JPS5821882A - トンネル形ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents
トンネル形ジヨセフソン接合素子の製造方法Info
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- JPS5821882A JPS5821882A JP56121578A JP12157881A JPS5821882A JP S5821882 A JPS5821882 A JP S5821882A JP 56121578 A JP56121578 A JP 56121578A JP 12157881 A JP12157881 A JP 12157881A JP S5821882 A JPS5821882 A JP S5821882A
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- barrier layer
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- tunnel
- barrier
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- 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)
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】
本発明はトンネル形ジロセフソン接合素子の製造方法に
おいて安定したトンネルバリア層を形成する方法に関す
るものである。
おいて安定したトンネルバリア層を形成する方法に関す
るものである。
−1−リ^1
トンネル形ジョセフソン接合素子は基本的に基板(St
やサファイア等)上に下地電極(超伝導体)があシ、そ
の上に電気的に絶縁性のトンネルバリア層、更にその上
に上部電極(超伝導体)のある構造をしている。このト
ンネルバリア層は20〜50Xと非常に薄い絶縁膜であ
り、素子特性を大きく左右する。例えば、トンネル・バ
リア層の膜厚の変動でトンネルバリア層を流れる・ゾヨ
センソン電流は2桁大きく変動する。
やサファイア等)上に下地電極(超伝導体)があシ、そ
の上に電気的に絶縁性のトンネルバリア層、更にその上
に上部電極(超伝導体)のある構造をしている。このト
ンネルバリア層は20〜50Xと非常に薄い絶縁膜であ
り、素子特性を大きく左右する。例えば、トンネル・バ
リア層の膜厚の変動でトンネルバリア層を流れる・ゾヨ
センソン電流は2桁大きく変動する。
また、トンネル・バリアの物質や品質が素子性能に大き
く影響する。このため、良質のバリア層を制御性よく形
成する方法を開発することは素子の信頼性、歩留シの向
上の点からも重要であシ、トンネルバリア層の形成は素
子作製工程形成(pbあるいはpb金合金Nb、NbN
、A15型化合物)■パターン形成■トンネルバリア層
形成■上部電極形成の四つの形成過程に大別できる。
く影響する。このため、良質のバリア層を制御性よく形
成する方法を開発することは素子の信頼性、歩留シの向
上の点からも重要であシ、トンネルバリア層の形成は素
子作製工程形成(pbあるいはpb金合金Nb、NbN
、A15型化合物)■パターン形成■トンネルバリア層
形成■上部電極形成の四つの形成過程に大別できる。
■のトンネルバリア層の形成には二種類の形成2−
法がある。一つはノ9ターン形成後の下地電極を直接酸
化(ノラズマ酸化、自然酸化)して所定のバリア層を形
成する方法であり、他は下地電極上に下地電極とは異な
ったkAやSt等を蒸着、あるいはCVD等により数1
0Xの厚さに形成し、とれを酸化してトンネルバリア層
とする方法である。前者はトンネルバリア層の厚さを制
御1しやすいが、下地電極の種類によって定まったバリ
ア物質しか得られないことになる。一方、後者は下地電
極とは異種のAtやsi等を下地電極上に形成し、酸化
することにより誘電率の小さなAt203やS 102
バリアを形成する方法であるが、AtやSlの極薄膜の
膜厚制御が難しい。このように、バリア層の形成法の双
方に一長一短がある。
化(ノラズマ酸化、自然酸化)して所定のバリア層を形
成する方法であり、他は下地電極上に下地電極とは異な
ったkAやSt等を蒸着、あるいはCVD等により数1
0Xの厚さに形成し、とれを酸化してトンネルバリア層
とする方法である。前者はトンネルバリア層の厚さを制
御1しやすいが、下地電極の種類によって定まったバリ
ア物質しか得られないことになる。一方、後者は下地電
極とは異種のAtやsi等を下地電極上に形成し、酸化
することにより誘電率の小さなAt203やS 102
バリアを形成する方法であるが、AtやSlの極薄膜の
膜厚制御が難しい。このように、バリア層の形成法の双
方に一長一短がある。
バリア層の制御性に重点を置いた場合は下地電極を酊接
酸化して、バリア層・を形成するがNbやNb化合物に
おいてはバリア物質の品質が問題となる。問題点として
は次のものである。1つはNbを酸化した場合、主とし
