JPH0328075B2 - - Google Patents
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- JPH0328075B2 JPH0328075B2 JP61067363A JP6736386A JPH0328075B2 JP H0328075 B2 JPH0328075 B2 JP H0328075B2 JP 61067363 A JP61067363 A JP 61067363A JP 6736386 A JP6736386 A JP 6736386A JP H0328075 B2 JPH0328075 B2 JP H0328075B2
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- JP
- Japan
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- superconductor
- superconductor electrode
- electrode
- layer
- etching
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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】
（産業上の利用分野）
本発明はトンネル型ジヨ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
なトンネル型ジヨセフソン素子の製造方法に関す
る。
法に関し、さらに詳しくは集積回路に適した微小
なトンネル型ジヨ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、エイツチ・クローガー
（H.Kroger）らによつて1981年８月にアプライ
ド・フイジツクス・レターズ（Applied Physics
Letters）の第39巻第３号280〜282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〜ｃ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の超伝導体電極２
２および第２の超伝導体電極２４は直流マグネト
ロンスパツタ法で被着する。トンネル障壁層２３
はシリコン−水素（Si−Ｈ）合金を被着し、熱酸
化して形成する。上記３層膜２２，２３，２４を
パターニングして下部配線を形成した後、第２図
ｂに示すように第２の超伝導体電極２４上の接合
部となる場所にホトレジストでエツチングマスク
２５を形成し、引続き第１および第２の超伝導体
電極２２，２４をアノードとして第２の超伝導体
電極２４の露出部分をトンネル障壁層まで陽極酸
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
出表面をスパツタクリーニングし、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に示すようなジヨセフソン素子
が得られる。
（H.Kroger）らによつて1981年８月にアプライ
ド・フイジツクス・レターズ（Applied Physics
Letters）の第39巻第３号280〜282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〜ｃ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の超伝導体電極２
２および第２の超伝導体電極２４は直流マグネト
ロンスパツタ法で被着する。トンネル障壁層２３
はシリコン−水素（Si−Ｈ）合金を被着し、熱酸
化して形成する。上記３層膜２２，２３，２４を
パターニングして下部配線を形成した後、第２図
ｂに示すように第２の超伝導体電極２４上の接合
部となる場所にホトレジストでエツチングマスク
２５を形成し、引続き第１および第２の超伝導体
電極２２，２４をアノードとして第２の超伝導体
電極２４の露出部分をトンネル障壁層まで陽極酸
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
出表面をスパツタクリーニングし、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に示すようなジヨセフソン素子
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
エツチングマスク２５下部の第２超伝導体電極２
４まで一部酸化される。しかもエツチングマスク
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。従つて、１〜
2μｍ程度の微小接合寸法のジヨセフソン素子を
数多く配した集積回路を作製する場合には、目標
とするジヨセフソン素子の臨界電流値が得られな
いという問題や、この値のウエーハ内での均一性
が不充分であるという問題を生じる。
程で、酸化は時間とともに等方的に進行するため
エツチングマスク２５下部の第２超伝導体電極２
４まで一部酸化される。しかもエツチングマスク
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。従つて、１〜
2μｍ程度の微小接合寸法のジヨセフソン素子を
数多く配した集積回路を作製する場合には、目標
とするジヨセフソン素子の臨界電流値が得られな
いという問題や、この値のウエーハ内での均一性
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
除いたトンネル型ジヨセフソン素子の製法を提供
することにある。
除いたトンネル型ジヨセフソン素子の製法を提供
することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明によれば、基板上に第１の超伝導体電
極、トンネル障壁層、第２の超伝導体電極を連続
形成する工程、前記第２の超伝導体電極上の接合
部となる箇所にエツチングマスクを形成し、前記
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
クを残したまま第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
