JP2785647B2 - 超伝導素子の製造方法 - Google Patents
超伝導素子の製造方法Info
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- JP2785647B2 JP2785647B2 JP5152045A JP15204593A JP2785647B2 JP 2785647 B2 JP2785647 B2 JP 2785647B2 JP 5152045 A JP5152045 A JP 5152045A JP 15204593 A JP15204593 A JP 15204593A JP 2785647 B2 JP2785647 B2 JP 2785647B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＮｂ／Ａｌ−ＡｌＯx ／
Ｎｂジョセフソン接合の製造方法において、特にバリヤ
層の加工方法に関する。
Ｎｂジョセフソン接合の製造方法において、特にバリヤ
層の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｂ／Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂジョセフソ
ン接合の実現により超伝導エレクトロニクスは発展して
来た。Ｎｂ／Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂジョセフソン接合の
製造方法の従来例の１つを図２に示す。
ン接合の実現により超伝導エレクトロニクスは発展して
来た。Ｎｂ／Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂジョセフソン接合の
製造方法の従来例の１つを図２に示す。
【０００３】図２（ａ）に示すように、例えばＳｉなど
の基板１１上に下部電極層１２、トンネルバリヤ層１
３、上部電極層１４の三層膜を同一真空中で成膜する。
の基板１１上に下部電極層１２、トンネルバリヤ層１
３、上部電極層１４の三層膜を同一真空中で成膜する。
【０００４】次に、例えば、アプライド フィジックス
レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｓ．）誌、
４２巻、第５号、４７２頁に述べられているＳＮＥＰ法
と同様に、ＣＦ4 ガスを用いた反応性イオンエッチング
法（ＲＩＥ）を用いて、上部電極層１４を所望の形状に
加工し、素子面積を規定する。
レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｓ．）誌、
４２巻、第５号、４７２頁に述べられているＳＮＥＰ法
と同様に、ＣＦ4 ガスを用いた反応性イオンエッチング
法（ＲＩＥ）を用いて、上部電極層１４を所望の形状に
加工し、素子面積を規定する。
【０００５】（ｂ）図において、１４は上部電極、１５
は上部電極のレジストパターンを示す。この製造方法に
おいて、接合面積を決定づけるのは、レジストパターン
１５である。
は上部電極のレジストパターンを示す。この製造方法に
おいて、接合面積を決定づけるのは、レジストパターン
１５である。
【０００６】フォトリソグラフィー技術の発達により、
微細レジストパターンを容易に形成できるようになっ
た。しかし、一般的なフォトレジストの現像液は強アル
カリ性である。一方、昨今の超伝導素子の発達は、超伝
導体であるＮｂと、障害層であるＡｌ−ＡｌＯx の組み
合わせに負う所が大きいが、Ａｌは強アルカリ、すなわ
ち現像液に溶解する。特にジョセフソン接合の障壁層に
用いるＡｌ膜は１０ｎｍ以下と非常に薄く、僅かな時間
現像液に触れただけで完全に溶解する。しかも、フォト
レジストに覆われたＡｌ膜もサイドから溶解される場合
も有り、良好な接合電気特性が得られないという問題を
生じる。したがって、（Ｃ）図に示すように、障壁層上
に所望の形状のフォトレジストパターン１６を形成する
時には、現像液サイドからの侵入領域１７を見越して障
壁層のレジストパターン１６を、上部電極１４よりも十
分大きくすることが望ましい。レジストパターン１６を
形成後、障壁層１３を加工する。
微細レジストパターンを容易に形成できるようになっ
た。しかし、一般的なフォトレジストの現像液は強アル
カリ性である。一方、昨今の超伝導素子の発達は、超伝
導体であるＮｂと、障害層であるＡｌ−ＡｌＯx の組み
合わせに負う所が大きいが、Ａｌは強アルカリ、すなわ
ち現像液に溶解する。特にジョセフソン接合の障壁層に
用いるＡｌ膜は１０ｎｍ以下と非常に薄く、僅かな時間
現像液に触れただけで完全に溶解する。しかも、フォト
レジストに覆われたＡｌ膜もサイドから溶解される場合
も有り、良好な接合電気特性が得られないという問題を
生じる。したがって、（Ｃ）図に示すように、障壁層上
に所望の形状のフォトレジストパターン１６を形成する
時には、現像液サイドからの侵入領域１７を見越して障
壁層のレジストパターン１６を、上部電極１４よりも十
分大きくすることが望ましい。レジストパターン１６を
形成後、障壁層１３を加工する。
【０００７】（ｄ）図に示すように、下部電極の加工、
層間絶縁層１８の成膜、コンタクトホール１９の形成、
上部配線層２０の形成を行い、ジョセフソン接合は製造
される。
層間絶縁層１８の成膜、コンタクトホール１９の形成、
上部配線層２０の形成を行い、ジョセフソン接合は製造
される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ジョセフソン素子の微
細化、集積化に伴い、より高解像度のパターン形成が可
能なフォトレジスト、現像液の使用が要求される。しか
し、フォトレジスト、現像液の選定において、Ａｌの溶
解速度の小さい現像液という条件をつけると、より微細
なパターンの形成を可能とするフォトレジスト、現像液
の使用が困難になる。微細なパターンが必要な上部電極
と、強アルカリに弱い障壁層とを、それぞれ異なるフォ
トレジスト、現像液でパターン形成を行うことは、無駄
が多く、事実上不可能に近い。また、現像液によるＡｌ
膜溶解の影響を小さくするために、必要な目合わせマー
ジン以上に障壁層パターンを大きくすることは、素子面
積を無駄に増加させ、より大規模な集積化を妨げること
になる。
細化、集積化に伴い、より高解像度のパターン形成が可
能なフォトレジスト、現像液の使用が要求される。しか
し、フォトレジスト、現像液の選定において、Ａｌの溶
解速度の小さい現像液という条件をつけると、より微細
なパターンの形成を可能とするフォトレジスト、現像液
の使用が困難になる。微細なパターンが必要な上部電極
と、強アルカリに弱い障壁層とを、それぞれ異なるフォ
トレジスト、現像液でパターン形成を行うことは、無駄
が多く、事実上不可能に近い。また、現像液によるＡｌ
膜溶解の影響を小さくするために、必要な目合わせマー
ジン以上に障壁層パターンを大きくすることは、素子面
積を無駄に増加させ、より大規模な集積化を妨げること
になる。
【０００９】本発明の目的は、現像液による障壁層Ａｌ
膜の溶解を防ぎ、超伝導集積回路製造上の制約を取り除
き、微細かつ高品質なジョセフソン素子、および高集積
化されたジョセフソン集積回路の製造方法を提供するこ
とにある。
膜の溶解を防ぎ、超伝導集積回路製造上の制約を取り除
き、微細かつ高品質なジョセフソン素子、および高集積
化されたジョセフソン集積回路の製造方法を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、Ｎｂ／
Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂジョセフソン接合の製造方法にお
いて、基板上に、第１の超伝導金属膜、トンネルバリヤ
層、第２の超伝導膜を順次重ねて成膜する工程と、ジョ
セフソン接合の上部電極となるべき領域を残して、前記
第２の超伝導体膜をドライエッチングする工程と、さら
に、耐アルカリ性の保護層を設ける工程と、前記保護層
上にレジストパターンを形成する工程と、前記保護層
