JPS62183576A - ジヨセフソン素子の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン素子の製造方法Info
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- JPS62183576A JPS62183576A JP61024965A JP2496586A JPS62183576A JP S62183576 A JPS62183576 A JP S62183576A JP 61024965 A JP61024965 A JP 61024965A JP 2496586 A JP2496586 A JP 2496586A JP S62183576 A JPS62183576 A JP S62183576A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は極低温において動作する、超電導材料を用いて
構成されるジョセフソ接合素子の製造方法に係り、特に
計算機回路において高速のスイッチング動作を可能なら
しめる微細なジョセフン素子の製造方法に関する。
構成されるジョセフソ接合素子の製造方法に係り、特に
計算機回路において高速のスイッチング動作を可能なら
しめる微細なジョセフン素子の製造方法に関する。
従来のＮｂ系ジョセフン接合素子の製造方法に関して、
たとえば下部電極および上部電極をＮｂとするジョセフ
ソン接合においては、下部電極、トンネル障壁層および
上部電極を連続的にエツチングし、接合以外の部分を絶
縁物で埋戻す方法が用いられて来た（エム・ガービッチ （Ｍ 、 Ｇ ｕｒｖｉｔｃｈ ）他、アイ・イー・イ
ー・イー・トランザクションズ・オン・マグネティクス
（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ、ＭＡＧ、）ＭＡＧ−１９巻。
たとえば下部電極および上部電極をＮｂとするジョセフ
ソン接合においては、下部電極、トンネル障壁層および
上部電極を連続的にエツチングし、接合以外の部分を絶
縁物で埋戻す方法が用いられて来た（エム・ガービッチ （Ｍ 、 Ｇ ｕｒｖｉｔｃｈ ）他、アイ・イー・イ
ー・イー・トランザクションズ・オン・マグネティクス
（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ、ＭＡＧ、）ＭＡＧ−１９巻。
７９１頁、１９８３年による）。この方法によれば、パ
ターン形成工程が途中に介在することなく接合を形成で
きるので、高品質の、すなわちり一り電流の少ないジョ
セフソン接合を得られるという特徴があった。しかしな
がら、この素子製造方法においては、接合寸法および寸
法の再現性に限界があった。
ターン形成工程が途中に介在することなく接合を形成で
きるので、高品質の、すなわちり一り電流の少ないジョ
セフソン接合を得られるという特徴があった。しかしな
がら、この素子製造方法においては、接合寸法および寸
法の再現性に限界があった。
本発明の目的は、ＮｂあるいはＮｂを構成元素として含
む超電導材料を用いたジョセフソ接合装置において、接
合寸法の微小化および接合寸法の再現性をはかり得る製
造方法を提供することにある。
む超電導材料を用いたジョセフソ接合装置において、接
合寸法の微小化および接合寸法の再現性をはかり得る製
造方法を提供することにある。
本発明においては上記目的を達成するために、下部電極
、トンネル障壁層および上部電極を連続的に形成したあ
とのパターン形成工程において以下の方法を用いること
により、接合寸法の微細化をはかった。すなおち、所望
の接合部分を含んだ細長い矩形状のレジストパターンを
形成し、エツチング法により、レジストパターン以外の
部分における少なくとも上部電極膜を完全に除去する。
、トンネル障壁層および上部電極を連続的に形成したあ
とのパターン形成工程において以下の方法を用いること
により、接合寸法の微細化をはかった。すなおち、所望
の接合部分を含んだ細長い矩形状のレジストパターンを
