JPS6029235B2

JPS6029235B2 - 超伝導回路装置の製法

Info

Publication number: JPS6029235B2
Application number: JP57187738A
Authority: JP
Inventors: 研一黒田; 公一永田; 誠太郎松尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1982-10-26
Filing date: 1982-10-26
Publication date: 1985-07-09
Also published as: JPS5976488A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、基板上に、ニオブ（Ｎｂ）からなる超伝導体
層を形成する第１の工程と、上記基板上に、上記超伝導
体上に延長している非超伝導体層を形成する第２の工程
とを含む、超伝導回路装置の製法の改良に関する。

このような超伝導回路装置の製法は、ニオブからなる超
伝導体層が、超伝導体配線層、接地用超伝導体層、ジョ
セフソン接合素子の超伝導体電極層などとして基板上に
形成され、また、超伝導体層上に延長している非超伝導
体層が、絶縁層、保護層、層間絶縁層、ジョセフソン接
合素子のトンネル障壁層などとして基板上に形成されて
いる構成を有する、種々の超伝導回路装置を製造する場
合に広く適用されている。

ところで、上述した超伝導回路装置の製法において、従
来は、基板上に、非超伝導体層を形成する第２の工程が
、真空蒸着法、スパッタリング法、及び化学気相堆積法
（ＣＶＤ法）中の何れかを用いた工程であるのを普通と
していた。

しかしながら、第２の工程が、真空葵着法を用いた工程
である場合、非超伝導体層をピンホールの少ないものと
して形成するのが困難であった。

また、これを回避するためには、非超伝導体層を、厚く
形成しなければならなかった。このため、上述した第２
の工程が、真空蒸着法を用いた方法による工程である、
という従来の超伝導回路装置の製法の場合、超伝導回路
装置を、所期の良好な特性を有するものとして、容易に
製造することができない、という欠点を有していた。

また、第２の工程が、スパッタリング法またはＣＶＤ法
を用いた工程である場合、基板を超伝導体層とともに高
い温度に加熱する必要があった。

また、非超伝導体層となる非超伝導体のイオンが、ニオ
ブでなる超伝導体層に、比較的大きな衝突速度で衝突す
ること、また、超伝導体層が、上述したように、加熱さ
れていることなどの理由で、超伝導体層が、超伝導転移
温度の低い、且つ磁気侵入距離の大きい、劣化したもの
になる不都合を有していた。なお、超伝導体層が磁気侵
入距離の大きいものになっている場合、その超伝導体層
は大なる自己ィンダクタンスを有している。さらに、上
述した不都合を回避するためには、第１の工程において
、超伝導体層を厚く形成しなければならなかった。この
ため、第２の工程が、スパッタリング法またはＣＶＤ法
を用いた工程である、という従来の超伝導回路装置の製
法の場合、その超伝導回路装置をジョセフソン接合素子
を有するものとして製造し、そしてそのジョセフソン接
合素子の超伝導体層を、上述した第１の工程で形成され
る超伝導体層とした場合、そのジョセフソン接合素子が
ギャップ電圧が低く、このため動作速度の遅いものとし
て形成されたり、また、超伝導回路装置を、上述した第
１の工程で形成される超伝導体層を配線層としているも
のとして製造する場合、その配線層が、自己インダクタ
ンスの大きいものとして形成されたり、さらに、非超伝
導体層が段差を有するものとして形成されたりして、超
伝導回路装置を所期の特性を有するものとして、容易、
廉価に製造することができない、という欠点を有してい
た。

