JPH0481876B2 - - Google Patents
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- JPH0481876B2 JPH0481876B2 JP59265456A JP26545684A JPH0481876B2 JP H0481876 B2 JPH0481876 B2 JP H0481876B2 JP 59265456 A JP59265456 A JP 59265456A JP 26545684 A JP26545684 A JP 26545684A JP H0481876 B2 JPH0481876 B2 JP H0481876B2
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- JP
- Japan
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- tunnel barrier
- superconductor electrode
- superconductor
- forming
- etching
- Prior art date
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Links
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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)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はジヨセフソン接合素子の形成方法に関
し、さらに詳しくは微細な接合の作製に適したジ
ヨセフソン接合素子の形成方法に関するものであ
る。
し、さらに詳しくは微細な接合の作製に適したジ
ヨセフソン接合素子の形成方法に関するものであ
る。
（従来技術の問題点）
従来、ジヨセフソン接合素子で構成される集積
回路の製造では、接合特性の制御に最も重要なト
ンネル障壁部を規定する主な技術はリフトオフ法
であつた。この一例として、アール・エフ・ブル
ーム（R.F.Broom）らによつて1980年10月に発
表されたアイ・イー・イー・イー・トランズアク
シヨンズ・オン・エレクトロン・デバイシーズ
（IEEE Transaction on Electron Devices）の
第ED−27巻第10号1998〜2008頁の論文がある。
この方法を第２図ａ〜ｃを用いて工程順に説明す
る。第２図ａに示すように、絶縁体基板２１上に
形成された第１の超伝導体電極２２上のトンネル
障壁部となる部分にアンダーカツト形状のレジス
トマスク２３を形成し、第２図ｂに示すように基
板表面に絶縁体層２４を蒸着し、引き続きリフト
オフすると第２図ｃに示すような開口部をもつト
ンネル障壁部が形成される。この方法は、アンダ
ーカツト形状のレジストマスク２３は通常のホト
レジスト工程に加え、露光前にクロロベンゼンな
どの有機溶剤に浸すことによつて得られるが、マ
スク寸法やマスク形状はレジストのブリベーク条
件や有機溶剤の液温、デイツブ時間などの影響を
受けやすい。特に、トンネル障壁部の有効面積を
規定するレジストマスク２３下部の寸法を精度よ
く得ることは非常に難しい。また、トンネル障壁
部がこの形成過程で直接大気にさらされたり、レ
ジスト処理を受けることにより汚染されるという
問題もある。
回路の製造では、接合特性の制御に最も重要なト
ンネル障壁部を規定する主な技術はリフトオフ法
であつた。この一例として、アール・エフ・ブル
ーム（R.F.Broom）らによつて1980年10月に発
表されたアイ・イー・イー・イー・トランズアク
シヨンズ・オン・エレクトロン・デバイシーズ
（IEEE Transaction on Electron Devices）の
第ED−27巻第10号1998〜2008頁の論文がある。
この方法を第２図ａ〜ｃを用いて工程順に説明す
る。第２図ａに示すように、絶縁体基板２１上に
形成された第１の超伝導体電極２２上のトンネル
障壁部となる部分にアンダーカツト形状のレジス
トマスク２３を形成し、第２図ｂに示すように基
板表面に絶縁体層２４を蒸着し、引き続きリフト
オフすると第２図ｃに示すような開口部をもつト
ンネル障壁部が形成される。この方法は、アンダ
ーカツト形状のレジストマスク２３は通常のホト
レジスト工程に加え、露光前にクロロベンゼンな
どの有機溶剤に浸すことによつて得られるが、マ
スク寸法やマスク形状はレジストのブリベーク条
件や有機溶剤の液温、デイツブ時間などの影響を
受けやすい。特に、トンネル障壁部の有効面積を
規定するレジストマスク２３下部の寸法を精度よ
く得ることは非常に難しい。また、トンネル障壁
部がこの形成過程で直接大気にさらされたり、レ
ジスト処理を受けることにより汚染されるという
問題もある。
一方、上記問題点を解決する方法として、エツ
チング法でトンネル障壁部を規定する方法があ
る。たとえば、東海林彰らによつて発表されたア
プライド・フイジクス・レターズ（Appl.Phys.
