JPH0228908B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0228908B2 JPH0228908B2 JP57029897A JP2989782A JPH0228908B2 JP H0228908 B2 JPH0228908 B2 JP H0228908B2 JP 57029897 A JP57029897 A JP 57029897A JP 2989782 A JP2989782 A JP 2989782A JP H0228908 B2 JPH0228908 B2 JP H0228908B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- resist
- junction
- lower electrode
- frequency plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はジヨセフソン接合の形成方法に関す
る。
る。
通常、トンネル型のジヨセフソン接合は第１図
に示すように、基板１上に下部電極２を形成後、
この表面を酸化することによりトンネル障壁とな
る酸化膜３を形成し、そののちに上部全極４を形
成することにより製造される。ここで、酸化膜３
を形成する方法として下部電極２の高周波プラズ
マ酸化法による場合、第２図に示すように基板１
をカソード５に装着して高周波プラズマ酸化用真
空槽６内において放電することにより下部電極表
面を酸化しひきつづいて同一真空槽６内で上部電
極（図示せず）を蒸着する。
に示すように、基板１上に下部電極２を形成後、
この表面を酸化することによりトンネル障壁とな
る酸化膜３を形成し、そののちに上部全極４を形
成することにより製造される。ここで、酸化膜３
を形成する方法として下部電極２の高周波プラズ
マ酸化法による場合、第２図に示すように基板１
をカソード５に装着して高周波プラズマ酸化用真
空槽６内において放電することにより下部電極表
面を酸化しひきつづいて同一真空槽６内で上部電
極（図示せず）を蒸着する。
カソード５は上部カソード７と下部カソード８
とから成る。下部電極２を備えた基板１および基
板１上に載置されたアルミ製スペーサ９を収納す
る下部カソード８は取付用ビス１０によつて上部
カソード７に取付けられる。
とから成る。下部電極２を備えた基板１および基
板１上に載置されたアルミ製スペーサ９を収納す
る下部カソード８は取付用ビス１０によつて上部
カソード７に取付けられる。
高周波プラズマ酸化用真空槽６はゲートバルブ
１１を介して電子ビーム蒸着機構を具備する蒸着
用真空槽１２に接続しており、上記酸化用真空槽
６および蒸着用真空槽１２にはそれぞれ図示しな
い排気ポンプが取付けられている。
１１を介して電子ビーム蒸着機構を具備する蒸着
用真空槽１２に接続しており、上記酸化用真空槽
６および蒸着用真空槽１２にはそれぞれ図示しな
い排気ポンプが取付けられている。
ゲートバルブ１１は高周波プラズマ酸化時に閉
ざされるが上部電極形成時には開かれる。なお、
第２図において１３は高周波電源を、１４は下部
電極２の一部を被覆するレジストをそれぞれ示
す。高周波プラズマ酸化法は、酸素プラズマによ
る酸化の酸素イオンによる逆スパツタが同時に進
行することが知られている。このような逆スパツ
タ効果は試料ウエハ上の酸化膜を形成すべき下部
電極表面ばかりでなく試料ウエハを装着している
カソード表面にも作用する。J.M.Baker他IBM.
J.RES.DEVELOP.24巻223頁（1980）に示される
ように表面に鉛合金が付着しているカソードを用
いて高周波プラズマ酸化すると、接合酸化膜上
に、カソード表面から逆スパツタされたトンネル
バリアの高い酸化鉛が付着し、接合の電流密度が
低下することが知られている。R.F Broom他
IBM.J.RES.DEVELOP 24巻206頁（1980）に示
されるようにこのようなトンネルバリヤの高い逆
スパツタ物質は、接合の電流密度の高い接合を
形成しようとすると酸化膜を非常に薄くする必要
があり、従つて、接合のリーク電流が増加すると
いう問題が存在した。従来、電流密度の減少を防
ぐためには、カソード表面にInを蒸着し接合酸化
膜上に付着する物質をトンネルバリアの低い
In2O3とする方法がとられてきた。
ざされるが上部電極形成時には開かれる。なお、
第２図において１３は高周波電源を、１４は下部
電極２の一部を被覆するレジストをそれぞれ示
す。高周波プラズマ酸化法は、酸素プラズマによ
る酸化の酸素イオンによる逆スパツタが同時に進
行することが知られている。このような逆スパツ
タ効果は試料ウエハ上の酸化膜を形成すべき下部
電極表面ばかりでなく試料ウエハを装着している
カソード表面にも作用する。J.M.Baker他IBM.
