では１
８〜２０°（度）程度の傾斜を持った結晶粒の成長が支
配的になりうるし、ｃ，ｄの領域では、１０°程度の傾
斜を持った結晶粒の成長が支配的になりうる。

【００１４】理想的には広い幅において角度変化の少な
い領域の成長が支配的になり斜面全体に一定の結晶方位
をもった結晶粒が成長して、図１０に示したように４，
５，６の位置に接合が形成されるのであるが、図１３の
ように、どの角度が支配的であるか明確でない場合は、
溝中心部ａ，ｂの領域での２０°程度の傾斜の結晶粒の
成長が支配的になり溝全体に広がる場合も、ａ，ｂの領
域とｃ，ｄの領域で異なる角度を持った成長が起こる場
合も、またはａとｃやｂとｄの間の１５°程度の角度を
持った結晶粒の成長が溝全体で支配的になる場合も、ま
た接合の位置（図９の上下方向）によって、これらの状
態が混ざる場合もあり得る。

【００１５】素子の特性は結晶粒界の角度に大きく依存
するが、従来の製造方法では粒界の角度を一定に定める
ような形状の溝を作成することができず、これが特性の
ばらつきの一因になっていた。また溝形状の再現性が悪
いため、素子特性の再現性が悪かった。

【００１６】図１２では、幅約１２０ｎｍ、溝深さは約
１５ｎｍのＶ字状の溝が得られている。溝深さは、加工
時間を増やしてイオン照射量を増やすことにより深くで
きる。しかしながら、溝幅はビーム径で決まるため、イ
オン照射量を増やしても溝の幅はほとんど変化しない。
そのために従来の方法では、溝の深さと幅を最適値にす
ることはできなかった。これは以下の点で問題となる。

【００１７】超電導膜の膜厚が厚くなると、溝の外側の
基板上に成長していた結晶粒が溝両端から内部方向へ伸
びてきて溝を埋めるように成長し、ついには膜表面部分
で接してしまう。この場合、膜表面部分では弱結合とな
る角度のついた結晶粒界は形成されずリーク電流が流れ
るようになる。ＹＢＣＯの成膜条件では、３００ｎｍ以
上の膜厚でリーク電流が支配的になる接合の数が増えだ
して、特性がばらつき、素子の再現性が悪くなる。

【００１８】このリーク電流を回避し、厚い膜厚でも安
定した特性が実現できるようにするには、溝の幅を膜厚
に応じて広くする必要がある。接合特性は結晶粒界部で
の角度変化に大きく依存するので、傾斜角が最適になる
ように、幅に応じて深さも調整し深くする必要がある。
電子デバイスへの応用を考えると、超電導膜の膜厚は、
理想的には磁場侵入長より厚い膜厚が必要で、例えばＹ
ＢＣＯでは３００ｎｍ以上の膜厚をもつことが望ましい
が、従来の作成方法では、超電導膜の膜厚に応じて幅と
深さを調整し所望の傾斜角が得られるようにすることは
できず、特性ばらつきの少ない素子を再現性良く作成す
ることは困難であった。

【００１９】図１０に示した例では、溝の中に３個の接
合が形成されるため、３個の接合が直列に接続されたよ
うな接合特性をもつ。素子の用途によっては、このよう
な接合の直列接続が問題になる場合もある。これを回避
するためＶ字状溝の傾斜部の傾斜角が溝外側に向かうに
つれ段階的に小さくなるようにして、溝底部に形成され
る１個の接合だけで特性が決まるようにしたものがあ
る。

【００２０】図１４は特開平７−９４７９０号公報に示
された超電導素子の作製方法を説明するための工程図で
ある。図１４（ａ）に示すように、ＭｇＯ基板１を用意
し、図１４（ｂ）に示すように、集束イオンビームによ
りＶ字状の溝３を形成し、図１４（ｃ）に示すように、
Ａｒイオンミリング装置により基板表面全面をエッチン
グしてＶ字状溝の角を削り落とし平滑化し、湾曲部９を
形成する。最後に図１４（ｄ）に示すように、ｃ軸配向
のＹＢＣＯ膜２を成膜する。湾曲部の曲率半径を粒界が
生じない曲率にすることにより、Ｖ字状溝の中心部分の
結晶粒界だけで特性が決まるような素子が作製できる。

