JPS6279681A - ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン接合素子の製造方法Info
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- JPS6279681A JPS6279681A JP60217935A JP21793585A JPS6279681A JP S6279681 A JPS6279681 A JP S6279681A JP 60217935 A JP60217935 A JP 60217935A JP 21793585 A JP21793585 A JP 21793585A JP S6279681 A JPS6279681 A JP S6279681A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- 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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はジョセフソン接合素子の製造方法に係り、特に
Ｎｂなど遷移金属、合金、化合物を下部電極とする場合
に、接合酸化膜と上部電極膜の形成に好適なジョセフソ
ン接合素子の製造方法に関する。
Ｎｂなど遷移金属、合金、化合物を下部電極とする場合
に、接合酸化膜と上部電極膜の形成に好適なジョセフソ
ン接合素子の製造方法に関する。
ジョセフソン接合素子は２つの超電導膜を厚さ数ｎｍの
極めて薄い絶縁膜（酸化膜等）で接合した構造で、極低
温（〜４°Ｋ）における超電導トンネル現象を応用した
スイッチング素子である。
極めて薄い絶縁膜（酸化膜等）で接合した構造で、極低
温（〜４°Ｋ）における超電導トンネル現象を応用した
スイッチング素子である。
従来Ｎｂ系超電導膜を下部電極としたジョセフソン接合
素子は、減圧酸素雰囲気中で下部電極膜表面を高周波放
電によって酸化して（プラズマ酸化）接合酸化膜を形成
し、引続いて上部電極膜としてｐｂ系超電導膜を真空中
で蒸着して形成されている。この種の装置として関連す
るものには例えば米国特許第３８０３４５９号が挙げら
れる。このジョセフソン接合素子の超電導接合電流は、
接合面積と接合酸化膜の厚さに依存し、この膜厚はプラ
ズマ酸化時の酸素濃度、高周波電圧、酸化時間などの条
件によって決まる。従来この装置でジョセフソン接合素
子を形成した場合、同一酸化条件で接合酸化膜を形成し
ても、超電導接合電流が約１桁以上にわたってばらつき
、再現性良く素子を作製できないという問題があった。
素子は、減圧酸素雰囲気中で下部電極膜表面を高周波放
電によって酸化して（プラズマ酸化）接合酸化膜を形成
し、引続いて上部電極膜としてｐｂ系超電導膜を真空中
で蒸着して形成されている。この種の装置として関連す
るものには例えば米国特許第３８０３４５９号が挙げら
れる。このジョセフソン接合素子の超電導接合電流は、
接合面積と接合酸化膜の厚さに依存し、この膜厚はプラ
ズマ酸化時の酸素濃度、高周波電圧、酸化時間などの条
件によって決まる。従来この装置でジョセフソン接合素
子を形成した場合、同一酸化条件で接合酸化膜を形成し
ても、超電導接合電流が約１桁以上にわたってばらつき
、再現性良く素子を作製できないという問題があった。
これは基板ホルダとその周辺に付着した上部電極材のＰ
ｂ、 Ｉｎ等が、プラズマ酸化時に下部電極表面の接合
酸化膜形成部分に飛着するためである。
ｂ、 Ｉｎ等が、プラズマ酸化時に下部電極表面の接合
酸化膜形成部分に飛着するためである。
本発明の目的は、ジョセフソン接合素子の下部電極上に
接合酸化膜を形成する際に、上部電極材が下部電極上に
飛着することを防止し、超電導接合電流の再現性を高め
