JPH0481356B2 - - Google Patents
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- JPH0481356B2 JPH0481356B2 JP59155582A JP15558284A JPH0481356B2 JP H0481356 B2 JPH0481356 B2 JP H0481356B2 JP 59155582 A JP59155582 A JP 59155582A JP 15558284 A JP15558284 A JP 15558284A JP H0481356 B2 JPH0481356 B2 JP H0481356B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超伝導電極間にトンネルバリア層がは
さまれたジヨセフソン接合を有する素子の製造方
法に関する。
さまれたジヨセフソン接合を有する素子の製造方
法に関する。
〔従来の技術〕
ジヨセフソン接合素子を用いて集積回路を製造
する場合に、素子特性、特に臨界電流密度の均一
化を図ることが重要である。
する場合に、素子特性、特に臨界電流密度の均一
化を図ることが重要である。
鉛合金を用いてジヨセフソン接合素子を製造す
る場合に、臨界電流のばらつきの原因の一つとし
て接合面積のばらつきがあげられる。
る場合に、臨界電流のばらつきの原因の一つとし
て接合面積のばらつきがあげられる。
一般にジヨセフソン接合素子は、第９図に示す
ようにシリコン基板１上に形成された酸化膜２上
に鉛合金やニオブなどからなる基部電極３が設け
られ、その上に形成された絶縁層（SiO）４に開
口５が形成され、開口内のトンネルバリア層６を
介して鉛−ビスマス合金などから成る対向電極７
が設けられている。ここに示されるように絶縁層
６の開口５の形成時には後述するようにSiOのば
り４′が残りこのばり４′の残り具合によつて接合
面積がばらつくことになる。
ようにシリコン基板１上に形成された酸化膜２上
に鉛合金やニオブなどからなる基部電極３が設け
られ、その上に形成された絶縁層（SiO）４に開
口５が形成され、開口内のトンネルバリア層６を
介して鉛−ビスマス合金などから成る対向電極７
が設けられている。ここに示されるように絶縁層
６の開口５の形成時には後述するようにSiOのば
り４′が残りこのばり４′の残り具合によつて接合
面積がばらつくことになる。
そこで、接合面積のばらつきをなくすために第
１０図に示すように基部電極３上の開口５内に鉛
−インジウム−金から成る鉛合金層８設け、その
上にトンネルバリア層６を形成することが考えら
れる。
１０図に示すように基部電極３上の開口５内に鉛
−インジウム−金から成る鉛合金層８設け、その
上にトンネルバリア層６を形成することが考えら
れる。
このようにすればトンネルバリア層が形成され
る接合面積は開口５のSiOのばりに関りなく一定
の面積にすることができる。
る接合面積は開口５のSiOのばりに関りなく一定
の面積にすることができる。
またこのような構造にすると、鉛合金層８，ト
ンネルバリア層６，対向電極７を真空装置内で連
続的に形成することができるので、トンネルバリ
ア層６が汚染されない利点もある。
ンネルバリア層６，対向電極７を真空装置内で連
続的に形成することができるので、トンネルバリ
ア層６が汚染されない利点もある。
しかし、このような構造においては鉛合金層８
が開口５内の部分と、絶縁層４上の部分とで電気
的につながらないようにしなければならない、 このため、絶縁層４の膜厚を鉛合金層８の10乃
至20倍以上にすれば、鉛合金層８の開口内の部分
と絶縁層４上の部分がつながることは避けられ
る。
が開口５内の部分と、絶縁層４上の部分とで電気
的につながらないようにしなければならない、 このため、絶縁層４の膜厚を鉛合金層８の10乃
至20倍以上にすれば、鉛合金層８の開口内の部分
と絶縁層４上の部分がつながることは避けられ
る。
しかし、対向電極７が酸化膜２に接する箇所に
おいて段差が大きくなつて対向電極が点Ｐにおい
て断線したり、対向電極上に絶縁膜を介して設け
られる図示しない制御線がこの段差部で断線する
恐れがある。
