JPH01109780A - Formation of tunnel junction of oxide superconductor and nb superconductor - Google Patents

Formation of tunnel junction of oxide superconductor and nb superconductor

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JPH01109780A
JPH01109780A JP62266477A JP26647787A JPH01109780A JP H01109780 A JPH01109780 A JP H01109780A JP 62266477 A JP62266477 A JP 62266477A JP 26647787 A JP26647787 A JP 26647787A JP H01109780 A JPH01109780 A JP H01109780A
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Japan
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electrode
layer
forming
tunnel barrier
thin film
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JP62266477A
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Yujiro Kato
加藤 雄二郎
Hidefumi Asano
秀文 浅野
Keiichi Tanabe
圭一 田辺
Osamu Michigami
修 道上
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve superconductivity of the surface of an underlay electrode by arranging, after forming a pair of counter electrodes by a Nb superconductive thin film, an insulating layer on such underlying electrode and providing a wiring layer so that the underlay electrode may superconductively be in conduction with the overlay electrode. CONSTITUTION:An underlay electrode 2 composed of an oxide superconductive material is formed on a substrate 1, then a layer 3 to become a tunnel barrier is formed by covering the pattern of such underlying electrode 2. Then a Nb superconductive thin film 4 is formed by covering the layer 3 to become the tunnel barrier, and a pair of counter electrodes 4A being formed by removing by reactive ion etching a part other than the tunnel junction in each of Nb superconductive thin film 4 and the layer 3 to become the tunnel barrier. Subsequently, after forming an insulating layer 6 on the underlay electrode 2, a wiring layer 7 which will superconductively be in conduction with the overlay electrode of the counter electrodes 4A. According to the constitution, there is no resist pattern on the underlying electrode before forming the tunnel barrier, whereby no thermal treatment in an oxygen atmosphere imposes problem when patterning the counter electrodes, and superconductivity of the surface of the underlying electrode can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 木発明は、下地電極に酸化物超伝導体、対向電極にNb
系超伝導体を用いた超伝導トンネル接合の形成方法に関
する。
[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The invention is based on the use of an oxide superconductor in the base electrode and Nb in the counter electrode.
This invention relates to a method for forming superconducting tunnel junctions using superconductors.

[従来の技術] 従来から、高Tc(転穆温度)酸化物超伝導体を電極材
料に用いたジョセフソン接合の作製方法の検討が進めら
れているが、これまで満足な結果は得られていない。従
来の酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合は、バル
ク材料を用いた点接触型や薄膜における結晶粒界の効果
によるブリッジ型のものしかなかった。
[Prior Art] Studies have been underway on methods for fabricating Josephson junctions using high Tc (transmuting temperature) oxide superconductors as electrode materials, but no satisfactory results have been obtained so far. do not have. Conventional Josephson junctions using oxide superconductors have only been of the point contact type using bulk materials or the bridge type using grain boundary effects in thin films.

ブリッジ型のジョセフソン接合は、磁束計やサブミリ波
検出器には応用可能であるものの、従来技術により形成
されたブリッジ型のジョセフソン接合は、特性の制御が
全くできていない。しかもジョセフソン電流の分布が極
めて不均質であるため、仮にジョセフソン電流の値が制
御できたとしても、外部雑音に対して動作が不安定であ
る。
Although bridge-type Josephson junctions can be applied to magnetometers and submillimeter wave detectors, the characteristics of bridge-type Josephson junctions formed by conventional techniques cannot be controlled at all. Moreover, since the distribution of the Josephson current is extremely non-uniform, even if the value of the Josephson current could be controlled, the operation would be unstable due to external noise.

