JPS61140185A - ジヨセフソン集積回路の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン集積回路の製造方法Info
- Publication number
- JPS61140185A JPS61140185A JP59262091A JP26209184A JPS61140185A JP S61140185 A JPS61140185 A JP S61140185A JP 59262091 A JP59262091 A JP 59262091A JP 26209184 A JP26209184 A JP 26209184A JP S61140185 A JPS61140185 A JP S61140185A
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- JP
- Japan
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- film
- stress
- sputtering
- pressure
- tensile stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
Landscapes
- 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。
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素子を含む集積回路の製造法に関
わり、特に、超伝導薄膜であるＮｂ膜の形成法に関わる
ものである。
わり、特に、超伝導薄膜であるＮｂ膜の形成法に関わる
ものである。
ジョセフソン素子を用いた論理回路は、動作が高速で消
費電力が極めて少ないことから、超大型コンビエータ用
の超高密集積回路を実現する可能性が大であるとして〈
研究開発が進められている。
費電力が極めて少ないことから、超大型コンビエータ用
の超高密集積回路を実現する可能性が大であるとして〈
研究開発が進められている。
ジョセフソン集積回路は、表面にバッファ層であるＳ
ｉ Ｏを膜を被着したシリコン基板の上に形成されるが
、ジョセフソン素子或いはそれを含む回路を形成するた
めに、Ｎｂのような超伝導体の皮膜を形成する工程が不
可欠である。
ｉ Ｏを膜を被着したシリコン基板の上に形成されるが
、ジョセフソン素子或いはそれを含む回路を形成するた
めに、Ｎｂのような超伝導体の皮膜を形成する工程が不
可欠である。
Ｎｂ膜膜は通常、Ａｒ雰囲気のスパッタリングによって
形成されるが、得られたＮｂ膜は引張応力或いは圧縮応
力を持つことが多く、圧縮応力を持つ皮膜では−ｒｉｎ
ｋｌｉｎｇ （Ｌ／わ）が、引張応力を持つ皮膜ではｐ
ｅｅｌｉｎｇ （捲れ）やｃｒａｚｉｎｇ （ひび割れ
）が発生して集積回路の形成が不可能になることが起こ
っている。
形成されるが、得られたＮｂ膜は引張応力或いは圧縮応
力を持つことが多く、圧縮応力を持つ皮膜では−ｒｉｎ
ｋｌｉｎｇ （Ｌ／わ）が、引張応力を持つ皮膜ではｐ
ｅｅｌｉｎｇ （捲れ）やｃｒａｚｉｎｇ （ひび割れ
）が発生して集積回路の形成が不可能になることが起こ
っている。
更に、このような顕在的な損壊に至らぬ場合でも、ジョ
セフソン素子の接合部を作成する時に薄い接合膜上に応
力の大きいＮｂ膜を被着すると、接合膜が影響を受けて
素子の特性が劣化するほか、導体層間の絶縁膜（例えば
ＳｉＯ膜）にクランクを発生させる等の障害が発生し、
製造歩留まりを低下させることになる。
セフソン素子の接合部を作成する時に薄い接合膜上に応
力の大きいＮｂ膜を被着すると、接合膜が影響を受けて
素子の特性が劣化するほか、導体層間の絶縁膜（例えば
ＳｉＯ膜）にクランクを発生させる等の障害が発生し、
製造歩留まりを低下させることになる。
Ｎｂのスパッタリングに於けるＡｒの圧力と発生する応
力との関係は、例えばＣ，Ｔ、 Ｗ ｕ 、 Ｔｈ１ｎ
Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ、６４，１０３（１９７９）の
論文に報告されているように、比較的高い圧力の下では
引張応力が、比較的低い圧力の下では圧縮応力が発生す
ることが知られている。第２図はこの関係を模式的に示
すものである。
力との関係は、例えばＣ，Ｔ、 Ｗ ｕ 、 Ｔｈ１ｎ
Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ、６４，１０３（１９７９）の
論文に報告されているように、比較的高い圧力の下では
引張応力が、比較的低い圧力の下では圧縮応力が発生す
ることが知られている。第２図はこの関係を模式的に示
すものである。
一方、スパッタリング時のＡｒ圧はＮｂ超伝導線のｖ−
ｒ特性にも影響を及ぼす、Ｎｂ超伝導線は第３図（ａ）
に示すようなＶ−＋特性を持ち、自身の伝導によって超
伝導状態から抵抗伝導状態に遷移する時の電流値１ｃは
、第３図（ｂ）に示すようにスパッタリング時のＡｒ圧
力が低いほど大となる。Ｉｃ値は、集積回路を形成する
場合、大きいことが望ましいので、この観点からは可能
な限り低圧力でスパッタリングを行うのが良いことにな
る。
ｒ特性にも影響を及ぼす、Ｎｂ超伝導線は第３図（ａ）
に示すようなＶ−＋特性を持ち、自身の伝導によって超
伝導状態から抵抗伝導状態に遷移する時の電流値１ｃは
、第３図（ｂ）に示すようにスパッタリング時のＡｒ圧
力が低いほど大となる。Ｉｃ値は、集積回路を形成する
場合、大きいことが望ましいので、この観点からは可能
な限り低圧力でスパッタリングを行うのが良いことにな
る。
従って、単に無応力のスパッタリング膜を形成するだけ