おいて段差が大きくなつて対向電極が点Ｐにおい
て断線したり、対向電極上に絶縁膜を介して設け
られる図示しない制御線がこの段差部で断線する
恐れがある。
逆に、鉛合金層８を500Å以下に薄くすると、
鉛合金層８は開口５内に一様には形成されずに島
状になり、接合品質が悪くなり、素子特性が悪化
する。
鉛合金層８は開口５内に一様には形成されずに島
状になり、接合品質が悪くなり、素子特性が悪化
する。
本発明はこのような問題を解決するもので、絶
縁物上に選択的に第１超伝導電極を形成する工程
と、該第１超伝導電極上に選択的にひさしを有し
た形状のレジスト膜を形成する工程と、全面に酸
化シリコン膜を形成したのち引き続いて前記レジ
スト膜を除去することにより前記第１超伝導電極
表面上に選択的に開口部を有する酸化シリコン膜
を形成する工程と、CF4とO2をエツチングガスと
する反応性イオンエツチングを用いて前記酸化シ
リコンよりも前記開口部には表出する第１超伝導
電極を優先的にエツチングすることにより前記第
１超伝導電極表面に凹部を形成する工程と、該凹
部及び開口部に第２超伝導電極を埋め込む工程
と、該第２超伝導電極表面にトンネルバリア層を
設ける工程と、該トンネルバリア層上に第３超伝
導電極を形成する工程とを有し、前記第２超伝導
電極はその表面の高さが、前記開口部側面に形成
される絶縁物のバリの位置よりも高く、且つ前記
酸化シリコン膜上面の高さよりも低くなるように
形成されていることを特徴とするジヨセフソン接
合素子の製造方法によつて実現される。
縁物上に選択的に第１超伝導電極を形成する工程
と、該第１超伝導電極上に選択的にひさしを有し
た形状のレジスト膜を形成する工程と、全面に酸
化シリコン膜を形成したのち引き続いて前記レジ
スト膜を除去することにより前記第１超伝導電極
表面上に選択的に開口部を有する酸化シリコン膜
を形成する工程と、CF4とO2をエツチングガスと
する反応性イオンエツチングを用いて前記酸化シ
リコンよりも前記開口部には表出する第１超伝導
電極を優先的にエツチングすることにより前記第
１超伝導電極表面に凹部を形成する工程と、該凹
部及び開口部に第２超伝導電極を埋め込む工程
と、該第２超伝導電極表面にトンネルバリア層を
設ける工程と、該トンネルバリア層上に第３超伝
導電極を形成する工程とを有し、前記第２超伝導
電極はその表面の高さが、前記開口部側面に形成
される絶縁物のバリの位置よりも高く、且つ前記
酸化シリコン膜上面の高さよりも低くなるように
形成されていることを特徴とするジヨセフソン接
合素子の製造方法によつて実現される。
上記第１超伝導電極（基部電極）に凹部を設
け、ここに第２超伝導電極（鉛合金層）を形成す
ることにより、第２超伝導電極を十分な厚さと
し、しかも絶縁層（SiO）を著しく厚くすること
なく第２超伝導電極層の開口内の部分と絶縁層上
の部分とで十分な段差を設けることができる。
け、ここに第２超伝導電極（鉛合金層）を形成す
ることにより、第２超伝導電極を十分な厚さと
し、しかも絶縁層（SiO）を著しく厚くすること
なく第２超伝導電極層の開口内の部分と絶縁層上
の部分とで十分な段差を設けることができる。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。
する。
第２図乃至第８図および第１図は本発明による
ジヨセフソン接合素子の製造工程を順に示した断
面図である。
ジヨセフソン接合素子の製造工程を順に示した断
面図である。
第２図に示すようにシリコン基板１熱酸化して
酸化膜２を形成し、その上にニオプまたは窒化ニ
オブなどの高融点超伝導材料をスパツタ又は蒸着
により2000〜3000Åの厚さにし、パターニングを
行なつて基部電極としての第１超伝導電極３を形
成する。
酸化膜２を形成し、その上にニオプまたは窒化ニ
オブなどの高融点超伝導材料をスパツタ又は蒸着
により2000〜3000Åの厚さにし、パターニングを
行なつて基部電極としての第１超伝導電極３を形
成する。
次いで第３図に示すようにレジスト１０、例え
ばAZ1350J（シプレイ社製）を塗布し、選択的に
光１１照射した後30℃のトルエンに15分間浸す。
ばAZ1350J（シプレイ社製）を塗布し、選択的に
光１１照射した後30℃のトルエンに15分間浸す。
これによりレジスト１０の表面が硬化し、レジ
ストの現象液で現象を行うと第４図のようにひさ
しを持つたレジストパターン１０′が形成される。
ストの現象液で現象を行うと第４図のようにひさ
しを持つたレジストパターン１０′が形成される。
次いでSiO４を蒸着すると、第５図のようにレ
ジストのひさしの下の部分には蒸着粒子のまわり
込みによつて前述したばり１２が生ずる。
ジストのひさしの下の部分には蒸着粒子のまわり
込みによつて前述したばり１２が生ずる。
次いでアセトン中に浸すと、レジスト１０′と
その上のSiO４が除去され第６図に示す構造とな
る。
その上のSiO４が除去され第６図に示す構造とな
る。
そしてこのSiO４をマスクとして第１超伝導電
極の表面を、反応ガスとしてCF4とO2の混合ガス
を用い、ガス圧100mTorr、放電電力0.07W／cm2
で反応性イオンエツチングにより500〜1500Åの
深さにエツチングして凹部１４を形成する。な
お、CF4とO2の混合ガスを用いた反応性イオンエ
ツチングでは、ニオブまたは窒化ニオブなどの高
融点伝導材料のエツチングレートはSiO４のエツ
チングレートよりもはるかに大きい。したがつ
て、この工程では、第１超伝導電極表面に凹部が
形成されるが、SiO４はほとんどエツチングされ
ずもとの膜厚を維持する。
極の表面を、反応ガスとしてCF4とO2の混合ガス
を用い、ガス圧100mTorr、放電電力0.07W／cm2
で反応性イオンエツチングにより500〜1500Åの
深さにエツチングして凹部１４を形成する。な
お、CF4とO2の混合ガスを用いた反応性イオンエ
ツチングでは、ニオブまたは窒化ニオブなどの高
融点伝導材料のエツチングレートはSiO４のエツ
チングレートよりもはるかに大きい。したがつ
て、この工程では、第１超伝導電極表面に凹部が
形成されるが、SiO４はほとんどエツチングされ
ずもとの膜厚を維持する。
次いで、レジスト１３、例えばAZ1350Jを塗布
して選択的に光を照射し、トルエンに浸してレジ
スト表面を硬化させた後現象を行なつて第７図に
示すようにレジストをパターニングする。
して選択的に光を照射し、トルエンに浸してレジ
スト表面を硬化させた後現象を行なつて第７図に
示すようにレジストをパターニングする。
次いでAr雰囲気中で第１超伝導電極の表面を
スパツタクリーニングして表面の自然酸化物層を
除去した後、鉛−インジウム−金の合金を蒸着し
て第２超伝導電極１５を形成し、その表面に熱酸
化又はプラズマ酸化によりトンネルバリア層１６
を形成する。
スパツタクリーニングして表面の自然酸化物層を
除去した後、鉛−インジウム−金の合金を蒸着し
て第２超伝導電極１５を形成し、その表面に熱酸
化又はプラズマ酸化によりトンネルバリア層１６
を形成する。
第２超伝導電極１５を蒸着した際、第１超伝導
電極３に凹部１４が形成されているので、SiO１
２の開口部における実効的な高さが大きいので上
下の第２超伝導電極層が十分に分離される。
電極３に凹部１４が形成されているので、SiO１
２の開口部における実効的な高さが大きいので上
下の第２超伝導電極層が十分に分離される。
トンネルバリア層１６の形成後、次いで鉛−ビ
スマス合金を蒸着して第３超伝導電極１７を形成
し、レジスト１３を除去して第１図の構造が完成
する。
スマス合金を蒸着して第３超伝導電極１７を形成
し、レジスト１３を除去して第１図の構造が完成
する。
以上説明したように、本発明によれば第１超伝
導電極（基部電極）に凹部を設け、この凹部に第
２超伝導電極を形成するので、絶縁層（SiO）の
開口部における段差が実質的に大きくなり、従つ
て絶縁層の厚さを第２超伝導電極の10乃至20倍の
ように厚くする必要がなく、また第２超伝導電極
を極端に薄くすることなく、第１超伝導電極上の
第２超伝導電極と、絶縁層上の第２超伝導電極と
がつながらないようにすることができる。
導電極（基部電極）に凹部を設け、この凹部に第
２超伝導電極を形成するので、絶縁層（SiO）の
開口部における段差が実質的に大きくなり、従つ
て絶縁層の厚さを第２超伝導電極の10乃至20倍の
ように厚くする必要がなく、また第２超伝導電極
を極端に薄くすることなく、第１超伝導電極上の
第２超伝導電極と、絶縁層上の第２超伝導電極と
がつながらないようにすることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図乃至第８図は第１図に示す素子の製造工程を順
に示した断面図、第９図および第１０図は従来の
構造を示す断面図である。 図において、２は酸化膜、３は第１超伝導電
極、４は絶縁層、１４は凹部、１５は第２超伝導
電極、１６はトンネルバリア層、１７は第３伝導
電極を示す。
図乃至第８図は第１図に示す素子の製造工程を順
に示した断面図、第９図および第１０図は従来の
構造を示す断面図である。 図において、２は酸化膜、３は第１超伝導電
極、４は絶縁層、１４は凹部、１５は第２超伝導
電極、１６はトンネルバリア層、１７は第３伝導
電極を示す。
Claims (1)
- １ 絶縁物上に選択的に第１超伝導電極を形成す
る工程と、該第１超伝導電極上に選択的にひさし
を有した形状のレジスト膜を形成する工程と、全
面に酸化シリコン膜を形成したのち引き続いて前
記レジスト膜を除去することにより前記第１超伝
導電極表面上に選択的に開口部を有する酸化シリ
コン膜を形成する工程と、CF4とO2をエツチング
ガスとする反応性イオンエツチングを用いて前記
酸化シリコンよりも前記開口部に表出する第１超
伝導電極を優先的にエツチングすることにより前
記第１超伝導電極表面に凹部を形成する工程と、
該凹部及び開口部に第２超伝導電極を埋め込む工
程と、該第２超伝導電極表面にトンネルバリア層
を設ける工程と、該トンネルバリア層上に第３超
伝導電極を形成する工程とを有し、前記第２超伝
導電極はその上面の高さが、前記開口部側面に形
成される絶縁物のばりの位置よりも高く、且つ前
記酸化シリコン膜上面の高さよりも低くなるよう
に形成されていることを特徴とするジヨセフソン
接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15558284A JPS6135579A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | ジヨセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15558284A JPS6135579A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | ジヨセフソン接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135579A JPS6135579A (ja) | 1986-02-20 |
| JPH0481356B2 true JPH0481356B2 (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=15609189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15558284A Granted JPS6135579A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | ジヨセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6135579A (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644643B2 (ja) * | 1982-02-23 | 1994-06-08 | 日本電気株式会社 | ジョセフソン接合素子 |
| JPS58145177A (ja) * | 1982-02-23 | 1983-08-29 | Nec Corp | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15558284A patent/JPS6135579A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6135579A (ja) | 1986-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |