JPH02172285A - 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はジョセフソン接合の製造方法に関し、更に詳し
くは、マイクロブリッジ構造の準平面型ジョセフソン接
合の製造方法に関する。

なお、本発明は、５ＱＬＪＩＤをはじめとするジョセフ
ソン接合を利用した各種素子の製造に利用することがで
きる。

〈従来の技術〉 ジョセフソン接合の構造には各種のものがあるが、この
うち、準平面型のマイクロブリッジ構造のものを第３図
に示す。基板１０上に形成された第１の超電導膜１の上
方に、絶縁層３を介して第２の超電導膜２の端面部が乗
り上げるように積層形成されている。そして、この端面
部の上方に、第１と第２の超電導膜１と２の双方にまた
がるよう、マイクロブリッジ４が形成されている。この
マイクロブリッジ４の材質としてはＮｂ等の超電導体、
あるいは近接効果を利用したＳＮＳ構造のものではＡｕ
等の常電導体を用いることもある。

このような準平面型のマイクロブリッジ構造では、素子
動作を安定化するために微小とする必要のあるブリッジ
長が、比較的制御の容易な絶縁層３の膜厚によって決定
される関係上、平面上での微細加工に鎖る平面型のマイ
クロブリッジ構造等に比して有利である。

この準平面型マイクロブリッジ構造のジョセフソン接合
（以下、準平面型ジョセフソン接合と称する）における
マイクロブリッジ４は、従来、第１と第２の超電導膜１
と２の表面上にブリッジ素材を真空蒸着させ、次いでレ
ジストを塗布した後、電子ビーム露光と現像によって所
望の微小な幅の形状にバターニングして形成している。

その後、陽極酸化法によって接合の臨界電流値の調整を
行っている。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上のような準平面型ジョセフソン接合のマイクロブリ
ッジの従来の製造方法では、電子ビーム露光装置によっ
てサブミクロンオーダーの微細加工を行う必要があるう
えに、陽極酸化法による臨界電流値の調整は、再現性に
乏しく、かつ、不可逆的な反応であるために、酸化させ
すぎたときにはその接合は使用できない。従って、ある
一定の臨界電流値の接合を複数個製作することは困難で
あるとともに、歩留りの点でも問題がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、準平面型ジョセフソン接合のマイクロブリッ
ジを、第２図に例示するような減速機能を備えた集束イ
オンビーム装置を用いて、第１図（ａ）に示すように、
所定のエネルギに減速した集束イオンビームＢ１により
・ブリッジ素材４０を蒸着する工程と、同図ｆｂ）に示
すように、同じ集束イオンビーム装置からの、ビームＢ
、より高エネルギの集束イオンビームＢ２によって、既
に蒸着されているブリッジ素材４０をエッチングする工
程とを組み合わせることによって得ることを特徴として
いる。

〈作用〉 例えばブリッジ素材そのものをイオン化して集束イオン
ビームを作り、これをあるエネルギ以下に減速して照射
すると、そのイオンはその照射位置に蒸着して膜を作る
。

一方、同じ集束イオンビームをより高エネルギにして既
に蒸着しているブリッジ素材の膜に照射すれば、その膜
はスパッタによってエッチングされる。

本発明はこの点を利用したものである。つまり、同じ集
束イオンビーム装置で作った集束イオンビームを用いて
、そのエネルギを適宜に変更することでブリッジ素材の
蒸着とエッチングが可能であり、これを適当に組み合わ
せ、必要に応じて反復すれば、接合の臨界電流値を支配
する、マイクロブリッジの幅ないしは厚さを可逆的に調
整することができる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の特徴的工程の説明図で、第２図
はその工程に用いられる減速Ｈｆｆｇを備えた集束イオ
ンビーム装置の構成例の説明図である。

あらかじめ、適当な基板１０の表面に、スパッタ蒸着お
よびフォトリソグラフィ等によって所定パターンの第１
の超電導膜１を形成し、次いで、その上に絶縁層３と、
更にその上に第２の超電導膜２を同じくスパッタ蒸着に
よって形成した後、同様にフォトリソグラフィによって
バターニングしておく。なお、第１、第２の超電導膜１
，２としてはＮｂ等を、また、絶縁層３としてはＮｂ２
Ｏ５等を用いることができる。

以上は従来の製法と全く同じでよい。

次に、第１と第２の超電導膜１と２にまたがるマイクロ
ブリッジ４を作成するが、この作成は基板１０を第２図
に例示する減速機能付の集束イオンビーム装置のサンプ
ルステージ１７上に装着して行われる。

この減速機能付の集束イオンビーム装置は、チャンバ（
図示せず）内に液体金属イオン源１１、引出し電極４２
、静電型レンズ１３ａおよび１３ｂ、マスフィルタ１４
、偏向電極１５、減速電極１６、およびサンプルステー
ジ１７等を設けるとともに、イオンに加速エネルギを与
える加速電源１８と、イオンａ１１と引出し電極１２間
に電位差を与える引出し電源１９、および、イオンに減
速エネルギを与える減速電源２０を備えている。この構
成により、イオン源１１から引出されたイオンビームＢ
は静電型レンズ１３ａ、１３ｂで集束されると同時に、
マスフィルタ１４で所望イオンのみが選別されてサンプ
ルステージ１７に導かれるが、この集束イオンビームＢ
がサンプルステージ１７に到達するときのエネルギは、
加速電源１８と減速電源２０との出力電圧差に等しいも
のとなる。

すなわち、減速電源２０の出力調整により、原理的には
０〜加速電源１８出力までの間で連続的に集束イオンビ
ームＢのエネルギを変化させることができる。

さて、このような装置のサンプルステージ１７に基板１
０を装着し、例えばＮｂのマイクロブリッジを作成する
場合、チャンバ内を真空引きし、イオン源１１には例え
ばＮｂ−Ｎｉ合金を封入し、Ｎｂ”イオンを基板１０に
導くようセツティングする。

そして、まず、第１図（ａ）に示すようなブリッジ素材
４０の形成を行う。すなわち、減速電源２０の出力電圧
を大きくして、Ｎｂ”が第１、第２の超電導膜１，２の
表面に直接蒸着できる程度（２００ｅＶ以下程度）に減
速した集束イオンビームＢ、を発生させる。この集束イ
オンビームＢ＋を、マイクロブリッジを形成すべき位置
に照射しつつ、偏向電極１５で適宜に走査する。これに
より、図示のようなＮｂ蒸着膜（ブリッジ素材４０）が
形成される。

以上の工程で得られたブリッジにより、所望の接合Ｔ：
Ｉｎ界電流値が得られれば製造が完了したことになるが
、通常は一度の蒸着でこのような理想的な状態とはなら
ず、従って、次に臨界電流値の調整工程を設ける。

この調整工程では、先の工程で得られたブリッジによっ
て接合電流値が所望値より大であれば以下に示す既蒸着
のブリッジ素材４０のエッチングを、小であれば再度上
述の蒸着を選択する。

ブリッジ素材４０のエッチングは、第１図（ｂ）に示す
ように、集束イオンビーム装置の減速電源２０の出力電
圧を蒸着時よりも下げ、より高エネルギの集束イオンビ
ームＢ２を発生させて行われる。

すなわち、基板１０をサンプルステージ１７に装着した
ままの状態で、同じイオン源１１からのイオンを高エネ
ルギで基板１０に導くことにより、今度は既蒸着のブリ
ッジ素材４０をスパッタエッチングするわけである。こ
こで用いられるイオンは、蒸着工程と同じＮｂ”でもよ
いし、あるいはこの例のようにＮｂ−Ｎｉ合金をイオン
源として用いる場合には、マスフィルタ１４のセツティ
ングを変更してＮｉ゛を導くようにしてもよい。なお、
このエッチング時には、イオンビームの集束度を必要に
応じて調整し、照射位置でのスポット径を小さくするこ
とができる。

そして、このエッチング工程の後、接合臨界電流値が所
望値よりも小さくなり過ぎた場合には、再び前記した蒸
着を行えばよい。つまり、臨界電流値が所望値と一致す
るよう、ブリッジ素材の蒸着とそのエッチングを適宜に
反復すればよいわけで、いずれの工程も同じ集束イオン
ビーム”ＡＨのサンプルステージ１７上に基板１０を装
着した状態で行うことができる。

なお、ブリッジ素材の蒸着は、以上の実施例のように、
素材そのもののイオンを照射するほか、素材もしくはそ
の化合物ガスの雰囲気下で、任意のイオンからなる集束
イオンビームを照射し、雰囲気ガスの分子をそのイオン
ビームで付勢することによって目的位置に蒸着させる、
いわゆるイオンアシスト蒸着法を用いることができる。

このイオンアシスト蒸着を用いてＮｂ膜を蒸着させると
き、雰囲気ガスとしてはＮｂの有機化合物（例えば炭酸
ニオブ）のガスを、また、イオンビームにはＱ　ａ　＋
等を使用することができる。

また、ブリッジ素材のエッチングは、集束イオンビーム
そのものでエッチングするほか、所定の雰囲気ガスを介
して集束イオンビームを照射し、雰囲気ガスの分子を付
勢して目的位置に衝突させてエッチングする、いわゆる
イオンアシストエッチング法を採用することができる。

このときの雰囲気ガスとしては、Ｆもしくはその化合物
が考えられ、イオンとしてはＧａ゛等の適宜のものを使
用できる。

従って、本発明では、蒸着法としてイオンビーム蒸着も
しくはイオンアシスト蒸着を、エッチング法としてはイ
オンビーム（スパッタ）エッチングもしくはイオンアシ
ストエッチングを採用でき、これらを適宜に組み合わせ
ることができるが、いずれにしても、同じ減速機能付き
の集束イオンビーム装置のサンプルステージ上に基板を
載せた状態で、装置の条件を変更することでブリッジ素
材の蒸着とそのエッチングを、必要に応じて適宜に反復
的に選択実行できる。

なお、本発明は、マイクロブリッジとしてＮｂ等の超電
導体を用いたもののほか、ｐｔやＡｕ等の常電導体をマ
イクロブリッジに用いたＳＮＳ構造のジョセフソン接合
にも適用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、減速機能付の集
束イオンビーム装置により発生させた集束イオンビーム
を用いて、ブリッジ素材の蒸着とそのエッチングを行う
ことによって、ジョセフソン接合の臨界電流値を可逆的
に調整することが可能となり、ある一定の臨界電流値を
持つ接合を多数個製造することが可能となるとともに、
歩留りを向上させることができる。

同時に、従来の電子ビーム露光や陽極酸化法を用いる製
法に比して、工程の簡略化が計れ、かっ、製造の速度が
増すので、コストダウンを達成できるばかりでなく、ブ
リッジの作成〜調整を集束イオンビーム装置のチャンバ
内において一貫して行うので、大気からの汚染を防ぐこ
とができ、接合の信頬性が向上するという効果もある。

更に、接合臨界電流値の調整は、主としてブリッジの幅
と厚さの調整により行われることになるので、従来の陽
極酸化法に比してより定量的な把握が可能となり、再現
性の点においても優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の特徴的工程の説明図、第２図は
その工程に用いられる減速機能付きの集束イオンビーム
装置の構成例の説明図、第３図は準平面型ジョセフソン
接合の構造説明図である。 １９・・・引出し電源 ２０・・・減速電源 １・・・第１の超を導膜 ２・・・第２の超電導膜 ３・・・絶縁層 ４・・・マイクロブリッジ １０・・・基板 ４０・・・ブリッジ素材 Ｂ＋、Ｂｇ・・・集束イオンビーム ト・・液体金属イオン源 ２・・・引出し電極 ３ａ、１３ｂ・・・静電型レンズ ４・・・マスフィルタ ５・・・偏向電極 ６・・・減速電極 ７・・・サンプルステージ ８・・・加速電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の超電導膜の表面上に、絶縁層を介して第２の超電
   導膜をその端面部が上記表面上に位置するよう積層形成
   した後、上記端面部において上記第１と第２の超電導膜
   の双方にまたがるブリッジを形成することによりジョセ
   フソン接合を得る方法において、下記の（Ａ）と（Ｂ）
   の工程の組み合わせによって、上記ブリッジを形成する
   ことを特徴とする準平面型ジョセフソン接合の製造方法
   。 （Ａ）減速機能を有する集束イオンビーム装置からの所
   定のエネルギに減速した集束イオン ビームを用いて、上記ブリッジの素材を蒸 着する工程。 （Ｂ）上記（Ａ）の工程と同じ集束イオンビーム装置か
   らの、上記エネルギよりも高エネルギ の集束イオンビームを用いて、上記（Ａ）の工程により
   蒸着されたブリッジの素材をエ ッチングする工程。