であれば、境界の圧力Ｐｃ（第２図）でスパッタリング
を行えば良いことになるが、それではＩｃ値を大きくす
ることは出来ないという問題が残る。
であれば、境界の圧力Ｐｃ（第２図）でスパッタリング
を行えば良いことになるが、それではＩｃ値を大きくす
ることは出来ないという問題が残る。
従来技術では、許容限度内の圧縮応力の発生は已むを得
ないものとして、その範囲内でスパッタリング時のＡｒ
圧力を低くすることが行われている。
ないものとして、その範囲内でスパッタリング時のＡｒ
圧力を低くすることが行われている。
これでは、実現し得るＰｃ値に限界があるので集積回路
の設計上大きな制約を受けることになる。
の設計上大きな制約を受けることになる。
また、超伝導皮膜の損壊が生じ易く製造歩留まりも低い
ものになる。
ものになる。
この問題は特許請求の範囲の項に記された本発明の方法
によって解決されるものであるが、該方法の要点は引張
応力を生ずる圧力と圧縮応力を生ずる圧力の両方の条件
でＮｂのスパッタリングを行い、形成された積層膜の引
張応力と圧縮応力とを相殺するところにある。
によって解決されるものであるが、該方法の要点は引張
応力を生ずる圧力と圧縮応力を生ずる圧力の両方の条件
でＮｂのスパッタリングを行い、形成された積層膜の引
張応力と圧縮応力とを相殺するところにある。
Ｎｂスパッタリング膜の応力が転換するＡｒ圧力（第２
図のＰｃ）は、本発明者の知見によれば、１５ミリＴｏ
ｒｒである。従って、１５ミリＴｏｒｒ以上のＡｒ圧力
でスパッタリングしたＮｂ膜と、該皮膜の引張応力とお
なし大きさの圧縮応力を持つように、１５ミリＴｏｒｒ
以下のＡｒ圧力でスパッタリングしたＮｂ膜とを積層す
れば、応力は相殺されて上記のような不都合は発生しな
い。
図のＰｃ）は、本発明者の知見によれば、１５ミリＴｏ
ｒｒである。従って、１５ミリＴｏｒｒ以上のＡｒ圧力
でスパッタリングしたＮｂ膜と、該皮膜の引張応力とお
なし大きさの圧縮応力を持つように、１５ミリＴｏｒｒ
以下のＡｒ圧力でスパッタリングしたＮｂ膜とを積層す
れば、応力は相殺されて上記のような不都合は発生しな
い。
更に、このようなＮｂ膜によって超伝導線を形成した場
合、そのＶ−［特性は、低い方のＡｒ圧力でスパッタリ
ングしたＮｂ膜を使用した素子と同じＩｃ値を示す。
合、そのＶ−［特性は、低い方のＡｒ圧力でスパッタリ
ングしたＮｂ膜を使用した素子と同じＩｃ値を示す。
第１図は本発明の実施例の工程を模式的に示す断面図で
ある。
ある。
まず、Ｎｂ膜を被着すべき基板を真空槽内に設置して真
空排気を行う、この基板は本実施例では第１図（ａ）に
示す如＜ｓ１５板１上にＮｂグラウンドプレーン２を形
成し、その上をＳ４０層３で被覆したものである。この
上にジョセフソン素子のベース電極となるＮｂ膜が形成
される。
空排気を行う、この基板は本実施例では第１図（ａ）に
示す如＜ｓ１５板１上にＮｂグラウンドプレーン２を形
成し、その上をＳ４０層３で被覆したものである。この
上にジョセフソン素子のベース電極となるＮｂ膜が形成
される。
真空度がＩ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ以下に達したらＡｒ
ガスを４人してガス圧を２０ミリＴｏｒｒに調整し、高
周波出力ＩＫＷでＮｂのスパッタリングを行って、第１
図（ｂ）の如＜ 、２０００人のＮｂ皮膜を形成する。
ガスを４人してガス圧を２０ミリＴｏｒｒに調整し、高
周波出力ＩＫＷでＮｂのスパッタリングを行って、第１
図（ｂ）の如＜ 、２０００人のＮｂ皮膜を形成する。
このＮｂ膜は引張応力を持つ。
次いで、Ａｒガス圧を８ミリＴｏｒｒに調整し、２００
０人のＮｂ膜をスパッタリングする。この条件で形成さ
れたＮｂ膜は、先に形成されたＮｂ膜の引張応力を丁度
打ち消すだけの圧縮応力を持っており、全体として４０
００人の無応力Ｎｂ膜が形成される（第１図（ｃ））。
０人のＮｂ膜をスパッタリングする。この条件で形成さ
れたＮｂ膜は、先に形成されたＮｂ膜の引張応力を丁度
打ち消すだけの圧縮応力を持っており、全体として４０
００人の無応力Ｎｂ膜が形成される（第１図（ｃ））。
このＮｂ膜をパターニングしてベース電極を形成しく第
１図（ｄ））、接合膜を被着した上に、再度上記の工程
よってＮｂ膜を被着し、カウンタ電極を作成する。
１図（ｄ））、接合膜を被着した上に、再度上記の工程
よってＮｂ膜を被着し、カウンタ電極を作成する。
このようにして形成されたジョセフソン素子は、Ａｒガ
ス圧８ミリＴｏｒｒ、のスパッタリング皮膜を使用した
素子と同じ特性を持つことになり、しがもＮｂ膜の内部
応力に起因する損壊を生ずることが無く、集積回路製造
における歩留まりが向上する。
ス圧８ミリＴｏｒｒ、のスパッタリング皮膜を使用した
素子と同じ特性を持つことになり、しがもＮｂ膜の内部
応力に起因する損壊を生ずることが無く、集積回路製造
における歩留まりが向上する。
上記実施例では２種のＡｒ圧力下のスパンタリングを夫
々１回だけ行ったが、その一方或いは両方を複数回に分
割して実施しても良い０本発明の構成要件となるスパッ
タリング工程は、従来技術の工程に比べるとスパッタリ
ングの回数が増えているが、これは連続して行われるも
のであり、その間の作業はＡｒ圧力の再調整だけなので
、工数を大幅に増加させるものにはなっていない。
々１回だけ行ったが、その一方或いは両方を複数回に分
割して実施しても良い０本発明の構成要件となるスパッ
タリング工程は、従来技術の工程に比べるとスパッタリ
ングの回数が増えているが、これは連続して行われるも
のであり、その間の作業はＡｒ圧力の再調整だけなので
、工数を大幅に増加させるものにはなっていない。
以上述べたように、本発明の方法によって無応力のＮｂ
膜を形成することが出来るので集積回路の製造歩留まり
