JPH0379090A - 超電導スイッチング装置およびその製造方法 - 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〕 本発明は超電導装置に係り、特に集積回路において信頼
性を向上せしめるために必要な超電導配線同士の接続部
の構造に関するものである３〔従来の技術〕 従来、超電導スイッチング装置において、超電配線同士
の接続部の構造は、超電導電線同士を直接、もしくは開
口部、を有する眉間絶縁膜を両超電導配線間に介して接
続した構造であった。これらの作製方法および構造に関
しては、アイビーエム・ジャナル・オブ・リサーチ・ア
ンド・ディベロップメント第２４巻（１９８０年）第１
９５頁から第２０５頁（ＩＢＭ　　Ｊ、　Ｒｅｓ、　Ｄ
ｅｖｅｌｏｐ、　Ｖｏｌ　２４゜ｐＰ１９５〜２０５．
１９８０）において述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、対をなす超電導配線の一方の表面の自
然酸化膜やフォト・プロセスによる汚染層を高周波スパ
ッタ法によって除去したのち、この表面に対となる他方
の超電導配線を形成して超電導接続を得る方法であり、
Ｎ便に用いることのできる構造である。しかし、超電導
配線膜表面の自然酸化膜や汚染層の厚みは一定ではなく
、また、この厚みを測定することは困難である。そのた
め、同一条件の高周波スパッタリングで除去した場合、
その除去する厚みが異なるため、接続部に流れる超電導
電流が種々変化し、ジョセフソン接合の臨界電流値より
低い値になることもある。さらに、接続される面配線の
組成が異なる場合、相互に粒界拡散が生じ、ヒロックや
ボイドの発生によって配線の信頼性が低下する等の問題
点があり、この点について配慮されていなかった。

本発明の目的は、超電導配線と超電導配線とを超電導接
続する際、その接続箇所に流れる超電導電流を正確に制
御でき、また超電導配線の信頼性を向上できる超電導接
続部の構造を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ジョセフソン接合（第１のジョセフソン接
合）を含んでなる超電導スイッチング装置において、超
電導接続される両超電導配線間に、ジョセフソン接合を
導入されることによって達成される。

上記の構成において、挿入されるジョセフソン接合（第
２のジョセフソン接合）の形成面積を選択することによ
り、所望の超電導電流値を得ることができる。

また、上記スイッチング用のジョセフソン接合（第１の
ジョセフソン接合）と、接続部に挿入されるジョセフソ
ン接合（第２のジョセフソン接合）とは、同一の積層プ
ロセスで形成した後に分離することにより形成可能であ
る。もちろん別々のプロセスで形成してもよい。

〔作用〕

ジョセフソン接合には、トンネル障壁層の形成条件１例
えば材質、厚み、酸化条件等によって定まる一定の超電
導臨界電流（ジョセフソン電流）が流れる。したがって
、超電導配線同士の接続部に流れる超電導電流は、接続
部の両配線間に挿入したジョセフソン接合部に流れるジ
ョセフソン電流によって決定づけられる。また、ジョセ
フソン電流はジョセフソン接合の形成面積に比例する。

したがって、所望とする超電導電流は、ジョセフソン接
合部の形成面積を規定することで、正確に制御すること
ができる。さらに、スイッチング動作を用うジョセフソ
ン接合と、超電導配線同士の接続部分に導入するジョセ
フソン接合を同時に形成すれば、超電導配線同士の接続
部に流れる超電導電流は両者のジョセフソン接合部の形
成面積の比によってあらかじめ設定することが可能であ
る。

さらに、超電導配線同士の接続部分にジョセフソン接合
を挿入した場合、面配線の組成が異なっても、ジョセフ
ソン接合のトンネル障壁層により相互拡散を抑制するこ
とが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、第１図を参照しながら以下
に述べる。（１００）面が表面と平行なＳｉウェハ１に
熱酸化を施し、厚さ５００ｎｍの表面酸化層（図示せず
）を形成する。

つぎに、Ｎｂからなる第２配ａＦＦｊ２および２′を１
５０ｎｍの厚さに直流スパッタ法によって形成する。こ
の後、ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエツチング法に
より、配線用パターンの加工形成を行う。

さらに、スイッチング素子としての第１のジョセフソン
接合を形成する。すなわち、下部電極３となるＮｂ膜（
膜厚２００　ｎ　ｍ）の直流スパッタ法による形成、ト
ンネル障壁層４となるＡＱ２０゜の形成（Ａｆｌ膜（膜
厚５ｎｍ）の直流スパッタによる形成と酸化）、さらに
上部電極５となるＮｂ膜（膜厚１０１００ｎの直流スパ
ッタによる形成を連続的に行う（第１図（ａ））。

