JPH04267569A - トンネル型ジョセフソン素子 - Google Patents
トンネル型ジョセフソン素子Info
- Publication number
- JPH04267569A JPH04267569A JP3028801A JP2880191A JPH04267569A JP H04267569 A JPH04267569 A JP H04267569A JP 3028801 A JP3028801 A JP 3028801A JP 2880191 A JP2880191 A JP 2880191A JP H04267569 A JPH04267569 A JP H04267569A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- barrier
- metal
- josephson junction
- barrier layer
- additive
- 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.)
- Pending
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- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は高速論理素子、高感度
電磁気センサ、電流計、変位計、または高周波信号増幅
器などに応用するジョセフソン素子関するものである。
電磁気センサ、電流計、変位計、または高周波信号増幅
器などに応用するジョセフソン素子関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来のジョセフソン接合の断面図を図２に
示す。障壁金属４は単一の物質を使用していたため、堆
積途中や堆積後の工程で粒界が成長し、表面の凹凸も大
きくなってしまった。その結果障壁絶縁層６も凹凸が大
きく膜厚にばらつきを生じてしまうため、ショートや特
性にばらつきが生じてしまった。
示す。障壁金属４は単一の物質を使用していたため、堆
積途中や堆積後の工程で粒界が成長し、表面の凹凸も大
きくなってしまった。その結果障壁絶縁層６も凹凸が大
きく膜厚にばらつきを生じてしまうため、ショートや特
性にばらつきが生じてしまった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 ジョセフソン接合
において障壁金属に単一の物質を使用していたため、堆
積途中や堆積後の工程で粒界が成長し、表面の凹凸も大
きくなってしまった。その結果障壁絶縁層も凹凸が大き
く膜厚にばらつきを生じてしまうため、ショートや特性
にばらつきが生じてしまった。
において障壁金属に単一の物質を使用していたため、堆
積途中や堆積後の工程で粒界が成長し、表面の凹凸も大
きくなってしまった。その結果障壁絶縁層も凹凸が大き
く膜厚にばらつきを生じてしまうため、ショートや特性
にばらつきが生じてしまった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、障壁層に障壁添加物として障壁金属とは異種の金属
、半導体等の物質を添加した。
に、障壁層に障壁添加物として障壁金属とは異種の金属
、半導体等の物質を添加した。
【０００５】
【作用】上記障壁添加物により、障壁金属の粒界成長を
防ぐことができ、障壁絶縁層の凹凸が小さくなるため素
子の特性、歩留りが向上する。
防ぐことができ、障壁絶縁層の凹凸が小さくなるため素
子の特性、歩留りが向上する。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明によるジョセフソン接合の障
壁層の部分を拡大した断面図である。ジョセフソン接合
は下から下部電極３、障壁層２、上部電極１からなって
おり、障壁層２は障壁金属４、障壁添加物５、障壁絶縁
層６からなっている。ジョセフソン接合の例は従来Ｎｂ
／Ａｌ−ｏｘｉｄｅ／Ａｌ／Ｎｂ構造の他にＮｂＮ／Ｍ
ｇＯ／ＮｂＮ，Ｎｂ／Ｓｉ／Ｎｂ，Ｎｂ／Ｎｂ−ｏｘｉ
ｄ／Ｎｂ構造等がある。ここではＮｂ／Ａｌ−ｏｘｉｄ
ｅ／Ａｌ／Ｎｂ構造のＡｌに障壁添加物５を添加するこ
とについて説明する。
て説明する。図１は本発明によるジョセフソン接合の障
壁層の部分を拡大した断面図である。ジョセフソン接合
は下から下部電極３、障壁層２、上部電極１からなって
おり、障壁層２は障壁金属４、障壁添加物５、障壁絶縁
層６からなっている。ジョセフソン接合の例は従来Ｎｂ
／Ａｌ−ｏｘｉｄｅ／Ａｌ／Ｎｂ構造の他にＮｂＮ／Ｍ
ｇＯ／ＮｂＮ，Ｎｂ／Ｓｉ／Ｎｂ，Ｎｂ／Ｎｂ−ｏｘｉ
ｄ／Ｎｂ構造等がある。ここではＮｂ／Ａｌ−ｏｘｉｄ
ｅ／Ａｌ／Ｎｂ構造のＡｌに障壁添加物５を添加するこ
とについて説明する。
【０００７】ジョセフソン接合の堆積方法はスパッタ、
蒸着、ＣＶＤ等いくつかの方法があるが、スパッタにつ
いて説明する。下部電極３のＮｂ膜は、１０−５Ｐａ台
以下まで高真空に引かれた反応室にＡｒガスを導入し圧
力を０．２から４Ｐａの設定値にしてＤＣマグネトロン
スパッタで堆積する。膜厚は１００から３００ｎｍ堆積
する。アルゴンガス導入を止め再び反応室を１０−５Ｐ
ａ台以下まで高真空に引いた後、アルゴンガスを導入し
