JPS60178676A - Tunnel type josephson element and manufacture thereof - Google Patents

Tunnel type josephson element and manufacture thereof

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JPS60178676A
JPS60178676A JP59034967A JP3496784A JPS60178676A JP S60178676 A JPS60178676 A JP S60178676A JP 59034967 A JP59034967 A JP 59034967A JP 3496784 A JP3496784 A JP 3496784A JP S60178676 A JPS60178676 A JP S60178676A
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superconductor
oxide
electrode
metal
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JP59034967A
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Japanese (ja)
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Hisataka Takenaka
久貴 竹中
Osamu Michigami
修 道上
Tsunekazu Iwata
岩田 恒和
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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

Abstract

PURPOSE:To enable easy manufacture by a method wherein the first superconductor electrode made of Nb having a required pattern is formed on a substrate with an Si oxide insulation film formed on the surface, and the second superconductor electrode made of Pb or Pb alloy or Nb is formed thereon. CONSTITUTION:A metallic layer 3 made of Al or Cr is formed on the Si oxide insulation film 1. Next, the superconductor layer 4 made of Nb is formed on the metallic layer 3 made of Al or Cr, and a mask layer 5 made of photo resist having a required pattern is formed thereon. The first superconductor electrode 6 is formed by reactive sputter etching with the mask layer 5 as a mask. Then, a metallic layer 10 made of Al or Cr is formed on the first superconductor electrode 6 and an Al oxide insulation film 8. A tunnel barrier layer 11 made of Al oxide or Cr oxide is formed. The second superconductor electrode 14 made of Pb or Pb alloy or Nb is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の分野 本発明は、表面にシリコン酸化物でなる絶縁膜を形成し
でいる基板上に、所要のパターンを右するN I+でな
る第1の超伝導体電極が形成され、その第1の超伝導体
電極上に、トンネルバリア層を介して、PbまたはPb
合金もしくはNbでなる第2の超伝導体電極が形成され
ている+i4成を右りるトンネル型ジョセフソン素子の
製法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a first superconductor electrode made of N I+ having a desired pattern formed on a substrate having an insulating film made of silicon oxide formed on the surface thereof. is formed, and Pb or Pb is formed on the first superconductor electrode via a tunnel barrier layer.
The present invention relates to a method for manufacturing a tunnel type Josephson element having a +i4 structure in which a second superconductor electrode made of an alloy or Nb is formed.

本発明の背景 このにうな114成を有りるI〜シンネルジョセフソン
素子は、第1の超伝導体電極を形成している基板が、絶
縁膜を形成している基板でなり、そしく、その基板の絶
縁膜がシリ−1ン酸化物ぐなる。この基板上に形成され
でいるシリコン酸化物でなる絶縁膜は、低温で、蒸着に
よっ(容易に形成することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In a Schinnel-Josephson device having this 114 structure, the substrate on which the first superconductor electrode is formed is a substrate on which an insulating film is formed, and The insulating film of the substrate is made of silicon oxide. The insulating film made of silicon oxide formed on this substrate can be easily formed by vapor deposition at a low temperature.

従っC1上述した構成を有りるジョセフソン素子は、こ
れを容易に製造ツることができる、という特徴を右する
1゜ また、上述した構成を右りる1−ンネルI3′!ジョレ
ノソン素子は、表面にシリ−1ン酸化物(゛なる絶縁膜
を形成している基板上に形成されている第1の超伝導体
電極が、Nbでなる。N1)t″<Lる第1の超伝導体
電極は、基板の表面に形成され−(いるシリコン酸化物
でなる絶縁膜どの間ぐ比較的大きな膨張係数の差を有し
ているが、1〜ンネル型ジヨレフソン累了に室温と極低
温どの間の熱サイクルが与えられCも、これにλJ L
、第1の超伝導体電極がl−’l)J:たは1)1)合
金ぐ4fる場合に比しよく耐える。従っC11〜ンネル
望ジ三ルフソン素子に室温と極低温との間の熱リイクル
が与えられたときに、第1の超伝導体電極によって1−
ンネルバリア層を破損さぼるおそれが、第1の超伝導体
電極がPbまたはpb金合金なる場合に比し格段的に少
ない。
Therefore, the Josephson element C1 having the above-described configuration has the characteristic that it can be easily manufactured. In the Jorenoson element, the first superconductor electrode formed on the substrate on which an insulating film of silicon oxide (2) is formed is made of Nb.N1)t''<Lth The superconductor electrode of No. 1 is formed on the surface of the substrate and has an insulating film made of silicon oxide, which has a relatively large difference in expansion coefficient. Given a thermal cycle between C and cryogenic temperature, λJ L
, the first superconductor electrode resists l−'l)J: or 1)1) alloy 4f. Therefore, when a thermal cycle between room temperature and a cryogenic temperature is applied to the C11~Nel Desired Lufson element, 1-
The risk of damaging the channel barrier layer is much lower than when the first superconductor electrode is made of Pb or a Pb gold alloy.

さらに、上述した構成を右するトンネル型ジョセフソン
素子は、第1の超伝導体電極上にI〜ンネルバリア層を
介して形成されCいる第2の超伝導体電極が、pbまた
はPI+合金もしくはNbでなる。第2の超伝導体電極
がpl+または[)b合金でなるものであっても、N 
bでなる第1の超伝導体電極との間に、シリコン酸化物
でなる絶縁19どの間に比し、格段的に小さな膨張係数
の差しか有しCいないので、トンネル型ジョセフソン素
子に室温と極低温との間の熱サイクルが与えられても、
第2の超伝導体ffi極にょつ゛Cトンネルバリア層を
破損させるJ3すれはほとんどない。
Further, in the tunneling Josephson device having the above-described structure, the second superconductor electrode is formed on the first superconductor electrode via a tunnel barrier layer, and the second superconductor electrode is formed on the first superconductor electrode through a tunnel barrier layer. It becomes. Even if the second superconductor electrode is made of pl+ or [)b alloy, N
Since C has a much smaller difference in coefficient of expansion between the first superconductor electrode made of B and the insulator 19 made of silicon oxide, the tunnel type Josephson element can be used at room temperature. Even given a thermal cycle between
The second superconductor ffi pole is hardly exposed to J3, which would damage the C tunnel barrier layer.

従っC1,[述した4M成を右するトンネル型ジ?]レ
フソン素子は、そのトンネル型ジョセフソン素子に室温
と極低温との間の熱量ナイクルが与えられても、所期の
特性を発揮して動作づる、という特徴を右づる。
Therefore, C1, [tunnel type di? ] The Lefson element is characterized by its ability to operate and exhibit the desired characteristics even when a heat quantity between room temperature and extremely low temperature is applied to the tunnel-type Josephson element.

このような特徴を右している上述した414成の1−ン
ネル型ジョセフソン素子におい(、従来は、その第1及
び第2の超伝導体電極間に介挿されている1−ンネルバ
リア層が、Nbでなる第1の超伝導(A電極の表面が酸
化されC形成されたN1)酸化物(Nll + O+ 
) ”Cなるのが凹通である。
In the above-mentioned 1-thickness Josephson device of 414 compositions, which has such characteristics, conventionally, a 1-thin-thickness barrier layer interposed between the first and second superconductor electrodes was used. , the first superconducting (N1 where the surface of the A electrode is oxidized to form C) oxide (Nll + O+
) “C is concave.

このNtl酸化物は、AIL酸化物(ΔL+O+)やC
1・酸化物(Orl、0+)に比し高い誘電率を右りる
This Ntl oxide is similar to AIL oxide (ΔL+O+) and C
1. Has a higher dielectric constant than oxides (Orl, 0+).

