JPS6377175A - ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents

ジヨセフソン接合素子の製造方法

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JPS6377175A
JPS6377175A JP61222405A JP22240586A JPS6377175A JP S6377175 A JPS6377175 A JP S6377175A JP 61222405 A JP61222405 A JP 61222405A JP 22240586 A JP22240586 A JP 22240586A JP S6377175 A JPS6377175 A JP S6377175A
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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】 (J!2i’) 本発明は対向電極/トンネルバリア膜/基部電極からな
るジョセフソン接合素子の製造方法において、ジョセフ
ソン接合領域を除いて対向電極形成用の超伝導金属膜を
陽極酸化して酸化膜を形成することによりジョセフソン
接合素子領域の面積を画定し、該対向jti極にコンタ
クトするため、ドライエツチングにより層間絶縁膜に開
口部を設けるときには、該陽極酸化膜をエツチングのス
トッパとして用いることによりジョセフソン接合領域の
面積よりも広い面積の窓開けを可f針とする。これによ
り微細構造のジョセフソン接合素子を再現性よく、容易
に製造することが可能となる。
〔産業上の利用分野〕
本発明はジョセフソン接合素子の製造方法に関するもの
であり、更に詳しく言えば微細構造のジョセフソン接合
素子の製造方法に関するものである。
最近、ジョセフソン接合素子の電極材料は、従来の鉛合
金から高融点金属であるNbやNb化合物(例えば、N
b N)に変わり、これにより素子の安定性が飛躍的に
向上している。特にNb/Anon/Nb接合は電気的
特性も良好で、集積回路への応用が盛んに研究されてい
る。しかし回路の集植度を上げるためには、1gm径程
度の微細な接合を作成することが必要となる。
(従来の技術〕 第3図は従来例に係るジョセフソン接合素子の構造を示
す断面図である。この接合素子の製造方法を説明すると
、まずS1基板l上に、膜厚200〜300nmの基部
電極2用の第1の超伝導金属1g!(Nb1gり、極め
て薄いトンネルバリア膜(All−AIOz l1l)
 3 、膜厚’200nmの対向電極4用の第2の超伝
導金f!l1fJ(Nb膜)4が同一真空層内で連続成
膜された後に、それぞれの電極パターンがHIE加工等
により形成される。
次いで層間絶縁膜としての5i02膜やs、o6を成膜
した後に、コンタクトホール6をRIE加工等により形
成する。最後にf1!、線層7としてのNb膜を成膜し
た後にパターン形成する。
ところでこの製造方法によれば、コンタクトホール6は
対向電極のパターン内に設ける必要がある。もしコンタ
クトホールの形成位置が対向電極パターンより外側には
みだすと、配線7と基部電極2とが電気的に短絡して正
常な接合素子特性が得られなくなる。このため露光時の
位置合せ余裕を含め、コンタクトホール6の大きさは接
合領域(すなわち対向電極の領域)よりもある程度小さ
くする必要がある。ところがコンタクトホール6を再現
性よく適正に形成するためには一定の大きさく例えばI
uLm)以上の寸法が要求されるので、寸法がIJLm
程度の接合よ子を形成することは極めて困難である。
そこで第4図(a)〜(C)に示すような接合構造のジ
ョセフソン接合素子が提案されている(Morohas
hi et al、Appl、Phyg、Lett−V
ol、48.No、3、P254〜P258,1988
) 、以下、この接合素子の製造方法を説明する。
(a)まず基板8上に基部電極9用のNb膜、トンネル
バリア膜lO用のAM−AJLOxM、対向電極ll用
のNb膜を同一真空層内で連続成膜した後、レジスト膜
12をマスクとしてRIE加工により対向電極11をパ
ターン形成し、更にArスパッタリングによりAn−A
IOxを除去する0次いで露出したNb1l!2(基部
電極9)を陽極酸化する。このときの印加電圧は10〜
20Vで、形成される陽極酸化膜は20〜40nmであ
る。
(b)次にエツチングストッパ14として膜厚20〜4
0nmのA文膜を蒸着により形成し、アセトンによって
レジスト膜12を除去することによりパターン形成する
(C)次いでスパッタ又はCVD法等により居間絶縁P
tJisとしての810?膜を形成し、CHF3反応ガ
スを用いてRIE加工によりコンタクトホール16を形
成する。このときAn膜はエツチングストッパとして南
くので、コンタクトホール径が接合領域より大きくても
、陽極酸化膜13が露出することはない、次に配線層1
7としてNbをスパッタ法で成膜した後、パターン形成
する。
このように、この製造方法によればジョセフソン接合の
寸法を、コンタクトホールの大Jさに制限されることな
く、極めて小さくすることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、その方法には次のような問題点がある。
(1)第4図(a)に示す対向電極11をRIE加工に
より形成するとき、サイドエツチングにより側面が削ら
れて実質的に接合面積が減少する。
特に接合寸法がIgm程度になると、サイドエツチング
琶のバラツキや再現性が接合面積に大きく影響する。
(2)エツチングストッパ14としてのA I IIは
20〜40nmの膜厚で蒸着により形成されるが、ウェ
ハー内に多数個の接合をつくる場合、すフトオフにより
レジスト1112上のAu1lをすべて完全に除去する
ことが困難である。それはレジスト膜12をマスクとし
てRIE法により対向電極やトンネルバリア膜をエツチ
ングするときのプラズマにより該レジスト膜12がダメ
ージを受けたり、あるいはレジスト膜自体もエツチング
されて膜減りが生じているからである。Al!gがリフ
トオフで完全に除去されない場合や、A11Jのパリが
生ずる場合には、他の配線膜の断線や配線間のショート
を招く原因となる。
本発明はかかる従来の間層点に鑑みて創作されたもので
あり、微細構造のジョセフソン接合素子を再現性良く、
かつ容易に形成することを可能とする製造方法の提供を
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明の製造方法によって形成されるジョセフ
ソン接合素子の構造断面図である0図において18は5
1基板であり、その上に基部電極24、トンネルバリア
!l125および対向電極27からなるジョセフソン接
合が形成されている。また26は陽極酸化膜、28は層
間絶縁膜であり、配線W230は該層間絶縁[28に形
成されたコンタクトホール29を介して対向電極27に
コンタクトしている。
〔作用〕
対向電極27の寸法は、該対向電極材料の超伝導金属を
陽極酸化する工程により一義的に決定される。
また陽極酸化工程で形成された陽極酸化膜26は層間絶
縁膜28のコンタクトホール29を形成する際のエツチ
ングスト7パとしての役割を果たす、これによりコンタ
クトホール29の寸法の大きさに依存しない極めて微細
な構造のジョセフソン接合素子を形成することができる
〔実施例〕
次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合素子
の製造方法を説明する断面図である。
(1)まずSi基板18上にNb[19,A又−A見O
!膜20およびNb [21を同一真空層内で順次、連
続成膜する。このときNb膜はdc又はrfマグネトロ
ンスパッタで成膜し、Nb1lQ19は200〜300
 n m 、 N b膜21は30〜1100nの膜厚
である。またAnはdc又はrfスパッタ法により3〜
10nmで成膜し、その後、酸素を導入してA1表面に
A交0!を形成する。
なおS、基板18とNb膜19との間に、熱酸化膜、超
伝導接地面膜、絶!f膜又は抵抗等が形成されていても
よい(第2図(a))。
(2)次いでレジス)v22をパターニングした後、該
レジスト[22をマスクとしてNbv21の陽極酸化を
行いNb2O5膜23を形成する(!182図(b))
、このときの電界液としてエチレングリコールとホウ酸
アンモニウムの混合液を用いる。陽極酸化されるNb1
lQの膜厚は印加電圧によって決定される。すなわちl
vでは0゜9nmのNb膜が消費される(但し、このと
き2 、3 n m)1205 Mが形成される。)ノ
テ、30−100 n mのNb 1lQ21をすべて
陽極酸化するためめ゛には印加電圧は35〜120v必
要である。なおNb 1121だけではなく、その下の
Ai−A立O!膜20やNb膜19の一部が陽極酸化さ
れてもよい。
(3)次いで不図示の別のレジスト膜をマスクとしてR
IE加工によりNb+Os膜23.A交−A交0xW2
’20.およびNb膜19をエツチングして、基部電極
24.トンネルバリア膜25.陽極酸化膜26.対向電
極27を形成する(第2図(C))、このときの反応ガ
スは、それぞれNb2O5’ mにはCHF3.A l
 −A I O!”膜にはAr。
Nb膜にはCFa+5%02を用いる。
(4)次に居間絶縁膜28として膜厚400〜500n
mのS皇O2膜をスパッタ法、CVD法等で形成する(
第2図(d))。
(5)次いで不図示のレジス)119をマスクとじてR
IE加工よりコンタクトホール29を形成する0反応ガ
スとしてはCHF3を用いるが、ガス圧が15 mTo
rrc7)とき、m−/チングレートは、Si 02膜
、 NbzOs 膜、 N b WJ ニ対しソJl”
し30 、15 。
5nm/分である。このためNbzOs Mからなる陽
極酸化膜26はエツチングストッパとして働くので、接
合領域よりも広いコンタクトホールを形成することがで
きる(第2図(e) )。
(8)次にAr中でスパッタクリーニングすることによ
り対向電極27の表面の薄い酸化膜を除去した後に、膜
厚500〜800 nmノNb !!!からなる配線膜
30を形成した後にパターン加工する(第2図(f) 
) 。
このように本発明の実施例によればNb膜21を陽極酸
化することにより一義的に接合領域を決定できるので、
接合寸法の精度が向上する。
また陽極酸化により形成されたNb2O5膜23をコン
タクトホール29を形成するときのエツチングストッパ
として利用できるので、コンタクトホール径に依存しな
い極めて微細構造のジョセフソン接合素子を、ウェハ上
に均一に、かつ再現性良く形成することができる。
〔発明の効果〕
以上説IJI したように、本発明によればRIE加工
することなく、陽極酸化工程のみで対向電極の領域、す
なわち接合領域を決定することができるので、接合領域
の寸法の精度は向上する。また該陽極酸化膜をコンタク
トホール形成時のエツチングストッパとして利用するこ
とができるので、コンタクトホール径に依存しない極め
て微細構造のジョセフソン接合素子を、再現性良く容易
に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法によって作成されるジョセフ
ソン接合素子の断面図、 第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合素子の
製造方法を説IJ1する断面図。 第3図は従来例の製造方法を説明する断面図、第4図は
別の従来例の製造方法を説明する断面図である。 (符号の説明) 1.8.18・・・51基板、 2.9.24・・−基部電極、 3.10.25・・・トンネルバリア膜、4.11.2
7・・・対向電極、 5.15.28・・・層間絶縁膜。 6.16.29・・・コンタクトホール、7.17.3
0・・・配m膜、 12.22・・・レジスト膜。 13.26・・・陽極酸化膜、 14・・・エツチングストッパ、 19.21・・・Nb膜、 2O−AfL−AlOx膜、 23・・・Nb2O5膜。 木・≧s% 1て、′釈 しご自丁嬶り コ第1図 に足朶薫l自J塚i口 第3図 (ユン (り) (C) 、VS L月のN(さ寿ビイ万]]毛か月S目第2図(
iの1) (d、) (I) (、f) 木殴叩を曾覚伊を克肯て 第2図(I2)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1の超伝導金属膜、トンネルバリア膜および第2の超
    伝導金属膜を順次、基板上に重ねて成膜する工程と、 形成すべきジョセフソン接合領域を除き、少なくとも前
    記第2の超伝導金属膜を陽極酸化して酸化膜にする工程
    と、 全面に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜をドライエッチングし、前記酸化膜をエッチ
    ングストッパとして前記ジョセフソン接合領域上に開口
    部を形成する工程と、 前記開口部を介して第3の超伝導金属膜にコンタクトす
    る第3の超伝導金属膜を形成する工程とを有することを
    特徴とするジョセフソン接合素子の製造方法。
JP61222405A 1986-09-19 1986-09-19 ジヨセフソン接合素子の製造方法 Expired - Lifetime JPH0634417B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04246871A (ja) * 1990-09-25 1992-09-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ジョセフソン集積回路の製造方法

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JPH04246871A (ja) * 1990-09-25 1992-09-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ジョセフソン集積回路の製造方法

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