JP4843772B2 - Method for manufacturing superconducting circuit device - Google Patents
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本発明は超電導回路装置の製造方法に関するものであり、特に、ジョセフソン接合の臨界電流密度のばらつきを低減するとともに寄生インダクタンスを低減するためのグランドプレーンの加工手順に特徴のある超電導回路装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a superconducting circuit device , and more particularly to manufacturing a superconducting circuit device characterized by a ground plane processing procedure for reducing variations in critical current density of Josephson junctions and reducing parasitic inductance. It is about the method.
近年、イットリウム系超電導体に代表される酸化物高温超電導体は、液体窒素温度以上で超電導状態を示すため、従来の液体Heによる冷却が必要な金属系超電導体に比べて冷却機構が簡素化され、センサ、論理回路等への各種の応用が期待されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, high-temperature oxide superconductors typified by yttrium-based superconductors exhibit a superconducting state at a temperature higher than the liquid nitrogen temperature, so the cooling mechanism has been simplified compared to conventional metal-based superconductors that require cooling with liquid He. Various applications to sensors, logic circuits, and the like are expected (see, for example, Patent Document 1).
ここで、図11乃至図14を参照して、従来の高温超電導回路装置の製造工程の一例を説明する。
図11参照
まず、MgO基板41上にスパッタリング法を用いてグランドプレーンとなるLa−YBCO(LaドープYBa2 Cu3 O7-x )層42、及び、SrSnOx からなる第1絶縁層43を順次成膜する。
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いて第1絶縁層43及びLa−YBCO層42の露出部を除去してグランドプレーン44を形成する。
Here, an example of the manufacturing process of the conventional high-temperature superconducting circuit device will be described with reference to FIGS.
See FIG.
First, a La—YBCO (La doped YBa 2 Cu 3 O 7-x )
Next, the exposed portion of the
次いで、再びスパッタリング法を用いて全面にSrSnOx からなる第2絶縁層45を成膜する。
この成膜工程においてグランドプレーン44からO2 が抜け出て導電性が低下する。
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてMgO基板41に達するコンタクトホール46及びモート47を形成する。
Next, the second insulating
In this film forming process, O 2 escapes from the
Next,
図12参照
次いで、再びスパッタリング法を用いてベース電極となるLa−YBCO層48及びベース絶縁層となるSrSnOx 層49を順次堆積させる。
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてSrSnOx 層49及びLa−YBCO層48の露出部を除去してベース電極50及びベース絶縁層51を形成する。
なお、この時、コンタクトホール46にもLa−YBCO層48を残存させてプラグ52とする。
See FIG.
Next, a La—
Next, the exposed portions of the SrSnO x layer 49 and the La—
At this time, the La-YBCO
この時のイオンミリングによるパターニングは、ランプエッジ接合を形成するため斜め30°から行い、およそ30°の斜面を形成する。
レジストを除去したのち、La−YBCO層48の斜面上、いわゆるその上に形成するYBCO層との界面に相当する部分に、ジョセフソン接合のバリアをダメージ層としてイオンミリングによる表面改質によって形成する。
これは、表面改質型接合として知られるものであり、ダメージ層の形成は、例えば、基板に対して垂直方向から500Vで加速したArイオンによって形成する。
Patterning by ion milling at this time is performed from an angle of 30 ° to form a ramp edge junction, and an inclined surface of about 30 ° is formed.
After removing the resist, a Josephson junction barrier is formed as a damage layer on the slope of the La-YBCO
This is known as surface-modified bonding, and the damage layer is formed by, for example, Ar ions accelerated at 500 V from the direction perpendicular to the substrate.