よって、本発明は、上述した欠点のない、新規な超伝導
回路装置の製法を提案せんとするもので、以下本発明の
実施例を述べるところから明らかとなるであろう。

第１図Ａ〜Ｃは、本発明による超伝導回路装置の製法の
一例を示す。

本発明による超伝導回路装置の製法の一例においては、
所要の基板１を予め用意する（第１図Ａ）。

しかして、その基板１上に、ニオブ（Ｎｂ）からなる超
伝導体層２を、それ自体は公知の種々の方法によって、
所要のパターンに形成する（第１図Ｂ）。

次に、基板１上に、超伝導体層２上に延長している非超
伝導体層３を形成する（第１図Ｃ）。

この場合、非超伝導体層３を、第２図を伴なつて次に述
べるようにして形成する。即ち、第２図に示すプラズマ
装置１０を用意する。

このプラズマ装置１０は、マイクロ波導入口１１とガス
導入口１２とを有するプラズマ発生部１３と、プラズマ
発生部１３と連通し且つ他のガス導入ロー４及びガス排
出口１９を有する基板配置部１５とを有する容器１６を
有する。

また、プラズマ装置１川ま、永久磁石または直流電磁石
でなる磁界付与手段１７を有する。

この磁界付与手段１７は、容器１６内に、点線で示して
いるような、プラズマ発生部１３と基板配置部１５とを
結ぶ方向に延長し且つ基板配置部１５内がプラズマ発生
部１３内に比し疎である密度分布を有する磁界１８を与
えるように、容器１６のプラズマ発生部１３の周りに配
されている。しかして、第２図に示すように、容器１６
の基板配置部１５内に、第１図Ｂで上述した工程で得ら
れた、超伝導体層２が形成されている基板１を配する。
次に、容器１６内を、ガス排出口１９を介して排気する
。

次に、容器１６内を、ガス排出口１９を介して排気しな
がら、プラズマ発生部１３内に、ガス導入口１２から第
１のガスＧＩを導入させ、且つマイクロ波導入口１１か
らマイクロ波Ｍを導入させるとともに、容器１４内に、
磁界付与手段１７から、上述した磁界１８を与えて、プ
ラズマ発生部１３内で、第１のガスＧＩのプラズマイオ
ンを発生させる。

そして、プラズマ発生部１３内で発生したプラズマイオ
ンを、上述した磁界１８によって基板配置部１５内に導
入させる。

また、基板配置部１５内で、第１のガスＧＩのプラズマ
イオンを、ガス導入口１４から予め導入させている第２
のガスＧ２に反応させ、その反応生成物を、基板１上に
、非超伝導体として堆積させて、基板１上に、超伝導体
層２上に延長している非超伝導体層３を形成させる。

以上のようにして、第１図Ｃに示すように、非超伝導体
層３を形成する。

以下、上述のようにして形成された非超伝導体層３に対
し、それ自体は公知のパターンニング処理を施したり、
基板１上に、パターンニング処理の施されたまたは施さ
れていない非超伝導体層３上に延長している他の超伝導
体層を、それ自体は公知の種々の方法で形成したりして
、目的とする超伝導回路装置を製造する。

以上が、本発明による超伝導回路装置の製法の一例であ
る。

このような本発明による超伝導回路装置の製法は、基板
１上に、超伝導体層２を形成する第１の工程（第１図Ｂ
）と、基板１上に、超伝導体層２上に延長している非超
伝導体層３を形成する第２の工程（第１図Ｃ）とを含ん
でいる。

そして、その第２の工程が、上述したプラズマ装置１０
を用い、その容器１６のプラズマ発生部１３内で、第１
のガスＧＩのプラズマイオンを発生させ、そのプラズマ
イオンを、基板配置部１５内に導入させ、基板配置部１
５内で、プラズマイオンを第２のガスＧ２に反応させ、
その反応生成物を、基板１上に、非超伝導体として堆積
させて、基板１上に、超伝導体層２上に延長している非
超伝導体層３を形成するという、工程である。

このため、第２の工程において、基板１上に、超伝導体
層上に延長している非超伝導体層３をその厚さを大にし
なくても、ピンホールの少ないものとして、容易に形成
することができる。また、基板１を超伝導体層２ととも
に１００００以上の高い温度に加熱する必要がない。