得るジョセフソン接合素子の製造方法を提供することに
ある。
接合酸化膜を形成する際に、上部電極材が下部電極上に
飛着することを防止し、超電導接合電流の再現性を高め
得るジョセフソン接合素子の製造方法を提供することに
ある。
本発明においては、上部目的を達成するため、上部電極
を蒸着する際に基板部分以外を遮蔽板で用い、接合酸化
膜を形成する際はこれを除去し、プラズマ酸化時の上部
電極材による下部電極表面の汚染を防止して、超電導接
合電流の再現性が良いジョセフソン接合素子を作製する
。
を蒸着する際に基板部分以外を遮蔽板で用い、接合酸化
膜を形成する際はこれを除去し、プラズマ酸化時の上部
電極材による下部電極表面の汚染を防止して、超電導接
合電流の再現性が良いジョセフソン接合素子を作製する
。
〔発明の実施例〕
本発明による実施例を以下に示す。下部電極をＮ ｂ
Ｎ膜、接合酸化膜をＮｂの酸化膜および上部電極をＰｂ
−Ａｕ−Ｉｎ合金膜とするジョセフソン接合素子を作製
した。基板としてＳｉウェハを用い、この上にＮｂＮ膜
をスパッタ法により通常の条件で形成した。こののち、
プラズマエツチング法によりＮｂＮ下部電極パターンを
形成し、フォトレジストで上部電極用のパターンを形成
した。次いでＮｂＮ下部電極膜表面に接合酸化膜を形成
し、さらにＰｂ−Ｉｎ上部電極膜を真空蒸着により通常
の条件で形成した。そして基板を装置から取り出し、フ
ォトレジストを有機溶剤で溶解することにより、上部電
極パターン部以外のフォトレジスト上に蒸着されたＰｂ
−Ａｎ−Ｉｎ膜を除去して、ｐｂ−Ａｕ−Ｉｎ上部電極
パターンを形成し、ジョセフソン接合素子を完成した。
Ｎ膜、接合酸化膜をＮｂの酸化膜および上部電極をＰｂ
−Ａｕ−Ｉｎ合金膜とするジョセフソン接合素子を作製
した。基板としてＳｉウェハを用い、この上にＮｂＮ膜
をスパッタ法により通常の条件で形成した。こののち、
プラズマエツチング法によりＮｂＮ下部電極パターンを
形成し、フォトレジストで上部電極用のパターンを形成
した。次いでＮｂＮ下部電極膜表面に接合酸化膜を形成
し、さらにＰｂ−Ｉｎ上部電極膜を真空蒸着により通常
の条件で形成した。そして基板を装置から取り出し、フ
ォトレジストを有機溶剤で溶解することにより、上部電
極パターン部以外のフォトレジスト上に蒸着されたＰｂ
−Ａｎ−Ｉｎ膜を除去して、ｐｂ−Ａｕ−Ｉｎ上部電極
パターンを形成し、ジョセフソン接合素子を完成した。
次に接合酸化膜の形成方法について詳細に説明する。こ
こで本発明に用いた薄膜形成装置の構造を第１図に示す
。図において１は高周波電極で、ここに２の基板ホルダ
と共に３の基板を取付ける。４はプラズマ酸化時のガス
導入口、５は蒸着時の膜厚モニタである。６は基板にの
み蒸着されるよう開口部を設けた可動遮蔽板で、上部電
極蒸着時は基板ホルダを覆い、プラズマ酸化時は６′の
位置に移動する。７は蒸着時のシャッタ、８は蒸発源カ
バーで基板方向と膜厚モニタ方向に開口部を設け、装置
の内壁等に上部電極材が蒸着されないようにしている。
こで本発明に用いた薄膜形成装置の構造を第１図に示す
。図において１は高周波電極で、ここに２の基板ホルダ
と共に３の基板を取付ける。４はプラズマ酸化時のガス
導入口、５は蒸着時の膜厚モニタである。６は基板にの
み蒸着されるよう開口部を設けた可動遮蔽板で、上部電
極蒸着時は基板ホルダを覆い、プラズマ酸化時は６′の
位置に移動する。７は蒸着時のシャッタ、８は蒸発源カ
バーで基板方向と膜厚モニタ方向に開口部を設け、装置
の内壁等に上部電極材が蒸着されないようにしている。
９は上部電極蒸着用ボート、１ｏは真空排気装置である
。接合酸化膜の形成は、まず基板を高周波電極に取付け
、真空排気することがら始まる。そして５Ｘ１０−５Ｐ
ａ以下まで真空排気したのち、ガス導入口よりアルゴン