次いで、レーザアブレーション法を用いて全面にカウンター電極となるYBCO層53を形成したのち、スパッタリング法を用いてAu保護層54を順次堆積させる。
Next, after a
図13参照
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてAu保護層54及びYBCO層53の露出部を除去してカウンター電極55を形成する。
なお、この時、プラグ52の周辺部及びモート47の周辺部にもYBCO層53及びAu保護層54を残存させる。
Next, the exposed portions of the Au
At this time, the YBCO
次いで、O2 雰囲気中でアニール処理を行うことによって、モート47を介してグランドプレーン44にO2 を供給して上述のパターニング工程後の成膜工程で低下したグランドプレーンの導電性を回復させる。
次いで、スパッタリング法を用いて配線層となるAu層56を全面に成膜する。
Next, by performing an annealing process in an O 2 atmosphere, O 2 is supplied to the
Next, an
図14参照
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてAu層56をパターニングしてAu配線57を形成するとともに、抵抗形成部58を形成する。
See FIG.
Next, the
次いで、スパッタリング法を用いて抵抗となるVTi層59を全面に堆積させたのち、最後に、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてVTi層59をパターニングして抵抗60を形成することによって、高温超電導回路装置の基本的構成が完成する。
しかし、上述のように製造した高温超電導回路装置においては、高温超電導回路を構成するジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきが大きく安定した回路動作が困難になるという問題があるので、図15及び図16を参照してこの事情を説明する。 However, in the high temperature superconductor circuit device manufactured as described above, there is a problem that the circuit operation variation greatly stabilized critical current I c of the Josephson junction constituting the high-temperature superconductor circuit is difficult, 15 and This situation will be described with reference to FIG.
図15参照
従来においては、グランドプレーン44をパターニングした後にジョセフソン接合を形成していたが、MgO基板41の熱伝導率が低いことによってグランドプレーン44のある場所とない場所とで温度差が生じるとともに、異なる下地の上に同時に結晶成長を行うことになり、ジョセフソン接合を形成する下地となる第2絶縁層の結晶性が不均一になる。
See FIG.
Conventionally, the Josephson junction is formed after patterning the
即ち、図15に示すように、グランドプレーン44のない領域の占める比率が大きい場合には、その上に堆積する第2絶縁層やベース電極となるLa−YBCO層の表面粗さRaが大きくなる傾向があり、このベース電極となるLa−YBCO層の表面粗さは、ジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきと密接な関係にあるため、ジョセフソン接合の臨界電流Ic がばらつくことになる。
That is, as shown in FIG. 15, when the ratio occupied by the area without the
このように、La−YBCO層の表面粗さが大きくなると、La−YBCO層をベース電極へとパターニングするイオンミリング工程において、La−YBCO層の表面の凹凸がパターニングされるベース電極の端面形状を凹凸にするため、ジョセフソン接合の臨界電流Ic がばらつくことになる。 As described above, when the surface roughness of the La-YBCO layer is increased, in the ion milling process for patterning the La-YBCO layer to the base electrode, the end surface shape of the base electrode on which the unevenness of the surface of the La-YBCO layer is patterned is changed. In order to make it uneven, the critical current I c of the Josephson junction varies.
図16参照
図16は、ジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきのLa−YBCO層の平均表面粗さRa依存性を示したものであり、ほぼ比例関係にある。
See FIG.
Figure 16 is shows the average surface roughness Ra dependence of La-YBCO layer of variation of the critical current I c of the Josephson junction, almost proportional.
従来の製造方法においては、La−YBCO層の平均表面粗さRa(JIS規格による)は平均4.9nmに達し、そのままでは図16から明らかなようにジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきは50%を超えてしまう。 In the conventional manufacturing method, the average surface roughness Ra (according to JIS standard) of the La-YBCO layer reaches an average of 4.9 nm, and as it is apparent from FIG. 16, the variation in the critical current I c of the Josephson junction is not It will exceed 50%.
回路を安定に動作させるためには、ジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきを10%以下にすることが望まれているため、ばらつきが50%を超えると回路が動作しなくなる。 In order to operate the circuit stably, since it is desired to variations in the critical current I c of the Josephson junction to 10% or less, the variation does not operate the circuit exceeds 50%.
