JPS58209179A - ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents

ジヨセフソン接合素子の製造方法

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JPS58209179A
JPS58209179A JP57092748A JP9274882A JPS58209179A JP S58209179 A JPS58209179 A JP S58209179A JP 57092748 A JP57092748 A JP 57092748A JP 9274882 A JP9274882 A JP 9274882A JP S58209179 A JPS58209179 A JP S58209179A
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JP
Japan
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layer
electrode
tunnel junction
junction
superconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP57092748A
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English (en)
Inventor
Hisanao Tsuge
久尚 柘植
Sadakatsu Yoshida
吉田 貞克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Priority to US06/499,553 priority patent/US4548834A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0912Manufacture or treatment of Josephson-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジ1セフンン艦合素子の製造方法に関し、さら
に詳しくはトンネル接合部のジ璽セフンン接合素子の製
造方法に閤するものである。
ジーセフソン接合素子を用いて倫理凹路や記憶回路を構
成する場合には、トンネル接合の臨界電流すなわち零電
圧状態で流れる最大電流の各素子間におけるばらつきを
小さくするか解消することが必要である。臨界電流はト
ンネル嵌合部の面積トンネル接合層の膜厚および@埋的
性質會こよって変化するが、近年素子の微小化、高’M
IN化に伴ない*<1−ンネル接合部の面積の精度を向
上させることが重要となっている。
従来、ジーセフソン接合素子の&i方法として以下に述
べる2つの方法が用いられている。まず第1の方法を講
1!?la1〜(flを用いて工程ノーに説明する。第
1因(alに示すように、杷祿体秦叡あるいぼ表面に絶
縁体層を有する基板ll上に、蒸着法やスパッタ法によ
り二オフ(N b ) 、鉛(Pb>等でなる第1の超
伝導体電極吊を形成する。
第1の超伝導体4極12のバターニングは通常のホトレ
ジストエ’CE−G用いたエツチング法やり7トオフ法
で行なう。仄Jこ、第1図(b)に示すように第1の逓
伝4体這憔α上のトンネル訣合部となる領域にアンター
カット】ド犬のレジストマスク13を形成し、第1図(
clに示すよう、こ基数弐面iこ蒸着法などの指向性の
艮し・成膜法で−!li!:ヒケイ素(Sin)、二酸
化ケイ$(SiO−)等でなるe#体層14を被着し、
引続きリフトオフすると第1図(diに示すような開口
をもつトンネル接合部か形成される。アンダーカット形
状のレジストマスク1トマ通常のホトレジスト工程に那
え、露光前または露光後にクロロベンゼンやブロモベン
センなどの有機溶剤に浸すことによって得られる0次に
、第1図(e)に示すように熱酸化法あるいはプラズマ
m(f[でトンネル接合部に数lOX厚さのトンネル接
合層15を形成する0 この後、第1LN(flに示すようjこ、第1の超伝導
体電極りの場合と同様に蒸着法やスパッタ法で第2の超
伝導体電極16を形成する。この方法ではトンネル接合
部の形成にアンダーカット形状のレジストマスク13を
必要とするか、この形状はレジストのプリベーク栄件や
有醤溶剤の液温、ディップ時間などの影響を受けやすい
。特に、実際のトンネル接合部の面積を規定するレジス
トマスク下部の寸法を一精度よく得ることは非常ζこ難
しい0また、トンネル接合部は囲りの絶縁体層14より
も低い位置にあるため、プラズマクリーニングやプラズ
マ酸化時にスパッタされた絶縁体層14の付着により汚
染されるという欠点があった0 第2の方法を第2図(a)〜(f)を用いて説明する1
、第2図(りに示すように、第1図(−と同様な方法で
基板4上に第1の超伝導体電極nを形成する。その後、
第2図(b)に示すように基板全面に蒸着法やスパッタ
法でS i OlS i O*等でなる絶縁体層おを被
着する0 次に、第2図(c)に示すように絶縁体層n上にトンネ
ル接合部を形成するための開口を有するレジストマスク
冴を形成した後、アルゴン(Ar )などの不活性ガス
を用いたイオンエツチング法やフロ’ 23 (CHF
I )、7 ロア 14 (CF a ) ’J’ ト
ノf−y + 7クカスによる反応性スパッタエツチン
グ法で絶縁体層おを加工し、第2図((至)に示すよう
一トンネル接合部を形成する。次に第2図(elに示す
ように、第1図(e)と同様な方法でトンネル接合部に
数10Xのトンネル接合層5を形成し、その後、第1の
超伝導体4極認の場合と同様な電極材料および成膜法で
第2図if)に示すような第2の超伝導体4極26を形
成する。この方法では、トンネル接合部の絶縁体層Uを
イオンエツチング法や反応性スパッタエツチング法で除
去するため、トンネル接合部1こおける電極表面はイオ
ン損傷を受ける。反応性スバツタエッチンク法の場合に
は、電体表面は反応性のエツチングカスによって汚染さ
れる。
また、この方法でも第1の方法と同様、トンネル指合部
はプラズマクリーニングやプラズマ酸化時に絶縁体層乙
の付着により汚染されるという欠点があった。
本発明の目的lオ、このような従来の欠点を取り除いた
ジョセフフン凄合素子の製、6方法を提供することであ
る。
本発明によれば、基板上に第1の超伝導体を箇と前記第
1の超伝導体電極の一表面上のトンネル接合層、および
前記トンネル接合層を介して前記第1の超伝導体電極と
対向する第2の超云淳体這極を有するジ曽セフソン接合
素子の製造方法において、基板上に第1の超伝導体電極
を形成し、該第1の超伝導体電極上のトンネル接合部と
する領域にレジストマスクを形成した後、前記第1の超
伝導体電極を少なくともロンドンの侵入深さと同じ膜厚
が残るようにエツチングする工梶、引αき?縁体層を被
着、リフトオフすること;こよって前記第1の超伝導体
電極の僅エツチング部を埋める工程、次に前記トンネル
接合部11:前記トンネル接合層を形成する工程、次に
前記トンネル接合層と接触するように前記第2の超伝導
体電極を形成する工程を具備するジRセフソン接合素子
の製造方法か得られる。
以下不発明の基板プロセスを順を用いて説明する0第3
図(a)に示すようζこ、絶縁体基板あるいは表面に絶
縁体層を有する基板31上に、蒸着法や子バッタ法によ
りNb、Pb等でなる第1の超伝導体電極32を形成す
る。ナ1の超伝導体電極上のパターニングは通常のレジ
スト工程を用いたエツチング法やリフトオフ法で行なう
。次に、第3図色)に示すように第1の超伝導体電極n
上のトンネル接合部となる部分にレジストマスクおを形
成した後、第3図(c)に示すように反応性スパッタエ
ツチングやイオンエッチンクなどの異方性エツチング法
で第1の超伝導体電極上をロンドンの侵入深さ以上の膜
厚が残るようjこエツチングし、引続き第3図(d)に
示すよ−)に基板全面に蒸着法やイオンビームスバッタ
法などの指向性の良い成膜法によりS10゜8iQ=等
でなる絶縁体層34を被着する。レジストマスク33そ
リフトオフした後、トンネル接合部を熱酸化またはプラ
ズマ−化し累3図(e)に示すような数lOXのトンネ
ル接合層あを形成する0その後第3図(fjに示すよう
屹、第1の超伝導体電極上の場合と同様に蒸着法やスパ
ッタ法で第2の起伝導体電極あを形成する。この方法で
は、トンネル接合部の形成に再現性の良い矩形レジスト
マスクが利用できること、エツチング方法およびエツチ
ング条件の最適化によりレジストマスクおから第1の起
伝導体電極nへの高精度のパターン転写か可能であるこ
とから、従来のリフトオフ法を用いた方法(第1図)に
比ベトン不ル接合部のす汰を制御し易い。また、トンネ
ル接合部はレジストマスクおとの接触部で規定されるた
め従来のエツチング法を用いた方法(第2図)よりも高
精度のトンネル接合部が祷られる0しかも、トンネル接
合部はエツチング雰囲気にさらされないため、イオン損
傷の問題や反応性エツチングガスによる汚染の問題がな
い。ざらに、トンネル接合部と周囲の絶/ 縁体属調を平坦化することによって、プラズマクリーニ
ングやプラズマ酸化時におけるトンネル接合部の汚染を
低減できる。
次に本発明の一実施例を示す。
表面が熱酸化5insで被覆されたシリコン(Sl)基
板上に、高j句波スパッタ法をこより基板温度300℃
でNb膜4000Xを被着する。この膜上iこポジ型ホ
トレジスト(ンップレー社WAZ1350.J)を用い
た通常のホトレジスト工程でレジストマスクを形成し、
フレ万ン12(CC6*F* )kエツチングカスとす
る反応性スバツタエフチンク法でNb膜を加工して第1
の超伝導体電極を形成Tる。褐1の超伝導体電極上のト
ンネル接合部となる部分ッチング法で第1の超伝導体電
極を200OAエツチングする。
AZ1350Jに対するNb膜のエツチング速度比は5
〜6で、し乃)もA方性エツチングが可能なためレジス
トマスクlこ対するパターン寸法変化はほとんど生じな
い。
第1の起伝導体電極の機エツチング部の残存膜厚は20
00λであり、Nb膜に関して一般に知られているロン
ドンの侵入深さ約1oooXよりも充分厚い。次に基板
全面tこt子ビーム蒸港法により8i0を200OA−
?1i看し、レジストマスクをアセトン中の超音波洗浄
でリフトオフする。次に、クロロベンゼン処理を用いて
基板上にアンターカット形状のレジストマスクを形成す
る。この基板をArプラズマでクリーニングした後、純
【素0雪によるプラズマ酸化法で」〜30Xのトンネル
接合層を形成する。引続き真望を保持したまま鉛−ビス
マス合金(Pb−Bi)を6000λ蒸着し、 リフト
オフして、l!J2の超伝導体′11を形成する。
本実施例では、−記lの超伝導体電極、第2超伝導体電
極としてそれぞFl、Nb膜 Pb  Biを用いた場
合について説明したが、Nb、Nb化合物、Nb合金、
P bs P b合金などの任意の組合せ力S可能であ
る0これらの電極材料の加工法としてイオンエツチング
法はどの材料にも適用できるが、反応性スパッタエツチ
ング法を用いる場合には適切なエツチング条件の選択が
必要である0また、本実施例ではトンネル接合部を形成
するためのレジストマスクとしてAZ1350Jを便用
したが、 他の有礪レジスト、無機占シスト、さらには
これらのレジストの転写により形成したよりエツチング
耐性のある金属マスクtよども用いることができる。第
2の起体4坏t−tはリフトオフ法により形成したカ、
当然工7ナンク法により形成することもできるO 以上説明したように本発明によれば、トンネル接合部の
周囲を異方性エツチングすることによってトンネル接合
部を形成するため、高精度でしかもエツチングによる汚
染のないトンネル接合部を得ることができる0さらに、
トンネル接合部近傍を平坦化できるため、プラズマクリ
ーニングやプラズマ鹸化時に周囲のIe嫌体層のスパッ
タによって生じるトンネル接合部の汚染を低減できる0
【図面の簡単な説明】
第1図(al 〜ff)、弟2 図(aj 〜(flは
従来のジ、セフフッi合篇子の製造方法を工程順に説明
するための素子の断面図、第3図(al〜(nは本発明
のジ譚セフソン接合素子の製造77法を説明アるための
主要工程におりる素子の断面Lてある。 図において、11 、 21 、 31 i.cAm、
  t21 ’2Z 1 3gは第1の超伝導体1!極
、 L3124133にレジストマスク、14 * 2
3,:MはNe緻体層、lb,25+35はトンネル接
合層、 16 、 25 、 36は#J2の超伝導体
電極である。 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基板上に第1の超伝導体電極と前記第1の超伝導体電極
    の一表面上のトンネル接合層、および前記トンネル接合
    層を介して前記第1の超伝導本電極と対向「る第2の志
    仏4L4’!極を有するジdセフソン接合素子の製造方
    法において、基板上に第1の超伝導体電極を形成し、該
    第1の超伝導体電極上のトンネル接合部となる領域にレ
    ジストマスクを形成した後、前記第1の超伝導体電極を
    少t  ゛くともロンドンの侵入深さと同じ膜厚が残る
    ようにエツチングする工程、引続き上縁体層を被着、リ
    フトオフ下ることによって紬記第1の超伝導体電極の被
    エツチング部を埋める工程、次に前記トンネル接合部に
    前記トンネル嵌合ノーを形成する工程、犬に補記トンネ
    ル泉合層と接触するように前記第2のi4i伝導体電極
    を形成する1橘を具備することを特徴さするジぎセフソ
    ン接今素子の!%造方法0
JP57092748A 1982-05-31 1982-05-31 ジヨセフソン接合素子の製造方法 Pending JPS58209179A (ja)

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DE8383105381T DE3370901D1 (en) 1982-05-31 1983-05-31 Method of producing josephson tunnel barrier
EP83105381A EP0095773B1 (en) 1982-05-31 1983-05-31 Method of producing josephson tunnel barrier
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