ガスを１．３３Ｐａの圧力まで導入し、高周波電極に５
０Ｖ、、の電圧を印加して３０分間放電して基板表面の
清浄化（スパッタクリーニング）を行なった。次いで酸
化ガスとアルゴンガスを混合して１．３３Ｐａの圧力ま
で導入した。このとき酸化ガス分圧は５．６〜１６．８
ｍＰａ範囲で設定した。そして５０ Ｖ Ｐ−、の印加
電極で２０分間放電し、ＮｂＮ下部電極膜表面に接合酸
化膜を形成した。これらの放電を行うときは、遮蔽板と
膜厚モニタ部に蒸着されている上部電極材が放電プラズ
マにさらされないようにした。
。接合酸化膜の形成は、まず基板を高周波電極に取付け
、真空排気することがら始まる。そして５Ｘ１０−５Ｐ
ａ以下まで真空排気したのち、ガス導入口よりアルゴン
ガスを１．３３Ｐａの圧力まで導入し、高周波電極に５
０Ｖ、、の電圧を印加して３０分間放電して基板表面の
清浄化（スパッタクリーニング）を行なった。次いで酸
化ガスとアルゴンガスを混合して１．３３Ｐａの圧力ま
で導入した。このとき酸化ガス分圧は５．６〜１６．８
ｍＰａ範囲で設定した。そして５０ Ｖ Ｐ−、の印加
電極で２０分間放電し、ＮｂＮ下部電極膜表面に接合酸
化膜を形成した。これらの放電を行うときは、遮蔽板と
膜厚モニタ部に蒸着されている上部電極材が放電プラズ
マにさらされないようにした。
すなわち基板ホルダ２には後に述べるように上部電極材
が被着することのないようにしているので基板ホルダ２
から上部電極材が下部電極表面に飛着することがない。
が被着することのないようにしているので基板ホルダ２
から上部電極材が下部電極表面に飛着することがない。
引続いて遮蔽板を６の位置に戻して、基板以外を覆った
のち上部電極蒸着用ボートを用いてＰｂ−Ａｕ−Ｉｎを
７Ｘ１０−５Ｐａ以下の真空中で基板ホルダに上部電極
材が被着ないよう蒸着した。以上のようにして作製した
Ｎ ｂ Ｎ−Ｎｂ酸化膜−（Ｐｂ −Ａｕ −Ｉ ｎ）
ジョセフソン接合素子の超電導接合電流を液体ヘリウム
温度中で測定した。その結果、第２図にプラズマ酸化条
件のうち酸素ガス分圧を変えた場合の接合電流密度の変
化を示すように、１１の本発明により作製した素子の接
合電流密度の最高値と最低値の差を、同一酸素ガス分圧
下で２倍以内に納めて、再現性良く素子を作製できるこ
とが分かった。一方、１２の従来法による場合は、１桁
以上の差があった。
のち上部電極蒸着用ボートを用いてＰｂ−Ａｕ−Ｉｎを
７Ｘ１０−５Ｐａ以下の真空中で基板ホルダに上部電極
材が被着ないよう蒸着した。以上のようにして作製した
Ｎ ｂ Ｎ−Ｎｂ酸化膜−（Ｐｂ −Ａｕ −Ｉ ｎ）
ジョセフソン接合素子の超電導接合電流を液体ヘリウム
温度中で測定した。その結果、第２図にプラズマ酸化条
件のうち酸素ガス分圧を変えた場合の接合電流密度の変
化を示すように、１１の本発明により作製した素子の接
合電流密度の最高値と最低値の差を、同一酸素ガス分圧
下で２倍以内に納めて、再現性良く素子を作製できるこ
とが分かった。一方、１２の従来法による場合は、１桁
以上の差があった。
ここで酸化放電後の下部電極膜表面の汚染状況をオージ
ェ電子分光法で調べた。その結果、従来法による場合下
部電極膜表面がらｐｂとＩｎが検出され、基板ホルダに
蒸着された上部電極材のＰｂとＩｎが高周波放電によっ
て基板に再付着していることが分かった。本発明による
場合は、これら上部電極材はまったく検出されず、本発
明の遮蔽板の効果を確認した。
ェ電子分光法で調べた。その結果、従来法による場合下
部電極膜表面がらｐｂとＩｎが検出され、基板ホルダに
蒸着された上部電極材のＰｂとＩｎが高周波放電によっ
て基板に再付着していることが分かった。本発明による
場合は、これら上部電極材はまったく検出されず、本発
明の遮蔽板の効果を確認した。
本発明によれば、実施例において述べたごとく基板ホル
