JPS62213287A - ジヨセフソン素子の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン素子の製造方法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）
本発明はトンネル型ジョセフソン素子の製造方法に関し
、さらに詳しくは集積回路に適した微小なジョセフソン
素子の製造方法に関する。
、さらに詳しくは集積回路に適した微小なジョセフソン
素子の製造方法に関する。
（従来の技術）
代表的な従来例として、エイッチ・クローブ−（Ｈ。
Ｋｒｏｇｅｒ）らによって１９８１年８月にアプライド
・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第３９巻第３号２８０〜２
８２頁で発表された論文で提案されている方法がある。
・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）の第３９巻第３号２８０〜２
８２頁で発表された論文で提案されている方法がある。
この方法を第２図（ａ）〜（ｅ）の断面図を用いて工程
順に説明する。第２図（ａ）に示すように、基板２１上
にニオブ（Ｎｂ）でなる第１の超伝導体電極２２、トン
ネル障壁層２３、Ｎｂでなる第２の超伝導体電極２４の
３層膜を連続形成する。第１の超伝導体電線を形成した
後、第２図（ｂ）に示すように第２の超伝極酸化し絶縁
体層２６を形成する。エツチングマスク２５を除去した
後、第２の超伝導体電極２４の露出表面をスパッタクリ
ーニングし、第１および第２の超伝導体電極２２．２４
の場合と同様な成膜法で第３の超伝導体電極２７を被着
し、引続き加工すると第２図（Ｃ）に示すようなジョセ
フソン素子が得られる。
順に説明する。第２図（ａ）に示すように、基板２１上
にニオブ（Ｎｂ）でなる第１の超伝導体電極２２、トン
ネル障壁層２３、Ｎｂでなる第２の超伝導体電極２４の
３層膜を連続形成する。第１の超伝導体電線を形成した
後、第２図（ｂ）に示すように第２の超伝極酸化し絶縁
体層２６を形成する。エツチングマスク２５を除去した
後、第２の超伝導体電極２４の露出表面をスパッタクリ
ーニングし、第１および第２の超伝導体電極２２．２４
の場合と同様な成膜法で第３の超伝導体電極２７を被着
し、引続き加工すると第２図（Ｃ）に示すようなジョセ
フソン素子が得られる。
（発明が解決しようとする問題点）
この方法では、第２図（ｂ）に示した陽極酸化の工程で
、酸化は時間とともに等方的に進行するためエッチング
マスク２５下部の第２の超伝導体電極２４まで一部酸化
される。しかもエッチングマスク２５下部への酸化層の
侵入幅をサブミクロンオーダーで制御するのは容易では
ない。従って、１〜２１１ｍ程度の微小接合寸法のジョ
セフソン素子を数多く配した集積回路を作製する場合に
は、目標とするジョセフソン素子の臨界電流値が得られ
ないという問題や、この値のウェーハ内での均一性が不
充分であるという問題を生じる。
、酸化は時間とともに等方的に進行するためエッチング
マスク２５下部の第２の超伝導体電極２４まで一部酸化
される。しかもエッチングマスク２５下部への酸化層の
侵入幅をサブミクロンオーダーで制御するのは容易では
ない。従って、１〜２１１ｍ程度の微小接合寸法のジョ
セフソン素子を数多く配した集積回路を作製する場合に
は、目標とするジョセフソン素子の臨界電流値が得られ
ないという問題や、この値のウェーハ内での均一性が不
充分であるという問題を生じる。
本発明の目的は、このような従来の欠点を取りトンネル
障壁層、第２の超伝導体電極、マスク補助層を連続ドラ
イエッチングして接合部の側壁上の接合部となる箇所に
エツチングマスクを形成し、前記マスク補助層と第２の
超伝導体電極と前記トンネル障壁層をドライエツチング
除去する工程、前記エツチングマスクを除去した後第１
の絶縁体層を被着する工程、前記第１の絶縁体層をドラ
イエツチングして接合部の側壁を除去した後第１の絶縁