J.RES.DEVELOP.24巻223頁（1980）に示される
ように表面に鉛合金が付着しているカソードを用
いて高周波プラズマ酸化すると、接合酸化膜上
に、カソード表面から逆スパツタされたトンネル
バリアの高い酸化鉛が付着し、接合の電流密度が
低下することが知られている。R.F Broom他
IBM.J.RES.DEVELOP 24巻206頁（1980）に示
されるようにこのようなトンネルバリヤの高い逆
スパツタ物質は、接合の電流密度の高い接合を
形成しようとすると酸化膜を非常に薄くする必要
があり、従つて、接合のリーク電流が増加すると
いう問題が存在した。従来、電流密度の減少を防
ぐためには、カソード表面にInを蒸着し接合酸化
膜上に付着する物質をトンネルバリアの低い
In2O3とする方法がとられてきた。
しかし、カソード表面にInを蒸着する方法で
は、接合を形成するために上部電極鉛合金を蒸着
するとカソード表面においてInと鉛合金が反応し
て合金化してしまうため、形成された接合を有す
る基板をカソードから取り出した後、別を基板を
カソードに取付けて接合を形成する場合いつたん
カソード表面の鉛−Inの合金を酸等で除去した後
に、新たにInを蒸着したカソードを用いる必要が
あつた。したがつて工程が複雑となり時間がかか
る欠点があつた。
は、接合を形成するために上部電極鉛合金を蒸着
するとカソード表面においてInと鉛合金が反応し
て合金化してしまうため、形成された接合を有す
る基板をカソードから取り出した後、別を基板を
カソードに取付けて接合を形成する場合いつたん
カソード表面の鉛−Inの合金を酸等で除去した後
に、新たにInを蒸着したカソードを用いる必要が
あつた。したがつて工程が複雑となり時間がかか
る欠点があつた。
本発明は複雑な工程を採用することなく、接合
の電流密度のばらつきを低減させ、そして接合の
リーク電流を減少させることのできるジヨセフソ
ン接合の形成方法を提供することを目的とする。
の電流密度のばらつきを低減させ、そして接合の
リーク電流を減少させることのできるジヨセフソ
ン接合の形成方法を提供することを目的とする。
本発明のジヨセフソン接合の形成方法は表面が
有機レジストで被覆されたカソードを用いて下部
電極の表面を高周波プラズマ酸化することにより
トンネル障壁となる酸化膜を形成することを特徴
とする。
有機レジストで被覆されたカソードを用いて下部
電極の表面を高周波プラズマ酸化することにより
トンネル障壁となる酸化膜を形成することを特徴
とする。
以下図面を参照して本発明の一実施例を詳細に
説明する。本実施例により得られるトンネル型の
ジヨセフソン接合は第１図を用いて従来技術で説
明したと同様にして製造される。又、下部電極の
表面を酸化することによりトンネル障壁となる酸
化膜は第２図を用いて従来技術で説明したと同様
に下部電極の高周波プラズマ酸化法により形成さ
れる。ここで、接合を形成するために、下部電極
材料としてPd84、In12、Au4、wt％の合金を用
い、酸素圧力１×10-2Torr、30W、10分の高周
波プラズマ酸化に先だつて、Ar圧力５×10-3
Torr、100W、３分の条件で下部電極表面をスパ
ツタクリーニングした。上部電極はPd71、Bi29、
wt％の合金をPd、Biの順に積層蒸着して形成し
た。酸化条件を上記の条件に固定し、第３図に示
すように表面にPd71、Bi29、wt％合金が蒸着さ
れたカソードを用いた従来の場合の実験例１；第
４図に示すように表面にAZ1470のレジストが2μ
ｍ厚に被覆されたカソードを用いた本発明の場合
の実験例２；第５図に示すように一度上記実験例
(2)のカソードを用いて接合を形成した後、付着し
たPd71、Bi29、wt％合金上に新たに2μｍ厚の
AZ1470レジストを被覆して成るカソードを用い
た本発明の場合の実験例３；第４図に示すように
一度実験例２のカソードを用いて接合を形成した
後付着したPd71、Bi29、wt％合金を、酢酸60、
水139、過酸化水素１よりなるエツチング液で除
去し、第４図と同じ形状に復帰したカソードにウ
エハをセツトして接合を形成した本発明の場合の
実験例４、のそれぞれの接合特性を比較して、次
の２つの結果が得られる。
説明する。本実施例により得られるトンネル型の
ジヨセフソン接合は第１図を用いて従来技術で説
明したと同様にして製造される。又、下部電極の
表面を酸化することによりトンネル障壁となる酸
化膜は第２図を用いて従来技術で説明したと同様
に下部電極の高周波プラズマ酸化法により形成さ
れる。ここで、接合を形成するために、下部電極
材料としてPd84、In12、Au4、wt％の合金を用
い、酸素圧力１×10-2Torr、30W、10分の高周
波プラズマ酸化に先だつて、Ar圧力５×10-3
Torr、100W、３分の条件で下部電極表面をスパ
ツタクリーニングした。上部電極はPd71、Bi29、
wt％の合金をPd、Biの順に積層蒸着して形成し