Lett.）第41巻、1982年、1097〜1099頁の論文が
ある。この方法の工程を第３図ａ〜ｃに示す。第
３図ａのように、絶縁体基板３１上に第１の超伝
導体電極３２、トンネル障壁層３３、第２の超伝
導体電極３４の３層膜から成る接合構成層を形成
する。次に、第３図ｂに示すように、第２の超伝
導体電極３４上のトンネル障壁部となる場所に通
常のホトレジスト工程でレジストマスク３５を形
成した後、第３図ｃのように反応性スパツタエツ
チング法により第２の超伝導体電極３４のレジス
トマスク以外の箇所を選択的にエツチング除去し
てトンネル障壁部を形成する。この方法では、リ
フトオフ法のようにレジストマスクをアンダーカ
ツト形状にする必要がないため、比較的精度の良
いレジストマスクを用いることができ、トンネル
障壁部の寸法精度も向上する。しかしながら、上
記レジストマスクでもパターン寸法が１〜2μｍ
程度まで微細化されると、レジストマスクコーナ
ー部の解像性の、再現性の問題がクローズアツプ
される。特に、ジヨセフソン接合素子では、トン
ネル障壁部の面積が接合特性に大きく影響するた
め、これは重要な問題となる。
チング法でトンネル障壁部を規定する方法があ
る。たとえば、東海林彰らによつて発表されたア
プライド・フイジクス・レターズ（Appl.Phys.
Lett.）第41巻、1982年、1097〜1099頁の論文が
ある。この方法の工程を第３図ａ〜ｃに示す。第
３図ａのように、絶縁体基板３１上に第１の超伝
導体電極３２、トンネル障壁層３３、第２の超伝
導体電極３４の３層膜から成る接合構成層を形成
する。次に、第３図ｂに示すように、第２の超伝
導体電極３４上のトンネル障壁部となる場所に通
常のホトレジスト工程でレジストマスク３５を形
成した後、第３図ｃのように反応性スパツタエツ
チング法により第２の超伝導体電極３４のレジス
トマスク以外の箇所を選択的にエツチング除去し
てトンネル障壁部を形成する。この方法では、リ
フトオフ法のようにレジストマスクをアンダーカ
ツト形状にする必要がないため、比較的精度の良
いレジストマスクを用いることができ、トンネル
障壁部の寸法精度も向上する。しかしながら、上
記レジストマスクでもパターン寸法が１〜2μｍ
程度まで微細化されると、レジストマスクコーナ
ー部の解像性の、再現性の問題がクローズアツプ
される。特に、ジヨセフソン接合素子では、トン
ネル障壁部の面積が接合特性に大きく影響するた
め、これは重要な問題となる。
（発明の目的）
本発明は、このような従来の欠点を取り除いた
ジヨセフソン接合素子の形成方法を提供すること
にある。
ジヨセフソン接合素子の形成方法を提供すること
にある。
（発明の構成）
本発明によれば、基板上の第１の超伝導体電極
Nbの一表面上のトンネル障壁層AlOx、およびこ
のトンネル障壁層を介して前記第１の超伝導体電
極と対向する第２の超伝導体電極Nbを有するジ
ヨセフソン接合素子の形成方法において、基板上
に第１の超伝導体電極、この第１の超伝導体電極
上にトンネル障壁層、このトンネル障壁層上に第
２の超伝導体電極を連続形成する工程、前記第２
の超伝導体電極上にストライプ状のエツチングマ
スクを形成し、前記第２の超伝導体電極の前記エ
ツチングマスク以外の箇所を選択的にエツチング
し、前記エツチングマスクを剥離した後、前記第
２の超伝導体電極と交差するストライプ状のエツ
チングマスクを形成し、前記第２の超伝導体電極
の露出箇所を完全にエツチングしてトンネル障壁
部を規定する工程を含むことを特徴とするジヨセ
フソン接合素子の形成方法が得られる。
Nbの一表面上のトンネル障壁層AlOx、およびこ
のトンネル障壁層を介して前記第１の超伝導体電
極と対向する第２の超伝導体電極Nbを有するジ
ヨセフソン接合素子の形成方法において、基板上
に第１の超伝導体電極、この第１の超伝導体電極
上にトンネル障壁層、このトンネル障壁層上に第
２の超伝導体電極を連続形成する工程、前記第２
の超伝導体電極上にストライプ状のエツチングマ
スクを形成し、前記第２の超伝導体電極の前記エ
ツチングマスク以外の箇所を選択的にエツチング