て生成されるのはNb2O5であるが、その他金属性の
Nb−0化合物が形成されやすく、バリア物質として品
質が悪い。
酸化して、バリア層・を形成するがNbやNb化合物に
おいてはバリア物質の品質が問題となる。問題点として
は次のものである。1つはNbを酸化した場合、主とし
て生成されるのはNb2O5であるが、その他金属性の
Nb−0化合物が形成されやすく、バリア物質として品
質が悪い。
たとえNb2O5で完全なバリアを形成したとしても、
誘電率が大きく(ε=30〜60)、素子が実状されて
も高速スイッチングができない欠点を提つ。2番目の問
題点け、島Tc (約15に以上)を示すNb化化合物
超伝導模膜酸化した場合、Nbが非電に酸化されやすく
酸化物バリアはほとんどNb系酸化物であり、このバリ
アは1番目の問題点を含み、Nb化合物を酸化しても必
ずしも良好なバリア層は形成できないことになる。との
場合、Nbよりも酸化性の強い元素を含むTe化合物を
下地電極に用いればよいが、そのような高Tc化合物は
存在せず、Nbに近い酸化性をもつ元素としてはAtが
存在するのみである。Nb 3Atは15 K以上の高
臨界温度を示す優れた材料であるが、Nbの方がAtよ
シもわずかに酸化物生成エネルギーが小さくバリア層中
にはNb2O5、Nb−0が含有され高品質バリアが実
現され得ない欠点を有していた。
誘電率が大きく(ε=30〜60)、素子が実状されて
も高速スイッチングができない欠点を提つ。2番目の問
題点け、島Tc (約15に以上)を示すNb化化合物
超伝導模膜酸化した場合、Nbが非電に酸化されやすく
酸化物バリアはほとんどNb系酸化物であり、このバリ
アは1番目の問題点を含み、Nb化合物を酸化しても必
ずしも良好なバリア層は形成できないことになる。との
場合、Nbよりも酸化性の強い元素を含むTe化合物を
下地電極に用いればよいが、そのような高Tc化合物は
存在せず、Nbに近い酸化性をもつ元素としてはAtが
存在するのみである。Nb 3Atは15 K以上の高
臨界温度を示す優れた材料であるが、Nbの方がAtよ
シもわずかに酸化物生成エネルギーが小さくバリア層中
にはNb2O5、Nb−0が含有され高品質バリアが実
現され得ない欠点を有していた。
Nb−At化合物薄膜の直接酸化ではNb系酸化物バリ
アが形成されるが、本発明ではこれら質の悪い酸化物バ
リアを避けるためトンネル/997層形成前にC2F6
.C3F8又はC4F、。に02を含んだガス、あるい
はCF4.C2F6.C3F8.C4F、。のいずれか
2つ以上の複合ガスに02を含んだガスを使用し、0.
5〜0.005 Torrのガス圧でスパッタすること
により表面層数10Xにわた。9Atrich層を形成
し、その後直接酸化により低誘電率でかつ品質の良好な
At205バリア層を形成させ得る特徴を有し、その目
的は信頼性の高い高速スイッチング可能なトンネル形ジ
ロセフソン接合素子を提供することにある。
アが形成されるが、本発明ではこれら質の悪い酸化物バ
リアを避けるためトンネル/997層形成前にC2F6
.C3F8又はC4F、。に02を含んだガス、あるい
はCF4.C2F6.C3F8.C4F、。のいずれか
2つ以上の複合ガスに02を含んだガスを使用し、0.
5〜0.005 Torrのガス圧でスパッタすること
により表面層数10Xにわた。9Atrich層を形成
し、その後直接酸化により低誘電率でかつ品質の良好な
At205バリア層を形成させ得る特徴を有し、その目
的は信頼性の高い高速スイッチング可能なトンネル形ジ
ロセフソン接合素子を提供することにある。
トンネルバリア層の形成工程においては前の製造工程で
あるパターニング工程時にNb−At下地電極の表面が
レジスト、酸あるいは酸化皮膜によって汚染されている
ため、 Arガス中でスフ4ツタ・クリーニングした後
、酸化される。このバリア層形成前のスノヤツタ・クリ
ーニングはpbやNb系素子において従来よυ行われて
いる。との方法をNb−At薄膜に適用した場合、必ず
しも優れたバリアが生成できるとは限らない。NbとA
tをArガス中でスパッタした場合のス、!ツタ収量を
表1に示す。
あるパターニング工程時にNb−At下地電極の表面が
レジスト、酸あるいは酸化皮膜によって汚染されている
ため、 Arガス中でスフ4ツタ・クリーニングした後
、酸化される。このバリア層形成前のスノヤツタ・クリ
ーニングはpbやNb系素子において従来よυ行われて
いる。との方法をNb−At薄膜に適用した場合、必ず
しも優れたバリアが生成できるとは限らない。NbとA
tをArガス中でスパッタした場合のス、!ツタ収量を
表1に示す。
表I Arイオンによるkt 、 Nbのスノ臂ツタ収
蓋(atoms/1on) との表から明らかなように、NbよりもAtO方がスパ
ッタされやすく、ス・ぐツタ後の表面は薄膜形成時の組
成よりもNb−richとなる。このため、Arガスに
よるス・9ツタ・クリーニング後酸化すると多量のNb
酸化物を含む品質の悪いバリア層が形成されることにな
る。スパッタクリーニングは汚染除去の観点から効果を