ダに上部′電極材が蒸着されないようにして、高周波放
電時に上部電極材が下部電極表面に飛着することを防止
するようにしている。従ってジョセフソン接合素子、特
にＮｂ系金属を下部電極とし、Ｐｂ系合金を上部電極と
する素子の作製において、超電導接合電流の最高値と最
低値の差を従来の１桁以上から２倍以内に納めることが
可能となり、接合電流の再現性向上に有効である。
ダに上部′電極材が蒸着されないようにして、高周波放
電時に上部電極材が下部電極表面に飛着することを防止
するようにしている。従ってジョセフソン接合素子、特
にＮｂ系金属を下部電極とし、Ｐｂ系合金を上部電極と
する素子の作製において、超電導接合電流の最高値と最
低値の差を従来の１桁以上から２倍以内に納めることが
可能となり、接合電流の再現性向上に有効である。
第１図は本発明の一実施例において用いたＮｂ系ジョセ
フソン接合素子薄膜形成装置の概略説明図、第２図は接
合酸化膜形成時の酸素ガス分圧と超電導接合電流の関係
を示す図である。 １・高周波放電電極、２・・基板ホルダ、３・・・基板
、４ ガス導入口、５ 可動遮蔽板、６・膜厚モニタ、
７ シャッタ、８・・蒸発源カバー、９−上部電極蒸着
用ボーｌ〜、１０・真空排気装置、１１・・本発明によ
る素子の特性、１２ ・従来法による素子の特性
フソン接合素子薄膜形成装置の概略説明図、第２図は接
合酸化膜形成時の酸素ガス分圧と超電導接合電流の関係
を示す図である。 １・高周波放電電極、２・・基板ホルダ、３・・・基板
、４ ガス導入口、５ 可動遮蔽板、６・膜厚モニタ、
７ シャッタ、８・・蒸発源カバー、９−上部電極蒸着
用ボーｌ〜、１０・真空排気装置、１１・・本発明によ
る素子の特性、１２ ・従来法による素子の特性
Claims (1)
- １、基板ホルダに保持された所定基板上に下部電極材を
形成する工程、該下部電極材表面に接合酸化膜を形成す
る工程、該接合酸化膜上に上部電極材を形成する工程を
有するジョセフソン接合素子の製造方法において、前記
上部電極材を形成する工程は基板ホルダを所定の遮蔽板
で覆って行い、前記接合酸化膜を形成する工程は該遮蔽
板を除去して行うことを特徴とするジョセフソン接合素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60217935A JPS6279681A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60217935A JPS6279681A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6279681A true JPS6279681A (ja) | 1987-04-13 |
| JPH0513398B2 JPH0513398B2 (ja) | 1993-02-22 |
Family
ID=16712009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60217935A Granted JPS6279681A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6279681A (ja) |
-
1985
- 1985-10-02 JP JP60217935A patent/JPS6279681A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| IBM.J.RES.DEVELOP=1980 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0513398B2 (ja) | 1993-02-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |