JPS61144084A - ジョセフソン接合素子の形成方法 - 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接合素子の形成方法に関し、さら
に詳しくは微細な接合の作製に適したジョセフソン接合
素子の形成方法に関するものであるつ （従来技術の問題点） 従来、ジョセフソン接合素子で構成される集積回路の製
造では、接合特性の制御に最も重要なトンネル障壁部を
規定する主な技術はす７トオフ法であった。この−例と
して、アール・エフ・ブルーＡ　（Ｒ，Ｆ、Ｂｒｏｏｍ
　）らＫよって１９８０年１０月に発表されたアイ・イ
ー・イー・イー・トランズアクションズ・オン・エレク
トロン・テハイシーズ（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｌ
ｏｎａ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　）
の＠ＥＤ−２７巻第１０号１９９８〜２００８頁の論文
がある。この方法を第２図（ａ）〜（ｃ）を用いて工程
順に説明する。第２図（ａ）に示すように、絶縁体基板
２１上に形成された第１の超伝導体電極２２上の′亡も
つトンネル障壁部が形成される。この方法は、１！、マ
スク寸法やマスク形状はレジストのプリベーク条件や有
機溶剤の液温、ディップ時間などの影響を受けやすい。

特に、トンネル障壁部の有効面積を規定するレジストマ
スク２３下部の寸法を精度よく得る仁とは非常に難しい
。また、トンネル障壁部がこの形成過程で直接大気にさ
らされたシ、レジスト処理を受けることによ）汚染され
るという問題もある。

一方、上記問題点を解決する方法として、エツチング法
でトンネル障壁部を規定する方法がある。

たとえば、東海林彰らによって発表されたアプライド・
フィツクス・シャープ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅ
ｔｔ、）第４１巻、　１９８２年、　１０９７〜１０９
９頁の論文がある。この方法の工程を第３図（ｓ＝）〜
（ｃ）に示す。第３図（ａ）のように、絶縁体基板３１
上にＭｌの超伝導体電極３２、トンネル障壁層３３、第
２の超伝導体電極３４の３層膜から成る接合構成層を形
成−−シ。

＋Ｉ常：のホトレジスト工程でレジストマスク３５を形
；１　−） ′°°゛成した後、第３図（ｅ）のように反応性スバッ
タエッ７、、チング法によシ第２の超伝導体電極３４の
レジスト処理：Ｉ シ：ｉ　）マスク以外の箇所を選択的にエツチング除去
し；（ °１ｊてトンネル障壁部を形成する。この方法では、す
（！ 一゛フトオフ法のようにレジストマスクをアンダーカッ
ト形状にする必要がないため、比較的精度の良いレジス
トマスクを用いることができ、トンネル障壁部の寸法精
度も向上する。しかしながら、上記レジストマスクでも
パターン寸法が１〜２μｍ程度まで微細化されると、レ
ジストマスクコ−ｆ一部の解像性、再現性の問題がクロ
ーズアップされる。特忙、ジミセフソン接合素子では、
トンネル障壁部の面積が接合特性に大きく影響するため
、これは重要な問題となる。

（発明の目的） 本発明は、とのような従来の欠点を取シ除いたジ１セフ
ノン接合素子の形成方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、基板上に第１の超伝導体電極の一表面
上のトンネル障壁層、およびこのトンネ障壁層、このト
ンネル障壁層上に第２の超伝導体電極を連続形成する工
程、前記第２の超伝導体電極上にストライプ状のエツチ
ングマスクを形成し、前記第２の超伝導体電極の前記エ
ツチングマスク以外の箇所を選択的にエツチングし、前
記エツチングマスクを剥離した後、前記第２の超伝導体
重　〜′極と交差するストライプ状のエツチングマスク
を形成し、前記第２の超伝導体電極の露出箇所を完全に
エツチングしてトンネル障壁部を規定する工程を含むこ
とを特徴とするジｌセフンン接合素子の形成方法が得ら
れる。

（構成の詳細な説明） 本発明では、互いに交差する複数のストライプ状のエツ
チングマスクによシトンネル障壁部を規定するため、シ
ャープなコーナ一部をもつ高精度のトンネル障壁部パー
ターンの形成が可能となる。

（実施例） 次に本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

第１図（ａｌに示すように、絶縁体基板ｌｌ上に第１の
超伝導体電極１２、トンネル障壁層１３、第、ミニラム
（ＡＩ）膜約２ＯＡを連続被着した後、Ａ１膜を熱酸化
して酸化膜を形成し、引き続きＮｂ膜２０００Ｘをスパ
ッタ蒸着する。この験上に、通常のホトレジスト工程で
レジストマスクを形成し、フロン１３（ＣＦ４）をエツ
チングガスとして用いた反応性スパッタエツチング法で
Ｎｂ／Ａｌ酸化物／′Ｎｂを完全にエツチングし、３層
膜からなる接合−成層を形成する。次に、第１図（ｂ）
　Ｋ示すように、３層股上に形成したストライプ状のレ
ジストマスク１５を通して、たとえばＣＦ４を用いた反
応性スパッタエツチング法で第２の超伝導体電極１４を
選択的にエツチングする。レジストマスク１５を剥離し
た後、第１図（ｃ）に示すように、第２の超伝導体電極
１４パターンと交差するようにストライプ状のレジスト
マスク１５′を形成し、第１図（ｂ）と同様な方法で第
２の超伝導体電極１４の露出部分を選択エツチングし、
第１図（ｄ）に示すようなトンネル障壁部を形成する。

ＡＩ−？Ａ１酸化物に対するＮｂのエツチング速度比と
して１００程度が得られるため、Ａ１／Ａｌ酸化物上の
Ｎｂの選択エツチングが可能である。本プロセスで形成
したトンネル障壁部の寸法精度は単一のレジストマスク
を用いた場合に比べ大幅に改善された。これは、主とし
て第２の超伝導体電極１４パターンのコーナ一部の解像
性が向上した仁とによる。また、ストライプ状のレジス
トマスクを用いることによル、現像時にレジストマスク
がよ多安定に保持された。

上記工程はトンネル障壁部を規定する工程であるが、ジ
ョセフソン接合素子を作製するためには１、さらに−例
として次に示すような上部電極配線を形成する工程が必
要である。レジストマスクを剥離した後、シラン（ｓｔ
ａ４）と亜酸化窒素（Ｎ１３）の混合ガスを用い九プラ
ズマＣＶＤ法でＳ　１０．膜３０００Ａを被着する。引
き続き有機物（ＡＺ１３５０Ｊ）８０００Ａをスピン塗
布し、窒素雰囲気中２００℃でベーク処理する。次に、
上記Ｓ１０．と有機物のエツチング速度が等しくなるよ
うにビーム入射角を設定したイオンミリング法によシ、
上層Ｎｂ表面まで有機物、Ｓ　ｔＯ，をエツチングする
。露出したＮｂ　表７ＩをＡｒでスパッタクリーニング
した後、Ｎｂ膜３０００＾をスパッタ蒸着し、下部電極
配線の形成と同様な方法で上部電極配線を形成する。

本実施例では、接合構成層としてＮｂ／Ａｌ酸化物／Ｎ
ｂを用いた場合について説明したが、第２の超伝導体電
極が第１の超伝導体電極あるいはトンネル障壁層に対し
て選択的にエツチングされるならば、任意の接合構成層
の組合せが適用できる。

超伝導体電極の加工法としては、反応性スパッタエツチ
ング法以外にも、接合構成層の組合せに応、してイオン
ミリング法などの他の方法も使用できる。また、エツチ
ングマスクには、有機レジスト、−機レジスト、さらに
はこれらのレジストの転写によシ形成した、よシエッチ
ング耐性のある金属マスクなども用いることができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、解像性や再現性の
良いパターン形成が可能なため、微細で寸法精度の優れ
たトンネル障壁部をもつジョセフノン接合素子を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（４）は本発明のジョセフソン接合素子
の形成方法を説明するための主要工程における素子の斜
視図、第２図（ａ）〜（ｃ）、第３図（ａ）〜（ｃｌは
従来のジ冒セ７ソン接合素子の形成方法を工程順に説明
するための断面図である。 図において、１１，２１．３１を基板、１２．２２゜３
２は第１の超伝導体電極、１３．３３はトンネル障壁層
、１４．３４は第２の超伝導体電極、１５゜１５’　、
２３．３５はレジストマスク、２４は絶縁体層である。 工業技術院長 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に第１の超伝導体電極とこの第１の超伝導体電極
   の一表面上のトンネル障壁層、およびこのトンネル障壁
   層を介して前記第１の超伝導体電極に対向する第２の超
   伝導体電極を有するジョセフソン接合素子の形成方法に
   おいて、基板上に第１の超伝導体電極、この第１の超伝
   導体電極上にトンネル障壁層、このトンネル障壁層上に
   第２の超伝導体電極を連続形成する工程、前記第２の超
   伝導体電極上にストライプ状のエッチングマスクを形成
   し、前記第２の超伝導体電極の前記エッチングマスク以
   外の箇所を選択的にエッチングし、前記エッチングマス
   クを剥離した後、前記第２の超伝導体電極と交差するス
   トライプ状のエッチングマスクを形成し、前記第２の超
   伝導体電極の露出箇所を完全にエッチングして、トンネ
   ル障壁部を規定する工程を含むことを特徴とするジョセ
   フソン接合素子の形成方法。