JPS6147679A - ジヨセフソン接合素子の作製方法 - Google Patents

ジヨセフソン接合素子の作製方法

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JPS6147679A
JPS6147679A JP59170221A JP17022184A JPS6147679A JP S6147679 A JPS6147679 A JP S6147679A JP 59170221 A JP59170221 A JP 59170221A JP 17022184 A JP17022184 A JP 17022184A JP S6147679 A JPS6147679 A JP S6147679A
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JP
Japan
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layer
resist mask
superconductor electrode
tunnel junction
tunnel
Prior art date
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Pending
Application number
JP59170221A
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English (en)
Inventor
Hisanao Tsuge
久尚 柘植
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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

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。

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作製方法に関し、特に
1μm#後のトンネル接合部を有するジョセフソン接合
素子の作製方法に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
ジョセフソン集積回路の高密度化、高速化に伴ない微細
パターン形成技術が非常に重要となってきた。特に、ジ
ョセフソン接合素子ではトンネル接合部の寸法値および
寸法精度が素子特性に大きく影響する。
従来、ジョセフソン接合素子の微細加工法としてはリフ
トオフ法が一般的であった。このリフトオフ法を用いた
素子作製プロセスについては、J。
H,Greiner等によって1980年3月に米国雑
誌ゝIBM Journal of Re5ereh 
and Development ’の第ス巻 第2号
 195〜205頁に発表された論文などがある。この
プロセスの概略を第2図(a)〜(f)の断面図を用い
て工程順に説明する。
まず、第2図(a)に示すように、表面に絶縁体層を有
する基板11上に、鉛−インジウムー金(Pb−In−
Au)を蒸着して第1の超伝導体電極上を形成する。次
に、第2図(b)に示すように、第1の超伝導体電極1
2上のトンネル接合部となる箇所にアンターカット形状
のレジストマスク13を形成し、第2図(c)に示すよ
うに基板表面に一酸化ケイ素SiOからなる絶縁体層1
4を蒸着し、引き続きリフトオフすると第2図(d)に
示すような開口部りをもつトンネル接合部が形成される
。アンダーカット形状のレジストマスク13は通常のホ
トレジスト工程に加え、露光前にクロロベンゼンなどの
有機溶剤に浸すことによって得られる。次に第2図(e
)に示すようにプラズマ酸化法でトンネル接合部に数1
0人の酸化膜からなるトンネル障壁層15を形成する。
この後、第2図(f)に示すように蒸着法およびリフト
オフ法で鉛−ビスマス(Pb−Bi)からなる第2の超
伝導体電極16を形成する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このプロセスで用いられたリフトオフ法では、アンダー
カット形状のレジストマスク13が使われるが、このマ
スク13の寸法や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レジスト処理条件の
影響を受は易い、特に、トンネル接合部の有効面積を規
定するレジストマスク13の下部寸法を精度よく得るこ
とは非常に難しい・ また、一方では上記問題の解決策として、エツチング法
によってトンネル接合部を形成する方法が提案されてい
る。−例として、A、5hoji等によって1982年
2月に米国雑誌’Applied PhysicsLe
tters ’の第41巻 第11号 1097〜10
99頁に発表された論文がある。この論文による方法は
、表面に絶縁体層をもつ基板上に被着された第1の超伝
導体電極、トンネル障壁層、第2の超伝導体電極の3層
膜上のトンネル接合部となる箇所にレジストマスクを形
成し、反応性エツチング法を用いて第2の超伝導体電極
、トンネル障壁層をエツチング除去して、トンネル接合
部を形成する方法である。この方法では、リフトオフ法
で用いられるアンターカット形状のレジストマスクが不
必要なため、レジストマスクの形状に起因する問題点は
除かれる。しかしながら、トンネル接合部の寸法精度は
レジストマスクの精度に依存するため、エツチング耐性
のあるレジストマスクを用いて1μm前後の高精度なト
ンネル接合部を形成することは難しい。
本発明の目的は、このような従来の欠点を埠除き、寸法
精度よくトンネル接合部を形成できるジョセフソン接合
素子の作製方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は基板上に第1の超伝導体電極を形成する工程と
、この第1の超伝導体電極上のトンネル接合部となる箇
所を含む領域がその他の領域と比べ厚くなるように少な
くとも1層からなる絶縁体層を形成する工程と、この絶
縁体層上のトンネル接合部となる箇所にレジストマスク
の窓を形成した後、この窓を通して前記絶縁体層をイオ
ンエツチングし、引き続きレジストマスクを剥離する工
程と、前記第1の超伝導体電極の露出部にトンネル障壁
層を形成する工程と、このトンネル障壁層と接触する箇
所を含むように第2の超伝導体電極を形成する工程とを
行うことを特徴とするジョセフソン接合素子の作製方法
である。
以下、本発明を図面により詳細に説明する。第1図(a
)〜(h)は本発明の実施例を工程順に説明する断面図
である。第2図と同一構成部分は同一番号を付して説明
する。
まず、第1図(a)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、超伝導体材料を
被着、パターニングして第1の超伝導体電極りを形成す
る。次に、第1図(b)に示すように第1の超伝導体材
料校をSiOやSiO□等からなる第1の絶縁体層14
で被覆し、第1図(C)に示すように第1の超伝導体電
極り上のトンネル接合部となる箇所を含む領域に第1の
絶縁層14と同様な材料からなる第2の絶縁体層21を
形成する。ここで、第1の絶縁体層14の膜厚は超伝導
体電極間の電気的導通を防ぎ、所望のインダクタンスが
得られるように選び、第2の絶縁体層21の膜厚は後述
するように所望のトンネル接合層寸法が得られるように
選ぶ。第2の絶縁体層21のバターニングにはりフトオ
フ法やエツチング法などを適用することができる。その
後、第1図(d)に示すように第2の絶縁体層21上の
トンネル接合部となる箇所に通常のレジスト工程でレジ
ストマスク13の窓りを形成する。
その上からアルゴン(Ar )等の不活性イオンビーム
を全面にシャワー状に照射し、第2の絶縁体層21と第
1の絶縁体層14をエツチングして、第1図(e)に示
すような再付着層nをもつトンネル接合部を形成する。
その後、酸素プラズマ灰化法やアセトン洗浄などの方法
によシレジストマスク13を剥離すると第1図(f)の
ような構造が得られる。次に、第11付)に示すように
第1の超伝導体電極12の露出部に熱酸化法やプラズマ
酸化法によりトンネル障壁層15を形成し、引き続き第
1図(目に示すように第1の超伝導体電極校と同様な方
法で第2の超伝導体電極16を形成する。
第1図(e)の工程において、゛第1の絶縁体層14と
第2の絶縁体層21との膜厚をそれぞれ1..1.とし
、レジストマスク13の窓りの幅を匂とすれば、トンネ
ル障壁層となるべき箇所の幅dBは、dB=dM−2η
(tx”tx)  ・・・・・・・・・(1)で与えら
れる。ここで、ηはイオンエツチング条件およびエツチ
ング材料に依存してη−0,3〜0.5程度の値をもつ
。(1)式から明らかなように、レジストマスクBの窓
の幅dMを減少させてトンネル障壁層となるべき箇所の
幅dBに転写でき、しかも第2の絶縁体層21の膜厚t
、を選択することによりdBを微細に制御することがで
きる。レジストマスク13の寸法精度、第1の絶縁体層
14と第2の絶縁体層21の実用的な膜厚を考慮すれば
、本発明は1μm前後のトンネル接合部を有する素子に
特に有効である。
〔実施例〕
次に本発明の詳細な説明する。
表面が熱酸化Sin、で被覆されたシリコン(St)基
板11上に、高周波マグネトロンスパッタ法によ・シニ
オプ(Nb )膜を厚さ2000人被着し、この油膜を
通常のホトレジスト工程とCF4をエツチングガスとす
る反応性エツチング法でパターニングして第1の超伝導
体電極認を形成した。次に、基板全面にSiOからなる
第1の絶縁体層14を3000人蒸着し、引き続きリフ
トオフ法を用いて膜厚7000人のSiOからなる第2
の絶縁体層21を形成した。この第2の絶縁体層21上
のトンネル接合部となる箇所にポジ型ホトレジスト(シ
ラプレー社H1300−31)を用いた通常のホトレジ
スト工程で膜厚1μm、窓の直径2μmのレジストマス
ク13を形成した後、kガスを用いたイオンエツチング
法で第1.第2の絶縁体層14 、21を加工し、トン
ネル接合部を形成した・このエツチング条件はに圧力2
XlO″″’Torr 。
加速電圧soo v 、電流密度0.9mA/ cry
!である。トンネル障壁層となるべき箇所の直径dB=
1.1μmであった。この値は、(1)式にSiOのη
の値約0.4を用いて得られるdB=1.2μmとよい
一致が認められた。レジストマスク13を剥離した後、
第2の超伝導体電極16のリフトオフ用レジストマスク
を形成した・その後第1の超伝導体電極12の露出部を
2チの酸素(0りを含むAr−02混合ガスを用いて、
全圧力I X10− ”Torr sカソード電圧−1
70Vで10分間プラズマ酸化し、酸化膜からなるトン
ネル障壁層15を形成し、次に、鉛(Pb )膜を厚さ
6000人蒸着し、リフトオフして第2の超伝導体電極
16を形成した。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、イオンエツチング
法により生じる再付着層を利用してレジストマスク幅を
減少させてトンネル障壁層幅に転写できるため、1μm
前後で寸法精度の良いトンネル接合部を有するジョセフ
ソン接合素子を作製することができる効果を有するもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(h)は本発明のジョセフソン接合素子
の作製方法を説明するための主要工程における素子の断
面図、第2図(a)〜(f)は従来のジョセフソン接合
素子の作製方向を工程順に説明する断面図である。 図において、Uは基板、臣は第1の超伝導体電極、比は
レジストマスク、14は絶縁体層または第1の絶縁体層
、15はトンネル障壁層、16は第2の超伝導体電極、
21は第2の絶縁体層、nは再付着層である。 特許出願人  日本電気株式会社 第1図 第1図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に第1の超伝導体電極を形成する工程と、
    この第1の超伝導体電極上のトンネル接合部となる箇所
    を含む領域がその他の領域と比べ厚くなるように少なく
    とも1層からなる絶縁体層を形成する工程と、この絶縁
    体層上のトンネル接合部となる箇所にレジストマスクの
    窓を形成した後、この窓を通して前記絶縁体層をイオン
    エッチングし、引き続きレジストマスクを剥離する工程
    と、前記第1の超伝導体電極の露出部にトンネル障壁層
    を形成する工程と、このトンネル障壁層と接触する箇所
    を含むように第2の超伝導体電極を形成する工程とを行
    うことを特徴とするジョセフソン接合素子の作製方法。
JP59170221A 1984-08-15 1984-08-15 ジヨセフソン接合素子の作製方法 Pending JPS6147679A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS643475U (ja) * 1987-06-26 1989-01-10

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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