JPH10173246A - 高温ｓｓｎｓ及びｓｎｓジョセフソン接合及びその製造方法 - Google Patents
高温ｓｓｎｓ及びｓｎｓジョセフソン接合及びその製造方法Info
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- JPH10173246A JPH10173246A JP9333051A JP33305197A JPH10173246A JP H10173246 A JPH10173246 A JP H10173246A JP 9333051 A JP9333051 A JP 9333051A JP 33305197 A JP33305197 A JP 33305197A JP H10173246 A JPH10173246 A JP H10173246A
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Classifications
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- 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
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- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ベース電極と通常のバリア層の界面の電気抵
抗の問題を克服する高温超伝導ジョセフソン接合及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 接合４０は、基体４２上の第１の高Ｔｃ
の超伝導層４６と、その上に形成された誘電体層４８と
を備えている。誘電体層及び第１の高Ｔｃの超伝導層
は、傾斜エッジ５０を形成する。この傾斜エッジには三
層ＳＮＳ構造体５２が配置されて、ＳＳＮＳ接合を形成
する。ＳＮＳ構造体は、第１の高Ｔｃの超伝導層上に直
接設けられた第２の高Ｔｃの超伝導層と、この第２の高
Ｔｃの超伝導層上の通常のバリア層５６と、このバリア
層上の第３の高Ｔｃの超伝導層５８とを備えている。傾
斜エッジは、通常は、ホトレジストマスキング及びイオ
ンミリングにより形成される。傾斜エッジの形成に続い
てプラズマエッチング段階がその場で行われ、ホトレジ
スト層６２を除去する。プラズマエッチングの後に傾斜
エッジにＮＳ構造体を直接形成し、ＳＮＳ接合７０を形
成することができる。ＳＮＳ及びＮＳ構造体は、好まし
くは、その場で形成される。
抗の問題を克服する高温超伝導ジョセフソン接合及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 接合４０は、基体４２上の第１の高Ｔｃ
の超伝導層４６と、その上に形成された誘電体層４８と
を備えている。誘電体層及び第１の高Ｔｃの超伝導層
は、傾斜エッジ５０を形成する。この傾斜エッジには三
層ＳＮＳ構造体５２が配置されて、ＳＳＮＳ接合を形成
する。ＳＮＳ構造体は、第１の高Ｔｃの超伝導層上に直
接設けられた第２の高Ｔｃの超伝導層と、この第２の高
Ｔｃの超伝導層上の通常のバリア層５６と、このバリア
層上の第３の高Ｔｃの超伝導層５８とを備えている。傾
斜エッジは、通常は、ホトレジストマスキング及びイオ
ンミリングにより形成される。傾斜エッジの形成に続い
てプラズマエッチング段階がその場で行われ、ホトレジ
スト層６２を除去する。プラズマエッチングの後に傾斜
エッジにＮＳ構造体を直接形成し、ＳＮＳ接合７０を形
成することができる。ＳＮＳ及びＮＳ構造体は、好まし
くは、その場で形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導ジョセフソ
ン接合の分野に係り、より詳細には、高温超伝導−超伝
導−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）ジョセフソン接合及び高
温超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）ジョセフソン接合、
並びにそれら接合の製造方法に係る。
ン接合の分野に係り、より詳細には、高温超伝導−超伝
導−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）ジョセフソン接合及び高
温超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）ジョセフソン接合、
並びにそれら接合の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】高温超伝導（ＨＴＳ）物質は、通常から
超伝導への遷移温度Ｔｃが２５Ｋより高い。低い温度に
おいては、これらの物質は、電流に対して抵抗を示さな
い。Ｔｃの高い超伝導物質は、ＨＴＳ回路に使用され
る。低温超伝導（ＬＴＳ）回路との比較において、ＨＴ
Ｓ回路は、ＬＴＳ回路の約４−１０Ｋに比して典型的に
約２５−１００Ｋである非常に高い温度で動作する。Ｈ
ＴＳ回路は、冷却及び絶縁要求が比較的緩和されるため
にＬＴＳ回路に比して非常に効果的である。
超伝導への遷移温度Ｔｃが２５Ｋより高い。低い温度に
おいては、これらの物質は、電流に対して抵抗を示さな
い。Ｔｃの高い超伝導物質は、ＨＴＳ回路に使用され
る。低温超伝導（ＬＴＳ）回路との比較において、ＨＴ
Ｓ回路は、ＬＴＳ回路の約４−１０Ｋに比して典型的に
約２５−１００Ｋである非常に高い温度で動作する。Ｈ
ＴＳ回路は、冷却及び絶縁要求が比較的緩和されるため
にＬＴＳ回路に比して非常に効果的である。
【０００３】ＨＴＳ回路は、防衛、工業及び商業の用途
に広く利用できる。ＨＴＳ回路は、アナログ信号プロセ
ッサ（ＡＳＰ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、
高速コンピュータ、非同期転送モード（ＡＴＭ）、スイ
ッチングネットワーク、テレコミュニケーション、商業
用衛星のようなアナログ／デジタル（ＡＤＣ）用途；共
振器、バンドパスフィルタ、セルラー／衛星通信用のフ
ェーズドアレーアンテナのようなＲＦ用途；及び地雷探
知、対潜水艦交戦のための磁気センサ、並びにバイオマ
グネチック診断及び非破壊磁気センサのようなセンサに
使用することができる。
に広く利用できる。ＨＴＳ回路は、アナログ信号プロセ
ッサ（ＡＳＰ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、
高速コンピュータ、非同期転送モード（ＡＴＭ）、スイ
ッチングネットワーク、テレコミュニケーション、商業
用衛星のようなアナログ／デジタル（ＡＤＣ）用途；共
振器、バンドパスフィルタ、セルラー／衛星通信用のフ
ェーズドアレーアンテナのようなＲＦ用途；及び地雷探
知、対潜水艦交戦のための磁気センサ、並びにバイオマ
グネチック診断及び非破壊磁気センサのようなセンサに
使用することができる。
【０００４】ＨＴＳ回路は、既存の半導体技術に取って
代わりそして次の１０年に甚だしい成長を遂げるであろ
う重要な次世代技術である。既知のＨＴＳ回路は、重要
な効果を発揮するが、性能を制限する問題も抱えてい
る。ＨＴＳ回路の１つの基本的な問題は、能動的デバイ
スの非均一性にある。ＨＴＳ回路に使用される基本的な
能動的デバイスは、ジョセフソン接合である。重要な接
合技術は、ＳＮＳジョセフソン接合である。このＳＮＳ
ジョセフソン接合は、２つの超伝導層と、通常の物質よ
り成る中間バリア層（Ｎ層）とを含む。動作中に、ジョ
セフソントンネル効果によりバリア層を経て超電流が流
れる。
代わりそして次の１０年に甚だしい成長を遂げるであろ
う重要な次世代技術である。既知のＨＴＳ回路は、重要
な効果を発揮するが、性能を制限する問題も抱えてい
る。ＨＴＳ回路の１つの基本的な問題は、能動的デバイ
スの非均一性にある。ＨＴＳ回路に使用される基本的な
能動的デバイスは、ジョセフソン接合である。重要な接
合技術は、ＳＮＳジョセフソン接合である。このＳＮＳ
ジョセフソン接合は、２つの超伝導層と、通常の物質よ
り成る中間バリア層（Ｎ層）とを含む。動作中に、ジョ
セフソントンネル効果によりバリア層を経て超電流が流
れる。
【０００５】既知の傾斜型高ＴｃのＳＮＳジョセフソン
接合においては、傾斜型高Ｔｃの超伝導ベース電極に通
常のバリア層及び高Ｔｃの超伝導の逆電極層を付着する
ことによりＳＮＳ接合が形成される。既知の傾斜型ＳＮ
Ｓ接合に関連した性能限定問題の１つは、傾斜エッジに
おけるベース電極／通常バリア層の界面に界面電気抵抗
が発生することである。この界面抵抗は、接合を形成す
るのに使用される従来の製造プロセスによるものであ
る。特に、ベース電極は、パターン化プロセス中に周囲
条件及び化学的処理に曝される。その結果、ベース電極
の頂部の幾つかの単層が劣化及び脱酸素され、層の大部
分に比してこれら単層の質を低下すると共に、抵抗性及
び／又は非均一な界面を形成することになる。
接合においては、傾斜型高Ｔｃの超伝導ベース電極に通
常のバリア層及び高Ｔｃの超伝導の逆電極層を付着する
ことによりＳＮＳ接合が形成される。既知の傾斜型ＳＮ
Ｓ接合に関連した性能限定問題の１つは、傾斜エッジに
おけるベース電極／通常バリア層の界面に界面電気抵抗
が発生することである。この界面抵抗は、接合を形成す
るのに使用される従来の製造プロセスによるものであ
る。特に、ベース電極は、パターン化プロセス中に周囲
条件及び化学的処理に曝される。その結果、ベース電極
の頂部の幾つかの単層が劣化及び脱酸素され、層の大部
分に比してこれら単層の質を低下すると共に、抵抗性及
び／又は非均一な界面を形成することになる。
【０００６】抵抗性及び／又は非均一な接合界面は、接
合特性の非均一性を増加することによりプロセスの質の
制御に悪影響を及ぼす。ＳＮＳ接合の界面抵抗の問題を
克服する試みに使用されている技術は、界面の低エネル
ギーイオンエッチングクリーニングであり、これは、通
常バリア層及び逆電極層を付着する前に別の場所で行わ
れるか、或いはバリア層及び逆電極層を付着する同じ真
空システムにおいてその場で行われる。又、イオンエッ
チングクリーニングは、ベース電極の露出された傾斜エ
ッジにおいて格子ダメージを常に発生し、界面電気特性
に悪影響を及ぼす。従って、この技術は、既知のＳＮＳ
接合におけるベース電極と通常のバリア層との間の界面
抵抗の問題を解消するものではない。
合特性の非均一性を増加することによりプロセスの質の
制御に悪影響を及ぼす。ＳＮＳ接合の界面抵抗の問題を
克服する試みに使用されている技術は、界面の低エネル
ギーイオンエッチングクリーニングであり、これは、通
常バリア層及び逆電極層を付着する前に別の場所で行わ
れるか、或いはバリア層及び逆電極層を付着する同じ真
空システムにおいてその場で行われる。又、イオンエッ
チングクリーニングは、ベース電極の露出された傾斜エ
ッジにおいて格子ダメージを常に発生し、界面電気特性
に悪影響を及ぼす。従って、この技術は、既知のＳＮＳ
接合におけるベース電極と通常のバリア層との間の界面
抵抗の問題を解消するものではない。
【０００７】高いＶｃのＳＮＳジョセフソン接合をその
場で製造する既知の技術は、シャドーマスキングを使用
している。特に、シャドーマスクは、基体上にパターン
化され、そしてベース電極は、傾斜エッジを形成するよ
うにシャドーマスクに対してある角度でソースを配向す
ることにより付着される。次いで、基体が回転され、基
体に対して垂直の角度にソースを配向した状態でバリア
層及び逆電極層が付着される。次いで、シャドーマスク
が除去される。
場で製造する既知の技術は、シャドーマスキングを使用
している。特に、シャドーマスクは、基体上にパターン
化され、そしてベース電極は、傾斜エッジを形成するよ
うにシャドーマスクに対してある角度でソースを配向す
ることにより付着される。次いで、基体が回転され、基
体に対して垂直の角度にソースを配向した状態でバリア
層及び逆電極層が付着される。次いで、シャドーマスク
が除去される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この技術は、傾斜エッ
ジを形成する段階が方向に依存し、従って、基体の任意
の方向に接合を形成できないので、満足なものでないこ
とが分かっている。この要因は、集積回路プロセス技術
において重大な制約となる。更に、付着プロセス中に基
体を回転することができず、従って、付着された各層の
厚みが基体にわたって著しく変化することがある。この
非均一性は、基体を回転しない限り、又は特殊な技術を
使用して基体にわたる材料付着をランダム化しない限
り、基体にわたり厚み勾配を形成する軸ずれスパッタリ
ング技術において特に重大なものとなる。
ジを形成する段階が方向に依存し、従って、基体の任意
の方向に接合を形成できないので、満足なものでないこ
とが分かっている。この要因は、集積回路プロセス技術
において重大な制約となる。更に、付着プロセス中に基
体を回転することができず、従って、付着された各層の
厚みが基体にわたって著しく変化することがある。この
非均一性は、基体を回転しない限り、又は特殊な技術を
使用して基体にわたる材料付着をランダム化しない限
り、基体にわたり厚み勾配を形成する軸ずれスパッタリ
ング技術において特に重大なものとなる。
【０００９】そこで、（ｉ）ベース電極／通常のバリア
層の界面における電気的抵抗の問題を克服すると共に、
通常のバリア層とそれに隣接する超伝導層との界面の質
を保持し、（ii）改善された接合Ｉｃ及び改善された接
合Ｖｃ均一性を与え、そして（iii)非方向依存性プロセ
スにより形成することのできる改良された高Ｔｃジョセ
フソン接合が要望される。
層の界面における電気的抵抗の問題を克服すると共に、
通常のバリア層とそれに隣接する超伝導層との界面の質
を保持し、（ii）改善された接合Ｉｃ及び改善された接
合Ｖｃ均一性を与え、そして（iii)非方向依存性プロセ
スにより形成することのできる改良された高Ｔｃジョセ
フソン接合が要望される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の要望を
満足する。本発明は、改良された高Ｔｃ超伝導−超伝導
−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）ジョセフソン接合、及びＳ
ＳＮＳ接合の製造方法を提供する。又、本発明は、改良
された高Ｔｃ超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）接合、及
びＳＮＳ接合の製造方法も提供する。より詳細には、高
ＴｃのＳＳＮＳ及びＳＮＳジョセフソン接合は、（ｉ）
ベース電極／通常のバリア層の界面における電気的抵抗
の問題を克服すると共に、通常のバリア層とそれに隣接
する超伝導層との界面の質を保持し、（ii）改善された
接合Ｉｃ及び改善された接合Ｖｃ均一性を与え、（iii)
寄生接合漏洩電流を減少させ、そして（iv）非方向依存
性プロセスにより形成される。
満足する。本発明は、改良された高Ｔｃ超伝導−超伝導
−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）ジョセフソン接合、及びＳ
ＳＮＳ接合の製造方法を提供する。又、本発明は、改良
された高Ｔｃ超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）接合、及
びＳＮＳ接合の製造方法も提供する。より詳細には、高
ＴｃのＳＳＮＳ及びＳＮＳジョセフソン接合は、（ｉ）
ベース電極／通常のバリア層の界面における電気的抵抗
の問題を克服すると共に、通常のバリア層とそれに隣接
する超伝導層との界面の質を保持し、（ii）改善された
接合Ｉｃ及び改善された接合Ｖｃ均一性を与え、（iii)
寄生接合漏洩電流を減少させ、そして（iv）非方向依存
性プロセスにより形成される。
【００１１】本発明による高ＴｃのＳＳＮＳジョセフソ
ン接合は、一般的に誘電体物質より成る適当な基体の上
に形成される。この接合は、基体上の第１の高Ｔｃの超
伝導（ＨＴＳ）層と、この第１のＨＴＳ層上の誘電体層
とを備えている。第１のＨＴＳ層及び誘電体層は、傾斜
エッジを画成する。
ン接合は、一般的に誘電体物質より成る適当な基体の上
に形成される。この接合は、基体上の第１の高Ｔｃの超
伝導（ＨＴＳ）層と、この第１のＨＴＳ層上の誘電体層
とを備えている。第１のＨＴＳ層及び誘電体層は、傾斜
エッジを画成する。
【００１２】傾斜エッジの上には三層ＳＮＳ構造体が配
