JPS6380581A - ジヨセフソン素子の製法 - Google Patents
ジヨセフソン素子の製法Info
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Landscapes
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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。
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製造方法に関し、特に
パシベーションを施したジョセフソン接合素子の製造方
法に関する。
パシベーションを施したジョセフソン接合素子の製造方
法に関する。
（従来の技術）
一般に、集積回路チップの表面は、大気中の水蒸気や酸
素、各プロセスの雰囲気によって引き起こされる素子特
性の劣化を防ぐために、パシベーション層で被覆される
。特に、ジョセフソン集積回路では、その基本要素であ
るジョセフソン接合素子が数人〜数１０人の非常に薄い
トンネル障壁層を数１００ＯＡの多結晶金属でなる上下
電極ではさんだ構造であるため外部雰囲気の影響を受は
易く、パシベーションが不可欠である。
素、各プロセスの雰囲気によって引き起こされる素子特
性の劣化を防ぐために、パシベーション層で被覆される
。特に、ジョセフソン集積回路では、その基本要素であ
るジョセフソン接合素子が数人〜数１０人の非常に薄い
トンネル障壁層を数１００ＯＡの多結晶金属でなる上下
電極ではさんだ構造であるため外部雰囲気の影響を受は
易く、パシベーションが不可欠である。
従来例を第４図（ａ）〜（Ｏを用いて工程順に説明する
。まず、第４図（ａ）に示すように、基板４１上に下部
電極及び下部配線４２、トンネル障壁層４３、上部電極
４４の３層膜を形成する。下部電極及び下部配線４２、
上部電極４４は蒸着法やスパッタ法で被着した超伝導体
膜である。トンネル障壁層４３は下部電極及び下部配線
４２表面を熱やプラズマにより酸化するか、絶縁膜など
を被着して形成する。上記３層膜４２、４３．４４のパ
ターニングは通常のりソグラフイ技術とエツチング法や
リフトオフ法などの加工技術を用いて行う。次に第４図
（ｂ）に示すように、上部電極４４上の接合部となる場
所にエツチングマスク４５を形成し、反応性イオンエツ
チング法やイオンミリング法により上部電極４４をパタ
ーニングして接合部を規定する。次に第４図（Ｃ）に示
すように、エツチングマスク４５を残したままスペーサ
層を蒸着する。エツチングマスクをリフトオフして第４
図（ｄ）に示すような構造を得た後、上部電極４４表面
をスパッタクリーニングし、第４図（ｅ）に示すように
上部電極４４と同様な方法で上部配線４７を被着、パタ
ーニングする。このパターニングの際、上部配線４７は
大気にさらされたり、リソグラフィの各処理を経るため
表面に汚染層４８が形成される。最後に上部配線４７を
覆うようにパシベーション層４９を被着、パターニング
してジョセフソン接合素子は完成する。ただし、接合の
上層にさらに他の機能を追加する場合にはパシベーショ
ン層４９はスペーサ層となる。ここでは、従来例として
接合部の規定にエツチング法を用いたジョセフソン接合
素子の製造方法を述べたが、リフトオフ法を用いた場合
についても本発明の利用分野であるパシベーション技術
に関しては同様である。
。まず、第４図（ａ）に示すように、基板４１上に下部
電極及び下部配線４２、トンネル障壁層４３、上部電極
４４の３層膜を形成する。下部電極及び下部配線４２、
上部電極４４は蒸着法やスパッタ法で被着した超伝導体
膜である。トンネル障壁層４３は下部電極及び下部配線
４２表面を熱やプラズマにより酸化するか、絶縁膜など
を被着して形成する。上記３層膜４２、４３．４４のパ
ターニングは通常のりソグラフイ技術とエツチング法や
リフトオフ法などの加工技術を用いて行う。次に第４図
（ｂ）に示すように、上部電極４４上の接合部となる場
所にエツチングマスク４５を形成し、反応性イオンエツ
チング法やイオンミリング法により上部電極４４をパタ
ーニングして接合部を規定する。次に第４図（Ｃ）に示
