JPH06177441A - マイクロブリッジおよびその製造方法 - Google Patents

マイクロブリッジおよびその製造方法

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JPH06177441A
JPH06177441A JP43A JP32965092A JPH06177441A JP H06177441 A JPH06177441 A JP H06177441A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 32965092 A JP32965092 A JP 32965092A JP H06177441 A JPH06177441 A JP H06177441A
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JP
Japan
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thin film
substrate
microbridge
film
forming
Prior art date
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Pending
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JP43A
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English (en)
Inventor
Ayumi Matani
歩 真溪
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロブリッジのくびれ部の長さ方向に成
膜することによって、くびれ部の長さの高精度化が可能
なマイクロブリッジおよびその製造方法を提供する。 【構成】 基板10の上にレジスト膜11を形成し、ド
ライエッチングを用いて所定の深さまで基板10をエッ
チングした後、レジスト膜11を除去して、上面20、
下面21および壁面22から成る段差部が形成される。
次に、基板10の法線方向から超伝導材料を成膜して第
1薄膜12を形成する。次に、基板10の法線方向に対
して角度θの方向から超伝導材料を成膜して第2薄膜1
3を形成する。その後、壁面22の上の第2薄膜13を
帯状に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン接合材
料、マイクロ波ストリップ線路、光導波路などを形成す
るためのマイクロブリッジおよびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】超伝導量子干渉計(SQUID)やジョ
セフソン素子などを構成するジョセフソン接合は、2つ
の超伝導体を、トンネル接合型、点接触型、マイクロブ
リッジ型などの弱いリンクで連結したものであり、現
在、比較的安定してジョセフソン接合が得られるのはト
ンネル接合型である(文献、「ジョセフソン効果の物理
と応用」、A・バローネ/G・パテル、近代科学社、1
988年)。しかし、トンネル接合型は、2つの超伝導
体の間に薄い絶縁層を介在させる必要があるため、製造
工程が複雑で、製造歩留まりも低いという短所がある。
【0003】点接触型は、2つの超伝導体を点接触させ
て弱いリンクを形成するものであるが、点接触部分の圧
力、形状等の機械的誤差の影響が大きく、トンネル接合
型と同様に、製造歩留まりが低いという短所がある。
【0004】一方、マイクロブリッジ型は、図6(a)
に示す定膜厚型(CTB,ConstantThickness Bridge)
と、図6(b)に示す膜厚変化型(VTB,VariableTh
ickness Bridge)に大別される。図6(a)の定膜厚型
は、2つの超伝導体71,72の間に、長さLでかつ超
伝導体71,72と同じ膜厚Taのくびれ部73が形成
されるものである。図6(b)の膜厚変化型は、2つの
超伝導体71,72の間に、長さLでかつ超伝導体7
1,72の膜厚より小さい膜厚Tbのくびれ部73が形
成されるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなマイクロブ
リッジで弱いリンクを構成する場合、くびれ部73の長
さLが重要なパラメータであり、要求される長さLの精
度は、通常、0.1μm程度またはそれ以下となる。し
かしながら、マイクロブリッジを蒸着、スパッタなどの
一般的な成膜技術を用いてくびれ部73を形成する場合
に、膜厚Ta、Tbの厚さ方向については0.1μm程
度に制御することが可能であるが、長さLの長手方向を
0.1μm以下の精度で制御することが困難であるとい
う課題がある。
【0006】本発明の目的は、前述した課題を解決する
ため、マイクロブリッジのくびれ部の長さ方向に成膜す
ることによって、くびれ部の長さの高精度化が可能なマ
イクロブリッジおよびその製造方法を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、高さが異なる
上面および下面と、前記上面と前記下面とを連結する壁
面とから成る段差部を有する基板上に形成されるマイク
ロブリッジであって、前記上面に成膜された薄膜と前記
下面に成膜された薄膜とを接続するように、前記壁面の
上に形成されていることを特徴とするマイクロブリッジ
である。
【0008】また本発明は、基板上に、高さが異なる上
面および下面と、前記上面と前記下面とを連結する壁面
とから成る段差部を形成する工程と、前記上面および前
記下面の上に、基板法線方向から第1薄膜を成膜する工
程と、前記上面および前記下面の上に形成された第1薄
膜の上ならびに前記壁面の上に、基板法線方向に対して
斜め方向から第2薄膜を成膜する工程と、前記壁面上の
第2薄膜を帯状に形成する工程とを含むことを特徴とす
るマイクロブリッジの製造方法である。
【0009】
【作用】本発明のマイクロブリッジに従えば、基板上に
形成された段差部の上面に成膜された薄膜と、その下面
に成膜された薄膜とを接続するように、当該段差部の壁
面上にマイクロブリッジが形成されていることによっ
て、段差部の高さに対応してマイクロブリッジのくびれ
部の長さが決まるため、くびれ部の長さが高精度にな
る。
【0010】また、本発明のマイクロブリッジの製造方
法に従えば、基板上に段差部を形成した後、段差部の上
面および下面の上に基板法線方向から第1薄膜を成膜
し、次に段差部の上面および下面の上に形成された第1
薄膜の上ならびに壁面の上に、基板法線方向に対して斜
め方向から第2薄膜を成膜した後、当該壁面上の第2薄
膜を帯状に形成することによって、段差部の高さに対応
してマイクロブリッジのくびれ部の長さを制御すること
ができるため、くびれ部の長さが高精度であるマイクロ
ブリッジを容易に得ることができる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の一実施例であるマイクロブ
リッジの製造方法を示す断面図である。まず、図1
(a)において、Si、SiO2、サファイアなどから
成る所定温度で超伝導体にならない材料から成る基板1
0を用意して、その上にレジスト膜11を形成する。次
に、図1(b)において、たとえばArイオンビームエ
ッチングなどのドライエッチングを用いて、3000Å
(オングストローム)程度の深さまで基板10をエッチ
ングした後、レジスト層11を除去して、図1(c)に
示すように、上面20、下面21および壁面22から成
る段差部が形成される。
【0012】次に、図1(d)において、基板10の上
面20および下面21の法線方向から、蒸着やスパッタ
などを用いて、Nbなどの所定温度で超伝導状態となる
超伝導材料を成膜して、厚さ2000Å程度の第1薄膜
12を形成する。なお、第1薄膜12を基板10の法線
方向から成膜することによって、上面20および下面2
1の上にのみ形成され、壁面22の上には形成されな
い。次に、図1(e)において、基板10の上面20お
よび下面21の法線方向に対して角度θの方向、たとえ
ばθ=45°の方向から、蒸着やスパッタなどを用い
て、Nbなどの所定温度で超伝導状態となる超伝導材料
を成膜して、厚さ200Å程度の第2薄膜13を形成す
る。このとき、第2薄膜13を基板10の法線方向に対
して斜め方向から成膜することによって、図1(f)の
部分斜視図に示すように、第2薄膜13が上面20、下
面21および壁面22の上に形成される。
【0013】図2の断面図に示すように、第2薄膜13
と基板10とが接する長さLは、第1薄膜12の膜厚を
D1、第2薄膜13の膜厚をD2、基板10の段差部の
高さをD3とおくと、下記式(1)で表される。
【0014】L = D3−D1−D2 …(1) したがって、D1,D2,D3をそれぞれ0.1μm以
下の精度で形成することによって、Lをほぼ0.1μm
程度の精度で実現することができる。
【0015】以下、超伝導リングの中に2つのジョセフ
ソン接合を含むSQUIDを例にとって説明する。図1
(f)において、壁面22上に2つのマイクロブリッジ
を形成し、かつこれらを連結するように超伝導リングを
形成するために、図1(g)の平面図に示すようなリン
グパターンでレジスト膜14を形成する。図1(h)
は、図1(g)のA−A線での断面図である。次に、図
1(i)において、たとえばArイオンビームエッチン
グなどのドライエッチングを用いて、レジスト膜14以
外の領域に位置する第1薄膜12および第2薄膜13を
除去する。次に、図1(j)において、レジスト膜14
を除去する。こうして、図3の部分斜視図に示すよう
に、段差部の壁面22の上に帯状の第2薄膜13から成
るマイクロブリッジ30,31を含むSQUIDを得る
ことができる。
【0016】図4は、本発明の他の実施例であるマイク
ロブリッジの製造方法を示す断面図である。まず、図4
(a)において、図1と同様に、Si、SiO2、サフ
ァイアなどから成る基板10を用意して、次に、図4
(b)において、Alなどの所定温度で超伝導体になら
ない材料を成膜して厚さ3000Å程度の第2基板16
を形成し、次に、図4(c)において、レジスト層11
を形成する。次に、図4(d)において、たとえばAr
イオンビームエッチングなどのドライエッチングを用い
て、レジスト層11以外の領域に位置する第2基板16
を除去した後、レジスト層11を除去して、図4(e)
に示すように、上面20、下面21および壁面22から
成る段差部が形成される。
【0017】次に、図4(f)において、上面20およ
び下面21の法線方向から、蒸着やスパッタなどを用い
て、Nbなどの超伝導材料を成膜して厚さ2000Å程
度の第1薄膜12を形成する。なお、図1の場合と同様
に、第1薄膜12を基板10の法線方向から成膜するこ
とによって、上面20および下面21の上にのみ形成さ
れ、壁面22の上には形成されない。次に、図4(g)
において、上面20および下面21の法線方向に対して
角度θの方向、たとえばθ=45°の方向から、蒸着や
スパッタなどを用いてNbなどの超伝導材料を成膜し
て、厚さ200Å程度の第2薄膜13を形成する。この
とき、第2薄膜13を基板10の法線方向に対して斜め
方向から成膜することによって、第2薄膜13が上面2
0、下面21および壁面22の上に形成される。
【0018】このように、図2で示したように、第1薄
膜12の膜厚D1、第2薄膜13の膜厚D2、段差部の
高さD3を精度よく形成することによって、第2薄膜1
3と第2基板16とが接する長さLを高精度で実現する
ことができる。以下、段差部の壁面22の上にマイクロ
ブリッジを形成するには、図1(g)〜(j)に示した
手順と同様な工程を用いることによって、図3と同様な
SQUIDを得ることができる。
【0019】図5は、本発明の他の実施例であるマイク
ロブリッジの製造方法を示す断面図である。まず、図5
(a)において、図1と同様に、Si、SiO2、サフ
ァイアなどから成る基板10を用意して、次に、図5
(b)において、図4と同様なAlなどの材料を成膜し
て、厚さ3000Å程度の第2基板16を形成し、次
に、図5(c)において、所定幅のレジスト層11を形
成する。次に、図5(d)において、たとえばArイオ
ンビームエッチングなどのドライエッチングを用いて、
レジスト層11以外の領域に位置する第2基板16を除
去した後、レジスト層11を除去して、図5(e)に示
すように、上面20、下面21および壁面22から成る
段差部が形成される。
【0020】次に、図5(f)において、上面20およ
び下面21の法線方向から、蒸着やスパッタなどを用い
て、Nbなどの超伝導材料を成膜して厚さ2000Å程
度の第1薄膜12を形成する。なお、第1薄膜12を基
板10の法線方向から成膜することによって、上面20
および下面21の上にのみ形成され、壁面22の上には
形成されない。次に、図5(g)において、上面20お
よび下面21の法線方向に対して角度θの方向、たとえ
ばθ=45°の方向から、蒸着やスパッタなどを用いて
Nbなどの超伝導材料を成膜して、厚さ200Å程度の
第2薄膜を形成する。このとき第2薄膜13を斜め方向
から成膜することによって、上面20、図中右側の下面
21および壁面22の上に形成されるとともに、図中左
側の下面21の上には上面20の影によって成膜されな
い領域が生ずる。そのため、図5(h)において、図5
(g)での成膜方向に対して反対側の角度φの方向、た
とえばφ=45°の方向から、蒸着やスパッタなどを用
いてNbなどの超伝導材料を成膜して、厚さ2000Å
程度の薄膜17を形成する。こうして、上面20の上の
第1薄膜12および第2薄膜13と、図中左側の下面2
1の上の第1薄膜12および第2薄膜13のとの電気的
接続を図ることができる。このようにして図5(i)の
部分斜視図に示すように、図中右側の壁面22の上に
は、第2薄膜13のみが形成される。
【0021】以下、図1に示したような2つのマイクロ
ブリッジを有するSQUIDを形成する場合、図1
(h)のようなレジスト膜14の形成工程、図1(i)
に示すようなドライエッチング工程、図1(j)のよう
なレジスト膜14の除去工程を経ることによって、図5
(j)の平面図に示すようなリングパターンを有し、か
つ2つのマイクロブリッジ30,31を含むSQUID
を得ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、マ
イクロブリッジのくびれ部の長さが高精度であるマイク
ロブリッジを容易に得ることができる。したがって、こ
のようなマイクロブリッジを用いてジョセフソン接合を
形成する場合、特性の安定化および製造歩留まりの向上
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるマイクロブリッジの製
造方法を示す断面図である。
【図2】本発明に係るマイクロブリッジの部分断面図で
ある。
【図3】本発明に係るマイクロブリッジ30,31を有
するSQUIDを示す部分斜視図である。
【図4】本発明の他の実施例であるマイクロブリッジの
製造方法を示す断面図である。
【図5】本発明の他の実施例であるマイクロブリッジの
製造方法を示す断面図である。
【図6】従来のマイクロブリッジの一例を示す部分斜視
図であり、図6(a)は定膜厚型、図6(b)は膜厚変
化型である。
【符号の説明】
10 基板 11,14 レジスト膜 12 第1薄膜 13 第2薄膜 16 第2基板 17 薄膜 20 上面 21 下面 22 壁面 30,31 マイクロブリッジ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高さが異なる上面および下面と、前記上
    面と前記下面とを連結する壁面とから成る段差部を有す
    る基板上に形成されるマイクロブリッジであって、 前記上面に成膜された薄膜と前記下面に成膜された薄膜
    とを接続するように、前記壁面の上に形成されているこ
    とを特徴とするマイクロブリッジ。
  2. 【請求項2】 基板上に、高さが異なる上面および下面
    と、前記上面と前記下面とを連結する壁面とから成る段
    差部を形成する工程と、 前記上面および前記下面の上に、基板法線方向から第1
    薄膜を成膜する工程と、 前記上面および前記下面の上に形成された第1薄膜の上
    ならびに前記壁面の上に、基板法線方向に対して斜め方
    向から第2薄膜を成膜する工程と、 前記壁面上の第2薄膜を帯状に形成する工程とを含むこ
    とを特徴とするマイクロブリッジの製造方法。
JP43A 1992-12-09 1992-12-09 マイクロブリッジおよびその製造方法 Pending JPH06177441A (ja)

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