置され、四層ＳＳＮＳ接合が形成される。三層ＳＮＳ構
造体は、傾斜エッジ上に直接設けられた第２の高Ｔｃの
超伝導（ＨＴＳ）層と、この第２のＨＴＳ層上の通常物
質（即ち、接合の動作温度において非超伝導である物
質）のバリア層と、このバリア層上の第三の高Ｔｃの超
伝導（ＨＴＳ）層とを備えている。第１及び第２のＨＴ
Ｓ層は、二層のベース電極を形成する。第２のＨＴＳ層
は、第１のＨＴＳ層よりも薄い。第３のＨＴＳ層は、Ｓ
ＳＮＳジョセフソン接合における逆電極として機能す
る。第１、第２及び第３のＨＴＳ層は、一般に、同じ高
Ｔｃの超伝導物質より成る。
置され、四層ＳＳＮＳ接合が形成される。三層ＳＮＳ構
造体は、傾斜エッジ上に直接設けられた第２の高Ｔｃの
超伝導（ＨＴＳ）層と、この第２のＨＴＳ層上の通常物
質（即ち、接合の動作温度において非超伝導である物
質）のバリア層と、このバリア層上の第三の高Ｔｃの超
伝導（ＨＴＳ）層とを備えている。第１及び第２のＨＴ
Ｓ層は、二層のベース電極を形成する。第２のＨＴＳ層
は、第１のＨＴＳ層よりも薄い。第３のＨＴＳ層は、Ｓ
ＳＮＳジョセフソン接合における逆電極として機能す
る。第１、第２及び第３のＨＴＳ層は、一般に、同じ高
Ｔｃの超伝導物質より成る。
【００１３】本発明によれば、高ＴｃのＳＳＮＳジョセ
フソン接合を形成する方法は、基体上に第１のＨＴＳ層
を付着し、この第１のＨＴＳ層上に誘電体層を付着し、
そして第１のＨＴＳ層及び誘電体層に傾斜エッジを形成
することを含む。次いで、傾斜エッジに第２のＨＴＳ層
を、この第２のＨＴＳ層にバリア層を、そしてこのバリ
ア層に第３のＨＴＳ層を順次に付着することにより、傾
斜エッジに三層ＳＮＳ構造体が形成される。
フソン接合を形成する方法は、基体上に第１のＨＴＳ層
を付着し、この第１のＨＴＳ層上に誘電体層を付着し、
そして第１のＨＴＳ層及び誘電体層に傾斜エッジを形成
することを含む。次いで、傾斜エッジに第２のＨＴＳ層
を、この第２のＨＴＳ層にバリア層を、そしてこのバリ
ア層に第３のＨＴＳ層を順次に付着することにより、傾
斜エッジに三層ＳＮＳ構造体が形成される。
【００１４】傾斜エッジは、従来のホトレジストマスク
技術を用いて形成される。ＳＮＳ構造体を形成する前に
傾斜エッジが汚染されるのを防止するために、誘電体層
に付着されたホトレジスト層は、乾式プラズマエッチン
グプロセスを用いてその場で除去されるのが好ましい。
プラズマは、傾斜エッジにおいて第１のＨＴＳ層の枯渇
した酸素を補充する酸素含有ガスから発生される。プラ
ズマエッチング段階に続いて、傾斜エッジには通常の超
伝導（ＮＳ）構造体又は好ましくは上記ＳＮＳ構造体を
形成することができる。それにより得られるＳＮＳ及び
ＳＳＮＳ接合の各々は、既知のＳＮＳ接合に比して改良
された電気的特性を有する。
技術を用いて形成される。ＳＮＳ構造体を形成する前に
傾斜エッジが汚染されるのを防止するために、誘電体層
に付着されたホトレジスト層は、乾式プラズマエッチン
グプロセスを用いてその場で除去されるのが好ましい。
プラズマは、傾斜エッジにおいて第１のＨＴＳ層の枯渇
した酸素を補充する酸素含有ガスから発生される。プラ
ズマエッチング段階に続いて、傾斜エッジには通常の超
伝導（ＮＳ）構造体又は好ましくは上記ＳＮＳ構造体を
形成することができる。それにより得られるＳＮＳ及び
ＳＳＮＳ接合の各々は、既知のＳＮＳ接合に比して改良
された電気的特性を有する。
【００１５】ＳＮＳ及びＮＳ構造体は、汚染を最小にす
るためにその場で傾斜エッジに形成されるのが好まし
い。ＳＳＮＳ又はＳＮＳ接合領域を輪郭形成するために
任意のインプランテーション段階を実行することができ
る。この段階は、ＳＮＳ（又はＮＳ）構造体を傾斜エッ
ジに形成する前又は後に実行することができる。
るためにその場で傾斜エッジに形成されるのが好まし
い。ＳＳＮＳ又はＳＮＳ接合領域を輪郭形成するために
任意のインプランテーション段階を実行することができ
る。この段階は、ＳＮＳ（又はＮＳ）構造体を傾斜エッ
ジに形成する前又は後に実行することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のこれら及び他の特徴、並
びに効果は、添付図面を参照した以下の詳細な説明及び
特許請求の範囲から充分に理解されよう。本発明は、品
質及び性能特性が改善された高温超伝導接合及びこのよ
うな接合の製造方法に係る。超伝導接合は、図８及び９
に示された超伝導−超伝導−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）
接合４０であるか、又は図１０に示された超伝導−通常
−超伝導（ＳＮＳ）接合７０である。
びに効果は、添付図面を参照した以下の詳細な説明及び
特許請求の範囲から充分に理解されよう。本発明は、品
質及び性能特性が改善された高温超伝導接合及びこのよ
うな接合の製造方法に係る。超伝導接合は、図８及び９
に示された超伝導−超伝導−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）
接合４０であるか、又は図１０に示された超伝導−通常
−超伝導（ＳＮＳ）接合７０である。
【００１７】図１ないし４は、公知のＳＮＳ接合構造体
１０を形成するための既知の方法の段階を順次に示す。
この方法は、基体１６上に第１の高Ｔｃの超伝導（ＨＴ
Ｓ）層（ベース電極層）１２及び誘電体層１４を付着す
ることを含む。ここに使用する「Ｔｃ」とは、それより
低いと、超伝導物質がゼロの電気抵抗率を示すところの
臨界温度であり、そして「高Ｔｃの超伝導物質」とは、
約２５Ｋより上で超伝導となる物質である。誘電体層１
４の上にはホトレジスト層１８が形成され、そしてこの
ホトレジスト層１８がパターン化されて、傾斜面２０が
形成される。図２に矢印Ｉで示すように、イオンミルエ
ッチングを実行して、誘電体層１４及び第１のＨＴＳ層
１２の一部分を除去し、図３に示すように傾斜エッジ２
２を画成する。
１０を形成するための既知の方法の段階を順次に示す。
この方法は、基体１６上に第１の高Ｔｃの超伝導（ＨＴ
Ｓ）層（ベース電極層）１２及び誘電体層１４を付着す
ることを含む。ここに使用する「Ｔｃ」とは、それより
低いと、超伝導物質がゼロの電気抵抗率を示すところの
臨界温度であり、そして「高Ｔｃの超伝導物質」とは、
約２５Ｋより上で超伝導となる物質である。誘電体層１
４の上にはホトレジスト層１８が形成され、そしてこの
ホトレジスト層１８がパターン化されて、傾斜面２０が
形成される。図２に矢印Ｉで示すように、イオンミルエ
ッチングを実行して、誘電体層１４及び第１のＨＴＳ層
１２の一部分を除去し、図３に示すように傾斜エッジ２
２を画成する。
【００１８】次いで、通常は湿式の化学的剥離プロセス
を使用して、ホトレジスト層１８を誘電体層１４から剥
離する。別の場所での(ex-situ) 湿式剥離プロセスは、
傾斜エッジ２２を汚染しそして脱酸素することがある。
イットリウム−バリウム−銅酸化物（ＹＢＣＯ）のよう
な超伝導物質は、非常に反応性が強く、これら物質の薄
膜の露出面は、ホトリソグラフィック処理中に空気との
接触により容易に汚染され、その結果、その上に付着さ
れる層の好ましい結晶構造での成長を維持することがで
きない。更に、汚染された膜の超伝導特性が低下するこ
とにもなる。
を使用して、ホトレジスト層１８を誘電体層１４から剥
離する。別の場所での(ex-situ) 湿式剥離プロセスは、
傾斜エッジ２２を汚染しそして脱酸素することがある。
イットリウム−バリウム−銅酸化物（ＹＢＣＯ）のよう
な超伝導物質は、非常に反応性が強く、これら物質の薄
膜の露出面は、ホトリソグラフィック処理中に空気との
接触により容易に汚染され、その結果、その上に付着さ
れる層の好ましい結晶構造での成長を維持することがで
きない。更に、汚染された膜の超伝導特性が低下するこ
とにもなる。
【００１９】汚染を除去するために、低エネルギーのイ
オンクリーニングプロセスを用いて傾斜エッジ２２をク
リーニングし、第１のＨＴＳ層１２及び誘電体層１４を
形成することができる。次いで、通常の物質より成るバ
リア層２４と、第２の高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層２６
（逆電極層）が、傾斜エッジ２２上に順次に付着され
る。ここで使用する「通常の物質」とは、ジョセフソン
接合の動作温度において超伝導ではない物質である。
オンクリーニングプロセスを用いて傾斜エッジ２２をク
リーニングし、第１のＨＴＳ層１２及び誘電体層１４を
形成することができる。次いで、通常の物質より成るバ
リア層２４と、第２の高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層２６
（逆電極層）が、傾斜エッジ２２上に順次に付着され
る。ここで使用する「通常の物質」とは、ジョセフソン
接合の動作温度において超伝導ではない物質である。
【００２０】更に、従来のホトレジストマスキング技術
及びその後にイオンミルエッチングを使用して、ＳＮＳ
構造体がパターン化されそして画成され、図４に示すＳ
ＮＳ接合１０が形成される。Ｃ軸方向は、矢印Ｃで指示
される。このＳＮＳ接合１０において、電流路は、第１
のＨＴＳ層１２と第２のＨＴＳ層２６との間で、ａ軸
（図４に矢印ａで示す）の方向に横方向に第１のＨＴＳ
層１２及びバリア層２４を横切って形成される。
及びその後にイオンミルエッチングを使用して、ＳＮＳ
構造体がパターン化されそして画成され、図４に示すＳ
ＮＳ接合１０が形成される。Ｃ軸方向は、矢印Ｃで指示
される。このＳＮＳ接合１０において、電流路は、第１
のＨＴＳ層１２と第２のＨＴＳ層２６との間で、ａ軸
（図４に矢印ａで示す）の方向に横方向に第１のＨＴＳ
層１２及びバリア層２４を横切って形成される。
【００２１】傾斜エッジ２２の低エネルギーイオンクリ
ーニングは、第１のＨＴＳ層１２の頂部の幾つかの汚染
された単層を除去するが、傾斜エッジ２２に不所望な格
子ダメージも形成する。従って、第１のＨＴＳ層１２と
バリア層２４との間の界面２８の構造及び質が低下する
ことになる。界面２８は、抵抗性及び／又は非均一であ
り、これは、接合１０の特性電圧Ｖｃの均一性に悪影響
を及ぼす。臨界ジョセフソン接合電流、即ち接合が維持
できる最大超電流をＩｃとし、そしてジョセフソン接合
の電気抵抗率をＲｎとすれば、Ｖｃ＝ＩｃＲｎである。
従って、接合１０を一体化する大規模なＨＴＳ集積回路
を製造することはできない。
ーニングは、第１のＨＴＳ層１２の頂部の幾つかの汚染
された単層を除去するが、傾斜エッジ２２に不所望な格
子ダメージも形成する。従って、第１のＨＴＳ層１２と
バリア層２４との間の界面２８の構造及び質が低下する
ことになる。界面２８は、抵抗性及び／又は非均一であ
り、これは、接合１０の特性電圧Ｖｃの均一性に悪影響
を及ぼす。臨界ジョセフソン接合電流、即ち接合が維持
できる最大超電流をＩｃとし、そしてジョセフソン接合
の電気抵抗率をＲｎとすれば、Ｖｃ＝ＩｃＲｎである。
従って、接合１０を一体化する大規模なＨＴＳ集積回路
を製造することはできない。
【００２２】本発明は、既知のジョセフソン接合１０に
関連した界面抵抗の問題を克服し、そして動作性能の改
善された超伝導接合を提供する。図８及び９は、本発明
による超伝導−超伝導−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）ジョ
セフソン接合４０を示す。この接合４０は、平らな上面
４４を有する基体４２に形成される。この接合４０は、
基体４２の上面４４に設けられた高Ｔｃ超伝導物質より
成る第１の高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層４６（第１のベー
ス電極層）と、この第１のＨＴＳ層４６に配置された誘
電体層４８とを備えている。この誘電体層４８は、第１
のＨＴＳ層４６と、以下に述べるその上の層との間に電
気絶縁を与えるために適当な誘電体物質で構成される。
関連した界面抵抗の問題を克服し、そして動作性能の改
善された超伝導接合を提供する。図８及び９は、本発明
による超伝導−超伝導−通常−超伝導（ＳＳＮＳ）ジョ
セフソン接合４０を示す。この接合４０は、平らな上面
４４を有する基体４２に形成される。この接合４０は、
基体４２の上面４４に設けられた高Ｔｃ超伝導物質より
成る第１の高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層４６（第１のベー
ス電極層）と、この第１のＨＴＳ層４６に配置された誘
電体層４８とを備えている。この誘電体層４８は、第１
のＨＴＳ層４６と、以下に述べるその上の層との間に電
気絶縁を与えるために適当な誘電体物質で構成される。
【００２３】第１のＨＴＳ層４６及び誘電体層４８は、
傾斜エッジ５０と称する傾斜面を画成する。傾斜エッジ
５０には三層ＳＮＳ構造体５２が配置される。この三層
ＳＮＳ構造体５２は、傾斜エッジ５０に直接設けられた
高Ｔｃ超伝導物質の第２の高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層５
４（第２のベース電極層）と、この第２のＨＴＳ層５４
上に設けられた通常物質のバリア層５６と、このバリア
層５６に設けられた高Ｔｃ超伝導物質より成る第３の高
Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層５８（逆電極層）とを備えてい
る。
傾斜エッジ５０と称する傾斜面を画成する。傾斜エッジ
５０には三層ＳＮＳ構造体５２が配置される。この三層
ＳＮＳ構造体５２は、傾斜エッジ５０に直接設けられた
高Ｔｃ超伝導物質の第２の高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層５
４（第２のベース電極層）と、この第２のＨＴＳ層５４
上に設けられた通常物質のバリア層５６と、このバリア
層５６に設けられた高Ｔｃ超伝導物質より成る第３の高
Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）層５８（逆電極層）とを備えてい
る。
【００２４】ＳＳＮＳ接合４０において、第１のＨＴＳ
層４６、第２のＨＴＳ層５４、及び第３のＨＴＳ層５８
は、図８に矢印Ｃで示された基体４２の上面４４に実質
的に直角なＣ軸とエピタキシャルであるのが好ましい。
誘電体層４８及びバリア層５６も、通常は、超伝導層と
実質的に同じ方向にＣ軸とエピタキシャルである。
層４６、第２のＨＴＳ層５４、及び第３のＨＴＳ層５８
は、図８に矢印Ｃで示された基体４２の上面４４に実質
的に直角なＣ軸とエピタキシャルであるのが好ましい。
誘電体層４８及びバリア層５６も、通常は、超伝導層と
実質的に同じ方向にＣ軸とエピタキシャルである。
【００２５】ＳＳＮＳジョセフソン接合４０において、
傾斜エッジ５０は、バリア層５６に直接接触しない。む
しろ、傾斜エッジ５０は、第２のＨＴＳ層５４に効果的
に直接接触する。その結果、接合４０は、既知のＳＮＳ
接合１０における第１のＨＴＳ層１２とバリア層２４と
の間の界面２８の電気抵抗及び非均一性の問題を解消す
る。更に、本発明は、既知の方向依存性プロセスに関連
する問題を克服する。
傾斜エッジ５０は、バリア層５６に直接接触しない。む
しろ、傾斜エッジ５０は、第２のＨＴＳ層５４に効果的
に直接接触する。その結果、接合４０は、既知のＳＮＳ
接合１０における第１のＨＴＳ層１２とバリア層２４と
の間の界面２８の電気抵抗及び非均一性の問題を解消す
る。更に、本発明は、既知の方向依存性プロセスに関連
する問題を克服する。
【００２６】高ＴｃのＳＳＮＳジョセフソン接合４０
は、第１のＨＴＳ層４６と第２のＨＴＳ層５４との間に
超伝導クーパー電子対の強力な位相結合を与えると共
に、傾斜エッジ５０の界面６０において汚染の存在によ
り生じる有害な影響を著しく減少する。三層ＳＮＳ構造
体５２は、第２のＨＴＳ層５４とバリア層５６との界
面、及びバリア層５６と第３のＨＴＳ層５８との界面の
質を保持する。これにより得られるＳＳＮＳジョセフソ
ン接合４０は、第１のＨＴＳ層４６と第２のＨＴＳ層５
４との間に低い界面電気抵抗を与え、改善されたＩｃＲ
ｎ均一性を与える。
は、第１のＨＴＳ層４６と第２のＨＴＳ層５４との間に
超伝導クーパー電子対の強力な位相結合を与えると共
に、傾斜エッジ５０の界面６０において汚染の存在によ
り生じる有害な影響を著しく減少する。三層ＳＮＳ構造
体５２は、第２のＨＴＳ層５４とバリア層５６との界
面、及びバリア層５６と第３のＨＴＳ層５８との界面の
質を保持する。これにより得られるＳＳＮＳジョセフソ
