JPS6060783A - 超伝導回路装置の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は超伝導回路装置の製造方法に関し、更に詳しく
は超伝導トンネル障壁を有する超伝導回路装置に関する
ものである。

超伝導回路装置は例えは文献ブロンフイングオブサアイ
イーイーイー誌（ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇＳｏｆ＋）１ｅ
ＩＥＥＢ）Ｖｏｌ、５５ＮＱ２Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９
６７ＰＰ、１７２　１８０又はＵＳＰ４３３４１５８に
示されている如くよく知られている。

第１図７ａ）　、　（ｂ）は超伝導回路装置の従来例の
一つを説明するだめの図である。第１図（ａ）では基板
１上に超伝導基部電極２を形成し、その表面に絶縁層３
を用いでトンネル障壁４の領域を規定し、該トンネル傷
壁４に接しておおうｆ隼分ＶＣ超云導対向電極５を形成
している。第１図（ｂ）では基板６上に第１の超伝導電
＆７を形成し、その表面に絶縁層９を用いて第１のトン
ネル障壁８の領域を規定し該第１のトンネル障壁８に接
しておおう部分に第２の超伝４を極１０を形成し、更に
該第２の超伝導電極１００表面に絶縁層１２を用いて第
２のトンネル障壁１】を規定し、該第２のトンネル障壁
１１に接しておおう部分に第３の超伝導電極１３を形成
している。

上記２例１′示した如く、トンネル障壁を用いた従来の
！７３　伝導回路装置では第１の超伝導を極２及び７を
除いた各超伝導電極及び絶縁層がそれぞれの下地に生じ
た段差部分を越えて形成される構造である為、上記段差
部で、上記各超伝導電極及び絶縁層の不連続性が生じ易
く、装置の歩留及び信頼性の低下を招き易い構造であっ
た。又、上記段差部での上記各超伝導電極あるいけ絶縁
層の連続性を確保する為に、それぞれの膜厚はそれ等が
越えるべき段差部よりも厚くしなければならないという
装省製作上の制限があった。更には室温と４２°に間の
熱サイクル経過時に、基板と超伝導電極間の熱膨張系数
の違いにより、超伝導電極内の基板と平行な方向に圧縮
応力又は引っばり応力が生じ、その結果トンネル障壁を
つきゃふるいわゆるヒロ、りが発生し、トンネル障壁の
劣化を招く事が例えば文献アイイーイーイートランザク
ションオンエレクトｐンデバイス誌（ＩＢＥＥ　Ｔｒａ
ｎｓａｃｔｉｏｎｏｎ　ＥＩａｃ＋ｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃ
ｅ　）ＥＤ−２７１４１０ＰＰ、］９７９−１９８７１
９８０年により報告されでいる。

第２図は超伝導回路装置の別の従来例の一つを説明する
だめの図である。第２図では基板１４上に超伝導基部電
極１５が設けられ、その側面を除いた主表面上に絶縁層
】６が設けられ又、該超伝導基部電極１５の側面にトン
ネル障壁１７が設けられ、該トンネル障壁１７に接して
対向電極】８が設けられている。

上記例で示したトンネル障壁を用いた従来の超伝導回路
装置では対向電極１８は下地に生じた段差部を越えて形
成されるため対向電極１８は上記段差部で不連続性が生
じ易く装置の歩留及び信頼性の低下を招き易い構造であ
った。

本発明の目的は上記構造上の欠点に鑑みてなされたもの
であり平面構造を実現する超伝導回路装置の製造方法を
提供することにある。

本発明によれば所要の基板上に接して、第１の超伝導体
を島状に形成する工程と、該第１の超伝導体の全表面に
トンネル障壁を形成する工程と、該トンネル障壁に接し
て、第２の超伝導体を形成り、該第２の超伝導体が直接
基板に接してＧする臼５分に該第２の超］云導体を、該
第１の超伝導体力；直接基板に接している部分に該第１
の＃７１伝導体だ（すを、それぞれのＩγさが等しくな
るように残す工程と、しかる後ＶＣ該第１及び第２の超
伝導体をそれぞれ電気的に分離する工程とを含む事を特
徴とする超伝導回路装置の製造方法が匈ら牙１．る。

以下図面を用いて本発明を能、明する。第３図（ａ）〜
（ｅ）は本発明？説明する為の図で超伝導回路装置の製
造の主璧工程における構造断面図である。第３図（ａ）
に示す如く所要の基板１９上に接して笛１の超伝導電極
２０を島状に形成する。次Ｖこ第３図（ｂ）に示す如く
第１のえ６伝導電極２００表面にトンネル障ｉ２１を形
成する。［２かる後に第３図（Ｃ）に示す如く第２のｂ
′３云導電導電極２２トンネル障壁２１に接しておおう
ように設けた後、第２の超（伝導電極及び第１の超伝導
電極を削り取って第３図（ｄ）に示す構造を実現する。

更に第１の超伝導１！極反び第２の超伝導電極内に電気
的に分離する絶縁層２３を形成する。以上の工程により
、超伝導電極、素子間の連結線及び絶縁層が越えな（す
ればならない、装置主表面上の段差部を解消する事カニ
可能な累子構造を実現する新規なる！ｌ！８ｉ法が代ら
れる。

その為超伝導電極、連結線及び絶縁層の連続性カニ向上
する。更に室温と４２°に間の熱サイクル経過時に、基
板と、１Ｂ伝導電極の熱膨張系数の違１．Ｎにより超伝
導電極内の基板と平行な方向に圧縮１６カ又は引っばり
応力が生じても、トンネル障壁番よ上記力の方向に対し
てほぼ垂直な面内に設けられてしするため、トンネル障
壁をつきゃふるいわゆるヒロックの発生に起因するトン
ネル障壁を防止することができる。また、本発明はトン
ネル障壁を用Ｇする超伝導回路装置において高歩留反び
高イＦ１頼１を実現し更には多層構造からなる装置を容
易に実現することができる。

次に本発明をより良く理解するために芙施例により説明
すく）。第４ｐ”４（ａ）〜（１１）は本発明の一実施
例としてジョセ１ンン累子回路の製造方法を説明するだ
ｙ）の図で主要工程における断面構造を示す。

同図においで基板２４上に例えばＮ、ｂを用いて第１の
超伝導電極２５になるＮｂ１ｉＨ２５’を例えは厚さ１
．５μｍのＩｌｌさに形成し、（第４図（ａ））例えば
フォトレジストマスク３１を用いてバターニングを行な
い必要な第１の超伝導電＠、２５を形成する（第４図（
ｂ））。その替二第１のＭ３伝導電極２５０表面に例え
ば放電酸化法によりトンネル障壁２６を形成する（紀４
図（Ｃ））。この工程は放電酸化法Ｖｔ限らず、例えば
ａＳｉｆｃ装置全体に唯積させて、これをトンネル障壁
として用いる事もＴ：きる。しかる後にトンネル障壁２
６に接するように第２の超伝導＠１２７ＶＣなる、Ｊ／
ｌｌえはＮｂ　ｆ４２７’　ｆ堆積スル（第４１４（ｄ
＋）。ソ（１）後伊１えばＡＺ−１３５０Ｊ７オトレジ
スｌを用いてフォトレジスト層２８を形成する。このフ
ォトレジストル１２８は自からの粘性によって凹部には
厚く、６郡には薄く塗布され、その結果フォトレジスト
層２８の主表面は平担化される（第４図（ｅ））。ＡＺ
−１３５０Ｊ　７　、トレジストとＮｂとのエツチング
速度比はＣＦ、ガスを用いた反応性スバツタエッチンク
においてｃｒ’、ガス圧３０ｍＴｏｒｒ　以下で、けば
１であり、この条件下でエツチングを行えばエツチング
面は平担化された主表面に平行な面になる。この場合ト
ンネル障壁２６の部分ではトンネル障壁の厚さが高さ数
＋＾である為そのエツチングに要する時間はぐ１秒程度
であり、Ｎｂのエツチング速度比１５００λ毎分に対し
て無視しうる。その結果、第１、第２の超伝導電極２５
，２７を例えば１μｍの厚さを残して工。

チングを終了すれば装置の主表面は平担化される。

その後素子として残すべき部分ＶＣ例えばフォトレジス
トでマスク２９を形成しく第４図（ｇ））、陽４？ｇ酸
化をほどこすとマスクでおおわれていないＮｂ層にＮｂ
、Ｏ，の絶縁層３０が形成され、第４図（ｈ）に示す如
く素子分離が行われる。

第５図（ａ）〜（ｋ）は本発明の他の実施例として、超
伝導トンネル障壁を２ヶ以上用いる素子を含む回路の製
造について説明するための図で主要工程における構造断
面図を示す。同図において基鈑１２４に例えばＮｂを用
いて第１の超伝導−極１２５になるＮｌ）層１２５′を
例えば１５μｍの厚さに設けｌξ後（第５図（ａ））、
例えばフォトレジストマスク１３３を用いてバターニン
グを行ない必扱な第１（１）超伝導電極１２５を形成す
る（第５図（ｂ））その後記１の超伝導電極１２５の表
面に例えば放電ｍ化法により第１のトンネル障壁１２６
　ｆｔ形成する（第５１囚（Ｃ））。

この工程は放電酸化法に限らず、例えばａ　Ｓｉを装置
全体に堆積させて、これをトンネル障壁として用いる事
もできる。しかる後に第１のトンネル障壁１２６に接す
るように第２０Ｍ伝導電極１２７になるべき、例えばＮ
　ｌ）　ｌ、、＜　１２７’を堆積する（第５図（ｄ）
　）。その後例えばフォトレジストマスクを用いてバタ
ーニングを行ない第２の超伝導電極】２７になるべき部
分を形成する。（第５図（ｅ））その後記２の超伝導電
極１２７の表面に例えは放％、酸化法により、第２のト
ンネル障壁１２８ヲ形成する（第５図（ｆ））、この工
程は放電酸化法に限らず、例えはａ　Ｓｉを装置全体に
堆積させて、これをトンネル障壁として用いる事もでき
る。しかる後に第２のトンネル障壁１２８に接するよう
に第３の超伝導電極になるへき、例えばＮｂＪけ１２９
′を堆積する（第５図（ｇ））。その後例えはＡＺ−１
３５０Ｊフオトレジストを用いて、フォトレジスト層１
３０を形成する。

このフォトレジス）Ｊｉ１３０は自らの粘性によってＱ
ｌｉ都には厚く、凸曲には薄く塗布され、その結果フォ
トレジスト層１３０の主表面は平担化される（耀５図（
ｈ））。ＡＺ−１３５０ＪフオトレノストとＮｂ　との
エツチング速度比はＣＦ、ガスを用いた反え・性スバッ
タヱッチンクにおいて、ＣＩｉ’、ガス圧３０ｍＴｎｒ
ｒ以下でほば１であり、この条件下でエツチングを行え
はエツチング面は平担化された主表面に平行な面になる
。トンネル障α！１２８及び１２６の品分では、トンネ
ル障壁の厚さが高マ数十にである為、そのエツチングに
要する時間は数沙でちり、Ｎｂのエツチング速度比１５
０ＯＡ毎分に対して無視しつる。七の結果第１、第２及
び第３の１Ｂ伝導電極１２５　、１２７　、１２９を例
えは１μｍの厚さを残１．てエツチングを終了すれば装
置の主表面は平担化される。（第５図（ｉ））その後素
子として残すべき部分に例えばフォトレジストでマスク
１３４を形成しくＭ５図（Ｊ））、陽極酸化をほどこす
と、マスクでおおわれていないＮｂ層にＮｌ）、Ｏ，の
絶縁層１３２が形成され、第５図（ｋｌｏｃ示す如く素
子分離が行わ、れる。

以北実施例をもとに説明したが本発明によれば表面にト
ンネル障壁を設けた第１の超伝導電極に接しておおうよ
うに第２の超伝導電極を形成し、装置表面を平担化した
後等エツチング面が基板と平行になるエツチング条件下
でエツチングを行い、その後素子分離をしてトンネル障
壁を介して隣接する超伝導電極が基板上に接して且つ基
板面に平行な方向に配置されその超伝導電極の側面が絶
縁層で包囲された平面構造の超伝導回路装置を実現する
ことができる、

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は従来の技術を説明するだめ
の超伝導回路装置の構造断面図である。 第２図は従来の技術を説明するだめの超伝導回路装置の
構造１υ１而図である。 ｔＪｒ、３図（ａ）〜（，１は本発明の詳細な説明する
ための図で超に嗜回路装置製造の主袈工程に於ける構造
断面図である。 第４図（ａ）〜（ｈ）は本発明の一実施例を説明するだ
めの図で、ジョセフソン素子回路製造の主費工程に於け
る構造断面図である。 第５図（−〜（ｋ）は本発明の一実施例を説明するだめ
の図で超伝導トンネル障壁を２ケリ上用いる素子を含む
回路の製造の主要工程に於ける構造ＩＩＪｉ面図である
。 図において、１，６，１４，１９．２４及び１２４は基
板、２，７，１５．２０は第１の超伝導電極、３，９，
１２，１６．２３は絶縁層、４１８．１１，１７．２１
はトンネル障壁、５，１０゜１８．２２は第２の超伝導
電極、１３は第３の超伝導電極、２５’　、　１２５’
ｉ−ｉ第１のＢ伝導電極になるべきＮｂ層、２５　、１
２５は第１の超伝導Ｎｂ電極、２８　、２９　、３１　
、１３３　、１３１及び１３０はフォトレジスト層、　
２７’、　１２７’は第２の超伝導電極になるべきＮｂ
層、２７　、１２７は第２の超伝導Ｎｂ１Ｅ極、２６　
、１２６Ｖｉ第１のトンネル障壁、１２８は第２のトン
ネルの障壁、３０　、１３２はＮｂ２Ｏ，絶縁層、１２
９′は第３の超伝導電極になるべきＮｂ層。 １２９は第３の超伝導電極である。 オ　１　図 （ａ） １１　８７ （ｂ） 第２図 １６１コげ 第３図 （ａ）　（ｄ） （ｂ）　（ｅ） （Ｃ） 牙　４　図 １ ＺＺ Ｕ”−”−””’−”−””−”−” 浸※※ （ｄ） （ｈ） 第５図 （ｄ） 第５図 （ｈ）（ｋ） ９ｐ （ｉ） １ス１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所要の基板上に接して、第１の超（云導体を島状に形成
   する工程と、該第１の超伝導体の全表面にトンネル障壁
   を形成する工程と、　− −゛、該 トンネル障壁に接して、第２の超伝導体を形成する工程
   と、該第２の超伝導体を削り取り、ついで該第２の超伝
   導体及び該第１の超伝導体を削り取り、該第２の超伝導
   体が直接基板に按じている部分に該第２の超伝導体を、
   該第１の超伝導体が直接基板に接している部分に該第１
   の超伝導体だけを、それぞれの厚さが等しくなるように
   残す工程と、しかる後に、該第１及び第２の超伝導体を
   それぞれ電気的に分離する工程とを含む事を特徴とする
   超伝導回路装置の製造方法。