JPH0766460A - 超伝導回路 - Google Patents
超伝導回路Info
- Publication number
- JPH0766460A JPH0766460A JP5209736A JP20973693A JPH0766460A JP H0766460 A JPH0766460 A JP H0766460A JP 5209736 A JP5209736 A JP 5209736A JP 20973693 A JP20973693 A JP 20973693A JP H0766460 A JPH0766460 A JP H0766460A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stopper
- lower electrode
- superconducting
- film
- insulating film
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- Pending
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超伝導電極間の接続の信頼性を向上させる。
【構成】 上部電極３と下部電極１の２つの超伝導層が
層間絶縁膜６を介して接続するコンタクト部に層間絶縁
膜６のエッチングでエッチングされない非磁性の金属膜
をストッパ４として下部電極状に設ける。層間絶縁膜６
にコンタクト部をエッチングにより形成する際、このス
トッパ４の層があるため、オーバーエッチングとなった
場合でも、下部電極１がエッチングされてしまうことは
ない。
層間絶縁膜６を介して接続するコンタクト部に層間絶縁
膜６のエッチングでエッチングされない非磁性の金属膜
をストッパ４として下部電極状に設ける。層間絶縁膜６
にコンタクト部をエッチングにより形成する際、このス
トッパ４の層があるため、オーバーエッチングとなった
場合でも、下部電極１がエッチングされてしまうことは
ない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超伝導現象を利用した
ジョセフソン素子、高感度磁気センサや高速論理素子、
高周波信号増幅器などの回路に関するものである。
ジョセフソン素子、高感度磁気センサや高速論理素子、
高周波信号増幅器などの回路に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来のジョセフソン接合の断面図を図２に
示す。エッチングのストッパがないため下部電極１の上
の部分は層間絶縁膜６のエッチング工程で絶縁膜に比べ
速度は遅いがエッチングされてしまう。余り長い時間オ
ーバーエッチをしていると下部電極１がなくなり、電気
的な接続が十分取れなくなってしまう。図３はジョセフ
ソン接合５を含む従来の回路である。図１同様、層間絶
縁膜６のエッチング時に上部電極３や障壁層２までもエ
ッチングされてしまう可能性があり、ジョセフソン接合
５が壊れて回路が動作しなくなってしまう。
示す。エッチングのストッパがないため下部電極１の上
の部分は層間絶縁膜６のエッチング工程で絶縁膜に比べ
速度は遅いがエッチングされてしまう。余り長い時間オ
ーバーエッチをしていると下部電極１がなくなり、電気
的な接続が十分取れなくなってしまう。図３はジョセフ
ソン接合５を含む従来の回路である。図１同様、層間絶
縁膜６のエッチング時に上部電極３や障壁層２までもエ
ッチングされてしまう可能性があり、ジョセフソン接合
５が壊れて回路が動作しなくなってしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】余り長い時間オーバー
エッチをしていると超伝導層がなくなり、電気的な接続
ができなくなってしまったり、ジョセフソン接合が壊れ
てしまった。
エッチをしていると超伝導層がなくなり、電気的な接続
ができなくなってしまったり、ジョセフソン接合が壊れ
てしまった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、上部電極上に層間絶縁膜のエッチングでエッチン
グされない非磁性の金属膜をストッパとして堆積する。
めに、上部電極上に層間絶縁膜のエッチングでエッチン
グされない非磁性の金属膜をストッパとして堆積する。
【０００５】
【実施例】図１に本発明による超伝導回路を示す。二つ
の超伝導層（下部電極１と上部電極３）の接続部分を示
す断面図である。以下製作工程により本発明の構造を説
