JPH04130676A - 準平面型ジョセフソン接合素子を用いたｄｃ―ｓｑｕｉｄ - 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、例えば生体磁気測定や磁気探知等の微小磁界
測定に用いられるＤＣ−ＳＱＵＩＤに関する。

〈従来の技術〉 ジョセフソン接合の形態として、準平面型のものか知ら
れている。準平面型のジョセフソン接合では、下部電極
の上に絶縁層を介して上部電極か形成され、これらの下
部電極と上部電極の表面がブリッジによって互いにウィ
ークに接合された構造を持つ。このような準平面型のジ
ョセフソン接合では、そのウィークリンク長か上部電極
と下部電極の間に介在する絶縁層の厚さによって決まる
ため、平面上の微細加工を必要とする平面型のジョセフ
ソン接合に比して、比較的制御が容易な膜厚の調整によ
ってそのウィークリンク長か定まる点において有利であ
る。

従来、このような準平面型のジョセフソン接合を２か所
に有するＤＣ−ＳＱＵＩＤはすでに実用化されている。

従来の準平面型ジョセフソン接合を有するＤＣＳＱＵＩ
Ｄは、例えば第２図ないし第６図に平面図で示すような
手順で製造される。なお、これらの図においては、層間
絶縁層およびバリア層の図示は省略（透視）している。

すなわち、まず基板上にＮｂ系等の超電導体薄膜を製膜
してモジュレーションコイル１とインプットコイル２を
パターニングする。この状態を第２図に示す。次に、層
間絶縁層およびコンタクトホールを形成した後、その上
方から同じく超電導体薄膜を製膜してグランドブレーン
３とインプットコイル引き出し電極２ａをパターニング
する。

この状態を第３図に示す。

その後、層間絶縁層およびコンタクトホールを形成し、
超電導体薄膜を製膜して第４図に示すようにＳＱＵＩＤ
リング４のパターニングを行う。

次いでこのＳＱＵＩＤリング４を下部電極としてその表
面全面にバリア層（絶縁層）を形成する。

その後、バリア層の上に超電導体薄膜を製膜して上部電
極を兼ねるカウンタ電極５のパターニングを行う。この
状態を第５図に示す。

最後に、その上から超電導体薄膜を製膜して、第６図（
ａ）に全体平面図を、同図（ｂ）にそのＢ部拡大図を示
すようなブリッジ６をパターニングする。

ブリッジ６を形成する手順を詳しく述へると、下記の通
りである。

■第５図の状態から、ブリッジとＳＱＵＩＤリング４（
下部電極）およびカウンタ電極５との超電導コンタクト
をとるために、素子全面のスパッタエツチングを行う。

■次に、ブリッジを形成するための超電導体薄膜を製膜
するか、この製膜は、膜の自然酸化等の成長を抑えるた
め、上記したエツチングと同一の真空チャンバ内で行つ
。

■その後、レジストを塗布し、ブリッジパターンの電子
ビーム露光（以下、ＥＢ露光と称する）を行う。このと
き、ブリッジパターンはサブミクロン幅の均一なライン
を必要とするため、ＥＢ露光を行うことはは必須である
。

■その後、このレジスト膜をマスクとしてスパッタエツ
チングまたはりアクティブイオンエツチング（ＲＩＥ）
によるブリッジのパターニングを行う。

以上により、カウンタ電極５の左右に１か所ずつジョセ
フソン接合部７ａ、７ｂが得られる。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上のような従来の準平面型ジョセフソン接合を有する
ＤＣ−ＳＱＵＩＤの構造および製造方法によれば、■の
工程は前記したようにブリッジ６とＳＱＵＩＤリング４
間、およびブリッジ６とカウンタ電極５間を超電導接続
するための工程で、しかも、ブリッジ部分を構成する超
電導体薄膜の製膜と同一のチャンバ内で行う必要がある
ため、そのエツチング方法はスパッタエツチングに限ら
れる。