形成し、エツチング法により、レジストパターン以外の
部分における少なくとも上部電極膜を完全に除去する。
つぎにエツチングされた部分に対し陽極酸化等の方法に
より絶縁層を形成する。つぎに最初の矩形状パターンと
交差する位置に再び所望の接合部分を含んだ細長い矩形
状のレジストパターンを形成する。レジストで覆われな
い部分のエツチングを行う。エツチング工程後、レジス
トパターン以外の部分をＳｉｏなどの絶縁物によって埋
戻す。接合につながる配線膜を形成すればジョセフソ接
合素子が完成する。
より絶縁層を形成する。つぎに最初の矩形状パターンと
交差する位置に再び所望の接合部分を含んだ細長い矩形
状のレジストパターンを形成する。レジストで覆われな
い部分のエツチングを行う。エツチング工程後、レジス
トパターン以外の部分をＳｉｏなどの絶縁物によって埋
戻す。接合につながる配線膜を形成すればジョセフソ接
合素子が完成する。
以下１本発明の一つの実施例を図面にもとづいて説明す
る。第１図において、Ｓｉウェハ１の基板上に、下部電
極となる膜厚２００ｎｍのＮｂ膜２をマグネトロンスパ
ッタ法によって形成した。
る。第１図において、Ｓｉウェハ１の基板上に、下部電
極となる膜厚２００ｎｍのＮｂ膜２をマグネトロンスパ
ッタ法によって形成した。
形成時の条件は、Ａｒ圧力１．３Ｐａで堆積速度３ ｎ
ｍ ／ ｓとした。つぎに同一真空装置中でウェハを
ＡＱターゲットの真下に移動して、ＡＱを４ｎｍ形成し
た。このときの、ＡＱの堆積速度は０ 、３ ｎ ｍ
／ ｓとした。Ａｆｌ膜形成後、真空装置中に酸素ガス
を４０Ｐａ導入し、室温中で数分間放置することにより
、トンネル障壁層となるＡｆｌの表面酸化膜層３を形成
した。再び真空排気後、ウェハをＮｂターゲットの真下
に移動し、マグネトロンスパッタ法により、上部電極と
なるＮｂ膜４を１１００ｎの厚さに形成した。
ｍ ／ ｓとした。つぎに同一真空装置中でウェハを
ＡＱターゲットの真下に移動して、ＡＱを４ｎｍ形成し
た。このときの、ＡＱの堆積速度は０ 、３ ｎ ｍ
／ ｓとした。Ａｆｌ膜形成後、真空装置中に酸素ガス
を４０Ｐａ導入し、室温中で数分間放置することにより
、トンネル障壁層となるＡｆｌの表面酸化膜層３を形成
した。再び真空排気後、ウェハをＮｂターゲットの真下
に移動し、マグネトロンスパッタ法により、上部電極と
なるＮｂ膜４を１１００ｎの厚さに形成した。
三層膜形成後、ウェハを真空装置より取出し、接合部分
を含み、矩形状のレジストパターンを形成した（第２図
）。ＣＦ４を用い反応性イオンエツチングにより、レジ
ストパターン部以外の上部電極Ｎｂ膜４を除去した。さ
らに５００ｅＶのＡｒビームによりトンネル障壁層とな
るＡＱ酸化物およびＡ１１層３のエツチングを行った。
を含み、矩形状のレジストパターンを形成した（第２図
）。ＣＦ４を用い反応性イオンエツチングにより、レジ
ストパターン部以外の上部電極Ｎｂ膜４を除去した。さ
らに５００ｅＶのＡｒビームによりトンネル障壁層とな
るＡＱ酸化物およびＡ１１層３のエツチングを行った。
下部電極Ｎｂ膜を露出した状態で陽極酸化を行い、厚さ
４０〜５０ｎｍのＮｂ酸化物層５を形成した。
４０〜５０ｎｍのＮｂ酸化物層５を形成した。
つぎに接合部分、および下部電極による配線部分を含む
レジストパターンを形成した（第３図）。
レジストパターンを形成した（第３図）。
ＣＦ４を用いた反応性イオンエツチングにより上部電極
Ｎｂ膜４を、Ａｒビームによるイオンエツチングにより
ＡΩおよびＡＱ酸化物層３を、ＣＦ４を用いた反応性イ
オンエツチングにより下部電極Ｎｂ膜２のエツチングを
それぞれ行った。
Ｎｂ膜４を、Ａｒビームによるイオンエツチングにより
ＡΩおよびＡＱ酸化物層３を、ＣＦ４を用いた反応性イ
オンエツチングにより下部電極Ｎｂ膜２のエツチングを
それぞれ行った。
ＡＱおよびＡＱ酸化物層３をＡｒビームによってエツチ
ングを行ったのは、これらのＡＱ層がＣＦ４ガスによる
反応性イオンエツチングによってエツチングが進行しな
いからである。これはＡ １． Ｆ ３の沸点が１０４