ジョセフソン電流値の制御および外部雑音に対する安定
動作のため、トンネル型のジョセフソン接合の作製か不
可欠である。高Tc酸化物超伝導体を下地M 極として
用いる場合、対向電極には、ギャップ電圧以下でのリー
ク電流を小さくするためpb金合金るいはNb、 Nb
NおよびNb系A15化合物が用いられる。これは、基
板を冷却した状態で、極薄のトンネルバリア上にトンネ
ルバリアとの相互拡散を抑えて良質の薄膜を形成できる
からである。しかし、pb金合金、機械的強度が小さく
、信頼性が十分でないため、NbやNbNあるいはNb
系A15化合物を用いる。
In order to control the Josephson current value and to ensure stable operation against external noise, it is essential to create a tunnel-type Josephson junction. When a high Tc oxide superconductor is used as the base M electrode, the counter electrode is made of a pb gold alloy or Nb, Nb in order to reduce leakage current below the gap voltage.
N and Nb based A15 compounds are used. This is because a high-quality thin film can be formed on the ultra-thin tunnel barrier while suppressing interdiffusion with the tunnel barrier while the substrate is cooled. However, since the PB gold alloy has low mechanical strength and insufficient reliability, Nb, NbN or Nb
A system A15 compound is used.

従来技術によれは、水冷基板上に形成するNb、Nb系
A15化合物あるいはNbN薄膜は、レジストステンシ
ルを用いたりフトオフ加工によりバターニングされてい
た。リフトオフ加工により対向電極をバターニングする
ことの問題点に次のものがある。レジストステンシルは
、通常AZ 1350JやAX1470フォトレジスト
により形成するが、これらのレジストの耐熱温度は、た
かだか130℃程度である。
According to the prior art, Nb, a Nb-based A15 compound, or a NbN thin film formed on a water-cooled substrate is patterned using a resist stencil or by a foot-off process. Problems with patterning the counter electrode by lift-off processing include the following. The resist stencil is usually formed using AZ 1350J or AX1470 photoresist, but the heat resistance temperature of these resists is about 130° C. at most.

また、レジストステンシルは、下地電極をバターニング
した直後に形成し、その後下地電極表面の清浄化処理を
行い、さらにトンネルバリアを形成し、最後に対向電極
薄膜を形成してから、リフトオフをする手順で行われる
。下地電極表面の静浄化処理には、酸素をふくむ雰囲気
ガス中での加熱か必要となる場合があり、その温度は3
00〜500℃で行われる。ところが、レジストステン
シルか存在する場合には、この加熱処理ができなくなり
、下地電極表面が十分に清浄化されない事態が生ずる。
In addition, the resist stencil is formed immediately after buttering the base electrode, then the surface of the base electrode is cleaned, a tunnel barrier is formed, and finally a counter electrode thin film is formed, followed by lift-off. It will be held in Static purification of the surface of the base electrode may require heating in an atmospheric gas containing oxygen, and the temperature is 3.
It is carried out at 00-500°C. However, if a resist stencil is present, this heat treatment will not be possible and the surface of the underlying electrode will not be sufficiently cleaned.

加熱によるレジストの硬化あるいは酸素による灰化を回
避するため、対向電極を酸性溶液による化学エツチング
によってバターニングしようとすれば次の問題がある。
In order to avoid hardening of the resist due to heating or ashing due to oxygen, if the counter electrode is patterned by chemical etching using an acidic solution, the following problem arises.

高Tc酸化物超伝導体は、非常に濃度の薄い酸によって
すら容易に腐食され、対向電極Nb、 Nb系A15化
合物あるいはNbNに対して全くエツチングの選択比を
とることができない。対向電極をエツチングする際に、
下地電極の一部はエツチング液にさらされ、その部分が
なくなってしまい、所望の接合パターンが得られなくな
る。このため、化学エツチングによる対向電極のバター
ニングは、適用できない。
High Tc oxide superconductors are easily corroded even by very dilute acids and have no etching selectivity with respect to counter electrode Nb, Nb-based A15 compounds or NbN. When etching the counter electrode,
A portion of the base electrode is exposed to the etching solution and is lost, making it impossible to obtain the desired bonding pattern. For this reason, patterning of the counter electrode by chemical etching cannot be applied.

[発明が解決しようとする問題点] このように、従来技術をもってしては、高Tc酸化物超
伝導体を下地電極とするトンネル型ジョセフソン接合を
作製することは困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, it is difficult to fabricate a tunnel-type Josephson junction using a high Tc oxide superconductor as a base electrode using the conventional techniques.

木発明は、上述の欠点を改善するためになされたもので
、酸化物超伝導体を損なうことなく良好なトンネル接合
を形成し得る方法を提供することを目的とする。
The present invention was made to improve the above-mentioned drawbacks, and aims to provide a method that can form a good tunnel junction without damaging the oxide superconductor.

