JPH0661540A - 段差型ジョセフソン素子の製造方法 - Google Patents
段差型ジョセフソン素子の製造方法Info
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- JPH0661540A JPH0661540A JP4206879A JP20687992A JPH0661540A JP H0661540 A JPH0661540 A JP H0661540A JP 4206879 A JP4206879 A JP 4206879A JP 20687992 A JP20687992 A JP 20687992A JP H0661540 A JPH0661540 A JP H0661540A
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- Japan
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- photoresist
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Abstract
(57)【要約】
【目的】基板上の任意の位置に、所望の形状を持つ段差
を簡単な方法で形成する。 【構成】基板上にフォトレジストを用いてパターニング
した後、さらに基板と同一材料をフォトレジストが損傷
されない低温でスパッタ成膜し、次にフォトレジストを
除去してスパッタ膜厚に等しい段差の付けられた基板上
に、超電導薄膜を形成するものであり、このようにリフ
トオフ法と低温スパッタ法の組み合わせにより、段差形
状を持つ基板を作製し、その上に超電導体の薄膜を形成
するものであるから、製造方法が極めて簡単である上
に、基板表面の任意の個所に所望の形状を持つ段差を精
度よく容易に形成することができる。
を簡単な方法で形成する。 【構成】基板上にフォトレジストを用いてパターニング
した後、さらに基板と同一材料をフォトレジストが損傷
されない低温でスパッタ成膜し、次にフォトレジストを
除去してスパッタ膜厚に等しい段差の付けられた基板上
に、超電導薄膜を形成するものであり、このようにリフ
トオフ法と低温スパッタ法の組み合わせにより、段差形
状を持つ基板を作製し、その上に超電導体の薄膜を形成
するものであるから、製造方法が極めて簡単である上
に、基板表面の任意の個所に所望の形状を持つ段差を精
度よく容易に形成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は段差型ジョセフソン素子
の製造方法に関する。
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導体を使用したジョセフソン素子を
形成するジョセフソン接合の形は、大別してトンネル接
合型、ブリッジ型、点接触型などがあるが、トンネル接
合型を除いてこれらに共通する点は、電極間に弱い超電
導結合があることである。これを総称して弱結合（ｗｅ
ｅｋ ｌｉｎｋ）と呼んでいる。
形成するジョセフソン接合の形は、大別してトンネル接
合型、ブリッジ型、点接触型などがあるが、トンネル接
合型を除いてこれらに共通する点は、電極間に弱い超電
導結合があることである。これを総称して弱結合（ｗｅ
ｅｋ ｌｉｎｋ）と呼んでいる。
【０００３】ところで、近年、弱結合型として段差を利
用したジョセフソン素子が多く研究されている。これは
基板上に段差を付け、その上に超電導膜を形成すること
により、段差部分が弱結合となり、ジョセフソン素子を
得るものである。この段差型ジョセフソン素子の基板上
の段差を形成する方法は、例えば、単結晶ＭｇＯの基板
の劈開部分を利用する方法、または、フォトレジストや
Ｎｂをマスクとして、ＭｇＯ基板上にパターニングし、
Ａｒイオンミリング装置や反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）装置を用いて、ＭｇＯ基板をエッチングする方法
などが一般に知られている。
用したジョセフソン素子が多く研究されている。これは
基板上に段差を付け、その上に超電導膜を形成すること
により、段差部分が弱結合となり、ジョセフソン素子を
得るものである。この段差型ジョセフソン素子の基板上
の段差を形成する方法は、例えば、単結晶ＭｇＯの基板
の劈開部分を利用する方法、または、フォトレジストや
Ｎｂをマスクとして、ＭｇＯ基板上にパターニングし、