が向上し、しかもＩｃ値の大きい超伝導配線を形成する
ことが可能である。
膜を形成することが出来るので集積回路の製造歩留まり
が向上し、しかもＩｃ値の大きい超伝導配線を形成する
ことが可能である。
第１図は本発明の実施例の工程を示す断面図、第２図は
Ａｒ圧力とＮｂスパッタリング膜の応力との関係を示す
図、 第３図はＡｒ圧力と超伝導配線の特性との関係を示す図
であって、 図において、 ｌはＳｉ基板 １′はＳｉｎ、膜 ２はＮｂグラウンドプレーン ３は３４０層 ４は引張応力を持つＮｂ膜 ５は圧縮応力を持つＮｂ膜である。 寥 １ 図［ 享３閾
Ａｒ圧力とＮｂスパッタリング膜の応力との関係を示す
図、 第３図はＡｒ圧力と超伝導配線の特性との関係を示す図
であって、 図において、 ｌはＳｉ基板 １′はＳｉｎ、膜 ２はＮｂグラウンドプレーン ３は３４０層 ４は引張応力を持つＮｂ膜 ５は圧縮応力を持つＮｂ膜である。 寥 １ 図［ 享３閾
Claims (1)
- １５ミリＴｏｒｒ以上のＡｒガス雰囲気でＮｂのスパ
ッタリングを行う工程と、１５ミリＴｏｒｒ以下のＡｒ
ガス雰囲気でＮｂのスパッタリングを行う工程を連続し
て実施することを特徴とするジョセフソン集積回路の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59262091A JPS61140185A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59262091A JPS61140185A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61140185A true JPS61140185A (ja) | 1986-06-27 |
Family
ID=17370905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59262091A Pending JPS61140185A (ja) | 1984-12-12 | 1984-12-12 | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61140185A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246780A (ja) * | 1988-08-09 | 1990-02-16 | Agency Of Ind Science & Technol | ジョセフソン接合素子 |
| JPH04286112A (ja) * | 1991-03-15 | 1992-10-12 | Fujitsu Ltd | スパッタリングに関わる半導体装置の製造方法 |
| JPH07202278A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | 超伝導薄膜 |
| WO2018017372A1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Superconducting device with stress reducing dummy elements |
| CN109273585A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 薄膜沉积方法及约瑟夫森结制备方法 |
| CN114171670A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 约瑟夫森结、超导电路及其制备方法 |
-
1984
- 1984-12-12 JP JP59262091A patent/JPS61140185A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246780A (ja) * | 1988-08-09 | 1990-02-16 | Agency Of Ind Science & Technol | ジョセフソン接合素子 |
| JPH04286112A (ja) * | 1991-03-15 | 1992-10-12 | Fujitsu Ltd | スパッタリングに関わる半導体装置の製造方法 |
| JPH07202278A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | 超伝導薄膜 |
| WO2018017372A1 (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Superconducting device with stress reducing dummy elements |
| US10291231B2 (en) | 2016-07-20 | 2019-05-14 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Superconducting device with dummy elements |
| CN109273585A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 薄膜沉积方法及约瑟夫森结制备方法 |
| CN114171670A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-03-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 约瑟夫森结、超导电路及其制备方法 |
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