ところで、一般にスパッタは電界によって加速された粒
子の衝突による物理的なプロセスであるため、エツチン
グの異方性が大きい。従って、特に準平面型のブリッジ
が形成されるような段差のある部分は、その段差の影に
なる部分のエツチングレートか遅くなる。このため、ブ
リッジが形成されるべき位置にごく薄い酸化膜が残るこ
とがあり、この場合、接合の臨界電流値か小さくなる。

このような残った酸化膜の厚さが２つのジョセフソン接
合部で全く同じであるならば問題はないか、実際にはカ
ウンタ電極５の左右に接合かできるため、スパッタ粒子
の方向性により、片側の酸化膜が少なく、他側は厚くな
って残る場合が殆どである。その結果、左右の接合の臨
界電流にアンバランスが生じ、ＳＱＵＩＤの特性を劣化
させるという問題がある。

なお、上記の場合において、酸化膜が完全に無くなるま
でエツチングを行えば良いのであるか、酸化膜とＮｂ膜
等の超電導体薄膜のエツチングレートは極端に違うため
、酸化膜を完全に無くそうとすると、カウンタ電極５に
与えるダメージか大きくなってしまう。

以上のような問題を解決する手段として、第７図に示す
ように、２か所のジョセフソン接合部が形成されるカウ
ンタ電極５のエツジを同じ側となるようにブリッジ６ａ
、６ｂをパターニングする方法が考えられる。しかし、
この方法では、ノくタニングの際のＥＢ露光の再現性が
問題となる。

すなわち、従来の方法ではブリッジ６のラインを１回の
描画で行うか、この方法では２回の描画が必要となり、
ＥＢ露光のライン幅の再現性に接合の臨界電流値が左右
されてしまうという新たな問題が生じる。

本発明は以上のような問題を解決するためになされたも
ので、１回のＥＢ露先によるプリツジノ（ターンの描画
により、２つのジョセフソン接合の臨界電流値にアンバ
ランスを生じることかなく、容易に高性能化を達成する
ことのできる構造のＤＣ−ＳＱＵＩＤを提供することに
ある。

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、本発明のＤＣ−ＳＱＵＩＤ
は、実施例に対応する第１図に示すように、上部電極（
カウンタ電極）５の先端部の平面形状か、互いに１８０
度未満の角度で交差する２辺５ａ、５ｂを有する凸型を
なし、この先端部の両辺５ａ、５ｂを跨がる１本の直線
状のブリ・ソジ６によって、上部電極５と下部電極（Ｓ
ＱＵＩＤリング）４の表面が２か所でウィークに接合さ
れていることによって特徴付けられる。

く作用〉 前記したようにスパッタエツチングの特性により、２つ
のジョセフソン接合部か上部電極５の同一のエツジ側に
あれば残った酸化膜の厚さにアンバランスか生じにくく
、また、ＥＢ露先の特性により、描画は１回であること
が望ましい。本発明はこの２つの条件を同時に満足しよ
うとするものである。

すなわち、上部電極５の先端部に、互いに１８０度未満
で交差する２辺５ａ、５ｂを形成し、この両辺５ａ、５
ｂを跨ぐような１本の直線状のブリッジ６を設けること
により、特に上記の角度か１８０度に近ければ近いほど
、２つのジョセフソン接合部直下におけるスパッタエツ
チング時のエツチングレートに差は生じず、そこに残る
酸化膜の厚さもほぼ同一となって、所期の目的が達成さ
れる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の要部の拡大平面図で、他の部分
は第６図に示した構成と同等である。

下部電極を構成するＳＱＵＩＤリング４の上方に、バリ
ア層（図示せず）を介して上部電極となるカウンタ電極
５か形成されている。このカウンタ電極５の先端部は、
その両側縁部を切り欠いたような凸型の形状を有してお
り、この例ではこの凸型を形成する両斜辺５ａ、５ｂは
、互いに約９０度の角度で交差している。