[問題点を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、基板上に
酸化物超伝導体からなる下地電極パターンを形成する工
程と、下地電極パターンを覆ってトンネルバリアとなる
層を形成する工程と、トンネルバリアとなる層を覆って
対向電極となるNb系超伝導体薄膜を形成する工程と、
Nb系超伝導体薄膜およびトンネルバリアとなる層のそ
れぞれのうち、トンネル接合部以外の部分を反応性イオ
ンエツチングによって除去して対向電極を形成する工程
と、下地電極上に絶縁層を形成する工程と、対向電極の
上面と超伝導的に導通する配線層を形成する工程とから
なることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention includes a step of forming a base electrode pattern made of an oxide superconductor on a substrate, and a process of forming a tunnel over the base electrode pattern. a step of forming a layer to serve as a barrier; a step of forming an Nb-based superconductor thin film to cover the layer to serve as a tunnel barrier and serve as a counter electrode;
A step of forming a counter electrode by removing the portions of the Nb-based superconductor thin film and the tunnel barrier layer other than the tunnel junction by reactive ion etching, and a step of forming an insulating layer on the base electrode. and forming a wiring layer superconductingly connected to the upper surface of the counter electrode.

[作 用コ 本発明によるジョセフソン接合の作製工程を第1図に示
す。第1図(a) に示すように、基板l上に下地電極
パターン2を形成する。下地電極2は、(M1+−xM
2x)ycuoz (0<X <1.1≦Y≦2.2≦
2≦4.Mlは■族金属(Sc、Y、La、Ce、Pr
、Nd、Pm、Yb。
[Function] The manufacturing process of the Josephson junction according to the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 1(a), a base electrode pattern 2 is formed on a substrate l. The base electrode 2 is (M1+-xM
2x)ycuoz (0<X <1.1≦Y≦2.2≦
2≦4. Ml is a group metal (Sc, Y, La, Ce, Pr
, Nd, Pm, Yb.

LLl、B、AJZ 、Ga、In、Tj2 )、M2
はII族金属(Be、Mg、11:a。
LLl, B, AJZ, Ga, In, Tj2), M2
is a group II metal (Be, Mg, 11:a.

Sr、Ba、Zn、(:d、l1g))の中から選ばれ
た一種からなる高TC酸化物超伝導材料である。ついで
第1図(b)に示すようにトンネルバリアとなる層3を
下地電極パターンを覆って形成する。トンネルバリア3
には、下地電極表面を人為的に処理した変成層やAl1
203.MgO,ZrO2等の異種物質を用いる。トン
ネルバリア形成の後、第1図(c)に示すように基板上
全面にNb系超伝導体薄膜4を形成する0次に、第1図
(d) に示すように接合部レジストパターン5を形成
する。しかる後、第1図(e)に示すように、レジスト
5をマスクにして、Nb系超伝導体薄膜をCF4+O□
混合ガスプラズマを用いて反応性イオンエツチングして
対向73極4Aおよびトンネルバリア3Aを形成する。
It is a high TC oxide superconducting material made of one selected from Sr, Ba, Zn, (:d, l1g)). Next, as shown in FIG. 1(b), a layer 3 serving as a tunnel barrier is formed to cover the underlying electrode pattern. tunnel barrier 3
The base electrode surface is artificially treated with a metamorphic layer and Al1.
203. Different materials such as MgO and ZrO2 are used. After forming the tunnel barrier, a Nb-based superconductor thin film 4 is formed on the entire surface of the substrate as shown in FIG. 1(c).Next, a junction resist pattern 5 is formed as shown in FIG. 1(d). Form. After that, as shown in FIG. 1(e), using the resist 5 as a mask, the Nb-based superconductor thin film is coated with CF4+O□.
Reactive ion etching is performed using mixed gas plasma to form 73 opposing electrodes 4A and tunnel barrier 3A.

この時、下地電極材料は、CF4 +o2により全くエ
ツチングされないため、Nb系超伝導体およびトンネル
バリアとなる層のみを選択的にエツチングしてパターン
を得ることができる。
At this time, since the base electrode material is not etched at all by CF4 + O2, a pattern can be obtained by selectively etching only the Nb-based superconductor and the layer that will serve as the tunnel barrier.