有するものの、良質トンネルバリア層形成の目的に対し
悪影響を及ばず。そこで、Nb−At薄膜において高品
質At203バリアを形成するためには酸化前にAA−
richな表面層を実現することが必要となる。このA
t−rich表面層を実現するためには表1どけ逆にW
b K対してはスパッタ速度が大きくAtに対してはス
パッタ速度の小さなガスによシスノ卆ツタすればよいこ
とになる。C2F6.C3F8゜C4F、。及びCF4
に酸紫を混合したガスの酸素分圧比によるNbとAJa
の650W、全ガス圧012’forrにおけるスパッ
タ速度(X/−m)をそれぞれ下記表2 (a) (b
) (e) (d)に示す。
蓋(atoms/1on) との表から明らかなように、NbよりもAtO方がスパ
ッタされやすく、ス・ぐツタ後の表面は薄膜形成時の組
成よりもNb−richとなる。このため、Arガスに
よるス・9ツタ・クリーニング後酸化すると多量のNb
酸化物を含む品質の悪いバリア層が形成されることにな
る。スパッタクリーニングは汚染除去の観点から効果を
有するものの、良質トンネルバリア層形成の目的に対し
悪影響を及ばず。そこで、Nb−At薄膜において高品
質At203バリアを形成するためには酸化前にAA−
richな表面層を実現することが必要となる。このA
t−rich表面層を実現するためには表1どけ逆にW
b K対してはスパッタ速度が大きくAtに対してはス
パッタ速度の小さなガスによシスノ卆ツタすればよいこ
とになる。C2F6.C3F8゜C4F、。及びCF4
に酸紫を混合したガスの酸素分圧比によるNbとAJa
の650W、全ガス圧012’forrにおけるスパッ
タ速度(X/−m)をそれぞれ下記表2 (a) (b
) (e) (d)に示す。
7−
表2から明らかなようにとれら混合ガスにおいては尤ら
はほとんどスパッタされず、Nbは著しくスノマツタさ
れる。C2F6−02 、C3F8−02゜CF−0及
びCF4−O2においてそれぞれ酸素分410 2 圧が0.8部、0.9%、1チ、0.8q6のときNb
のス・やツタ速度は最大値を示し、C2F6.C3F8
゜C4F、。、CF4のみのス・母ツタより、これらに
02が混合したガスによZ)ヌ・ぐツタは著しい効果を
示す。また、C2F6.C3F8.C4F1o及びCF
4ガスによるNbとAtのスパックエラff68ow。
はほとんどスパッタされず、Nbは著しくスノマツタさ
れる。C2F6−02 、C3F8−02゜CF−0及
びCF4−O2においてそれぞれ酸素分410 2 圧が0.8部、0.9%、1チ、0.8q6のときNb
のス・やツタ速度は最大値を示し、C2F6.C3F8
゜C4F、。、CF4のみのス・母ツタより、これらに
02が混合したガスによZ)ヌ・ぐツタは著しい効果を
示す。また、C2F6.C3F8.C4F1o及びCF
4ガスによるNbとAtのスパックエラff68ow。
0.12Torrで行なった場合、そのエツチング速度
比はNbでおよそ60:55:50:100であり、A
tはどれもほとんどエツチングされない。
比はNbでおよそ60:55:50:100であり、A
tはどれもほとんどエツチングされない。
また、CF4.C2F6.C3F8及びC4F1oがス
の少なくとも二種以上の混合ガスによるNbのエツチン
グ速度は、はぼそのがス弼比に単体ガス時エツチング速
度の重み平均をとった値にほぼ一致する。
の少なくとも二種以上の混合ガスによるNbのエツチン
グ速度は、はぼそのがス弼比に単体ガス時エツチング速
度の重み平均をとった値にほぼ一致する。
更に、02が加わった混合ガスにおいても同様の傾向を
示す。
示す。
これらのガスのエツチングの作用によυNb−At薄膜
の表面層は数101にわたってAt−rich層となる
。このAt−richの薄膜を酸化すると低誘電率(ε
−11)のAt203を主成分とする品質の良いトンネ
ルバリア層が形成されることになる。また、これらのガ
スでは酸素分圧比が3係を超えると、ス・ヤッタエッチ
ングを行なった場合、エツチング速度の低下及び02甘
の増加によってAt205膜形成速膜形増速することに
よりAt203バリアの膜厚が増加し、トンネル特性を
示さなくなるためトンネルバリアとして使用できなくな
る。
の表面層は数101にわたってAt−rich層となる
。このAt−richの薄膜を酸化すると低誘電率(ε
−11)のAt203を主成分とする品質の良いトンネ
ルバリア層が形成されることになる。また、これらのガ
スでは酸素分圧比が3係を超えると、ス・ヤッタエッチ
ングを行なった場合、エツチング速度の低下及び02甘
の増加によってAt205膜形成速膜形増速することに
よりAt203バリアの膜厚が増加し、トンネル特性を
示さなくなるためトンネルバリアとして使用できなくな
る。
このような酸素分圧比が3%を超えAt203バリア膜
圧が厚く形成されたものはC2F6.C3F8゜C4F
、。ガスに02ガスを含んだガス及びCF4.C2F6
゜C6F8.C4F1oの少なくとも二種以上の混合ガ
スに02を含有したガスによるスパッタ後、 Arガス
ス・母ツタを行い、At203バリア膜を適当な(30
