JPS6147680A - ジヨセフソン接合素子の作製方法 - 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作製方法に関し、特に
１μｍ前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〕

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／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１１ＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ
　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ”の第２４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Ｕ上に、鉛−インジウムー金（Ｐｂ−Ｉｎ−
Ａｕ）を蒸着し、第１の超伝導体電極ルを形成する。次
に１．第２図（ｂ）に示すように、第１の超伝導体電極
し上のトンネル接合部となる箇所にアンダーカット形状
のレジストマスク１３を形成し、第２図（ｅ）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、引き続きリフトオンすると第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）　Ｋ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、エツチング除
去 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　Ｐｂ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ”の第４１巻　第１１号　１
０９７−１０９９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ダ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取除き、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Ｋ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の超伝導体電極を第１の絶縁体層と補助層か
らなる２層膜で被覆する工程と、この２層膜上のトンネ
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２層膜をイオンエツチングし、引
き続きレジストマスクおよび補助層を除去する工程と、
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図と同一構成部分には同一番号
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
導体材料臣を形成する０次に、第１図（ｂ）に示すよう
に、第１の超伝導体電極１２をＳｉＯやＳｉｎ、等から
なる絶縁体層１４で被覆し、引き続き第１図（Ｃ）に示
すように、有機膜や金楓膜からなる補助層２１を被着す
る。次に、第１図（ｄ）に示すように補助層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、補助層２１と絶縁体層１４をエツチングして、
第１図（６）に示すような再付着層２２をもつトンネル
接合部を形成する。その後、エツチング等によりレジス
トマスク１３と補助層２１を除去すると第１図（ｆ）の
ような構造が得られる。次Ｋ、第１図（ｇ）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（ｈ）に示すように第１の超伝導体電極化と同様
な方法で第２の超伝導体電極１６を形成する。

第１図（、）の工程において、絶縁体層１４と補助層２
１との膜厚をそれぞれｊＩ　＋　ｊＳとし、レジストｆ
ｆ７゜り１３の窓りの幅を鼓とすれば、トンネル障壁層
となるべき箇所の幅ｄＢは、 ｄＢ＝ｄＭ−２η（ｔ　１　＋　ｔ　ｓ）　　−−・＝
　（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程度の値である。（１）式から明らかなように、レジ
ストマスク１３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、しかも補助層２
１の膜厚ｔｓ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、絶縁
体層１４と補助層２１と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。

〔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、１μ
ｍ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、１１は基板、１２は第１の超伝導体電極、
１３はレジストマスク、１４は絶縁体層、１５はトンネ
ル障壁層、１６は第２の超伝導体電極、２１は補助層、
２２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の超伝導体電極を絶縁体層と補助層とからなる
   ２層膜で被覆する工程と、この２層膜上のトンネル接合
   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２層膜をイオンエッチングし、引き続き
   レジストマスクおよび補助層を除去する工程と、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。