このため、1〜ンネルバリア層がNbM化物でなる」一
連した構成の従来のトンネル型ジE11?フソン崇子の
場合、第1及び第2の超伝導体層(に間の静電容量が、
I−ンネルバリア層を△L酸化物ヤ) c +゛M化物
eなるムのとした場合に比し、l−ンネルバリア層の同
じ厚さ及び面積で、大きい。
For this reason, the conventional tunnel type di-E11? having a series of configurations in which the tunnel barrier layer is made of NbM compound. In the case of Takako Fuson, the capacitance between the first and second superconductor layers (
Compared to the case where the I-channel barrier layer is made of ΔL oxide (Y) c + M oxide (e), it is larger for the same thickness and area of the I-channel barrier layer.

従って、1〜ンネルバリア岡がNl+酸化物ぐなる上述
し1こ構成の従来の1−ンネル型ジ3セ7ソン素了の場
合、1−ンネルバリノI層をAm酸化物やCr酸化物で
なる;bのとした場合と同程度に速いスイッチング速度
で動作させることができない、という欠点を有していた
Therefore, in the case of the above-mentioned conventional 1-layer type diode having a 1-layer barrier layer consisting of Nl + oxide, the 1-layer barrier layer is made of Am oxide or Cr oxide; This has the disadvantage that it cannot be operated at a switching speed as fast as in case b.

また、上述した特徴を有している上述した構成のトンネ
ル型ジョセフソン素子は、表面にシリコン酸化物でなる
絶縁膜を形成している基板上に、Nbでなる超伝導体層
を形成し、その超伝導体層に対9”るエツチング処理に
よって、超伝導体層から所要のパターンを右づる第1の
超伝導体電極を形成り゛る工程をとって製造されるのが
普通である。
Furthermore, the tunnel-type Josephson element having the above-described features and having the above-mentioned structure has a superconductor layer made of Nb formed on a substrate on which an insulating film made of silicon oxide is formed on the surface, Normally, the superconductor layer is manufactured by etching the superconductor layer 9" to form a first superconductor electrode having a desired pattern from the superconductor layer.

どころで、超伝導体層に対りるLツチング処理によって
、超伝導体層から所要のパターンを右づる第1の超伝導
体電極を形成する工程における、超伝導体層に対するエ
ツチング処理とし−C1従来、エツチング用化学溶液を
用いたつ1ットエツf−ング処迎と、CF、ガスを用い
た反応性スパッタエツチング処理によるドライエツチン
グ処理とが提案されている。
By the way, in the step of forming the first superconductor electrode in which a desired pattern is formed from the superconductor layer by the L etching process on the superconductor layer, the etching process for the superconductor layer is -C1. Conventionally, a one-tetching process using a chemical solution for etching and a dry etching process using a reactive sputter etching process using CF or gas have been proposed.

しかしながら、エツチング用化学溶液を用いたつ、1−
ツ1へ1ツブ−ング処理の場合、第1の超伝導体層1セ
が形成される過程ひ、その第1の超伝導体電極の側面に
1ツブング川化学溶液が廻り込むので、第1の超伝導体
電極がりrド」−ツチングされる。このため第′1の超
伝導体’rti 14が比較的太なるn′iサイドエツ
チングされて形成され1.1、っC1第1の超伝導体電
極を2μm以下の微細パターンに形成づるのが困fll
であった。このI、:め、1−ンネル型ジョレノソン素
子を高い集積度を以っC!!I造することができない、
という欠点をイjしていた。
However, when using a chemical etching solution, 1-
In the case of the 1-to-1 Tubung process, during the process of forming the first superconductor layer 1, the 1 Tubung River chemical solution flows around the side surface of the first superconductor electrode. The superconductor electrodes are connected to each other. For this reason, the first superconductor electrode 14 is formed by relatively thick n'i side etching, and the first superconductor electrode is formed into a fine pattern of 2 μm or less. Trouble
Met. This I,:1-channel type Jorenoson device with a high degree of integration is C! ! I can't make it,
He hated this shortcoming.

まlこ、」−ツヂング用化学溶)1νを用いたつ土ツト
−1ツ升ング処理の場合、第1の超伝導体層1〜を所1
9jのパターンに形成りるのに、エツチング用化学溶液
の組成、純度などを厳密に選び、1:1つしツヂング用
化学溶液の温度、1ツーfング11.1間などを厳密に
制御りる盛装があり、このため、1−ンネル型ジョヒフ
ソン素−fを容易に製造IJることができない、という
欠点をイ1し−くいた。
In the case of soil tucking treatment using 1v (chemical solution for tsuging), the first superconductor layer 1~
To form a pattern of 9j, the composition and purity of the etching chemical solution are strictly selected, and the temperature of the 1:1 etching chemical solution and the 1:1 etching distance are strictly controlled. Therefore, one drawback was that it was not possible to easily manufacture a one-channel type Johifson element.

さらに、−1−ッヂング用化学Ifv液を用いたつX[
ットエッチング処理の場合、有毒な廃液がでるので、そ
れを安全に処分しなければならないことに問題がある、
という欠点を有していl〔。
Furthermore, -1-X[
In the case of hot etching, there is a problem in that toxic waste liquid is produced, which must be disposed of safely.
It has the following drawbacks.

j) 、 CI” r ガスを用いた反応性スパッタエ
ツチング処理によるドライエツチング処理の場合、CF
+ガスの圧力を制御することによって、超伝導体層に対
゛りるエツチング速度を制御することができるので、第
1の超伝導体電極が形成される過程ぐ、第1の超伏>9
体重(へがリイド■ップング■を十分小にづることがで
きる。このため、り11の超伝導体電極を、上述したウ
エットエツチング処理の場合に比しより微細なパターン
に形成りることかできる。従って、トンネル型ジH(2
ノソン素子を、ウェブ1〜エツチング処理の場合に比し
高い集積度を以って製造覆ることができるという特徴を
有づる。
j) In the case of dry etching treatment by reactive sputter etching treatment using CI''r gas, CF
+ By controlling the pressure of the gas, it is possible to control the etching rate for the superconductor layer, so that the first superconductivity >9 during the process of forming the first superconductor electrode.
The weight can be made sufficiently small. Therefore, the superconductor electrode of Ri 11 can be formed into a finer pattern than in the case of the wet etching process described above. .Therefore, tunnel type diH(2
This method has the characteristic that the Noson elements can be manufactured and covered with a higher degree of integration than in the case of the web 1 to etching process.

しかしながら、CF−ガスを用いた反応性スパッタエツ
チング処理によるドライエツチング処理の場合、比較的
遅い1ツヂング速度が得られる10Pa以下のCFIガ
スの圧力の場合、第1図に示ツJ:うに、基板の表面に
形成され(いるシリコン酸化物Cなる絶縁膜に対りるl
−ツヂング速度が、Nbでなる超伝導体層に対Jるニッ
プ・ング速度に比し大であり、このため、第′1の超伝
導体電極が、その表面と基板の表向との間に人きな段斧
が生のしめ(形成さ4′シ従って、第2の超伝導体電極
からこれと一体に延長しζいる超伝導体配線を、基板−
にに良IIに延長さlることが困難である、という欠点
を右し−Cいた。
However, in the case of dry etching treatment by reactive sputter etching treatment using CF-gas, at a CFI gas pressure of less than 10 Pa, which provides a relatively slow etching speed, as shown in FIG. For an insulating film of silicon oxide C formed on the surface of
- The nipping speed is higher than the nipping speed for the Nb superconductor layer, so that the '1st superconductor electrode is between its surface and the surface of the substrate. The second superconductor electrode is then formed with a superconductor wire extending integrally from the second superconductor electrode to the substrate.
It has the disadvantage that it is difficult to extend it to a normal condition.