〜50X)膜厚までエツチングすることによりAt20
3を主成分とするトンネルバリア層を形成することがで
きる。
圧が厚く形成されたものはC2F6.C3F8゜C4F
、。ガスに02ガスを含んだガス及びCF4.C2F6
゜C6F8.C4F1oの少なくとも二種以上の混合ガ
スに02を含有したガスによるスパッタ後、 Arガス
ス・母ツタを行い、At203バリア膜を適当な(30
〜50X)膜厚までエツチングすることによりAt20
3を主成分とするトンネルバリア層を形成することがで
きる。
実施例1
アーク溶解によって作製したNb−25,1atチAt
合合金ターノット 100 ff1llφ)を用いてd
Cマグネトロンスノやツタ法により熱酸化膜のある81
基板(SIO2膜厚8000X)上に670°Cの基板
温度で10−2To rrのArガス中でスル4ツタし
て3500Xの下地電極薄膜を得た。この薄膜の超伝導
臨界温度はTe=16.7Kを示した。次にこの下地電
極のパターニング(ハターン巾:20、am)のためレ
ジストコート、露光、現像、エツチング(沸硝酸乳酸液
)を行った。次に再度し・シストコートし、露光、現像
により上部電極形成用のステンシルを形成した。この工
程に菱いて接合部分の下地電極が露出した状態になって
いる。次1テ、これらの一部の薄膜基板を従来の一般的
な方法によ〕バリア層を形成し、素子を作製した。すな
わち酸化前に10−2TorrのAr! ス中f ス/
千ツタ(Vpp =600 V + 20分間)して表
面クリーニングしたのち、10−2TorrのAr−4
% 02ガス中でプラズマ酸化(V、、−=4oov、
5分間)シ、その後、Pbの上部電極を形成し素子を作
製した。得られた素子のV−Ivj性は図1に示す様に
主にブリッジ型の特性を示した。
合合金ターノット 100 ff1llφ)を用いてd
Cマグネトロンスノやツタ法により熱酸化膜のある81
基板(SIO2膜厚8000X)上に670°Cの基板
温度で10−2To rrのArガス中でスル4ツタし
て3500Xの下地電極薄膜を得た。この薄膜の超伝導
臨界温度はTe=16.7Kを示した。次にこの下地電
極のパターニング(ハターン巾:20、am)のためレ
ジストコート、露光、現像、エツチング(沸硝酸乳酸液
)を行った。次に再度し・シストコートし、露光、現像
により上部電極形成用のステンシルを形成した。この工
程に菱いて接合部分の下地電極が露出した状態になって
いる。次1テ、これらの一部の薄膜基板を従来の一般的
な方法によ〕バリア層を形成し、素子を作製した。すな
わち酸化前に10−2TorrのAr! ス中f ス/
千ツタ(Vpp =600 V + 20分間)して表
面クリーニングしたのち、10−2TorrのAr−4
% 02ガス中でプラズマ酸化(V、、−=4oov、
5分間)シ、その後、Pbの上部電極を形成し素子を作
製した。得られた素子のV−Ivj性は図1に示す様に
主にブリッジ型の特性を示した。
一方、残りの薄膜基板の一部をArがス中(10−2T
orr )でスパッタ(V、、=600V、20分間)
したのちC7F6.C3F8jC4F、。、C2F6−
20チCF4.C,F8−50係CF4.C4F、。−
50チCF4.C2F6−50 % C3F8のいずれ
かのガス(全圧はすべて1.2X10 Torr )
でスノj ツタ(l/)ずれもW=100W、2分間)
した。その後、これらス・母ツタされた基板をAr −
4102ガス中(10−2Torr)でプラズマ酸化(
V、P=z400V、5分間)し、次いで、Pbの上部
電極を形成して素子を作製した。
orr )でスパッタ(V、、=600V、20分間)
したのちC7F6.C3F8jC4F、。、C2F6−
20チCF4.C,F8−50係CF4.C4F、。−
50チCF4.C2F6−50 % C3F8のいずれ
かのガス(全圧はすべて1.2X10 Torr )
でスノj ツタ(l/)ずれもW=100W、2分間)
した。その後、これらス・母ツタされた基板をAr −
4102ガス中(10−2Torr)でプラズマ酸化(
V、P=z400V、5分間)し、次いで、Pbの上部
電極を形成して素子を作製した。
得られた素子のV−I特性はトンネル形を示した。
このときのギャップ電圧はC2F6.C3F8でスノP
ツタした場合は4,1と4.0mVであシ、C4F、。
ツタした場合は4,1と4.0mVであシ、C4F、。
でスノやツタした場合は3.9 mVであった。またC
2F6−20 % CF4では4.15 mV、 03
F8−50%CF4では4.1 mVであり、C4F、
o−50%CF4では4.0mV。
2F6−20 % CF4では4.15 mV、 03
F8−50%CF4では4.1 mVであり、C4F、
o−50%CF4では4.0mV。
C2F6−50 % C3F8では4.05 mVであ
った。
った。
膜基板)を用い、露出した下地電極をC2F6−02゜
C3F8−02 、c4p 10−02 IC2F 6
−19 % CF4−1 % 02503F8−49係
CF4−1係02それぞれのガス中(全圧はいずれも1
.2X10 Torr、酸素分圧Prはそれぞれ0.
8係、0.9係、1%、1チ、1部)でスパッタした。
C3F8−02 、c4p 10−02 IC2F 6
−19 % CF4−1 % 02503F8−49係
CF4−1係02それぞれのガス中(全圧はいずれも1
.2X10 Torr、酸素分圧Prはそれぞれ0.
8係、0.9係、1%、1チ、1部)でスパッタした。
その後Ar−4at % 02ガス中(lQTorr)
でプラズマ酸化(VPP=400V。
でプラズマ酸化(VPP=400V。
5分)シ、Pbによシ上部電極を形成し、素子を作製し
た。とれらの素子はいずれもトンネル形のV−I特性を
示し、ギャップ電圧はいずれも4、0〜4.2 mVの
値を示した。C2F6−0.2ガスでスフ9ツタした場
合のV−I特性を図2に示す。これらのガスでスフ4ツ
タした後の表面層のAt、Nbの濃度分析をオージェ電
子分光装置によシ測定した。その結果を図3に示す。C
2F6.C3F8.C4F、。。
た。とれらの素子はいずれもトンネル形のV−I特性を
示し、ギャップ電圧はいずれも4、0〜4.2 mVの
値を示した。C2F6−0.2ガスでスフ9ツタした場
合のV−I特性を図2に示す。これらのガスでスフ4ツ
タした後の表面層のAt、Nbの濃度分析をオージェ電
子分光装置によシ測定した。その結果を図3に示す。C
2F6.C3F8.C4F、。。
C2F6−20チCF4.C,F、。−50q6CF4
それぞれのガスのみでエツチングした試料でも同様の表
面層を示し、表面にはAt−rich層が約40X形成
され、プラズマ酸化によってht2o、が形成されてい
る。この安定したAt203バリアがトンネル特性を示
すものと考えられる。At205の形成は光電子分光装
置と(開光解析装置からも観察された。
それぞれのガスのみでエツチングした試料でも同様の表
面層を示し、表面にはAt−rich層が約40X形成
され、プラズマ酸化によってht2o、が形成されてい
る。この安定したAt203バリアがトンネル特性を示
すものと考えられる。At205の形成は光電子分光装
置と(開光解析装置からも観察された。
実施例2
サファイヤ基板上に電子ビーム蒸着によりNb−Aj薄
膜を形成した。蒸着前の冥空度は10 ’Torr 、
基板温度700℃でNbとAtを同時蒸着した。蒸着時
の真空度は2 X 10−8Torrであッfr。膜形
成速度は30 X /seeで4000Xの薄膜を形成
した。?Nられた合金薄膜の、f、+1成はNb−24
,5at %Atで臨界Wr度はTc=15゜2にであ
った。この薄膜を用いて実施例1と同様のパター・ンを
形成した。バリア層形成前の前処理としてArガス中で
スパッタクリーニングしたもの、C2F6−02ガス(
酸素分圧Pr : o−8% ) ・03F8−02ガ
ス(Pr : 0.9 % ) ” C4F10−02
ガス(Pr : 0.9 %)及び(C2F6720
% CF 4−、、.20 % C3F[l) −02
(P r : 1%)の4行のがスにおいてそれぞれの
全ガス圧を変化してスフ9ツタしたもの、及び酸化方法
を変え友ものの各種の素子を作製し、各素子に対するV
−I特性をイ!Iた。それらを下記表3 (a) (b
) (c)(d)に示す。トンネル形の特性を示すもの
けバリア層形成前にC2F6−02,03F8−02.
C4F1o−02及び(C2F6−20%CF4−20
チC3F8) −0□のいずれかのガスでスノヤツタし
たものであることがわかる。トンネル特性を示すものの
中でギャッf電圧は全ガス圧に依存する。優れた特性を
示すものは全ガス圧が0005〜0.5Torrの間の
ものである。
膜を形成した。蒸着前の冥空度は10 ’Torr 、
基板温度700℃でNbとAtを同時蒸着した。蒸着時
の真空度は2 X 10−8Torrであッfr。膜形
成速度は30 X /seeで4000Xの薄膜を形成
した。?Nられた合金薄膜の、f、+1成はNb−24
,5at %Atで臨界Wr度はTc=15゜2にであ
った。この薄膜を用いて実施例1と同様のパター・ンを
形成した。バリア層形成前の前処理としてArガス中で
スパッタクリーニングしたもの、C2F6−02ガス(
酸素分圧Pr : o−8% ) ・03F8−02ガ
ス(Pr : 0.9 % ) ” C4F10−02
ガス(Pr : 0.9 %)及び(C2F6720
% CF 4−、、.20 % C3F[l) −02
(P r : 1%)の4行のがスにおいてそれぞれの
全ガス圧を変化してスフ9ツタしたもの、及び酸化方法
を変え友ものの各種の素子を作製し、各素子に対するV
−I特性をイ!Iた。それらを下記表3 (a) (b
) (c)(d)に示す。トンネル形の特性を示すもの
けバリア層形成前にC2F6−02,03F8−02.
C4F1o−02及び(C2F6−20%CF4−20
チC3F8) −0□のいずれかのガスでスノヤツタし
たものであることがわかる。トンネル特性を示すものの
中でギャッf電圧は全ガス圧に依存する。優れた特性を
示すものは全ガス圧が0005〜0.5Torrの間の
ものである。
15−
実施例3
実施例1で作製した・母ターン形成迄の工程を経た薄膜
基板を用い露出した下地電極をC2F6゜C3F8.C
4F、。、C2F6−02.C3F8−02,04F、
。−02、C2F6−20係CF4.C3F8−50チ
CF4. (C2F6−20チCF4)−02゜(C2
F6−50チC3F8)−02ガス中(いずれも全圧1
.2 X 10−’Torr )でスパッタ(30W、
5分間)した。02混合がスではいずれも02分圧を0
.1〜20チまで変化させた。偏光解析装置を用い、こ
のときに基板表面に形成されるAt203バリア層の膜
厚を観測した。この結果を表4(a)(b) (c)
(d) (a)に示す。
基板を用い露出した下地電極をC2F6゜C3F8.C
4F、。、C2F6−02.C3F8−02,04F、
。−02、C2F6−20係CF4.C3F8−50チ
CF4. (C2F6−20チCF4)−02゜(C2
F6−50チC3F8)−02ガス中(いずれも全圧1
.2 X 10−’Torr )でスパッタ(30W、
5分間)した。02混合がスではいずれも02分圧を0
.1〜20チまで変化させた。偏光解析装置を用い、こ
のときに基板表面に形成されるAt203バリア層の膜
厚を観測した。この結果を表4(a)(b) (c)
(d) (a)に示す。
20−
C2F6.C3F8.C4F10倉C2F6−20係C
FわC2F6−50チC3F8ガスのいずれでスパッタ
したものも02が含まれていないためAt203は形成
されない。
FわC2F6−50チC3F8ガスのいずれでスパッタ
したものも02が含まれていないためAt203は形成
されない。
C2F6−0.2 、C,F8−02,04F、。−0
2,(C2F6−20チCF4) −02、(02F6
−50噛C3F、)−02ガスでは0□分圧が増大する
につれht2o、膜厚も増大している。トンネル型ジ葺
セフソン素子作製に必要な酸化物バリア層の膜厚は約3
0X〜501程度である。
2,(C2F6−20チCF4) −02、(02F6
−50噛C3F、)−02ガスでは0□分圧が増大する
につれht2o、膜厚も増大している。トンネル型ジ葺
セフソン素子作製に必要な酸化物バリア層の膜厚は約3
0X〜501程度である。
この範囲にはいるAt203バリア層膜厚が形成される
場合の0□分圧PrはC2F6−02で0.4〜3(素
子番号44〜49)、C,F8−02で0.4〜3(素
子番号54〜59)、C4F、。−02で0.4〜3(
素子番号64〜69)であシ、(C2F6−20チCF
4)−0゜、 (C3F8−50チCF4)−02でも
(素子番号74〜79.84〜89)0.4〜3であっ
た。
場合の0□分圧PrはC2F6−02で0.4〜3(素
子番号44〜49)、C,F8−02で0.4〜3(素
子番号54〜59)、C4F、。−02で0.4〜3(
素子番号64〜69)であシ、(C2F6−20チCF
4)−0゜、 (C3F8−50チCF4)−02でも
(素子番号74〜79.84〜89)0.4〜3であっ
た。
C2F6−02.C,F8−02,04F1o−02(
C2F6−20 %CF4)−02s (C2F6−5
oチ03F、)−02のいずれのガスでス・母ツタした
場合も02分圧が0.2以下の場合はバリア膜厚は30
Xに達せず、また0□分圧が4以上の場合はバリア膜厚
が501を超える。
C2F6−20 %CF4)−02s (C2F6−5
oチ03F、)−02のいずれのガスでス・母ツタした
場合も02分圧が0.2以下の場合はバリア膜厚は30
Xに達せず、また0□分圧が4以上の場合はバリア膜厚
が501を超える。
02分圧が0.2以下のもの(素子番号41〜43j5
1〜53,61〜63)は更にAr−4チ0□ガス中(
10”−2Torr )でプラズマ酸化(v、P−4o
ov、s分)して薄膜基板表面に厚さ30X〜50Xの
At203バリア層を形成し、また02分圧が0.4〜
2のこれら5種のガスの場合はいずれかの混合ガス中で
ス・ンツタしたもの(素子番号44〜49.54〜59
.64〜69.74〜79.84〜89)はそのまま、
02分圧が4以上のもの(素子番号410〜413゜5
10〜513.610〜613.710〜713.81