対向電極薄膜をパターニングした後、第1図(f) に
示すようにレジスト5を除去することなくそのままリフ
トオフステンシルにして、絶縁層薄II!6をパターニ
ングする。最後に、第1図(g)に示すように配線層7
を形成して、ジョセフソン接合の作製を終る。
After patterning the counter electrode thin film, the resist 5 is used as a lift-off stencil without removing it as shown in FIG. Pattern 6. Finally, as shown in FIG. 1(g), the wiring layer 7
is formed to complete the fabrication of the Josephson junction.

この様な本発明の作製方法によれば、トンネルバリア形
成前の下地電極表面には、レジストパターンは存在しな
いため、下地電極表面の超伝導特性を回復させる手段と
して、酸素雰囲気中で加熱あるいはプラズマ処理を行っ
ても対向電極のパターニングに支障がない。また反応性
イオンエツチングによるので、酸によるエツチングと異
なり、下地電極を損なうことがない。本発明では、以上
の効果により、トンネルバリア直下の下地電極表面の超
伝導特性を向上させたトンネル型ジョセフソン接合を提
供できる。
According to the manufacturing method of the present invention, since there is no resist pattern on the surface of the base electrode before the tunnel barrier is formed, heating in an oxygen atmosphere or plasma Even if the treatment is performed, there is no problem in patterning the counter electrode. Furthermore, since it is based on reactive ion etching, unlike etching with acid, it does not damage the underlying electrode. Due to the above effects, the present invention can provide a tunnel-type Josephson junction in which the superconducting properties of the surface of the underlying electrode directly under the tunnel barrier are improved.

[実施例] 以下に本発明の具体的な実施例について説明する。[Example] Specific examples of the present invention will be described below.

実施例1 サファイア基板上に高TC酸化物超伝導体を電極とする
トンネル接合を作製した。
Example 1 A tunnel junction using a high TC oxide superconductor as an electrode was fabricated on a sapphire substrate.

すなわち、サファイア基板上に、La−Ba−Cu−0
ターゲツト(100mmφ、 5mm厚)を用いて、5
PaのA「ガス中で500Wの電力を印加して、rfマ
グネトロンスパッタリングにより、500℃に加熱した
基板上に下地電極用(Lao9Ba6. I)2CUO
4酸化物超伝導薄膜を200nII+のHさに形成した
。つぎに、レジストコート・露光・現像および希硝酸に
よる化学エツチングの手順を経て下地電極のパターンを
形成した。
That is, on the sapphire substrate, La-Ba-Cu-0
Using a target (100mmφ, 5mm thickness),
2CUO for the base electrode (Lao9Ba6.
A tetraoxide superconducting thin film was formed at a H of 200 nII+. Next, a base electrode pattern was formed through resist coating, exposure, development, and chemical etching with dilute nitric acid.

トンネルバリア形成の前処理として、下地電極表面を0
.8気圧のAr+ 10Vol [02混合カス中で4
00℃に加熱して30分間アニールすることにより、下
地電極表面の劣化を回復させた。次に、トンネルバリア
の形成は、雰囲気ガスを0.2気圧の^r+5勧2に置
換して、 400℃で15分間放置して下地電極表面の
極薄層を弯成させることにより形成した。
As a pretreatment for tunnel barrier formation, the base electrode surface is
.. 8 atm Ar + 10 Vol [4 in 02 mixed scum
By heating to 00° C. and annealing for 30 minutes, the deterioration of the surface of the underlying electrode was recovered. Next, the tunnel barrier was formed by replacing the atmospheric gas with 0.2 atm of ^r+5 2 and leaving it at 400° C. for 15 minutes to form an extremely thin layer on the surface of the base electrode.

次に、基板上全面に対向電極Nb薄膜をdcマグネトロ
ンスパッタ法により、300r+mの厚さに形成(直径
100mm 、5mm厚のターゲットを使用、Arガス
圧2Pa、スパッタ電流1.2A)  した。しかる後
、接合部のレジストパターンを形成し、平行平板型のド
ライエツチング装置を用いて、接合部の対向電極薄膜の
みを残すように反応性イオンエツチングした。1−)チ
ング条件はCF4+ 5零021QPa、rf電力50
Wである。接合部のレジストパターンをそのまま残して
絶縁層をリフトオフするためのステンシルとして、Mg
O薄膜をrfマグネトロンスパッタ法により、400n
mの厚さに形成(直径75mm、3mm厚のターゲット
を使用、A「ガス圧4Pa、rf電力300W)し、ア
セトン中でレジストを溶解して絶縁層をパターニングし
た。
Next, a counter electrode Nb thin film was formed on the entire surface of the substrate to a thickness of 300 r+m by DC magnetron sputtering (using a target with a diameter of 100 mm and a thickness of 5 mm, Ar gas pressure of 2 Pa, sputtering current of 1.2 A). Thereafter, a resist pattern for the bonding portion was formed, and reactive ion etching was performed using a parallel plate dry etching device so that only the counter electrode thin film at the bonding portion remained. 1-) Ching conditions are CF4+ 5 zero 021QPa, RF power 50
It is W. Mg was used as a stencil to lift off the insulating layer while leaving the resist pattern at the junction intact.
The O thin film was deposited at 400 nm by RF magnetron sputtering.
The insulating layer was patterned by dissolving the resist in acetone.

最後に、500nmのNbの配線層を形成して接合の作
製を終った。このジョセフソン接合の5ににおける特性
は、以下の通り良好であった。電流−電圧特性を第2図
に示す。
Finally, a 500 nm thick Nb wiring layer was formed to complete the fabrication of the junction. The characteristics of this Josephson junction in No. 5 were good as shown below. Figure 2 shows the current-voltage characteristics.

ギャップ電圧8.5mV、R(at 5mV)/R(a
t lomV)−14゜Ij傘TI(at lomV)
−5,2mVIjは、最大ジョセフソン電流である。
Gap voltage 8.5mV, R(at 5mV)/R(a
t lomV) -14°Ij umbrella TI (at lomV)
-5.2 mVIj is the maximum Josephson current.

実力包例2 Mg0基板を用意して、直径100mm、 5mm厚の
M−5r−Cu−0ターゲツト(M:Sc、Y、La、
II:e、Pr、Nd、Pm、Yb。
Performance example 2 Prepare an Mg0 substrate and use it as an M-5r-Cu-0 target (M: Sc, Y, La,
II: e, Pr, Nd, Pm, Yb.

Lu、B、AI!、、Ga、In、Tl1)を用いて、
「fマグネトロンスパッタ法により、(Mo、 7Sr
o、 3) 13cu03(M:Sc、Y。
Lu, B, AI! , , Ga, In, Tl1),
By f-magnetron sputtering method, (Mo, 7Sr
o, 3) 13cu03 (M:Sc, Y.

La、Ce、Pr、Nd、Pm、Yb、Lu、B、AJ
2 、Ga、In、Tl )酸化物超伝導薄膜を200
nmの厚さに堆積し (Arガス圧10Pa、rf電力
500W) 、実施例1と同様にして下地電極のパター
ンを化学エツチングにより形成した。次に、トンネルバ
リア形成の前処理として2600Paの02ガス中で、
基板を350℃で30分間アニールし、再び真空に排気
して、Zr極薄膜をdcマグネトロンスパッタ法により
Znmの厚さに形成(直径75mm、 3mm厚のター
ゲットを使用、Arガス圧4Pa、スパッタ電流0.1
A)  シ、50Paの酸素中で酸化して、zrO2ト
ンネルバリアを形成し、その後、対向電極Nb3Ge、
Nb5AJ2 、 Nb3Sn、Nb3Ga薄膜をそれ
ぞれ300nmの厚さに形成(直径100mm 、 5
mm厚の合金ターゲットを使用、基板温度200℃、A
「ガス圧5Pa、スパッタ電流0.8A)  した。し
かる後、接合部のレジストパターンを形成し、平行平板
型のトライエツチング装置を用いて、接合部の対向電極
薄膜のみを残すように反応性イオンエツチングした。エ
ツチング条件はCF、+ + 5!j;0210Pa、
rf電力50Wである。接合部のレジストパターンをそ
のまま残して絶縁層をリフトオフするためのステンシル
として、MgO薄月莫をrfマグネトロンスパッタ法に
より、400nmの厚さに形成(直径75mm、3mm
厚のターゲットを使用、Arガス圧4Pa、rf電力3
00W)  L、アセトン中でレジストを溶解して絶縁
層をパターニングした。
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Yb, Lu, B, AJ
2, Ga, In, Tl) oxide superconducting thin film
It was deposited to a thickness of 100 nm (Ar gas pressure of 10 Pa, RF power of 500 W), and the pattern of the base electrode was formed by chemical etching in the same manner as in Example 1. Next, as a pretreatment for tunnel barrier formation, in 02 gas at 2600 Pa,
The substrate was annealed at 350°C for 30 minutes, evacuated to vacuum again, and an ultra-thin Zr film was formed to a thickness of Znm by DC magnetron sputtering (using a target with a diameter of 75 mm and a thickness of 3 mm, Ar gas pressure of 4 Pa, sputtering current 0.1
A) Oxidation in oxygen at 50 Pa to form a zrO2 tunnel barrier, then counter electrode Nb3Ge,
Nb5AJ2, Nb3Sn, and Nb3Ga thin films were each formed to a thickness of 300 nm (diameter 100 mm, 5
Use mm-thick alloy target, substrate temperature 200℃, A
(Gas pressure: 5 Pa, sputtering current: 0.8 A). After that, a resist pattern for the bonding area is formed, and using a parallel plate type tri-etching device, reactive ions are etched so as to leave only the thin film of the counter electrode at the bonding area. Etched. Etching conditions were CF, + + 5!j; 0210Pa,
The rf power is 50W. As a stencil for lifting off the insulating layer while leaving the resist pattern at the junction intact, MgO thin film was formed to a thickness of 400 nm by RF magnetron sputtering (75 mm in diameter, 3 mm in diameter).
Use thick target, Ar gas pressure 4 Pa, RF power 3
00W) L, the resist was dissolved in acetone and the insulating layer was patterned.

最後に、500nmの膜厚のNb3Snの配線層を形成
して接合の作製を終った。表−1にこれら接合の10K
に於る特性を示す。
Finally, a wiring layer of Nb3Sn with a thickness of 500 nm was formed to complete the fabrication of the junction. Table 1 shows the 10K of these joints.
The characteristics of

表−1 1II族金属を変えた場合のトンネル接合の特性TJ2
    12   15   8   Nb3Geここ
でRjはギャップ電圧より8mV低い電圧における抵抗
値、finは、ギャップ電圧より5mV高い電圧におけ
る抵抗値である。
Table-1 Tunnel junction characteristics TJ2 when changing Group 1II metals
12 15 8 Nb3Ge Here, Rj is the resistance value at a voltage 8 mV lower than the gap voltage, and fin is the resistance value at a voltage 5 mV higher than the gap voltage.

実施例3 サファイア基板上に、直径100mm 、 3mm厚の
Y−M−Cu−0ターゲツト(M:Be、Mg、Ca、
Sr、Ba、Zn、Cd。
Example 3 A Y-M-Cu-0 target (M: Be, Mg, Ca,
Sr, Ba, Zn, Cd.

11g)を用いてrfマグネトロンスパッタ法により、
(Yo、Mo3)13CuO,(M:Be、Mg、Ca
、Sr、Ba、Zn、Cd。
11g) by RF magnetron sputtering method,
(Yo, Mo3)13CuO, (M: Be, Mg, Ca
, Sr, Ba, Zn, Cd.

11g)酸化物超伝導R膜を300nmの厚さに堆積(
Arガス圧6Pa、rf電力400W)  L、レジス
トコート・露光・現像およびエツチングの手順を経て下
地電極をパターニングした。続いて、トンネルバリア形
成の前処理として1300Paの酸素雰囲気中で、 5
00℃の温度で60m1nアニールした。再び真空に排
気した後、AfLの極薄膜をdcマグネトロンスパッタ
法により、3nmの厚さに形成し、50Paの酸素中で
熱酸化してAu203 トンネルバリアを形成した。
11g) Deposit oxide superconducting R film to a thickness of 300 nm (
(Ar gas pressure: 6 Pa, RF power: 400 W) The underlying electrode was patterned through the steps of resist coating, exposure, development, and etching. Subsequently, as a pretreatment for tunnel barrier formation, in an oxygen atmosphere of 1300 Pa, 5
Annealing was performed for 60ml at a temperature of 00°C. After evacuation again, an extremely thin film of AfL was formed to a thickness of 3 nm by DC magnetron sputtering, and thermally oxidized in oxygen at 50 Pa to form an Au203 tunnel barrier.

次に、基板上全面に対向電極NbN薄膜をdcマグネト
ロンスパッタ法により、 300nmの厚さに形成(直
径100mm 、5mm厚のターゲットを使用、Ar+
 30零N2ガス圧2Pa、スパッタ電流1.2八) 
 L/た。しかる後、接合部のレジストパターンを形成
し、平行平仮型のドライエツチング装置を用いて、接合
部の対向電極薄膜のみを残すように反応性イオンエツチ
ングした。エツチング条件はCF4+ 5%’0210
Pa。
Next, a counter electrode NbN thin film was formed on the entire surface of the substrate to a thickness of 300 nm by DC magnetron sputtering (using a target with a diameter of 100 mm and a thickness of 5 mm, Ar+
30 zero N2 gas pressure 2 Pa, sputtering current 1.28)
L/ta. Thereafter, a resist pattern for the bonding portion was formed, and reactive ion etching was performed using a parallel plane dry etching device so that only the counter electrode thin film at the bonding portion remained. Etching conditions are CF4+ 5%'0210
Pa.

「f電力50Wである。接合部のレジストパターンをそ
のまま残して絶縁層をリフトオフするためのステンシル
として、MgO薄膜を「fマグネトロンスパッタ法によ
り、400nInの厚さに形成 (直径75nun、3
mm厚のターゲットを使用、Arガス圧4Pa、rf電
力300W)  l、、アセトン中でレジストを溶解し
て絶縁層をバターニングした。
The power was 50 W. A thin MgO film was formed to a thickness of 400 nIn by magnetron sputtering as a stencil for lifting off the insulating layer while leaving the resist pattern at the junction intact (diameter 75 nm, 3
A mm thick target was used, Ar gas pressure was 4 Pa, and RF power was 300 W.) The resist was dissolved in acetone and the insulating layer was patterned.

最後に、500口mの膜厚のNbNの配線層を形成して
接合の作製を終った。表−2にこれら接合の10ににお
ける特性を示す。表−2から明らかなようにこれらの接
合は良好な特性を示した。
Finally, a 500 m thick NbN wiring layer was formed to complete the fabrication of the junction. Table 2 shows the characteristics of 10 of these joints. As is clear from Table 2, these joints exhibited good characteristics.

表−2 II族金属を変えた場合のトンネル接合の特性II族金
属 ギャップ電圧(mV)  117口n  I j 
(mA)[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、トンネルバリア
形成前の下地電極表面には、レジストパターンは存在し
ないため、下地電極表面の超伝導特性を回復させる手段
として、酸素雰囲気中で加熱あるいはプラズマ処理を行
っても対向電極のパターニングに支障がない。また反応
性イオンエツチングによるので、酸によるエツチングと
異なり、下地電極を損なうことがない。本発明では、以
上の効果により、トンネルバリア直下の下地電極表面の
超伝導特性を向上させたトンネル型ジョセフソン接合を
提供できる。
Table 2 Characteristics of tunnel junction when changing Group II metal Group II metal Gap voltage (mV) 117 n I j
(mA) [Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, since there is no resist pattern on the surface of the base electrode before the tunnel barrier is formed, Even if heating or plasma treatment is performed in an oxygen atmosphere, there is no problem in patterning the counter electrode. Furthermore, since it is based on reactive ion etching, unlike etching with acid, it does not damage the underlying electrode. Due to the above effects, the present invention can provide a tunnel-type Josephson junction in which the superconducting properties of the surface of the underlying electrode directly under the tunnel barrier are improved.

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

第1図は本発明によるトンネル接合の形成手順を示す工
程図、 第2図はジョセフソントンネル接合の電流・電圧特性の
例を示す特性図である。 1・・・基板、 2・・・ジョセフソントンネル接合の下地電極、 3・・・トンネルバリア、 4・・・ジョセフソントンネル接合の対向電極、 5・・・接合部のレジストパターン、 6・・・絶縁層薄膜、 7・・・配線層、 Ij・・・最大ジョセフソン電流、 Vg・・・ギャップ電圧、 Rj・・・サブギャップ抵抗、 Rn・・・常伝導トンネル抵抗。 1(を流) ジ:?亡フソントンネ】し玲今の電:L=電圧特性図第
2図
FIG. 1 is a process diagram showing the procedure for forming a tunnel junction according to the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of current/voltage characteristics of a Josephson tunnel junction. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Substrate, 2... Base electrode of Josephson tunnel junction, 3... Tunnel barrier, 4... Counter electrode of Josephson tunnel junction, 5... Resist pattern of junction part, 6... - Insulating layer thin film, 7... Wiring layer, Ij... Maximum Josephson current, Vg... Gap voltage, Rj... Subgap resistance, Rn... Normal conduction tunnel resistance. 1 (flowing) Ji:? [Death Fusontonne] Shirei's electric current: L = Voltage characteristic diagram Figure 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に酸化物超伝導体からなる下地電極パター
ンを形成する工程と、該下地電極パターンを覆ってトン
ネルバリアとなる層を形成する工程と、 該トンネルバリアとなる層を覆って対向電極となるNb
系超伝導体薄膜を形成する工程と、該Nb系超伝導体薄
膜および前記トンネルバリアとなる層のそれぞれのうち
、トンネル接合部以外の部分を反応性イオンエッチング
によつて除去して対向電極を形成する工程と、 前記下地電極上に絶縁層を形成する工程と、前記対向電
極の上面と超伝導的に導通する配線層を形成する工程と からなることを特徴とする酸化物超伝導体・Nb系超伝
導体トンネル接合の形成方法。
(1) A step of forming a base electrode pattern made of an oxide superconductor on a substrate, a step of forming a layer to serve as a tunnel barrier covering the base electrode pattern, and a step facing the layer covering the layer to serve as a tunnel barrier. Nb as an electrode
forming a Nb-based superconductor thin film, and removing portions of the Nb-based superconductor thin film and the tunnel barrier layer other than the tunnel junction by reactive ion etching to form a counter electrode. An oxide superconductor comprising the steps of: forming an insulating layer on the base electrode; and forming a wiring layer superconductingly connected to the upper surface of the counter electrode. Method for forming Nb-based superconductor tunnel junction.
(2)前記酸化物超伝導体が(M1_1_−_XM2_
X)_YCuO_Z(0<X<1、1≦Y≦2、2≦Z
≦4、M1はIII族金属(Sc、Y、La、Ce、Pr
、Nd、Pm、Yb、Lu、B、Al、Ga、In、T
l)、M2はII族金属(Be、Mg、Ca、Sr、Ba
、Zn、Cd、Hg))の中から選ばれた一つであり、
Nb系超伝導体がNb、Nb_3Ge、Nb_3Al、
Nb_3Sn、Nb_3Ga、NbNの中から選ばれた
一つであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の酸化物超伝導体・Nb系超伝導体トンネル接合の形成
方法。
(2) The oxide superconductor is (M1_1_−_XM2_
X)_YCuO_Z(0<X<1, 1≦Y≦2, 2≦Z
≦4, M1 is a group III metal (Sc, Y, La, Ce, Pr
, Nd, Pm, Yb, Lu, B, Al, Ga, In, T
l), M2 is a group II metal (Be, Mg, Ca, Sr, Ba
, Zn, Cd, Hg)),
Nb-based superconductors include Nb, Nb_3Ge, Nb_3Al,
The method for forming an oxide superconductor/Nb-based superconductor tunnel junction according to claim 1, wherein the tunnel junction is one selected from Nb_3Sn, Nb_3Ga, and NbN.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05167111A (en) * 1991-12-16 1993-07-02 Nec Corp Tunnel type josephson junction element

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