明する。製作工程は薄膜をフォトリソ工程でエッチング
する方法である。基板上に下部電極１とストッパ４を堆
積し、エッチングによりパターンを形成する。
の超伝導層（下部電極１と上部電極３）の接続部分を示
す断面図である。以下製作工程により本発明の構造を説
明する。製作工程は薄膜をフォトリソ工程でエッチング
する方法である。基板上に下部電極１とストッパ４を堆
積し、エッチングによりパターンを形成する。
【０００６】基板は平坦性の良いものほど特性のばらつ
きは小さくなる。一般に使われているものは、Ｓｉやガ
ラスを平坦に研磨した基板である。ここでは、Ｓｉ基板
を熱酸化して表面に約１００ｎｍのＳｉＯ2 を形成した
ものを使用する。下部電極１は超伝導層からなり、例と
してはＮｂ、ＮｂＮをスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等で堆積
可能である。ここではＮｂ膜をＤＣマグネトロンスパッ
タで堆積する。磁気的な超伝導シールドが必要な場合
は、少なくとも磁場侵入長以上にすることが望ましく、
３倍程度の膜厚があれば十分である。
きは小さくなる。一般に使われているものは、Ｓｉやガ
ラスを平坦に研磨した基板である。ここでは、Ｓｉ基板
を熱酸化して表面に約１００ｎｍのＳｉＯ2 を形成した
ものを使用する。下部電極１は超伝導層からなり、例と
してはＮｂ、ＮｂＮをスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等で堆積
可能である。ここではＮｂ膜をＤＣマグネトロンスパッ
タで堆積する。磁気的な超伝導シールドが必要な場合
は、少なくとも磁場侵入長以上にすることが望ましく、
３倍程度の膜厚があれば十分である。
【０００７】ここでは１００−４００ｎｍ堆積する。ス
トッパ４は非磁性の金属を使用する。例としてはＡｌ，
Ａｕ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃ
ｕ，Ｂｉ，Ｙ，Ｍｇ，Ｇａ，Ｂａ，Ｒｈ，Ｚｒ等や、各
金属の混合による合金等いろいろな組合せが可能であ
る。いずれもスパッタ、蒸着、ＣＶＤで堆積可能であ
る。また層間絶縁膜６のエッチングで選択比が取れれば
超伝導膜でもよい。ここではＡｌをＤＣマグネトロンス
パッタで５ｎｍから５０ｎｍ堆積する。ここで下部電極
１とストッパ４は真空中で連続的に堆積可能であり、連
続で堆積した方が電気的な接続は良くなる。別々に堆積
する場合はストッパ４を堆積前に、下部電極１の表面に
できた酸化膜を除去するために逆スパッタをした方がよ
い。ストッパ４が金属膜の場合は近接効果により、超伝
導接続が可能な膜厚にしておく必要がある。次にパター
ン形成のためフォトリソ工程でエッチングを行う。スト
ッパ４のエッチングはウエットとドライエッチングの両
方が可能である。基板表面に対して選択性があることが
重要である。Ａｌのストッパ４のウエットエッチング例
は、主に燐酸と硝酸の混合液を使った方法がある。
トッパ４は非磁性の金属を使用する。例としてはＡｌ，
Ａｕ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃ
ｕ，Ｂｉ，Ｙ，Ｍｇ，Ｇａ，Ｂａ，Ｒｈ，Ｚｒ等や、各
金属の混合による合金等いろいろな組合せが可能であ
る。いずれもスパッタ、蒸着、ＣＶＤで堆積可能であ
る。また層間絶縁膜６のエッチングで選択比が取れれば
超伝導膜でもよい。ここではＡｌをＤＣマグネトロンス
パッタで５ｎｍから５０ｎｍ堆積する。ここで下部電極
１とストッパ４は真空中で連続的に堆積可能であり、連
続で堆積した方が電気的な接続は良くなる。別々に堆積
する場合はストッパ４を堆積前に、下部電極１の表面に
できた酸化膜を除去するために逆スパッタをした方がよ
い。ストッパ４が金属膜の場合は近接効果により、超伝
導接続が可能な膜厚にしておく必要がある。次にパター
ン形成のためフォトリソ工程でエッチングを行う。スト
ッパ４のエッチングはウエットとドライエッチングの両
方が可能である。基板表面に対して選択性があることが
重要である。Ａｌのストッパ４のウエットエッチング例
は、主に燐酸と硝酸の混合液を使った方法がある。
【０００８】ドライエッチングの例としてはＣＣｌ4 等
のＣｌ系のガス及びそれらの混合ガスを使った反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）がある。ここではＡｌをウエ
ットエッチングする。この方法は基板、下部電極１のＮ