すように、エツチングマスク４５を残したままスペーサ
層を蒸着する。エツチングマスクをリフトオフして第４
図（ｄ）に示すような構造を得た後、上部電極４４表面
をスパッタクリーニングし、第４図（ｅ）に示すように
上部電極４４と同様な方法で上部配線４７を被着、パタ
ーニングする。このパターニングの際、上部配線４７は
大気にさらされたり、リソグラフィの各処理を経るため
表面に汚染層４８が形成される。最後に上部配線４７を
覆うようにパシベーション層４９を被着、パターニング
してジョセフソン接合素子は完成する。ただし、接合の
上層にさらに他の機能を追加する場合にはパシベーショ
ン層４９はスペーサ層となる。ここでは、従来例として
接合部の規定にエツチング法を用いたジョセフソン接合
素子の製造方法を述べたが、リフトオフ法を用いた場合
についても本発明の利用分野であるパシベーション技術
に関しては同様である。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の方法では、第４図（Ｏに示したようにパシベーシ
ョン層４９は上部配線４７表面に大気への露出やりソゲ
ラフイエ程で形成された汚染層４８を残したまま形成さ
れる。そのため、汚染層を構成している酸素や水分が経
時的に、あるいは比較的高温を必要とする後工程で上部
配線４７や上部電極４４を通ってトンネル障壁層４３の
近傍まで拡散し、その結果接合特性が劣化したり、接合
電流が低下するという問題を生じる。特に、ジョセフソ
ン接合素子の上部電極弱や上部配線４７は室温程度の低
い基板温度で形成された多結晶金属であるため、上部配
線４７表面の不純物が結晶粒界を通して拡散し易く、し
かもトンネル障壁層は数人〜数１０人と非常に薄いため
その接合特性に及ぼす影響は深刻である。
ョン層４９は上部配線４７表面に大気への露出やりソゲ
ラフイエ程で形成された汚染層４８を残したまま形成さ
れる。そのため、汚染層を構成している酸素や水分が経
時的に、あるいは比較的高温を必要とする後工程で上部
配線４７や上部電極４４を通ってトンネル障壁層４３の
近傍まで拡散し、その結果接合特性が劣化したり、接合
電流が低下するという問題を生じる。特に、ジョセフソ
ン接合素子の上部電極弱や上部配線４７は室温程度の低
い基板温度で形成された多結晶金属であるため、上部配
線４７表面の不純物が結晶粒界を通して拡散し易く、し
かもトンネル障壁層は数人〜数１０人と非常に薄いため
その接合特性に及ぼす影響は深刻である。
本発明の目的は、このような従来の欠点を取り除いたジ
ョセフソン接合素子の製造方法を提供することにある。
ョセフソン接合素子の製造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）
本発明によれば、下部電極と、この下部電極上に形成さ
れたトンネル障壁層と、このトンネル障壁層を介して前
記下部電極と対向して形成された上部電極と、この上部
電極上に電気接触を伴って形成された上部配線とを有す
るジョセフソン接合素子の製造方法において、前記上部
配線の形成に引き続き、この上部配線表面の汚染層を除
去した後、前記上部配線をパシベーション層で被覆する
ことを特徴とするジョセフソン接合素子の製造方法が得
られる。
れたトンネル障壁層と、このトンネル障壁層を介して前
記下部電極と対向して形成された上部電極と、この上部
電極上に電気接触を伴って形成された上部配線とを有す
るジョセフソン接合素子の製造方法において、前記上部
配線の形成に引き続き、この上部配線表面の汚染層を除
去した後、前記上部配線をパシベーション層で被覆する
ことを特徴とするジョセフソン接合素子の製造方法が得
られる。
（作用）
本発明では、上部配線は、被着後大気中にさらされたり
、パターニングされる工程で形成される表面の汚染層が
除去された後、パシベーション層で被覆保護される。そ
のため、汚染層を構成している酸素や水分がトンネル障
壁層近傍まで拡散し、接合特性を劣化させるという開門
がない。
、パターニングされる工程で形成される表面の汚染層が
除去された後、パシベーション層で被覆保護される。そ
のため、汚染層を構成している酸素や水分がトンネル障
壁層近傍まで拡散し、接合特性を劣化させるという開門
がない。
（実施例）
本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１図（ａ）に示すように基板１１上に下部電極
及び下部配線１２、トンネル障壁層１３、上部電極１４
の３層膜を形成する。下部電極及び下部配線１２、上部
電極１４は蒸着法やスパッタ法で被着されたニオブ（Ｎ
ｂ）や鉛（Ｐｂ）など超伝導体膜である。トンネル障壁
層１３は下部電極及び下部配線１２の表面を熱やプラズ
マにより酸化するか、アルミニウム（Ａｌ）やシリコン
（Ｓｉ）などでなる数１０人の金属膜や半導体膜を被着
した後、表面を酸化して形成する。上記３層膜のパター
ニングは通常のりソグラフィ技術と加工技術を用いて行
う。次に、第１図（ｂ）に示すように、上部電極１４上
の接合部となる場所にエツチングマスク１５を形成し、
反応性イオンエツチング法やイオンミリング法により上
部電極１４をパターニングして接合部を規定する。次に
、第１図（ｃ）に示すように、エツチングマスク１５を
残したまま一酸化硅素（Ｓｉｎ）などでなるスペーサ層
１６を蒸着する。エツチングマスク１５をリフトオフし
て第１図（ｄ）に示すような構造を形成した後、上部電
極１４表面をスパッタクリーニングし、第１図（ｅ）に
示すように上部電極１４と同様な成膜法及びパターニン
グ法で上部配線１７を形成する。この際、上部配線１７
は大気にさらされ、リソグラフィ工程を経るため表面に
酸素や水分を吸着した数１０人の汚染層１８が形成され
る。この汚染層１８をアルゴン（Ａｒ）雰囲気中でスパ
ッタクリーニング除去して第１図（Ｏに示すような構造
にした後、真空を保持したまま二酸化硅素（Ｓｉ０２）
などでなるパシベーション層１９をスパッタ法などで被
着し第１図（ｇ）に示すような構造とする。
及び下部配線１２、トンネル障壁層１３、上部電極１４
の３層膜を形成する。下部電極及び下部配線１２、上部
電極１４は蒸着法やスパッタ法で被着されたニオブ（Ｎ
ｂ）や鉛（Ｐｂ）など超伝導体膜である。トンネル障壁
層１３は下部電極及び下部配線１２の表面を熱やプラズ
マにより酸化するか、アルミニウム（Ａｌ）やシリコン
（Ｓｉ）などでなる数１０人の金属膜や半導体膜を被着
した後、表面を酸化して形成する。上記３層膜のパター
ニングは通常のりソグラフィ技術と加工技術を用いて行
う。次に、第１図（ｂ）に示すように、上部電極１４上
の接合部となる場所にエツチングマスク１５を形成し、
反応性イオンエツチング法やイオンミリング法により上
部電極１４をパターニングして接合部を規定する。次に
、第１図（ｃ）に示すように、エツチングマスク１５を
残したまま一酸化硅素（Ｓｉｎ）などでなるスペーサ層
１６を蒸着する。エツチングマスク１５をリフトオフし
て第１図（ｄ）に示すような構造を形成した後、上部電
極１４表面をスパッタクリーニングし、第１図（ｅ）に
示すように上部電極１４と同様な成膜法及びパターニン
グ法で上部配線１７を形成する。この際、上部配線１７
は大気にさらされ、リソグラフィ工程を経るため表面に
酸素や水分を吸着した数１０人の汚染層１８が形成され
る。この汚染層１８をアルゴン（Ａｒ）雰囲気中でスパ
ッタクリーニング除去して第１図（Ｏに示すような構造
にした後、真空を保持したまま二酸化硅素（Ｓｉ０２）
などでなるパシベーション層１９をスパッタ法などで被
着し第１図（ｇ）に示すような構造とする。
上部配線１７表面に形成された汚染層１８の接合界面に
及ぼす影響を調べた結果を示す。−例として、Ｎｂ（２
０００人）／Ｎｂ２０５（〜２０人）／Ｐｂ（１５００
人）接合における熱処理前後のオージェ深さ方向プロフ
ィルを第２図（ａ）、 （ｂ）、第３図（ａ）、 （ｂ
）に示す。第２図（ａ）、（ｂ）は接合を形成した後、
−度大気に露出してｐｂ裏表面汚染層を形成してから、
２ Ｘ １Ｏ−８Ｔｏｒｒ以上の高真空中での熱処理の
効果を調べた結果であり、第３図（ａ）。
及ぼす影響を調べた結果を示す。−例として、Ｎｂ（２
０００人）／Ｎｂ２０５（〜２０人）／Ｐｂ（１５００
人）接合における熱処理前後のオージェ深さ方向プロフ
ィルを第２図（ａ）、 （ｂ）、第３図（ａ）、 （ｂ
）に示す。第２図（ａ）、（ｂ）は接合を形成した後、
−度大気に露出してｐｂ裏表面汚染層を形成してから、
２ Ｘ １Ｏ−８Ｔｏｒｒ以上の高真空中での熱処理の
効果を調べた結果であり、第３図（ａ）。
（ｂ）は第２図（ａ）、 （ｂ）と同様に形成された汚
染層をＡｒスパッタクリーニングで完全に除去した後、
高真空中での熱処理の効果を調べた結果である。熱処理
は汚染層を構成する不純物の接合界面に及ぼす影響を加
速試験する目的で行った。熱処理条件は２１０°Ｃ１１
時間である。第２図（ａ）に示すようにＰｂ表面に酸素
を主とする汚染層が存在する場合には、第２図（ｂ）に
示すように熱処理によって酸素が接合界面まで拡散しト
ンネル障壁層の膜厚を増加させる。
染層をＡｒスパッタクリーニングで完全に除去した後、
高真空中での熱処理の効果を調べた結果である。熱処理
は汚染層を構成する不純物の接合界面に及ぼす影響を加
速試験する目的で行った。熱処理条件は２１０°Ｃ１１
時間である。第２図（ａ）に示すようにＰｂ表面に酸素
を主とする汚染層が存在する場合には、第２図（ｂ）に
示すように熱処理によって酸素が接合界面まで拡散しト
ンネル障壁層の膜厚を増加させる。
また、Ｘ線励起光電子分光測定からＮｂ／Ｎｂ２Ｏ５界
面では、ＮｂＯ，ＮｂＯ２といった低級酸化物による遷
移領域が増加することも確がめられている。一方、第３
図（ａ）に示すように、ｐｂ裏表面汚染層゛が存在しな
い場合には、第３図（ｂ）に示すように、トンネル障壁
層の膜厚の増加はない。また、Ｎｂ／Ｎｂ２Ｏ５界面で
も低級酸化物の増加は第２図（ｂ）の場合はど著しくは
ない。以上の結果から明らかなように、上部配線の表面
に汚染がない場合には、トンネル障壁層の膜厚の増加に
よる接合電流の減少や、遷移領域の増加による接合特性
の劣化という問題がない。ここでは、Ｎｂ／Ｎｂ２Ｏ５
／Ｐｂ接合について述べたが、他の接合に対しても同様
なことが言える。また、パシベーション層に金属や半導
体の酸化物や窒化物などの化合物を用いる場合には、酸
素や窒素などの一原子当たりの生成エネルぎ−がパシベ
ーション層と接した上部配線を構成する金属の同反応に
対する生成エネルギーより小さい化合物を選べば、パシ
ベーション層からトンネル障壁層への酸素や窒素などの
拡散防止にも効果的である。
面では、ＮｂＯ，ＮｂＯ２といった低級酸化物による遷
移領域が増加することも確がめられている。一方、第３
図（ａ）に示すように、ｐｂ裏表面汚染層゛が存在しな
い場合には、第３図（ｂ）に示すように、トンネル障壁
層の膜厚の増加はない。また、Ｎｂ／Ｎｂ２Ｏ５界面で
も低級酸化物の増加は第２図（ｂ）の場合はど著しくは
ない。以上の結果から明らかなように、上部配線の表面
に汚染がない場合には、トンネル障壁層の膜厚の増加に
よる接合電流の減少や、遷移領域の増加による接合特性
の劣化という問題がない。ここでは、Ｎｂ／Ｎｂ２Ｏ５
／Ｐｂ接合について述べたが、他の接合に対しても同様
なことが言える。また、パシベーション層に金属や半導
体の酸化物や窒化物などの化合物を用いる場合には、酸
素や窒素などの一原子当たりの生成エネルぎ−がパシベ
ーション層と接した上部配線を構成する金属の同反応に
対する生成エネルギーより小さい化合物を選べば、パシ
ベーション層からトンネル障壁層への酸素や窒素などの
拡散防止にも効果的である。
本実施例では接合部の規定にエツチング法を用いたジョ
セフソン接合素子の製造方法を述べたが、リフトオフ法
を用いた場合についてもパシベーション技術は同じであ
り、同様な効果が得られる。
セフソン接合素子の製造方法を述べたが、リフトオフ法
を用いた場合についてもパシベーション技術は同じであ
り、同様な効果が得られる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば、上部配線は表面の
汚染層が除去された後、パシベーション層まで被覆保護
されるため、汚染層を構成している酸素や水分が接合界
面まで拡散し接合特性を劣化させるという問題がなく、
経時的あるいは熱的に安定で信頼性の高いジョセフソン
接合素子を製造することができる。
汚染層が除去された後、パシベーション層まで被覆保護
されるため、汚染層を構成している酸素や水分が接合界
面まで拡散し接合特性を劣化させるという問題がなく、
経時的あるいは熱的に安定で信頼性の高いジョセフソン
接合素子を製造することができる。
第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明のジョセフソン接合素子
の製造方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）、 （
ｂ）、第３図（ａ）、 （ｂ）はそれぞれ接合表面に汚
染層が存在する場合、および存在しない場合のＮｂ／Ｎ
ｂ２Ｏ５／Ｐｂ接合における熱処理前後のオージェ深さ
方向プロフィルを示す図、第４図（ａ）〜（Ｏは従来の
ジョセフソン接合素子を示す断面図である。 図において、１１．４１は基板、１２．４２は下部電極
及び下部配線、１３．４３はトンネル障壁層、１４．４
４は上部電極、１５．４５はエツチングマスク、１６．
４６はスペーサ層、１７．４７は上部配線、１８．４８
は汚染層、１９゜４９はパシベーション層である。
の製造方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）、 （
ｂ）、第３図（ａ）、 （ｂ）はそれぞれ接合表面に汚
染層が存在する場合、および存在しない場合のＮｂ／Ｎ
ｂ２Ｏ５／Ｐｂ接合における熱処理前後のオージェ深さ
方向プロフィルを示す図、第４図（ａ）〜（Ｏは従来の
ジョセフソン接合素子を示す断面図である。 図において、１１．４１は基板、１２．４２は下部電極
及び下部配線、１３．４３はトンネル障壁層、１４．４
４は上部電極、１５．４５はエツチングマスク、１６．
４６はスペーサ層、１７．４７は上部配線、１８．４８
は汚染層、１９゜４９はパシベーション層である。
Claims (1)
- 下部電極と、この下部電極上に形成されたトンネル障壁
層と、このトンネル障壁層を介して前記下部電極と対向
して形成された上部電極と、この上部電極上に電気接触
を伴って形成された上部配線とを有するジョセフソン素
子の製法において、前記上部配線の形成に引き続き、こ
の上部配線表面の汚染層を除去した後、前記上部配線を
パシベーション層で被覆することを特徴とするジョセフ
ソン素子の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61224795A JPS6380581A (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | ジヨセフソン素子の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61224795A JPS6380581A (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | ジヨセフソン素子の製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6380581A true JPS6380581A (ja) | 1988-04-11 |
Family
ID=16819320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61224795A Pending JPS6380581A (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | ジヨセフソン素子の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6380581A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5961975A (ja) * | 1982-10-01 | 1984-04-09 | Hitachi Ltd | ジヨセフソン素子とその製造方法 |
-
1986
- 1986-09-25 JP JP61224795A patent/JPS6380581A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5961975A (ja) * | 1982-10-01 | 1984-04-09 | Hitachi Ltd | ジヨセフソン素子とその製造方法 |
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