0〜813)はAr、ガス中(10−2Torr )で
ツノ9ツタ(VPP=600V、20〜30分間)し、
At203バリア膜厚が30X〜50Xになるようにエ
ツチングし、すべての薄膜基板上に30X〜50XのA
t206パリアMを形成する。
1〜53,61〜63)は更にAr−4チ0□ガス中(
10”−2Torr )でプラズマ酸化(v、P−4o
ov、s分)して薄膜基板表面に厚さ30X〜50Xの
At203バリア層を形成し、また02分圧が0.4〜
2のこれら5種のガスの場合はいずれかの混合ガス中で
ス・ンツタしたもの(素子番号44〜49.54〜59
.64〜69.74〜79.84〜89)はそのまま、
02分圧が4以上のもの(素子番号410〜413゜5
10〜513.610〜613.710〜713.81
0〜813)はAr、ガス中(10−2Torr )で
ツノ9ツタ(VPP=600V、20〜30分間)し、
At203バリア膜厚が30X〜50Xになるようにエ
ツチングし、すべての薄膜基板上に30X〜50XのA
t206パリアMを形成する。
その後、Pbの上部電極を形成し、素子を作製した。
僅られた素子のV−I特性を表4に示す。02分圧が0
.1c$以下でスパッタした後作製した素子ではいずれ
のガスでス)4ツタしたものも02の混合しないガスで
ス・ぐツタした後作製した素子とギャップ電圧は変らす
C2F6−02.CC3F8−02(C2F −20e
$ CF4)−02ガスではいずれも3.8 mV、C
4F1o−02では3.7 mVを示し、また(C2F
6−50 % C3F8)−02ガスでは3.6mVを
示す。
.1c$以下でスパッタした後作製した素子ではいずれ
のガスでス)4ツタしたものも02の混合しないガスで
ス・ぐツタした後作製した素子とギャップ電圧は変らす
C2F6−02.CC3F8−02(C2F −20e
$ CF4)−02ガスではいずれも3.8 mV、C
4F1o−02では3.7 mVを示し、また(C2F
6−50 % C3F8)−02ガスでは3.6mVを
示す。
02分圧が0.2%でス/量ツタした後作製した素子は
、C2F6.C,F8.C4F1o、C2F6−20
% CF4.C2F6−50 % C3F8のみでスノ
ぐツタし7’C場合よシもギャップ電圧はいずれも0.
1 mV高くなり、それぞれ3、9 mV 、 3.9
mV 、 3.8 mV 、 3.917IV 、
3.7mVを示す。02分圧が0.4〜3俤でスフ4ツ
タした後作製した素子のギャップ電圧は02F6−02
.C3F8−02、C4F1o−0□、(C,、F6−
20%CF4)−02,(C2F6−50% C3F8
)−02の順にそれぞれ4.2〜4.5 mV 。
、C2F6.C,F8.C4F1o、C2F6−20
% CF4.C2F6−50 % C3F8のみでスノ
ぐツタし7’C場合よシもギャップ電圧はいずれも0.
1 mV高くなり、それぞれ3、9 mV 、 3.9
mV 、 3.8 mV 、 3.917IV 、
3.7mVを示す。02分圧が0.4〜3俤でスフ4ツ
タした後作製した素子のギャップ電圧は02F6−02
.C3F8−02、C4F1o−0□、(C,、F6−
20%CF4)−02,(C2F6−50% C3F8
)−02の順にそれぞれ4.2〜4.5 mV 。
4.2〜4.6 mV 、 4.0〜4.4mV、4.
2〜4.5mV。
2〜4.5mV。
3.8〜4.4mVを示す。この02分圧の場合ギャッ
プ電圧の上昇するのは次の理由による。これらのガスで
スパッタを実施すると、CF4.C2F6゜C3F8.
C4F、ofスの放電による分解から生じるカ−?ンC
が基板表面に付着し、Nbのエツチングを阻害するが、
0がCをCO5CO2としてガス化して取シ除き、CF
4.C2F6.C3F8.C4F1oによるNbエツチ
ングを進行させる。この02分圧の場合OによるAt2
03形成速度が釣り合って適当な膜厚(30〜50X)
のバリア層が形成されるためである。0□分圧が3チを
超えると表4に示すように、At203の酸化物バリア
層形成速度が次第に増加することにより、バリア膜厚が
50Xを超え゛、トンネル特性を示さなくなるためとの
ままではギャップ電圧は現われない。これらの厚いバリ
アをトンネル特性を示す30〜50Xにするため、At
ガス中(10−2TOrr、■、P=600v)で20
〜30分スノ4ツタする必要がある。このとき、得られ
た素子のギャツf電圧は約4.0〜3、7 mVの値を
示した。
プ電圧の上昇するのは次の理由による。これらのガスで
スパッタを実施すると、CF4.C2F6゜C3F8.
C4F、ofスの放電による分解から生じるカ−?ンC
が基板表面に付着し、Nbのエツチングを阻害するが、
0がCをCO5CO2としてガス化して取シ除き、CF
4.C2F6.C3F8.C4F1oによるNbエツチ
ングを進行させる。この02分圧の場合OによるAt2
03形成速度が釣り合って適当な膜厚(30〜50X)
のバリア層が形成されるためである。0□分圧が3チを
超えると表4に示すように、At203の酸化物バリア
層形成速度が次第に増加することにより、バリア膜厚が
50Xを超え゛、トンネル特性を示さなくなるためとの
ままではギャップ電圧は現われない。これらの厚いバリ
アをトンネル特性を示す30〜50Xにするため、At
ガス中(10−2TOrr、■、P=600v)で20
〜30分スノ4ツタする必要がある。このとき、得られ
た素子のギャツf電圧は約4.0〜3、7 mVの値を
示した。
り上説明したように本発明によればNb−At超伝導1
1 g5をC2F6.C3F8.C4F1oガスに酸素
を0.1〜3%含んだ混合ガスあるいFi CF4.C
2F6.C3F8゜C4F1oの少なくとも二種V上の
ガスに酸素を0、1〜3チ含んだ混合ガス中でスパッタ
した場合、AtとNbのスフ4ツタレートの差によって
薄膜表面にAt−rich層が形成されるから、これら
の表面を酸化すれば誘電率の低いAt203トンネルバ
リア層を形成することができ、安定した高速スイッチン
グ素子を歩留シよく製造できる利点がある。
1 g5をC2F6.C3F8.C4F1oガスに酸素
を0.1〜3%含んだ混合ガスあるいFi CF4.C
2F6.C3F8゜C4F1oの少なくとも二種V上の
ガスに酸素を0、1〜3チ含んだ混合ガス中でスパッタ
した場合、AtとNbのスフ4ツタレートの差によって
薄膜表面にAt−rich層が形成されるから、これら
の表面を酸化すれば誘電率の低いAt203トンネルバ
リア層を形成することができ、安定した高速スイッチン
グ素子を歩留シよく製造できる利点がある。
第1図は従来の方法で製造したジョセフソン接合素子の
電圧−電流特性を示すグラフ、第2図は本発明の方法で
製造したジョセフソン接合素子の電圧−電流特性を示す
グラフ、そして第3図はNb−25,1at%At薄膜
をC2F6−02ガスでス/母ツタした後のオージェ電
子分光装置による表面近傍でのNbとAtの深さ方向の
濃度分布を示すグラフである。 代理人 ラP理士 鈴 江 武 彦第3図
電圧−電流特性を示すグラフ、第2図は本発明の方法で
製造したジョセフソン接合素子の電圧−電流特性を示す
グラフ、そして第3図はNb−25,1at%At薄膜
をC2F6−02ガスでス/母ツタした後のオージェ電
子分光装置による表面近傍でのNbとAtの深さ方向の
濃度分布を示すグラフである。 代理人 ラP理士 鈴 江 武 彦第3図
Claims (1)
- 下地電極にNb−At超伝導薄膜を用いたトンネル形−
)ヨセフソン接合素子の製造方法において、上記超伝導
薄膜をC2F6.C3F8.又はC4F1oの単一ガス
に0.1〜3%02を含んだガス中、あるいはCF4.
C2F6.C3F8.又はC4F、。から選らばれた少
なくとも二種以上の混合ガスに町10.1〜310□を
含んだガス中において、0.5〜0.005 Torr
のガス圧でスパッタエツチングを行ない、その後酸化し
てトンネルバリア層を形成することを特徴とするトンネ
ル形ジョセフソン接合素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56121578A JPS5821882A (ja) | 1981-08-03 | 1981-08-03 | トンネル形ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
| CA000405292A CA1168762A (en) | 1981-06-22 | 1982-06-16 | Method of fabrication for josephson tunnel junction |
| US06/390,116 US4412902A (en) | 1981-06-22 | 1982-06-18 | Method of fabrication of Josephson tunnel junction |
| NL8202511A NL190858C (nl) | 1981-06-22 | 1982-06-22 | Werkwijze voor het vervaardigen van een Josephson-tunnelovergang. |
| FR8211126A FR2508237B1 (fr) | 1981-06-22 | 1982-06-22 | Procede pour la fabrication d'une jonction de josephson, notamment d'une jonction tunnel de josephson |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56121578A JPS5821882A (ja) | 1981-08-03 | 1981-08-03 | トンネル形ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821882A true JPS5821882A (ja) | 1983-02-08 |
| JPS6347153B2 JPS6347153B2 (ja) | 1988-09-20 |
Family
ID=14814703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56121578A Granted JPS5821882A (ja) | 1981-06-22 | 1981-08-03 | トンネル形ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821882A (ja) |
-
1981
- 1981-08-03 JP JP56121578A patent/JPS5821882A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6347153B2 (ja) | 1988-09-20 |
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