体層を被着する工程、前記第１の超伝導体電極の露出表
面を陽極酸化して第２の絶縁体層を形成する工程、前記
マスク補助層を選択的に前記第１の絶縁体層で被覆する
工程、前記第１の超伝導体電極を形成する工程を含むこ
とを特徴とするジョセフソン素子の製造方法が得られる
。
障壁層、第２の超伝導体電極、マスク補助層を連続ドラ
イエッチングして接合部の側壁上の接合部となる箇所に
エツチングマスクを形成し、前記マスク補助層と第２の
超伝導体電極と前記トンネル障壁層をドライエツチング
除去する工程、前記エツチングマスクを除去した後第１
の絶縁体層を被着する工程、前記第１の絶縁体層をドラ
イエツチングして接合部の側壁を除去した後第１の絶縁
体層を被着する工程、前記第１の超伝導体電極の露出表
面を陽極酸化して第２の絶縁体層を形成する工程、前記
マスク補助層を選択的に前記第１の絶縁体層で被覆する
工程、前記第１の超伝導体電極を形成する工程を含むこ
とを特徴とするジョセフソン素子の製造方法が得られる
。
（作用）
本発明では、まずマスク補助層、第２の超伝導体電極、
トンネル障壁層を順次ドライエツチングして接合部の寸
法を規定し、次に接合部の側壁を第１の絶縁体層を被着
保護した後、露出した第１の超がない。その結果、ドラ
イエツチング技術で規定される高寸法精度の微小接合を
備え、この接合寸法の場所的なばらつきの小さいジョセ
フソン素子の製造が可能となる。
トンネル障壁層を順次ドライエツチングして接合部の寸
法を規定し、次に接合部の側壁を第１の絶縁体層を被着
保護した後、露出した第１の超がない。その結果、ドラ
イエツチング技術で規定される高寸法精度の微小接合を
備え、この接合寸法の場所的なばらつきの小さいジョセ
フソン素子の製造が可能となる。
しかも、本発明によれば、陽極酸化の際に第２の超伝導
体電極表面の酸化を防止するマスク補助層はエツチング
耐性を必要とするエツチングマスクとは独立に材料や膜
厚を選択できる。従って、マスク補助層の膜厚を陽極酸
化のマスクとなる範囲で充分薄くすれば、接合部側壁を
第１の絶縁体層を被着する際に、マスク補助層への被覆
はほとんどなく、マスク補助層を除去した後も接合部周
辺に突起のない平坦な上部配線が形成できる。
体電極表面の酸化を防止するマスク補助層はエツチング
耐性を必要とするエツチングマスクとは独立に材料や膜
厚を選択できる。従って、マスク補助層の膜厚を陽極酸
化のマスクとなる範囲で充分薄くすれば、接合部側壁を
第１の絶縁体層を被着する際に、マスク補助層への被覆
はほとんどなく、マスク補助層を除去した後も接合部周
辺に突起のない平坦な上部配線が形成できる。
（実施例）
次に本発明を第１図（ａ）〜（０の断面図に示す実施例
を参照して詳細に説明する。
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上に第１の超
伝導体電極工２、トンネル障壁層１３、第２の超伝導体
電極１４、マスク補助層１５を順次形成する。第１およ
び第２の超伝導体電極１２．１４は、共にスパッタ法や
電” ５ｎｍのアルミニウム（ＡＩ）膜を純酸素（０２
）雰囲気中で熱酸化して形成する。マスク補助層１５は
、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法により被着した膜厚５
０ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜である。
伝導体電極工２、トンネル障壁層１３、第２の超伝導体
電極１４、マスク補助層１５を順次形成する。第１およ
び第２の超伝導体電極１２．１４は、共にスパッタ法や
電” ５ｎｍのアルミニウム（ＡＩ）膜を純酸素（０２
）雰囲気中で熱酸化して形成する。マスク補助層１５は
、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法により被着した膜厚５
０ｎｍの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜である。
上記多層膜のパターニングは通常のフォトリソグラフィ
工程を用いて、まず、マスク補助層１５をフロン２３（
ＣＨＦａ）などのエツチングガスで、反対性スパッタエ
ツチングした後、次に第２の超伝導体電極１４、トンネ
ル障壁層１３、第１の超伝導体電極１２をフロン１２（
ＣＣ１２Ｆ２）やフロン１３（ＣＦ４）で反応性スパッ
タエツチングする。
工程を用いて、まず、マスク補助層１５をフロン２３（
ＣＨＦａ）などのエツチングガスで、反対性スパッタエ
ツチングした後、次に第２の超伝導体電極１４、トンネ
ル障壁層１３、第１の超伝導体電極１２をフロン１２（
ＣＣ１２Ｆ２）やフロン１３（ＣＦ４）で反応性スパッ
タエツチングする。
次に、第１図（ｂ）に示すようにマスク補助層１５上の
接合部となる場所にエツチングマスク１６を形成した後
、上記多層膜のエツチングと同様にマスク補助層１５、
第２の超伝導体電極１４、トンネル障壁層１３を順次除
去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１６を除去した後、プラズマＣ
ＶＤ法やスパッタ法により試料全面に二酸化シリコン（
Ｓｉ０２）を１５０ｎｍ被着し、第１の絶縁体層１６を
形成する。
接合部となる場所にエツチングマスク１６を形成した後
、上記多層膜のエツチングと同様にマスク補助層１５、
第２の超伝導体電極１４、トンネル障壁層１３を順次除
去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１６を除去した後、プラズマＣ
ＶＤ法やスパッタ法により試料全面に二酸化シリコン（
Ｓｉ０２）を１５０ｎｍ被着し、第１の絶縁体層１６を
形成する。
グ法では、エツチングは主に基板面に対して垂直方向に
進行するため、この方向に第１の絶縁体層１６の初期膜
厚の厚い接合部周辺ではエツチング残りを生じ、第１図
（ｄ）に示すように接合部の側壁を第第１図（ｅ）に示
すような酸化ニオブ（Ｎｂ２０ｓ）でなる第２の絶縁体
層１８が形成される。Ｎｂ２Ｏ５の膜厚は陽極酸化電圧
■により約２ｎｍ／Ｖの関係で制御される。
進行するため、この方向に第１の絶縁体層１６の初期膜
厚の厚い接合部周辺ではエツチング残りを生じ、第１図
（ｄ）に示すように接合部の側壁を第第１図（ｅ）に示
すような酸化ニオブ（Ｎｂ２０ｓ）でなる第２の絶縁体
層１８が形成される。Ｎｂ２Ｏ５の膜厚は陽極酸化電圧
■により約２ｎｍ／Ｖの関係で制御される。
本実施例では、Ｖ ＝ １００（ｖ）で２００ｎｍのＮ
ｂ２Ｏ５膜を成長させた。ＮｂからＮｂ２Ｏ５への体積
膨張は約２．６ｍであるから、陽極酸化で消費された第
１の超伝導体電極１２の膜厚は約８０ｎｍである。
ｂ２Ｏ５膜を成長させた。ＮｂからＮｂ２Ｏ５への体積
膨張は約２．６ｍであるから、陽極酸化で消費された第
１の超伝導体電極１２の膜厚は約８０ｎｍである。
ここでは、陽極酸化のアノードとして第１の超伝導体電
極１２を用いたが、前もって第１の超伝導体電極１２の
下部に電気的接触を保って設けた導体層を用いてもよい
。最後に、マスク補助層１５をリン酸（Ｈ３ＰＯ４）溶
液で選択的に除去した後、第２の超伝導体電極１４表面
をスパッタクリーニングし、第１図（０に示すように第
２の超伝導体電極１４のパターニングと同様な方法で４
００ｎｍのＮｂ膜でなる第３の超伝導体電極１９を形成
する。
極１２を用いたが、前もって第１の超伝導体電極１２の
下部に電気的接触を保って設けた導体層を用いてもよい
。最後に、マスク補助層１５をリン酸（Ｈ３ＰＯ４）溶
液で選択的に除去した後、第２の超伝導体電極１４表面
をスパッタクリーニングし、第１図（０に示すように第
２の超伝導体電極１４のパターニングと同様な方法で４
００ｎｍのＮｂ膜でなる第３の超伝導体電極１９を形成
する。
本実施例では、第１図（ｄ）の接合部側壁の被覆保護の
工程で、マスク補助層１５が充分薄いためにこの側壁に
被着した第１の絶縁体層による突起の問題はない。また
、第１図（ｅ）に示した陽極酸化の工程で接合部の側壁
が第１の絶縁体層１７を被着保護されているため、陽極
酸化層が接合部まで進入することがない。そのため、第
１の超伝導体電極１２と第２の超伝導体電極１４との間
の電気絶縁層に第１の超伝導体電極１２の陽極酸化膜を
用いても、接合寸法は異方性ドライエツチング法で規定
されるため高寸法精度で場所的なばらつきの小さいジョ
セフソン素子が形成できる。
工程で、マスク補助層１５が充分薄いためにこの側壁に
被着した第１の絶縁体層による突起の問題はない。また
、第１図（ｅ）に示した陽極酸化の工程で接合部の側壁
が第１の絶縁体層１７を被着保護されているため、陽極
酸化層が接合部まで進入することがない。そのため、第
１の超伝導体電極１２と第２の超伝導体電極１４との間
の電気絶縁層に第１の超伝導体電極１２の陽極酸化膜を
用いても、接合寸法は異方性ドライエツチング法で規定
されるため高寸法精度で場所的なばらつきの小さいジョ
セフソン素子が形成できる。
本実施例では、マスク補助層にＳｉ３Ｎ４膜を用いたが
、陽極酸化時にマスク効果のある材料であれば他の絶縁
体や半導体膜を用いてもよい。第１、第２、第３の超伝
導体電極として共にＮｂ膜を用いたが、第１の超伝導体
電極には陽極酸化が可能な窒化ニオブ（ＮｂＮ）などの
Ｎｂ化合物を、第２、第３の超伝導体電極には各種の超
伝導体材料を用いることができる。トンネル障壁層には
ＡＩ酸化膜以外に他の金属酸化膜、半導体膜、絶縁体膜
なども適用できる。第１の絶縁体層には５ｉ０２膜以外
に他の絶縁体膜を用いても何ら問題はない。
、陽極酸化時にマスク効果のある材料であれば他の絶縁
体や半導体膜を用いてもよい。第１、第２、第３の超伝
導体電極として共にＮｂ膜を用いたが、第１の超伝導体
電極には陽極酸化が可能な窒化ニオブ（ＮｂＮ）などの
Ｎｂ化合物を、第２、第３の超伝導体電極には各種の超
伝導体材料を用いることができる。トンネル障壁層には
ＡＩ酸化膜以外に他の金属酸化膜、半導体膜、絶縁体膜
なども適用できる。第１の絶縁体層には５ｉ０２膜以外
に他の絶縁体膜を用いても何ら問題はない。
また、マスク補助層の除去は、この材料および膜厚の選
択により、第２の超伝導体電極のスパッタクリーニング
時に同じ方法で連続して除去することができる。特に、
本実施例で用いたＮｂのような酸化性が強く、酸化膜の
除去が容易でない材料を第２の超伝導体電極とする場合
に、第２の超伝導体電極表面に酸化膜を形成しないで被
着したマスク補助層を用いると、第２、第３の超伝導体
電極間の電気接触が容易となる。
択により、第２の超伝導体電極のスパッタクリーニング
時に同じ方法で連続して除去することができる。特に、
本実施例で用いたＮｂのような酸化性が強く、酸化膜の
除去が容易でない材料を第２の超伝導体電極とする場合
に、第２の超伝導体電極表面に酸化膜を形成しないで被
着したマスク補助層を用いると、第２、第３の超伝導体
電極間の電気接触が容易となる。
（効果）
以上説明したように本発明によれば、第１の超伝導体電
極と第２の超伝導体電極との間の電気絶縁層に第１の超
伝導体電極の陽極酸化膜を用いても、接合寸法は異方性
ドライエツチング法で規定されるため高寸法精度で場所
的なばらつきの小さいジョセフソン素子が形成できる。
極と第２の超伝導体電極との間の電気絶縁層に第１の超
伝導体電極の陽極酸化膜を用いても、接合寸法は異方性
ドライエツチング法で規定されるため高寸法精度で場所
的なばらつきの小さいジョセフソン素子が形成できる。
しかも、接合部側壁の被覆の際、第２の超伝導体電極表
面は陽極酸化のマスクとなる範囲で充分薄く、マスク補
助層でマスキングされるため、マスク補助層を除去した
後も接合部周辺に突起がなく平坦な上部配線が形成でき
る。
面は陽極酸化のマスクとなる範囲で充分薄く、マスク補
助層でマスキングされるため、マスク補助層を除去した
後も接合部周辺に突起がなく平坦な上部配線が形成でき
る。
第１図（ａ）〜（Ｏは本発明のトンネル型ジョセフソン
素子の製造方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜
（Ｃ）は従来のトンネル型ジョセフソン素子の製造方法
を工程に示す断面図である。 図において、１１，２１は基板、１２．２２は第１の超
伝導体電極、１３．２３はトンネル障壁層、１４．２４
は第２の超伝導体電極、１５はマスク補助層、１６．２
５はエツチングマスク、１７．２６は第１の絶縁体層ま
たは絶縁体層、１８、は第２の絶縁体層、１９．２７は
第３の超伝導体電極である。 工業技術院長 多 １ 図 （ｃ） （ｄ）
素子の製造方法を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜
（Ｃ）は従来のトンネル型ジョセフソン素子の製造方法
を工程に示す断面図である。 図において、１１，２１は基板、１２．２２は第１の超
伝導体電極、１３．２３はトンネル障壁層、１４．２４
は第２の超伝導体電極、１５はマスク補助層、１６．２
５はエツチングマスク、１７．２６は第１の絶縁体層ま
たは絶縁体層、１８、は第２の絶縁体層、１９．２７は
第３の超伝導体電極である。 工業技術院長 多 １ 図 （ｃ） （ｄ）
Claims (1)
- 基板上に第１の超伝導体電極、トンネル障壁層、第２の
超伝導体電極、マスク補助層を連続形成する工程、前記
マスク補助層上の接合部となる箇所にエッチングマスク
を形成し、前記マスク補助層と、第２の超伝導体電極と
前記トンネル障壁層をドライエッチング除去する工程、
前記エッチングマスクを除去した後第１の絶縁体層を被
着する工程、前記第１の絶縁体層をドライエッチングし
て接合部の側壁を選択的に前記第１の絶縁体層で被覆す
る工程、前記第１の超伝導体電極の露出表面を陽極酸化
して第２の絶縁体層を形成する工程、前記マスク補助層
を除去した後、前記第２の超伝導体電極と電気的に接触
するように第３の超伝導体電極を形成する工程を含むこ
とを特徴とするジョセフソン素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61054950A JPS62213287A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61054950A JPS62213287A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62213287A true JPS62213287A (ja) | 1987-09-19 |
| JPH0334237B2 JPH0334237B2 (ja) | 1991-05-21 |
Family
ID=12984941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61054950A Granted JPS62213287A (ja) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62213287A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208873A (ja) * | 1984-04-03 | 1985-10-21 | Nec Corp | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
-
1986
- 1986-03-14 JP JP61054950A patent/JPS62213287A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60208873A (ja) * | 1984-04-03 | 1985-10-21 | Nec Corp | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0334237B2 (ja) | 1991-05-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |