JPS6258678B2 - - Google Patents
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- JPS6258678B2 JPS6258678B2 JP58053481A JP5348183A JPS6258678B2 JP S6258678 B2 JPS6258678 B2 JP S6258678B2 JP 58053481 A JP58053481 A JP 58053481A JP 5348183 A JP5348183 A JP 5348183A JP S6258678 B2 JPS6258678 B2 JP S6258678B2
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明はジヨセフソン集積回路装置の製造方法
に関し、特に同一ウエハー上に形成される複数の
ジヨセフソン素子におけるトンネル絶縁膜の形成
方法に関する。
に関し、特に同一ウエハー上に形成される複数の
ジヨセフソン素子におけるトンネル絶縁膜の形成
方法に関する。
技術の背景
情報処理技術の発展に伴い、電子計算機等の情
報処理装置に対してもより高速化、大容量化が図
られつつある。
報処理装置に対してもより高速化、大容量化が図
られつつある。
かかる情報処理装置を構成する機能素子の一つ
として、超電導現象を利用した所謂ジヨセフソン
素子の適用が試みられている。
として、超電導現象を利用した所謂ジヨセフソン
素子の適用が試みられている。
かかるジヨセフソン素子は、シリコンあるいは
ガリウム・砒素等の半導体材料を用いた素子に比
較して、より高速動作が可能であるという特長を
備えている。
ガリウム・砒素等の半導体材料を用いた素子に比
較して、より高速動作が可能であるという特長を
備えている。
従来技術と問題点
機能素子としてジヨセフソン素子を用いた集積
回路素子の一つとして、鉛（Pb）合金を電極、
導電路材料として用いて構成されたジヨセフソン
集積回路装置が提案されている。
回路素子の一つとして、鉛（Pb）合金を電極、
導電路材料として用いて構成されたジヨセフソン
集積回路装置が提案されている。
かかるジヨセフソン集積回路装置の要部構成を
第１図に示す。
第１図に示す。
同図において、１１はシリコン（Si）基板、１
２は該シリコン基板１１上に形成された厚さ2000
〔Å〕程の二酸化シリコン（SiO）層、１３は該
二酸化シリコン層１２上に形成された厚さ3000
〔Å〕程のニオブ（Nb）からなるグランドプレー
ン、１４は該グランドプレーン１３の表面に形成
された厚さ200〔Å〕程の酸化ニオブ（NbO）
層、１５は該酸化ニオブ層１上に形成された厚さ
3000〔Å〕程の酸化シリコン（SiO）層である。
２は該シリコン基板１１上に形成された厚さ2000
〔Å〕程の二酸化シリコン（SiO）層、１３は該
二酸化シリコン層１２上に形成された厚さ3000
〔Å〕程のニオブ（Nb）からなるグランドプレー
ン、１４は該グランドプレーン１３の表面に形成
された厚さ200〔Å〕程の酸化ニオブ（NbO）
層、１５は該酸化ニオブ層１上に形成された厚さ
3000〔Å〕程の酸化シリコン（SiO）層である。
また１６は、前記酸化シリコン層１５上に選択
的に形成された厚さ2000〔Å〕程の鉛（Pb）―
インジウム（In）―金（Au）合金からなる基部
電極、１７は該基部電極１６の表面を選択的に覆
う厚さ3000〔Å〕程の酸化シリコン層、１８は前
記基部電極１６の表出部に形成された厚さ50
〔Å〕程のトンネル絶縁膜、１９は該トンネル絶
縁膜１８を挟んで前記基部電極１６に対向し且つ
酸化シリコン層１７上に延在して形成された厚さ
4000〔Å〕程の鉛（Pb）―ビスマス（Bi）から
なる上部電極である。
的に形成された厚さ2000〔Å〕程の鉛（Pb）―
インジウム（In）―金（Au）合金からなる基部
電極、１７は該基部電極１６の表面を選択的に覆
