JPS6060787A - 超伝導回路装置における絶縁領域の形成方法 - 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に用いる絶縁領域の形成力法に
関し、さらに詳しくは超（電極体を絶縁体に変化せしめ
る工程を有する、超伝導回路装置に用いられる絶縁領域
の形成方法に関するものである。

超伝導回路装置は例えば文献プロシーデンクオブザアイ
イーイーイ−ｕ　（Ｐ　ｒｏｃｅｅｄ　ｉｎｇｓ　ｏｆ
　ｔｈｅＩＥＢＢ）Ｖｏｌ　、　５５　Ｎ１２　Ｆｅｂ
ｒｕａｒｙ　１９６７　ＰＰ、１７０−１８０又はＵＳ
Ｐ　４３３４１５８に示されている如くよく知られてい
る。この様な超１電極回路装置を実現する構造として、
例えばＮｂ系材料のような硬い超伝導体を用い、多層配
線あるいは素子の多層構造に適した・ｌＬ）［ｊ化構逸
が考えられる。第１図は超伝導回路装置の一神であるジ
ョセフンン素子の構造を説明するだめの図である。基板
１上に超伝導基部電極２か設けられ、超伝導基部電極２
の一廊に接してトンネル障壁３、更に上記トンネル障壁
３に接して超伝導対向電極４が設けられ、超伝導基部電
極２及び超伝導対向電極４がそれぞれ配線部７と連結す
るＩＩＸ分は絶縁層５によって電気的に分離され又超伝
導基部電極２及び超伝導対向電極ｄ絶縁層６によって包
囲され、他の素子と電気的に分離されている。従来この
構造を実現する場合、超に導体を変化させて絶縁Ｗｉ５
及び６を形成する過程において、絶縁層５及び６の」−
表面の最終的な位置は、酸化前の超伝導体の上表面の位
置よりも高くなった。これは５例えば超伝導体ｆ、酸化
して、酸化物を形成し、その酸化物を絶縁体として用い
る場合、超伝導体と酸素が結合する事により、その体積
が増え、もとの超伝導体の体積よりも増加した分だけ、
酸化前の超伝導体上表面上に突出する現象である。この
結果超伝導体表面を平担化しても絶縁層部で凹凸が生じ
配Ｉｖｉｉ部７の連続性の信頼性の低化を招いていた。

あるいは装置表面を平担化するには、絶縁層５及び６の
超１電極体上表面上に突出した部分を削り取らなければ
ならなかった。

更に例えば文献アプライドフィシ、クスレター誌（Ａｐ
ｐｌ　ｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ　）　４
２（５）　Ｉ　Ｍａｒｃ　ｈ　１９８３ＰＰ、　４７２
−４７４に示されている従来技術を槙２図に示す。基板
１上に超伝導基部電極２が設けられ−Ｆ記超１電極基部
電極２に接してトンネル障壁３が形成され、更に上記ト
ンネル障壁３に接して超伝導対向電極４が形成され、ト
ンネル接合として機能せしめる有効なトンネル障壁３に
接している超伝導対向電極４以外の部分の超伝導対向電
極４を全てエツチングししかる後に電気的信号ｆｃ取り
出すために必要な電極表面以外のｔ、１）分を軽い陽極
酸化膜の絶縁層５でおおい、その後配Ｉ％！部７を形成
する。

しかしこの従来例においては超１電極体を絶縁体に変化
せしめて絶縁層を形成する領域において超伝導体を全て
エツチングした後に軽い陽極酸化を行っている為に超伝
導表面と絶Ｆｔ＆層表面の基板面からの距離には大きな
違いが生じ、配線酢７の連続性に対する信頼性の低下を
招いていノこ。

本発＋ｙ１４は上記構造上の欠点に鑑みてなされたもの
であり、所要の基板上に形成された超伝導体のうち該超
伝導体を絶縁体に変化せしめて絶縁層を形成する領域に
おいて、該超伝導体の厚さを低減する工程と、該低減さ
れた厚さの超伝導体を絶縁体に変化せしめて、該絶縁体
の上表面を、該超伝導体の削り取られる直前の上表面と
同じ位置に形成する工程を含む事を特徴とする。

以下図面に従って本発明を説明する。第３図ｆａｌ〜（
ｇ）は本発明の一実施例を説明するだめの図でジョセフ
ソン素子回路を製造する主要工程における断面構造を示
す。基板２１上に例えばＮｂを用（、Ｘで超伝導基部電
極２２を例えばスＮ＋　ツタ法で厚さ１１００ｎに形成
し、超伝導基部電極２２上に接して例えば放電酸化法に
よりトンネル障壁２３を形成し、更にトンネル障壁２３
上に接して超伝導対向電極２４を例えばＮｂ　をスノ（
ツク蒸着して厚さ１　ｏｎｍに形成する（第３図（ａ）
）。以−りの製造工程は同一真空室内で真空を破る事な
く連続して行う事も可能である。あるいはトンネル障壁
２３にはａ−８ｉ等の極薄い絶縁層を用いる事もできる
。しかる後に超伝導基部電極２２と電気的接触をとる部
分の超伝導対向電極２４及びトンネル障壁２３を例えば
反応性イオンエツチングによって選択的に削り取り、そ
の後削り取られた超伝導基部電極２２反びトンネル障壁
２３の一分に、超伝導基部電極２２の厚さと、トンネル
障壁２３の厚さの合計のＩツさを打する第３のＬｆｆｉ
導体２５を埋め込む（第３図（１）））。この結果、こ
の段階で装置主表面上が平ｔ（、ｉｔ構造が（寸らねる
。その後フォトレジストマスク２６を用いて、超伝導対
向電極２４と第３の超伝導体２５の一部を選択的に例え
は反応性イオンエララングによって約３．９ｉｍの厚さ
を残して約６．１ｉｍの深さに削り取る（第３図（Ｃ）
）。しかる後にフォトン／スト２６を除去する事なく例
えば陽極酸化をほどこす。陽極酸化は例えば１６０ｇの
アンモニウムベンタボレイトと１２００ｍｅのエチレン
クリコールと８００ｍＪの水とから底る電解液で室温中
で行われる。約３．９　ｎ　ｍの厚さの超１電極体Ｎｂ
が陽極酸化され、ＩＩＰさ１０ｉｍのＮｔ）２０．膜絶
縁層２７が形成される（第３図（ｄ））。次にジョセフ
ソン素子領域を例えばフォトレジストを用いてマスクし
ジョセフソン素子領域を除いたｂａＹ分を例えば反応性
イオンエツチングで約３９ｎｍの厚さを残して約６１ｎ
ｍｏ深さに削り取る（帖３図（ｅ））、Ｌかる後にフォ
ｉ・レジスト２８を除云する事なく例えは陽極酸化をほ
どこす。陽極酸化を上記電解液中で行い、厚さ約３９１
ｍのＮｂ超伝導基部電極を厚さ約１００ｎｍのＮｌ）、
　Ｏ，絶縁層２９に変換する（第３図（ｆ））。以上の
結実装置主表面は配線部の下地として充分な平担化が行
われる。その後例えばＮｂ　を用いて配線部３０を形成
すれば、配線部は段差部を越える事はなく良好な連続性
を確保する事ができ、装置の信頼性が向上する（第３図
（ｇ））。

以上実施例について説明しだが、本実施例では、本発明
を超伝導基部電極と超伝導対向電極を分離する絶縁部と
、素子分離の部分の二ケ所に適用しているが、本発明に
上記実施例に限定される事はなく、どちらか−ケ所のみ
に適用してもよく、又、例えば超伝導体にはＮｂの他に
もＮｌ）化合物のような機械的に硬い材料を用いる事も
でき、本発明は超伝導体を絶縁体に変化せしめる工程に
おいて、超伝導体を必袂な深さ削り取って膜厚を低減し
た後に、例えば陽極酸化又は熱酸化等の方法により、超
伝導体の削り取られる直前の上表面と同じ位置に絶縁層
の上表面を設け、超伝導回路装置における絶縁領域を形
成する点に特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は考えられうるジョセフソン素子の構造を説明す
るだめ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、ジョセフソン素
子の構造断面図である。 第３図（ａ）〜（ｇ）Ｉｄ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の製造の主要工程に耶
ける構造断面図である。 図に於いて、１反び２１は基板、２及び２２は超１電極
基部電極、３７ｉび２３はトンネル障壁、４及び２４は
超（電極対向電極、５，６．２７反び２９は絶縁層、７
及び３０は配線部、２５は第３の超伝導体、２６皮び２
８はフォトレジストマスクである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所要の基板上に接して形成された超伝導体のうち該超１
   電極体を絶縁体に変化せしめて超伝導電極分離用絶縁層
   を形成する領域において、該超伝導体の厚さを低減する
   工°程と、該厚さが低減された超伝導体を全て絶縁体に
   変化せしめて該絶縁体の上表面を該超伝導体の厚さが低
   減される直前の該超１電極体の上表面と同じ位置に形成
   し、旧つ該絶縁体の下表面を該基板上に接して形成する
   工程とを含む事を特徴とする超伝導回路装置における絶
   縁領域の形成方法。