ｂに対して選択比があり、良好な方法である。下部電極
１のエッチング方法も、ウエットとドライの両方があ
る。いずれの場合でも基板に対して選択性があることが
重要である。一般的にプラズマによるドライエッチング
を使う。下部電極１がＮｂ，ＮｂＮの場合はＣＦ 4 やＣ
Ｆ4 とＯ2 の混合ガスを使い、プラズマエッチングまた
は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。プラズマ
エッチングでＯ2 の量を多くしていくと等方的にエッチ
ングをするとともに、Ｏ2 によりパターン周辺のレジス
ト膜を削りテーパ状にすることができる。層間絶縁層６
を堆積後フォトリソ工程でコンタクトホールを開けた
後、超伝導層を堆積してフォトリソ工程で上部電極３を
形成する。
のＣｌ系のガス及びそれらの混合ガスを使った反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）がある。ここではＡｌをウエ
ットエッチングする。この方法は基板、下部電極１のＮ
ｂに対して選択比があり、良好な方法である。下部電極
１のエッチング方法も、ウエットとドライの両方があ
る。いずれの場合でも基板に対して選択性があることが
重要である。一般的にプラズマによるドライエッチング
を使う。下部電極１がＮｂ，ＮｂＮの場合はＣＦ 4 やＣ
Ｆ4 とＯ2 の混合ガスを使い、プラズマエッチングまた
は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。プラズマ
エッチングでＯ2 の量を多くしていくと等方的にエッチ
ングをするとともに、Ｏ2 によりパターン周辺のレジス
ト膜を削りテーパ状にすることができる。層間絶縁層６
を堆積後フォトリソ工程でコンタクトホールを開けた
後、超伝導層を堆積してフォトリソ工程で上部電極３を
形成する。
【０００９】層間絶縁層６はＳｉＯ2 ，ＳｉＯ，Ｓｉ，
ＭｇＯ等がある。どれもスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等で堆
積できる。堆積膜厚は下部電極１を完全に絶縁するよう
に下部電極１の１．５倍から２倍程度にする。ここでは
ＲＦマグネトロンスパッタで、ＳｉＯ2 を堆積後、フォ
トリソ工程で各電極とコンタクトがとれるようにする。
ＳｉＯ2 のエッチングはウエットとドライエッチングの
両方が可能である。ウエットエッチングの例としてはフ
ッ酸の混合液を使った方法がある。ドライエッチングの
例としてはＣＦ4 やＣＨＦ3 とＯ2 の混合ガスを使った
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）がある。ここではＣ
ＨＦ3 とＯ2 の混合ガスを使ったＲＩＥによりＳｉＯ2
をエッチングする。このエッチングでＡｌのストッパ４
はほとんどエッチングされないのため、従来のように下
部電極１が無くなってしまうことはない。
ＭｇＯ等がある。どれもスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等で堆
積できる。堆積膜厚は下部電極１を完全に絶縁するよう
に下部電極１の１．５倍から２倍程度にする。ここでは
ＲＦマグネトロンスパッタで、ＳｉＯ2 を堆積後、フォ
トリソ工程で各電極とコンタクトがとれるようにする。
ＳｉＯ2 のエッチングはウエットとドライエッチングの
両方が可能である。ウエットエッチングの例としてはフ
ッ酸の混合液を使った方法がある。ドライエッチングの
例としてはＣＦ4 やＣＨＦ3 とＯ2 の混合ガスを使った
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）がある。ここではＣ
ＨＦ3 とＯ2 の混合ガスを使ったＲＩＥによりＳｉＯ2
をエッチングする。このエッチングでＡｌのストッパ４
はほとんどエッチングされないのため、従来のように下
部電極１が無くなってしまうことはない。
【００１０】上部電極３の例としてはＮｂ、ＮｂＮやＰ
ｂ−Ｉｎ、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕをスパッタや蒸着で堆積す
る方法がある。ここでは下部電極１と同様にして、Ｎｂ
膜をＤＣマグネトロンスパッタで堆積する。堆積前に超
伝導コンタクトになるように基板をＡｒガスで逆スパッ
タする。上部電極１のエッチングは前記の下部電極７と
同様にプラズマエッチングで行なう。
ｂ−Ｉｎ、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕをスパッタや蒸着で堆積す
る方法がある。ここでは下部電極１と同様にして、Ｎｂ
膜をＤＣマグネトロンスパッタで堆積する。堆積前に超
伝導コンタクトになるように基板をＡｒガスで逆スパッ
タする。上部電極１のエッチングは前記の下部電極７と
同様にプラズマエッチングで行なう。
【００１１】フォトリソ工程においてレジストの剥離
は、ウエットとドライ方式がある。ウエットにはアルカ
リ性の剥離液、濃硝酸、加熱した濃硫酸等があり、ドラ
イにはＯ2 プラズマやＵＶ光を使ったものがある。各方
法またはいくつかの方法を組み合わせることで、剥離が
可能である。
は、ウエットとドライ方式がある。ウエットにはアルカ
リ性の剥離液、濃硝酸、加熱した濃硫酸等があり、ドラ
イにはＯ2 プラズマやＵＶ光を使ったものがある。各方
法またはいくつかの方法を組み合わせることで、剥離が
可能である。
【００１２】図４は本発明によるジョセフソン接合回路
の第１の実施例である。ジョセフソン接合５による超伝
導回路は、論理回路や磁束計等いろいろな回路があり、
各回路に本構造は適用可能である。基板上に下部電極
１、障壁層２、上部電極３からなるジョセフソン接合５
とストッパ４を真空中で連続的に堆積する。ジョセフソ
ン接合５の例はＮｂ／Ａｌ−ｏｘｉｄｅ／Ｎｂ構造の他
にＮｂＮ／ＭｇＯ／ＮｂＮ，Ｎｂ／Ｓｉ／Ｎｂ，Ｎｂ／
Ｎｂ−ｏｘｉｄｅ／Ｎｂ等種々の構造があるが、ここで
はＮｂ／Ａｌ−ｏｘｉｄｅ／Ｎｂ構造をスパッタで堆積
する。Ｎｂ膜はＤＣマグネトロンスパッタで膜厚１００
から３００ｎｍ堆積する。Ｎｂはスパッタ圧力により膜
のストレスが変わるので、ストレスが小さい圧力で堆積
するのが好ましい。ＡｌをＤＣマグネトロンスパッタし
１ｎｍから２０ｎｍ堆積する。Ａｌのスパッタ圧力はＮ
ｂに比べて低くした方が膜が緻密になり、Ｎｂ表面を均
一に覆うことができる。Ｏ2 ガスまたはＯ2 とＡｒの混
合ガス等を導入し圧力を設定値にし、Ａｌ表面を酸化し
てＡｌＯｘ／Ａｌの障壁層２を形成する。Ｎｂ堆積条件
で再び上部電極３を１００から３００ｎｍ堆積する。さ
らにストッパ４としてＡｌを５から５０ｎｍ堆積する。
これらの堆積は真空中で連続的に行うことにより、電気
的な接続はほぼ完全なものとなる。
の第１の実施例である。ジョセフソン接合５による超伝
導回路は、論理回路や磁束計等いろいろな回路があり、
各回路に本構造は適用可能である。基板上に下部電極
１、障壁層２、上部電極３からなるジョセフソン接合５
とストッパ４を真空中で連続的に堆積する。ジョセフソ
ン接合５の例はＮｂ／Ａｌ−ｏｘｉｄｅ／Ｎｂ構造の他
にＮｂＮ／ＭｇＯ／ＮｂＮ，Ｎｂ／Ｓｉ／Ｎｂ，Ｎｂ／
Ｎｂ−ｏｘｉｄｅ／Ｎｂ等種々の構造があるが、ここで
はＮｂ／Ａｌ−ｏｘｉｄｅ／Ｎｂ構造をスパッタで堆積
する。Ｎｂ膜はＤＣマグネトロンスパッタで膜厚１００
から３００ｎｍ堆積する。Ｎｂはスパッタ圧力により膜
のストレスが変わるので、ストレスが小さい圧力で堆積
するのが好ましい。ＡｌをＤＣマグネトロンスパッタし
１ｎｍから２０ｎｍ堆積する。Ａｌのスパッタ圧力はＮ
ｂに比べて低くした方が膜が緻密になり、Ｎｂ表面を均
一に覆うことができる。Ｏ2 ガスまたはＯ2 とＡｒの混
合ガス等を導入し圧力を設定値にし、Ａｌ表面を酸化し
てＡｌＯｘ／Ａｌの障壁層２を形成する。Ｎｂ堆積条件
で再び上部電極３を１００から３００ｎｍ堆積する。さ
らにストッパ４としてＡｌを５から５０ｎｍ堆積する。
これらの堆積は真空中で連続的に行うことにより、電気
的な接続はほぼ完全なものとなる。
【００１３】この後の工程は図１の実施例と同様の方法
で可能である。層間絶縁層６のエッチングの際にストッ
パ４があるため、上部電極３はエッチングされることな
く形状が変わらない。従ってジョセフソン接合５も壊れ
ることなく正常な回路動作をする。
で可能である。層間絶縁層６のエッチングの際にストッ
パ４があるため、上部電極３はエッチングされることな
く形状が変わらない。従ってジョセフソン接合５も壊れ
ることなく正常な回路動作をする。
【００１４】図５は本発明によるジョセフソン接合回路
の第２実施例である。図４の第１実施例に対して、障壁
層２をエッチングしないで残している。そのため層間絶
縁膜６のエッチングの際に、下部電極１のコンタクト部
分もエッチングされなくなり、回路が正常に動作する確
率がより高くなる。 図６は本発明によるジョセフソン
接合回路の第３実施例である。図４の第１実施例に対し
て、下部電極１と対向電極７のコンタクト部分が大きな
面積のジョセフソン接合としている。このコンタクト部
分を流れる電流の最大値が接合の臨界電流よりも小さけ
れば正常な回路動作をする。
の第２実施例である。図４の第１実施例に対して、障壁
層２をエッチングしないで残している。そのため層間絶
縁膜６のエッチングの際に、下部電極１のコンタクト部
分もエッチングされなくなり、回路が正常に動作する確
率がより高くなる。 図６は本発明によるジョセフソン
接合回路の第３実施例である。図４の第１実施例に対し
て、下部電極１と対向電極７のコンタクト部分が大きな
面積のジョセフソン接合としている。このコンタクト部
分を流れる電流の最大値が接合の臨界電流よりも小さけ
れば正常な回路動作をする。
【００１５】
【発明の効果】層間絶縁膜６のエッチングの際に、下に
ある電極部分がエッチングされなくなるため、電極間の
コンタクト不良がなくなり、回路が正常に動作する。
ある電極部分がエッチングされなくなるため、電極間の
コンタクト不良がなくなり、回路が正常に動作する。
【図１】本発明による超伝導回路である。
【図２】従来の超伝導回路である。
【図３】従来のジョセフソン接合回路である。
【図４】本発明によるジョセフソン接合回路の第１実施
例である。
例である。
【図５】本発明によるジョセフソン接合回路の第２実施
例である。
例である。
【図６】本発明によるジョセフソン接合回路の第３実施
例である。
例である。
１ 下部電極 ２ 障壁層 ３ 上部電極 ４ ストッパ ５ ジョセフソン接合 ６ 層間絶縁膜 ７ 対向電極
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも２つの超伝導層と層間絶縁膜
からなり、前記２つの超伝導層を接続するために、前記
層間絶縁膜にコンタクト部を形成する超伝導回路におい
て、少なくとも前記コンタクト部の前記超伝導層の間
に、非磁性の金属膜によるストッパを設けた超伝導回
路。 - 【請求項２】 前記超伝導回路が薄い障壁絶縁膜からな
る障壁層を超伝導層である上部電極と下部電極で挟んだ
ジョセフソン接合を含み、前記コンタクト部が前記上部
電極の一部であり、前記上部電極上に前記ストッパをコ
ンタクト部分より広く設けた請求項１記載の超伝導回
路。 - 【請求項３】 前記金属膜がＡｌ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｃｕ，
Ｉｎ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｗ，Ｂｉ，Ｙ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｏ，
Ｇａ，Ｂａ，Ｔａの内少なくとも一つを含む請求項１記
載の超伝導回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5209736A JPH0766460A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 超伝導回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5209736A JPH0766460A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 超伝導回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766460A true JPH0766460A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16577792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5209736A Pending JPH0766460A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 超伝導回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766460A (ja) |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP5209736A patent/JPH0766460A/ja active Pending
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