JPH04116989A - Squidおよびその製造方法 - Google Patents

Squidおよびその製造方法

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JPH04116989A
JPH04116989A JP2237956A JP23795690A JPH04116989A JP H04116989 A JPH04116989 A JP H04116989A JP 2237956 A JP2237956 A JP 2237956A JP 23795690 A JP23795690 A JP 23795690A JP H04116989 A JPH04116989 A JP H04116989A
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squid
substrate
superconducting loop
input coil
layers
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Teruo Kido
照雄 木戸
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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〉 この発明は超伝導ループ所定箇所にジョセフソン接合部
(以下、JJと略称する)が形成されているとともに、
超伝導ループに効率よく磁束を導く入力コイルが配置さ
れてなる基本構成を有し、かつ全体が基板上に集積化さ
れたSQUID(超伝導量子干渉計、Supercon
ductlng QuantumInterf’ere
nce Device )およびその製造方法に関する
〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来から非常に高感度の磁束検出を行なうことができる
という特質に着目して、種々の分野でSQUIDが応用
されている。また、SQUIDには、ジョセフソン接合
(以下、JJと略称する)を1つだけ有するrf−8Q
UIDと、JJを2つ有するdc−9QUIDとがあり
、従来は「f−SQUIDが一般的に用いられていたが
、最近では薄膜製造技術が進歩して特性が揃った2つの
JJが得られるようになってきたので、磁束検出感度が
高いdc−SQUIDが広く用いられるようになってき
た。
第5図はdc−SQUID磁束計の原理を説明する電気
回路図であり、超伝導ループ(51)の所定箇所に2つ
のJ J (52)が形成されているとともに、2つの
J J (52)を挾んで超伝導ループ(51)にバイ
アス電流を供給している。そして、測定対象の磁束を検
出するためのピックアップ・コイル(54)と接続され
た人力コイル(53)を超伝導ループ(51)に近接さ
せて設けている。尚、(55)は磁束ロック・ループ動
作を行なわせるためのモジュレーション・コイルである
第6図は従来のSQU I Dの構成を示す縦断面図で
あり、入力コイル(53)と超伝導ループ(51)とJ
 J (52)とが積層形成されている。尚、(5B)
は抵抗、(57)は配線、(58)は層間絶縁である。
上記の構成のSQUIDであれば、入力コイル(53)
と超伝導ループ(51)とを接近させることができるの
で、入力コイル(53)から超伝導ループ(51)への
磁束伝達効率が高くなるという利点を有することになる
この構成のSQUIDは、多層構成であるから層間絶縁
が必須であるが、SQU I Dの特性の劣化を防止し
なければならない関係上、層間絶縁を形成するに際して
高温の膜形成プロセスを採用できず、この結果、良好な
層間絶縁膜を得ることかできないという不都合がある。
また、各層を形成するに当って層数の増加に伴なって良
好な平坦化が達成できなくなるので微細加工か困難にな
り、あえて微細加工を行なおうとすれば断線等が生じて
しまうという不都合がある。この結果、SQUIDを製
造するに当って歩留りが低下してしまうという不都合が
ある。
〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
多層化に起因する種々の不都合を解消して良好な特性を
有するSQUIDを得ることおよびこのようなSQUI
Dを得るための製造方法を提供することを目的としてい
る。
く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明のSQUIDは
、基板の一方の面に超伝導ループおよびジョセフソン接
合部が形成されてあるとともに、他方の面に少なくとも
入力コイルが形成されてある。
但し、入力コイルを覆うように超伝導シールド層が形成
されてあることが好ましい。
上記の目的を達成するための、この発明のSQUID製
造方法は、基板の一方の面に超伝導ループおよびジョセ
フソン接合部を形成し、他方の面にコイルを形成する方
法である。
〈作用〉 以上の構成のSQUIDであれば、基板の一方の面に超
伝導ループおよびジョセフソン接合部が形成されてある
とともに、他方の面に少なくとも入力コイルが形成され
てあるので、SQUID全体としての層数は殆ど変化し
ないが、基板を基準とするそれぞれの側における層数が
著しく減少する。この結果、高温プロセスにより絶縁膜
を形成できるので、良好な層間絶縁を達成できる。また
、基板を基準とするそれぞれの側の層数が減少するので
平坦化を簡単に達成でき微細加工を簡単に達成できる。
したがって、良好な特性を有するSQUIDを簡単に得
ることができる。
そして、入力コイルを覆うように超伝導シールド層が形
成されてある場合には、基板が介在していることに伴な
って入力コイルと超伝導ループとの距離が大きくなり、
そのままでは磁束伝達効率か低下するという不都合を解
消し、基板の介在に拘らず入力コイルと超伝導ループと
の間の磁束伝達効率を高めることができる。
以上のSQUID製造方法であれば、基板の一方の面に
超伝導ループおよびジョセフソン接合部を形成し、他方
の面にコイルを形成するのであるから、SQUID全体
としての層数は殆ど変化しないが、基板を基準とするそ
れぞれの側における層数が著しく減少する。この結果、
高温プロセスにより絶縁膜を形成できるので、良好な層
間絶縁を達成できる。また、基板を基準とするそれぞれ
の側の層数が減少するので平坦化を簡単に達成でき微細
加工を簡単に達成できる。したがって、良好な特性を有
するSQUIDを簡単に得ることができるとともに、S
QU I D製造に当っての歩留りを高めることができ
る。
〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。
第1図はこの発明のSQUIDの一実施例を示す縦断面
図であり、基板(1)の一方の面にニオブ(Nb )等
の超伝導体からなる超伝導ループ(2a)、J J (
2b)、SiOからなる絶縁膜(2c) (2d)、超
伝導体からなる配線(2e)およびSjOからなる絶縁
膜(2「)が形成されているとともに、他方の面に超伝
導体からなる入力コイル(3a)およびSfOからなる
絶縁膜(3b)が形成されている。
したがって、基板(1)を基準としてそれぞれの側に積
層形成される層数を減少させることができ、この結果、
良好な層間絶縁を達成できるとともに、各層の良好な平
坦化を達成でき、特性が良好なSQUIDを得ることが
できる。
第2図はこの発明のSQUID製造方法を説明する縦断
面図であり、第2図(A)に示すように、比抵抗が30
Ω・口のシリコン基板(1)の両面に対して電子ビーム
蒸着法により、R,1,E (Reactive lo
nEtchingンの工・ンチ・スト・ンバとしての膜
厚10nmのMgO層(21)を形成した後、第2図(
B)に示すように、A「圧力が8 m Torr、、ス
パッタ電圧が300 V、  スパッタ電流か1.OA
の直流マグネトロン・スパッタリング法により堆積速度
12 OnIl/ ll1n、で膜厚200n−のニオ
ブ層(22)を形成し、さらに、同図(C)に示すよう
に、コーチインク条件3. 500’r、p、g+、で
フォト・レジスト(23) (例えば、75MR880
0)をコーティングする。その後、同ff1(D’)に
示すように、両面のフォト・レジスト(23)を同時露
光し、現像し、さらに111′、)℃で30分間、後処
理ベーキングしてレジスト・パターンを形成し、次いで
、同図(E)に示すように、CF4圧力が200rri
T。
rr、、RFパワーが100Wの平行平板型ドライ・エ
ツチング装置を用いたR、1.E、法により、レジスト
・パターンをマスクとして両ニオブ層(22)をエツチ
ングし、超伝導ループ(2a)および入力コイル(3a
)を形成する。その後、同図(F)に示すように、両面
に残留しているフォト・レジス) (23)を除去して
から、人力コイル(3a)上に、5102のCVD、5
102のRFスパッタ、またはSiOの蒸着により膜厚
350niの絶縁層 (25)を形成する。その後、第
2図(C)(D)と同様に、絶縁膜(25)の表面にフ
ォト・レジストを塗布し、パターンニングした後、CF
 4圧カが 20 m Torr、、RFパワーが10
0Wの平行平板型ドライ・エツチング装置を用いたR、
I、E、法によりコンタクト・ホール(図示せず)を形
成し、同図(G)に示すように、超伝導ループ(2a)
側にJ J (2b)を形成してパターンニングし、膜
厚が400n1こなるようにSiOを蒸着してパターン
ニングすることにより絶縁層(26)を形成する。さら
に、絶縁層(26)に積層されるように、図示しない抵
抗、配線および層間絶縁層を形成する。
以上の一連の薄膜製造プロセスを行なうことにより集積
化されたSQUIDを得ることができるのであるが、基
板(1)を基準としてそれぞれの側における積層膜数を
減少させることができるとともに、J J (2b)が
形成されるまでは高温プロセスを用いることができる関
係上、絶縁材料として 5102を用い−ることができ
るので、良好な絶縁膜を得ることができるとともに、良
好な平坦化を達成でき、この結果、断線等を伴なうこと
なく微細加工を行なうことができるとともに、SQUI
Dの製造歩留まりを高めることができる。
尚、少なくとも入力コイル(3a)については、ニオブ
に代えて酸化物超伝導体、化合物超伝導体等を用いるこ
とができる。
〈実施例2〉 第3図はこの発明のSQU I Dの他の実施例を示す
縦断面図であり、上記実施例と異なる点は、絶縁層(3
b)の上にニオブからなる超伝導シールド(3c)およ
び絶縁層(3d)がさらに形成されている点のみである
したがって、この実施例の場合には、人力コイル(3a
)と超伝導ループ(2a)との距離が広くなることに起
因する磁束伝達効率の低下を防止して、入力コイル(3
a)により生成される磁束を効率よく超伝導ループ(2
a)に導くことができる。
第4図は第3図の構成のSQUIDを製造する方法を説
明する縦断面図であり、第2図の製造方法と異なる点は
、コンタクト・ホールを形成するプロセスと、超伝導ル
ープ(2a)側にJ J (2b)を形成するプロセス
との間において、入力コイル(3a)側に、Ar圧力が
8 m Torr、 、スパッタ電圧が300v、スパ
ッタ電流が1.OAの直流マグネトロン・スパッタリン
グ法により堆積速度120n■/sin、で膜厚350
 nmのニオブ層(27)を超伝導シールド(3c)と
して形成し、さらに、第2図(C)〜(E)と同様にパ
ターンニングするプロセスを追加した点のみである。
したがって、この実施例の場合には、超伝導シールド(
3c)を形成することにより入力コイル(3a)と超伝
導ループ(2a)との間の磁束伝達効率を高めることが
でき、特性が良好なSQUIDを得ることができる。
尚、少なくとも入力コイル(3a)および超伝導シール
ド(3c)については、ニオブに代えて酸化物超伝導体
、化合物超伝導体等を用いることができる。
〈発明の効果〉 以上のように第1の発明は、基板を基準とするそれぞれ
の側における層数を著しく減少させ、高温プロセスによ
り形成できる絶縁膜の数を増加させることができるので
、良好な層間絶縁を達成できるとともに、各層の平坦化
を簡単に達成して微細加工を簡単に達成でき、この゛結
果、良好な特性を有するSQUIDを簡単に得ることが
できるという特有の効果を奏する。
第2の発明は、基板が介在していることに伴なって入力
コイルと超伝導ループとの距離が大きくなり、そのまま
では磁束伝達効率が低下するという不都合を解消し、基
板の介在に拘らず入力コイルと超伝導ループとの間の磁
束伝達効率を高めることができるという特有の効果を奏
する。
第3の発明は、基板を基準とするそれぞれの側における
層数を著しく減少させ、高温プロセスにより絶縁膜を形
成できるので、良好な層間絶縁を達成できるとともに、
各層の平坦化を簡単に達成して微細加工を簡単に達成で
き、この結果、良好な特性を有するSQU I Dを簡
単に得ることができるとともに、歩留まりを著しく高め
ることができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のSQUIDの一実施例を示す縦断面
図、 第2図はこの発明のSQUID製造方法を説明する縦断
面図、 第3図はこの発明のSQUIDの他の実施例を示す縦断
面図、 第4図は第3図の構成のSQUIDを製造する方法を説
明する縦断面図、 第5図はda−SQUID磁束計の原理を説明する電気
回路図、 第6図は従来のSQUIDの構成を示す縦断面図。 (3c)・・・超伝導シールド 代  理  人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板(1)の一方の面に超伝導ループ(2a)およ
    びジョセフソン接合部(2b)が形成されてあるととも
    に、他方の面に少なくと も入力コイル(3a)が形成されてあることを特徴とす
    るSQUID。 2、入力コイル(3a)を覆うように超伝導シールド層
    (3c)が形成されてある上記特許請求の範囲第1項記
    載のSQUID。 3、基板(1)の一方の面に超伝導ループ(2a)およ
    びジョセフソン接合部(2b)を形成し、他方の面にコ
    イル(3a)を形成することを特徴とするSQUID製
    造方法。
JP2237956A 1990-09-07 1990-09-07 Squidおよびその製造方法 Expired - Lifetime JPH0834319B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04269681A (ja) * 1991-02-26 1992-09-25 Seiko Instr Inc 高感度磁場検出器の製造方法
CN110637347A (zh) * 2017-05-15 2019-12-31 国立研究开发法人理化学研究所 超导磁体

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JPH04269681A (ja) * 1991-02-26 1992-09-25 Seiko Instr Inc 高感度磁場検出器の製造方法
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