JPS6257263A - ジヨセフソン集積回路の製造方法 - Google Patents

ジヨセフソン集積回路の製造方法

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JPS6257263A
JPS6257263A JP60195946A JP19594685A JPS6257263A JP S6257263 A JPS6257263 A JP S6257263A JP 60195946 A JP60195946 A JP 60195946A JP 19594685 A JP19594685 A JP 19594685A JP S6257263 A JPS6257263 A JP S6257263A
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layer
etching mask
junction
bonding
etching
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JP60195946A
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JPH0322711B2 (ja
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Mutsuo Hidaka
睦夫 日高
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N69/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one superconducting element covered by group H10N60/00
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0912Manufacture 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (M業上の利用分野) 本発明は、ジョセフソン集積回路の製造方法に関し、よ
り詳しくは接合構成層をエツチングで加工することによ
りジョセフソン接合の形成を行うジョセフソン集積回路
の製造方法に関する。
(従来技術とその問題点) 接合構成層をエツチングで加工することにより形成を行
うジョセフソン接合の製造方法としては、アプライドフ
ィジックスレター第42巻5号1983年472ページ
(ガービッチ他)(Applied PhysicsL
etters、 Vol、42. NO,5’P472
(1983)M、Gurvitch et、al、)1
にある5NEP(selective niobium
 etching process)と呼ばれる方法が
ある。
第3図に通常の5NEPによるジョセフソン接合の製造
方法を示す。まず基板21の全面にニオブ系金属からな
る下部電極22、トンネル障壁層23、ニオブ金属から
なる」二部電極24からなる接合構成層を形成する。次
に接合構成層の残すべき部分にフォトレジスト等で第1
のエツチングマスク25を形成する(第3図A)。第1
のエツチングマスクで覆われていない接合構成層をエツ
チングで除去する(第3図B)。
第1のエツチングマスクを除去した後、フォトレジスト
等からなる接合領域規定用の第2のエツチングマスク2
6でジョセフソン接合領域を覆う(第3図C)。
前記接合領域規定用の第2のエツチングマスク26で覆
われていない部分の接合構成層の上部電極24をエツチ
ングで除去し、ジョセフソン接合を形成する(第3図D
)。
以」二説明した通常の5NEPによるジョセフソン接合
の製造方法を用いた場合、基板上に形成される接合構成
層の臨界電流密度は一定である。このためジョセフソン
接合の臨界電流は面積に比例する。一方、一般にジョセ
フソン集積回路では、臨界電流の異なる複数種類のジョ
セフソン接合を必要とする。これらのジョセフソン接合
のなかには最小の臨界電流を有するものに比べて著しく
太きな臨界電流を持つものがある。この大きな臨界電流
を得るために、従来の製造方法では大面積のジョセフソ
ン接合が必要であった。ジョセフソン接合の面積が大き
くなると、接合容量が大きくなすジョセフソン接合を縦
方向に積み上げた構造がある。この構造は、5NEPで
第1の接合31を形成した後、平坦化と絶縁のための第
1の絶縁層33を形成し、その上にもう一度5NEPで
第2の接合32を形成することによって得られる。この
ような構造にすると、第1の接合31と第2の接合32
は別々の接合構成層から作ることができ、上記欠点を克
服できる。
しかし、第4図に示す構造にすると、ジョセフソン接合
が同一平面上にないため、回路の立体化が進み、他の層
との接続や配線のための回路設計や製造方法が複雑にな
る。また、平坦化や絶縁のための第1.第2の絶縁層3
3.34が厚くなるため、このジョセフソン接合部分の
上に配置される配線のインダクタンスが増加する。配線
のインダクタンスが増加すると、信号の伝達時間が長く
なり回路の高速動作が阻害されるという欠点を有してい
た。
(発明の目、的) 本発明は、接合構成層をエツチングで加工することによ
りジョセフソン接合の形成を行うジョセる。
(発明の構成) 本発明によれば、超伝導体からなる下部電極と上部電極
トンネル障壁層を介して結合した接合構成層をエツチン
グで加工する手法により形成されるジョセフソン接合を
有するジョセフソン集積回路の製造方法において、第1
0接合構成層を基板全面に形成する工程と、前記第1の
接合構成層上の必要部分に第1のエツチングマスクを形
成する工程と、前記第1のエツチングマスクで覆われて
いない前記第1の接合構成層をエツチングで除去する工
程と、前記第1の接合構成層と異なる月質もしくは異な
る厚さからなるトンネル障壁層を有する第2の接合構成
層を基板全面に形成する工程と、第2の接合構成層の必
要部分に第2のエツチングマスクを形成する工程と、前
記第2のエツチングマスクで覆われていない前記第2の
接合構成層をエツチングで除去する工程とを含み、同一
平面上に複数種類の接合構成層を形成することを特徴と
するジョセフソン集積回路の製造方法が得られる。
後、第1の接合構成層と異なる材質もしくは異なる厚さ
からなるトンネル障壁層を有する第2の接合構成層を基
板全面に成膜する。次に第2のエツチングマスクを形成
し、エツチングを行い必要部分以外の第2の接合構成層
を除去する。このとき第1の接合溝成層は、」二部に第
1のエツチングマスクがあるためエツチングの影響を受
けない。最後に第1.第2のエツチングマスクを除去す
ることによって同一平面上に二種類の接合構成層を形成
することができる。二種類以」二の接合構成層を同一平
面上に形成する場合には、第2の接合構成層を成膜する
工程以下を繰り返す。ジョセフソン接合は上記複数種類
の接合構成層をエツチングで加工することにより得られ
る。以」二のことから本発明による製造方法を用いれば
、同一平面」二にトンネル障壁層の材質もしくは厚さの
異なる複数種類のジョセフソン接合を形成できる。
(実施例) 本発明の実施例として、臨界電流密度の異なるりまたは
蒸着により被着する。次にアルミニウムを5nmスパッ
タで被着し、酸素圧力0.05Torrで10分間酸化
を行いアルミニウムの酸化膜を成長させトンネル障壁層
とする。このトンネル障壁層上に上部電極としてニオブ
を300nmスパッタまたは蒸着で被着し、第1の接合
構成層12を得る(第1図A)。
フォトレジストを用いたパターニングを行い、第1の接
合構成層12上にフォトレジストからなる第1のエツチ
ングマスク13を厚さ2pm形成する(第1図B)。C
F4を用いた反応性イオンエツチングで第1のエツチン
グマスク13によって覆われていない第1の接合形成層
を完全に除去する(第1図C)。次に第2の接合構成層
14を形成する。まず、下部電極としてニオブを300
nmスパッタまたは蒸着で被着する。
次にアルミニウム50nm被着し、酸素圧力1.0To
rrで10分間酸化を行いアルミニウムの酸化膜を成長
させトンネル障壁層とする。このトンネル障壁層上に上
部電極としてニオブを300nmスパッタまたは蒸着で
被着する(第1図D)。このとき第1の接合構成層上に
は第1のエツチングマスクがあるので第1.第2の接合
構成層が直接型なることはない。次にフォトレジストを
用いたパターニングを行い第2の接合構成層」二に第2
のエツチングマスク15を211m形成する(第1図E
)。CF4を用いた反応性イオンエツチングを行い、第
2のエツチングマスク15で覆われていない第2の接合
構成層14を完全に除去する(第1図F)。
このとき第1のエツチングマスク13がエツチングのス
トッパーとなり、第1の接合構成層12はエツチングさ
れない。第1.第2のエツチングマスクをアセトンで除
去することにより同一平面上にある第1.第2の接合構
成層を完成する(第1図G)。フォトレジストを用いた
パターニングを行い、第1.第2の接合構成層12.1
41に接合領域規定エツチングマスク16を500nm
形成する(第1図H)。CF4を用いた反応性イオンエ
ツチングを行い、接合領域規定エツチングマスク16で
覆われていない第1.第2の接合構成層の上部電極を除
去する(第1図■)。続いて接合領域規定エツチングマ
スク16をアセトンで除去し、第1.第2の接合17.
18を完成する(第1図J)。
本実施例においては、エツチングマスクとして、形成の
容易なフォトレジストを用いたが、耐熱性等の必要に応
じて金属マスク等をエツチングマスクとすることができ
る。
第2図はニオブlアルミ酸化膜/ニオブジョセフソン接
合の臨界電流密度と酸化時酸化圧力との関係を示したも
のである。第1の接合構成層12の酸化待合17は第2
の接合18を同じ面積で形成した場合、第1の接合17
は第2の接合18の10倍の臨界電流値を持つ。また本
実施例において2種類以上の接合を製造するには、第1
図Gの工程を行う前に第1図D−Fの工程を繰り返せば
よい。
本実施例で示した本発明の製造方法を用いれば、臨界電
流密度の異なる複数種類のジョセフソン接合を同一平面
上にに形成することができる。
それゆえ、所望の臨界電流を得るために、接合面積を大
きくする必要がなくなり回路の集積化が促進される。大
きな臨界電流を有するジョセフソン接合も小さな接合面
積で形成することができるため接合容量が下がり、回路
の高速動作が実現できる。また、上記特性の異なる複数
種類のジョセフソン接合は同一平面」二にあるため、他
の層との接続配線は一種類のジョセフソン接合だけがあ
る場合と同じにできる。
(発明の効果) 以上説明したように本発明の製造方法を用いれ、有する
ジョセフソン接合を小さな臨界電流を有するジョセフソ
ン接合と同程度の接合面積で形成することができる。こ
れにより接合面積が小さくなり回路の集積度が向上する
こと、および接合面積の縮小にともない接合容量が減少
しジョセフソン接合のスイッチング時間が短縮されるた
め回路の高速動作が促進されること等の利点を有する。
また上記複数種類のジョセフソン接合は同一平面上に形
成されるため、他の層との接続や配線のための特別な設
計、製造上の工夫をする必要がなく、第4図に示す従来
例に比べて、設計、製造の期間が短縮できる。また、信
頼性の高いジョセフソン集積回路が製造できる。さらに
ジョセフソン接合部分より」二部の配線のインダクタン
スが増加することがないので高速の動作が可能になる等
の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図A−Jは本発明による製造方法を説明するための
素子断面図、第2図はジョセフソン接合の臨界電流密度
と酸化時の酸素圧力の関係を示すための13・・・第1
のエツチングマスク、 14・・・第2の接合構成層、 15・・・第2のエツチングマスク、 16・・・接合領域規定エツチングマスク、17・・・
第1の接合、     18・・・第2の接合、21・
・・基板、        22・・・下部電極、23
・・・トンネル障壁層、   24・・・」二部電極、
25・・・第1のエツチングマスク、 26・・・第2のエツチングマスク、  31第1の接
合、32・・・第2の接合、     33・・・第1
の絶縁層、34・・・第2の絶縁層、    35・・
・第1の上部配線、36・・・第2の上部配線 工業技術院 第1図 11・・・基 板 12 ・・・第1の接合構成層 13 ・・・第1のエツチングマスク 14・・・第2の接合構成層 15 ・・・第2のエツチングマスク 16 ・・・接合領域規定エツチングマスク17 ・・
・第1の接合 18・・・第2の接合 第2図 0.01          0.1        
   1.0酸化時の酸素圧力(Torr) 第3図 21・・・基 板 22 ・・・下部電極 23 ・・・ トンネル障壁層 24・・・上部電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 超伝導体からなる下部電極と上部電極がトンネル障壁層
    を介して結合した接合構成層をエッチングで加工する手
    法により形成されるジョセフソン接合を有するジョセフ
    ソン集積回路の製造方法において、第10接合構成層を
    基板全面に形成する工程と、第1の接合構成層上の必要
    部分に第1のエッチングマスクを形成する工程と、前記
    第1のエッチングマスクで覆われていない前記第1の接
    合構成層をエッチングで除去する工程と、前記第1の接
    合構成層と異なる材質もしくは異なる厚さからなるトン
    ネル障壁層を有する第2の接合構成層を基板全面に形成
    する工程と、第2の接合構成層の必要部分に第2のエッ
    チングマスクを形成する工程と、前記第2のエッチング
    マスクで覆われていない前記第2の接合構成層をエッチ
    ングで除去する工程とを含み、同一平面上に複数種類の
    接合構成層を形成することを特徴とするジョセフソン集
    積回路の製造方法。
JP60195946A 1985-09-06 1985-09-06 ジヨセフソン集積回路の製造方法 Granted JPS6257263A (ja)

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JPH0322711B2 JPH0322711B2 (ja) 1991-03-27

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3422412A3 (en) * 2009-02-27 2019-05-01 D-Wave Systems Inc. Superconducting integrated circuit
US11856871B2 (en) 2018-11-13 2023-12-26 D-Wave Systems Inc. Quantum processors
US11930721B2 (en) 2012-03-08 2024-03-12 1372934 B.C. Ltd. Systems and methods for fabrication of superconducting integrated circuits
US11957065B2 (en) 2017-02-01 2024-04-09 1372934 B.C. Ltd. Systems and methods for fabrication of superconducting integrated circuits

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11856871B2 (en) 2018-11-13 2023-12-26 D-Wave Systems Inc. Quantum processors

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