う厚さ3000〔Å〕程の酸化シリコン層、１８は前
記基部電極１６の表出部に形成された厚さ50
〔Å〕程のトンネル絶縁膜、１９は該トンネル絶
縁膜１８を挟んで前記基部電極１６に対向し且つ
酸化シリコン層１７上に延在して形成された厚さ
4000〔Å〕程の鉛（Pb）―ビスマス（Bi）から
なる上部電極である。
このような構造を有するジヨセフソン集積回路
装置において、前記トンネル絶縁膜（ジヨセフソ
ン接合酸化膜）１８は、酸化シリコン層１７によ
つて選択的に被覆された鉛―インジウム（12Wt
％）―金（4Wt％）からなる基部電極１６の露出
表面を、酸化性ガスを高周波電力によつて励起し
生成される酸化プラズマによつて酸化するいわゆ
るプラズマ酸化法によつて酸化することによつて
形成される。
装置において、前記トンネル絶縁膜（ジヨセフソ
ン接合酸化膜）１８は、酸化シリコン層１７によ
つて選択的に被覆された鉛―インジウム（12Wt
％）―金（4Wt％）からなる基部電極１６の露出
表面を、酸化性ガスを高周波電力によつて励起し
生成される酸化プラズマによつて酸化するいわゆ
るプラズマ酸化法によつて酸化することによつて
形成される。
しかしながら、かかる酸化処理の際、基部電極
１６は絶縁体１４，１５及び１７によつて包囲さ
れているために、基板面内において一様な高周波
放電の空間分布を形成することができない。
１６は絶縁体１４，１５及び１７によつて包囲さ
れているために、基板面内において一様な高周波
放電の空間分布を形成することができない。
前記酸化処理によつて形成される酸化膜の厚さ
は、酸化速度とエツチング速度との平衡点で決定
され、且つその平衡点は酸素圧力と放電電圧によ
つて決定される。
は、酸化速度とエツチング速度との平衡点で決定
され、且つその平衡点は酸素圧力と放電電圧によ
つて決定される。
従つて、前述の如く基板（ウエハー）上におい
て絶縁膜の存在によつて均一な空間分布が生じて
しまつている場合には、該基板上に形成される複
数のジヨセフソン素子におけるトンネル絶縁膜に
バラツキが生じてしまう。
て絶縁膜の存在によつて均一な空間分布が生じて
しまつている場合には、該基板上に形成される複
数のジヨセフソン素子におけるトンネル絶縁膜に
バラツキが生じてしまう。
ジヨセフソン素子の臨界電流は、電極材料が鉛
合金系で構成される場合には、経験的に次式で与
えられている。
合金系で構成される場合には、経験的に次式で与
えられている。
jo〔Ａ／cm2〕＝２．２０７×１０／ｄｊ〔ｎｍ〕ｅ-
1.57872×dj〔nm〕 （ただし、jo；臨界電流；酸化膜厚） 従つて、酸化膜厚（トンネル絶縁膜の膜厚）に
よつて、臨界電流は大きく変化してしまう。
1.57872×dj〔nm〕 （ただし、jo；臨界電流；酸化膜厚） 従つて、酸化膜厚（トンネル絶縁膜の膜厚）に
よつて、臨界電流は大きく変化してしまう。
このような同一基板上に形成される複数のジヨ
セフソン素子の臨界電流の大きなバラツキは、回
路設計上また製造上大きな問題となる。
セフソン素子の臨界電流の大きなバラツキは、回
路設計上また製造上大きな問題となる。
発明の目的
本発明は、このような従来のトンネル絶縁膜の
形成方法における問題点を除去して、同一基板上
に形成される複数のジヨセフソン素子において一
様な厚さのトンネル絶縁膜を形成することができ
る製造方法を提供しようとするものである。
形成方法における問題点を除去して、同一基板上
に形成される複数のジヨセフソン素子において一
様な厚さのトンネル絶縁膜を形成することができ
る製造方法を提供しようとするものである。
発明の構成
このため本発明によれば、基板上に配置された
基部電極を選択的に被覆する絶縁層を形成する工
程、前記絶縁層に前記基部電極の表出部に対応す
る開口を備えたマスク層を形成する工程、前記絶
縁層及びマスク層の表面に導電層を形成する工
程、プラズマ酸化処理により前記基部電極の表出
部の表面を酸化し、トンネル絶縁膜を形成する工
程、前記トンネル絶縁膜上、並びに前記絶縁層及
びフオト・レジスト層表面に形成された導電層上
を覆つて上部電極材料を被着する工程、及び前記
フオト・レジスト層及びフオト・レジスト層上の
電極材料を除去して、前記トンネル絶縁膜を挟ん
で前記基部電極に対向する上部電極を形成する工
程とを備えたジヨセフソン集積回路装置の製造方
法が提供される。
基部電極を選択的に被覆する絶縁層を形成する工
程、前記絶縁層に前記基部電極の表出部に対応す
る開口を備えたマスク層を形成する工程、前記絶
縁層及びマスク層の表面に導電層を形成する工
程、プラズマ酸化処理により前記基部電極の表出
部の表面を酸化し、トンネル絶縁膜を形成する工
程、前記トンネル絶縁膜上、並びに前記絶縁層及
びフオト・レジスト層表面に形成された導電層上
を覆つて上部電極材料を被着する工程、及び前記
フオト・レジスト層及びフオト・レジスト層上の
電極材料を除去して、前記トンネル絶縁膜を挟ん
で前記基部電極に対向する上部電極を形成する工
程とを備えたジヨセフソン集積回路装置の製造方
法が提供される。
以下本発明を実施例をもつて詳細に説明する。
発明の実施例
第２図及至第６図は本発明によるジヨセフソン
集積回路装置の製造工程を示す要部断面図であ
る。
集積回路装置の製造工程を示す要部断面図であ
る。
第２図参照
第２図は、従来の製造方法二従つて、基部電極
上に選択的に絶縁層を形成し、トンネル絶縁膜形
成領域が表出された状態を示している。
上に選択的に絶縁層を形成し、トンネル絶縁膜形
成領域が表出された状態を示している。
図において、２１はシリコン（Si）基板、２２
は該シリコン基板２１上に熱酸化法あるいは気相
成長法によつて形成された厚さ2000〔Å〕程の二
酸化シリコン層である。また２３は該二酸化シリ
コン層２２上にスパツタリング法等によつて形成
された厚さ3000〔Å〕程のニオブ（Nb）から構
成されるグランドプレーンである。
は該シリコン基板２１上に熱酸化法あるいは気相
成長法によつて形成された厚さ2000〔Å〕程の二
酸化シリコン層である。また２３は該二酸化シリ
コン層２２上にスパツタリング法等によつて形成
された厚さ3000〔Å〕程のニオブ（Nb）から構
成されるグランドプレーンである。
また、２４は前記グランドプレーン２３上に、
陽極酸化法等により形成された厚さ200〔Å〕程
の酸化ニオブ（NbO）層、２５は該酸化ニオブ
層２４上に蒸着法等により形成された厚さ3000
〔Å〕程の酸化シリコン（SiO）層である。
陽極酸化法等により形成された厚さ200〔Å〕程
の酸化ニオブ（NbO）層、２５は該酸化ニオブ
層２４上に蒸着法等により形成された厚さ3000
〔Å〕程の酸化シリコン（SiO）層である。
また２６は、前記酸化シリコン層２５上に10
〔Torr）程の雰囲気中における蒸着処理によつて
厚さ2000〔Å〕程に形成された鉛（Pb）―イン
ジウム（In）―金（Au）層からなる基部電極で
ある。
〔Torr）程の雰囲気中における蒸着処理によつて
厚さ2000〔Å〕程に形成された鉛（Pb）―イン
ジウム（In）―金（Au）層からなる基部電極で
ある。
また２７は、前記基部電極２６を選択的に覆つ
て形成された厚さ3000〔Å〕程の酸化シリコン層
である。
て形成された厚さ3000〔Å〕程の酸化シリコン層
である。
第３図参照
通常のフオト・リソグラフイ技術を適用し
て、上部電極形成用の開口パターンを備えたフ
オト・レジスト層２８を厚さ5000〔Å〕程に形
成する。
て、上部電極形成用の開口パターンを備えたフ
オト・レジスト層２８を厚さ5000〔Å〕程に形
成する。
第４図参照
前記フオト・レジスト層２８及び露出されて
いる基部電極２６表出部及び酸化シリコン層２
７上に、厚さ100〔Å〕程の金あるいはインジ
ウムからなる金属層２９を形成する。
いる基部電極２６表出部及び酸化シリコン層２
７上に、厚さ100〔Å〕程の金あるいはインジ
ウムからなる金属層２９を形成する。
該金属層２９は蒸着法等によつて形成するこ
とができる。かかる金属層２９のうち前記基部
電極２６上に被着された金属層は、ただちに該
基部電極２６中へ拡散して鉛―インジウム―金
合金となる。
とができる。かかる金属層２９のうち前記基部
電極２６上に被着された金属層は、ただちに該
基部電極２６中へ拡散して鉛―インジウム―金
合金となる。
第５図参照
前記基板に対し、プラズマ酸化処理を施し、
前記基板電極２６の表出部に、厚さ50〔Å〕の
酸化鉛（PbO）及び酸化インジウム（InO）か
らなるトンネル絶縁膜（ジヨセフソン接合酸化
膜）３０を形成する。
前記基板電極２６の表出部に、厚さ50〔Å〕の
酸化鉛（PbO）及び酸化インジウム（InO）か
らなるトンネル絶縁膜（ジヨセフソン接合酸化
膜）３０を形成する。
プラズマ酸化処理の処理条件は、例えば反応
管内圧力16〔mTorr〕高周波電力16〔ｗ〕、時
間10分間とされる。
管内圧力16〔mTorr〕高周波電力16〔ｗ〕、時
間10分間とされる。
かかるプラズマ酸化処理の際、酸化シリコン
層２７及びフオト・レジスト層２８の露出表面
には金属層２９が形成されているため、基板上
に複数形成された基部電極２６の表出部及びそ
の周囲はほぼ等しい電位を有する等電位面とな
り、酸素プラズマの生成、分布が基板（ウエハ
ー）面内で均一となる。
層２７及びフオト・レジスト層２８の露出表面
には金属層２９が形成されているため、基板上
に複数形成された基部電極２６の表出部及びそ
の周囲はほぼ等しい電位を有する等電位面とな
り、酸素プラズマの生成、分布が基板（ウエハ
ー）面内で均一となる。
このため、該基板上に複数形成された基部電
極２６の表出部にはそれぞれ均一な厚さのトン
ネル絶縁膜が形成される。
極２６の表出部にはそれぞれ均一な厚さのトン
ネル絶縁膜が形成される。
第６図参照
前記トンネル絶縁膜３０、表面に金属層２９
が形成されている酸化シリコン層２７及びフオ
ト・レジスト層２９上を覆つて鉛（Pb）―ビ
スマス（Bi）からなる上部電極材料を厚さ4000
〔Å〕程に蒸着法等により被着する。
が形成されている酸化シリコン層２７及びフオ
ト・レジスト層２９上を覆つて鉛（Pb）―ビ
スマス（Bi）からなる上部電極材料を厚さ4000
〔Å〕程に蒸着法等により被着する。
リフトオフ法を適用して前記フオト・レジス
ト層２９を溶解除去するとともに該フオト・レ
ジスト層上に被着された上部電極材料を除去
し、前記トンネル絶縁膜３０を挟んで基部電極
２６に対向し且つ酸化シリコン層２７上まで延
びる上部電極３１を形成する。
ト層２９を溶解除去するとともに該フオト・レ
ジスト層上に被着された上部電極材料を除去
し、前記トンネル絶縁膜３０を挟んで基部電極
２６に対向し且つ酸化シリコン層２７上まで延
びる上部電極３１を形成する。
発明の効果
以上のような本発明によれば、基板上に複数個
設けられたトンネル絶縁膜形成予定部の周囲の絶
縁膜上に導電層を配置してプラズマ酸化処理を施
すことにより、複数の前記トンネル絶縁膜形成予
定部にそれぞれ均一なトンネル絶縁膜を形成する
ことができる。
設けられたトンネル絶縁膜形成予定部の周囲の絶
縁膜上に導電層を配置してプラズマ酸化処理を施
すことにより、複数の前記トンネル絶縁膜形成予
定部にそれぞれ均一なトンネル絶縁膜を形成する
ことができる。
従つて、本発明によれば、同一の基板上に形成
される複数のジヨセフソン素子の臨界電流値をほ
ぼ均一なものとすることができ、ジヨセフソン集
積回路の回路設計、製造が容易となる。
される複数のジヨセフソン素子の臨界電流値をほ
ぼ均一なものとすることができ、ジヨセフソン集
積回路の回路設計、製造が容易となる。
第１図は、ジヨセフソン集積回路装置の構成を
示す要部断面図、第２図及至第６図は本発明によ
るジヨセフソン集積回路装置の製造方法を示す要
部工程断面図である。 図において、１１，２１……シリコン基板、１
２，２２……二酸化シリコン層、１３，２３……
グランドプレーン、１４，２４……酸化ニオブ
層、１５，２５……酸化シリコン層、１６，２６
……基部電極、１７，２７……酸化シリコン層、
１８，３１……トンネル絶縁膜、１９，３１……
上部電極、２８……フオト・レジスト層、２９…
…導電層。
示す要部断面図、第２図及至第６図は本発明によ
るジヨセフソン集積回路装置の製造方法を示す要
部工程断面図である。 図において、１１，２１……シリコン基板、１
２，２２……二酸化シリコン層、１３，２３……
グランドプレーン、１４，２４……酸化ニオブ
層、１５，２５……酸化シリコン層、１６，２６
……基部電極、１７，２７……酸化シリコン層、
１８，３１……トンネル絶縁膜、１９，３１……
上部電極、２８……フオト・レジスト層、２９…
…導電層。
Claims (1)
- １ 基板上に配置された基部電極を選択的に被覆
する絶縁層を形成する工程、前記絶縁層上に前記
基部電極の表出部に対応する開口を備えたマスク
層を形成する工程、前記絶縁層及びマスク層の表
面に導電層を形成する工程、プラズマ酸化処理に
より前記基部電極の表出部の表面を酸化し、トン
ネル絶縁膜を形成する工程、前記トンネル絶縁膜
上、並びに前記絶縁層及びフオト・レジスト層表
面に形成された導電層上を覆つて上部電極材料を
被着する工程、及び前記フオト・レジスト層及び
フオトレジスト層上の電極材料を除去して、前記
トンネル絶縁膜を挟んで前記基部電極に対向する
上部電極を形成する工程とを備えたことを特徴と
するジヨセフソン集積回路装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053481A JPS59181073A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | ジヨセフソン集積回路装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053481A JPS59181073A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | ジヨセフソン集積回路装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181073A JPS59181073A (ja) | 1984-10-15 |
| JPS6258678B2 true JPS6258678B2 (ja) | 1987-12-07 |
Family
ID=12944031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053481A Granted JPS59181073A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | ジヨセフソン集積回路装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181073A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6290102B1 (en) | 2000-03-31 | 2001-09-18 | Robert Michael Jennings | Liquid measuring and dispensing container |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP58053481A patent/JPS59181073A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181073A (ja) | 1984-10-15 |
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