ン接合４０は、第１のＨＴＳ層４６と第２のＨＴＳ層５
４との間に低い界面電気抵抗を与え、改善されたＩｃＲ
ｎ均一性を与える。
【００２７】本発明による高ＴｃのＳＳＮＳジョセフソ
ン接合４０を形成する方法を、図５ないし８について説
明する。ＳＳＮＳジョセフソン接合４０は、基体４２の
上面４４に形成される。基体４２は、通常は、Ｃ軸に垂
直な第１のＨＴＳ層４６の結晶学的な面、即ちａ軸方向
の面に厳密に一致する格子パラメータを有する誘電体物
質で構成される。基体４２は、通常は、単結晶物質であ
る。基体４２として優れた物質は、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x （ＹＢＣＯ）のＣ軸エピタキシャル成長を促進する
ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ3 ）である。ＹＢＣ
ＯのＣ軸エピタキシャル成長を促進する基体４２の他の
適当な物質も使用でき、これは、ＳｒＴｉＯ3 （ストロ
ンチウムチタネート）、ネオジムガレート、ストロンチ
ウムアルミニウムタンタレート等を含む。第１のＨＴＳ
層４６を形成するＹＢＣＯ以外の高Ｔｃ超伝導物質につ
いては、基体４２は、ＬａＡｌＯ3 と、第１のＨＴＳ層
４６のＣ軸エピタキシャル成長を促進する他の適当な物
質とで形成できる。
ン接合４０を形成する方法を、図５ないし８について説
明する。ＳＳＮＳジョセフソン接合４０は、基体４２の
上面４４に形成される。基体４２は、通常は、Ｃ軸に垂
直な第１のＨＴＳ層４６の結晶学的な面、即ちａ軸方向
の面に厳密に一致する格子パラメータを有する誘電体物
質で構成される。基体４２は、通常は、単結晶物質であ
る。基体４２として優れた物質は、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x （ＹＢＣＯ）のＣ軸エピタキシャル成長を促進する
ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ3 ）である。ＹＢＣ
ＯのＣ軸エピタキシャル成長を促進する基体４２の他の
適当な物質も使用でき、これは、ＳｒＴｉＯ3 （ストロ
ンチウムチタネート）、ネオジムガレート、ストロンチ
ウムアルミニウムタンタレート等を含む。第１のＨＴＳ
層４６を形成するＹＢＣＯ以外の高Ｔｃ超伝導物質につ
いては、基体４２は、ＬａＡｌＯ3 と、第１のＨＴＳ層
４６のＣ軸エピタキシャル成長を促進する他の適当な物
質とで形成できる。
【００２８】第１のＨＴＳ層４６（第１のベース電極
層）は、基体４２の上面４４に薄膜として付着される高
Ｔｃの超伝導物質で構成される。第１のＨＴＳ層４６
は、通常は、ＹＢＣＯ系（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、但
し、ｘは典型的に約０．１の低い値である）から選択さ
れた高Ｔｃの超伝導物質で構成される。これら物質は、
薄膜として付着されるときに約８５Ｋないし約９２Ｋの
臨界温度Ｔｃを有する。他の適当な高Ｔｃの超伝導物質
を使用して、第１のＨＴＳ層４６を形成することもでき
る。このような他の物質は、例えば、Ａ2 Ｂ2 Ｃａn Ｃ
ｕn+1 Ｏ2n+6系のコンパウンド（但し、ｎ＝０、１、
２、３又は４、Ａ＝Ｂｉ又はＴｌ、及びＢ＝Ｓｒ又はＢ
ａ）と、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 系のコンパウンド（但
し、Ｌｎ＝Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ又はＬｕ）とを含む。
層）は、基体４２の上面４４に薄膜として付着される高
Ｔｃの超伝導物質で構成される。第１のＨＴＳ層４６
は、通常は、ＹＢＣＯ系（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、但
し、ｘは典型的に約０．１の低い値である）から選択さ
れた高Ｔｃの超伝導物質で構成される。これら物質は、
薄膜として付着されるときに約８５Ｋないし約９２Ｋの
臨界温度Ｔｃを有する。他の適当な高Ｔｃの超伝導物質
を使用して、第１のＨＴＳ層４６を形成することもでき
る。このような他の物質は、例えば、Ａ2 Ｂ2 Ｃａn Ｃ
ｕn+1 Ｏ2n+6系のコンパウンド（但し、ｎ＝０、１、
２、３又は４、Ａ＝Ｂｉ又はＴｌ、及びＢ＝Ｓｒ又はＢ
ａ）と、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 系のコンパウンド（但
し、Ｌｎ＝Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ又はＬｕ）とを含む。
【００２９】第１のＨＴＳ層４６は、従来の薄膜付着プ
ロセスを使用し、矢印Ｃで示されたＣ軸方向において基
体４２上にエピタキシャル成長される。好ましくは、物
理的な蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して、汚染レベル
を制限する。適当なＰＶＤプロセスは、例えば、レーザ
切除、スパッタリング等を含む。第１のＨＴＳ層４６
は、典型的に、約１０００Åないし約４０００Åの厚み
を有する。
ロセスを使用し、矢印Ｃで示されたＣ軸方向において基
体４２上にエピタキシャル成長される。好ましくは、物
理的な蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して、汚染レベル
を制限する。適当なＰＶＤプロセスは、例えば、レーザ
切除、スパッタリング等を含む。第１のＨＴＳ層４６
は、典型的に、約１０００Åないし約４０００Åの厚み
を有する。
【００３０】次いで、誘電体層４８が、同じ付着システ
ムにおいてその場で第１のＨＴＳ層４６上に付着され
る。誘電体層４８は、通常は、レーザ切除、スパッタリ
ング等の適当な薄膜付着プロセスを用いて、Ｃ軸方向に
エピタキシャル成長される。誘電体層４８は、ＳｒＴｉ
Ｏ3 、ＬａＡｌＯ3 、ネオジムガレート、ストロンチウ
ムアルミニウムタンタレート等の適当な誘電体物質より
成る。誘電体層４８は、典型的に、約５００Åないし約
３０００Åの厚みを有する。
ムにおいてその場で第１のＨＴＳ層４６上に付着され
る。誘電体層４８は、通常は、レーザ切除、スパッタリ
ング等の適当な薄膜付着プロセスを用いて、Ｃ軸方向に
エピタキシャル成長される。誘電体層４８は、ＳｒＴｉ
Ｏ3 、ＬａＡｌＯ3 、ネオジムガレート、ストロンチウ
ムアルミニウムタンタレート等の適当な誘電体物質より
成る。誘電体層４８は、典型的に、約５００Åないし約
３０００Åの厚みを有する。
【００３１】次いで、誘電体層４８の上にホトレジスト
層６２が付着される。このホトレジスト層６２は、通常
の物質より成り、従来型のホトレジストマスキング技術
を用いてパターン化され、図７及び８に示す傾斜エッジ
５０をその後に形成できるようにする。傾斜エッジ５０
は、典型的に、従来型のイオンミルエッチングプロセス
により形成される。図８に示すように、傾斜エッジ５０
は、基体４２の平らな上面４４に対して角度αで上方に
傾斜される。この角度は、典型的に、約５°ないし約９
０°であり、そして好ましくは約５°ないし約３０°で
ある。
層６２が付着される。このホトレジスト層６２は、通常
の物質より成り、従来型のホトレジストマスキング技術
を用いてパターン化され、図７及び８に示す傾斜エッジ
５０をその後に形成できるようにする。傾斜エッジ５０
は、典型的に、従来型のイオンミルエッチングプロセス
により形成される。図８に示すように、傾斜エッジ５０
は、基体４２の平らな上面４４に対して角度αで上方に
傾斜される。この角度は、典型的に、約５°ないし約９
０°であり、そして好ましくは約５°ないし約３０°で
ある。
【００３２】ホトレジスト層６２は、周囲条件において
実行される従来型の湿式剥離プロセスを用いて除去する
ことができる。しかしながら、このプロセスは、傾斜エ
ッジ５０の表面を汚染することがある。本発明によれ
ば、ホトレジスト層６２は、好ましくは、同じ真空シス
テムにおいて剥離され、周囲条件及び湿式エッチングの
化学的薬品へと露出されることはない。特に、真空を遮
断し、そして形成された構造体を湿式エッチングのため
に除去するのではなく、構造体は、真空システム内に維