圧力を０．２から４ＰａでＡｌ合金をＤＣマグネトロン
スパッタし１から２０ｎｍ堆積する。障壁層２は障壁金
属４のＡｌに障壁添加物５としてＳｉ，Ｇｅ，Ｃｕ，Ｐ
ｄ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｙ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｇａ，
Ｂａ，Ｔａの内少なくとも一つを混合する。
蒸着、ＣＶＤ等いくつかの方法があるが、スパッタにつ
いて説明する。下部電極３のＮｂ膜は、１０−５Ｐａ台
以下まで高真空に引かれた反応室にＡｒガスを導入し圧
力を０．２から４Ｐａの設定値にしてＤＣマグネトロン
スパッタで堆積する。膜厚は１００から３００ｎｍ堆積
する。アルゴンガス導入を止め再び反応室を１０−５Ｐ
ａ台以下まで高真空に引いた後、アルゴンガスを導入し
圧力を０．２から４ＰａでＡｌ合金をＤＣマグネトロン
スパッタし１から２０ｎｍ堆積する。障壁層２は障壁金
属４のＡｌに障壁添加物５としてＳｉ，Ｇｅ，Ｃｕ，Ｐ
ｄ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｙ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｇａ，
Ｂａ，Ｔａの内少なくとも一つを混合する。
【０００８】添加物としては非磁性であればこの他の物
質でもよい。ここでは１パーセントのＳｉを混合したＡ
ｌ合金ターゲットを使用して１０ｎｍスパッタする。こ
の工程でＡｌ合金スパッタ前は特に高真空に排気を行な
わなくても問題はない。反応室を１０−５Ｐａ台以下ま
で高真空に引き、酸素ガスまたは酸素とアルゴンの混合
ガス等を導入し圧力を設定値にし、障壁金属４と障壁添
加物５からなるＡｌ合金表面を酸化して障壁絶縁層６を
形成する。反応室を１０−５Ｐａ台以下まで高真空に引
き上記Ｎｂ堆積条件で再び上部電極１を５０から３００
ｎｍ堆積する。 図３はトンネル型ジョセフソン素子
を製作する工程を説明する断面図である。最初にジョセ
フソン接合９を製作するために、下部電極３、障壁層２
、上部電極１を堆積し、上部電極１と障壁層２をフォト
リソ工程でエッチングする。すなわち、図１のジョセフ
ソン接合を堆積した後、フォトリソ工程により上部電極
１と障壁層２をエッチングし、ジョセフソン接合９を形
成する。エッチング方法は一般的にプラズマによるドラ
イエッチングを使う。上部電極１のＮｂはＣＦ４ また
はＣＦ４ と酸素の混合ガスを使い反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）する。障壁層２のＡｌは酸を使ったウエ
ットエッチまたはＡｒガスによるＲＩＥで除去でする。 ここで障壁層２はエッチングを行なわなくてもよい。
質でもよい。ここでは１パーセントのＳｉを混合したＡ
ｌ合金ターゲットを使用して１０ｎｍスパッタする。こ
の工程でＡｌ合金スパッタ前は特に高真空に排気を行な
わなくても問題はない。反応室を１０−５Ｐａ台以下ま
で高真空に引き、酸素ガスまたは酸素とアルゴンの混合
ガス等を導入し圧力を設定値にし、障壁金属４と障壁添
加物５からなるＡｌ合金表面を酸化して障壁絶縁層６を
形成する。反応室を１０−５Ｐａ台以下まで高真空に引
き上記Ｎｂ堆積条件で再び上部電極１を５０から３００
ｎｍ堆積する。 図３はトンネル型ジョセフソン素子
を製作する工程を説明する断面図である。最初にジョセ
フソン接合９を製作するために、下部電極３、障壁層２
、上部電極１を堆積し、上部電極１と障壁層２をフォト
リソ工程でエッチングする。すなわち、図１のジョセフ
ソン接合を堆積した後、フォトリソ工程により上部電極
１と障壁層２をエッチングし、ジョセフソン接合９を形
成する。エッチング方法は一般的にプラズマによるドラ
イエッチングを使う。上部電極１のＮｂはＣＦ４ また
はＣＦ４ と酸素の混合ガスを使い反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）する。障壁層２のＡｌは酸を使ったウエ
ットエッチまたはＡｒガスによるＲＩＥで除去でする。 ここで障壁層２はエッチングを行なわなくてもよい。
【０００９】次に層間絶縁膜７を堆積後フォトリソ工程
でコンタクトホールを開けた後、超伝導膜の配線電極８
を堆積してフォトリソ工程で電極を形成する工程である
。層間絶縁膜７はＳｉＯ２， ＳｉＯ，Ｓｉ，ＭｇＯ
等がある。どれもスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等で堆積でき
る。堆積膜厚は下の膜を完全に絶縁するようにようにす
る。ここではＲＦマグネトロンスパッタで、ＳｉＯ２を
３００−５００ｎｍ堆積し、フォトリソ工程でコンタク
トホールを開ける。ＳｉＯ２ のエッチングはウエット
とドライエッチングの両方が可能である。ウエットエッ
チングの例としてはフッ酸の混合液を使った方法がある
。
でコンタクトホールを開けた後、超伝導膜の配線電極８
を堆積してフォトリソ工程で電極を形成する工程である
。層間絶縁膜７はＳｉＯ２， ＳｉＯ，Ｓｉ，ＭｇＯ
等がある。どれもスパッタ、蒸着、ＣＶＤ等で堆積でき
る。堆積膜厚は下の膜を完全に絶縁するようにようにす
る。ここではＲＦマグネトロンスパッタで、ＳｉＯ２を
３００−５００ｎｍ堆積し、フォトリソ工程でコンタク
トホールを開ける。ＳｉＯ２ のエッチングはウエット
とドライエッチングの両方が可能である。ウエットエッ
チングの例としてはフッ酸の混合液を使った方法がある
。
【００１０】ドライエッチングの例としてはＣＦ４ や
ＣＨＦ３ と酸素の混合ガスを使った反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）がある。ここではＣＨＦ３ と酸素の
混合ガスを使ったＲＩＥによりＳｉＯ２ をエッチング
する。配線電極８の超伝導膜の例としてはＮｂ、ＮｂＮ
やＰｂ−Ｉｎ、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕをスパッタや蒸着で堆
積するものがある。ここではジョセフソン接合の電極と
同様にして、Ｎｂ膜をＤＣマグネトロンスパッタで４０
０−６００ｎｍ堆積する。堆積前に超伝導コンタクトに
なるように基板をＡｒガスで逆スパッタする。この後フ
ォトリソ工程により配線部分を形成する。エッチングは
前記の下部電極３と同様にプラズマエッチングで行なう
。
ＣＨＦ３ と酸素の混合ガスを使った反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）がある。ここではＣＨＦ３ と酸素の
混合ガスを使ったＲＩＥによりＳｉＯ２ をエッチング
する。配線電極８の超伝導膜の例としてはＮｂ、ＮｂＮ
やＰｂ−Ｉｎ、Ｐｂ−Ｉｎ−Ａｕをスパッタや蒸着で堆
積するものがある。ここではジョセフソン接合の電極と
同様にして、Ｎｂ膜をＤＣマグネトロンスパッタで４０
０−６００ｎｍ堆積する。堆積前に超伝導コンタクトに
なるように基板をＡｒガスで逆スパッタする。この後フ
ォトリソ工程により配線部分を形成する。エッチングは
前記の下部電極３と同様にプラズマエッチングで行なう
。
【００１１】
【発明の効果】 障壁層に障壁添加物として障壁金属
とは異種の金属、半導体等の物質を添加し、障壁金属の
粒界成長を防ぐため素子の特性のばらつきが小さくなり
、歩留まりが向上する。
とは異種の金属、半導体等の物質を添加し、障壁金属の
粒界成長を防ぐため素子の特性のばらつきが小さくなり
、歩留まりが向上する。
【図１】本発明のジョセフソン接合の断面図である。
【図２】従来のジョセフソン接合の断面図である。
【図３】トンネル型ジョセフソン素子製作工程の断面図
である。
である。
１ 上部電極
２ 障壁層
３ 下部電極
４ 障壁金属
５ 障壁添加物
６ 障壁絶縁層
７ 層間絶縁膜
８ 配線電極
９ ジョセフソン接合
Claims (2)
- 【請求項１】 薄い障壁絶縁膜と障壁金属からなる障
壁層を２つの超伝導層からなる上部電極と下部電極で挟
んだジョセフソン接合において、前記障壁絶縁膜が金属
の酸化物からなり、前記障壁層に障壁添加物として前記
障壁金属とは異種の金属または半導体を添加したことを
特徴としたトンネル型ジョセフソン素子。 - 【請求項２】 前記障壁金属がＡｌで、前記障壁添加
物が非磁性でＳｉ，Ｇｅ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ａｕ，Ｂ
ｉ，Ｙ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｇａ，Ｂａ，Ｔａの内少な
くとも一つを含む請求項１記載のトンネル型ジョセフソ
ン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028801A JPH04267569A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | トンネル型ジョセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028801A JPH04267569A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | トンネル型ジョセフソン素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04267569A true JPH04267569A (ja) | 1992-09-24 |
Family
ID=12258531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3028801A Pending JPH04267569A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | トンネル型ジョセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04267569A (ja) |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP3028801A patent/JPH04267569A/ja active Pending
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