さらにプラズマイオンが、超伝導体層２に、大なる衝突
速度で衝突することがない。また、上述したように、超
伝導体層２が高い温度に加熱されないので、超伝導体層
２が、超伝導転移温度の低い、且つ磁気侵入距離の大き
い、劣化したものになる、という不都合を有しない。さ
らに、このような不都合を回避させるため、第１の工程
において、超伝導体層２を厚く形成しなければならない
こともない。よって、本発明による超伝導回路装置の製
法によれば、その超伝導回路装置を、ジョセフソン接合
素子を有するものとして製造し、そしてそのジョセフソ
ン接合素子の超伝導体層を、上述した第１の工程で形成
される超伝導体層２とした場合、そのジョセフソン接合
素子をギャップ電圧が低く、このため動作速度が遅いも
のとして形成されたり、また、超伝導回路装置を、上述
した第１の工程で形成される超伝導体層２を配線層とし
て製造する場合、その配線層が、自己ィンダクタンスの
大きいものとして形成されたり、さらに、非超伝導体層
３が段差を有するものとして形成されたりすることない
こ、所期の優れた特性を有するものとして、容易、廉価
に製造することができるという特徴を有する。また、こ
のような特徴は、特に、第２の工程において、第１のガ
スＧＩが酸素ガスまたは窒素ガスでなり、また第２のガ
スＧ２がＳｉ３凡のようなシリコン化合物でなり、よっ
てシリコン酸化物（Ｓｉ０２）またはシリコン窒化物（
Ｓｉ３Ｎ４）を、非超伝導体としての反応生成物として
、基板１上に堆積させた場合、顕著であった。

因みに、第２の工程において、第１のガスＧＩが、酸素
ガスであり、また第２のガスＧ２がＳｉ３日４ガスであ
り、よって、シリコン酸化物Ｓｉ０２を、非超伝導体と
しての反応性成分として、基板１上に、その温度を室温
として堆積させた場合、非超伝導体が基板１上に堆積す
る速度（ｎｍノ分）に対する、上述した超伝導体層２の
超伝導転移温度Ｔｃの関係が、第３図で実線に示すよう
に得られた。これに対し、本発明によらずに、第２の工
程が、冒頭で前述した従釆のマグネトロンを用いたスパ
ッタリング法及び平行平板を用いたスパッタリング法（
いずれも基板の温度を２５０ｑｏとしている）を用いた
工程である場合、非超伝導体が基板１上に堆積する速度
に対する、超伝導体層２の超伝導転移温度Ｔｃの関係が
第３図で点線及び鎖線に示すように得られた。このこと
から、本発明によれば非超伝導体が基板１上に堆積する
速度に対する、超伝導体層２の超伝導転移温度Ｔｃが、
従釆の場合に比し広い非超伝導体が基板１上に堆積する
速度の範囲で、高い値を保存していることが明らかであ
ろう。また、非超伝導体が基板１上に堆積する速度（ｎ
ｍ／分）に対する、超伝導体層２における磁気侵入距離
入（ｎｍ）の関係が、本発明による場合、第４図で実線
に示すように得られた。

これに対し、本発明によろずに、第２の工程が、冒頭で
前述した従来のマグネトロンを用いたスパッタリング法
及び平行平板を用いたスパッタリング法（いずれも基板
の温度を２５００○としている）を用いた工程である場
合、非超伝導体が基板１上に堆積する速度に対する、超
伝導体２における時期侵入距離の関係が、第４図で点線
及び鎖線に示すように得られた。なお、第２の工程が、
上述した従釆のスパッタリング法を用いた工程である場
合において、第４図で点線及び鎖線に示すように、非超
伝導体が基板１上に堆積する速度が大になるに応じて、
超伝導体層２における磁気侵入長が増大するのは、この
場合に超伝導体層２に入射するＳｉ０２粒子の運動ェネ
ルギが、非超伝導体が基板１上に堆積する速度が大にな
るに応じて大になり、これに応じて、超伝導体層２が損
傷を受けるからであると推定される。第４図で示すとこ
ろから、本発明によれば、非超伝導体が基板１上に堆積
する速度に対する超伝導体層２における磁気侵入距離＾
が、従来の場合に比し広い、非超伝導体が基板１上に堆
積する速度の範囲で、小さな値を保存していることが明
らかであろう。このため、超伝導体層２が低い自己ィン
ダクタンスを有し、従って、本発明による超伝導回路装
置の製法をジョセフソン接合素子を製造する場合に適用
した場合、そのジョセフソン接合素子を特性の良好なも
のとして製造することができる。なお、上述においては
、本発明による超伝導回路装置の製法の一例を示したに
留まり、本発明の精神を脱することないこ、種々の変型
、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｃは、本発明による超伝導回路装置の製法の
一例を示す順次の工程における略線的断面図である。第２図は、本発明による超伝導回路装置の製法における
、第２の工程において用いるプラズマ装置の一例、及び
その第２の工程の説明に供する略線的断面図である。第
３図は、本発明による超伝導回路装置の製法の具体例に
おける、基板上に非超伝導体層を堆積させる速度（ｎｍ
／分）に対する、超伝導体層の超伝導転移温度Ｔｃ（Ｋ
）の関係を示す図である。第４図は、本発明による超伝
導回路装置の製法の具体例における、基板上に非超伝導
体層を堆積させる速度（ｎｍ／分）に対する、超伝導体
層の磁気侵入距離入（ｎｍ）の関係を示す図である。１
…・・・基板、２・・・・・・超伝導体層、３・・・・
・・非超伝導体層、１０・・・…プラズマ装置、１１・
・・・・・マイクロ波導入口、１２・・・・・・第１の
ガス導入口、１３・・・・・・プラズマ発生部、１４・
・…・第２のガス導入口、１５・・・…基板配置部、Ｉ
Ｃ・・…・容器、１７・・・・・・磁界付与手段、１８
・・・・・・磁界、１９・・・・・・ガス排出口、ＧＩ
・・・・・・第１のガス、２・・・・・・第２のガス、
Ｍ……マイクロ波。第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１基板上に、ニオブからなる超伝導体層を形成する第
１の工程と、上記基板上に、上記超伝導体層上に延長
している非超伝導体層を形成する第２の工程とを含む、
超伝導回路装置の製法において、上記第２の工程にお
いて、マイクロ波導入口と第１のガス導入口とを有する
プラズマ発生部と、該プラズマ発生部と連通し且つ第２
のガス導入口を有する基板配置部とを有する容器と、該
容器内に、上記プラズマ発生部と上記基板配置部とを結
ぶ方向に延長し且つ上記基板配置部内が上記プラズマ発
生部に比し疎である密度分布を有する磁界を与える磁界
付与手段とを有するプラズマ装置を用い、上記容器の
基板配置部内に、上記超伝導体層が形成されている基板
を配している状態で、上記プラズマ発生部内に、上記第
１のガス導入口から第１のガスを導入させ、且つ上記マ
イクロ波導入口からマイクロ波を導入させるとともに、
上記容器内に、上記磁界付与手段から、上記磁界を与え
て、上記プラズマ発生部内で、上記第１のガスのプラズ
マイオンを発生させ、上記第１のガスのプラズマイオ
ンを、上記磁界によつて、上記基板配置部内に導入させ
、上記基板配置部内で、上記第１のガスのプラズマイ
オンを、上記第２のガス導入口から予め導入させている
第２のガスに反応させ、その反応生成物を、上記基板上
に、非超伝導体として堆積させて、上記基板上に、非超
伝導体層を形成させることを特徴とする超伝導回路装置
の製法。２特許請求の範囲第１項記載の超伝導回路装置の製法
において、上記第１のガスが酸素ガスまたは窒素ガスで
なり、上記第２のガスがシリコン化合物ガスでなり、よ
つて、上記シリコン酸化物またはシリコン窒化物を、上
記非超伝導体としての上記反応生成物として、上記基板
上に堆積させることを特徴とする超伝導回路装置。