【００２１】この製造方法は以下の点で問題となる。最
終的な形状は集束イオンビームのビーム形状とＡｒイオ
ンミリング装置のエッチング特性で決まるため、溝形状
を最適な形状に制御することは困難である。例えばイオ
ンミリングにより湾曲部９を粒界が生じない曲率に加工
する際、溝中心部も同時にエッチングされるため、接合
に最適なＶ字状溝形状を維持することは困難である。ま
た、最終的な素子特性はＶ字状溝の中心部分の結晶粒界
の角度で決まるが、集束イオンビーム装置での描画方法
は前述の図９、図１０、図１１で説明した従来の方法で
あるため、結晶粒界部の角度を一定に定められるような
溝形状を再現性良く形成することが困難である。

【００２２】また、図１５は特願平８−１５３８３２号
明細書に示されたＶ字状溝の片側の傾斜角は浅く、反対
側の傾斜角は深い形状をもつように集束イオンビームを
基板に対し斜め方向から照射して加工する場合の工程図
である。各工程の詳細な説明は図１１と同じなので省略
する。図１１と異なる点は基板に対し斜め方向からイオ
ンビームを照射することである。急峻な傾斜にすること
により、成膜条件や基板が変わっても安定して接合を形
成することが可能になる。この場合も斜め方向からイオ
ンビームを照射する以外は前述の図９、図１０、図１１
で説明した従来の方法と同じであるため、最適化された
溝形状を再現性良く得ることは困難である。

【００２３】この発明は、従来のこのような問題点を解
消するためになされたもので、本発明の目的とするとこ
ろは、接合に最適な溝形状を実現することにより、臨界
電流密度等の素子特性のばらつきが少なく、再現性の良
い酸化物超電導体素子（ジョセフソン接合素子）を提供
することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係わる酸化物超電導体素子の製造方法
は、集束イオンビームによって基板に溝を形成し、溝上
の酸化物超電導体薄膜に超電導性を弱めた障壁を形成し
てジョセフソン接合とした酸化物超電導体素子の製造方
法において、基板に設ける溝部分の形状が接合形成に最
適になるように、溝の位置により集束イオンビームのイ
オン照射量を変化させて基板を所望の形状に加工したも
のである。

【００２５】この発明の酸化物超電導体素子の製造方法
では、基板を集束イオンビームで加工する際に、溝内の
位置により集束イオンビームのイオン照射量を変化させ
たので、接合に最適な形状の溝が形成できるので、臨界
電流密度等の素子特性のばらつきが少なく、再現性の良
い酸化物超電導体素子（ジョセフソン接合素子）が実現
できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる酸化物超電
導体素子の一実施形態について、図１を参照して詳細に
説明する。

【００２７】図１は本発明による酸化物超電導体素子の
製造方法を説明するための各製造工程における断面図で
ある。図１において、前記図９、図１０、図１１の従来
例の構成と同一又はそれに相当する部分は同一符号を付
けてある。すなわち、１は例えばＭｇＯの単結晶基板、
２は例えばＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（０≦ｘ≦０．５）やＮ
ｄＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（０≦ｘ≦０．５）などの酸化物超
電導体薄膜、３は集束イオンビーム照射領域、８は金薄
膜である。

【００２８】図１（ａ）に示すように、基板１に１００
ｎｍ程度の膜厚の金薄膜８を成膜し集束イオンビーム装
置で接合形成部にＧａイオンビームを照射する。金薄膜
８はイオンビームによる帯電を防止するための膜であ
り、膜厚は１００ｎｍに限定されるものではない。イオ
ンビームにより基板にＶ字状の溝を形成するが、その
際、Ｖ字状の溝部分の傾斜部の傾斜角度が一定になるよ
うに溝の位置により集束イオンビームのイオン照射量を
変化させる。その後、図１（ｂ）に示すように、金薄膜
８を全面除去した後、図１（ｃ）に示すように酸化物超
電導体薄膜２を成膜する。その後、イオンビーム照射領
域３を横切るようにパターンを形成し、素子を作製す
る。素子の平面構成は従来の図９と同じなので説明を省
略する。

【００２９】図１（ａ）では、中心が最大になるように
イオン照射量を３段階に変化させて加工する場合のイオ
ン照射量分布を矢印の長さで模式的に表している。図１
（ａ）を斜め上方より見た図２の模式図により、イオン
ビーム照射方法の一例を説明する。図において１はＭｇ
Ｏ基板、８は金薄膜、３はイオンビーム照射領域であ
る。イオンビーム照射領域３内の矢印はイオンビームの
スキャン方向を示している。イオンビームの照射は以下
のようになされる。まず図左側の矢印ラインから、矢印
方向が示すように図の手前から奥へビームをスキャンし
イオン照射する。次にあるビームピッチ（図２では矢印
ライン間の距離）だけビームスキャンの位置をずらし左
から２番目の矢印ラインをスキャンしイオン照射する。
このように順次スキャンするラインを右方向にずらしイ
オン照射していく。イオン照射量は照射時間により決ま
るが、１回のスキャンで所望のイオン照射量になるよう
にすることもできるし、複数回のスキャンで所望のイオ
ン照射量になるようにすることもできる。以上のよう
に、複数本のビームを用い溝の位置により集束イオンビ
ームのイオン照射量を変化させることにより基板にＶ字
状の溝部分の傾斜部の傾斜角度が一定になるような溝を
形成することができる。

【００３０】図２は本発明の一実施形態による溝加工方
法を説明するための図であり、図３は図２の溝加工方法
による溝部分のＭｇＯ基板の断面形状の実測データを実
線で示す。従来との比較のため図１２の形状を点線で示
した。ＭｇＯ基板に１００ｎｍの膜厚の金薄膜を成膜し
集束イオンビーム装置で接合形成部にＧａイオンビーム
を照射し、金膜除去後のＭｇＯ基板の断面形状をＡＦＭ
により測定したものである。

【００３１】図２で示したのと同様に溝中心が最大のイ
オン照射量になるように３０ｎｍのビームピッチでイオ
ン照射量を３段階に変化させて加工した。加速電圧は３
０ｋｅＶで、ビーム電流は６ｐＡで、イオン照射量は中
心で４．０８×１０¹⁷／ｃｍ²、中心より±３０ｎｍの
位置で２．７２×１０¹⁷／ｃｍ²、中心より±６０ｎｍ
の位置で１．３６×１０¹⁷／ｃｍ²である。

【００３２】図４は図３の溝の傾斜部の傾斜角の溝位置
による変化を示したものである。図３と同様に実線は本
発明によるもので、点線は従来の図１３で示したもので
ある。従来に比べ広い範囲で溝の傾斜部の傾斜角一定の
部分（領域ａ、領域ｂ）が形成されていることがわか
る。

【００３３】図５に図１（ｃ）の接合部分の模式的な断
面図を示す。図５において、１は例えばＭｇＯの単結晶
基板、２は例えばＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（０≦ｘ≦０．
５）やＮｄＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（０≦ｘ≦０．５）などの
酸化物超電導体薄膜、３は集束イオンビーム照射領域、
４，５，６は酸化物超電導体薄膜２の結晶粒界である。
イオンビーム群により集束イオンビーム照射領域３にＶ
字状の溝上が形成される。

【００３４】ＭｇＯの単結晶基板上に形成されたｃ軸配
向の酸化物超電導体薄膜は、ＭｇＯ基板面上では基板に
対し垂直方向がｃ軸方向に、またＶ字状の溝の部分では
溝の斜面に対し垂直方向がｃ軸方向になるように、ｃ軸
配向膜が成長しようとする。そのため基板上に成長した
結晶粒と溝斜面に成長した結晶粒が接する図５の４，６
の部分や、両斜面に成長した結晶粒が接する図５の５の
部分において、相接する結晶粒の結晶方位が異なる結晶
粒界が形成されて、それらの結晶粒界部分が弱結合とな
り接合が形成される。

【００３５】本発明の製造方法では図４に実例として示
したように、従来と比べ溝の傾斜部の角度が一定の領域
が広い。例えば図４の図面左側の斜面のａ領域では２２
°のほぼ一定の角度をもつ領域が得られている。右側の
斜面のｂ領域でもａ領域ほど一定ではないが２２〜２６
°でほぼ一定の角度の領域が得られている。

【００３６】従来と比べると数十ｎｍの範囲で角度一定
と見なせる領域があるため、この角度変化の少ない領域
で傾斜角が定まった結晶粒が安定して成長し、溝斜面全
体でこの角度をもった結晶粒の成長が支配的になり、斜
面全体に一定の結晶方位をもった結晶粒が成長して、図
５に示したように４，５，６の位置に接合が形成され
る。

【００３７】従来は溝の形状はビーム自身の強度分布形
状で決まっていたが、本発明では、溝の位置によるイオ
ン照射量の変化量とビームピッチ量により溝の角度を自
由に最適値に設定することができ、なおかつ斜面が一定
の角度を持つように調整できるので、均一で特性ばらつ
きの少ない接合が再現性良く形成できる。

【００３８】また、図１に示したものよりも多くのビー
ムを用いれば溝の幅はさらに広くできる。つまり本発明
では、イオン照射量とビームピッチにより溝の角度を、
ビームの本数とビームピッチにより溝の幅を自由に制御
することができる。接合特性は結晶粒界部での角度変化
に大きく依存するので、傾斜角が最適になるように、溝
幅を広くすれば深さも調整し深くする必要があるが、本
発明では各溝位置でのイオン照射量を調整すれば容易に
所望の傾斜角と深さを持った溝が得られる。そのため、
従来では問題であった膜厚の厚い超電導膜での接合形成
においても、超電導膜の膜厚に応じて幅と深さを調整し
所望の傾斜角が得られるようにすることにより特性ばら
つきの少ない素子を再現性良く作成することができる。

【００３９】本発明において、イオン照射の方法として
は、一本ずつ強度を変えたビームを端から順次照射して
いっても良いし、照射領域全体に複数本のビームを照射
し、次に両側の位置のビームを除く複数本のビームを照
射していくように順次ビームの数を減じて加工幅を狭く
していっても良いし、逆に中心の１本のビームから始め
順次ビームの数を増やして加工幅を広げていっても良
い。つまり溝内の位置により最終的なイオン照射量が変
化できる方法であればどのようなものでも良い。ビーム
のピッチに関しては、ビームピッチは一本のビームの加
工幅よりも小さくする必要がある。例えば図３では、一
本のビームで加工される溝幅が１２０ｎｍ程度に対し、
ビームピッチは３０ｎｍと十分小さいので、なめらかな
傾斜形状が得られている。図３では３０ｎｍのものを例
として示したが、さらに細かくしてもよいし、また加工
幅が大きなビームを用いる場合は３０ｎｍより大きなピ
ッチを用いることができる。

【００４０】また本発明ではビーム強度の変化の割合を
変えれば、Ｖ字状の形状以外にも任意の溝形状を得るこ
とができる。また溝形状はビーム強度変化、ビーム本
数、ビームピッチ等の条件からシュミレーションにより
求めることができ、目標とする任意の溝形状を再現性良
く作成することができる。

【００４１】図６は、従来例の図１４の酸化物超電導体
素子を本発明の一実施形態の製造方法により作成する場
合のイオンビームと加工形状を示した模式的な断面図で
ある。イオン照射量の分布を矢印の長さと位置で模式的
に表している。前述したようにこの接合においては接合
に最適なＶ字状溝形状を維持しつつ湾曲部は粒界が生じ
ない曲率に設定しなければならないが、本発明によれ
ば、溝中心部では、例えば図１で示したようなビーム分
布を用い、接合に最適なＶ字形状を作成し、溝中心部か
ら離れるにしたがってビーム強度を徐々に下げて所望の
曲率の湾曲部を作成することにより、容易に、再現性良
く最適な形状が得られるので、特性ばらつきの少ない接
合が再現性良く形成できる。また従来の加工方法に比べ
てイオンミリング工程が必要なくなり、集束イオンビー
ム装置のみで加工できるようになるので、素子形成工程
を減らすことができる。

【００４２】また図７は、従来例の図１５の酸化物超電
導体素子を本発明の一実施形態の製造方法により作成す
る場合のビームと加工形状を示した模式的な断面図であ
る。イオン照射量の分布を矢印の長さと位置で模式的に
表している。前述したようにこの接合はＶ字状溝の片側
の傾斜角は浅く、反対側の傾斜角は深い形状をもつよう
にしたものである。本発明によれば、例えば図７で示し
たようなビーム分布を用いて、Ｖ字状溝の片側の傾斜角
は浅く、反対側の傾斜角は深い形状をもつ形状を容易に
形成でき、また接合に最適な形状になるように再現性良
く調整して作成できるので、特性ばらつきの少ない接合
が再現性良く形成できる。

【００４３】図８（ａ）は図６で示した接合が直列に接
続されるように、位置により集束イオンビームのイオン
照射量を変化させて溝群を作成する場合のビームと加工
形状を示した模式的な断面図である。イオン照射量の分
布を矢印の長さと位置で模式的に表している。図８
（ｂ）に示したように酸化物超電導薄膜２を成膜すると
溝中心部に結晶粒界５の接合が複数個形成される。これ
により微小な領域で直列接続された接合が実現できるた
め、接合の常伝導抵抗が高い素子を実現することが可能
になる。図８では図６で示した接合を直列にしたものを
示したが、これは図５や図７に示した接合でも同様な効
果がある。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、集束イオンビームを用い基板に溝を形成して溝部に
接合を形成する際に、溝の位置により集束イオンビーム
のイオン照射量を変化させて、接合に最適な形状が得ら
れるように加工したので、均一で特性ばらつきの少ない
接合をもった素子が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による酸化物超電導体素子
の製造方法を説明するための各製造工程における断面図
である。

【図２】本発明の一実施形態による溝加工方法を説明す
るための模式図である。

【図３】本発明の一実施形態による溝加工部の断面形状
実測データを示す図である。

【図４】図３を傾斜角度について示した図である。

【図５】本発明の一実施形態による酸化物超電導体素子
の接合部分の断面図である。

【図６】本発明の他の実施形態による酸化物超電導体素
子の接合部分の断面図である。

【図７】本発明の他の実施形態による酸化物超電導体素
子の接合部分の断面図である。

【図８】本発明の他の実施形態による酸化物超電導体素
子の接合部分の断面図である。

【図９】従来および本発明の一実施形態に係る酸化物超
電導体素子の平面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ’線で切った従来の酸化物超電
導体素子の断面図である。

【図１１】従来の酸化物超電導体素子の製造方法を説明
するための各製造工程における断面図である。

【図１２】従来の溝加工部の断面形状実測データを示す
図である。

【図１３】図１２を傾斜角度について示した図である。

【図１４】従来の酸化物超電導体素子の製造方法を説明
するための各製造工程における断面図である。

【図１５】従来の酸化物超電導体素子の製造方法を説明
するための各製造工程における断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…酸化物超電導体薄膜（素子）、３…集束
イオンビーム照射領域、４，５，６…結晶粒界（弱結合
領域）、７…取り出し用電極、８…金薄膜、９…湾曲
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者油谷直毅東京都江東区東雲一丁目14番３財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (72)発明者鈴木克己東京都江東区東雲一丁目14番３財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (72)発明者榎本陽一東京都江東区東雲一丁目14番３財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (72)発明者文建国東京都江東区東雲一丁目14番３財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (56)参考文献特開平７−94790（ＪＰ，Ａ) 特開平７−94794（ＪＰ，Ａ) 特開平８−88417（ＪＰ，Ａ) 特開平４−65825（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 39/24 ZAA H01L 39/22 ZAA

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】集束イオンビームによって基板にＶ字状
溝を形成し、該Ｖ字状溝及び基板上に酸化物超電導体薄
膜を設け、当該溝上の酸化物超電導体薄膜に超電導性を
弱めた障壁を形成してジョセフソン接合とした酸化物超
電導体素子の製造方法において、当該溝内の位置により
集束イオンビームのイオン照射量を変化させて、当該溝
を所望の形状に加工することを特徴とする酸化物超電導
体素子の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載される酸化物超電導体素
子の製造方法において、当該Ｖ字状溝の傾斜部の傾斜角
が一定となる領域が形成できるように、該集束イオンビ
ームのイオン照射量を溝内の位置により変化させて加工
することを特徴とする酸化物超電導体素子の製造方法。
【請求項３】請求項１に記載される酸化物超電導体素
子の製造方法において、当該Ｖ字状溝が基板平面と接す
る部分に、当該溝の傾斜部の傾斜角が溝外側に向かうに
つれ段階的に小さくなる湾曲部を設け、該湾曲部の曲率
を粒界が生じない曲率に設定された溝形状が形成できる
ように、集束イオンビームのイオン照射量を溝内の位置
により変化させて加工することを特徴とする酸化物超電
導体素子の製造方法。
【請求項４】請求項１に記載される酸化物超電導体素
子の製造方法において、当該Ｖ字状溝の片側の傾斜角が
深く、反対側の傾斜角が浅い形状になるように、集束イ
オンビームのイオン照射量を溝内の位置により変化させ
て加工することを特徴とする酸化物超電導体素子の製造
方法。
【請求項５】請求項１に記載される酸化物超電導体素
子の製造方法において、請求項２又は３又は４に記載さ
れる形状の溝が連続して複数本形成されるように、該集
束イオンビームのイオン照射量を溝群内の位置により変
化させて加工することを特徴とする酸化物超電導体素子
の製造方法。