つぎにマスク６を用いてＣＦ４ガスを用いた反応性イオ
ンエツチングにより上部電極５と下部電極３のＮｂ膜の
加工を、Ａｒガスを用いたイオンビームエツチングによ
りトンネル障壁層４の加工を行い、第１のジョセフソン
接合を含む電極膜パターン（膜３，４．５）と、第２の
ジョセフソン接合を含む電極膜パターン（膜７，８．９
）を形成する（第１図（ｂ））。つぎに、上記第１．第
２の各々のジョセフソン接合部を規定するためのレジス
トパターンを形成する。ここで、スイッチング動作を行
う第１のジョセフソン接合はレジストパターン１１、第
２のジョセフソン接合はレジストパターン１ｏによって
各々接合面積を規定する。このレジストパターンに従っ
てＣＦ、ガスを用いた反応性イオンエツチングにより上
部電極５ならびに９のＮｂ膜の加工を行う。この後、同
レジストパターンを用いてＳｉ　１２で埋め戻す（第１
図（Ｃ））。レジストと不要なＳｉを有機溶剤で除去す
る。次に、第１配線ＷＪ１３を形成する。

まず、第１配線ＪＦｆ１３に対応するフォ１〜レジスト
パターンを形成する。ついで、ｒｆスパッタクリニング
によって下地表面の清浄化処理を行ったのちＰｂ−１２
ｗｔ％Ｉｎ−４ｗｔ％Ａｕ膜を５４０ｎｍ形成する。こ
の後、有機溶剤によってフォトレジストを除去すると第
１配線層１３が完成する。

本実施例ではジョセフソン接合部（膜７，８゜９）の形
成面積と超電導配線同士の接続部に挾んだ接合（膜３，
４．５）の形成面積を１：２としたため、接合電流が１
００μＡの場合、超電導接続層の臨界電流は２００μＡ
となる。このように形成面積比を設定することで、任意
の超電導接続層の臨界電流を規定できる。また、本実施
例では超電導膜にはＮｂ膜を用いたが、他の超電導膜、
例えば、Ｐｂ、ＰｂＩｎＡｕ合金、ＮｂＮといったもの
を用いた場合でも本発明の目的は達成できる。

尚、第１図に示したのは２つのジョセフソン素子を含む
スイッチング装置の一単位分の植成であるが、この単位
構成を複数個組合せて用いることももちろん可能である
。第１図はそのような場合を想定した構造を示しており
、隣接するスイッチング装置における第２のジョセフソ
ン接合下の第２の配線層２と共通にされてなる配線層２
′上に第１のジョセフソン素子が形成される。これによ
り複数のスイッチング装置を直列あるいは並列に組合せ
て用いることができる。

（発明の効果〕 本発明によれば、超電導配線同士の接続部に流れる超電
導臨界電流値をジョセフソン接合の形成面積を規定する
ことで再現性よく正確に制御できるという効果を奏する
。

また、超配線の組成が異なっても、ジョセフソン接合の
トンネル障壁層によって相互拡散を抑制し、配線の信頼
性を向上せしめることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の素子の形成工程を示す縦断
面図である。 １・・・・・・Ｓｉウェハ、２，２′・・・・・・第２
配線層、７・・・・・・下部電極、８・・・・・・トン
ネル障壁層、９・・・・・・上部電極、１２・・・・・
・層間絶縁膜、１３・・・・・・第１配ＭＡＲ０ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の下部電極、第１のトンネル障壁層、および第
   １の上部電極をこの順序に有してなる第１のジョセフソ
   ン接合と、上記第１の上部電極と接して設けられた第１
   の超電導配線とを含んでなり、上記第１の超電導配線は
   第２のジョセフソン接合を介して第２の超電導配線と超
   電導接続されてなることを特徴とする超電導スイッチン
   グ装置。 ２、上記第２のジョセフソン接合は上記第２の超電導配
   線の上に第２の下部電極、第２のトンネル障壁層、およ
   び第２の上部電極の順で形成されてなることを特徴とす
   る請求項１記載の超電導スイッチング装置。 ３、上記第１の下部電極、第１のトンネル障壁層、およ
   び第１の上部電極の各々と、上記第２の下部電極、第２
   のトンネル障壁層、第２の上部電極の各々とを同一のプ
   ロセスで形成した後に加工して分離することを特徴とす
   る請求項２記載の超電導スイッチング装置の製造方法。