JPS6394692A - 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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JPS6394692A
JPS6394692A JP61239096A JP23909686A JPS6394692A JP S6394692 A JPS6394692 A JP S6394692A JP 61239096 A JP61239096 A JP 61239096A JP 23909686 A JP23909686 A JP 23909686A JP S6394692 A JPS6394692 A JP S6394692A
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JP
Japan
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film
mask
resist
insulating film
sio2
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Pending
Application number
JP61239096A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Imamura
健 今村
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices
    • H10N60/12Josephson-effect devices

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (Jl要〕 本発明は対向電極りに設けられた絶縁膜を、複数の異な
るレジストパターンで複数回エツチング処理し、残った
絶縁膜パターンをマスクとして対向電極材料の超伝導金
属膜を陽極酸化して対向電極の寸法、すなわち接合領域
の寸法を決定することにより、極めて微細構造のジョセ
フソン接合素子を再現性よく、かつ容易に形成すること
をM r克とするものである。
〔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J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′上極材料は、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、
Nb N)に変わり、これにより素T−の安定性が飛躍
的に向丘している。特にNb/A又O!/Nb接合は電
気的特性も良好で 2積回路への応用が盛んに研究され
ている。しかし回路の集積度を上げるためには、1#L
m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〕
従来よりNb/Si/Nbのジョセフソン接合素子の製
造方法において、レジスト1模等をマスクとして対向電
極用のNb膜を陽極酸化することにより、対向電極の寸
法、従って接合領域の寸法を決定する方法が提案されて
いる。(特開昭57−109388)、なおこの方法は
Nb /A皇/Nbのジョセフソン接合素子を製造する
場合にも適用可能である。
第3図(a)〜(c)はその陽極酸化工程を説明する断
面図である。まずS、基板l上に基部電極用Nb膜2、
トンネルバリア膜用An−AnOx膜3.対向電極用N
b膜4を連続的に成膜し、レジスト膜5をマスクとして
Nh 1lQ4を陽極酸化してNb2O5の酸化膜6を
形成する。これにより対向電極7の寸法、すなわち接合
領域の寸法が定まる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところでNbW24が陽極酸化されと、Nb2O5又は
それに近い組成の酸化物になるので、Nb2O5膜の体
積は元のNb1lQの体積の約2.5倍になる。このた
め第4図(a)に示すように、陽極酸化時にレジスト膜
5の端が持ち上がってしまう、特に接合・を法が小さく
なり、例えば14m口程度になると、レジストパターン
の形成精度の悪化に加え、レジス[19の持ち上がりに
よる次のような影!が顕著になる。
(1)レジスト膜の端が持ち上がるとき、接合領域9の
寸法Bはレジストパターン8の寸法Aよりもかなり減少
する。この形容は寸法が小さいほど大きくなり、また特
に正方形パターンの角の部分で大きい。
(2)対向電極7の陽J4iNII化されていない部分
の寸法Cも小さくなる。この部分は後の工程で形成され
るNbf!I!、線とコンタクトする領域10であるか
ら、極端に小さくなるとNb配線と対向電極7との十分
な電気的接続は保証されないことになる。
(3)またレジスト膜5の密着が悪い場合(パターンが
小さくなるほど密着性が悪くなる。)、レジスト膜が剥
離して対向電極7も陽極酸化され、ジョセフソン接合が
できなくなる。
本発明はかかる従来の問題点に鑑みて創作されたもので
あり、極めて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使とする製造方法
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の原理を説明する図である。
第1図(a)は上面図で、D、Eはそれぞれ1回目、2
回目の絶縁膜加工用レジスト膜パターンを示し、第1図
(b)は該レジスト膜り。
Eを用いて絶縁膜を加工した後のジョセフソン接合梁f
の断面図を示している。なお11はS+、!Ji板、1
2はNb膜(基部電極)、13はA又−A交Ox膜(ト
ンネルバリア1模)、14はNb膜(対向電極)、15
は絶縁膜である。
〔作用〕
本発明の製造方法は、複数個の異なるレジスト膜パター
ンをマスクとして対向電極上の絶縁膜をそれぞれ複数回
加工する。これによりこれらレジスト膜により共通に被
覆された絶縁膜のみがほぼ予定寸法通りに形成される。
その後、この絶縁膜、すなわち5102膜15をマスク
としてNb膜14を陽極酸化すると、同様に予定寸法通
りの像細な対向電極が形成される。
〔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151
する。第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合
素子の製造工程を示す断面図(左方)と上面図(右方)
である。
(1)S+基板11上にNb膜12.A交−A見Ox1
浸13およびNbl模14を同一真空層内で順次、連続
成膜する9次いで絶縁膜としてs、o2膜15をスパッ
タ法により50−100 n m成膜する。このときN
b1flはdc又はrfマグネトロンスパッタで成膜し
、Nb1lQ12は200〜300nm、Nb膜14は
30 ” 100 n mの膜厚である。またAnはd
C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A文表面にA見Oxを形成する。
なお81基板11とNb膜12との間に、熱酸化膜、超
伝導接地面膜、絶縁膜又は抵抗等が形成されていてもよ
い(同図(a))。
(2)次にレジスト膜16をマスクとして5i02yA
15をRIE等で加工する(同図(b))、レジストパ
ターンの形状は任意であるが、図で示すように、長方形
の場合に本発明の効果がWJyiである0例えば所望の
接合形状が正方形である場合、その正方形の辺の長さく
例えば1.54m)を−辺とし、他の一辺はレジストの
パターニングが容易な長さく例えばioom)であるよ
うな長方形を用いる。加工はウェットエツチングでもよ
いが、RIEの方がより微細なパターンの形成が可f敞
である0反応ガスにはCHF3を用いる。
15mTorrのガス圧に対し”CSu?、Nbのエツ
チングレートはそれぞれ30,5nm/分であり、選択
比は十分とれる。
(3)次いで別のレジストパターン17をマスクとして
、再び5102膜15をRIE等で加工する(同図(C
))、今回のマスクパターンとしては、例えば前回のパ
ターンを90°回転させたもの(パターンE)を用いる
。これにより#1回エツチングされなかった部分の5t
OztN l 5の一部がエツチングされる。
なお1回目の510?膜のエツチングによりNb1lQ
14の一部は露出するから、2回目のエツチングにより
この露出しているNb1lQが多少エツチングされるが
、SiO?/ N bの選択比が大きいので、エツチン
グされる厚みはわずかであるし、Nb膜コミ14更に後
の工程で陽極酸化されて厚みが、戸2.s倍になるので
、エツチングされることによ5.る影テは少ない。
このようにして2回のRIB加工により正方形の部分の
みに5i02膜15が残る。この5i02膜15のパタ
ーンは、弔−のレジストをマスクとしてRIE加工した
場合に比べて正方形の角の部分に丸みがなく、従ってよ
り正確の正方形のパターンを形成することができる。特
に微細なパターン(例えば1.5gm口)の場合、弔−
レジストでは丸いパターンになってしまうのに対して、
本実施例方法によれば、はぼ正確に1.5gm0の51
02膜パターンを作成することができる。
(4)次に5i(b膜15をマスクとしてNb膜14を
全膜厚にわたって陽極酸化を行ない、陽極酸化膜18と
対向′心棒19とを形成する(同図(d))、 gS極
酸化はエチレングリコール+ホウ酸アンモニウム混合液
中で行なう、酸化膜厚は印加電圧で決定される。l■あ
たり0.9nmの膜厚のNbが消費され、2.3 n 
mノNb2O5rI!2が形成される。実施例ではNb
膜の全膜厚にわたって酸化するので、印加電圧は35〜
120Vである。
なおNb膜14だけでなくその下のAn−AnOxll
Q13やNb膜12の一部が酸化されてもよい。
このように本9.用の実施例によれば、Si0?1模1
5をマスクとして陽極酸化を行なうので、レジストを用
いる場合の変形やはがれ等の問題がなく、正確に接合寸
法を決定できる。
(5)次いで不図示の別のレジスト膜をマスクとしてR
IE法により陽極酸化膜18.A交−AnOxnOx膜
上3Nb膜12をエツチングしてパターニングを行なう
(同図(e))、このときの反応ガスは、それぞれCH
F3 、Ar 。
CF4 +5%02を用いる。
(6)次に層間絶縁膜として膜厚400〜500nmの
510211920をスパッタ法、cvn法等で形成す
る(同図(f))。
(7)次いで不図示のレジスト膜をマスクとしてRIE
加工よりコンタクトホール21を形成する0反応ガスと
してはCHF3 を用いるが、ガス圧が15mTorr
のとき、エツチングレートは、Slz 、 Mb205
. Nbに対しそれぞれ30,15゜5nm/分である
。このため14b205PAからなる陽極酸化1791
8はエッチングス)y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(同図
(g))。
(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19の表面の薄い酸化膜を除去した後に、膜
厚500〜800 n mのNbW2からなる配線膜2
2を形成した後にパターン加工する(同図(h))。
このように本発明の実施例によれば2回のレジストのパ
ターニングにより5102膜15の微細パターンを容易
に、かつ正確に形成することができ、また該S10?膜
15をマスクとして陽極酸化するので、従来のようなレ
ジスト膜のはがれや変形がなく、正確なす法の対向電極
19を形成することができる。
〔発IJIの効果〕
以上説明したように、本発明によれば絶縁膜をマスクと
して陽極酸化を行なうので、レジストをマスクとして用
いる場合のようなレジストの変形やはがれがなく、正確
のす法の接合を形成することができる。また絶縁膜パタ
ーン自体も複数回のエツチング1程で加[ニするので、
微細な寸法でも正確に形成可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のジョセフソン接合素子の製造方法の原
理を説明する図、 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
製造工程を説明する図、 第3図は従来例の製造方法を説明する図、第4図は従来
例の問題点を説明する図である。 (符号の説明) 1.11・・・51基板、 2.4,12.14・・・NblgI、3 、13− 
A l −A I Ox膜、5.16.17・・・レジ
スト膜、 6.18・・・陽極酸化膜、 7.19・・・対向電極、 8・・・レジストパターン、 9・・・接合領域、 lO・・・コンタクト領域、 20・・・5102膜、 21・・・コンタクトホール、 22・・・Nb配線膜。

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、 第2の超伝導金属膜および絶縁膜を順次、基板上に重ね
    て成膜する工程と、 前記絶縁膜を複数の異なるパターンのマスクを用いて複
    数回のエッチングを行ない、該パターンが部分的に重な
    り合っている領域のみを残すことにより特定のパターン
    の絶縁膜を形成する工程と、 該特定のパターンの絶縁膜をマスクとして陽極酸化する
    ことにより、少なくとも前記第2の超伝導金属膜を酸化
    膜に代え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。
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