エツチングマスクを除去した後、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ト
ンネル型ジヨセフソン素子の製造方法が得られ
る。
極、トンネル障壁層、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接合
部となる箇所にエツチングマスクを形成し、前記
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
クを残したまま第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
エツチングマスクを除去した後、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ト
ンネル型ジヨセフソン素子の製造方法が得られ
る。
（作用）
本発明では、まず第２の超伝導体電極とトンネ
ル障壁層を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の絶縁体層で被
覆保護した後、露出した第１の超伝導体電極を陽
極酸化して第１の超伝導体電極と第３の超伝導体
電極との間の電気絶縁のための第２の絶縁体層を
形成する。そのため、陽極酸化の際、従来例のよ
うに酸化が接合部まで及ぶという問題がない。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ヨセフソン素子の製造が可
能となる。
ル障壁層を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の絶縁体層で被
覆保護した後、露出した第１の超伝導体電極を陽
極酸化して第１の超伝導体電極と第３の超伝導体
電極との間の電気絶縁のための第２の絶縁体層を
形成する。そのため、陽極酸化の際、従来例のよ
うに酸化が接合部まで及ぶという問題がない。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ヨセフソン素子の製造が可
能となる。
（実施例）
次に本発明について第１図ａ〜ｆの断面図に示
す実施例を参照して詳細に説明する。
す実施例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１２、トンネル障壁層１３、第２
の超伝導体電極１４から成る３層膜を形成する。
第１および第２の超伝導体電極１２，１４は、共
にスパツタ法や電子ビーム蒸着法により被着した
それぞれ膜厚300nｍ、150nｍのNb膜である。ト
ンネル障壁層１３は、スパツタ法や蒸着法により
被着した膜厚約5nｍのアルミニウムAl膜を純酸
素O2雰囲気中で熱酸化して形成する。上記３層
膜のパターニングは通常のフオトリソグラフイ工
程を用いて、フロン12（CCl2F2）やフロン13
（CF4）をエツチングガスとする反応性スパツタ
エツチング法で行なう。次に、第１図ｂに示すよ
うに第２の超伝導体電極１４上の接合部となる場
所にレジストマスク１５を形成した後、CCl2F2
やCF4による反応性スパツタエツチング法で第２
の超伝導体電極１４とトンネル障壁層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１５を残したままプ
ラズマCVD法やスパツタ法により試料全面に二
酸化硅素（SiO2）を150nｍ被着し、第１の絶縁
体層１６を形成する。次に、フロン２３
（CHF3）などを用いた反応性スパツタエツチン
グ法やイオンビームエツチング法で第１の絶縁体
層１６を平坦部の第１の超伝導体電極１２表面が
現われるまでエツチングする。これらの異方性エ
ツチング法では、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１の絶縁体層１６で被覆した構造が得
られる。その後、五硼酸アンモニウムとエチレン
グリコールの水溶液中で第１の超伝導体電極１２
をアノードとして第１の超伝導体電極１２の露出
表面を陽極酸化すると、第１図ｅに示すような酸
化ニオブ（Nb2O5）でなる第２の絶縁体層１７が
形成される。Nb2O5の膜厚は陽極酸化電圧Ｖ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20nｍのNb2O5膜を成長させ
た。NbからNb2O5への体積膨張は約2.6倍である
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、前もつて第１の超伝導体電極１２の下部
に電気的接触を保つて設けた導体層を用いてもよ
い。最後に、エツチングマスク１５を除去した
後、第２の超伝導体電極１４表面をスパツタクリ
ーニングし、第１図ｆ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400n
ｍのNb膜でなる第３の超伝導体電極１８を形成
する。
の超伝導体電極１２、トンネル障壁層１３、第２
の超伝導体電極１４から成る３層膜を形成する。
第１および第２の超伝導体電極１２，１４は、共
にスパツタ法や電子ビーム蒸着法により被着した
それぞれ膜厚300nｍ、150nｍのNb膜である。ト
ンネル障壁層１３は、スパツタ法や蒸着法により
被着した膜厚約5nｍのアルミニウムAl膜を純酸
素O2雰囲気中で熱酸化して形成する。上記３層
膜のパターニングは通常のフオトリソグラフイ工
程を用いて、フロン12（CCl2F2）やフロン13
（CF4）をエツチングガスとする反応性スパツタ
エツチング法で行なう。次に、第１図ｂに示すよ
うに第２の超伝導体電極１４上の接合部となる場
所にレジストマスク１５を形成した後、CCl2F2
やCF4による反応性スパツタエツチング法で第２
の超伝導体電極１４とトンネル障壁層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１５を残したままプ
ラズマCVD法やスパツタ法により試料全面に二
酸化硅素（SiO2）を150nｍ被着し、第１の絶縁
体層１６を形成する。次に、フロン２３
（CHF3）などを用いた反応性スパツタエツチン
グ法やイオンビームエツチング法で第１の絶縁体
層１６を平坦部の第１の超伝導体電極１２表面が
現われるまでエツチングする。これらの異方性エ
ツチング法では、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１の絶縁体層１６で被覆した構造が得
られる。その後、五硼酸アンモニウムとエチレン
グリコールの水溶液中で第１の超伝導体電極１２
をアノードとして第１の超伝導体電極１２の露出
表面を陽極酸化すると、第１図ｅに示すような酸
化ニオブ（Nb2O5）でなる第２の絶縁体層１７が
形成される。Nb2O5の膜厚は陽極酸化電圧Ｖ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20nｍのNb2O5膜を成長させ
た。NbからNb2O5への体積膨張は約2.6倍である
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、前もつて第１の超伝導体電極１２の下部
に電気的接触を保つて設けた導体層を用いてもよ
い。最後に、エツチングマスク１５を除去した
後、第２の超伝導体電極１４表面をスパツタクリ
ーニングし、第１図ｆ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400n
ｍのNb膜でなる第３の超伝導体電極１８を形成
する。
本実施例では、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１６で被覆
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
小さいジヨセフソン素子が形成できる。
程で、接合部の側壁が第１の絶縁体層１６で被覆
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
小さいジヨセフソン素子が形成できる。
本実施例では、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Al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。ま
た、第１の絶縁体層にはSiO2膜以外に他の絶縁
体膜を用いても何ら問題はない。
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Al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。ま
た、第１の絶縁体層にはSiO2膜以外に他の絶縁
体膜を用いても何ら問題はない。
（発明の効果）
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
いジヨセフソン素子が形成できる。
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
いジヨセフソン素子が形成できる。
第１図ａ〜ｆは本発明のトンネル型ジヨセフソ
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ヨセフソン素子の製
造方法を工程順に示す断面図である。 図において、１１，２１は基板、１２，２２の
第１の超伝導体電極、１３，２３はトンネル障壁
層、１４，２４の第２の超伝導体電極、１５，２
５はエツチングマスク、１６，２６は第１の絶縁
体層または絶縁体層、１７は第２の絶縁体層、１
８，２７は第３の超伝導体電極である。
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ヨセフソン素子の製
造方法を工程順に示す断面図である。 図において、１１，２１は基板、１２，２２の
第１の超伝導体電極、１３，２３はトンネル障壁
層、１４，２４の第２の超伝導体電極、１５，２
５はエツチングマスク、１６，２６は第１の絶縁
体層または絶縁体層、１７は第２の絶縁体層、１
８，２７は第３の超伝導体電極である。
Claims (1)
- １ 基板上に第１の超伝導体電極、トンネル障壁
層、第２の超伝導体電極を連続形成する工程、前
記第２の超伝導体電極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残したまま第
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、前記エツチングマスク
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トンネル型ジヨセフ
ソン素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61067363A JPS62224988A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | トンネル型ジヨセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61067363A JPS62224988A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | トンネル型ジヨセフソン素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62224988A JPS62224988A (ja) | 1987-10-02 |
| JPH0328075B2 true JPH0328075B2 (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=13342852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61067363A Granted JPS62224988A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | トンネル型ジヨセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62224988A (ja) |
Family Cites Families (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
- 1986-03-27 JP JP61067363A patent/JPS62224988A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62224988A (ja) | 1987-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |