JPH04302181A - 準平面型ジョセフソン接合素子の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は生体磁界等の極微小
磁界を計測するためのＳＱＵＩＤ等に適用される、準平
面型ジョセフソン接合部素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】　　ジョセフソン接合部を有する素子の
うち、準平面型の素子は、図５に平面図（Ａ）および断
面図（Ｂ）を例示するように、基板１上に超電導体薄膜
製の下部電極２を形成し、その上に絶縁層５を介して超
電導体薄膜製の上部電極３を形成して、この上部電極３
と下部電極２の表面の双方に跨がるような超電導体薄膜
製のブリッジ４を形成して、このブリッジ４によって下
部電極２と上部電極３とをウィークに接合した構造を採
る。

【０００３】このような準平面型のジョセフソン接合素
子では、極めて微小な長さを要求されるウィークリンク
長が、上部電極３と下部電極２の間に介在する絶縁層５
の膜厚によって決まるため、このウィークリンク長を平
面上での微細加工に頼る平面型のジョセフソン接合素子
に比して、再現性よく良好な性能のジョセフソン接合素
子が得られるという利点がある。

【０００４】このような準平面型のジョセフソン接合素
子を製造する場合、従来、基板１を洗浄後、その表面に
Ｎｂ薄膜製の下部電極２をリフトオフ法によってパター
ン形成した後、この下部電極２の表面を酸化し、Ｎｂ酸
化物による絶縁層５を形成する。その後、Ｎｂ薄膜製の
上部電極３をリフトオフ法によってパターン形成し、こ
の状態で逆スパッタによる表面クリーニングを施すこと
により、下部電極２上の不要なＮｂ酸化物による絶縁層
５等を除去し、その上からＮｂ薄膜を形成し、電子ビー
ム露光等によってブリッジ４のパターニングを行う等の
方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】　　ところで、以上の
ような従来の製造方法においては、ブリッジ４用薄膜の
製膜前の逆スパッタによる表面クリーニング時に、スパ
ッタされたＮｂ酸化物が、上部電極３の端面に再付着す
る場合があるとともに、逆スパッタの際の電界分布が、
上部電極３の端面下部において弱くなり、この部分のエ
ッチングレートが低下し、表面にＮｂ酸化物が残存して
しまうという問題があった。このような場合には、いず
れも、ブリッジ４と下部電極２，上部電極３の間の超電
導コンタクトが弱くなり、素子の歩留りが低下する原因
となっている。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、準平面型のジョセフソン接合素子において、ブリ
ッジと上部および下部電極との間に良好な超電導接続を
得ることのできる製造方法の提供を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】　　上記の目的を達成す
るため、本発明は、下部電極２と絶縁層５および上部電
極３の形成後、ブリッジ４を形成する前に、下部電極２
と上部電極３の表面をリアクティブイオンエッチング（
ＲＩＥ，反応性イオンエッチング）によりクリーニング
することによって特徴付けられる。

【０００８】

【作用】　　下部および上部電極２および３をリアクテ
ィブイオンエッチングすると、Ｎｂ酸化物の再付着の問
題は改善されるとともに、逆スパッタのように電界分布
の影響を受けることなく、良好なクリーニング結果を得
る。 そして、特に上部電極３の端面下部直下の下部電極２を
意識的に露出させることも可能となり（図２参照）、こ
の場合図４に示すように、下部電極２と上部電極３とが
絶縁層５を挟んでブリッジ４によって縦方向に（直線的
に）接合された理想的なジョセフソン接合を得ることも
可能である。

【０００９】

【実施例】　　図１は本発明実施例の製造手順の説明図
で、この図を参照しつつ、以下にＮｂ超電導体薄膜を用
いた準平面型ジョセフソン接合素子の製造方法を説明す
る。まず、適当な基板１を用意し、これを超音波洗浄、
真空雰囲気加熱等によって洗浄した後、（Ａ）に示すよ
うに、スパッタおよびリフトオフによりＮｂ薄膜製の２
０００Å以下程度の膜厚の下部電極２を形成し、その表
面のＮｂを酸化して絶縁層５を形成する。

【００１０】次に、（Ｂ）に示すように、Ｎｂ薄膜製の
２０００Å以下程度の膜厚で上部電極３を同じくスパッ
タおよびリフトオフ技術を用いて形成する。以上は従来
の製造方法と同等である。その後、本発明の特徴である
リアクティブイオンエッチングにより素子表面をクリー
ニングする。

【００１１】すなわち、（Ｃ）に示すように、下部およ
び上部電極２および３の表面をＣＦ４　＋Ｏ２を用いた
リアクティブイオンエッチングにより、クリーニングす
る。このリアクティブイオンエッチングでは、イオンが
素子表面の物質と反応しつつエッチングしていくので、
逆スパッタを用いたクリーニングのように酸化物の再付
着や電界分布等による影響を受けず、良好なクリーニン
グを達成できる。

【００１２】このとき、意識的に、図１（Ｃ）のＡ部拡
大図を図２に示すように、上部電極３の端面部分直下部
分の下部電極２が過度に除去されるようにしておく。そ
の後、この状態から表面に一様な１２０〜１３０Å程度
の膜厚のＮｂ薄膜を製膜し、電子ビーム露光によりブリ
ッジパターンを描画し、他部分のＮｂ層を逆スパッタで
エッチングして（Ｄ）に示すようにブリッジ４を形成す
る。

【００１３】この（Ｄ）におけるＢ部拡大図を図３に示
すように、この状態では（Ｃ）におけるリアクティブイ
オンエッチングで過度に除去された上部電極３の端面直
下の下部電極２の凹部にブリッジ４を形成するＮｂ薄膜
が入り込んだ状態となるが、この図３の更にＣ部拡大図
を図４に示すように、この状態では、下部電極２と上部
電極３は、これらの間に介在する絶縁層５を挟んで、ブ
リッジ４のＮｂ薄膜によって縦方向、換言すれば直線的
に接続された構造となり、ウィークリンク長が絶縁層５
の膜厚に依存するという、準平面型ジョセフソン接合素
子の本来的な利点を全うした構造となり得る。

【００１４】なお、本発明は、Ｎｂ薄膜を用いた準平面
型ジョセフソン接合素子のみならず、他の超電導体物質
を用いた準平面型ジョセフソン接合素子にも適用可能で
ある。

【００１５】

【発明の効果】　　以上説明したように、本発明によれ
ば、下部電極、絶縁層および上部電極を形成した後、ブ
リッジを形成する前に、下部電極および上部電極の表面
をリアクティブイオンエッチングによりクリーニングす
るので、従来の逆スパッタによる表面クリーニングに比
して、酸化物の再付着や電界分布による酸化物の上部電
極端面下方での残存という問題が解消され、良好なクリ
ーニング効果により各電極とブリッジとの確実な超電導
接続が可能となり、素子の歩留りが向上する。

【００１６】また、リアクティブイオンエッチング時に
、特に上部電極端面直下の下部電極表面を過度にエッチ
ングしてこの部分に凹部を形成しておけば、ブリッジを
形成する超電導体薄膜はこの凹部に入り込み、下部電極
と上部電極とが絶縁層を挟んで直線的にブリッジによっ
て接合された構造のジョセフソン接合部が得られ、この
構造は、ウィークリンク長が絶縁層の膜厚に依存すると
いう、準平面型ジョセフソン接合素子の本来的な利点を
全うできる構造であり、従来の準平面型ジョセフソン接
合素子の構造では達成できていなかった理想的な接合構
造により近い構造の素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明実施例の手順の説明図

【図２】　　
図１（Ｃ）のＡ部拡大図

【図３】　　図１（Ｄ）のＢ部拡大図

【図４】　　図３のＣ部拡大図

【図５】　　準平面型ジョセフソン接合素子の構造例を
示す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）

【符号の説明】

１・・・・基板 ２・・・・下部電極 ３・・・・上部電極 ４・・・・ブリッジ ５・・・・絶縁層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に超電導体薄膜製の下部電極を
   形成した後、その上方に絶縁層を介して超電導体薄膜製
   の上部電極を形成し、次いで上記下部電極と上部電極の
   双方の表面上に跨がるよう超電導体薄膜製のブリッジを
   形成することによって、このブリッジで上記下部電極と
   上部電極がウィークに接合された素子を製造する方法に
   おいて、上記ブリッジを形成する前に、上記下部電極と
   上部電極の表面をリアクティブイオンエッチングにより
   クリーニングすることを特徴とする準平面型ジョセフソ
   ン接合素子の製造方法。