JPS60208872A - 超電導コンタクトの製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はジョセフソン集軸回路等の超伝導回路に用いら
れる。超伝導コンタクトの製造方法に関する。

（従来技術とその問題点） 一般に、ジ目セ７ソン集楯回路等の超伝導回路は、多層
の超伝導体層、絶縁体層、抵抗体層を積層した構造をも
ち、このうち超伝導体層は接地面配線、ジ璽セ７ソン接
合を構成する電極等に用いられる。このような構造にお
いては、接地面と電極の間、接地面と配線の間、各層の
配線の間で超伝導コンタクト（接合）をとる必要がある
・従来、二層の超伝導゛体層間の超伝導コンタクトをと
るためには、先に形成した第１の超伝導体層のコンタク
ト領域の表面を、例えばアルゴン（Ａｒ）のような不活
性ガスのイオンビームエツチング法、またはスパッタエ
ツチング法でエツチングすることによって表面汚染層や
自然酸化膜を除去して清浄な表面を出い続いて第２の超
伝導体層を形成する工程が用いられていた。例えは、１
９８３年発行の雑誌”Ｊｏｕｒｎａｌ　’ｏｆ　Ｖａｃ
ｃｕｍ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈ−ｎｏ１ｏ
ｇｙ’のＢｌ（１）第７７〜９０頁参照。

しかし・第１の超伝導体がＮｂあるいはＮｂ化合物であ
る場合、不活性ガスゆイオンビームエツチングやスパッ
タエツチングに対してエツチングレイトが低く、さらに
このエツチングレイトがノくツクグラウンド真空度によ
って変動するために、高い超伝導電流密度を有するコン
タク）ｋ得るには強いスパッタ条件でエツチングする必
要があった。このため第１の超伝導体のコンタクト領域
以外の部分に損傷を与えることになるＯ 例えば、第２の超伝導体を９７トオ７法によってパター
ニングする場合には、前述のクリーニング前の基板は第
２の超伝導体を電極や配線等として残したい領域を除い
てフォトレジスト等のステンシルマスクで覆われている
。このような基板を前述のようにクリーニングした場合
、レジストがイオンビームやプラズマにさらされてパタ
ーンが損傷をうけたシ、あるいはレジストが硬化してす
７トオフがやシにくくな）、その結果として上層の超伝
導体のパターンの品質が低下するという欠点がありた。

さらに、配線等形成のためにレジストで覆われていない
領域には、一般に層間絶縁のための一酸化シリコン（８
ｉＱ）のような絶縁体層等が露出しておシ、前述のクリ
ーニングによって損傷をうけることがおるという欠点が
あった。

また、このような欠点を避けるためにクリーニングの条
件を多くすると、所望の超伝導電流密度が得られず、大
電流を流せる超伝導コンタクトが必要なときはコンタク
トの面積を大きくすることになシ、超伝導回路の寸法が
大きくなり集積化のさまたげになるという欠点があった
Ｏ （発明の目的） 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去し、超電
導コンタクト部分を保護膜で覆っておくことによシ、そ
のコンタクト部を汚染をなくし、品質のよい超電導接続
を得られるようにした超伝導コンタクトの製造方法を提
供することにある。

（発明の構成） 本発明の超電導コンタクトの製造方法は、基板上に第１
のパターンをもった第１の超電導体層からなる第１の電
極を形成する第１の工程と、前記第１の電極を含む前記
基板上に絶縁体層を形成する第２の工程と、前記第１の
電極の超電導コンタクト領域以外を第１のレジストで覆
ってこの超電導コンタクト領域上の絶縁体層および前記
第１の電極の表面層を除去しこの超電導コンタクト領域
上に保護層を形成する第３の工程と、前記第１のレジス
トを除去し前記超電導コンタクト領域を含む第２のパタ
ー　ンを設けた絶縁体層上以外に第２のレジストを形成
する第４の工程と、前記保護層を除去し前記超電導コン
タクト領域を含む基板上に前記第２のパターンによる第
２の超電導体層を形成し前記第２のレジス）１除去する
第５の工程とを含み構成される。

（実施例） 以下本発明を図面によシ詳細に説明する。

第１図（ａｌ　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　ｌ　（ｄ）は
本発明の一実施例を工程順に示また断面図である。まず
、第１図（ａｌに示すように、絶縁体基板あるいは表面
に絶縁体層を有する基板ｌｌ上に、蒸着法あるいはスパ
ッタ法によってＮｂ等の第１の超伝導体層１２ｔ−形成
し所望のパターンに加工する。次に、蒸着法、スノくツ
タ法、プラズマＣＶＤ等の方法によって８ｉ０゜Ｓ　ｊ
ｏ２等の絶縁体層１３ｔ”基板１１の全面に形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、所望の超伝導コンタ
クト形成領域の前記絶縁体層１３ｆ、通常の７オトレジ
ストエ程で形成した第１のレジス）１５をマスクにして
Ａｒイオンビームエツチング法またはＣＦ４等による反
応性スパッタエツチング法等で除去する。この工程にひ
き続いて超伝導デンタクト領域に外出した第１の超伝導
体層１２の表面の酸化膜および表面汚染層をＡｒイオン
ビームエツチング等で除去し、保護層１４を蒸着法、ス
パッタ法等で形成し、第１のレジス）１５を溶解するこ
とでリフトオフパターニングを行つ。この酸化膜および
表面汚染層除去の工程では、超伝導コンタクト領域以外
は第１のレジスト１５で覆われているため他の領域の表
面損傷はおきない。この保護層１４の材料としては、こ
れに続くフォトレジスト工程等に耐えて、第１の超伝導
体表面を酸化から保論でき、かつ不活性ガスイオンによ
るスパッタによってＮｂ酸化膜および汚染層よシ容易に
除去できる材料が必要である。このような材料としては
ＡＩ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂ合金等が用
いられる。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、第２の超伝導体層の
り７トオ７パターン用の第２のレジスト１６を形成する
。次に、第１図（ｄＪに示すように、コンタクト領域の
保護層１４をＡｒイオンビームエツチングやＡｒスパッ
タエツチングで除去し、コンタクト領域の第１の超伝導
体層１２の表面を大気等の酸素ガスを含む雰囲気にさら
すことなく、ただちに第２の超伝導体Ｎ１７を形成しリ
フトオフパターニングすることで超伝導コンタクト１７
が形成される。

この工程で保護層１４を除去するときに、絶縁体層１３
および第２のレジスト１６もＡｒイオンビームあるいは
Ａｒプラズマにさらされるが、保護層１４の材料として
、前述のＡｙ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ。

Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｂ合金等を選ぶことによって、従来例の
ようにＮｂ酸化膜およびＮｂ汚染層を除去する場合より
弱くて済むため、損傷は大幅に改善される。しかも、前
述の材料のエツチングレイトは、絶縁体層１３として一
般に用いられるＳｉＯ，５ｉ０２よシも高いことと、保
護層１４の膜厚は約１０Ａ以下で十分なことから、絶縁
体層１３の膜厚の減少も問題にならない。

（具体例） 次に本実施例の具体例を説明する。

まず、表面に熱酸化ｓｔｏｗを有するシリコン基板ｌｌ
上に電子ビーム蒸着法で第１の超伝導体層１２としての
Ｎｂ膜２０００Ａを形成し、次に平行平板型のスパッタ
エツチング装置を用いてＮｂ膜をＣＦ、で所望のパター
ンにエツチング加工する。

このときのパターニングには通常の７オトレジストエ程
で形成したレジス）Ｉｌａｔ−用いる。次に、絶縁体ｆ
ｆ１ｌｉ１３としての５ｉ０２膜をスパッタ法によって
ａ　ｏ　ｏ　ｏＸの厚さに形成し、Ｎｂ膜１２と同様に
”所望のパターンにエツチングする。

次に、超伝導コンタクト形成領域に対応した開口部をも
つレジスト膜１５を形成し、前記５ｉ０２膜工ツナング
条件でコンタクト領域Ｓｉ０ｇ膜１３をエツチングして
除去する。ひき続いてコンタクト領域に露出したＮｂ膜
表面の自然酸化膜ｆＡｒイオンビームエツチングで除去
し、大気のような酸素を含む雰囲気にさらさずに保護膜
１４となるＡｕ３０〜５０Ａ　を電子ビーム蒸着法で形
成し、レジスト膜１５を溶解してリフトオフパターニン
グする。

次に、第２の超伝導層１７のリフトオフのためのパター
ンを有するレジスト膜１６ｔ−通常の７オトレジストエ
程で形成した後、スパッタクリーニング機構を有する蒸
着装置を用いて、Ａｒスパッタクリーニングで超伝導コ
ンタクト領域のＡｕ膜を除去し、同一真空室内で第２の
超伝導体１６であるＰ　ｂ　−Ｉ　ｎ　−Ａ　ｕ合金膜
６０００Ａを電子ビーム蒸着法で蒸着する。次にアセト
ン中でＰｂ−Ｉｎ−Ａｕ膜をり７トオフパターニングし
て超伝導コンタクトを得る。

この具体例で保護膜として用いたＡｕは、絶縁体層とし
て用いたＳｉＯに軟ぺて約３倍、フォトレジストとして
通常用いられるＡＺ−１３５０Ｊフオトレジスト（商品
名・シブレイ社製）に較べて約５倍のＡｒスパッタに対
するエツチングレイ）ｔもっているので３０〜５０Ａの
Ａｕｋエツチングする間にＡＺ−１３５０ＪやＳｉＯ膜
が受ける影響紘はとんど無視できるものである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、第１の超伝導
体層上の絶縁体層に設けられた超伝導コンタクト用の開
口部からこの部分の第１の超伝導体層をクリーニングし
た後、この上に酸化防止用の保護層を形成し、第１の超
伝導体に対して超伝導コンタクトとなる第２の超伝導体
を形成する直前に保護層を除去することによシ、表面を
大気などの酸素ガスを含む雰囲気にさらさずに第２の超
伝導体を形成することができる。この保護層の材料とし
てＡｒスパッタエツチングに対するエツチングレイトの
高いものに選ぶことによシ、保護層除去の際の損傷を防
いでいる。

本発明の製造方法を適用することによシ、高電流密度の
超伝導コンタクトラ容易に歩留シよく得られるようにな
るので、超伝導回路の微細化、高集積化にも大きな効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　、　（ｄｌは
本発明の一実施例を工程順に説明するための断面図であ
る。図において１１・・・・基板、１２・・・・・・第
１の超伝導体層、１３・・・・・・絶縁体層、１４・・
・・・・保護層、１５．１６・・・・・・レジスト、１
７・・・・・・第２の超伝導体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基板上に第１のパターンをもった第１の超電導体層
   からなる第１の電極を形成する第１の工程と、前記第１
   の電極を含む前記基板上に絶縁体層を形成する第２の工
   程と、前記第１の電極の超電導コンタクト領域以外を第
   １のレジストで覆ってこの超電導コンタクト領域上の絶
   縁体層および前記第１の電極の表面層を除去しこの超電
   導コンタクト領域上に保ＷｋＮを形成する第３の工程と
   、前記第１のレジストを除去し前記超電導コンタクト領
   域を含む第２のパターンを設けた絶縁体層上以外に第２
   のレジストを形成する第４の工程と、前記保護層を除去
   し前記超電導コンタクト領域を含む基板上に前記第２の
   パターンによる第２の超電導体層を形成し前記第２のレ
   ジストを除去する第５の工程とを含む超電導コンタクト
   の製造方法。 ２）保護層が、Ａｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔあ
   るいはＰｂ合金からなる特許請求の範囲第１項記載の超
   電導コンタクトの製造方法。