し、前記エツチングマスクを剥離した後、前記第
２の超伝導体電極と交差するストライプ状のエツ
チングマスクを形成し、前記第２の超伝導体電極
の露出箇所を完全にエツチングしてトンネル障壁
部を規定する工程を含むことを特徴とするジヨセ
フソン接合素子の形成方法が得られる。
（構成の詳細な説明）
本発明では、互いに交差する複数のストライプ
状のエツチングマスクによりトンネル障壁部を規
定するため、シヤープなコーナー部をもつ高精度
のトンネル障壁部パターンの形成が可能となる。
状のエツチングマスクによりトンネル障壁部を規
定するため、シヤープなコーナー部をもつ高精度
のトンネル障壁部パターンの形成が可能となる。
（実施例）
次に本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。
る。
第１図ａに示すように、絶縁体基板１１上に第
１の超伝導体電極１２、トンネル障壁層１３、第
２の超伝導体電極１４からなる接合構成層を形成
する。たとえば、表面を熱酸化二酸化ケイ素
（SiO2）が被覆したシリコン（Si）基板上に、ス
パツタ法によりニオブ（Nb）膜2000Å、アルミ
ニウム（Al）膜約20Åを連続被着した後、Al膜
を熱酸化して酸化膜を形成し、引き続きNb膜
2000Åをスパツタ蒸着する。この膜上に、通常の
ホトレジスト工程でレジストマスクを形成し、フ
ロン１３（CF4）をエツチングガスとして用いた
反応性スパツタエツチング法でNb／Al酸化物／
Nbを完全にエツチングし、３層膜からなる接合
構成層を形成する。次に、第１図ｂに示すよう
に、３層膜上に形成したストライプ状のレジスト
マスク１５を通して、たとえばCF4を用いた反応
性スパツタエツチング法で第２の超伝導体電極１
４を選択的にエツチングする。レジストマスク１
５を剥離した後、第１図ｃに示すように、第２の
超伝導体電極１４パターンと交差するようにスト
ライプ状のレジストマスク１５′を形成し、第１
図ｂと同様な方法で第２の超伝導体電極１４の露
出部分を選択エツチングし、第１図ｄに示すよう
なトンネル障壁部を形成する。AlやAl酸化物に
対するNbのエツチング速度比として100程度が得
られるためめ、Al／Al酸化物上のNbの選択エツ
チングが可能である。本プロセスで形成したトン
ネル障壁部の寸法精度は単一のレジストマスクを
用いた場合に比べ大幅に改善された。これは、主
として第２の超伝導体電極１４パターンのコーナ
ー部の解像性が向上したことによる。また、スト
ライプ状のレジストマスクを用いることにより、
現象時にレジストマスクがより安定に保持され
た。
１の超伝導体電極１２、トンネル障壁層１３、第
２の超伝導体電極１４からなる接合構成層を形成
する。たとえば、表面を熱酸化二酸化ケイ素
（SiO2）が被覆したシリコン（Si）基板上に、ス
パツタ法によりニオブ（Nb）膜2000Å、アルミ
ニウム（Al）膜約20Åを連続被着した後、Al膜
を熱酸化して酸化膜を形成し、引き続きNb膜
2000Åをスパツタ蒸着する。この膜上に、通常の
ホトレジスト工程でレジストマスクを形成し、フ
ロン１３（CF4）をエツチングガスとして用いた
反応性スパツタエツチング法でNb／Al酸化物／
Nbを完全にエツチングし、３層膜からなる接合
構成層を形成する。次に、第１図ｂに示すよう
に、３層膜上に形成したストライプ状のレジスト
マスク１５を通して、たとえばCF4を用いた反応
性スパツタエツチング法で第２の超伝導体電極１
４を選択的にエツチングする。レジストマスク１
５を剥離した後、第１図ｃに示すように、第２の
超伝導体電極１４パターンと交差するようにスト
ライプ状のレジストマスク１５′を形成し、第１
図ｂと同様な方法で第２の超伝導体電極１４の露
出部分を選択エツチングし、第１図ｄに示すよう
なトンネル障壁部を形成する。AlやAl酸化物に
対するNbのエツチング速度比として100程度が得
られるためめ、Al／Al酸化物上のNbの選択エツ
チングが可能である。本プロセスで形成したトン
ネル障壁部の寸法精度は単一のレジストマスクを
用いた場合に比べ大幅に改善された。これは、主
として第２の超伝導体電極１４パターンのコーナ
ー部の解像性が向上したことによる。また、スト
ライプ状のレジストマスクを用いることにより、
現象時にレジストマスクがより安定に保持され
た。
上記工程はトンネル障壁部を規定する工程であ
るが、ジヨセフソン接合素子を作製するために
は、さらに一例として次に示すような上部電極配
線を形成する工程が必要である。レジストマスク
を剥離した後、シラン（SiH4）と亜酸化窒素
（N2O）の混合ガスを用いたプラズマCVD法で
SiO2膜3000Åを被着する。引き続き有機物
（AZ1350J）8000Åをスピン塗布し、窒素雰囲気
中200℃でベーク処理する。次に、上記SiO2と有
機物のエツチング速度が等しくなるようにビーム
入射角を設定したイオンミリング法により、上層
Nb表面まで有機物、SiO2をエツチングする。露
出したNb表面をArでスパツタクリーニングした
後、Nb膜3000Åをスパツタ蒸着し、下部電極配
線の形成と同様な方法で上部電極配線を形成す
る。
るが、ジヨセフソン接合素子を作製するために
は、さらに一例として次に示すような上部電極配
線を形成する工程が必要である。レジストマスク
を剥離した後、シラン（SiH4）と亜酸化窒素
（N2O）の混合ガスを用いたプラズマCVD法で
SiO2膜3000Åを被着する。引き続き有機物
（AZ1350J）8000Åをスピン塗布し、窒素雰囲気
中200℃でベーク処理する。次に、上記SiO2と有
機物のエツチング速度が等しくなるようにビーム
入射角を設定したイオンミリング法により、上層
Nb表面まで有機物、SiO2をエツチングする。露
出したNb表面をArでスパツタクリーニングした
後、Nb膜3000Åをスパツタ蒸着し、下部電極配
線の形成と同様な方法で上部電極配線を形成す
る。
本実施例では、接合構成層としてNb／Al酸化
物／Nbを用いた場合について説明したが、第２
の超伝導体電極が第１の超伝導体電極あるいはト
ンネル障壁層に対して選択的にエツチングされる
ならば、任意の接合構成層の組合せが適用でき
る。超伝導体電極の加工法としては、反応性スパ
ツタエツチング法以外にも、接合構成層の組合せ
に応じてイオンミリング法などの他の方法も使用
できる。また、エツチングマスクには、有機レジ
スト、無機レジスト、さらにはこれらのレジスト
の転写により形成した、よりエツチング耐性のあ
る金属マスクなども用いることができる。
物／Nbを用いた場合について説明したが、第２
の超伝導体電極が第１の超伝導体電極あるいはト
ンネル障壁層に対して選択的にエツチングされる
ならば、任意の接合構成層の組合せが適用でき
る。超伝導体電極の加工法としては、反応性スパ
ツタエツチング法以外にも、接合構成層の組合せ
に応じてイオンミリング法などの他の方法も使用
できる。また、エツチングマスクには、有機レジ
スト、無機レジスト、さらにはこれらのレジスト
の転写により形成した、よりエツチング耐性のあ
る金属マスクなども用いることができる。
（発明の効果）
以上説明したように本発明のよれば、解像性や
再現性の良いパターン形成が可能なため、微細で
寸法精度の優れたトンネル障壁部をもつジヨセフ
ソン接合素子を形成することができる。
再現性の良いパターン形成が可能なため、微細で
寸法精度の優れたトンネル障壁部をもつジヨセフ
ソン接合素子を形成することができる。
第１図ａ〜ｄは本発明のジヨセフソン接合素子
の形成方法を説明するための主要工程における素
子の斜視図、第２図ａ〜ｃ、第３図ａ〜ｃは従来
のジヨセフソン接合素子の形成方法を工程順に説
明するための断面図である。 図において、１１，２１，３１を基板、１２，
２２，３２は第１の超伝導体電極、１３，３３は
トンネル障壁層、１４，３４は第２の超伝導体電
極、１５，１５′，２３，３５はレジストマスク、
２４は絶縁体層である。
の形成方法を説明するための主要工程における素
子の斜視図、第２図ａ〜ｃ、第３図ａ〜ｃは従来
のジヨセフソン接合素子の形成方法を工程順に説
明するための断面図である。 図において、１１，２１，３１を基板、１２，
２２，３２は第１の超伝導体電極、１３，３３は
トンネル障壁層、１４，３４は第２の超伝導体電
極、１５，１５′，２３，３５はレジストマスク、
２４は絶縁体層である。
Claims (1)
- １ 基板上に第１の超伝導体電極Nbとこの第１
の超伝導体電極の一表面上のトンネル障壁層
AlOx、およびこのトンネル障壁層を介して前記
第１の超伝導体電極に対向する第２の超伝導体電
極Nbを有するジヨセフソン接合素子の形成方法
において、基板上に第１の超伝導体電極、この第
１の超伝導体電極上にトンネル障壁層、このトン
ネル障壁層上に第２の超伝導体電極を連続形成す
る工程、前記第２の超伝導体電極上にストライプ
状のエツチングマスクを形成し、前記第２の超伝
導体電極の前記エツチングマスク以外の箇所を選
択的にエツチングし、前記エツチングマスクを剥
離した後、前記第２の超伝導体電極と交差するス
トライプ状のエツチングマスクを形成し、前記第
２の超伝導体電極の露出箇所を完全にエツチング
して、トンネル障壁部を規定する工程を含むこと
を特徴とするジヨセフソン接合素子の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59265456A JPS61144084A (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59265456A JPS61144084A (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61144084A JPS61144084A (ja) | 1986-07-01 |
| JPH0481876B2 true JPH0481876B2 (ja) | 1992-12-25 |
Family
ID=17417416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59265456A Granted JPS61144084A (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61144084A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6394692A (ja) * | 1986-10-09 | 1988-04-25 | Agency Of Ind Science & Technol | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
| JP6254032B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2017-12-27 | 住友重機械工業株式会社 | Ｓｎｓ型ジョセフソン接合素子の製造方法及びｓｎｓ型ジョセフソン接合素子製造装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58175830A (ja) * | 1982-04-08 | 1983-10-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | パタ−ン形成方法 |
| US4432134A (en) * | 1982-05-10 | 1984-02-21 | Rockwell International Corporation | Process for in-situ formation of niobium-insulator-niobium Josephson tunnel junction devices |
-
1984
- 1984-12-18 JP JP59265456A patent/JPS61144084A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61144084A (ja) | 1986-07-01 |
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Legal Events
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