JPS6047479A - トンネル型ジヨセフソン接合の構造ならびに製法 - Google Patents
トンネル型ジヨセフソン接合の構造ならびに製法Info
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- JPS6047479A JPS6047479A JP58156121A JP15612183A JPS6047479A JP S6047479 A JPS6047479 A JP S6047479A JP 58156121 A JP58156121 A JP 58156121A JP 15612183 A JP15612183 A JP 15612183A JP S6047479 A JPS6047479 A JP S6047479A
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- film
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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】
発明の属する分野の説明
本発明は鉛合金超伝導集積回路におけるコンタクト接合
用トンネル型ジョセフソン接合の構造ならびに製法に関
するものである。
用トンネル型ジョセフソン接合の構造ならびに製法に関
するものである。
従来の技術の説明
鉛合金（Ｐｈ−Ｉｎ−Ａｕ’）上の酸化膜を障壁とする
トンネル型ジョセフソン接合が、上部電極中のＩｎによ
って電流密度が大きく変化してしまうことはよく知られ
ている。例えば、文献として八Ａｆ −Ｅａｋ ＃ ｒ
＋上部電極としてはＩｎを含まないＰｂ−Ａμ ある
いはＰｂ−Ｂ１が良く用いられる。例えば文献として、
Ｊ 、Ｈ，Ｇｒｔｉｎｍｒ ａｔ ａｌ、 ： ’ Ｆ
ａｈｒｉｃａ、ｔｉｏｎ ｐｒｏｃａｚｚ ｆｏｒ Ｊ
ｏｚｓ −ｐｈｒ：ｏｎ ｉｎｉｔｇｒａｔａｒＬ ｃ
ｉｒｃｕｉｔｓ、” 、 ＩＥＭ Ｊ 、Ｒｔｚ、 ＆
Ｉｈｖ 、 。
トンネル型ジョセフソン接合が、上部電極中のＩｎによ
って電流密度が大きく変化してしまうことはよく知られ
ている。例えば、文献として八Ａｆ −Ｅａｋ ＃ ｒ
＋上部電極としてはＩｎを含まないＰｂ−Ａμ ある
いはＰｂ−Ｂ１が良く用いられる。例えば文献として、
Ｊ 、Ｈ，Ｇｒｔｉｎｍｒ ａｔ ａｌ、 ： ’ Ｆ
ａｈｒｉｃａ、ｔｉｏｎ ｐｒｏｃａｚｚ ｆｏｒ Ｊ
ｏｚｓ −ｐｈｒ：ｏｎ ｉｎｉｔｇｒａｔａｒＬ ｃ
ｉｒｃｕｉｔｓ、” 、 ＩＥＭ Ｊ 、Ｒｔｚ、 ＆
Ｉｈｖ 、 。
２４．２．ＰＰ １９５−２０５ （Ｍａｒｃｈ １９
８０）。
８０）。
一方、超伝導集積回路においては回路構成上、接合の下
部電極、あるいは配線用のＰｂ−Ｉｎ合金と、上部電極
に接する接合がショートしてしまう。そこで、両者の間
にコンタクト接合を形成してその障壁酸化膜によって７
３の拡散を防止する方法がとられる。コンタクト接合は
トンネル型のジョセフソン接合で、回路動作に必要な電
流では電圧状態に転移しないことが要求される。
部電極、あるいは配線用のＰｂ−Ｉｎ合金と、上部電極
に接する接合がショートしてしまう。そこで、両者の間
にコンタクト接合を形成してその障壁酸化膜によって７
３の拡散を防止する方法がとられる。コンタクト接合は
トンネル型のジョセフソン接合で、回路動作に必要な電
流では電圧状態に転移しないことが要求される。
この要求を満足するため、従来コンタクト接合は、単に
接合の面積を３倍程度に大きくして、形成されている。
接合の面積を３倍程度に大きくして、形成されている。
このような構造は酸化工程が一回で済むという利点があ
る反面（１）コンタクト接合の面積が大きいために回路
の面積が大きくなシ集積度が上らない。（１１）室温と
４．２０に間のヒートサイクルによる故障率は接合面積
に比例するから、面積の大きい接合は故障する確率が大
きく、回路としての信頼性を低下させるという欠点があ
った。
る反面（１）コンタクト接合の面積が大きいために回路
の面積が大きくなシ集積度が上らない。（１１）室温と
４．２０に間のヒートサイクルによる故障率は接合面積
に比例するから、面積の大きい接合は故障する確率が大
きく、回路としての信頼性を低下させるという欠点があ
った。
発明の目的
本発明はこれらの欠点を解決するために、面積が小さく
ても高電流密度がとれるコンタクト接合の構造ならびに
製法を得ることを目的とするもので以下図面に従って本
発明の詳細な説明する。
ても高電流密度がとれるコンタクト接合の構造ならびに
製法を得ることを目的とするもので以下図面に従って本
発明の詳細な説明する。
発明の構成および作用の説明
第１図は、本発明の構造をもつコンタクト接合とスイッ
チとして用いられる接合（スイッチ接合）の断面図を示
している。基板上の下部電極１と、該下部電極１上の障
壁酸化膜２と、該障壁酸化膜２と上部電極６との間に相
接して介在する耐酸化金属層である金層４からなる構成
にょシ、本発明のトンネル型ジョセフソン接合が形成さ
れ、この接合はコンタクト接合として用いられる。
チとして用いられる接合（スイッチ接合）の断面図を示
している。基板上の下部電極１と、該下部電極１上の障
壁酸化膜２と、該障壁酸化膜２と上部電極６との間に相
接して介在する耐酸化金属層である金層４からなる構成
にょシ、本発明のトンネル型ジョセフソン接合が形成さ
れ、この接合はコンタクト接合として用いられる。
他方、′プラズマ酸化膜５を含む接合がスイッチとして
用いられる接合である。コンタクト接合はスイッチ接合
と異なシ上部電極６と下部電極１の障壁酸化膜２の間に
耐酸化金属層４を有する。この金属層４はスイッチ接合
の酸化膜５を形成する際、コンタクト接合の酸化膜２が
成長するのを妨げる働きをする。なお、図において、３
は層間絶員膜である。
用いられる接合である。コンタクト接合はスイッチ接合
と異なシ上部電極６と下部電極１の障壁酸化膜２の間に
耐酸化金属層４を有する。この金属層４はスイッチ接合
の酸化膜５を形成する際、コンタクト接合の酸化膜２が
成長するのを妨げる働きをする。なお、図において、３
は層間絶員膜である。
以下に第１図の構造を製作する工程を実施例で示す。
１）基板上に鉛Ｂ４１ｎ １２−Ａｕ４重量％からなる
下部電極１を蒸着後、同一真空槽内で２Ｘ １Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒの酸素で熱酸化膜２を形成した（第２図）。つづ
いて層間絶縁膜６によって接合窓を形成しく第３図）、
コンタクト接合窓付近のみリフトオフ用にフォトレジス
トアを除き、真空槽内で１０ＯＡのＡｕ４を蒸着した（
第４図）。さらにリフトオフによっていったん７オトレ
ジストを除き（第５図）、再度レジストを塗布し、上部
電極のリフトオフ用フォトレジスト８を形成し、コンタ
クト接合とスイッチ接合の両方を酸素圧−Ｅｉ ２９重
量％の上部電極６を蒸着してコンタクト接合とスイッチ
接合を同時に形成し、上部電極をリフトオフによシ形成
し第１図の構造を得る。４端子法によって両方の接合の
電流密度を測定したところ、スイッチ接合がＩ ＫＡ／
ａｍ２．コンタクト接合が８ＫＡ／ａｍ”の値を持ち、
コンタクト接合は同面積でも８倍の電流がとれることが
わかった。
下部電極１を蒸着後、同一真空槽内で２Ｘ １Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒの酸素で熱酸化膜２を形成した（第２図）。つづ
いて層間絶縁膜６によって接合窓を形成しく第３図）、
コンタクト接合窓付近のみリフトオフ用にフォトレジス
トアを除き、真空槽内で１０ＯＡのＡｕ４を蒸着した（
第４図）。さらにリフトオフによっていったん７オトレ
ジストを除き（第５図）、再度レジストを塗布し、上部
電極のリフトオフ用フォトレジスト８を形成し、コンタ
クト接合とスイッチ接合の両方を酸素圧−Ｅｉ ２９重
量％の上部電極６を蒸着してコンタクト接合とスイッチ
接合を同時に形成し、上部電極をリフトオフによシ形成
し第１図の構造を得る。４端子法によって両方の接合の
電流密度を測定したところ、スイッチ接合がＩ ＫＡ／
ａｍ２．コンタクト接合が８ＫＡ／ａｍ”の値を持ち、
コンタクト接合は同面積でも８倍の電流がとれることが
わかった。
２）実施例 １）と同じ工程を経て、第３図のパターン
を形成した後、真空槽内で５ Ｘ １０−’Ｔａｒｒ
。
を形成した後、真空槽内で５ Ｘ １０−’Ｔａｒｒ
。
１０Ｆ、３分のＡｒスパッタクリーニングを行ない、し
かる後に１００１のＡｕ、４を蒸着し、実施例１）と同
じ工程を経て接合を形成した。電流密度を測定したとこ
ろ、スイッチ接合は実施例１）と同じ＜ １ＫＡ／ｃＪ
の値を持ったが、コンタクト接合は１５ＫＡ／ｃｍ”の
値をとシ、実施例１）の約２倍の値をとった。
かる後に１００１のＡｕ、４を蒸着し、実施例１）と同
じ工程を経て接合を形成した。電流密度を測定したとこ
ろ、スイッチ接合は実施例１）と同じ＜ １ＫＡ／ｃＪ
の値を持ったが、コンタクト接合は１５ＫＡ／ｃｍ”の
値をとシ、実施例１）の約２倍の値をとった。
３）実施例 ２）において、Ａｒスパッタクリーニング
の条件を５０Ｆとしたところ、コンタクト接合の電流密
度はスイッチ接合に近い２ＫＡ／ｃｍ”と小さくなった
。
の条件を５０Ｆとしたところ、コンタクト接合の電流密
度はスイッチ接合に近い２ＫＡ／ｃｍ”と小さくなった
。
４）実施例 １）において蒸着するＡｕ４の量を３０１
と少なくしたところ、コンタクト接合の電流密度は５Ｋ
Ａ／ｃｍ”と、実施例１）の８ＫＡ／ｃｍ” よシ小さ
くなった。
と少なくしたところ、コンタクト接合の電流密度は５Ｋ
Ａ／ｃｍ”と、実施例１）の８ＫＡ／ｃｍ” よシ小さ
くなった。
５）実施例２）において５０ＦのＡｒスパッタクリーニ
ングを行ない、次いで５ Ｘ １０’−５Ｔｏｒｒの酸
素によって室温で１０分間熱酸化し、しかる後にＡｕ４
を１ｏｏ、２蒸着し、実施例１）と同じ工程を経て接合
を形成したととろ、コンタクト接合の電流密度は１５
ＫＡ／ｃ♂と実施例２）と同じ値をとった。
ングを行ない、次いで５ Ｘ １０’−５Ｔｏｒｒの酸
素によって室温で１０分間熱酸化し、しかる後にＡｕ４
を１ｏｏ、２蒸着し、実施例１）と同じ工程を経て接合
を形成したととろ、コンタクト接合の電流密度は１５
ＫＡ／ｃ♂と実施例２）と同じ値をとった。
実施例１）においてコンタクト接合の電流密度がスイッ
チ接合よシ大きくなったのは、プラズマ酸化時に熱酸化
膜表面にあるＡｕ０層４が、酸素が下部電極１側に拡散
していくのを妨げ、熱酸化膜２だけが接合の障壁として
機能した結果である。従って実施例２）あるいは５）の
ように熱酸化膜２を薄くすると電流密度が上シ、又、Ａ
ｗの量を減らすと電流密度が下るのはＡｗの層４が連続
膜でなくなシ、熱酸化膜２をおおう面積が減ったためと
考えられる。一方、Ａｒのスパッタ電力を大きくして熱
酸化膜２を除去した実施例３）ではＡｗは下部電極１中
に拡散してしまっておシ、プラズマ酸化時に酸素の拡散
を妨げられ々かったためと考えられる。
チ接合よシ大きくなったのは、プラズマ酸化時に熱酸化
膜表面にあるＡｕ０層４が、酸素が下部電極１側に拡散
していくのを妨げ、熱酸化膜２だけが接合の障壁として
機能した結果である。従って実施例２）あるいは５）の
ように熱酸化膜２を薄くすると電流密度が上シ、又、Ａ
ｗの量を減らすと電流密度が下るのはＡｗの層４が連続
膜でなくなシ、熱酸化膜２をおおう面積が減ったためと
考えられる。一方、Ａｒのスパッタ電力を大きくして熱
酸化膜２を除去した実施例３）ではＡｗは下部電極１中
に拡散してしまっておシ、プラズマ酸化時に酸素の拡散
を妨げられ々かったためと考えられる。
酸化膜２と上部電極６の界面に厚い常伝導金属層がある
と、これが障壁となることが考えられる。
と、これが障壁となることが考えられる。
しかし、Ａｕは、Ｐｂ合金上部電極６蒸着後、この上部
電極中に拡散し、残るＡμ層４の厚さは非常に薄くなる
ため、障壁とはなシ得ない。
電極中に拡散し、残るＡμ層４の厚さは非常に薄くなる
ため、障壁とはなシ得ない。
また、蒸着される金属４は、それ自体が高周波プラズマ
酸化によって酸化されず、障壁にならないことが重要で
あり、金、白金などの貴金属がこれに適している。
酸化によって酸化されず、障壁にならないことが重要で
あり、金、白金などの貴金属がこれに適している。
実施例１）、２）、３）、４）、５）の条件で製作した
同一の面積のスイッチ接合とコンタクト接合を各１００
０個、室温と４．２０にの間で５００回のヒートサイク
ル試験を行なった結果接合の故障率に関してはいずれの
条件の場合も、固接合間に差は認められず、Ａｕをはさ
んだ構造に起因した故障は起らないことが確認された。
同一の面積のスイッチ接合とコンタクト接合を各１００
０個、室温と４．２０にの間で５００回のヒートサイク
ル試験を行なった結果接合の故障率に関してはいずれの
条件の場合も、固接合間に差は認められず、Ａｕをはさ
んだ構造に起因した故障は起らないことが確認された。
効果の説明
以上説明したように、コンタクト接合窓内の熱酸化膜２
上に耐酸化金属、４を蒸着したのちに高周波プラズマ酸
化し、同一上部電極６下に回路動作上スイッチ素子とし
て使われる接合と、それよシ高い電流密度を持つコンタ
クト接合を製作することによシコンタクト接合の面積を
小さくできるから、回路の集積夏を上げ、かつ、室温と
４．２°にの間のヒートサイクルに対する信頼性を向上
させることができる。
上に耐酸化金属、４を蒸着したのちに高周波プラズマ酸
化し、同一上部電極６下に回路動作上スイッチ素子とし
て使われる接合と、それよシ高い電流密度を持つコンタ
クト接合を製作することによシコンタクト接合の面積を
小さくできるから、回路の集積夏を上げ、かつ、室温と
４．２°にの間のヒートサイクルに対する信頼性を向上
させることができる。
第１図は、本発明のトンネル型ジョセフソン接合の構造
を示す説明図。 第２図乃至第６図は、本発明のトンネル型ジョセフソン
接合の各段階の製造工程を示す説明図。 主な符号 １・・・下部電極、２・・・酸化膜（障壁酸化膜）、３
・・・層間絶縁膜、４・・・耐酸化金属層（Ａｕ蒸着膜
）５・・・プラズマ酸化膜、６・・・上部電極。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 弁理士玉蟲久五部（外１名） 第１図 ｊｌｌ！２ 図 第３図 第４図 第５図 第 ６ 図
を示す説明図。 第２図乃至第６図は、本発明のトンネル型ジョセフソン
接合の各段階の製造工程を示す説明図。 主な符号 １・・・下部電極、２・・・酸化膜（障壁酸化膜）、３
・・・層間絶縁膜、４・・・耐酸化金属層（Ａｕ蒸着膜
）５・・・プラズマ酸化膜、６・・・上部電極。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 弁理士玉蟲久五部（外１名） 第１図 ｊｌｌ！２ 図 第３図 第４図 第５図 第 ６ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 基板上に形成された下部電極、該下部電極の表
面に形成された障壁酸化膜、上部電極、前記障壁酸化膜
と前記上部電極の間に相接して介在している耐酸化金属
層、の各部によシ構成されていることを特徴とするトン
ネル型ジョセフソン接合の構造。 （２耐酸化金属層が貴金属層である特許請求の範囲第１
項記載のトンネル型ジョセフソン接合の構造。 （３）基板上に下部電極を形成する工程、該下部電極表
面を酸化して障壁酸化膜を形成する工程、この障壁酸化
膜の一部に耐酸化金属層を形成する工程、前記障壁酸化
膜を更に成長させる工程、及び耐酸化金属層上に上部電
極を堆積形成する工程の各工程を順に行なうことを特徴
とするトンネル型ジョセフソン接合の構造の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58156121A JPS6047479A (ja) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | トンネル型ジヨセフソン接合の構造ならびに製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58156121A JPS6047479A (ja) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | トンネル型ジヨセフソン接合の構造ならびに製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6047479A true JPS6047479A (ja) | 1985-03-14 |
Family
ID=15620774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58156121A Pending JPS6047479A (ja) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | トンネル型ジヨセフソン接合の構造ならびに製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6047479A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02137277A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ジョセフソン素子の製造方法 |
-
1983
- 1983-08-26 JP JP58156121A patent/JPS6047479A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02137277A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ジョセフソン素子の製造方法 |
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