JPH0562831B2 - - Google Patents
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- JPH0562831B2 JPH0562831B2 JP60069335A JP6933585A JPH0562831B2 JP H0562831 B2 JPH0562831 B2 JP H0562831B2 JP 60069335 A JP60069335 A JP 60069335A JP 6933585 A JP6933585 A JP 6933585A JP H0562831 B2 JPH0562831 B2 JP H0562831B2
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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
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は互に近接した二つの超伝導電極を有す
る半導体結合超伝導回路装置の製造方法に関す
る。
る半導体結合超伝導回路装置の製造方法に関す
る。
（従来技術とその問題点）
半導体基板上に接して第１の超伝導電極と第２
の超伝導電極を近接して設け、第１の超伝導電極
と第２の超伝導電極とを半導体基板を介して弱結
合させた半導体結合超伝導回路装置が提案されて
いる。第１、第２両超伝導電極間をジヨセフソン
電流の大きさは第１、第２両超伝導電極間の距離
が短かい程大きくなる。余裕のある回路動作を実
現するためには第１、第２両電極間の距離を電子
のコヒーレンス長程度にまで短くしなければなら
ない。又多数の回路装置を同一チツプ内に集積す
る場合、該チツプ内での第１、第２両超伝導電極
間の距離のばらつきはできる限り小さくする必要
がある。しかし従来の半導体結合超伝導回路装置
では、たとえば日刊工業新聞11月10日（1984）４
頁に記載されている如く（第３図）電子ビーム感
光法やドライエツチング法等を用いて超伝導体を
分割する方法を用いるため第１、第２両超伝導電
極間の距離は0.2μm程度であり、この値は電子の
コヒーレンス長に比較して約１桁以上大きな値で
ある。又、電子ビーム露光法やドライエツチング
法等の微細加工技術を用いた場合同一チツプ内で
の第１、第２両超伝導電極間の距離のばらつきは
0.2μmの値に対して無視できないものである。
の超伝導電極を近接して設け、第１の超伝導電極
と第２の超伝導電極とを半導体基板を介して弱結
合させた半導体結合超伝導回路装置が提案されて
いる。第１、第２両超伝導電極間をジヨセフソン
電流の大きさは第１、第２両超伝導電極間の距離
が短かい程大きくなる。余裕のある回路動作を実
現するためには第１、第２両電極間の距離を電子
のコヒーレンス長程度にまで短くしなければなら
ない。又多数の回路装置を同一チツプ内に集積す
る場合、該チツプ内での第１、第２両超伝導電極
間の距離のばらつきはできる限り小さくする必要
がある。しかし従来の半導体結合超伝導回路装置
では、たとえば日刊工業新聞11月10日（1984）４
頁に記載されている如く（第３図）電子ビーム感
光法やドライエツチング法等を用いて超伝導体を
分割する方法を用いるため第１、第２両超伝導電
極間の距離は0.2μm程度であり、この値は電子の
コヒーレンス長に比較して約１桁以上大きな値で
ある。又、電子ビーム露光法やドライエツチング
法等の微細加工技術を用いた場合同一チツプ内で
の第１、第２両超伝導電極間の距離のばらつきは
0.2μmの値に対して無視できないものである。
その結果、従来の製造方法では、大きなジヨセ
フソン電流を用い、且つ同一チツプ内でのジヨセ
フソン電流のばらつきの少ない半導体結合超伝導
回路装置を実現する事はむずかしかつた。
フソン電流を用い、且つ同一チツプ内でのジヨセ
フソン電流のばらつきの少ない半導体結合超伝導
回路装置を実現する事はむずかしかつた。
（発明の目的）
本発明は上述の従来の欠点を除去せしめて、第
１、第２の両超伝導電極間の距離を電子のコヒー
レンス長程度にまで短縮し、更に同一チツプ内で
第１、第２の両超伝導電極間の距離のばらつきを
低減できる半導体結合超伝導回路装置の製造方法
を提供する事にある。
１、第２の両超伝導電極間の距離を電子のコヒー
レンス長程度にまで短縮し、更に同一チツプ内で
第１、第２の両超伝導電極間の距離のばらつきを
低減できる半導体結合超伝導回路装置の製造方法
を提供する事にある。
（発明の構成）
本発明によれば、互いに近接した二つの超伝導
電極を有する半導体結合超伝導回路装置の製造方
法において、半導体基板と電気的に接触する第１
の超伝導電極を該半導体基板上に設け、該第１の
超伝導電極の主表面及び側面にプラズマ酸化法を
用いてトンネル電流を阻止する絶縁層を形成する
工程と、該絶縁層を介して該第１の超伝導電極の
主表面の一部と側面の一部で重なる部分を有しか
つ該半導体基板と電気的に接触する第２の超伝導
電極を該半導体基板上に設ける工程とを有する事
を特徴とする半導体結合超伝導回路装置の製造方
法が得られる。
電極を有する半導体結合超伝導回路装置の製造方
法において、半導体基板と電気的に接触する第１
の超伝導電極を該半導体基板上に設け、該第１の
超伝導電極の主表面及び側面にプラズマ酸化法を
用いてトンネル電流を阻止する絶縁層を形成する
工程と、該絶縁層を介して該第１の超伝導電極の
主表面の一部と側面の一部で重なる部分を有しか
つ該半導体基板と電気的に接触する第２の超伝導
電極を該半導体基板上に設ける工程とを有する事
を特徴とする半導体結合超伝導回路装置の製造方
法が得られる。
（構成の詳細な説明）
本発明は上述の構成をとることにより、従来技
術の問題点を解決した。第１図は本発明による半
導体結合超伝導回路装置の製造工程を示す断面図
である。半導体基板１上に接して設けた超伝導体
をパターニングして超伝導電極（）２を形成す
る(a)。次にプラズマ酸化法により超伝導電極
（）２をおおうプラズマ酸化膜３をトンネル電
流を阻止する厚さに形成する(b)。その後、半導体
基板１に接する部分とプラズマ酸化膜３に重なる
部分とを有する超伝導電極（）４を形成する
(c)。超伝導電極（）（）は半導体基板１上に
プラズマ酸化膜３の厚さだけ隔てて配置される。
プラズマ酸化膜３の厚さは数10nmの精度で制御
できるため、超伝導電極（）（）間の距離を
従来のリソグラフイ法とエツチング法による微細
加工技術が達成できる超伝導電極（）（）間
の距離よりも短縮でき、更にその均一性も向上す
る。以上の結果本発明の製造方法を用いれば従来
より大きなジヨセフソン電流を用いた回路装置が
実現され、又更に多数の回路装置を同時に形成し
た場合、そのジヨセフソン電流のばらつきを低減
させる事ができる。
術の問題点を解決した。第１図は本発明による半
導体結合超伝導回路装置の製造工程を示す断面図
である。半導体基板１上に接して設けた超伝導体
をパターニングして超伝導電極（）２を形成す
る(a)。次にプラズマ酸化法により超伝導電極
（）２をおおうプラズマ酸化膜３をトンネル電
流を阻止する厚さに形成する(b)。その後、半導体
基板１に接する部分とプラズマ酸化膜３に重なる
部分とを有する超伝導電極（）４を形成する
(c)。超伝導電極（）（）は半導体基板１上に
プラズマ酸化膜３の厚さだけ隔てて配置される。
プラズマ酸化膜３の厚さは数10nmの精度で制御
できるため、超伝導電極（）（）間の距離を
従来のリソグラフイ法とエツチング法による微細
加工技術が達成できる超伝導電極（）（）間
の距離よりも短縮でき、更にその均一性も向上す
る。以上の結果本発明の製造方法を用いれば従来
より大きなジヨセフソン電流を用いた回路装置が
実現され、又更に多数の回路装置を同時に形成し
た場合、そのジヨセフソン電流のばらつきを低減
させる事ができる。
以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
第２図は本発明の実施例を示す三端子半導体結
合超伝導回路装置の製造工程図である。例えばシ
リコンを用いて基板５とし該基板５の主表面に例
えば熱酸化法により、SiO2絶縁層（）６を例
えば150nmの厚さに形成する。その後、例えば約
1018〜19cm-3の密度のボロンをイオン注入法によつ
て注入し基板５をＰ型にする。その後絶縁層
（）６をパターニングして必要な部分に基板５
を露出させる（ａ図）。次に例えば超伝導体であ
るニオブをスパツタリング法により約200nmの厚
さに堆積し、更に(b)に示す如く例えばCF4ガスを
用いたドライエツチング法によつてパターニング
し第１の超伝導電極７を形成する。その後に、プ
ラズマ酸化法によつてニオブ第１超伝導電極７の
表面にプラズマ酸化膜を成長させ(c)に示す如く絶
縁層（）８を形成する。例えばRF電圧200VO4
ガス100〜Torrの条件下で行うと、約５時間で
15nm程度のニオブ酸化膜が成長する。この厚さ
のプラズマ酸化膜を介してトンネル電流が流れる
事はない。このプラズマ酸化の条件は一例にすぎ
ず他に例えば基板加熱法、あるいはプラズマ中の
試料にバイアス電圧を印加する方法等が考えら
れ、条件を最適化する事ができる。次に(d)に示す
如く、例えばニオブを用いて例えば厚さ300nmの
ニオブ膜を例えばスパツタリング法によつて堆積
し、更に例えばリフトオフ法等を用いてパターニ
ングして第２の超伝導電極９を形成する。第２の
超伝導電極９の形成に先立ち基板５の露出部分を
例えばアルゴンガスを用いてプラズマクリーニン
グを行い、基板５と第２の超伝導電極９の電気的
接触性を向上させておく。以上の結果第１と第２
の超伝導電極７と９は絶縁層（）８の厚さを隔
てて基板５上に配置される。前述の如く絶縁層
（）８の厚さは数10nmであり、4.2〓における
電子コヒーレンス長約10nmと同程度の距離に第
１、第２の超伝導電極を接近させる事ができる。
しかも、プラズマ酸化法によれば例えば５mm口の
チツプ内の酸化条件のばらつきは無視でき、チツ
プ内での第１、第２超伝導電極間の距離の均一性
は向上する。次に例えば(e)に示す如くシリコン基
板５を主表面と反対側の裏表面より例えばエチレ
ンジアミンとピロカテコールの水溶液を用いて約
300nmの厚さの基板を残すまでエツチングする。
その後通常シリコンデバイス用プロセスでよく知
られている方法を用いて例えば厚さ40nmのSiO2
膜を基板５の裏表面に成長させてゲート絶縁膜１
０を設ける。次にゲート絶縁膜１０の下側に接し
て例えば蒸着アルミを用いて膜厚700nmのゲート
電極１１を設ける。更に絶縁層（）に開孔部１
２を設け、第１の超伝導電極７へのコンタクト部
分を形成する。必要ならば従来良く知られている
方法を用いて更に配線層、あるいは抵抗素子等を
組み込んで三端子半導体超伝導回路装置が完成す
る。
合超伝導回路装置の製造工程図である。例えばシ
リコンを用いて基板５とし該基板５の主表面に例
えば熱酸化法により、SiO2絶縁層（）６を例
えば150nmの厚さに形成する。その後、例えば約
1018〜19cm-3の密度のボロンをイオン注入法によつ
て注入し基板５をＰ型にする。その後絶縁層
（）６をパターニングして必要な部分に基板５
を露出させる（ａ図）。次に例えば超伝導体であ
るニオブをスパツタリング法により約200nmの厚
さに堆積し、更に(b)に示す如く例えばCF4ガスを
用いたドライエツチング法によつてパターニング
し第１の超伝導電極７を形成する。その後に、プ
ラズマ酸化法によつてニオブ第１超伝導電極７の
表面にプラズマ酸化膜を成長させ(c)に示す如く絶
縁層（）８を形成する。例えばRF電圧200VO4
ガス100〜Torrの条件下で行うと、約５時間で
15nm程度のニオブ酸化膜が成長する。この厚さ
のプラズマ酸化膜を介してトンネル電流が流れる
事はない。このプラズマ酸化の条件は一例にすぎ
ず他に例えば基板加熱法、あるいはプラズマ中の
試料にバイアス電圧を印加する方法等が考えら
れ、条件を最適化する事ができる。次に(d)に示す
如く、例えばニオブを用いて例えば厚さ300nmの
ニオブ膜を例えばスパツタリング法によつて堆積
し、更に例えばリフトオフ法等を用いてパターニ
ングして第２の超伝導電極９を形成する。第２の
超伝導電極９の形成に先立ち基板５の露出部分を
例えばアルゴンガスを用いてプラズマクリーニン
グを行い、基板５と第２の超伝導電極９の電気的
接触性を向上させておく。以上の結果第１と第２
の超伝導電極７と９は絶縁層（）８の厚さを隔
てて基板５上に配置される。前述の如く絶縁層
（）８の厚さは数10nmであり、4.2〓における
電子コヒーレンス長約10nmと同程度の距離に第
１、第２の超伝導電極を接近させる事ができる。
しかも、プラズマ酸化法によれば例えば５mm口の
チツプ内の酸化条件のばらつきは無視でき、チツ
プ内での第１、第２超伝導電極間の距離の均一性
は向上する。次に例えば(e)に示す如くシリコン基
板５を主表面と反対側の裏表面より例えばエチレ
ンジアミンとピロカテコールの水溶液を用いて約
300nmの厚さの基板を残すまでエツチングする。
その後通常シリコンデバイス用プロセスでよく知
られている方法を用いて例えば厚さ40nmのSiO2
膜を基板５の裏表面に成長させてゲート絶縁膜１
０を設ける。次にゲート絶縁膜１０の下側に接し
て例えば蒸着アルミを用いて膜厚700nmのゲート
電極１１を設ける。更に絶縁層（）に開孔部１
２を設け、第１の超伝導電極７へのコンタクト部
分を形成する。必要ならば従来良く知られている
方法を用いて更に配線層、あるいは抵抗素子等を
組み込んで三端子半導体超伝導回路装置が完成す
る。
（発明の効果）
本発明によれば、第１と第２の超伝導電極を電
子のコヒーレンス長程度の距離に近接して半導体
上に形成する事ができるため、半導体結合超伝導
回路装置のジヨセフソン電流を大きくでき、更に
チツプ内でのジヨセフソン電流のばらつきを低減
させる事ができる。
子のコヒーレンス長程度の距離に近接して半導体
上に形成する事ができるため、半導体結合超伝導
回路装置のジヨセフソン電流を大きくでき、更に
チツプ内でのジヨセフソン電流のばらつきを低減
させる事ができる。
第１図は本発明による半導体結合超伝導回路装
置の製造工程を示す断面図であり、第２図は本発
明による実施例を示す為の三端子半導体結合超伝
導回路装置の製造工程を示す断面図であり、第３
図は従来の半導体結合超伝導回路装置の構造断面
図である。 図において１，１３は半導体基板、２は超伝導
電極（）、３はプラズマ酸化膜、４は超伝導電
極（）、５は基板、６は絶縁層（）、７，１４
は第１の超伝導電極、８は絶縁層（）、９，１
５は第２の超伝導電極、１０はゲート絶縁膜、１
１はゲート電極、１２は開孔部である。
置の製造工程を示す断面図であり、第２図は本発
明による実施例を示す為の三端子半導体結合超伝
導回路装置の製造工程を示す断面図であり、第３
図は従来の半導体結合超伝導回路装置の構造断面
図である。 図において１，１３は半導体基板、２は超伝導
電極（）、３はプラズマ酸化膜、４は超伝導電
極（）、５は基板、６は絶縁層（）、７，１４
は第１の超伝導電極、８は絶縁層（）、９，１
５は第２の超伝導電極、１０はゲート絶縁膜、１
１はゲート電極、１２は開孔部である。
Claims (1)
- １ 互いに近接した二つの超伝導電極を有する半
導体結合超伝導回路装置の製造方法において、半
導体基板と電気的に接触する第１の超伝導電極を
該半導体基板上に設け、該第１の超伝導電極の主
表面及び側面にプラズマ酸化法を用いてトンネル
電流を阻止する絶縁層を形成する工程と、該絶縁
層を介して該第１の超伝導電極の主表面の一部と
側面の一部で重なる部分を有しかつ該半導体基板
と電気的に接触する第２の超伝導電極を該半導体
基板上に設ける工程とを有する事を特徴とする半
導体結合超伝導回路装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60069335A JPS61228687A (ja) | 1985-04-02 | 1985-04-02 | 半導体結合超伝導回路装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60069335A JPS61228687A (ja) | 1985-04-02 | 1985-04-02 | 半導体結合超伝導回路装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61228687A JPS61228687A (ja) | 1986-10-11 |
| JPH0562831B2 true JPH0562831B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=13399575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60069335A Granted JPS61228687A (ja) | 1985-04-02 | 1985-04-02 | 半導体結合超伝導回路装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61228687A (ja) |
-
1985
- 1985-04-02 JP JP60069335A patent/JPS61228687A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61228687A (ja) | 1986-10-11 |
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