た。酸化条件を上記の条件に固定し、第３図に示
すように表面にPd71、Bi29、wt％合金が蒸着さ
れたカソードを用いた従来の場合の実験例１；第
４図に示すように表面にAZ1470のレジストが2μ
ｍ厚に被覆されたカソードを用いた本発明の場合
の実験例２；第５図に示すように一度上記実験例
(2)のカソードを用いて接合を形成した後、付着し
たPd71、Bi29、wt％合金上に新たに2μｍ厚の
AZ1470レジストを被覆して成るカソードを用い
た本発明の場合の実験例３；第４図に示すように
一度実験例２のカソードを用いて接合を形成した
後付着したPd71、Bi29、wt％合金を、酢酸60、
水139、過酸化水素１よりなるエツチング液で除
去し、第４図と同じ形状に復帰したカソードにウ
エハをセツトして接合を形成した本発明の場合の
実験例４、のそれぞれの接合特性を比較して、次
の２つの結果が得られる。
なお、第３図〜第５図において、５はカソード
を、１５はレジストを、そして１６は上部電極形
成時に付着したPd−Bi合金をそれぞれ示す。
を、１５はレジストを、そして１６は上部電極形
成時に付着したPd−Bi合金をそれぞれ示す。
(i) 接合の電流密度は、実験例１の場合、
500A／cm2であるの対し実験例２、３、４で示
される本発明の方法ではいずれも2kA／cm2と大
きくなつた。
500A／cm2であるの対し実験例２、３、４で示
される本発明の方法ではいずれも2kA／cm2と大
きくなつた。
(ii) 接合の電流密度のばらつきは、実験例１の場
合±15％であるのに対し、実験例２、３、４で
示される本発明の方法ではいずれも±10％に小
さくなつた。
合±15％であるのに対し、実験例２、３、４で
示される本発明の方法ではいずれも±10％に小
さくなつた。
接合のリーク電流は電流密度に比例して大きく
なることが知られている。したがつて次に同じ電
流密度の接合のリーク電流を比較するため、上記
実験例１の場合に高周波プラズマ酸化時電力のみ
を22Wと変えて、電流密度2kA／cm2の実験例５の
接合を作成した。
なることが知られている。したがつて次に同じ電
流密度の接合のリーク電流を比較するため、上記
実験例１の場合に高周波プラズマ酸化時電力のみ
を22Wと変えて、電流密度2kA／cm2の実験例５の
接合を作成した。
ジヨセフソン接合の電流電圧特性は第６図に示
すように、常伝導領域(A)における抵抗値RNN（４
ｍＶで定義）と、サブギヤツプ領域Ｂにおける抵
抗値RSG（２ｍＶで定義）によつて特徴づけられ
る。接合のリーク電流は、RSG／RNNの比によつ
て評価され、RSG／RNN値が大きいほど、リーク
電流が小さく、接合は高品質であるといえる。第
６図において２，３，４は上記実験例２、３、４
を示し、５は実験例５を示す。２、３、４と同じ
RNN値を持つ５を比較すと、５はサブギヤツプ領
域(B)における抵抗値が２，３，４の比較して小さ
く、従つて、RSG／RNN比は２，３，４の12に対
して８と小さいことが確認された。
すように、常伝導領域(A)における抵抗値RNN（４
ｍＶで定義）と、サブギヤツプ領域Ｂにおける抵
抗値RSG（２ｍＶで定義）によつて特徴づけられ
る。接合のリーク電流は、RSG／RNNの比によつ
て評価され、RSG／RNN値が大きいほど、リーク
電流が小さく、接合は高品質であるといえる。第
６図において２，３，４は上記実験例２、３、４
を示し、５は実験例５を示す。２、３、４と同じ
RNN値を持つ５を比較すと、５はサブギヤツプ領
域(B)における抵抗値が２，３，４の比較して小さ
く、従つて、RSG／RNN比は２，３，４の12に対
して８と小さいことが確認された。
なお、カソード表面にレジスト被覆する工程、
外部電極形成後に新たにカソード表面に新しいレ
ジストを被覆する工程、又はカソード表面のレジ
ストを再露出させる工程において外部電極形成後
の基板取り出し時にカソードを高周波プラズマ酸
化用真空槽から取り出し、この真空槽外で新たに
2μｍ厚のAZ1470レジストをスプレー法又はスピ
ンコート法等で吹きつけ例えば90℃のベーク炉中
で15分加熱してもよい。
外部電極形成後に新たにカソード表面に新しいレ
ジストを被覆する工程、又はカソード表面のレジ
ストを再露出させる工程において外部電極形成後
の基板取り出し時にカソードを高周波プラズマ酸
化用真空槽から取り出し、この真空槽外で新たに
2μｍ厚のAZ1470レジストをスプレー法又はスピ
ンコート法等で吹きつけ例えば90℃のベーク炉中
で15分加熱してもよい。
以上説明したように、本発明の方法によればカ
ソード表面を有機レジストで被覆したカソードを
用いて、高周波プラズマ酸化することによりジヨ
セフソン接合を形成するとカソードからの逆スパ
ツタを防止できるため、接合の電流密度のばらつ
きを低減し、接合のリーク電流を減少させること
ができるという利点がある。
ソード表面を有機レジストで被覆したカソードを
用いて、高周波プラズマ酸化することによりジヨ
セフソン接合を形成するとカソードからの逆スパ
ツタを防止できるため、接合の電流密度のばらつ
きを低減し、接合のリーク電流を減少させること
ができるという利点がある。
また逆スパツタを防止するために、その表面に
Inを被覆したカソードを用いる従来技術において
は、外部電極形成時に生じるPb−Inの合金を除
去する工程の後に新たなInをカソード表面に蒸着
する工程が必要なので、工程が複雑で時間のかか
る欠点があつた。
Inを被覆したカソードを用いる従来技術において
は、外部電極形成時に生じるPb−Inの合金を除
去する工程の後に新たなInをカソード表面に蒸着
する工程が必要なので、工程が複雑で時間のかか
る欠点があつた。
これに対して本発明は、カソード表面を有機レ
ジスト被覆していればよいので、外部電極形成時
にレジスト表面に付着するPbの上に更に新たな
レジストを被覆するだけでもよいし、付着した
Pbをエツチング除去して下地のレジストを露出
させ再使用してもよい。いずれにしても、従来２
工程必要だつたものが、新たなレジスト被覆工程
又はエツチング工程のいずれか１工程で済むので
工程を簡略化できる他、そのいずれの工程もInの
蒸着に比べれば、極めて短時間で行なえるものな
ので、工程の時間短縮にもつながる。更にカソー
ドを被覆するレジストとしては、通常下部電極に
酸化膜を形成する際に下部電極の一部をマスクし
ているレジストと同じものを使えるので、このレ
ジストが素子特性に悪影響を与えるそおそれはな
い。
ジスト被覆していればよいので、外部電極形成時
にレジスト表面に付着するPbの上に更に新たな
レジストを被覆するだけでもよいし、付着した
Pbをエツチング除去して下地のレジストを露出
させ再使用してもよい。いずれにしても、従来２
工程必要だつたものが、新たなレジスト被覆工程
又はエツチング工程のいずれか１工程で済むので
工程を簡略化できる他、そのいずれの工程もInの
蒸着に比べれば、極めて短時間で行なえるものな
ので、工程の時間短縮にもつながる。更にカソー
ドを被覆するレジストとしては、通常下部電極に
酸化膜を形成する際に下部電極の一部をマスクし
ているレジストと同じものを使えるので、このレ
ジストが素子特性に悪影響を与えるそおそれはな
い。
第１図はトンネル型ジヨセフソン接合素子の構
造を示す断面図、第２図は高周波プラズマ酸化に
用いられる装置の説明図、第３図は従来のカソー
ド構造の断面図、第４図〜第５図は本発明のカソ
ード構造の断面図そして第６図は従来及び本発明
のカソード構造を用いた場合の特性図である。
造を示す断面図、第２図は高周波プラズマ酸化に
用いられる装置の説明図、第３図は従来のカソー
ド構造の断面図、第４図〜第５図は本発明のカソ
ード構造の断面図そして第６図は従来及び本発明
のカソード構造を用いた場合の特性図である。
Claims (1)
- １ 表面が有機レジストで被覆されたカソードを
用いて下部電極の表面を高周波プラズマ酸化する
ことによりトンネル障壁となる酸化膜を形成する
ことを特徴とするジヨセフソン接合の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57029897A JPS58147182A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | ジヨセフソン接合の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57029897A JPS58147182A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | ジヨセフソン接合の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58147182A JPS58147182A (ja) | 1983-09-01 |
| JPH0228908B2 true JPH0228908B2 (ja) | 1990-06-27 |
Family
ID=12288761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57029897A Granted JPS58147182A (ja) | 1982-02-26 | 1982-02-26 | ジヨセフソン接合の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58147182A (ja) |
-
1982
- 1982-02-26 JP JP57029897A patent/JPS58147182A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58147182A (ja) | 1983-09-01 |
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