このような問題を改善するために、研磨による平坦化技術で平均表面粗さRaを1.8nm程度まで改善することはできるものの、研磨表面は研磨に伴う物理的ダメージを受けるので、ジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきは30%程度までしか改善されず、安定動作は依然として困難である。 In order to improve such a problem, although the average surface roughness Ra can be improved to about 1.8 nm by a flattening technique by polishing, the polished surface suffers physical damage accompanying polishing. The variation of the critical current I c of this is improved only to about 30%, and stable operation is still difficult.
したがって、本発明は、工程を工夫することによって、平均表面粗さを安定した回路動作が可能な程度まで小さくするとともに、高速動作化を可能にすることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the average surface roughness to such an extent that stable circuit operation is possible by devising the process, and to enable high-speed operation.
図1は本発明の原理的構成図であり、ここで図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、超電導回路装置の製造方法において、高温超電導体からなるグランドプレーン2上に、第1の絶縁層3を介して高温超電導体からなるジョセフソン素子4を形成したのち、グランドプレーン2をパターニングする工程を有することを特徴とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
To solve the above-described problem, the present invention provides a method for manufacturing a superconducting circuit device , wherein a Josephson made of a high-temperature superconductor via a first
このように、グランドプレーン2のパターニング工程の前、即ち、基板1の表面の大部分をグランドプレーン2で覆った状態で、第1の絶縁層3とジョセフソン素子4を構成するベース電極5及びベース絶縁層6を成膜することにより、ベース電極5の平均表面粗さRaを1nm以下にすることができ、それによって、ジョセフソン素子4の臨界電流のばらつきを10%以下にすることができる。
Thus, before the patterning process of the
この場合、グランドプレーン2のパターニング工程の前に、グランドプレーンコンタクトホール8と磁束トラップ用モート9とを同時に形成しても良いし、或いは、グランドプレーン2のパターニング工程と同時に磁束トラップ用モート9を形成しても良く、後者の方がベース電極5の成膜工程においてグランドプレーン2で覆われている比率が高いのでベース電極5の平均表面粗さRaをより小さくすることが可能である。
なお、酸素供給用ビアホールは、グランドプレーンコンタクトホール8と同時に形成すれば良い。
In this case, the ground
The oxygen supply via hole may be formed simultaneously with the ground
また、上述の工程を採用した場合、グランドプレーン2のパターニング工程ののち、少なくともグランドプレーン2の側端面及びジョセフソン素子4のカウンター電極7上に第2の絶縁層10を設けることになる。
When the above-described process is employed, the second insulating
本発明によれば、ジョセフソン接合を構成するベース電極となる高温超電導体を成膜する際に、基板の表面の大部分をグランドプレーンで覆っているので、温度が均一になりベース電極の平均表面粗さRaを1nm以下にすることができ、それによって、ジョセフソン素子の臨界電流のばらつきを10%以下にすることができる。 According to the present invention, when the high-temperature superconductor serving as the base electrode constituting the Josephson junction is formed, most of the surface of the substrate is covered with the ground plane, so that the temperature becomes uniform and the average of the base electrode The surface roughness Ra can be reduced to 1 nm or less, whereby the variation in critical current of the Josephson element can be reduced to 10% or less.
本発明は、基板上にグランドプレーンとなる高温超電導体及びグランドプレーン上絶縁層を形成したのち、少なくともグランドプレーンコンタクトホールを形成し、次いで、ベース電極となる高温超電導体及びベース絶縁層を堆積させたのち、パターニングしてベース電極を形成し、次いで、カウンター電極を形成したのち、グランドプレーンをパターニングし、次いで、300℃以下の低温成膜が可能な酸化物誘電体或いは感光性ポリイミドからなる層間絶縁膜で表面を被覆するものである。 In the present invention, a high-temperature superconductor serving as a ground plane and an insulating layer on the ground plane are formed on a substrate, then at least a ground plane contact hole is formed, and then a high-temperature superconductor serving as a base electrode and the base insulating layer are deposited. After patterning, a base electrode is formed, then a counter electrode is formed, and then a ground plane is patterned. Next, an interlayer made of an oxide dielectric or photosensitive polyimide that can be formed at a low temperature of 300 ° C. or lower. The surface is covered with an insulating film.
なお、磁束トラップ用のモート及び酸素供給用ビアホールは、グランドプレーンコンタクトホールと同時に形成しても良いし、或いは、グランドプレーンのパターニング工程と同時に形成しても良く、また、モートに酸素供給用ビアホールを兼ねさせた場合には酸素供給用ビアホールを設ける必要はない。 The moat for trapping the magnetic flux and the via hole for supplying oxygen may be formed at the same time as the ground plane contact hole, or may be formed at the same time as the patterning process of the ground plane. When it also serves as, it is not necessary to provide an oxygen supply via hole.
ここで、図2乃至図6を参照して、本発明の実施例1の超電導回路装置の製造工程を説明する。
図2参照
まず、MgO基板11上にスパッタリング法を用いて例えば、680℃においてグランドプレーンとなる厚さが、例えば、200nmのLa−YBCO層12を成膜したのち、例えば、660℃においてSrSnOx からなる厚さが、例えば、300nmの第1絶縁層13を成膜する。
Here, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 6, the manufacturing process of the superconducting circuit device of Example 1 of this invention is demonstrated.
See Figure 2
First, a La-YBCO
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いて第1絶縁層13及びLa−YBCO層12の露出部を除去してコンタクトホール14及びモート15を形成する。
Next, the exposed portions of the
次いで、再びスパッタリング法を用いて例えば、680℃においてベース電極となる厚さが、例えば、300nmのLa−YBCO層16を成膜したのち、660℃においてベース絶縁層となる厚さが、例えば、200のSrSnOx 層17を成膜する。
Next, using a sputtering method again, for example, after forming a La-YBCO
この場合、La−YBCO層16の成膜工程において、MgO基板11の表面は、コンタクトホール14及びモート15の領域を除いてLa−YBCO層12で覆われているので、温度の均一性が向上し、La−YBCO層16の平均表面粗さRaは、1nm以下となる。
また、この成膜工程においてグランドプレーンとなるLa−YBCO層12からO2 が抜け出て導電性が低下するので、後述する酸素アニールが必要になる。
In this case, since the surface of the
Further, in this film forming process, O 2 escapes from the La—
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてSrSnOx 層17及びLa−YBCO層16の露出部を除去してベース電極18及びベース絶縁層19を形成する。
この時、この工程を斜め方向から行って斜面を形成したのち、レジストを除去し、次いで、表面改質ダメージ層によるバリアを超電導体斜面表面に形成するため、改めて垂直方向からArイオンによるミリングを行う。
なお、この時、コンタクトホール14にもLa−YBCO層16を残存させてプラグ20とする。
Next, the exposed portions of the SrSnO x layer 17 and the La—
At this time, after this process is performed from an oblique direction to form a slope, the resist is removed, and then a barrier by a surface-modified damage layer is formed on the surface of the superconductor slope. Do.
At this time, the La-
図3参照
次いで、レーザアブレーション法を用いて例えば、660℃において、全面にカウンター電極となる厚さが、例えば、300nmのYBCO層21を形成したのち、スパッタリング法を用いて厚さが、例えば、200nmのAu保護層22を順次堆積させる。
See Figure 3
Next, after forming a
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてAu保護層22及びYBCO層21の露出部を除去してカウンター電極23を形成する。
なお、この時、プラグ20の周辺部及びモート15の周辺部にもYBCO層21及びAu保護層22を残存させる。
Next, the exposed portions of the Au
At this time, the
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてSrSnOx 層13及びLa−YBCO層12の露出部を除去してグランドプレーン24を形成する。
Next, the exposed portions of the SrSnO x layer 13 and the La—
図4参照
次いで、O2 雰囲気中でアニール処理を行うことによって、モート15及び露出端面を介してグランドプレーン24にO2 を供給して上述の成膜工程で低下したグランドプレーン24の導電性を回復させる。
See Figure 4
Next, annealing is performed in an O 2 atmosphere to supply O 2 to the
次いで、スパッタリング法を用いて、例えば、200℃において厚さが、例えば、200nmのSrSnOx からなる層間絶縁層25を全面に堆積させる。
この場合の成膜温度は300℃以下、具体的には200℃としているので、グランドプレーン24の露出部からO2 が抜け出すことがないとともに、ジョセフソン接合がダメージを受けることがない。
Next, an
In this case, the film forming temperature is set to 300 ° C. or lower, specifically 200 ° C., so that O 2 does not escape from the exposed portion of the
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いて層間絶縁層25の露出部を除去してコンタクトホール26,27,28を形成する。
この時、低温成長させたSrSnOx からなる層間絶縁層25のエッチングレートはコンタクトホール26,27,28において露出するAu保護層22のエッチングレートの1.4倍程度であるのでAu保護層22が消失してカウンター電極23がダメージを受けることがない。
Next, the exposed portions of the interlayer insulating
At this time, the etching rate of the interlayer insulating
図5参照
次いで、スパッタリング法を用いて配線層となる厚さが、例えば、500nmのAu層29を全面に成膜する。
See Figure 5
Next, an
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてAu層29をパターニングしてAu配線30を形成するとともに、抵抗形成部31を形成する。
Next, the
図6参照
次いで、スパッタリング法を用いて抵抗となる厚さが、例えば、50nmのVTi層32を全面に堆積させたのち、最後に、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてVTi層32をパターニングして抵抗33を形成することによって、高温超電導回路装置の基本的構成が完成する。
See FIG.
Next, after a
図7参照
図7は、上記のベース電極となるLa−YBCO層16の平均表面粗さRaを従来の製造方法の場合と比較した図であり、本発明の実施例1においては、1nm以下の平均表面粗さRaが実現していることが分かる。
See FIG.
FIG. 7 is a diagram in which the average surface roughness Ra of the La—
したがって、上述の図16から明らかなように、本発明の実施例1においてはジョセフソン接合の臨界電流Ic のばらつきを10%以下にすることができ、それによって超電導回路を安定に動作させることが可能になる。 Therefore, as apparent from FIG. 16 described above, in the first embodiment of the present invention, the variation in the critical current I c of the Josephson junction can be reduced to 10% or less, thereby allowing the superconducting circuit to operate stably. Is possible.
また、実施例1においては、Au層28及びVTi層31の成膜工程においてジョセフソン接合の上部が層間絶縁層25によって覆われているので、ジョセフソン接合がダメージを受けることがない。
In Example 1, since the upper portion of the Josephson junction is covered with the interlayer insulating
また、グランドプレーン24とベース電極18との間には一層の300nmの第1絶縁層13が介在するだけであるので、従来より寄生インダクタンスが低減して高速動作が可能になる。
In addition, since only a single 300-nm first insulating
ここで、図8乃至図10を参照して、本発明の実施例2の超電導回路装置の製造工程を説明する。
図8参照
まず、実施例1と同様に、MgO基板11上にスパッタリング法を用いて例えば、680℃においてグランドプレーンとなる厚さが、例えば、200nmのLa−YBCO層12を成膜したのち、例えば、660℃においてSrSnOx からなる厚さが、例えば、300nmの第1絶縁層13を成膜する。
Here, with reference to FIG. 8 thru | or FIG. 10, the manufacturing process of the superconducting circuit device of Example 2 of this invention is demonstrated.
See FIG.
First, similarly to Example 1, after forming the La-
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いて第1絶縁層13及びLa−YBCO層12の露出部を除去してコンタクトホールを形成する。
Next, the exposed portions of the first insulating
次いで、再びスパッタリング法を用いて例えば、680℃においてベース電極となる厚さが、例えば、300nmのLa−YBCO層16を成膜したのち、660℃においてベース絶縁層となる厚さが、例えば、200のSrSnOx 層17を成膜する。
Next, using a sputtering method again, for example, after forming a La-
図9参照
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてSrSnOx 層17及びLa−YBCO層16の露出部を除去してベース電極18及びベース絶縁層19を形成する。
この時、この工程を斜め方向から行って斜面を形成したのち、レジストを除去し、次いで、表面改質ダメージ層によるバリアを超電導体斜面表面に形成するため、改めて垂直方向からArイオンによるミリングを行う。
なお、この時、コンタクトホール14にもLa−YBCO層16を残存させてプラグ20とする。
See FIG.
Next, the exposed portions of the SrSnO x layer 17 and the La—
At this time, after this process is performed from an oblique direction to form a slope, the resist is removed, and then a barrier by a surface-modified damage layer is formed on the surface of the superconductor slope. Do.
At this time, the La-
次いで、レーザアブレーション法を用いて例えば、660℃において、全面にカウンター電極となる厚さが、例えば、300nmのYBCO層21を形成したのち、スパッタリング法を用いて厚さが、例えば、200nmのAu保護層22を順次堆積させる。
Next, after forming a
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてAu保護層22及びYBCO層21の露出部を除去してカウンター電極23を形成する。
なお、この時、プラグ20の周辺部にもYBCO層21及びAu保護層22を残存させる。
Next, the exposed portions of the Au
At this time, the
図10参照
次いで、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いて第1絶縁層13及びLa−YBCO層12の露出部を除去してグランドプレーン24を形成するとともに、モート15を同時に形成する。
See FIG.
Next, an exposed portion of the first insulating
以降は、上記の実施例1と全く同様に、O2 雰囲気中でアニール処理を行うことによって、モート15及び露出端面を介してグランドプレーン24にO2 を供給して上述の成膜工程で低下したグランドプレーン24の導電性を回復させる。
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, annealing is performed in an O 2 atmosphere, so that O 2 is supplied to the
次いで、スパッタリング法を用いて、例えば、200℃において厚さが、例えば、200nmのSrSnOx からなる絶縁層を全面に堆積させたのち、レジストパターンをマスクとしたイオンミリング法を用いて絶縁層の露出部を除去してコンタクトホールを形成する。 Next, an insulating layer made of SrSnO x having a thickness of, for example, 200 nm is deposited on the entire surface by sputtering, for example, at 200 ° C., and then the insulating layer is formed by ion milling using a resist pattern as a mask. The exposed portion is removed to form a contact hole.
次いで、スパッタリング法を用いて配線層となる厚さが、例えば、500nmのAu層を全面に成膜したのち、レジストパターンをマスクとしたイオンミリング法を用いてAu層をパターニングしてAu配線30を形成するとともに、抵抗形成部を形成する。 Next, an Au layer having a thickness of, for example, 500 nm is formed on the entire surface by sputtering, and then the Au layer is patterned by ion milling using a resist pattern as a mask. And a resistance forming portion is formed.
次いで、スパッタリング法を用いて抵抗となる厚さが、例えば、50nmのVTi層を全面に堆積させたのち、レジストパターン(図示を省略)をマスクとしたイオンミリング法を用いてVTi層をパターニングして抵抗33を形成することによって、高温超電導回路装置の基本的構成が完成する。
Next, after depositing a VTi layer having a resistance thickness of, for example, 50 nm on the entire surface by sputtering, the VTi layer is patterned by ion milling using a resist pattern (not shown) as a mask. By forming the
この実施例2における作用効果は、上記の実施例1と基本的に同様であるが、実施例2においてはベース電極となるLa−YBCO層16の成膜工程においてMgO基板11がより広い面積のLa−YBCO層12に覆われているので、La−YBCO層16の平均表面粗さRaをより小さくすることができる。
The operational effects of the second embodiment are basically the same as those of the first embodiment. However, in the second embodiment, the
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した基板、高温超電導体、絶縁体、導電体の材質、及び、膜厚等は任意に変更可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the conditions and configurations described in each embodiment, and various modifications are possible. For example, the substrate described in each embodiment The material of the high-temperature superconductor, the insulator, the conductor, the film thickness, and the like can be arbitrarily changed.