持され、そしてホトレジスト層６２は、Ｏ2 のような酸
素含有ガスから発生されるプラズマと接触することによ
りその場で剥離される。その結果、傾斜エッジ５０の表
面の潜在的な汚染が最小にされる。
実行される従来型の湿式剥離プロセスを用いて除去する
ことができる。しかしながら、このプロセスは、傾斜エ
ッジ５０の表面を汚染することがある。本発明によれ
ば、ホトレジスト層６２は、好ましくは、同じ真空シス
テムにおいて剥離され、周囲条件及び湿式エッチングの
化学的薬品へと露出されることはない。特に、真空を遮
断し、そして形成された構造体を湿式エッチングのため
に除去するのではなく、構造体は、真空システム内に維
持され、そしてホトレジスト層６２は、Ｏ2 のような酸
素含有ガスから発生されるプラズマと接触することによ
りその場で剥離される。その結果、傾斜エッジ５０の表
面の潜在的な汚染が最小にされる。
【００３３】更に、プラズマ乾式エッチングプロセス
は、第１のＨＴＳ層４６を形成する高Ｔｃの超伝導物質
の酸素枯渇領域を再酸化して、高いＴｃ値を維持確保す
ることができる。プラズマエッチング段階は、好ましく
は、三層ＳＳＮＳ構造体５２をその後に形成するために
システムにおいて実行される。例えば、ホトレジスト層
６２のプラズマエッチングは、共通の真空チャンバにお
いて行うこともできるし、好ましくは、多チャンバ、多
機能のクラスターツールシステム内に配置されたホトレ
ジスト剥離に使用される専用の真空チャンバにおいて行
うこともできる。
は、第１のＨＴＳ層４６を形成する高Ｔｃの超伝導物質
の酸素枯渇領域を再酸化して、高いＴｃ値を維持確保す
ることができる。プラズマエッチング段階は、好ましく
は、三層ＳＳＮＳ構造体５２をその後に形成するために
システムにおいて実行される。例えば、ホトレジスト層
６２のプラズマエッチングは、共通の真空チャンバにお
いて行うこともできるし、好ましくは、多チャンバ、多
機能のクラスターツールシステム内に配置されたホトレ
ジスト剥離に使用される専用の真空チャンバにおいて行
うこともできる。
【００３４】これらの段階を実行するための適当なクラ
スターツールシステムは、ＤＣＡインクにより製造され
たクラスターツールシステムである。クラスターツール
システムを製造する他の会社は、アプライドマテリア
ル、ＬＡＭリサーチ、レスカーズ、等を含む。ホトレジ
スト層６２をプラズマエッチング除去する場合には、傾
斜エッジ５０への最小限の化学的ダメージが生じる。図
６に矢印Ｉで示されたように、低エネルギーのイオンク
リーニングを使用して傾斜エッジ５０を清掃し、三層Ｓ
ＮＳ構造体５２を形成する前にこのような最小限の汚染
を除去することができる。
スターツールシステムは、ＤＣＡインクにより製造され
たクラスターツールシステムである。クラスターツール
システムを製造する他の会社は、アプライドマテリア
ル、ＬＡＭリサーチ、レスカーズ、等を含む。ホトレジ
スト層６２をプラズマエッチング除去する場合には、傾
斜エッジ５０への最小限の化学的ダメージが生じる。図
６に矢印Ｉで示されたように、低エネルギーのイオンク
リーニングを使用して傾斜エッジ５０を清掃し、三層Ｓ
ＮＳ構造体５２を形成する前にこのような最小限の汚染
を除去することができる。
【００３５】プラズマエッチングに続いて傾斜エッジ５
０がクリーニングされた後に、傾斜エッジ５０にバリア
層５６及び第３のＨＴＳ層５８を順次に付着し、図１０
に示すＳＮＳ接合７０を形成することができる。このＳ
ＮＳ接合７０は、図４に示す既知のＳＮＳ接合１０に比
して、第１のＨＴＳ層４６とその上のバリア層５６との
間の界面抵抗が減少されそして均一性が増加されてい
る。好ましくは、傾斜エッジ５０に三層ＳＮＳ構造体５
２が形成されて、ＳＳＮＳ接合４０が形成される。三層
ＳＮＳ構造体５２は、傾斜エッジ５０に直接付着された
第２のＨＴＳ層５４（第２のベース電極層）と、この第
２のＨＴＳ層５４上のバリア層５６と、このバリア層５
６上の第３のＨＴＳ層５８（逆電極層）とを含む。傾斜
エッジ５０に三層ＳＮＳ構造体５２を形成することによ
り、プラズマエッチングを用いてホトレジスト層６２を
除去する効果、及び三層ＳＮＳ構造体５２により与えら
れる効果が、その形成されたＳＳＮＳ接合４０において
実現される。
０がクリーニングされた後に、傾斜エッジ５０にバリア
層５６及び第３のＨＴＳ層５８を順次に付着し、図１０
に示すＳＮＳ接合７０を形成することができる。このＳ
ＮＳ接合７０は、図４に示す既知のＳＮＳ接合１０に比
して、第１のＨＴＳ層４６とその上のバリア層５６との
間の界面抵抗が減少されそして均一性が増加されてい
る。好ましくは、傾斜エッジ５０に三層ＳＮＳ構造体５
２が形成されて、ＳＳＮＳ接合４０が形成される。三層
ＳＮＳ構造体５２は、傾斜エッジ５０に直接付着された
第２のＨＴＳ層５４（第２のベース電極層）と、この第
２のＨＴＳ層５４上のバリア層５６と、このバリア層５
６上の第３のＨＴＳ層５８（逆電極層）とを含む。傾斜
エッジ５０に三層ＳＮＳ構造体５２を形成することによ
り、プラズマエッチングを用いてホトレジスト層６２を
除去する効果、及び三層ＳＮＳ構造体５２により与えら
れる効果が、その形成されたＳＳＮＳ接合４０において
実現される。
【００３６】三層ＳＮＳ構造体５２は、真空を遮断せず
に図７に示した構造体を形成するのに使用された同じシ
ステムにおいてその場で形成されるのが好ましく、即ち
同じ真空システムか、或いは同じ多チャンバクラスター
ツールシステム内のＳＮＳフィルム付着のための専用の
真空チャンバにおいて形成される。第２のＨＴＳ層５４
は、傾斜エッジ５０、基体４２の上面４４、及び誘電体
層４８の上面６６の一部分の上に横たわるように付着さ
れる。第２のＨＴＳ層５４は、好ましくは、整合した格
子パラメータ、熱膨張係数、電気的特性及び化学的互換
性を与えるために、第１のＨＴＳ層４６と同じ高Ｔｃ超
伝導物質より成る。
に図７に示した構造体を形成するのに使用された同じシ
ステムにおいてその場で形成されるのが好ましく、即ち
同じ真空システムか、或いは同じ多チャンバクラスター
ツールシステム内のＳＮＳフィルム付着のための専用の
真空チャンバにおいて形成される。第２のＨＴＳ層５４
は、傾斜エッジ５０、基体４２の上面４４、及び誘電体
層４８の上面６６の一部分の上に横たわるように付着さ
れる。第２のＨＴＳ層５４は、好ましくは、整合した格
子パラメータ、熱膨張係数、電気的特性及び化学的互換
性を与えるために、第１のＨＴＳ層４６と同じ高Ｔｃ超
伝導物質より成る。
【００３７】第２のＨＴＳ層５４は、典型的に、約１０
０Åないし約１０００Åの厚みを有し、そして好ましく
は、約５００Å以下の厚みを有する。第２のＨＴＳ層５
４を約５００Å以下の厚みに維持し、第２のＨＴＳ層５
４の断面積を小さく維持するのが効果的である。この断
面積があまりに大きい場合には、誘電体層４８の上面６
６の上に横たわる第２のＨＴＳ層５４、バリア層５６及
び第３のＨＴＳ層５８の部分は、接合の一部分として機
能し、接合の幾何学形状を効果的に増大することができ
る。第２のＨＴＳ層５４は、例えば、第１のＨＴＳ層４
６を形成するのに使用した適当な薄膜付着技術を用い
て、Ｃ軸方向にエピタキシャル成長されるのが好まし
い。
０Åないし約１０００Åの厚みを有し、そして好ましく
は、約５００Å以下の厚みを有する。第２のＨＴＳ層５
４を約５００Å以下の厚みに維持し、第２のＨＴＳ層５
４の断面積を小さく維持するのが効果的である。この断
面積があまりに大きい場合には、誘電体層４８の上面６
６の上に横たわる第２のＨＴＳ層５４、バリア層５６及
び第３のＨＴＳ層５８の部分は、接合の一部分として機
能し、接合の幾何学形状を効果的に増大することができ
る。第２のＨＴＳ層５４は、例えば、第１のＨＴＳ層４
６を形成するのに使用した適当な薄膜付着技術を用い
て、Ｃ軸方向にエピタキシャル成長されるのが好まし
い。
【００３８】次いで、好ましくは、付着システムの真空
を遮断せずに、第２のＨＴＳ層５４上にバリア層５６が
付着される。このバリア層５６は、ＳＳＮＳ接合４０の
動作温度において非超伝導の通常の物質で構成される。
適当な物質は、コバルトドープされたＹＢＣＯ、コバル
トドープされたプラセオジムバリウム銅酸化物（コバル
トドープされたＰＢＣＯ）、ガリウムドープされたＰＢ
ＣＯ等を含む。バリア層５６は、一般に、約５０Åない
し約１０００Åの厚みを有する。又、バリア層５６は、
適当な薄膜付着技術を用いて、第２のＨＴＳ層５４の上
にＣ軸方向にエピタキシャル成長される。
を遮断せずに、第２のＨＴＳ層５４上にバリア層５６が
付着される。このバリア層５６は、ＳＳＮＳ接合４０の
動作温度において非超伝導の通常の物質で構成される。
適当な物質は、コバルトドープされたＹＢＣＯ、コバル
トドープされたプラセオジムバリウム銅酸化物（コバル
トドープされたＰＢＣＯ）、ガリウムドープされたＰＢ
ＣＯ等を含む。バリア層５６は、一般に、約５０Åない
し約１０００Åの厚みを有する。又、バリア層５６は、
適当な薄膜付着技術を用いて、第２のＨＴＳ層５４の上
にＣ軸方向にエピタキシャル成長される。
【００３９】次いで、好ましくは、真空を遮断せずに、
第３のＨＴＳ層５８がバリア層５６上に付着される。第
３のＨＴＳ層５８は、通常は、第２のＨＴＳ層５４及び
第１のＨＴＳ層４６を形成するのに使用された同じ高Ｔ
ｃ超伝導物質で形成される。第３のＨＴＳ層５８は、通
常、約５００Åないし約５０００Åの厚みを有し、そし
て通常は、適当な薄膜付着技術を用いてＣ軸方向にエピ
タキシャル成長される。第３のＨＴＳ層５８は、第１の
ＨＴＳ層４６及び第２のＨＴＳ層５４を形成するのに使
用された同じ薄膜付着技術を用いて付着することができ
る。
第３のＨＴＳ層５８がバリア層５６上に付着される。第
３のＨＴＳ層５８は、通常は、第２のＨＴＳ層５４及び
第１のＨＴＳ層４６を形成するのに使用された同じ高Ｔ
ｃ超伝導物質で形成される。第３のＨＴＳ層５８は、通
常、約５００Åないし約５０００Åの厚みを有し、そし
て通常は、適当な薄膜付着技術を用いてＣ軸方向にエピ
タキシャル成長される。第３のＨＴＳ層５８は、第１の
ＨＴＳ層４６及び第２のＨＴＳ層５４を形成するのに使
用された同じ薄膜付着技術を用いて付着することができ
る。
【００４０】第２のＨＴＳ層５４、バリア層５６及び第
３のＨＴＳ層５８の付着に続いて、従来のホトレジスト
マスキング技術及びその後にイオンミルエッチングを用
いて三層ＳＮＳ構造体５２が典型的にパターン化されそ
して画成され、図８に示すＳＳＮＳジョセフソン接合４
０が形成される。本発明によれば、図８に６８で示すよ
うに、三層ＳＮＳ構造体５２が形成された後に任意のイ
ンプラントマスク段階を実行することができる。このイ
ンプラント段階は、三層ＳＮＳ構造体５２から離れて第
２のＨＴＳ層５４の超伝導特性を破壊するのに有効なシ
リコンイオンのような適当な種をインプランテーション
することにより接合領域の輪郭を定める。これら種をイ
ンプラントするのに従来のイオンインプランテーション
技術を使用することができる。
３のＨＴＳ層５８の付着に続いて、従来のホトレジスト
マスキング技術及びその後にイオンミルエッチングを用
いて三層ＳＮＳ構造体５２が典型的にパターン化されそ
して画成され、図８に示すＳＳＮＳジョセフソン接合４
０が形成される。本発明によれば、図８に６８で示すよ
うに、三層ＳＮＳ構造体５２が形成された後に任意のイ
ンプラントマスク段階を実行することができる。このイ
ンプラント段階は、三層ＳＮＳ構造体５２から離れて第
２のＨＴＳ層５４の超伝導特性を破壊するのに有効なシ
リコンイオンのような適当な種をインプランテーション
することにより接合領域の輪郭を定める。これら種をイ
ンプラントするのに従来のイオンインプランテーション
技術を使用することができる。
【００４１】ＳＳＮＳジョセフソン接合４０において、
電流路は、図８に矢印ａで示すように、第１のＨＴＳ層
４６と第３のＨＴＳ層５８との間で横方向に（ａ軸方向
に）第２のＨＴＳ層５４及びバリア層５６を横切って形
成される。第２のＨＴＳ層５４の厚みは、寄生的接合漏
洩電流を最小にする。Ｃ軸方向における超伝導電流クー
パー対の減少された位相結合により寄生的接合漏洩電流
が著しく減少される。図４に示す既知のＳＮＳ接合１０
に比較して、本発明のＳＳＮＳジョセフソン接合４０
は、ベース電極層（第２ＨＴＳ層５４）とバリア層５６
との減少された界面電気抵抗、改善されたＩｃ、及び改
善されたＶｃ均一性を有する。
電流路は、図８に矢印ａで示すように、第１のＨＴＳ層
４６と第３のＨＴＳ層５８との間で横方向に（ａ軸方向
に）第２のＨＴＳ層５４及びバリア層５６を横切って形
成される。第２のＨＴＳ層５４の厚みは、寄生的接合漏
洩電流を最小にする。Ｃ軸方向における超伝導電流クー
パー対の減少された位相結合により寄生的接合漏洩電流
が著しく減少される。図４に示す既知のＳＮＳ接合１０
に比較して、本発明のＳＳＮＳジョセフソン接合４０
は、ベース電極層（第２ＨＴＳ層５４）とバリア層５６
との減少された界面電気抵抗、改善されたＩｃ、及び改
善されたＶｃ均一性を有する。
【００４２】例えば、ＹＢＣＯより成る第１ＨＴＳ層４
６、第２ＨＴＳ層５４及び第３ＨＴＳ層５８と、ストロ
ンチウムチタネートより成る上層と、コバルトドープさ
れたＹＢＣＯより成る通常のバリア層５６とを含み、そ
して約４ミクロンの巾を有しているＳＳＮＳ接合４０
は、典型的に、Ｉｃ値が約１００マイクロアンペアない
し約５００マイクロアンペアであり、そしてＶｃ値が約
１００マイクロボルトないし約４００マイクロボルトで
ある。
６、第２ＨＴＳ層５４及び第３ＨＴＳ層５８と、ストロ
ンチウムチタネートより成る上層と、コバルトドープさ
れたＹＢＣＯより成る通常のバリア層５６とを含み、そ
して約４ミクロンの巾を有しているＳＳＮＳ接合４０
は、典型的に、Ｉｃ値が約１００マイクロアンペアない
し約５００マイクロアンペアであり、そしてＶｃ値が約
１００マイクロボルトないし約４００マイクロボルトで
ある。
【００４３】本発明は、ゲート複雑さの改善されたＨＴ
Ｓ集積回路に使用できる。本発明の高いＶｃは、改良さ
れた出力ドライブ能力のための大きな信号値及びバック
グランドノイズに対する改良された裕度、並びに高い動
作速度を可能にする。更に、第１ＨＴＳ層４６及び第２
ＨＴＳ層５４で形成されたベース電極と、逆電極（第３
ＨＴＳ）層５８は、個別の相互接続層として使用するこ
とができ、一方の層が他方の層に交差することができ
る。以上、好ましい実施形態について本発明を詳細に説
明したが、本発明の範囲内で他の態様も考えられること
を理解されたい。
Ｓ集積回路に使用できる。本発明の高いＶｃは、改良さ
れた出力ドライブ能力のための大きな信号値及びバック
グランドノイズに対する改良された裕度、並びに高い動
作速度を可能にする。更に、第１ＨＴＳ層４６及び第２
ＨＴＳ層５４で形成されたベース電極と、逆電極（第３
ＨＴＳ）層５８は、個別の相互接続層として使用するこ
とができ、一方の層が他方の層に交差することができ
る。以上、好ましい実施形態について本発明を詳細に説
明したが、本発明の範囲内で他の態様も考えられること
を理解されたい。
【図１】ＳＮＳジョセフソン接合を形成する公知のプロ
セスの段階を示す図である。
セスの段階を示す図である。
【図２】ＳＮＳジョセフソン接合を形成する公知のプロ
セスの段階を示す図である。
セスの段階を示す図である。
【図３】ＳＮＳジョセフソン接合を形成する公知のプロ
セスの段階を示す図である。
セスの段階を示す図である。
【図４】ＳＮＳジョセフソン接合を形成する公知のプロ
セスの段階を示す図である。
セスの段階を示す図である。
【図５】改良されたＳＳＮＳジョセフソン接合を形成す
る本発明の方法の段階を示す図である。
る本発明の方法の段階を示す図である。
【図６】改良されたＳＳＮＳジョセフソン接合を形成す
る本発明の方法の段階を示す図である。
る本発明の方法の段階を示す図である。
【図７】改良されたＳＳＮＳジョセフソン接合を形成す
る本発明の方法の段階を示す図である。
る本発明の方法の段階を示す図である。
【図８】改良されたＳＳＮＳジョセフソン接合を形成す
る本発明の方法の段階を示す図である。
る本発明の方法の段階を示す図である。
【図９】図８のＳＳＮＳ接合の斜視図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による改良されたＳＮ
Ｓジョセフソン接合を示す図である。
Ｓジョセフソン接合を示す図である。
４０ 本発明のジョセフソン接合 ４２ 基体 ４４ 上面 ４６ 第１の高Ｔｃの超伝導（ＨＴＳ）層 ４８ 誘電体層 ５０ 傾斜エッジ ５２ 三層ＳＮＳ構造体 ５４ 第２の高Ｔｃの超伝導（ＨＴＳ）層 ５６ バリア層 ５８ 第３の高Ｔｃの超伝導（ＨＴＳ）層 ６０ 界面 ６２ ホトレジスト層 ７０ ＳＮＳ接合
Claims (13)
- 【請求項１】 ａ）表面を有する基体と、 ｂ）上記基体の表面上にあって、第１の厚みを有する第
１の高Ｔｃの超伝導層と、 ｃ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層の上にある誘電体層
と、 ｄ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層及び誘電体層の上にあ
って、基体の表面に対して傾斜されている傾斜エッジ
と、 ｅ）上記傾斜エッジに上にあって、上記第１の厚みより
薄い第２の厚みを有する第２の高Ｔｃの超伝導層と、 ｆ）上記第２の高Ｔｃの超伝導層の上にあって、超伝導
接合の動作温度において超伝導とならない通常の物質で
形成されたバリア層と、 ｇ）上記バリア層の上の第３の高Ｔｃの超伝導層とを備
えたことを特徴とする高Ｔｃの超伝導接合。 - 【請求項２】 上記第１の高Ｔｃの超伝導層、第２の高
Ｔｃの超伝導層及び第３の高Ｔｃの超伝導層は、同じ高
Ｔｃの超伝導物質で構成される請求項１に記載の超伝導
接合。 - 【請求項３】 上記高Ｔｃの超伝導物質は、ＹＢＣＯ；
Ａ2 Ｂ2 Ｃａn Ｃｕ n+1 Ｏ2n+6、但し、ｎ＝０、１、
２、３又は４、Ａ＝Ｂｉ又はＴｌ、そしてＢ＝Ｓｒ又は
Ｂａ；及びＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、但し、Ｌｎ＝Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＬ
ｕより成るグループから選択された物質である請求項２
に記載の超伝導接合。 - 【請求項４】 上記誘電体層は、ＳｒＴｉＯ3 、ＬａＡ
ｌＯ3 、ネオジムガレート及びストロンチウムアルミニ
ウムタンタレートより成るグループから選択された物質
より成り、そして上記バリア層は、コバルトドープされ
たＹＢＣＯ、コバルトドープされたＰＢＣＯ及びガリウ
ムドープされたＰＢＣＯより成るグループから選択され
た物質より成る請求項３に記載の超伝導接合。 - 【請求項５】 上記第１の高Ｔｃ超伝導層、第２の高Ｔ
ｃ超伝導層、バリア層及び第３の高Ｔｃ超伝導層は、基
体の表面に実質的に直角な方向のＣ軸とエピタキシャル
である請求項１に記載の超伝導接合。 - 【請求項６】 ａ）表面を有する基体と、 ｂ）上記基体の表面上にあって、第１の厚みを有する第
１の高Ｔｃの超伝導層と、 ｃ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層の上にある誘電体層
と、 ｄ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層及び誘電体層の上にあ
って、基体の表面に対して傾斜されている傾斜エッジ
と、 ｅ）上記傾斜エッジに上にあって、上記第１の厚みより
薄い第２の厚みを有する第２の高Ｔｃの超伝導層と、 ｆ）上記第２の高Ｔｃの超伝導層の上にあって、超伝導
接合の動作温度において超伝導とならない通常の物質で
形成されたバリア層と、 ｇ）上記バリア層の上の高Ｔｃの超伝導物質より成る第
３の高Ｔｃの超伝導層とを備え、 ｈ）ｉ）上記第１の高Ｔｃ超伝導層、第２の高Ｔｃ超伝
導層、バリア層及び第３の高Ｔｃ超伝導層は、基体の表
面に実質的に直角な方向のＣ軸とエピタキシャルであ
り、ii）上記第１の高Ｔｃ超伝導層、第２の高Ｔｃ超伝
導層及び第３の高Ｔｃ超伝導層は、同じ高Ｔｃの超伝導
物質より成り、そしてiii)上記第２の高Ｔｃ超伝導層
は、約５００Å以下の厚みを有する、ことを特徴とする
高Ｔｃの超伝導接合。 - 【請求項７】 高Ｔｃの超伝導接合を形成する方法にお
いて、 ａ）第１の厚みを有する第１の高Ｔｃの超伝導層を基体
の表面に付着し、 ｂ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層に誘電体層を付着し、 ｃ）上記基体の表面に対して傾斜された傾斜エッジを上
記第１の高Ｔｃの超伝導層及び誘電体層の上に形成し、 ｄ）上記第１の厚みより薄い第２の厚みを有する第２の
高Ｔｃの超伝導層を上記傾斜エッジの上に付着し、 ｅ）超伝導接合の動作温度において超伝導とならない通
常の物質で形成されたバリア層を上記第２の高Ｔｃの超
伝導層の上に付着し、そして ｆ）上記バリア層の上に第３の高Ｔｃの超伝導層を付着
する、という段階を備えたことを特徴とする方法。 - 【請求項８】 上記第１の高Ｔｃ超伝導層、第２の高Ｔ
ｃ超伝導層及び第３の高Ｔｃ超伝導層は、同じ高Ｔｃ超
伝導物質より成る請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 上記高Ｔｃの超伝導物質は、ＹＢＣＯ；
Ａ2 Ｂ2 Ｃａn Ｃｕ n+1 Ｏ2n+6、但し、ｎ＝０、１、
２、３又は４、Ａ＝Ｂｉ又はＴｌ、そしてＢ＝Ｓｒ又は
Ｂａ；及びＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、但し、Ｌｎ＝Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＬ
ｕより成るグループから選択された物質である請求項８
に記載の方法。 - 【請求項１０】 上記誘電体層は、ＳｒＴｉＯ3 、Ｌａ
ＡｌＯ3 、ネオジムガレート、及びストロンチウムアル
ミニウムタンタレートより成るグループから選択された
物質より成り、そして上記バリア層は、コバルトドープ
されたＹＢＣＯ、コバルトドープされたＰＢＣＯ、及び
ガリウムドープされたＰＢＣＯより成るグループから選
択された物質より成る請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 上記第２の高Ｔｃの超伝導層の選択さ
れた領域に種をインプランテーションする段階を更に備
え、上記種は、選択された領域を超伝導接合の動作温度
において非超伝導とするよう作用する請求項７に記載の
方法。 - 【請求項１２】 高Ｔｃの超伝導接合を形成する方法に
おいて、 ａ）第１の厚みを有する第１の高Ｔｃの超伝導層を基体
の表面に付着し、 ｂ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層に誘電体層を付着し、 ｃ）上記誘電体層にパターン化されたホトレジストを形
成し、 ｄ）上記基体の表面に対して傾斜された傾斜エッジを上
記第１の高Ｔｃの超伝導層及び誘電体層の上に形成し、 ｅ）酸素含有ガスのプラズマを発生し、そして上記ホト
レジスト層をプラズマに接触させて、誘電体層上のホト
レジスト層を除去し、 ｆ）上記傾斜エッジの上の横たわるようにバリア層を付
着し、このバリア層は超伝導接合の動作温度において超
伝導とならない物質で形成され、 ｇ）この通常のバリア層の上に第２の高Ｔｃの超伝導層
を付着し、そして ｈ）共通のクラスターツールシステムにおいて上記段階
ｄ）ないしｆ）をその場で実行する、という段階を備え
たことを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 高Ｔｃの超伝導接合を形成する方法に
おいて、 ａ）第１の厚みを有する第１の高Ｔｃの超伝導層を基体
の表面に付着し、 ｂ）上記第１の高Ｔｃの超伝導層に誘電体層を付着し、 ｃ）上記誘電体層にパターン化されたホトレジストを形
成し、 ｄ）上記基体の表面に対して傾斜された傾斜エッジを上
記第１の高Ｔｃの超伝導層及び誘電体層の上に形成し、 ｅ）酸素含有ガスのプラズマを発生し、そして上記ホト
レジスト層をプラズマに接触させて、誘電体層上のホト
レジスト層を除去し、 ｆ）上記第１厚みより薄い第２の厚みを有する第２の高
Ｔｃの超伝導層を上記傾斜エッジの上に付着し、 ｇ）上記傾斜エッジの上にバリア層を付着し、このバリ
ア層は、超伝導接合の動作温度において超伝導とならな
い通常の物質で形成され、 ｈ）このバリア層の上に第３の高Ｔｃの超伝導層を付着
し、そして ｉ）共通のクラスターツールシステムにおいて上記段階
ｄ）ないしｆ）をその場で実行する、という段階を備え
たことを特徴とする方法。
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