また、C1:、ガスを用いIこ反応1([スパッタ二F
ッヂング処理によるドライエツヂング処理の場合、第1
図に承りように、N 11でなるu1伝導体層対づる]
エツチング速度とシリコン酸化物Cなる絶縁119に対
りるエツチング速度の比が「1」以にになる3 0 P
 a以−FのCrt ガスの圧力の場合、シリコン酸化
物でなる絶縁膜が1ツブングされる串は少なくなっても
、CF、ガスの圧力が11いの(゛、N1+t”なる8
¥T1の超伝導fA電極が比較的太なる…→Jイドコニ
ッチングされで形成され、従って、第1の超伝導体電極
を所期のパターンに形成するのが困難である、という欠
点を有していた。
In addition, C1: Reaction 1 using gas ([sputtering
In the case of dry etching treatment, the first
As shown in the figure, the u1 conductor layer is made of N11]
30P where the ratio of the etching rate to the etching rate for the insulation 119 made of silicon oxide C is "1" or more.
In the case of Crt gas pressure from a to F, even if the number of skewers on which the insulating film made of silicon oxide is rolled is reduced, the pressure of CF gas is 11 (゛, N1 + t'').
The superconducting fA electrode of ¥T1 is relatively thick...→J idconitched, and therefore it has the disadvantage that it is difficult to form the first superconductor electrode in the desired pattern. Ta.

本発明の目的 よっ−C1本発明は、上述した欠点を有しない、新規な
トンネル型ジョセフソン素子を提案せんどり−るもので
ある。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention proposes a novel tunnel-type Josephson device that does not have the above-mentioned drawbacks.

また、本発明は、本発明によるトンネル型ジョ[フソン
素子を、上述した欠点を右りることなしに、容易に、製
造づることかできる、新規<L l〜ンネル型ジミレノ
ソン素子の製法を提案Uんとするものである。
In addition, the present invention proposes a method for manufacturing a new tunnel type Jimin-Lenoson element, which allows the tunnel type Joffson element according to the present invention to be easily manufactured without having to suffer from the above-mentioned drawbacks. It is called U.

本発明の開示 本願第1番目の発明によるトンネル型ジョセフソン素子
によれば、第1及び第2の超伝導体重44i間に介挿さ
れているトンネルバリア層が、fiボした従来のトンネ
ル型ジョセフソン素子のトンネルバリア層を構成してい
るNbM9化物(Nll 20+ )に比し低い誘電率
を有するAl酸化物(A、I)、+ Or )またはC
r酸化物(Cr20! )でなる。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the tunneling type Josephson device according to the first invention of the present application, the tunnel barrier layer interposed between the first and second superconducting weights 44i is different from the conventional tunneling type Al oxide (A, I), + Or ) or C, which has a lower dielectric constant than NbM9ide (Nll 20+ ), which constitutes the tunnel barrier layer of the Son element.
It is made of r oxide (Cr20!).

このため、本願第1番目の発明にJ:るトンネル型ジョ
セフソン素子は、上述した従来の1−ンネル41+!ジ
ョレフソン素子に比し高いスイッチング速度で動作覆る
つ まIこ、本願第1、第2及び第3番11の発明によるl
−ンネル型ジョレフソン素子の製法にJ:れば、表面に
シリコン酸化物で4TるtI!l!縁膜を形成している
基板上に、N 11でなる超伝導体層を形成し、その超
伝導1本層に対りるエツチング処理によつC,超伝導体
層ip Iう、所ザのパターンをfiりるNll(’な
る第一1の超伝導体電極を形成りる1稈をどって、トン
ネル型ジョセフソン素子を製造Jるが、表面にシリコン
酸化物で’trる絶縁膜を形成しくいる基板上に、N 
+1でなる川伝ンv体層を形成りる1稈において、表T
l1lにシリ1ン酸化物C′なる絶縁膜を形成1)でい
る基板上に、ΔL、(/l”、△L酸化物またはCr酸
化物ぐなる金属まlこは金j」酸化物層を介して、Nb
′cなる超伝導体層を形成りる、。
Therefore, the tunnel type Josephson device according to the first invention of the present application is different from the conventional one tunnel 41+! described above. According to the inventions No. 1, No. 2, and No. 3 of the present application, the invention operates at a higher switching speed than the Jollefson element.
- J: In the manufacturing method of the tunnel-type Jollefson element, 4T is applied to the surface with silicon oxide! l! A superconductor layer made of N 11 is formed on the substrate on which the edge film is formed, and the superconductor layer ip I is etched by etching the single superconducting layer. A tunnel-type Josephson device is fabricated by following the same pattern as the one forming the first superconductor electrode. N is formed on the substrate.
In one culm forming a river den V body layer consisting of +1, the table T
An insulating film of silicon oxide C' is formed on the substrate 1).A layer of ΔL, (/l", ΔL oxide or Cr oxide or gold oxide) is formed on the substrate. via Nb
A superconductor layer ′c is formed.

また、Nllでなる超伝導体層に対するエツチング処理
によって、そのNbでなる超伝導体層から、所習のパタ
ーンを有りるNbでなる第1の超伝導体電極を形成する
]二稈におGJる、Nbでなる超伝導体層に対するエツ
チング処理を、Crt ガスまたはCB□r+ ガスを
用いた反応(41スバツタエツヂング処理とりる。
Furthermore, by etching the superconductor layer made of Nll, a first superconductor electrode made of Nb having a predetermined pattern is formed from the superconductor layer made of Nb. The etching treatment for the superconductor layer made of Nb is performed using a reaction using Crt gas or CB□r+ gas (41 sputter etching treatment).

ところr、Nbでなる超伝導体層に対づるエツヂン・グ
処理を、Crt ガスを用いた反応性スバツタエツヂン
グ処理どり−る場合、CF、ガスのIF力が、基板のシ
リコン酸化物でなる絶縁膜に対りるエツチング速度をし
て、Nbでなる超伝導体層に対する−[ツヂング速度に
比し大である範11IIてあっても、N、l+でなる超
伝導体層に対づるエツチング処理が、基板上に、Δ(L
、Cr、Al酸化物またはCr酸化物でなる金属または
金属酸化物層が形成されている状態で行なわれ、一方、
この場合のCF r ガスを用いた反応性スパッタエツ
チング処理にJ3いて、そのCF r ガスの圧力が」
上述したtr!囲であっても、An、C1゛、ΔL酸化
物まlζはCr酸化物でなる金属または金属酸化物層に
対りるエツチング速度が、ガ)1図に承りように、基板
のシリコン酸化物C4fる絶縁膜に対りるエツチング速
度に較べ−(も、また、Nl+でなる超伏)り体層にλ
・1りる−1.ツブーング速度に較べl”b格段的にノ
ヱいので、たどえ、この場合のCF4ガスを用いた反応
性スパッタLツJング処即ニおいC1ΔL、(Cr、△
J、 1I12化物またはCr酸化物でなる金属または
金属酸化物層が、34%板の表面が露早りるように一1
ツチングされ(t)、また、通、■板の表面が露♀しな
い範囲C1ツ′f−ングされても、第1の超伝導体層(
4Iを、イの表面と、基板の表面との間または△t、O
r、Δjl化物またはCrCなる金属J:lこは金属t
I!を化物層の表面との間に、大きな段差を’11!’
Llめないで形成りることがC−さる。
However, when etching a superconductor layer made of r,Nb using a reactive sputter etching process using Crt gas, the IF force of the CF gas is applied to the silicon oxide of the substrate. Even if the etching speed for the insulating film is larger than the etching speed for the superconductor layer made of Nb, the etching speed for the superconductor layer made of N, l+ is The etching process produces Δ(L
, a metal or metal oxide layer made of Cr, Al oxide or Cr oxide is formed;
In this case, in the reactive sputter etching process using CF r gas, the pressure of the CF r gas is
The above mentioned tr! As shown in Figure 1, the etching rate of An, C1゛, ΔL oxide or lζ for a metal or metal oxide layer made of Cr oxide is higher than that of silicon oxide of the substrate. Compared to the etching rate for the C4f insulating film, the
・1 Riru-1. Since l''b is much faster than the sputtering speed, the reactive sputtering process using CF4 gas in this case is immediately effective C1ΔL, (Cr, △
J, the metal or metal oxide layer made of 1I dodecide or Cr oxide is heated so that the surface of the 34% plate becomes dewy.
Even if the first superconductor layer (t) is cut (t), and even if the surface of the board is not exposed, the first superconductor layer (
4I between the surface of A and the surface of the substrate or Δt, O
r, Δjl oxide or CrC metal J: l is metal t
I! There is a large step between the surface of the compound layer and the '11! '
It is C-monkey to form Ll without giving up.

また、N l+で゛なる超1人導体層に対するJエツチ
ング処理を、0L311”+ ガスを用いた反応1’l
−スバツタエツヂング処理どりる場合も、N bでなる
超伝導体層に対りるエツチング処理が、N bでなる超
伝導体層に対づる1ツヂング処理をCF1ガスを用いた
反応性スパッタエツチング処理とする場合と同様に、基
板」二に、Δ41. CrAl7(i化物またはCI−
Fill化物でなる金属または金属酸化物層が形成され
−Cいる状態で行なわれ、一方、この場合のCBr F
iガスを用いた反応性スパッタエツチング処理において
、そのCB1”F+ ガスの圧〕〕が10Pa以下の範
囲であっても、N1+′cなる超伝導体層に対するエツ
チング処理をCF、ガスを用いた反応性スパッタエツチ
ング処理とづる場合と同様に、且つ第2図に示1j、う
に、基板のシリコン酸化物でなる絶縁膜に対りる[ツヂ
ング速度に較べても、また、Nbでイにる超伝導体層に
対するエツチング速度に較べ(し格段的に遅いので、た
とえ、この場合のCII 「F l ガスを用いた反応
性スパッタエツチング処理にd3いて、△L、Cr 、
AfL酸化物またはCr酸化物でなる金属または金属酸
化物層が、基板の表面が露呈覆るようにエツチングされ
てもまた基板の表面が露呈しない範囲で1ツヂングされ
Cも、第1の超伝導体電極を、−ξの表面と、す板の表
面との間よIこはΔL、C1′、ΔL酸化物ま1こは0
1・ぐなる金1rzまlζは金11バ醇化物層の表面と
の間に、人さ41段メイーを牛ビしめないC形成づるC
とが(゛きる。
In addition, the J-etching process for the super single conductor layer consisting of Nl+ was performed using reaction 1'l using 0L311''+ gas.
- Even when using sputter etching treatment, the etching treatment for the superconductor layer made of Nb is the same as the etching treatment for the superconductor layer made of Nb by reactive sputtering using CF1 gas. Similarly to the case of etching treatment, the substrate "2" is Δ41. CrAl7 (i-ide or CI-
A metal or metal oxide layer consisting of a fill compound is formed in -C, while in this case CBr F
In the reactive sputter etching process using i gas, even if the pressure of the CB1''F+ gas is in the range of 10 Pa or less, the etching process for the superconductor layer N1+'c can be performed using CF, a reaction using gas. Similarly to the case of the sputter etching process, and as shown in FIG. The etching speed is much slower than that for the conductor layer, so even if the CII "reactive sputter etching process using F l gas in this case is performed at d3, ΔL, Cr,
Even if the metal or metal oxide layer made of AfL oxide or Cr oxide is etched so as to expose and cover the surface of the substrate, it can also be etched to the extent that the surface of the substrate is not exposed. The electrodes are placed between the -ξ surface and the surface of the plate.
1. The gold 1rz round ζ has a C formation between the surface of the gold 11 base and the molten metal layer that does not tighten the 41st layer of metal.
Toga(゛kiru)

また、Nll′Cなる超伝導体層にス・1づ−る[ツヂ
ング処理を、Cl5rl:+ ガスを用いIζ反応性ス
パッタ土ツ1−ング処理とりる場合、N bに対りる[
4伝導体層に対Jるエツチング速度迂が、第2図に承り
ように、Δ(J、、 Or 、ΔL酸化物または01・
酸化物Cなる金属または金属酸化物層に対りる1ツヂン
グ速曵;及びシリ:1ンfl’f化物でなる絶縁膜に対
づるエツチング速度に比し、格段的に速< T b、そ
のi11ツブング速1aの速い範囲が、CBI’F+ 
ガスの10 P a以下という低いハ:力の範囲C冑ら
れるの(゛、第1の超伝導体電極がほとんどリーイドエ
ッチングされずに形成され、従つ【、第1の超伝導1ホ
電極を、所111Jのパターンに、容易に形成りること
ができる。
In addition, when the superconductor layer of Nll'C is subjected to a reactive sputtering treatment using Cl5rl:+ gas, the
As shown in FIG. 2, the etching rate curve for the four conductor layers is Δ(J,, Or, ΔL oxide or 01.
The etching speed for a metal or metal oxide layer made of oxide C is much faster than the etching speed for an insulating film made of a silicon oxide. The fast range of i11 Tubung Speed 1a is CBIF'F+
A low power range of less than 10 Pa of the gas is achieved. can be easily formed into the pattern 111J.

シした、本願第2及び第3番[1の発明【ごよる1〜ン
ネル型ジコレフソン素子の製法によれば、基板上に第1
の超伝導体電極を形成しC後、その第1の超伝導体電極
上に1〜ンネルバリア層を形成する上程をとって、1ヘ
ンネル型ジヨセフソン素子を製造りるが、その1程にd
3いC1]−ンネルバリア層を八り酸化物またはCr酸
化物でなるものとして形成りる。
According to the invention of No. 2 and No. 3 of the present application [1], the manufacturing method of the Goyoru 1-Nel-type Dikorefson device is such that a first
After forming superconductor electrodes C, a Hennel type Josephson device is manufactured by forming a layer barrier layer on the first superconductor electrode.
3C1] - A channel barrier layer is formed of octoxide or Cr oxide.

このため、本願第1番目の発明ににるトンネJ’vをジ
ョセフソン素子につい(J二)l−L 1こところ/)
r tら明らかなように、高いスイッヂング速度C動作
りるトンネル型ジョセフソン素子を製造づることができ
る。
Therefore, regarding the tunnel J'v according to the first invention of the present application to a Josephson element (J2)l-L1kokoro/)
As is clear from et al., it is possible to manufacture a tunnel-type Josephson device that operates at a high switching speed C.

さらに、本l1rl第3 m l−:Iのざt明による
トンネル型ジョセフソン素子の製法によれば、基板−[
に第1の超伝導体電極を形成し−C後、基板−にのul
lの超伝導体電極の形成されていない領域に、第1の超
伝導体電極を側面から埋めるように、シリコン酸化物で
なる絶縁層を形成づる■程を含んで・いる、。
Furthermore, according to the method for manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the present invention, the substrate -[
After forming the first superconductor electrode on the substrate,
The method includes the step of forming an insulating layer made of silicon oxide in the region where the first superconductor electrode is not formed so as to fill the first superconductor electrode from the side.

このため、す板が、第1の超伝導体電極の表面と段停の
ない表面を有して形成されるのe、基板の表面十に、第
2の超伝導体電極からこれと一体に延長しCいる超伝導
体配線を良II’(に、容易に延長さけることができる
For this purpose, the substrate is formed with a surface having no steps in contact with the surface of the first superconductor electrode, and the second superconductor electrode is integrally formed on the surface of the substrate. It is possible to easily avoid extending the superconductor wires that have been extended.

さらに、本願第3雷1]の発明による1〜ンネル型ジヨ
セフソン素子の製法にJ:れば、上述したJ:うに、基
板上に第1の超伝導体tlt 14jを形成して後、基
板上の第1の超伝導体電極の形成され(いない領域に、
第1の超伝導体電極を側面から埋めるJ:うに、シリコ
ン酸化物でなる絶縁膜を形成し、次に、そのシリコン酸
化物Cなる絶縁膜及び第1の超伝導体電極上に、それら
を通じ(連続して延長しくいるΔL酸化物または01゛
酸化物でなるトンネルバリア層を形成し、次に、ぞのト
ンネルバリア層上に、1)l)または1〕1)合金もし
くはN b ′c/jる超伝導体層を形成し、次に、ぞ
の超伝導体層に対りるC1−1ガスまたはくに 13 
rF l ガスを用いた反応性スパッタ[ツf ’/ 
’J 9R理4CJ: −y U 、JfJ伝in (
AIM カIつ、u12 G)川伝)R体重)41を形
成りる、という、[程をSんでいる。
Furthermore, according to the method for manufacturing the 1- to 3-channel type Josephson device according to the invention of No. 3 of the present application, the first superconductor tlt 14j is formed on the substrate, and then the first superconductor tlt 14j is formed on the substrate. In the region where the first superconductor electrode is not formed,
Filling the first superconductor electrode from the side: First, an insulating film made of silicon oxide is formed, and then an insulating film made of silicon oxide C and the first superconductor electrode are filled through the insulating film. (A tunnel barrier layer made of a continuously extending ΔL oxide or 01゛ oxide is formed, and then on each tunnel barrier layer, 1) l) or 1] 1) alloy or N b 'c 13
Reactive sputtering using rF l gas [TSf'/
'J 9R 4CJ: -y U, JfJ biography in (
AIM Kaitsu, u12 G) Kawaden) R weight) Forming 41, [mode is S.

ところで、超伝導体層から第2の超伝導体電極を形成づ
るためのCF、ガスまIこはCBr F3ガスを用いた
反応性スバツタエツf・ング処理において、シリコン酸
化物でなる絶縁膜またはCr酸化物でなる1−ンネルバ
リア層のエツチング達磨はCF、ガスまたはCBr F
+ガスの圧力が101)a以下の低い値の範囲であって
も、第1図及び第2図に示すように、超伝導体層が1)
 bまlコは1)b−1n−Δu、pb−Biなどの1
〕b合金′Cなる場合のその超伝導体層に比し格段的に
at <、また、超伝導体層がN 11でなる場合のそ
の超伝導体層に比しても、前述したように、格段的に遅
い。
By the way, in the reactive sputtering process using CF, gas or CBr F3 gas to form the second superconductor electrode from the superconductor layer, an insulating film made of silicon oxide or Cr Etching polishing of a 1-thin oxide barrier layer is performed using CF, gas or CBrF.
Even if the gas pressure is in a low value range below 101)a, as shown in Figures 1 and 2, the superconductor layer 1)
bmalko is 1) b-1n-Δu, pb-Bi, etc.
[b alloy'at<> compared to the superconductor layer when the alloy is made of C, and also compared to the superconductor layer when the superconductor layer is made of N11, as mentioned above. , is significantly slower.

このため、第2の超伝導体電極を、その表面と、基板の
表面との間に大きな段差を生ぜしめないで形成づること
ができるとともに、第2の超伝導体電極を、所;gJの
パターンに、容易に形成づることができる。
Therefore, the second superconductor electrode can be formed without creating a large step between the surface of the second superconductor electrode and the surface of the substrate, and the second superconductor electrode can be formed at a location of gJ. It can be easily formed into patterns.

本発明の好適な″=施例 次に、本発明による]・ンネル4Wジョレフソン素子及
びその製法の好Jな実施例を、本発明によるI〜ンネル
型ジョレフソン素子の製法の好適な実施例にJ:って述
べよう。
Preferred Embodiments of the Invention Next, a preferred embodiment of the 4-W tunnel type Jollefson element according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described below. : Let's say that.

実施例′1 第3図は、一本発明によるトンネル型ジ三」レフソン素
子の製法の第1の実施例を示し、次に述べる順次の1秤
をとって、本発明によるl〜ンネル型ジョヒフソン素子
が製造される。
Embodiment 1 Fig. 3 shows a first embodiment of the method for manufacturing a tunnel type J3'' Lefson element according to the present invention. A device is manufactured.

すなわら、表面にシリ−1ン酸化物r<cる絶縁膜1を
形成している基板2を予め用危りる(第3図へ)。実際
、[、この基板2は、例えばシリ〕ンCなる量販本体2
a十に、Nbでなる接地用川伝η体層2bが形成され、
その1a地用超伝導体層211上に、シリコン酸化物C
なる絶縁膜1が形成されCいる構成を右りる1゜ しかして、基板2上に、すなわちシリ−1ン酸化物でな
る絶縁F!1土に、ALよlこはOrで/、する金属層
3を、それ自体は公知の例えば然る法によって、例えば
40〜110への厚さに形成する(第3図B)。
That is, the substrate 2 on which the insulating film 1 of silicon oxide r<c is formed is prepared in advance (see FIG. 3). In fact, this board 2 is, for example, a mass-market main body 2 made of silicon C.
A grounding η body layer 2b made of Nb is formed on a
On the 1a ground superconductor layer 211, silicon oxide C
An insulating film 1 is formed on the substrate 2, that is, an insulating film F made of silicon oxide is formed on the substrate 2. 1, a metal layer 3 of AL, OR, etc. is formed to a thickness of, for example, 40 to 110 by a method known per se (FIG. 3B).

次に、AiまたはCrでなる金属層3」ニに、Nbでな
る超伝導体層4を、それ自体は公知の例えば蒸着法によ
つ(、例えば2000人の厚さに形成り゛る(第3図C
)。
Next, a superconductor layer 4 made of Nb is formed on the metal layer 3 made of Ai or Cr by a known method such as vapor deposition (for example, to a thickness of 2000 nm). Figure 3C
).

次に、超伝導体層4上に、所要のパターンを右づるフッ
11〜レジストでなるマスク層5を、それ自体は公知の
方法によって、例えば約1.5μmの厚さに形成する(
第3図D)。
Next, on the superconductor layer 4, a mask layer 5 made of a resist film 11 with a desired pattern is formed to a thickness of, for example, about 1.5 μm by a method known per se.
Figure 3D).

次に、超伝導体層4に対し、マスク層5をマスクとした
、CF+ガスまたはCBI’F+ガスを用いた反応性ス
パッタエツチング処理を施し、超伝導体層4から、マス
ク層5のパターンに応じたパターンを有する第1の超伝
導体電極6を形成する(第3図E)。この場合、ALま
たはC「でなる金属層3に対して−b、CF+ ガスま
たはCB「F+ガスを用いた反応性スパッタTッチング
処即が施され、その金属層3から、マスク層5のパター
ンに応じたパターンを有づる第1の超伝導体電極6下に
お【ノる金属層7が形成された。
Next, the superconductor layer 4 is subjected to a reactive sputter etching process using CF+ gas or CBIF'F+ gas using the mask layer 5 as a mask, so that the pattern of the mask layer 5 is formed from the superconductor layer 4. A first superconductor electrode 6 having a corresponding pattern is formed (FIG. 3E). In this case, the metal layer 3 made of AL or C is subjected to a reactive sputter T-etching process using -b, CF+ gas or CB+ gas, and from the metal layer 3, the pattern of the mask layer 5 is applied. A metal layer 7 was formed under the first superconductor electrode 6 having a pattern corresponding to the above.

しかしながら、反応性スパッタ1ツヂング処理にCF、
ガスを用いるとき、そのCF、ガスの圧力を5〜101
)aとし、また、反応性スパッタJiッチング処理にC
B rF r ガスを用いるとさ、そ1f力を2〜14
))aとりることによ・)で、第1の超伝導体N極6が
、その表面と、絶縁膜1の表面との間に、第1の超伝導
体電極6の厚さと金属層の厚さとの和に略々等しい値の
段差しか有していないものとして形成された。
However, CF,
When using gas, the CF and gas pressure should be set at 5 to 101
)a, and C for reactive sputter Ji etching treatment.
When using B rF r gas, the 1f force is 2 to 14
)) By taking a), the first superconductor N pole 6 is connected between its surface and the surface of the insulating film 1 with the thickness of the first superconductor electrode 6 and the metal layer. It was formed so as to have only a step approximately equal to the sum of the thickness.

次に、基板2上の第1の超伝導体電極6の形成され−C
いない領域に、シリコン酸化物でなる絶縁層8を、第1
の超伝導体層1へ6を側面から即めるように、且つ表面
が第1の超伝導体電極6の表面と略々同じ畠さ、または
第1の超伝導体電極6の表面よりも僅かにIい高さにな
るように、蒸着によって、形成りる(第3図F)。
Next, the first superconductor electrode 6 on the substrate 2 is formed -C
A first insulating layer 8 made of silicon oxide is applied to the area where the silicon oxide is not present.
6 to the superconductor layer 1 from the side, and the surface is approximately the same thickness as the surface of the first superconductor electrode 6, or is larger than the surface of the first superconductor electrode 6. It is formed by vapor deposition so that it has a slightly higher height (FIG. 3F).

この場合、マスク層5上にす、絶縁h′り8ど同じシリ
コン酸化物でなる絶縁層9が形成される。
In this case, an insulating layer 9 made of the same silicon oxide as the insulating layer 8 is formed on the mask layer 5.

次に、マスク層5を溶去し、これに伴い絶縁層9を除去
する(第3図G)。この場合、絶縁膜8の表面が僅かに
エツチングされ、よって絶縁膜8が、その表面を第1の
超伝導体1iII!の表面と略々同じ^さとし、従って
、第1の超伝導体電極6の表面と絶縁膜8の表面どの間
に、実質的に段差を有しないものとして形成された。
Next, the mask layer 5 is dissolved away, and the insulating layer 9 is removed accordingly (FIG. 3G). In this case, the surface of the insulating film 8 is slightly etched, so that the insulating film 8 covers its surface with the first superconductor 1iII! Therefore, the surface of the first superconductor electrode 6 and the surface of the insulating film 8 were formed so as to have substantially no step.

次に、第1の超伝導体層411(6とシリコン酸化物で
なる絶縁膜8上に、それらを通じて連続し−C延長しC
いるAiまたはCrでなる金属層10を、例えばそれ自
体は公知の蒸着法によって、例えば40〜150への厚
さに形成ケる(第3図]」)。
Next, a first superconductor layer 411 (6) and an insulating film 8 made of silicon oxide are coated with -C extending through them.
A metal layer 10 of Al or Cr is formed, for example by means of vapor deposition methods known per se, to a thickness of, for example, 40 to 150 mm (FIG. 3).

次に、ALまたはOrでなる金属層10に対する、例え
ばプラズマ酸化処理でなる酸化処理によって、金属層1
0から、それが酸化されてなるAt)、M化物(AjL
+ 0+ )またはCr酸化物(Cr r O+ )F
なる1−ンネルバリアF111を形成リ−る(第3図1
)。
Next, the metal layer 10 made of AL or Or is subjected to oxidation treatment, for example, plasma oxidation treatment.
0, it is oxidized to form At), M compound (AjL
+ 0+ ) or Cr oxide (Cr r O+ )F
A 1-channel barrier F111 is formed (Fig. 3, 1).
).

次にAL酸化物まIcはCr酸化物でなるトンネルバリ
ア層11上に、]〕bまたはpl)−III−Δu 、
pb−3iなどの1)11合金もしくはNbでなる超伝
導体層12を、それ自体は公知の例えば蒸着法によって
、例えば4000への厚さに形成する(第3図J)。
Next, the AL oxide or Ic is placed on the tunnel barrier layer 11 made of Cr oxide, ]]b or pl)-III-Δu,
A superconductor layer 12 consisting of a 1)11 alloy such as pb-3i or Nb is formed to a thickness of, for example, 4000 nm by a method known per se, for example by vapor deposition (FIG. 3J).

次に、超伝導体層12十に、超伝導体層12及び1−ン
ネルバリア層11を介しく第1の超伝導体電極6に対抗
している所要のパターンを右する例えばフ4トレジスト
ぐなるマスク層133を、ぞれ自体は公知の方法によっ
て形成りる(第3図K)。
Next, a desired pattern is formed on the superconductor layer 120, for example, using a foot resist, which faces the first superconductor electrode 6 through the superconductor layer 12 and the channel barrier layer 11. A mask layer 133 is formed by a method known per se (FIG. 3K).

次に、超伝導体F1412に対し、マスクFl1M’+
3をマスクとし1:CCF + ガスまたはCI3 r
F 1.jJスを用いた反応性スパッター[ツチング処
理を施し、超伝導体層12から、マスク層13のパター
ンに応じたパターンを右りる1〕1)または]月)合金
もしくはNbでなる第2の超伝導体電極14を形成りる
(第3図L)9.この場合、AfLn々化物またはC1
・酸化物r:なるトンネルバリア層11にλ・1し【も
、C1:1ガスまたはCl5rl”+ガスを用いた反応
性AL20.が施されるが、反応性スバツタエツヂング
処理に用いるC F +ガスまlこはC[3r r+ガ
スのLL力を、例えば1〜1opa程度の低い値にJる
ことによって、1〜ンネルバリア層11が実質的にエラ
1ングされず、従って、第2の超伝導体電極14が、そ
の表面と、トンネルバリア層11の表面との間に、第2
の超伝導体層1f!14の厚さと略々等しい値の段差し
か有しないものとして形成された。
Next, for superconductor F1412, mask Fl1M'+
3 as a mask and 1: CCF + gas or CI3 r
F1. Reactive sputtering using a sputtering process to form a pattern corresponding to the pattern of the mask layer 13 from the superconductor layer 12 (1) or]) A second sputter made of alloy or Nb. 9. Form superconductor electrode 14 (Fig. 3L). In this case, AfL nitrate or C1
・Oxide r: The tunnel barrier layer 11 made of λ・1 [is subjected to reactive AL20. using C1:1 gas or Cl5rl''+ gas, but the C used for reactive sputter etching treatment is By reducing the LL force of the F+ gas to a low value of, for example, 1 to 1 opa, the barrier layer 11 is not substantially eroded, and therefore the second A second superconductor electrode 14 is provided between the surface of the superconductor electrode 14 and the surface of the tunnel barrier layer 11.
Superconductor layer 1f! It was formed to have only a step having a value approximately equal to the thickness of No. 14.

次に、トンネルバリア層11上の第2の超伝導体電極1
4が形成されていない領域に、シリコン酸化物でなる絶
縁層15を、第2の超伝導体層41i 1 /lを側面
から埋めるように、且つ表面が第2の超伝導体電極14
の表面と銘々同じ高さになるように、蒸着によって形成
する(第3図M)。この場合、マスク層13上にも、絶
縁膜15と同じシリコン酸化物でなる絶縁膜I Ciが
形成される。
Next, the second superconductor electrode 1 on the tunnel barrier layer 11
4 is not formed, an insulating layer 15 made of silicon oxide is placed so as to fill the second superconductor layer 41i 1 /l from the side, and the surface is covered with the second superconductor electrode 14.
(Fig. 3M). In this case, an insulating film I Ci made of the same silicon oxide as the insulating film 15 is also formed on the mask layer 13 .

次に、マスク層13を溶去し、これに伴ない、マスク層
13上の絶縁膜16を除去する(第3図N)。
Next, the mask layer 13 is dissolved away, and the insulating film 16 on the mask layer 13 is removed accordingly (FIG. 3N).

以上のようにしく、本発明にょる1−ンネル型ジョはフ
ソン素子(第3図N)を製造する。
As described above, a 1-channel type Fson element (N in FIG. 3) according to the present invention is manufactured.

実771例2 第4図は、本発明による1−ンネル型ジ三]I?フソン
素fの製法の第2の実施例を示し、次に述べる順次の■
稈をとって、木ざt明によるトンネル型ジョセノソン素
Tが製造される。
Actual 771 Example 2 FIG. A second example of the method for producing Fuson element f is shown, and the following steps are carried out in the following steps.
The culm is removed and tunnel-type Josenoson material T is produced by Kizat Akira.

すなわら、第3図を伴4cm)′C述べた本発明にJ、
るトンネル型ジョセフソン素子の製法の第1の実施例の
場合と同様に、シリ」ン酸化物(’ 1.Cる基板本体
2a十に、Nbでなる接地用超伝導1ホ層2 bが形成
され、その接地用超伝導体層21)−[に、シリコン酸
化物でなる絶縁膜1が形成されている構成を右ブる基板
2を予め用薫り−る(第4図A)。
In other words, the present invention described in Figure 3 is 4cm)'C.
As in the case of the first embodiment of the method for manufacturing a tunnel-type Josephson device, a grounding superconducting layer 2b made of Nb is formed on a silicon oxide (1.C) substrate body 2a. A substrate 2 having a structure on which an insulating film 1 made of silicon oxide is formed is prepared in advance (FIG. 4A).

次に、本発明による]・ンネル型ジョレノソン素i−の
¥J法の第1の実施例の場合と同様に、基板2土、りな
られ、シリコン酸化物でなる絶縁R’A 11に、ΔL
またはCrでなる金属層3を形成り゛る(第4図B)。
Next, as in the case of the first embodiment of the \J method of the tunnel-type Jorenoson element i- according to the present invention, the substrate 2 is curved, and the insulation R'A 11 made of silicon oxide is
Alternatively, a metal layer 3 made of Cr is formed (FIG. 4B).

次に、ΔLまたはCrでなる金入・4層3に対する、例
えばプラズマ酸化処理による酸化処理によって、金属層
3から、それが酸化されてなるAl11m化物(Ant
 O+ )またはcr酸化物(Cr )O+ )でなる
金属酸化物層17を形成りる(第4図C)。
Next, by oxidizing the metal layer 3 made of ΔL or Cr, for example, by plasma oxidation treatment, the metal layer 3 is oxidized to form an Al11m compound (Ant).
A metal oxide layer 17 made of O+ ) or cr oxide (CrO+) is formed (FIG. 4C).

次に、金属酸化物層17上に、第3図で上述した本発明
によるトンネル型ジョセノソン素fの製法の第1の実施
例においで、ΔLまたはCr′cなる金属層3上に、N
bでなる超伝導体層4を形成する(第3図C)と同様に
、Nbで4する超伏S体層4を形成し、以下、第1の実
施例にお1ノる第3図D−Nで上述したと同様の工程を
とる。
Next, on the metal oxide layer 17, N
In the same way as forming the superconductor layer 4 made of Nb (FIG. 3C), a super decomposed S body layer 4 made of Nb is formed. The same steps as those described above for DN are taken.

以上のようにして、本発明による1−ンネル型ジョセフ
ソン素子を製造づる。
In the manner described above, a one-channel type Josephson device according to the present invention is manufactured.

なお、上述においては、本発明によるトンネル型ジョセ
フソン素子、及びその製法のそれぞれにつき、2つの実
施例を示したに留まり、例えぽ本発明によるトンネル型
ジ三IL7ノソンゐ了の製法の第2の実施例において、
ぞの第1の川伝i9イホ電41 GをC1:、ガスまた
は(’; l−31’ F r ガスを用いlこ反応性
スパッタエツチング処理によっC形成りる[稈C1Δf
LM化物またはG r 1ift化物でなる金属酸化物
層に刻して、本発明によるトンネル型ジョセフソン素子
の製法の第゛1の実施例の場合におりるAiまたはCr
でなる金属層7に対応りるΔL酸化物またはOr酸化物
でなる金属酸化物層が形成されるような工ツJ−ングが
、CF + ガスよIこはC13rF+ ガスを用いた
反応性スパッタ1ツヂング処理によってなされないよう
にし、よって、ΔL酸化物またはCr/lfi化物でな
る3属酸化物層が、基板2のシリコ1ン酸化物でなる絶
縁l!a 1上に、第1の超伝導体電極6十以外にも延
長している(14成の1−ンネル尋v1ジ・jレフソン
素子を製造りるようにりることもでさ、その他、本発明
のt11神をl1t2りることなしに、種々の変型、変
更を<CL冑るC−あろう。
In addition, in the above description, only two embodiments have been shown for each of the tunnel type Josephson element and its manufacturing method according to the present invention. In the example of
G is formed by reactive sputter etching treatment using C1:, gas or (';l-31' F r gas [culm C1Δf
In the case of the first embodiment of the method for manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the present invention, Al or Cr is etched into a metal oxide layer consisting of a LM compound or a Gr 1ift compound.
A process in which a metal oxide layer made of ΔL oxide or Or oxide corresponding to the metal layer 7 made of 1. Therefore, the group 3 oxide layer of ΔL oxide or Cr/lfi oxide is removed from the insulating layer of silicon 1 oxide of the substrate 2. A1, it extends beyond the first superconductor electrode 60 (it is also possible to manufacture a 14-layer di-J Refson element, etc.). Various modifications and changes may be made without departing from the essence of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図△及びBは、従来のトンネル型ジョセフソン素子
の製法、及び本発明によるトンネル型ジ、(レフソン素
子の製法の説明に供する、CF4ガスを用いた反応性ス
パッタエツチング処理によって、シリコン酸化物でなる
絶縁膜、Nbでなる超伝導体層、Aiでなる金属層、C
rでなる金属層、AfL酸化物でなる金属酸化物層、C
rFiQ化物でなる金属酸化物層、及びpbまたはl〕
b −1n−△u 、pb−BiなどのPb合金Cなる
超伝導体層がエツチングされるC F tガスのIJ力
(Pa)に対づる速度(へ/分)の関係を示1図である
。 第2図A及びBは、本発明によるトンネル型ジョレフソ
ン素子の製法の説明に供するCBr「二1ガスを用いた
反応↑([スパッター[ツLング処理によって、シリコ
ン酸化物でなる絶縁If!、)、Nbでなる超伝導体層
、△Lでなる金属層、Orでなる金属層、ALB化物で
なる金属酸化物層、CrM化物でなる金属酸化物層、及
びpbまlcはPb −In −Au 、Pb−3iな
どのE)b合金でなる超伝導体層エツチングがされるC
 r tカスの圧力(Pa )に対り−る速1α(へ/
分)の関係を承り図である。 第3図は、本発明によるトンネルW1ジョレフンン素子
の製法の第1の実施例を承り順次の1程にJハJる路線
的断面図である。 第4図は、本発明によるトンネル型ジ=+セノソン素子
の製法の第2の実/II!ilu+を示す順次の【程に
J5りる181J的断面図である。 1・・・・・・・・・・・・・・・シリコン酸化物ぐな
る絶縁膜 2・・・・・・・・・・・・・・・駄板2a・・・・・
・・・・・・・基板本体21+・・・・・・・・・・・
・N b ′c1.’=る超伝導体層3・・・・・・・
・・・・・・・・△Lまtこta c rでなる金属層 4・・・・・・・・・・・・・・・Nllで<2る超伝
導IA W#5・・・・・・・・・・・・・・・マスク
層6・・・・・・・・・・・・・・・Nbでなる第1の
川伝ン〃体電極 7・・・・・・・・・・・・・・・AiまたはCrでな
る金属層 ε3,9・・・・・・・・・シリコン酸化物でなる絶縁
膜 11・・・・・・・・・・・・・・・ALl化物または
Cr酸化物でなるトンネルバリア層 12・・・・・・・・・・・・・・・Pbまたは1〕b
合金b+、<はNbでなる超伝導体層 13・・・・・・・・・・・・マスク層出願人 日本電
信電話公社 第1図A 第1図B 第3図 第8図 第3図 第8図 第8図 第3図
Figure 1 △ and B show the conventional method for manufacturing a tunnel-type Josephson device, and the method for manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the present invention. Insulating film made of metal, superconductor layer made of Nb, metal layer made of Ai, C
a metal layer consisting of r, a metal oxide layer consisting of AfL oxide, C
metal oxide layer consisting of rFiQ oxide, and pb or l]
b -1n-△u , Figure 1 shows the relationship between the IJ force (Pa) and the speed (h/min) of C F t gas in which a superconductor layer made of Pb alloy C such as pb-Bi is etched. be. FIGS. 2A and 2B illustrate the method for manufacturing a tunnel-type Jollefson device according to the present invention. The reaction using CBr21 gas ([sputtering process] produces an insulation made of silicon oxide If!). ), a superconductor layer made of Nb, a metal layer made of ΔL, a metal layer made of Or, a metal oxide layer made of an ALB compound, a metal oxide layer made of a CrM compound, and pb-In- A superconductor layer made of an E)b alloy such as Au or Pb-3i is etched.
The speed 1α (to /
This is a diagram showing the relationship between FIG. 3 is a cross-sectional view of the first embodiment of the method for manufacturing a tunnel W1 element according to the present invention, taken sequentially from one step to the next. FIG. 4 shows the second embodiment of the method for manufacturing the tunnel type di=+senosone device according to the present invention/II! It is a 181J cross-sectional view showing ilu+. 1・・・・・・・・・・・・・・・Silicon oxide insulating film 2・・・・・・・・・・・・Damage plate 2a
・・・・・・Board body 21+・・・・・・・・・・・・
・N b ′c1. ' = superconductor layer 3...
・・・・・・・・・Metal layer 4 consisting of △L and cr...Superconducting IA W#5 with Nll <2...・・・・・・・・・Mask layer 6・・・・・・・・・・・・First electrode made of Nb 7・・・・・・・・・...Metal layer ε3,9 made of Ai or Cr...Insulating film 11 made of silicon oxide... Tunnel barrier layer 12 made of AL1 oxide or Cr oxide...Pb or 1]b
Superconductor layer 13 made of alloy b+, < is Nb...Mask layer Applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation Figure 1A Figure 1B Figure 3Figure 8Figure 3 Figure 8 Figure 8 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、表面にシリコン酸化物Cなる絶縁膜を形成している
基板上に、Ai、Cr 、15JIIt化物またはOr
酸化物でなる金属または金属酸化物層を介して、所凹の
パターンを右づるN 11て゛なる第1の超伝導体電極
が形成され、上記第1の超伝導体電極上に、A、l酸化
物またはc+゛酸化物でなる1〜ンネルバリj7層を介
しく、I)bまlこはP b合金もしくはN bで4T
る第2の超伝導体電極が形成されCいることを特徴とづ
る(−ンネル型ジョセフソン素子2、表面にシリコン酸
化物eなる絶縁Vを形成しくいる基板上に、AL、Cr
、AM酸化物またはOr酸化物でなる第1の金属または
金属酸化物層を形成りる工程と、 」−記第1の金属または金属酸化物層上に、Nl)+”
なる第1の超伝導体層を形成する工程と、 上し1シ第′1の超伝導体層に対重るCFIガスまたは
C13rF+ ガスを用いた反応性スパッタコーツヂン
グ処理によって、上記第1の超伝導体層から、新製のパ
ターンを有づるNbでなる第1の超伝導体電極を形成す
る工程と、上記第1の超伝導体電極上に、AM酸化物ま
たはOr酸化物でなる1−ンネルバリア層を形成づる工
程と、 上記トンネルバリア層上に、それを介して上記第1の超
伝導体電極に対向しているpbまたはP11合金もしく
はNbでなる第2の超° 伝導体電極を形成する工程と
を含むことを特徴とづるトンネル型ジョはフソン素子。 3、表面にシリコン酸化物でなる第1の絶縁膜を形成し
ている基板上に、AL、Cr 、ALl酸化物IこはC
r1l化物でなる第1の金属または金属酸化物層を形成
Jる工程と、 上記第1の金属または金属酸化物層上に、Nl)でなる
第1の超伝導体層を形成する工程と、 上記第1の超伝導体層に対づるC1−4ガスまたはCB
rF+ ガスを用いた反応性、スパッタ上ツナング処理
によって、−り間第1の超伝導体層から、所要のパター
ンを有JるNbでなる第1の超伝導体層4〜を形成する
1−桿と、F閉基゛板上の上記第1の超伝導体電極の形
成されていない領域に、上記第゛1の超伝導体電極を側
面から埋めるように、シリコン酸化物′Cなる第2の絶
縁膜を形成する1桿と、ト間第1の超伝導体電極及び上
記第2の絶縁股上に、それらを通じて連続して延長して
いるAL酸化物またはCr1lQ化物でなる;−ンネル
バリア層を形成りる1稈と、 上記トンネルバリア層上に、1〕1)またはPb合金1
.+1.<はNbでなる第2の超伝導体層を形成づる1
程と、 土iS[!第2の超伝導体層に対りるCF、ガスまIこ
はcar F+ガスを用いた反応性スバ・フタ1ツヂン
グ処理によつ(、[間第2の超伝導体層から、上記トン
ネルバリア層を介して、上記第1の超伝導体電極に対向
している所要のパターンを右−りるpl+またはPb合
金もしくはNllでなる第2の超伝導体電極を形成づる
1稈どを含むことを特徴とづるトンネル型ジョレフソン
素子の製法。
[Claims] 1. Ai, Cr, 15JIIt compound or Or
A first superconductor electrode made of N11 is formed with a pattern of concave portions on the right through a metal made of oxide or a metal oxide layer, and on the first superconductor electrode, A, l Through layers 1 to 7 of oxide or c + oxide, I)b is made of Pb alloy or Nb.
A second superconductor electrode is formed on the substrate, on which an insulating layer of silicon oxide is formed on the surface.
, forming a first metal or metal oxide layer of AM oxide or Or oxide;
forming a first superconductor layer of Forming a first superconductor electrode made of Nb with a new pattern from the superconductor layer, and forming a first superconductor electrode made of AM oxide or Or oxide on the first superconductor electrode. - forming a tunnel barrier layer, and forming a second superconductor electrode made of PB or P11 alloy or Nb on the tunnel barrier layer and facing the first superconductor electrode via the tunnel barrier layer; The tunnel-type device is characterized by including a process of forming it. 3. On the substrate on which the first insulating film made of silicon oxide is formed, deposits of AL, Cr, ALl oxide I or C
a step of forming a first metal or metal oxide layer made of R1L oxide; a step of forming a first superconductor layer made of N1 on the first metal or metal oxide layer; C1-4 gas or CB for the first superconductor layer
A first superconductor layer 4 made of Nb having a desired pattern is formed from the first superconductor layer between the edges by a reactive sputtering process using rF+ gas. A second layer of silicon oxide 'C is applied to the area where the first superconductor electrode is not formed on the rod and the F closed substrate plate so as to fill the first superconductor electrode from the side. between the first superconductor electrode and the second insulating layer, consisting of an AL oxide or a Cr1lQ compound extending continuously through them; 1] 1) or a Pb alloy 1 on the tunnel barrier layer.
.. +1. < is 1 to form the second superconductor layer made of Nb.
Cheng and Sat iS [! CF to the second superconductor layer is removed from the second superconductor layer by a reactive bath/lid treatment using car F+ gas. A desired pattern facing the first superconductor electrode is formed through a barrier layer to form a second superconductor electrode made of PL+ or Pb alloy or Nll. This is a manufacturing method for tunnel-type Jollefson elements.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63205972A (en) * 1987-02-23 1988-08-25 Agency Of Ind Science & Technol Superconducting circuit device and its manufacture
US4791241A (en) * 1986-05-19 1988-12-13 Japan Atomic Energy Research Institute Stabilized superconducting wire

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US4791241A (en) * 1986-05-19 1988-12-13 Japan Atomic Energy Research Institute Stabilized superconducting wire
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