Ａｒイオンミリング装置や反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）装置を用いて、ＭｇＯ基板をエッチングする方法
などが一般に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のジョセ
フソン素子の基板上に段差を形成する方法は、次のよう
な問題がある。ＭｇＯ単結晶基板の劈開部分を利用する
方法は、段差を形成する場所や段差形状を任意に制御す
ることができない。また、フォトレジストやＮｂをマス
クとして、ＭｇＯ基板をエッチングする方法は、フォト
レジストの選択やミリング条件、もしくはＲＩＥのエッ
チング条件の設定などに、多くの予備実験による検討が
必要になる。フォトレジストやＮｂなどのマスクを用い
るとき、条件設定を適切にしないと所望の段差形状が得
られないのは、ミリングやＲＩＥによるエッチングの
際、フォトレジストやＮｂなどのマスク材料も同時にエ
ッチングされるので、段差の形状が２段形状になると
か、段差角度を数度〜十数度しか形成することができな
いなどの不都合が生ずるからである。通常、この段差角
度は、４５°以上でなければ、ジョセフソン接合を得る
ことができない。
フソン素子の基板上に段差を形成する方法は、次のよう
な問題がある。ＭｇＯ単結晶基板の劈開部分を利用する
方法は、段差を形成する場所や段差形状を任意に制御す
ることができない。また、フォトレジストやＮｂをマス
クとして、ＭｇＯ基板をエッチングする方法は、フォト
レジストの選択やミリング条件、もしくはＲＩＥのエッ
チング条件の設定などに、多くの予備実験による検討が
必要になる。フォトレジストやＮｂなどのマスクを用い
るとき、条件設定を適切にしないと所望の段差形状が得
られないのは、ミリングやＲＩＥによるエッチングの
際、フォトレジストやＮｂなどのマスク材料も同時にエ
ッチングされるので、段差の形状が２段形状になると
か、段差角度を数度〜十数度しか形成することができな
いなどの不都合が生ずるからである。通常、この段差角
度は、４５°以上でなければ、ジョセフソン接合を得る
ことができない。
【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、段差型ジョセフソン素子を製造する
に当たり、従来のＡｒイオンミリングやＲＩＥなどによ
るエッチング法を用いることなく、基板上の任意の位置
に、所望の形状を持つ段差を、比較的簡単に形成する方
法を提供することにある。
あり、その目的は、段差型ジョセフソン素子を製造する
に当たり、従来のＡｒイオンミリングやＲＩＥなどによ
るエッチング法を用いることなく、基板上の任意の位置
に、所望の形状を持つ段差を、比較的簡単に形成する方
法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の段差型ジョセフソン素子の製造方法は、
基板上の一主面にフォトレジストを用いてパターニング
した後、さらに基板と同一材料をフォトレジストが損傷
されない低温でスパッタ成膜し、次にフォトレジストを
除去してスパッタ膜厚に等しい段差を有する基板上に、
超電導薄膜を形成するものである。
めに、本発明の段差型ジョセフソン素子の製造方法は、
基板上の一主面にフォトレジストを用いてパターニング
した後、さらに基板と同一材料をフォトレジストが損傷
されない低温でスパッタ成膜し、次にフォトレジストを
除去してスパッタ膜厚に等しい段差を有する基板上に、
超電導薄膜を形成するものである。
【０００７】
【作用】本発明の方法は上記のように、フォトレジスト
を用いたリフトオフ法と低温スパッタ法の組み合わせに
より、段差形状を持つ基板を作製し、その上に超電導体
の薄膜を形成するものであるから、製造方法が極めて簡
単である上に、基板表面の任意の個所に所望の形状を持
つ段差を、精度よく容易に形成することができる。
を用いたリフトオフ法と低温スパッタ法の組み合わせに
より、段差形状を持つ基板を作製し、その上に超電導体
の薄膜を形成するものであるから、製造方法が極めて簡
単である上に、基板表面の任意の個所に所望の形状を持
つ段差を、精度よく容易に形成することができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。図
１（ａ）〜（ｅ）は、ジョセフソン素子の段差を形成す
る本発明の方法における工程図を示すものである。はじ
めに、フォトリソグラフィの一つの方法であるリフトオ
フと呼ばれるフォトリソパターニングの方法を用いる。
まず、ＭｇＯ基板［（１００）または（１１０）］１上
に、例えば東京応化工業社製の商品名ＯＦＰＲ−８００
などのフォトレジスト２を塗布乾燥後、これをパターニ
ングする。基板１の括弧内表示は結晶方位を表わす。基
板１は上記の他に、Ａｌ2 Ｏ3 （Ｒ，Ａ，Ｃ），ＳｒＴ
ｉＯ 3 ［（１００）または（１１０）］，ＬａＡｌＯ3
（１００），Ｙで安定化したジルコニアＹＳＺ（１０
０）を用いることができる。［図１（ａ）］。
１（ａ）〜（ｅ）は、ジョセフソン素子の段差を形成す
る本発明の方法における工程図を示すものである。はじ
めに、フォトリソグラフィの一つの方法であるリフトオ
フと呼ばれるフォトリソパターニングの方法を用いる。
まず、ＭｇＯ基板［（１００）または（１１０）］１上
に、例えば東京応化工業社製の商品名ＯＦＰＲ−８００
などのフォトレジスト２を塗布乾燥後、これをパターニ
ングする。基板１の括弧内表示は結晶方位を表わす。基
板１は上記の他に、Ａｌ2 Ｏ3 （Ｒ，Ａ，Ｃ），ＳｒＴ
ｉＯ 3 ［（１００）または（１１０）］，ＬａＡｌＯ3
（１００），Ｙで安定化したジルコニアＹＳＺ（１０
０）を用いることができる。［図１（ａ）］。
【０００９】このパターニングした基板１上に、フォト
レジスト２が損傷されない温度、例えば上記のＯＦＰＲ
−８００では約１３０℃以下で、基板１と同じ材料（こ
こではＭｇＯ）のスパッタ膜３を、例えば厚さ２０００
Å成膜する。このとき、図１（ａ）のフォトレジスト２
の膜厚を、スパッタ膜３の膜厚の約５〜１０倍にしてお
くと、フォトレジスト２の端面で、スパッタ膜３は不連
続となる［図１（ｂ）］。
レジスト２が損傷されない温度、例えば上記のＯＦＰＲ
−８００では約１３０℃以下で、基板１と同じ材料（こ
こではＭｇＯ）のスパッタ膜３を、例えば厚さ２０００
Å成膜する。このとき、図１（ａ）のフォトレジスト２
の膜厚を、スパッタ膜３の膜厚の約５〜１０倍にしてお
くと、フォトレジスト２の端面で、スパッタ膜３は不連
続となる［図１（ｂ）］。
【００１０】次いで、専用の剥離剤、例えば東京応化工
業社製の商品名クリーンストリップを用いて、１２０℃
でフォトレジスト２を除去する。その結果、基板１上
に、アモルファス状のＭｇＯ膜が、パターニングされた
状態で残り、全体として、角度９０°で２０００Åの段
差部４を持つＭｇＯ基板１ａを高精度に得ることができ
る。［図１（ｃ）］。
業社製の商品名クリーンストリップを用いて、１２０℃
でフォトレジスト２を除去する。その結果、基板１上
に、アモルファス状のＭｇＯ膜が、パターニングされた
状態で残り、全体として、角度９０°で２０００Åの段
差部４を持つＭｇＯ基板１ａを高精度に得ることができ
る。［図１（ｃ）］。
【００１１】次に、以上のリフトオフ法により得られた
段差を有する基板１ａ上に、ＲＦマグネトロンスパッタ
法により、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯY ［（ｙは超電導体に含ま
れる酸素量）以下、ＹＢＣＯとする］の酸化物超電導薄
膜５を２０００Åの膜厚にスパッタする。このときのス
パッタ条件は、基板温度６５０℃，ＡｒとＯ2 の混合ガ
ス圧０．５ｔｏｏｒ，スパッタ時間は約２０分である。
また、超電導体は、上記の他に、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 ＯY
（ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕの少なくとも一つ、ｙは超電導体に含
まれる酸素量）もしくは、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
系（以下、ＢＳＣＣＯとする）の２２１２相または２２
２３相の酸化物超電導薄膜を用いることができる［図１
（ｄ）］。
段差を有する基板１ａ上に、ＲＦマグネトロンスパッタ
法により、ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯY ［（ｙは超電導体に含ま
れる酸素量）以下、ＹＢＣＯとする］の酸化物超電導薄
膜５を２０００Åの膜厚にスパッタする。このときのス
パッタ条件は、基板温度６５０℃，ＡｒとＯ2 の混合ガ
ス圧０．５ｔｏｏｒ，スパッタ時間は約２０分である。
また、超電導体は、上記の他に、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 ＯY
（ＬｎはＬａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕの少なくとも一つ、ｙは超電導体に含
まれる酸素量）もしくは、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
系（以下、ＢＳＣＣＯとする）の２２１２相または２２
２３相の酸化物超電導薄膜を用いることができる［図１
（ｄ）］。
【００１２】続いて前述のフォトレジストＯＦＰＲ−８
００を用いて、フォトリソパターニング法により、ＹＢ
ＣＯ５をブリッジパターンに微細加工し、さらにＡｕの
電極６を蒸着により形成する［図１（ｅ）］。図２は以
上の工程により得られた段差型ジョセフソン素子の形状
を表わす斜視図であり、図１（ａ）〜（ｅ）と共通部分
に同一符号を用いてある。
００を用いて、フォトリソパターニング法により、ＹＢ
ＣＯ５をブリッジパターンに微細加工し、さらにＡｕの
電極６を蒸着により形成する［図１（ｅ）］。図２は以
上の工程により得られた段差型ジョセフソン素子の形状
を表わす斜視図であり、図１（ａ）〜（ｅ）と共通部分
に同一符号を用いてある。
【００１３】図３は図２に示した段差型ジョセフソン素
子に、１２ＧＨｚのマイクロ波を印加したときの電流−
電圧特性線図である。図３中の特性線（イ）はマイクロ
波印加前、特性線（ロ）はマイクロ波印加後を表わして
いる。図３からわかるように、マイクロ波印加により階
段状のステップ（シャピロステップ）が観測される。表
１にＹＢＣＯ系とＢＳＣＣＯ系の酸化物超電導薄膜と、
各種基板との組み合わせによる段差型ジョセフソン素子
について、ＪC （７７Ｋにおける臨界電流密度）とジョ
セフソン特性（７７Ｋにおけるシャピロステップ出力）
を求めた結果を示す。表１中の◎はシャピロステップ出
力大，○はシャピロステップ出力中，△はシャピロステ
ップ出力小なることを表わす。
子に、１２ＧＨｚのマイクロ波を印加したときの電流−
電圧特性線図である。図３中の特性線（イ）はマイクロ
波印加前、特性線（ロ）はマイクロ波印加後を表わして
いる。図３からわかるように、マイクロ波印加により階
段状のステップ（シャピロステップ）が観測される。表
１にＹＢＣＯ系とＢＳＣＣＯ系の酸化物超電導薄膜と、
各種基板との組み合わせによる段差型ジョセフソン素子
について、ＪC （７７Ｋにおける臨界電流密度）とジョ
セフソン特性（７７Ｋにおけるシャピロステップ出力）
を求めた結果を示す。表１中の◎はシャピロステップ出
力大，○はシャピロステップ出力中，△はシャピロステ
ップ出力小なることを表わす。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】段差型ジョセフソン素子の基板に段差を
形成する手段として、従来用いていたエッチング法は、
段差形状が不安定であり、所望の個所に形成することが
できなかったが、本発明によれば、まず基板表面にフォ
トレジストを用いてパターニングした後、基板と同一材
料の低温スパッタ膜を付け、フォトレジストを除去する
ことによって、スパッタ膜厚に等しい段差を持つ基板を
得ることができるので、基板上の任意の位置に、所望の
形を持つ段差を確実に精度良く形成することが、簡単で
容易に可能である。したがって、その上に成膜する超電
導薄膜を備えた段差型ジョセフソン素子の特性も安定す
る。
形成する手段として、従来用いていたエッチング法は、
段差形状が不安定であり、所望の個所に形成することが
できなかったが、本発明によれば、まず基板表面にフォ
トレジストを用いてパターニングした後、基板と同一材
料の低温スパッタ膜を付け、フォトレジストを除去する
ことによって、スパッタ膜厚に等しい段差を持つ基板を
得ることができるので、基板上の任意の位置に、所望の
形を持つ段差を確実に精度良く形成することが、簡単で
容易に可能である。したがって、その上に成膜する超電
導薄膜を備えた段差型ジョセフソン素子の特性も安定す
る。
【図１】（ａ）は基板表面をフォトレジストによりパタ
ーニングした状態、（ｂ）はその上にスパッタ膜を形成
した状態、（ｃ）はフォトレジストを除去した状態、
（ｄ）はその上に超電導薄膜を形成状態、（ｅ）は電極
を取り付けた状態を示す本発明の方法における工程図。
ーニングした状態、（ｂ）はその上にスパッタ膜を形成
した状態、（ｃ）はフォトレジストを除去した状態、
（ｄ）はその上に超電導薄膜を形成状態、（ｅ）は電極
を取り付けた状態を示す本発明の方法における工程図。
【図２】本発明の方法により得られた段差型ジョセフソ
ン素子の形状を示す斜視図。
ン素子の形状を示す斜視図。