そして、この両斜辺５ａ、５ｂの双方を跨ぐように、１
本の直線状のブリッジ６か形成されており、このブリッ
ジ６は、両斜辺５ａ、５ｂ上のカウンタ電極５のエツジ
部において、バリア層を介してこのカウンタ電極５の表
面とＳＱＵＩＤリング４の表面とをウィークに接合し、
ここに２か所の準平面型ジョセフソン接合部７ａ、７ｂ
を形成している。

以上の本発明実施例の製造方法は、前記した従来の製造
方法において、カウンタ電極５のパターンを第１図のよ
うに変更するだけでよい。

そして、この構造によれば、バリア層のスパッタエツチ
ングの際に、ジョセフソン接合部７ａ。

７ｂが形成されるべき段差のあるカウンタ電極５のエツ
ジは、従来のように完全に反対側のエツジとはならず、
より同一の側に近い状態となって、酸化膜が残ってもそ
の膜厚はほぼ同等な厚さとなり、左右のジョセフソン接
合部７ａ、７ｂの臨界電流値にアンバランスか生じにく
い。

また、ブリッジ６をパターニングするためのＥＢ露光は
、直線状の１回でよく、その再現性を考慮する必要はな
い。

ここで、カウンタ電極５の先端の角度は、１８０度未満
であればいいわけで、かつ、１８０度に近ければ近いほ
ど、スパッタエツチングの異方性の影響は少なくなるか
、あまり大きい角度にすると、ブリッジパターニング時
の位置合わせの問題や、実効的な接合の幅が増加するこ
ともあるのて、この点も併せて、使用するスパッタ装置
によって最適な角度が存在する。このようなことから考
慮すると、この角度は、３０〜１５０度程度か望ましい
と言える。

なお、以上の実施例ては、下部電極としてＳＱＵＩＤリ
ングを、上部電極としてカウンタ電極を採用した場合に
ついて述べたか、本発明は、カウンタ電極を下部電極と
し、ＳＱＵＩＤリングを上部電極とした構造にも全く等
価に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、上部電極の先端
部の平面形状を、互いに１８０度未満の角度で交差する
２辺を有する凸形状にして、この２辺を跨ぐような１本
の直線状のブリッジによって上部電極と下部電極とを絶
縁層を介して２か所でウィークに接合してジョセフソン
接合部を形成したから、従来の製造方法に特に余分な工
程を付加することなく、ブリッジと各電極との超電導接
続のためのスパッタエツチング時におけるエツチングの
異方性があっても、２つのジョセフソン接合部の臨界電
流値を揃えることかでき、容易に高性能のＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤを得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の要部構成を示す平面図、第２図
ないし第６図は従来のＤＣ−ＳＱＵＩＤの製造方法を説
明する平面図、 第７図は従来の問題を解決するための一手法の説明図で
ある。 １・・・・モジュレーションコイル ２・・・・インプットコイル ３・・・・グランドプレーン ４・・・・ＳＱＵＩＤリング（下部電極）５・・・・カ
ウンタ電極（上部電極） ５ａ、５ｂ・・・・斜辺 ６・・・・ブリッジ ７ａ、７ｂ・・・・ジョセフソン接合部特許出願人　　
　株式会社島津製作所 代　理　人　　　　弁理士　西１）新 第４図 第６図 （ａ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下部電極の上方に絶縁層を介して上部電極が形成され、
   その下部電極と上部電極の表面か、これらに跨がって形
   成されたブリッジにより２か所において互いにウィーク
   に接合され、かつ、上記下部電極もしくは上部電極のい
   ずれか一方がＳＱＵＩＤリングパターンを有してなるＳ
   ＱＵＩＤにおいて、上記上部電極の先端部の平面形状が
   、互いに１８０度未満の角度で交差する２辺を有する凸
   型をなし、この先端部の両辺を跨がる１本の直線状のブ
   リッジによって上記上部電極と下部電極の表面が２か所
   でウィークに接合されていることを特徴とする、準平面
   形ジョセフソン接合素子を用いたＤＣ−ＳＱＵＩＤ素子
   。