JPS5853874A - ジヨセフソン集積回路 - Google Patents

ジヨセフソン集積回路

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JPS5853874A
JPS5853874A JP56152682A JP15268281A JPS5853874A JP S5853874 A JPS5853874 A JP S5853874A JP 56152682 A JP56152682 A JP 56152682A JP 15268281 A JP15268281 A JP 15268281A JP S5853874 A JPS5853874 A JP S5853874A
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JP
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dielectric
ground plane
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Hikosuke Shibayama
芝山 彦右
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジ曹セ7ンン集積回路の改良に関する。
ジ曹セフソン集積回路とはジlセフソン接合素子を含む
集積回路をいうが、ジ璽セ7ソン接合素子とは、超電導
材料よりなる2箇の電極(ペース電極とカウンタ電極)
を極めて薄いトンネル絶縁膜を介して接合させておき、
別に設けられたコントロール線路にコントロール電流を
流して上記の超電導材料よりなる2箇の電極(ペース電
極とカウンタ電極)間のジ冒セフソン接合の臨界iit
流を制御して、このジ冒セフノン接合を超電導状態また
は非超電導状態にもたらし、この状1!Il変化を利用
してスイツチン/f!a能を発揮させる素子をいう。
従来技術におけるジ冒セフソン集積回路の断面図を第1
図に示す。図において、1はシリコン(81)等よりな
る基板−eTol)、2はグランドプレーンであり二オ
ゾ(Ml)) 、鉛合金等の超電導材料を基板lの表面
全面に&000 X程度の厚さに蒸着して形成する。グ
ランドプレーンの機能は、その上に配線される線!スト
リップ線路を構成し、高速に信号を伝送すること一1%
ある。又、もう一つの機能はコントロール電流C二より
作られる磁場をグランドプレーンとコントセール線路と
の間に集中させる事により素子の感度を上げる事−1%
あるo3は誘電体層であ〕、−酸化シリコン(810)
等の誘電体よりなる層をλooo X litの厚さに
蒸着して形成する。4はペース電極−1!あり、上記と
同様の超電導材料を2LOGO:@[の厚さに蒸着して
形成する。プレーンはホトレジストを用いたリフトオフ
等のホトリソグラフィー1形成する05はトンネル絶縁
膜fありペース電極の材料の酸化物をもって数loHの
厚さに形成する0形成される領域は図示するどとく、ペ
ース電極4とカウンタ電極6との接触面である。カウン
タ電極6は、上記と同様の超電導材料を4000 X程
度の厚さに蒸着して形成する。・ぐターン形成はペース
電極4の場合と同様″e′ある07は誘電体層でアシ、
−酸化シリコン(sio)等の誘電体よりなる層t−a
oooX程度の厚さに蒸着して形成する。8はコントロ
ール線路1あ)、上記と同様の超電導材料をaoooX
程度の厚さに蒸着する。ペース電極4・カウンタ電極6
とコントロール線路8&′の間の誘電体層7の厚さが他
の誘電体層3に比して厚い理由、および、コントa−ル
線路8の厚さが他の電極に比して厚い理由は段差に亀と
づ〈断線を防ぐためである。
かかる構造を有するジ璽セフンン集積回路において杜、
上記の如く考直がなされているにかかわらず、ジ嘗セ7
ソン接合の存在に本とづ〈段差の存在はさけがたいので
、製造工程中にコントロール線路8が段差部において往
々断線し、製造歩留りを低下させるという欠点がある。
次に、多層構造の−)mセ7ンン集積回路を製造するに
は、従来技術においては、第2図に示すととく、第1層
のジ璽セ7ソン接合素子1〜8の上に比較的厚い誘電体
層gを形成する。誘電体層9の表面は平坦である方が多
層化に有利で1ha、これは高分子樹脂等の塗布被膜を
誘電体層として用いると達成出来る。次に超電導体層1
0を形成し、第1層のジ冒セフソン接合素子と同様に、
誘電体層13、ベース電極14、トンネル絶縁膜15、
カウンタ電極16、誘電体層17、コント寵−ル線路1
iを形成する。
とζろが、上記の如き、多層構造のジ曹セ7ソン接合素
子に於ては、第1層のジ冒セ7ソン接合がグランドプレ
ーン10と2とに挾まれているため、ジ習セツノン接合
の臨界電流を制御するコントロール線路の電流(1菖)
がコントロール線路の上面と下面との双方に分流するた
め、ジ習セフノン接合の臨界電流の制御に直接寄与する
電流量が減少し、満足すべき大きさの感度が得られず、
又第1層と第2層のジ曹セフンン素子の感度が異なると
いう欠点がある。
本出願に係る第1の発明の目的は、ジ曹セフソン集積回
路においてコントロール線路の断線を防止する構造を提
供する仁と1−あり、第2の発明の目的は、2層構造の
ジ薗セフソン集積回路において、ジ冒七7ノン接合の臨
界電流の制御のためのコントロール線路の電流に対し感
度を良好になしつる構造を提供することにある。
第1の目的を達成する発明の要旨は、ジ譜セフンン接合
を挾んでグランドプレーンとコントロール線路との配設
位置を逆転することにある。すなわち、まず、半導体等
の基板上の所望の領域にコントロール線路を形成し、次
に、このコーントロール線路上に、誘電体層を介してペ
ース電極とトンネル絶縁膜とカウンタ電極とを形成し、
最上層として、基板全面に、誘電体層を介してグランド
プレーンを形成することにある。この構造においてモ、
最上層においては凹凸の発生は避は難いが、コントロー
ル線路がペース電極・カウンタ電極の直下のみに形成さ
れるに反し、グランドプレーンは基板全面に形成される
の1、最上層がコントロ−ル線路である従来技術におけ
る構造より、はるかに断線の確率が減少する。
第2の、目的を達成する発明の要旨は、第1層のジ璽セ
フソン接合素子の層構造を上記の構造と同一として、コ
ントロール線路を下層に2ランドプレーンを上層にし、
仁の/ランPプレーンヲモつて第2層のグランドプレー
ンを4兼ねさせ、第2層のジ璽セフソン接合素子は従来
技術におけると同様、コントロール線路を上層とするこ
とにある。
この層構造において社、第1層、第2層共にコントロー
ル線路が2つのグランドプレーンに挾まれることがない
ため、コントロール線路の電流(工R)はジ璽セ7ンン
接合素子に対接する面のみに流れ、2層構造のジ璽セフ
ソン集積回路において、感度を向上させ又第1層と第2
層のジ冒セフソン接合素子の感度を同じにすることが1
きる0以下図面を参照しつつ、本出願にかかる第1の発
明と第2の発明とに係る夫々1の実施例について説明し
、本発明の構成とその特有の効果とを明らかにする。
第3図は、第1の発明の1実施例にがかるジ冒セフソン
集積回路の断面図を示す。図において、1.4.5.8
は第1図に示す場合と同様、夫々、基板、ペース電極、
トンネル絶縁膜、カウンタ型棒〒あ抄、トンネル絶縁膜
5を除き、超電導材料をもって、第1図に示す場合と同
様に製造する0なお、トンネル絶縁膜5は、ペース電極
4を熱酸化しても又、酸素(0*)ガス中でグロー放電
をさせながら酸化しても形成することが1きる。器はコ
ントロール線路であり、27.23は一酸化シリコン(
810)等よりなる誘電体層″t@あり、いずれも、蒸
着法をもって形成することが望ましいo22はグランド
プレーン′1%あり、超電導材料を基板全面に蒸着して
形成する。各層の厚さは第1図の場合とおおむね同一1
ある0 上記のとおり、コントロール線路あが線状1あるに比し
、グランドプレーンnは面であるから、グランドプレー
ン2目巳段差のあることはさけが九いが、グランドプレ
ーン四の断線する確率は従来技術における場合よりはる
かに少なく製造歩留りを向上することが1きる。
第4図は第2の発明の1実施例にかかる2層構造のジl
セ7ソン集積回路の断面図を示す0図において、1.2
8,27.4,516.23は第3図に示す場合と同様
、夫々、基板、第1層コントロール線路、誘電体層、第
1層ペース電極、第1層トンネル絶縁膜、第1層ペース
電極、誘電体層fあり、上記に説明した如くして製造さ
れ、グランドプレーン32をともなって第11@/wセ
7ソン接合素子を構成する。グランドプレーン32は超
電導材料をもって形成し、両層のジ画セフソン接合素子
に対しグランドプレーンとして機能する。33は誘電体
層であり、第1図における3と同様の手法により形成さ
勾る。n、38は、夫々、誘電体層及びコントロール線
路1あシ、第1図における7゜8と同様の手法により形
成される64+B*fAが、夫々、パース電参、トンネ
ル絶縁膜、カウンタ電極であることは言うまでもない0
32 * 33 e 4 l!i *6.27.381
−もって第2層ジ曹セ7ソン接合素子を構成する。なお
、各層の厚さは第1図に示す場合とおおむね同−fある
多層の−)mセフソン集積回路において凹凸の原因とな
る領域はジ画七フソン接合のめる領域であるが、この領
域は基板表面に不特定に分散するの11全体としては、
図示するように平坦化される傾向がある。又誘電体層n
に高分子樹脂等の塗布被膜を用いる事により平坦化し第
2層目の素子を形成する事も出来る。いずれにしてもこ
の層構造における最大の利点は、コントロール線路あ・
あがグランドプレーンに対接することがないため、コン
トロール線路部、38の、ペース電極4.カウンター電
極6に対接する1面のみに電流が流れる結果とな抄、感
度の良好な2層ジ曹セフソン集積回路の製造が可能にな
ることである。
以上説明せるとおり、本出願に係る第1の発明(=よれ
ば、コントロール線路の断線確率の低いジ冒セフソン集
積回路を提供することが1き、本出願の第2の発明によ
れば、感度良好な2層ジ冒セフノン集積回路を提供する
ことが〒きる0なお、超電導材料としては、ニオブ(i
i b ) 、鉛合金をLじめいかなる超電導材料も使
用可能″r%あることは勿論−r*ibD、又、誘電体
材料も一酸化シリコン(810)に限定されないこと本
言うま1もない。又、各層の厚さも191’t’あり、
特に機能的意義を有さないことは周知ff16る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術におけるジ曹セフソン集積回路の断面
図11、第2図は従来技術における多層構造(図ζ:お
いては2層構造)のジlセ7ソン集積回路の断面図1あ
る0第3図は本出願の第1の発明の1実施例に係るジ箇
セフソン集積回路の断面図1あり、第4図は本出願の第
2の発明の1実権例に係る2層構造のジ冒セフソン集積
回路の断面図1ある。 1・・・基板、2・・・ブランドプレーン、3・・・誘
電体層、4・・・ペース電極、5・・・トンネル絶縁膜
、6・・・カウンタ電極、7・・・誘電体層、8・・・
コントロール線路、9・・・誘電体層、1G・・・第1
.第2層ジ冒セフソン接合素子に共用されるグランドプ
レーン、13・・・誘電体層、14・・・第2層ペース
電極、15・・・第2層トンネル絶縁膜、16・・・第
2層カウンタ電極、17・・・誘電体層、1B・・・第
2層コントロール線路、四・・・第1層コントロール線
路、n・・・誘電体層、n・・・誘電体層、22・・・
グランドプレーン、32・・・Igl、fgZ層ジ璽セ
フソン接合素子に共用されるグランドプレーン、(・・
・誘電体層、37・・・誘電体層、あ・・・第2層コン
トロール線路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11基板上に形成され超電導材料よシなるコントロー
    ル線路と、該=ント腐−ル線路上に誘電体層を介して形
    成されジ冒セ7ソン接合素子を構成する超電導材料より
    なるペース電極とトンネル絶縁膜と超電導材料よプなる
    カウンタ電極と、#ジWセ7ソン接合素子上に誘電体層
    を介して形成され超電導材料よりなるグランドプレーン
    とを有することを特徴とする−)Wセフノン集積回路。 (2)基板上に形成さねぇ超電導材料よりなる第1層コ
    ントロール線路と、該第1層コントロール線路上に誘電
    体層を介して形成され第1層ジ曹セフソン接合素子を構
    成する超電導材料よ)なる第1層ベース電極と第1層ト
    ンネル絶縁膜と超電導材料よりなる第1層カウンタ電極
    と、該第1層ジ冒セフソン豪合素子上に誘電体層を介し
    て形成され超電導材料よりなるグランドプレーンと、該
    グランドプレーン上に誘電体層を介して形成され第2層
    ジ璽セフソン接合素子を構成する超電導材料よりなる第
    2層ペース電極と第2層トンネル絶縁膜と超電導材料よ
    りなる第2層カウンタ電極と、該第2層ジ冒セフソン接
    合素子上に誘電体層を介して形成され超電導材料よりな
    るコントロール線路とを有する仁とを特徴とするジ冒セ
    フソン集積回路。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5889877A (ja) * 1981-11-21 1983-05-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 超伝導回路装置
JPS5889878A (ja) * 1981-11-21 1983-05-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 超伝導回路装置
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JP2023548674A (ja) * 2020-11-13 2023-11-20 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 電気デバイスへのアライメントされた光アクセスを有する層状基板構造

Citations (1)

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JPS5350986A (en) * 1976-10-20 1978-05-09 Fujitsu Ltd Josephson integrated circuit by multilayer structure

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