【図３】本発明の方法により得られた段差型ジョセフソ
ン素子の電流−電圧特性線図
ン素子の電流−電圧特性線図
１ 基板 １ａ 基板 ２ フォトレジスト ３ スパッタ膜 ４ 段差部 ５ 酸化物超電導薄膜 ６ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 浩 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】基板上の一主面にフォトレジストを塗布乾
燥した後これをパターニングし、さらに基板と同一材料
のスパッタ膜を形成し、次いでフォトレジストを除去し
てスパッタ膜厚に等しい段差を有する基板上に、超電導
薄膜を形成することを特徴とする段差型ジョセフソン素
子の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、スパッタ膜
の形成はフォトレジストが損傷される以下の低温で行な
うことを特徴とする段差型ジョセフソン素子の製造方
法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、基
板としてＭｇＯ［（１００）または（１１０）面］，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ［（Ｒ，Ａ，またはＣ面）］，ＳｒＴｉＯ
3 ［（１００）または（１１０）面］，ＬａＡｌＯ
3 ［（１００）面］，ＹＳＺ［（１００）面］のいずれ
かを用いることを特徴とする段差型ジョセフソン素子の
製造方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３記載の方法において、超
電導薄膜はＬｎＢａ 2 Ｃｕ3 ＯY （ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ
の少なくとも一つ、ｙは超電導体に含まれる酸素量）で
あることを特徴とする段差型ジョセフソン素子の製造方
法。 - 【請求項５】請求項１または２記載の方法において、超
電導薄膜はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の２２１２相
または２２２３相であることを特徴とする段差型ジョセ
フソン素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4206879A JPH0661540A (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | 段差型ジョセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4206879A JPH0661540A (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | 段差型ジョセフソン素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661540A true JPH0661540A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16530565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4206879A Pending JPH0661540A (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | 段差型ジョセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0661540A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088205A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 金属材料層の製造方法及び電子デバイスの製造方法 |
-
1992
- 1992-08-04 JP JP4206879A patent/JPH0661540A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088205A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 金属材料層の製造方法及び電子デバイスの製造方法 |
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