０℃と高く、ＣＦ４ガスによってＡＡ反応物が形成され
ても膜表面に残ることによる。
ングを行ったのは、これらのＡＱ層がＣＦ４ガスによる
反応性イオンエツチングによってエツチングが進行しな
いからである。これはＡ １． Ｆ ３の沸点が１０４
０℃と高く、ＣＦ４ガスによってＡＡ反応物が形成され
ても膜表面に残ることによる。
つぎに接合部分を含み、前記矩形状パターンと交差する
矩形状のレジス１−パターンを形成した（第４図）。Ｃ
Ｆ４ガスを用いた反応性イオンエツチングによりレジス
トパターン以外の場所における上部電極Ｎｂ膜４のエツ
チングを行った。このエツチング工程においては、主と
して上部電極Ｎｂ膜４がエツチングされ、Ｎｂ酸化物層
５は相対的にエツチング速度が遅く、ＡＩｌ酸化物層３
表面ではエツチングが全く進行しない。したがって、上
部電極Ｎｂ膜膜部部分エツチング工程終了後、陽極酸化
によって形成したＮｂ酸化物層５は絶縁層として残され
る。エツチング工程終了段階において、下部電極Ｎｂ膜
膜端端部および第１回目の矩形状パターン部分でかつ第
２回目の矩形状レジストパターンに覆われない領域はＮ
ｂあるいはＡＱ酸化物層が露出している。これら露出し
ている部分を完全に絶縁化するために、−酸化シリコン
（Ｓ ｉ Ｏ）膜６の形成を行った。不要な部位におけ
るＳｉＯ膜はレジスト膜とともにリフトオフ法によって
除去した。
矩形状のレジス１−パターンを形成した（第４図）。Ｃ
Ｆ４ガスを用いた反応性イオンエツチングによりレジス
トパターン以外の場所における上部電極Ｎｂ膜４のエツ
チングを行った。このエツチング工程においては、主と
して上部電極Ｎｂ膜４がエツチングされ、Ｎｂ酸化物層
５は相対的にエツチング速度が遅く、ＡＩｌ酸化物層３
表面ではエツチングが全く進行しない。したがって、上
部電極Ｎｂ膜膜部部分エツチング工程終了後、陽極酸化
によって形成したＮｂ酸化物層５は絶縁層として残され
る。エツチング工程終了段階において、下部電極Ｎｂ膜
膜端端部および第１回目の矩形状パターン部分でかつ第
２回目の矩形状レジストパターンに覆われない領域はＮ
ｂあるいはＡＱ酸化物層が露出している。これら露出し
ている部分を完全に絶縁化するために、−酸化シリコン
（Ｓ ｉ Ｏ）膜６の形成を行った。不要な部位におけ
るＳｉＯ膜はレジスト膜とともにリフトオフ法によって
除去した。
つぎに接合上部電極膜表面をＡｒガス雰囲気中の高周波
放電によってクリーニングしたあと、厚さ３００ｎｍの
Ｎｂ膜７の堆積を行った（第５図）。
放電によってクリーニングしたあと、厚さ３００ｎｍの
Ｎｂ膜７の堆積を行った（第５図）。
Ｎｂ膜の堆積は前記接合電極膜の場合と同じくマグネト
ロンスパッタ法によって形成した。さらにレジストパタ
ーン形成後、ｃＦ４ガスによる反応性イオンエツチング
によってレジストパターン以外のＮｂ膜部分を除去する
ことにより、上部電極につながる配線層７を形成した。
ロンスパッタ法によって形成した。さらにレジストパタ
ーン形成後、ｃＦ４ガスによる反応性イオンエツチング
によってレジストパターン以外のＮｂ膜部分を除去する
ことにより、上部電極につながる配線層７を形成した。
以上の工程を経ることにより、接合部分の寸法１．５μ
ｍ角のジョセフソン素子を得ることができた。しかも、
８０個直列に接続した１、５μｍ０のジョセフソン素子
に対する臨界電流の分布幅は±ｌＯ％以内であった。ジ
ョセフソン素子の面積分布に関しては、最大分布幅で±
５％であった。
ｍ角のジョセフソン素子を得ることができた。しかも、
８０個直列に接続した１、５μｍ０のジョセフソン素子
に対する臨界電流の分布幅は±ｌＯ％以内であった。ジ
ョセフソン素子の面積分布に関しては、最大分布幅で±
５％であった。
これらの面積および特性の均一度は上記方法に従って作
製したジョセフソン素子が、発明の利用分野において述
べた計算機用スイッチング回路に利用するに十分な特性
を有することを意味する。
製したジョセフソン素子が、発明の利用分野において述
べた計算機用スイッチング回路に利用するに十分な特性
を有することを意味する。
また一般にジョセフソン素子に求められる性能は大別し
て４種類ある。つまり（１）接合容量が小さいこと、（
２）特性の均一性を有すること、（３）リーク電流の割
合が小さいこと、および（４）耐久性を有することであ
る。
て４種類ある。つまり（１）接合容量が小さいこと、（
２）特性の均一性を有すること、（３）リーク電流の割
合が小さいこと、および（４）耐久性を有することであ
る。
本発明においては、実施例において述べたごとく、接合
寸法の微細化によって（１）において述べた接合容量の
縮小化をはかることができる。さらに、上に述べた寸法
の均一化によって、（２）における均一なジョセフソン
素子特性を得られる。
寸法の微細化によって（１）において述べた接合容量の
縮小化をはかることができる。さらに、上に述べた寸法
の均一化によって、（２）における均一なジョセフソン
素子特性を得られる。
本発明においては、上部電極および下部電極ともにＮｂ
あるいはＮｂ系超電導膜を用いているので、低いリーク
電流割合（３）が得られる。リーク電流の常電導トンネ
ル抵抗に対する割合は１５以上であった。耐久性（４）
に関しては、本発明におけるジョセフソン素子は室温と
測定温度間における１００回の熱サイクルに対して、臨
界電流の変化を示さなかった。
あるいはＮｂ系超電導膜を用いているので、低いリーク
電流割合（３）が得られる。リーク電流の常電導トンネ
ル抵抗に対する割合は１５以上であった。耐久性（４）
に関しては、本発明におけるジョセフソン素子は室温と
測定温度間における１００回の熱サイクルに対して、臨
界電流の変化を示さなかった。
以上実施例において具体的に述べたごとく、本発明によ
れば、上部電極および下部電極ともにＮｂあるいはＮｂ
系超電導素子とするジョセフソン素子において、微細で
寸法の均一性に優れ、したがって高い均一度をもったジ
ョセフソン素子特性を得ることができる。
れば、上部電極および下部電極ともにＮｂあるいはＮｂ
系超電導素子とするジョセフソン素子において、微細で
寸法の均一性に優れ、したがって高い均一度をもったジ
ョセフソン素子特性を得ることができる。
第１図はジョセフソン素子の作製工程において、下部電
極Ｎｂ、ＡＱ酸化物トンネル障壁層および上部電極Ｎｂ
を形成したときの断面図、第２図は第１図において接合
部を含む矩形のエツチングパターン形成後、陽極酸化膜
層を形成したときの断面図、第３図は第２図において、
配線層のためのエツチングを施したときの断面図、第４
図は接合部を含む２番目の矩形パターンを形成後、Ｓｉ
Ｏで埋戻したときの断面図、第５図は上部電極につなが
る配線を施したときの断面図である。 １・・・Ｓｔ基板、２・・・Ｎｂ下部電極膜、３・・・
Ａρ酸化物トンネル障壁層、４・・・Ｎｂ上部電極膜、
５・・・Ｎｂ陽極酸化膜、６・・・ＳｉＯ絶縁膜、７・
・・Ｎｂ配線膜。
極Ｎｂ、ＡＱ酸化物トンネル障壁層および上部電極Ｎｂ
を形成したときの断面図、第２図は第１図において接合
部を含む矩形のエツチングパターン形成後、陽極酸化膜
層を形成したときの断面図、第３図は第２図において、
配線層のためのエツチングを施したときの断面図、第４
図は接合部を含む２番目の矩形パターンを形成後、Ｓｉ
Ｏで埋戻したときの断面図、第５図は上部電極につなが
る配線を施したときの断面図である。 １・・・Ｓｔ基板、２・・・Ｎｂ下部電極膜、３・・・
Ａρ酸化物トンネル障壁層、４・・・Ｎｂ上部電極膜、
５・・・Ｎｂ陽極酸化膜、６・・・ＳｉＯ絶縁膜、７・
・・Ｎｂ配線膜。
Claims (1)
- １、下部電極および上部電極をＮｂあるいはＮｂを構成
元素として含む超電導材料とし、酸化物層をトンネル障
壁層とするジョセフン素子の製造方法において、（１）
前記下部電極、トンネル障壁層および上部電極を連続的
に形成する工程、（２）接合部のレジストパターンを形
成する工程、（３）前記接合部のレジストパターン以外
の部分をエッチングにより除去する工程、（４）除去さ
れた当該下部電極部分に厚さ１０ｎｍ以上の酸化膜を形
成し、絶縁層とする工程、（５）上記（２），（３），
（４）の工程により形成された接合部パターンと交差す
るレジストパターンを形成する工程、（６）該レジスト
パターン以外の部分をエッチングにより除去する工程お
よび除去された部分を絶縁膜により埋戻す工程からなる
ことを特徴とするジョセフン素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61024965A JPS62183576A (ja) | 1986-02-08 | 1986-02-08 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61024965A JPS62183576A (ja) | 1986-02-08 | 1986-02-08 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62183576A true JPS62183576A (ja) | 1987-08-11 |
| JPH0519993B2 JPH0519993B2 (ja) | 1993-03-18 |
Family
ID=12152684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61024965A Granted JPS62183576A (ja) | 1986-02-08 | 1986-02-08 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62183576A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635022A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58175830A (ja) * | 1982-04-08 | 1983-10-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | パタ−ン形成方法 |
| JPS58200586A (ja) * | 1982-05-10 | 1983-11-22 | ロツクウエル・インタ−ナシヨナル・コ−ポレ−シヨン | ニオブ−絶縁体−ニオブのジヨセフソンのトンネル接合デバイスのその場製造の方法 |
| JPS61144083A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-01 | Agency Of Ind Science & Technol | ジヨセフソン接合素子の形成方法 |
-
1986
- 1986-02-08 JP JP61024965A patent/JPS62183576A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58175830A (ja) * | 1982-04-08 | 1983-10-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | パタ−ン形成方法 |
| JPS58200586A (ja) * | 1982-05-10 | 1983-11-22 | ロツクウエル・インタ−ナシヨナル・コ−ポレ−シヨン | ニオブ−絶縁体−ニオブのジヨセフソンのトンネル接合デバイスのその場製造の方法 |
| JPS61144083A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-01 | Agency Of Ind Science & Technol | ジヨセフソン接合素子の形成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635022A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0519993B2 (ja) | 1993-03-18 |
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