例えば、上記の各実施例においては、基板としてMgO基板を用いているが、MgO基板に限られるものではなく、LSAT、即ち、〔LaAlO3 〕0.3 〔Sr(Al,Ta)O3 〕0.7 或いはSrTiO3 等を用いても良いものである。 For example, in each of the above embodiments, an MgO substrate is used as the substrate. However, the substrate is not limited to an MgO substrate, and is not limited to an LSAT, that is, [LaAlO 3 ] 0.3 [Sr (Al, Ta) O 3 ] 0.7 or SrTiO 3 or the like may be used.
また、上記の各実施例においては、ベース電極を相対的に成膜温度の高いLa−YBCOで形成し、カウンター電極を相対的に成膜温度の低いYBCOで構成しているが、両方のをYBCOで構成しても良いし、或いは、両方をLa−YBCOで構成しても良いものである。
また、グランドプレーンもLa−YBCOに限られるものではなく、YBCOを用いても良いものである。
In each of the above embodiments, the base electrode is made of La-YBCO having a relatively high film formation temperature, and the counter electrode is made of YBCO having a relatively low film formation temperature. It may be composed of YBCO, or both may be composed of La-YBCO.
The ground plane is not limited to La-YBCO, and YBCO may be used.
さらに、グランドプレーン、ベース電極、及び、カウンター電極はYBCO或いはLa−YBCOに限られるものではなく、YbBa2 Cu3 O7-X やREBa2 Cu3 O7-X を用いても良いものである。
なお、REBa2 Cu3 O7-X におけるREはPr及びCe以外のランタノイド元素であり、これが単独或いは複数混合してRE:Ba:Cu=1:2:3の比で含まれるものである。
Further, the ground plane, the base electrode, and the counter electrode are not limited to YBCO or La-YBCO, and YbBa 2 Cu 3 O 7-X or REBa 2 Cu 3 O 7-X may be used. .
Note that RE in REBa 2 Cu 3 O 7-X is a lanthanoid element other than Pr and Ce, and these are included in a ratio of RE: Ba: Cu = 1: 2: 3 alone or in combination.
また、上記の各実施例においては、第1絶縁層、ベース絶縁層、及び層間絶縁膜としてSrSnOx を用いているが、SrSnOx に限られるものではなく、CeO2 或いはMgO等の他の酸化物誘電体を用いても良いものである。 In each of the above embodiments, SrSnO x is used as the first insulating layer, the base insulating layer, and the interlayer insulating film. However, the present invention is not limited to SrSnO x , and other oxides such as CeO 2 or MgO are used. A dielectric material may be used.
また、層間絶縁膜は、酸化物誘電体に限られるものではなく、感光性ポリイミドを用いても良いもであり、この感光性ポリイミドを用いた場合には、層間絶縁膜のパターニング工程をイオンミリングではなく、露光現像工程のみ行うことができ、且つ、オーバーエッチングもないのでプロセスを簡素化することができる。 The interlayer insulating film is not limited to the oxide dielectric, and photosensitive polyimide may be used. When this photosensitive polyimide is used, the patterning process of the interlayer insulating film is performed by ion milling. Instead, only the exposure and development process can be performed, and the process can be simplified because there is no over-etching.
また、上記の各実施例においては、カウンター電極となるYBCOのみレーザアブレーション法で成膜し、その他をスパッタリング法で成膜しているが、互いに逆の成膜方法を採用しても良いものであり、或いは、高温超電導体及び誘電体に関しては全てをレーザアブレーション法或いはスパッタリング法のいずれかで成膜しても良いものである。 In each of the above embodiments, only YBCO to be the counter electrode is formed by the laser ablation method and the others are formed by the sputtering method. However, the opposite film forming methods may be adopted. Alternatively, all of the high-temperature superconductor and the dielectric may be formed by either laser ablation or sputtering.
また、上記の各実施例においては、モートを酸素供給用ビアと兼用させているが、酸素供給用ビアを別個に設けても良いものであり、例えば、実施例1の場合にはコンタクトホール及びモートの形成工程と同時に形成すれば良いし、実施例2の場合にはコンタクトホール或いはモートのいずれかの形成工程と同時形成しても良く、さらには、全く別個の工程形成しても良いものである。 In each of the above embodiments, the mote is also used as the oxygen supply via. However, the oxygen supply via may be provided separately. For example, in the case of the first embodiment, contact holes and It may be formed at the same time as the moat forming process, and in the case of Example 2, it may be formed simultaneously with either the contact hole or moat forming process, or may be formed in a completely separate process. It is.
また、上記の各実施例の説明においては、図示を簡単にするために、La−YBCO層16或いは層間絶縁膜25等がコンタクトホール内或いはモート内を完全に埋め込むように図示しているが、成膜する膜厚にもよるが、コンタクトホール或いはモートの形状に沿った形状に堆積するものであり、コンタクトホール内或いはモート内を完全に埋め込むものではない。
In the description of each of the above embodiments, for simplicity of illustration, the La-
ここで、再び、図1を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図1参照
(付記1)高温超電導体からなるグランドプレーン2上に、第1の絶縁層3を介して高温超電導体からなるジョセフソン素子4を形成したのち、前記グランドプレーン2をパターニングする工程を有することを特徴とする超電導回路装置の製造方法。
(付記2) 前記グランドプレーン2のパターニング工程の前に、グランドプレーンコンタクトホール8と磁束トラップ用モート9とを同時に形成することを特徴とする付記1に記載の超電導回路装置の製造方法。
(付記3) 前記グランドプレーンコンタクトホール8と同時に、酸素供給用ビアホールを形成することを特徴とする付記2に記載の超電導回路装置の製造方法。
(付記4) 前記グランドプレーン2のパターニング工程と同時に、磁束トラップ用モート9を形成することを特徴とする付記1に記載の超電導回路装置の製造方法。
(付記5) 前記グランドプレーン2のパターニング工程ののち、少なくとも前記グランドプレーン2の側端面及び前記ジョセフソン素子4のカウンター電極7上に第2の絶縁層10を設けたことを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の超電導回路装置の製造方法。
Here, the detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG.
Again see Figure 1
(Additional remark 1 ) After forming the
(Supplementary note 2 ) The method of manufacturing a superconducting circuit device according to
(Supplementary note 3 ) The method for manufacturing a superconducting circuit device according to
(Supplementary note 4 ) The method for manufacturing a superconducting circuit device according to
(Supplementary Note 5) after the
本発明の活用例としては、高温超電導高速回路を利用する計測および通信の分野での利用が典型的なものであるが、論理演算を用いた各種の情報処理分野にも適用されるものである。 As an application example of the present invention, the use in the field of measurement and communication using a high-temperature superconducting high-speed circuit is typical, but it is also applied to various information processing fields using logical operations. .
1 基板
2 グランドプレーン
3 第1の絶縁層
4 ジョセフソン素子
5 ベース電極
6 ベース絶縁層
7 カウンター電極
8 グランドプレーンコンタクトホール
9 磁束トラップ用モート
10 第2の絶縁層
11 MgO基板
12 La−YBCO層
13 第1絶縁層
14 コンタクトホール
15 モート
16 La−YBCO層
17 SrSnOx 層
18 ベース電極
19 ベース絶縁層
20 プラグ
21 YBCO層
22 Au保護層
23 カウンター電極
24 グランドプレーン
25 層間絶縁層
26 コンタクトホール
27 コンタクトホール
28 コンタクトホール
29 Au層
30 Au配線
31 抵抗形成部
32 VTi層
33 抵抗
41 MgO基板
42 La−YBCO層
43 第1絶縁層
44 グランドプレーン
45 第2絶縁層
46 コンタクトホール
47 モート
48 La−YBCO層
49 SrSnOx 層
50 ベース電極
51 ベース絶縁層
52 プラグ
53 YBCO層
54 Au保護層
55 カウンター電極
56 Au層
57 Au配線
58 抵抗形成部
59 VTi層
60 抵抗
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