JPH02234479A - 超伝導素子とその製造方法 - 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〕 本発明は超伝導弱結合部を有する超伝導素子とその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の超伝導弱結合部を有する超伝導素子としては超伝
導膜の一部に微細加工技術でくびれを形成したもの（ブ
リッジ素子ましくは近接効果素子）や超伝導体の一部を
先鋭化し、他の超伝導体平面に点接触させたもの（ポイ
ントコンタクト）が知られている．これらの超伝導弱結
合部を有する超伝導素子の製造方法はりソグラフィ技術
を用いていた．すなわち、超伝導体，上に形成したマス
夕を用いて超伝導体の一部を選択的にエッチングし微細
加工を行っていた。又ポイントコンタクト状のものは、
超伝導体の一部を先鋭化して微小領域を規定し、他の超
伝導体平面に接触させていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

超伝導弱結合部の特徴的寸法は材料の超伝導体のコヒー
レンス長程度となり、数＋ｎｍ〜数ｎｍとなる。その結
果従来構造の超伝導弱結合部を、従来の製造方法で実現
するためには、現在半導体素子製造技術で使われている
最先端技術を用いても、基板上に制御性良く均一性の高
い超伝導素子を形成する事は困難であった。

本発明の目的は、従来技術でも十分余裕のある微細加工
技術を適用する事が可能となり、基板上に制御性良く均
一性の高い超伝導素子を形成する事を可能とする弱結合
部を用いた超伝導素子及びその製造方法を提供する事に
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本願第１の発明の超伝導素子は、超伝導体の一部に超伝
導弱結合部を有する超伝導素子において、超伝導素子が
形成される基板上に頂上に平面をもたない凸部を有し、
該凸部の頂上に弱結合部が設けられているというもので
ある。

又、本願第２の発明の超伝導素子の製造方法は、超伝導
素子が形成される基板上に、頂上が平面でない凸部を形
成する工程と、全面に超伝導体膜を凸部の高さ以上の厚
さに形成する工程と、前記超伝導体膜をその表面を平坦
化することにより前記凸部で薄くして弱結合部を形成す
る工程とを有するというものである。

更に、本願第３の発明の超伝導素子の製造方法は、頂上
に平面をもたない凸部を有する第一の超伝導体を準備す
る工程と、該凸部を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜表面を平坦化し、前記第一の超伝導体の凸部の
一部を露出する工程と、第二の超伝導体からなる膜を形
成して前記露出部をおおい前記第一の超伝導体と接触さ
せて弱結合部を形成する工程とを有するというものであ
る。

〔作用〕

本願第１の発明においては、超伝導素子が形成される基
板上に、頂上部に平面をもたない凸部が設けられている
。そうしてこの凸部を被覆するように超伝導体膜を配置
し、超伝導体膜表面の凸部の程度を緩和する（平坦化）
と、基板凸部の頂上では超伝導体の膜厚がうすくなり、
弱結合部が凸部の頂上に配置される。超伝導体は凸部以
下の領域では凸部の高さに対応する厚さを有し、超伝導
配線として用いられ、凸部の部分にのみ選択的に弱結合
部が配置される。弱結合の程度は超伝導体の凸部の緩和
程度を制御する事で基板全面一括して行う事ができる。

その結果プロセス余裕の少ない微細加工技術を必要とせ
ず、基板全面に、制御性良く均一性の高い超伝導素子を
形成する事ができる。

本願第２の発明の超伝導素子の製造法によれば基板上に
凸部を形成し次に基板全面に超伝導体を堆積する。超伝
導体膜の厚さは基板上凸部の高さ以上であるため、超伝
導体膜は凸部を被覆し、且つ凸部に対応した部分で盛り
上がる。次の工程で超伝導体膜表面を平坦化すると盛り
上った部分の超伝導体が除去され、凸部に対応した部分
に膜厚の薄い超伝導体領域が形成される。すなわち、基
板の凸部に対応した部分に超伝導弱結合部が形成される
。弱結合の程度は超伝導体表面の平坦度を制御する事で
基板全面を一括して行う事ができる。その結果、プロセ
ス余裕の少ない微細加工技術を必要とせず基板全面に制
御性良く均一性の高い超伝導素子を形成する事ができる
。

本願第３の発明の超伝導素子の製造方法によれば第一の
超伝導体表面の一部に凸部を形成し、その凸部を絶縁膜
で被覆する。その結果、絶縁膜表面にも、前述の凸部に
対応して凸部が形成される．その後絶縁膜表面を平坦化
していくと、絶縁膜表面の凸部が緩和され、第一の超伝
導体表面の凸部に膜厚の薄い絶縁膜領域が形成される。

