JPS61174781A - ジヨセフソン集積回路 - Google Patents

ジヨセフソン集積回路

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JPS61174781A
JPS61174781A JP60014427A JP1442785A JPS61174781A JP S61174781 A JPS61174781 A JP S61174781A JP 60014427 A JP60014427 A JP 60014427A JP 1442785 A JP1442785 A JP 1442785A JP S61174781 A JPS61174781 A JP S61174781A
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JP
Japan
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wiring
inductance
layer
insulating layer
base
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JP60014427A
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JPH0548635B2 (ja
Inventor
Shuichi Tawara
修一 田原
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N69/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one superconducting element covered by group H10N60/00
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices
    • H10N60/12Josephson-effect devices

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  • 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】 (産業上の利用分野) 本発明はジョセフソン集積回路の構造に関するものであ
る。ジョセフソン接合素子を利用したジョセフソン集積
回路はその高速性のため、超大型コンピュータの構成要
素として期待されている。
高速のジョセフソン集積回路を実現するためにはジョセ
フソン接合素子の高速性を生かしたデバイス設計を行う
必要がある。中でも超電導線路の持つインダクタンスは
高速化を妨げる大きな要因となっており、インダクタン
スを下げられるデバイス構造が望まれている。ジョセフ
ソン集積回路に用いられる超電導配線は、通常多層配線
される。
e配線のインダクタンスを下げるためにはできる(従来
技術とその問題点) 第4図は従来のジョセフソン集積回路を説明するための
図である。第4図(a)はジョセフソン集積回路の一例
を示す平面図で、(blは(a)のCC′部分の断面図
である。図1こ示されているように該回路はクランドプ
レーン47の上部に第1の絶縁層48を介して基部電極
40.対向電極41.トンネル障壁層42より形成され
るジョセフソン接合43と、該ジョセフソン接合間を分
離する役割をもつ絶縁層49をはさんで配置された基部
配線44と対向配線45とから構成される。該基部配線
44の一部は前記基部電極40と接続され該対向配線4
5の一部は前記対向電極41と接続される。該回路を実
現するプロセスは例えばアイ・イー・イー・イー・トラ
ンザクション・オン・マグネティクス(IEEE Tr
ansaction on Mag+tetics )
MAG19巻3号827〜831に詳しい。このプロセ
スはウェハー上にスパッタなどの手段で成膜し、ドライ
エツチング技術等を用いてパターニングする等の工程を
含む。
ターニングされる。また別々に成膜され、別々(こパタ
ーニングされる場合もある。絶縁層48.49にはSI
O膜などが用いられる。ジョセフソン集積回路において
は多層配線が用いられている。インダクタンスを下げる
という点から、各配線はできるだけグランドプレーンに
近い位置で配線される事がのぞましい。しかしながら対
向配線44はグランドプレーンからかなり高い所に位置
されるため、インダクタンスを下げる事がむづかしいっ
例えばグランドプレーン・基部配線間の絶縁層48の厚
さを2QOnm、ジョセフソン接合を分離する絶縁層4
9の厚さを5QQnm、また基部配線、対向配線の線巾
を3μmとした時、対向配線のインダクタンスは基部配
線の約2倍になる。これらの事から従来のジョセフソン
集積回路の構造ではおのずと高速化に限度があった。
(発明の目的) 本発明の目的は上記従来例の問題点を解決するためのジ
ョセフソン集積回路を提案する事にある。
(発明の構成) 本発明は、少なくとも、超電導層よりなるグランドプレ
ーンの上部に第1の絶縁層を介して、複数層の超電導配
線と、該超電導配線の各層を絶縁する配線絶縁層と、基
部電極、対向電極がトンネル障壁層を介して結合した構
造を有する複数のジョセフソン接合素子と、該ジョセフ
ソン接合素子間を分離する第2の絶縁層とが配置された
ジョセフソン集積回路において、前記ジョセフソン接合
の基部電極が、前記複数層の超電導配線の一部と接続さ
れ前記第2の絶縁層の下部に、前記複数層の超電導配線
が配置される事をvfgl、とするジョセフソン集積回
路である。
(発明の構成の詳細な説明) 超電導配線の自己インダクタンスは単位電流を流した時
に蓄えられる磁気的エネルギーで決まる。
今、配線とグランドプレーン間の絶縁膜の厚さをto、
配線の巾をWとすると、自己インダクタンスしは、超電
導体中λLまで磁界が侵入している事を考慮して、L−
μ(to+21L)/Wで近似できる。
(ただし、μは透磁率、配線の厚さtsは1s))λL
μする− )つキリーrm間の餉掛隠偽3 [c’ f
rスふインダクタンスは大きくなる。特に微細化が進み
、Wが小さくなるとさらにインダクタンスは増し、高速
化の妨げになる。インダクタンスを下げるために配線層
をできるだけグランドプレーンに近い位置に配置する必
要がある。
本発明はジョセフソン接合を分離する絶縁層の下部に多
層配線を形成し、ジョセフソン集積回路における配線の
インダクタンスを下げ、高速化を可能としたジョセフソ
ン集積回路である。
以下、図面を用いて本発明を説明する。
(実施例1) 第1図は本発明の第1の実施例を説明するための図であ
る。第1図(a)は、第1の実施例の平面図を示したも
ので、第1図(blは第1図(a)のAA’における断
面図である。本回路はグランドプレーン17の上部に第
1の絶縁層19を介して下部配線14゜基部配線15と
基部電極10.対向電極11.トンネル障壁層12から
成るジョセフソン接合13と、その一部を対向電極と接
続する対向配線16と、該ジョセフソン接合を分離する
第2の絶縁層21と、下部配線14と基部配線15とを
絶縁する配線絶縁層20とから構成される4、上記基部
配線14の一部と基部電極は接続されている。またコン
タクト部18において対向配線16は下部配線14と接
続される。下部配線14は、ジョセフソン接合13の部
分に段差を与えない目的で、第2の絶縁層21の下部に
、ジョセフソン接合13の直下を避けて配置されている
。各絶縁層19,20,21、はSIO膜またはシリカ
フィルム膜または金属酸化! 膜等から構成される。それぞれの厚さは例えば絶縁層1
9,20.21に対して、それぞれ200nm。
200nm、500nm等である。本回路を実現するプ
ロセスには従来例で述べた如くのプロセスを用いる事が
できる。各配線、コンタクトホールのパターニングには
ドライエツチング技術を用いる。また基部配線15と基
部電極10とは連続的に成膜し、別々にパターニングす
る事も別々に成膜、パターニングする事も可能である。
本回路においては下部配線14と、基部配線15で、回
路の配線を実現することが可能であり、対向配線16を
できるだけ短くする事が可能である。
第2図は、配線自己インダクタンスの、クランドブレー
ンとの絶縁膜の厚さ依存性の計算結果示したもので、線
巾がパラメータである。
第2図に示される如く、配線のインダクタンスはクラン
ドブレーンとの間に介在する絶縁膜の厚さにほぼ比例し
て増加する。また微細化が進み配線が細くなるに従い、
インダクタンスは増加する。
今、配線の巾を3μm、各絶縁層の厚さを前述の如く仮
定すると下部配線、基部配線、対向配線はそ配線14で
構成する事により配線のインダクタンスを大幅に下げる
事が可能であり、回路の高速化が図られる。また配線の
微細化が進むにつれ、下部配線層で配線する事によるイ
ンダクタンス低下の効果が著しく大きくなる。
(実施例2) 第3図は本発明の第2の実施例を説明するための図であ
る。第3図(alは、第2の実施例の平面図を示したも
ので、第3図(blは第3図(a)のBB’における断
面図である。本回路はクランドブレーン37の上部に第
1の絶縁層39を介して下部配線34゜基部配線35と
、基部電極30.対向電極31.トンネル障壁層32か
ら成るジョセフソン接合33とその一部を対向電極と接
続する対向配線36と制御線53と、該ジョセフソン接
合を分離する第2の絶縁層51と、下部配線34と基部
配線35とを絶縁する配線絶縁層50と、対向配線36
と制御線53とを、絶縁する絶縁層52とから構成され
る。上記基部配線の一部と基部電極は接続されている。
またコンタクト部38において対向配線の直下には存在
しない。各絶縁層39,50,51.52はS10膜ま
たはシリカフィルム膜または金属酸化膜等から構成され
る。それぞれの厚さは例えば絶縁層39,50,51.
52に対して、それぞれ200nm200nm、500
nm、400nm等である。
本回路を実、現するプロセスには、従来例で述べた如く
のプロセスを用いる事ができる。各配線、コンタクトホ
ールのパターニングにはドライエツチング技術を用いる
。また基部配線35と基部電極30とは同時に成膜し、
態別にパターニングする事も別々に成膜、パターニング
する事も可能である。本回路においては下部配線34と
、基部配線35で、回路の配線を実現することが可能で
あり、対向配線36及び制御線による配線を必要最小限
にする事が可能である。
今、配線の巾を3μm、各絶縁層の厚さを前述の如く仮
定すると下部配線、基部配線、対向配線制御線は、それ
ぞれ第2図に示す点121J22,123゜124の自
己インダクタンスを持つ。対向配線の自己インダクタン
スは下部配線の自己インタクタンンタクタンスを大幅に
下げる事が可能であり、回゛賂の高速化が図られる。ま
た配線の微細化が進むにつれ、下部配線層で配線する事
が重要になる。
以上、第1.第2の実施例においては、複数層の超電導
配線として、下部配線と基部配線から成る2層の配線例
を示したが、3層以上に拡張した他の実施例も本発明に
含まれ、本発明の効果が得られる。
(発明の効果) 本発明によれば、下部配線と基部配線等のジョセフソン
接合を分離する絶縁層の下部にある複数層配線により、
クランドブレーンに近い位置で配線を構成する事が可能
であり、配線のインダクタンスの低下がはかられる。こ
のためジョセフソン接合の高速性を充分生かした、ジョ
セフソン集積回路を実現できる効果が得られる。特にキ
ャッシュメモリの高速化に対する効果が著しい。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図は各々本発明をこよる第1、第
2の実施例を説明するための図で、第1図(a)(b)
は各々第1の実施例の平面図と断面図、第2図は自己イ
ンダクタンスの絶縁膜の厚さ依存性、第3図fa)fb
)の各々は第2の実施例の平面図と断面図である。第4
図は本発明の詳細な説明するための図で(a)は平面図
で(b)は断面図である。 それぞれの図において10,30.40・・・基部電極
11.31.41・・・対向電極、12,32.42・
・・トンネル障壁層、13,33.43・・ジョセフソ
ン接合、14゜34・−下部配線、15,35.44・
・基部配線、16゜36.45・・・対向配線、17,
37.47・・・グランドプレーン、18,38.46
・・・コンタクト部、19.39゜48−・・第1の絶
縁層、20.50・・・配線絶縁層、21゜51・・第
2の絶縁層、49.52・・・絶縁層、121,122
゜123.124・・線巾3μmの時の下部配線、基部
配線対向配線、制伽線の自己インダクタンスを示す点を
示す。 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  少なくとも、超電導層よりなるグランドプレーンの上
    部に第1の絶縁層を介して、複数層の超電導配線と、該
    超電導配線の各層間を絶縁する配線絶縁層と、基部電極
    、対向電極がトンネル障壁層を介して結合した構造を有
    する複数のジョセフソン接合素子と、該ジョセフソン接
    合素子間を分離する第2の絶縁層とが配置されたジョセ
    フソン集積回路において、前記ジョセフソン接合の基部
    電極が、前記複数層の超電導配線のいずれかの一部と接
    続され、前記第2の絶縁層の下部に、前記複数層の超電
    導配線が配置される事を特徴とするジョセフソン集積回
    路。
JP60014427A 1985-01-30 1985-01-30 ジヨセフソン集積回路 Granted JPS61174781A (ja)

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JPH0548635B2 JPH0548635B2 (ja) 1993-07-22

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8962996B2 (en) 2011-12-27 2015-02-24 Denso Corporation Electronic key for vehicle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5873172A (ja) * 1981-10-27 1983-05-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 超伝導集積回路装置
JPS59138390A (ja) * 1983-01-28 1984-08-08 Hitachi Ltd 超電導スイツチング装置
JPS59172281A (ja) * 1983-03-18 1984-09-28 Agency Of Ind Science & Technol ジヨセフソンlsi

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8962996B2 (en) 2011-12-27 2015-02-24 Denso Corporation Electronic key for vehicle

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