JPS6167975A - 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Info
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- JPS6167975A JPS6167975A JP59188917A JP18891784A JPS6167975A JP S6167975 A JPS6167975 A JP S6167975A JP 59188917 A JP59188917 A JP 59188917A JP 18891784 A JP18891784 A JP 18891784A JP S6167975 A JPS6167975 A JP S6167975A
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- Japan
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- tunnel barrier
- electrode
- barrier layer
- superconductor electrode
- superconductor
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- 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】
本発明はジョセフソン接合素子の製造方法に関し、さら
に詳しくは高品質で微細な接合が得られるジョセフソン
接合素子の製造方法に関するものである。
に詳しくは高品質で微細な接合が得られるジョセフソン
接合素子の製造方法に関するものである。
（従来技術の問題点）
ジョセフソン接合素子で構成される論理回路や記憶回路
には、接合特性が優れ、この特性の各部（Ｎｂ）または
Ｎｂ化合物を、第２の超伝導体電極に鉛（ｐｂ）またＩ
ｆｉＰｂ合金を用いたものが注目されている。しかしな
がら、従来Ｐｂ系材料の適切なパターニング技術がなか
っ念几めに、Ｎｂ系／酸化物ＺＰｂ系接合のトンネル障
壁部を規定する技術はりフトオフ法に限られていた。
には、接合特性が優れ、この特性の各部（Ｎｂ）または
Ｎｂ化合物を、第２の超伝導体電極に鉛（ｐｂ）またＩ
ｆｉＰｂ合金を用いたものが注目されている。しかしな
がら、従来Ｐｂ系材料の適切なパターニング技術がなか
っ念几めに、Ｎｂ系／酸化物ＺＰｂ系接合のトンネル障
壁部を規定する技術はりフトオフ法に限られていた。
従来例どして、アール・エフ・プルーム（Ｒ，Ｆ。
Ｂｒｏｏｍ）等によって１９８０年１０月に発表された
アイ・イーｅイーーイー参トランズアクションズ・オン
・エレクトロン・デバイシーズ（ＩＥＢＥ ’１ｒａｎ
ｓａｅｔｉｏｎｓｏｎ ＥＩｅｃｔｒｏｒ＋ Ｄｅｖｉ
ｃｅｓ）の第ＲＤ−２７巻第１０号１９９８〜２００８
頁の論文などがある。この方法を第３図（、）〜（ｄ）
を用いて工程順に説明する。第３図（ａｌに示すように
、絶縁体基板あるいは表面に絶縁体層を有する基板３１
上に、蒸着法やスパッタ法によりＮｂから々る第１の超
伝導体電極３２を形成する。第１の超伝導体電極のパタ
ーニングは通常のホトレジスト工程を用いたエツチング
法やリフトオフ法で行なう。次に第３図（ｂｌに示すよ
うに第１の超伝導体電極３２上のトンネル障壁部となる
部分にアンダーカット形状のレジストマスク３３を形成
し、第３図（ｃｌに示すように基板表面に蒸着、法で一
酸化ケイ素（８ｉｏ）から々る絶縁体層３４を被着し、
引き続きリフトオフすると第３図（ｄｌに示すような開
口部をもつトンネル障壁部が形成される。この方法では
、トンネル障壁部がこの形成過程で直接大気にさらされ
ｆ：、す、レジスト処理を受けること（（より汚染され
る。しかも、トンネル障壁を形成する際にはこの汚染Ｍ
を除去するためにスパッタクリーニングが必要であるが
、トンネル障壁部はこの処理によってイオンダメージを
受けたり、絶縁体層３４からのスパッタ物により汚染さ
れたりする。アンダーカット形状のレジストマスク３３
け通常のホトレジスト工程に加え、露光前にクロロベン
ゼンなどの有機溶剤に浸すことによって得られるが、マ
スク形状はレジストのプリベーク条件や有機溶剤の液温
、ディップ時間などの影響を受けやすい。特に、トンネ
ル障壁部の有効面積を規定するレジストマスク３３下部
の寸法を精度よく得ることは非常に難しい。
アイ・イーｅイーーイー参トランズアクションズ・オン
・エレクトロン・デバイシーズ（ＩＥＢＥ ’１ｒａｎ
ｓａｅｔｉｏｎｓｏｎ ＥＩｅｃｔｒｏｒ＋ Ｄｅｖｉ
ｃｅｓ）の第ＲＤ−２７巻第１０号１９９８〜２００８
頁の論文などがある。この方法を第３図（、）〜（ｄ）
を用いて工程順に説明する。第３図（ａｌに示すように
、絶縁体基板あるいは表面に絶縁体層を有する基板３１
上に、蒸着法やスパッタ法によりＮｂから々る第１の超
伝導体電極３２を形成する。第１の超伝導体電極のパタ
ーニングは通常のホトレジスト工程を用いたエツチング
法やリフトオフ法で行なう。次に第３図（ｂｌに示すよ
うに第１の超伝導体電極３２上のトンネル障壁部となる
部分にアンダーカット形状のレジストマスク３３を形成
し、第３図（ｃｌに示すように基板表面に蒸着、法で一
酸化ケイ素（８ｉｏ）から々る絶縁体層３４を被着し、
引き続きリフトオフすると第３図（ｄｌに示すような開
口部をもつトンネル障壁部が形成される。この方法では
、トンネル障壁部がこの形成過程で直接大気にさらされ
ｆ：、す、レジスト処理を受けること（（より汚染され
る。しかも、トンネル障壁を形成する際にはこの汚染Ｍ
を除去するためにスパッタクリーニングが必要であるが
、トンネル障壁部はこの処理によってイオンダメージを
受けたり、絶縁体層３４からのスパッタ物により汚染さ
れたりする。アンダーカット形状のレジストマスク３３
け通常のホトレジスト工程に加え、露光前にクロロベン
ゼンなどの有機溶剤に浸すことによって得られるが、マ
スク形状はレジストのプリベーク条件や有機溶剤の液温
、ディップ時間などの影響を受けやすい。特に、トンネ
ル障壁部の有効面積を規定するレジストマスク３３下部
の寸法を精度よく得ることは非常に難しい。
（発明の目的）
本発明は、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。
ソン接合素子の製造方法を提供することにある。
（発明の構成）
本発明によれば、基板上ＫＮｂま念はＮｂ化合物からな
る第１の超伝導体電極とこの第１の超伝導に電極の一表
面上のトンネル障壁層、およびこのトンネル障壁Ｍを介
して前記第１の超伝導体電極層対向するＰｂまたＶｉＰ
ｂ合金からなる第２の超伝導体電極を有するジョセフソ
ン接合素子の製造方法において、基板上に第１の超伝導
体電極、この第１の超伝導体電極上にトンネル障壁層、
このトンネル障壁上に第２の超伝導体電極を連続形成す
る工程、前記第２の超伝導体電極上のトンネル障壁部と
なる場所にエツチングマスクを形成し、Ａｒと０．との
混合ガスを用いたイオンエツチング法により前記第２の
超伝導体電極の前記エツチングマスク以外の箇所を完全
にエツチングしてトンネル障壁部を規定する工程を含む
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。
る第１の超伝導体電極とこの第１の超伝導に電極の一表
面上のトンネル障壁層、およびこのトンネル障壁Ｍを介
して前記第１の超伝導体電極層対向するＰｂまたＶｉＰ
ｂ合金からなる第２の超伝導体電極を有するジョセフソ
ン接合素子の製造方法において、基板上に第１の超伝導
体電極、この第１の超伝導体電極上にトンネル障壁層、
このトンネル障壁上に第２の超伝導体電極を連続形成す
る工程、前記第２の超伝導体電極上のトンネル障壁部と
なる場所にエツチングマスクを形成し、Ａｒと０．との
混合ガスを用いたイオンエツチング法により前記第２の
超伝導体電極の前記エツチングマスク以外の箇所を完全
にエツチングしてトンネル障壁部を規定する工程を含む
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。
（構成の詳細な砦、明）
以下本発明の基本プロセスについて図面を用いて説明す
る。
る。
第１図（ａｌに示すように、絶縁体基板あるいは表面に
絶縁体層を有する基板１１上に、ＮｂまたはＮｂ化合物
からなる第１の超伝導体電極１２、トンネル障壁層１３
、ＰｂまたけＰｂ合金から々る第２の超伝導体電極１４
０３層膜を形成する。第１の超伝導体重ｒｉ１２および
第２の超伝導体電極１４は蒸着法やスパッタ法で被着す
る。トンネル障壁層１３け第１の超伝導体電極１２表面
を熱酸化やプシズマ酸化するか、絶縁体膜などを被着し
て形成する。上記３層膜１２，１３．１４のバターニン
グは通常のホトレジスト工程を用いたエツチング法やリ
フトオフ法で行彦う。次に、第１図（ｂ）に示すように
第２の超伝導体電極１４上のトンネル障壁部となる場所
にレジストマスク１５を形成した後、Ａｒ、！：０２の
混合ガスを用いたイオンエツチング法で第２の超伝導体
電極１４のエツチングマスク１５以外の箇所を完全にエ
ツチング除去し、第１図（Ｃ）に示すようなトンネル障
壁部を形成する。ここで、エツチングガスにＡｒと０．
の混合ガスを用いるのは、ＰｂのＮｂ、 ８：Ｏｔに対
する大きなエッチング選択比を得るためである。すなわ
ち、第２の超伝導体電極１４（Ｐｂ）のオーバーエツチ
ングで下地の第１の超伝導体電極１２（Ｎｂ）がトンネ
ル障壁層１３、第２の超伝導体電極１４に再付着して生
じる第１．第２の超伝導体電極１３．１４間のショート
を防ぎ、基板１１上の絶縁体層の膜厚を保持する念めで
ある。第２図にイオンエツチングにおけるエツチング速
度と０□分圧の関係を示す。０２分圧の増加に伴ない、
ＮｂとＳｔｏｗのエツチング速度が減少し、Ｐｂのエツ
チング速度はほとんど変化し添加することによりさらに
大＠に改善される。Ｏｌの添加効果Ｆｉ５ Ｘ １０−
’ Ｔｏｒｒ以上の０２分圧で特に顕著となる。一方、
０２分圧が増加するとレジスト（ＡＺ１３５０Ｊ）のエ
ツチング速度比は減少するが、この値は適切な０７分圧
以下であれば高精度のバター／転写を行々うのに充分で
あろう第２図は超伝導体材料としてＮｂ 、 Ｐｂを用
いた場合の結果であるが、それぞれＮｂ化合物、Ｐｂ合
金でも同様々結果が得られる。また、この方法では再現
性の良い矩形、のレジストマスクが利用できること、異
方性の強いエツチングができることから、高寸法精度の
微細加工が可能である。さらに、第１の超伝導体電極１
２、トンネル障壁層１３、第２の超伝導体１４の３層膜
を連続形成した後忙トンネル障壁部を規定するため、第
３図に示した従来法で問題となる大気中露出、レジスト
処理、スパッタクリーニングに依る汚染がない。
絶縁体層を有する基板１１上に、ＮｂまたはＮｂ化合物
からなる第１の超伝導体電極１２、トンネル障壁層１３
、ＰｂまたけＰｂ合金から々る第２の超伝導体電極１４
０３層膜を形成する。第１の超伝導体重ｒｉ１２および
第２の超伝導体電極１４は蒸着法やスパッタ法で被着す
る。トンネル障壁層１３け第１の超伝導体電極１２表面
を熱酸化やプシズマ酸化するか、絶縁体膜などを被着し
て形成する。上記３層膜１２，１３．１４のバターニン
グは通常のホトレジスト工程を用いたエツチング法やリ
フトオフ法で行彦う。次に、第１図（ｂ）に示すように
第２の超伝導体電極１４上のトンネル障壁部となる場所
にレジストマスク１５を形成した後、Ａｒ、！：０２の
混合ガスを用いたイオンエツチング法で第２の超伝導体
電極１４のエツチングマスク１５以外の箇所を完全にエ
ツチング除去し、第１図（Ｃ）に示すようなトンネル障
壁部を形成する。ここで、エツチングガスにＡｒと０．
の混合ガスを用いるのは、ＰｂのＮｂ、 ８：Ｏｔに対
する大きなエッチング選択比を得るためである。すなわ
ち、第２の超伝導体電極１４（Ｐｂ）のオーバーエツチ
ングで下地の第１の超伝導体電極１２（Ｎｂ）がトンネ
ル障壁層１３、第２の超伝導体電極１４に再付着して生
じる第１．第２の超伝導体電極１３．１４間のショート
を防ぎ、基板１１上の絶縁体層の膜厚を保持する念めで
ある。第２図にイオンエツチングにおけるエツチング速
度と０□分圧の関係を示す。０２分圧の増加に伴ない、
ＮｂとＳｔｏｗのエツチング速度が減少し、Ｐｂのエツ
チング速度はほとんど変化し添加することによりさらに
大＠に改善される。Ｏｌの添加効果Ｆｉ５ Ｘ １０−
’ Ｔｏｒｒ以上の０２分圧で特に顕著となる。一方、
０２分圧が増加するとレジスト（ＡＺ１３５０Ｊ）のエ
ツチング速度比は減少するが、この値は適切な０７分圧
以下であれば高精度のバター／転写を行々うのに充分で
あろう第２図は超伝導体材料としてＮｂ 、 Ｐｂを用
いた場合の結果であるが、それぞれＮｂ化合物、Ｐｂ合
金でも同様々結果が得られる。また、この方法では再現
性の良い矩形、のレジストマスクが利用できること、異
方性の強いエツチングができることから、高寸法精度の
微細加工が可能である。さらに、第１の超伝導体電極１
２、トンネル障壁層１３、第２の超伝導体１４の３層膜
を連続形成した後忙トンネル障壁部を規定するため、第
３図に示した従来法で問題となる大気中露出、レジスト
処理、スパッタクリーニングに依る汚染がない。
（実施例）
次に本発明の一実施例を示す。
表面を熱酸化８１０．で被覆したシリコン（Ｓｉ）基板
上に、電子ビーム蒸着法により基板温度３００℃でＮｂ
膜２０００Ｘを被着する。引き続き、同一装置内でＯ２
を導入し、予め設定した圧力で一定時間放置してＮｂ膜
表面上に数１０大の熱酸化膜を形成する。この後、連続
して室温でｐｂ膜１５００Ｘを蒸着する。この膜上に、
ＡＺ１３５０Ｊを用いた通常を連続エツチングして第１
の超伝導体電極パターンを形成する。次に、上記３層膜
上のトンネル障壁部と彦る場所にレジストマスクをバタ
ーニングした後、Ａｒと０２との混合ガスを用いたイオ
ンエツチング法でＰｂ膜を完全に除去し、第２の超伝導
体電極パターンを形成する。エツチング条件は、０□圧
力３×１０づＴｏ ｒ ｒ 、全圧力２Ｘ１０−’ Ｔ
ａｒｔ、加速電圧５００Ｖ、電流密度０．８ ｍＡｌｃ
ｒｄである。実際にジョセフソン接合素子を形成する場
合は引き続き、基板上に２０００Ｘの８ｉ０ｉ蒸着し、
レジストマスクをアセトン中の超音波洗浄でり７トオフ
する。
上に、電子ビーム蒸着法により基板温度３００℃でＮｂ
膜２０００Ｘを被着する。引き続き、同一装置内でＯ２
を導入し、予め設定した圧力で一定時間放置してＮｂ膜
表面上に数１０大の熱酸化膜を形成する。この後、連続
して室温でｐｂ膜１５００Ｘを蒸着する。この膜上に、
ＡＺ１３５０Ｊを用いた通常を連続エツチングして第１
の超伝導体電極パターンを形成する。次に、上記３層膜
上のトンネル障壁部と彦る場所にレジストマスクをバタ
ーニングした後、Ａｒと０２との混合ガスを用いたイオ
ンエツチング法でＰｂ膜を完全に除去し、第２の超伝導
体電極パターンを形成する。エツチング条件は、０□圧
力３×１０づＴｏ ｒ ｒ 、全圧力２Ｘ１０−’ Ｔ
ａｒｔ、加速電圧５００Ｖ、電流密度０．８ ｍＡｌｃ
ｒｄである。実際にジョセフソン接合素子を形成する場
合は引き続き、基板上に２０００Ｘの８ｉ０ｉ蒸着し、
レジストマスクをアセトン中の超音波洗浄でり７トオフ
する。
さらに、基板表面をＡｒでスパッタクリーニングし。
た後、第２の超伝導体電標パターン形成と同様な方法で
３ｏｏｏＸのＰｂ膜からがる上部配線を形成する。第２
の超伝導体電極をバターニングしてトンネル障壁部を規
定する際、ＰｂのＡＺ１３５０Ｊに対するエツチング速
度比は６と太き（，０，１１１ｙｎ以下の高精度のパタ
ーン転写が可能であう念。また、ＰｂのＮｂ、５ｉ０２
に対するエツチング速度比はそれぞれ５２．１５で、は
ぼ完全なｐｂの選択エッチ柵グを行なうことができた。
３ｏｏｏＸのＰｂ膜からがる上部配線を形成する。第２
の超伝導体電極をバターニングしてトンネル障壁部を規
定する際、ＰｂのＡＺ１３５０Ｊに対するエツチング速
度比は６と太き（，０，１１１ｙｎ以下の高精度のパタ
ーン転写が可能であう念。また、ＰｂのＮｂ、５ｉ０２
に対するエツチング速度比はそれぞれ５２．１５で、は
ぼ完全なｐｂの選択エッチ柵グを行なうことができた。
トンネル障壁層を介し木型極間のショートは全く認めら
れず、非常に良との接合特性が得られた。
れず、非常に良との接合特性が得られた。
′一本実施例では、第１の超伝導体電極としてＮｂを、
第２および第３の超伝導体電極としてＰｂｆ、用いた場
合について説明したが、それぞれＮｂ（ヒ合物、Ｐｂ合
金でも同様々結果が得られる。第３の超伝導体電極には
ＮｈあるいはＮｂ化合物を用いることもできる。また、
トンネル障壁層には第１の超伝導体電極表面の酸化層以
外に、被着により形成した絶縁体層を、トンネル障壁層
を酸化する場合罠は金属層、半導体層も適用できる。本
実施例では、トンネル障壁部を形成するためのマスクと
してＡＺ１３５０Ｊを使用したが、他の有機レジスト、
無機レジストなども用いることができる。
第２および第３の超伝導体電極としてＰｂｆ、用いた場
合について説明したが、それぞれＮｂ（ヒ合物、Ｐｂ合
金でも同様々結果が得られる。第３の超伝導体電極には
ＮｈあるいはＮｂ化合物を用いることもできる。また、
トンネル障壁層には第１の超伝導体電極表面の酸化層以
外に、被着により形成した絶縁体層を、トンネル障壁層
を酸化する場合罠は金属層、半導体層も適用できる。本
実施例では、トンネル障壁部を形成するためのマスクと
してＡＺ１３５０Ｊを使用したが、他の有機レジスト、
無機レジストなども用いることができる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明によれば、Ｎｂ系／酸化物／
ｐｂ系ジョセフソン接合で、第１の超伝導体電極、トン
ネル障壁層、第２の超伝導体電極の３層膜を連続形成す
るため、トンネル障壁部の汚染のない高品質な接合を形
成することができる。また、トンネル障壁部の規定に選
択性、異方性の優れたＡｒと０．との混合ガスをエツチ
ングガスとするイオンエツチング法を適用することから
、オーバ
ｐｂ系ジョセフソン接合で、第１の超伝導体電極、トン
ネル障壁層、第２の超伝導体電極の３層膜を連続形成す
るため、トンネル障壁部の汚染のない高品質な接合を形
成することができる。また、トンネル障壁部の規定に選
択性、異方性の優れたＡｒと０．との混合ガスをエツチ
ングガスとするイオンエツチング法を適用することから
、オーバ
第１図（ａ）〜＜ｔＳＳ本発明のジョセフノン接合素子
の製造方法を説明する几めの主要工程における素子の断
面図、第２図はイオンエツチングにおけるエツチング速
度と０７分圧との関係を示すグラフ、第３図（ａ）〜（
ｄｌは従来のジョセフソン接合素子の製造方法を工程順
に説明するための断面図である。 図において、１１．３１は基板、１２．３２は第１の超
伝導体電極、１３はトンネル障壁層、１４は第２の超伝
導体電極、１５．３３はレジストマスク、３４は絶縁体
層である。 Ｏ２分圧 （Ｔｏｒｒ）
の製造方法を説明する几めの主要工程における素子の断
面図、第２図はイオンエツチングにおけるエツチング速
度と０７分圧との関係を示すグラフ、第３図（ａ）〜（
ｄｌは従来のジョセフソン接合素子の製造方法を工程順
に説明するための断面図である。 図において、１１．３１は基板、１２．３２は第１の超
伝導体電極、１３はトンネル障壁層、１４は第２の超伝
導体電極、１５．３３はレジストマスク、３４は絶縁体
層である。 Ｏ２分圧 （Ｔｏｒｒ）
Claims (1)
- 基板上にＮｂまたはＮｂ化合物からなる第１の超伝導
体電極とこの第１の超伝導体電極の一表面上のトンネル
障壁層、およびこのトンネル障壁層を介して前記第１の
超伝導体電極と対向するＰｂまたはＰｂ合金からなる第
２の超伝導体電極を有するジヨセフソン接合素子の製造
方法において、基板上に第１の超伝導体電極、この第１
の超伝導体電極上にトンネル障壁層、このトンネル障壁
層上に第２の超伝導体電極を連続形成する工程、前記第
２の超伝導体電極上のトンネル障壁部となる場所にエッ
チングマスクを形成し、ＡｒとＯ＿２との混合ガスを用
いたイオンエッチング法により前記第２の超伝導体電極
の前記エッチングマスク以外の箇所を完全にエッチング
してトンネル障壁部を規定する工程を含むことを特徴と
するジョセフソン接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59188917A JPS6167975A (ja) | 1984-09-11 | 1984-09-11 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59188917A JPS6167975A (ja) | 1984-09-11 | 1984-09-11 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6167975A true JPS6167975A (ja) | 1986-04-08 |
Family
ID=16232142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59188917A Pending JPS6167975A (ja) | 1984-09-11 | 1984-09-11 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6167975A (ja) |
-
1984
- 1984-09-11 JP JP59188917A patent/JPS6167975A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPL PHYS LETT * |
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