最終的には第一の超伝導体表面の凸部の頂上が露出する
．しかる後にその露出部を被覆するように第二の超伝導
体からなる膜を形成すると、第一の超伝導体と、第二の
超伝導体は露出部でのみ接触する。すなわち、弱結合部
が形成され、弱結合の程度は絶縁膜の平坦度を制御する
事で基板全面を一括して行う事ができる。その結果プロ
セス余裕の少ない微細加工技術を必要とせず、基板全面
に制御性良く均一性の高い超伝導素子を形成する事がで
きる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本願第１の発明の一実施例を示す超伝導素子チ
ップの断面図である。

例えばシリコン基板１０１上に一例として膜厚３００ｎ
ｍのニオブ膜を設けグランドプレーン１０２とした。グ
ランドブレーン１０２の主表面上に例えば二酸化シリコ
ンの層間絶縁膜１０３が膜厚２００ｎｍで全面に設けら
れている。二酸化シリコン層間絶縁膜１０３の一部に例
えば二酸化シリコンの突起部１０４が配置されている。

突起部１０４の高さは例えば２００ｎｍである。層間絶
縁膜１０３上に例えばニオブの超伝導体膜１０５が設け
られた．ニオブの主表面はほぼ平坦であり、突起部１０
４の頂点上での膜厚に約１０ｎｍであり、この部分に弱
結合部１０６が実現できる．すなわち、大きなプロセス
余裕度をもって基板全面に制御性良く均一性の高い超伝
導素子が得られる． 第２図（ａ）〜（ｂ）は本願第２の発明の一実施例を説
明するための工程順に配置した超伝導素子チップの断面
図である。例えばシリコン基板２０１上に一例として膜
厚３００ｎｍのニオブ膜でグランドプレーン２０２を形
成し、更にグランドプレーン上に重ねて例えば膜厚３０
０ｎｍの二酸化シリコン層間絶縁膜２０３を形成する（
第２図（ａ））。次にフォトレジスト，例えばシプレー
社製ＡＺ１３００をエッチングマスク２０７に用いて眉
間絶縁Ｍ２０３の加工を行う。エッチング条件の一例を
示すとＣＨＦ３　（流量１５ＳＣＣＭ）と０２　〔流量
８．６３ＣＣＭ）の混合ガスを用いてガス圧を３。ＯＰ
ａとし、電力密度０．０５Ｗ／ｃｍ２でプラズマ放電さ
せる。

その結果、二酸化シリコンは等方的にエッチングされ、
エッチングマスク２０７の端からアンダーカット状にエ
ッチイングが進行する（第２図（ｂ））。エッチングマ
スク２０７をアセトンで除去した後、例えば超伝導体膜
２０５としてニオブを厚さ２５０ｎｍにスパッタ法によ
り堆積する。その結果、層間絶縁膜２０３の突起部を反
映して超伝導体膜２０５表面に突起部が生じる（第２図
（Ｃ））。その後例えばシプレー社製レジスタＡＺ１２
７０を厚さｌｎｍに塗布しレジスト表面を平坦化してエ
ッチバックを行なう。

ＣＦ４　　（５０３ＣＣＭ）、ガス圧２Ｐａ、電力密度
０．０５Ｗ／ｃｍ２の条件下でレジストと二オブのエッ
チングレートを等しくし層間絶縁膜の突起が露出する直
前にエッチングを停止する（第２図（ｄ））。突起上の
超伝導体の厚さは約１０ｎｍで弱結合部が形成される。

この結果プロセス余裕度の少ない微細加工技術を必要と
せず大きなプロセス余裕をもって、基板全面に制御性良
く均−性の高い超伝導素子が形成できる。

第３図（ａ）〜（ｄ）は本願第３の発明の一実施例を説
明するための工程順に配置した超伝導素子チップの断面
図である。

シリコン基板３０１上に例えばニオブを用いたグランド
ブレーン３０２を形成し、その上に例えば二酸化シリゴ
ンより成る膜厚３００ｎｍの第１の層間絶縁膜３０３形
成する。次に、第１の層間絶縁膜３０３上に例えばニオ
ブを用いて第１の超伝導体膜３０８を形成する。ニオブ
膜厚は５００ｎｍとし、例えばシプレー社製Ａ２１３０
０をエッチングマスクに用いてニオブの等方的エッチン
グを行なう．エッチング条件はＣＦ４ガス流量５０ＳＣ
ＣＭ、ガス圧２０Ｐａ、電力密度０．０５Ｗ／ｃｍ２で
ある。その結果、残り膜厚２００ｎｍ，高さ３００ｎｍ
の突起３ｏ９が形成される（第３図（ａ））。次に第１
の超伝導体膜３０８上に例えば二酸化シリコン膜を３０
０ｎｍの厚さにスパッタ堆積して第２の眉間絶縁膜３１
０を形成する（第３図（ｂ））。その倹、第２図に示し
た実施例と同じ方法で例えばシプレー社製レジストＡＺ
１２７０平坦化層を用いてエッチバックし、第１の超伝
導体膜３０８の突起部の頂上を露出させる（第３図（Ｃ
））。しかる後に例えば膜厚２００ｎｍのニオブ膜で露
出部をおおい第２の超伝導体１１１３１を形成する。そ
の結果第１の超伝導体膜３０８と第２の超伝導体膜３１
１は第１の超伝導体膜の突起の頂点で接触し、弱結合部
が形成できる。この結果プロセス余裕度の小さい微細加
工技術を必要とせず、大きなプロセス余裕をもって基板
全面に制御性良く均一性の高い超伝導素子が形成された
。

第４図（ａ）〜（ｄ）は本願第３の発明の一実施例の変
形を説明するための工程順に配置した超伝導素子チップ
の断面図である。

シリコン基板４０１上に例えばニオブを用いたグランド
ブレーン４０２を形成し、その上に例えば二酸化シリコ
ンより成る膜厚３００ｎｍの第１の層間絶縁膜４０３を
形成する。次に、第１の層間絶縁膜４０３の一部に第２
図に示した実施例と同じ方法で突起部を形成する。第１
の層間絶縁膜上に例えばニオブを用いて第１の超伝導体
膜４０８を形成する。ニオブ膜厚は３００ｎｍとしたと
ころ、第１の層間絶縁膜の突起に対応した突起がニオブ
膜表面に実現したく第４図（ａ））。

その後、第３図を用いて説明した実施例と同様にして厚
さ３００ｎｍの二酸化シリコン膜（第２の眉間絶縁膜４
１０）を形成し（第４図（ｂ））、エッチバックを行な
い第１の超伝導体膜４０９の突起部を露出させ（第４図
（ｃ））、厚さ２００ｎｍのニオブ膜（第２の超伝導体
膜４１１）を形成する（第４図（ｄ））。

以上の各実施例においては、超伝導体に二オブを用いた
が、本発明の主旨は材料に限定されず、鉛，窒化ニオブ
等の金属や、イットリウム系，バリウム系．タリウム系
等の酸化物超伝導体あるいはその他のあらゆる超伝導材
料に適用できる。

〔発明の効果〕

本願第１の発明の構造によれば、微細加工技術を必要と
せず、大きなプロセス余裕度で基板全面に制御性良く均
一性高く配置でき、集積化に適した超伝導素子が実現で
きる。

本願第２の発明の製造方法によればプロセス余裕度向上
の困難な微細加工技術を不要にし、大きなプロセス余裕
をもって、基板全面に制御性良く均一性の高い平面型超
伝導素子が実現できる。

本願第３の発明の製造方法によれば、プロセス余裕度向
上の厳しい微細加工技術を不要にし、大きなプロセス余
裕をもって基板全面に制御性良く、均一性の高い縦型超
伝導素子が実現できる。

置した超伝導素子チップの断面図である。

１０１，２０１，３０１，４０１・・・シリコン基板、
１０２，２０２，３０２，４０２・・・グランドプレー
ン、１０３，２０３・・・層間絶縁膜、３０３４０３・
・・第１の眉間絶縁膜、１０４・・・突起部、一１０５
，２０５・・・超伝導体膜、１０６・・・弱結合部、２
０７・・・エッチングマスク、３０８，４０８・・・第
１の超伝導体膜、３０９・・・突起部、３１ｏ，４１０
・・・第２の眉間絶縁膜、３１１．４１１・・・第２の
超伝導体膜．

【図面の簡単な説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超伝導体の一部に超伝導弱結合部を有する超伝導
   素子において、超伝導素子が形成される基板上に頂上に
   平面をもたない凸部を有し、該凸部の頂上に弱結合部が
   設けられている事を特徴とする超伝導素子。
2. （２）超伝導素子が形成される基板上に、頂上が平面で
   ない凸部を形成する工程と、全面に超伝導体膜を凸部の
   高さ以上の厚さに形成する工程と、前記超伝導体膜をそ
   の表面を平坦化することにより前記凸部で薄くして弱結
   合部を形成する工程とを有する事を特徴とする超伝導素
   子の製造方法。
3. （３）頂上に平面をもたない凸部を有する第一の超伝導
   体を準備する工程と、該凸部を被覆する絶縁膜を形成す
   る工程と、該絶縁膜表面を平坦化し、前記第一の超伝導
   体の凸部の一部を露出する工程と、第二の超伝導体から
   なる膜を形成して前記露出部をおおい前記第一の超伝導
   体と接触させて弱結合部を形成する工程とを有する事を
   特徴とする超伝導素子の製造方法。