と、前記トンネルバリヤ層を所望の形状に加工する工程
とを含むことを特徴とする超伝導素子の製造方法が得ら
れる。
Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂジョセフソン接合の製造方法にお
いて、基板上に、第１の超伝導金属膜、トンネルバリヤ
層、第２の超伝導膜を順次重ねて成膜する工程と、ジョ
セフソン接合の上部電極となるべき領域を残して、前記
第２の超伝導体膜をドライエッチングする工程と、さら
に、耐アルカリ性の保護層を設ける工程と、前記保護層
上にレジストパターンを形成する工程と、前記保護層
と、前記トンネルバリヤ層を所望の形状に加工する工程
とを含むことを特徴とする超伝導素子の製造方法が得ら
れる。
【００１１】
【作用】ジョセフソン接合の接合面積は、通常、接合上
部電極により規定される。したがって、接合の微細化、
接合特性の均一性向上のためには上部電極のパターン形
成は非常に重要である。フォトリソグラフィー技術の発
達により微細なフォトレジストパターンを均一性良く形
成できるようになったが、このフォトリソグラフィーの
工程で用いられる現像液は、強アルカリ性を示し、障壁
層のＡｌを溶解してしまう。しかも、レジストに覆われ
た障壁層Ａｌ膜もサイドから溶解される場合が有り、接
合電気特性が著しく劣化する。高品質なジョセフソン接
合を得るには、障壁層の現像液による溶解を防ぐ必要が
ある。
部電極により規定される。したがって、接合の微細化、
接合特性の均一性向上のためには上部電極のパターン形
成は非常に重要である。フォトリソグラフィー技術の発
達により微細なフォトレジストパターンを均一性良く形
成できるようになったが、このフォトリソグラフィーの
工程で用いられる現像液は、強アルカリ性を示し、障壁
層のＡｌを溶解してしまう。しかも、レジストに覆われ
た障壁層Ａｌ膜もサイドから溶解される場合が有り、接
合電気特性が著しく劣化する。高品質なジョセフソン接
合を得るには、障壁層の現像液による溶解を防ぐ必要が
ある。
【００１２】本発明の超伝導素子の製造方法では、障壁
層上に薄いＳｉＯ2 、ＳｉＮx など強アルカリ溶液に耐
性のある絶縁体を保護層として成膜する工程を設けた。
その結果、現像液に障壁層が侵されることがなくなり、
高品質なジョセフソン接合が得られた。フォトリソグラ
フィー工程での、現像液、障壁層パターンの安全マージ
ンの制約がなくなり、接合の微細化、超伝導素子の集積
化が容易になった。
層上に薄いＳｉＯ2 、ＳｉＮx など強アルカリ溶液に耐
性のある絶縁体を保護層として成膜する工程を設けた。
その結果、現像液に障壁層が侵されることがなくなり、
高品質なジョセフソン接合が得られた。フォトリソグラ
フィー工程での、現像液、障壁層パターンの安全マージ
ンの制約がなくなり、接合の微細化、超伝導素子の集積
化が容易になった。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を説明するための
超伝導素子の製造工程断面図である。
超伝導素子の製造工程断面図である。
【００１４】（ａ）図に示すように、例えばＳｉなどの
基板２１上に第１の超伝導体２２としてＮｂを成膜す
る。次にＡｌを成膜し、真空槽内に酸素を導入し、Ａｌ
表面を酸化しＡｌ−ＡｌＯx トンネル障壁層２３を形成
する。さらに第２の超伝導体２４としてＮｂを成膜す
る。
基板２１上に第１の超伝導体２２としてＮｂを成膜す
る。次にＡｌを成膜し、真空槽内に酸素を導入し、Ａｌ
表面を酸化しＡｌ−ＡｌＯx トンネル障壁層２３を形成
する。さらに第２の超伝導体２４としてＮｂを成膜す
る。
【００１５】次に（ｂ）図に示すように第２の超伝導体
２４上に所望の形状のフォトレジストパターン２５を形
成する。フォトレジストパターン２５をマスクとして第
２の超伝導体２４を、ＣＦ4 ガスあるいはＳＦ6 ガスを
用いた反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）で加工す
る。この時、下地となる障壁層２３は十分エッチングス
トッパーとして機能する。
２４上に所望の形状のフォトレジストパターン２５を形
成する。フォトレジストパターン２５をマスクとして第
２の超伝導体２４を、ＣＦ4 ガスあるいはＳＦ6 ガスを
用いた反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）で加工す
る。この時、下地となる障壁層２３は十分エッチングス
トッパーとして機能する。
【００１６】第２の超伝導体２４の加工後、フォトレジ
ストパターンは、アセトン超音波洗浄などで除去し、
（ｃ）図に示すように、耐アルカリ性の保護層２６とし
て例えばＳｉＯ2 を試料基板上全面に、成膜する。
ストパターンは、アセトン超音波洗浄などで除去し、
（ｃ）図に示すように、耐アルカリ性の保護層２６とし
て例えばＳｉＯ2 を試料基板上全面に、成膜する。
【００１７】（ｄ）図に示すように、保護層２６上にフ
ォトレジストパターン２７を形成し、該フォトレジスト
パターン２７をマスクとして、保護層２６および、障壁
層２３を加工する。尚、保護層２６の加工にＣＦ4 又は
ＣＨＦ3 ガスを用いたＲＩＥを用いると、下地となる障
壁層２３は十分エッチングストッパーとして機能する。
また、障壁層２３の加工に塩素ガスＲＩＥ又は、アルゴ
ンミリング法などを用いると、下地となる第２の超伝導
体２２は、エッチングストッパーとして十分機能する。
障壁層２３と保護層２６の密着性がよい場合には、前記
障壁層の加工において、リン酸または、強アルカリ性溶
液などによるウェットエッチングも可能である。加工後
フォトレジストパターン２７を除去する。
ォトレジストパターン２７を形成し、該フォトレジスト
パターン２７をマスクとして、保護層２６および、障壁
層２３を加工する。尚、保護層２６の加工にＣＦ4 又は
ＣＨＦ3 ガスを用いたＲＩＥを用いると、下地となる障
壁層２３は十分エッチングストッパーとして機能する。
また、障壁層２３の加工に塩素ガスＲＩＥ又は、アルゴ
ンミリング法などを用いると、下地となる第２の超伝導
体２２は、エッチングストッパーとして十分機能する。
障壁層２３と保護層２６の密着性がよい場合には、前記
障壁層の加工において、リン酸または、強アルカリ性溶
液などによるウェットエッチングも可能である。加工後
フォトレジストパターン２７を除去する。
【００１８】次に（ｅ）図に示すようにフォトレジスト
パターン２８を形成し、該フォトレジストパターン２８
をマスクとして第１の超伝導体２２を加工する。
パターン２８を形成し、該フォトレジストパターン２８
をマスクとして第１の超伝導体２２を加工する。
【００１９】次に（ｆ）図に示すように、例えばバイア
ススパッタ法で層間絶縁膜２９としてＳｉＯ2 を成膜
し、該ＳｉＯ2 膜にコンタクトホール３０を形成する。
さらに、上部配線層３１としてＮｂを成膜し、ＲＩＥで
加工する。尚、保護層２６と層間絶縁膜２９に同一の物
質を用いておくと、コンタクトホール３０の形成時に同
じ条件で加工可能であるので、便利である。
ススパッタ法で層間絶縁膜２９としてＳｉＯ2 を成膜
し、該ＳｉＯ2 膜にコンタクトホール３０を形成する。
さらに、上部配線層３１としてＮｂを成膜し、ＲＩＥで
加工する。尚、保護層２６と層間絶縁膜２９に同一の物
質を用いておくと、コンタクトホール３０の形成時に同
じ条件で加工可能であるので、便利である。
【００２０】尚、本実施例の（ｄ）図において、障壁層
２３の加工にはフォトレジストパターン２７をマスクと
して用いているが、保護層２６を加工後フォトレジスト
２７を除去し、その後、保護層２６をマスクとして障壁
層２３を加工することも可能である。
２３の加工にはフォトレジストパターン２７をマスクと
して用いているが、保護層２６を加工後フォトレジスト
２７を除去し、その後、保護層２６をマスクとして障壁
層２３を加工することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、障
壁層を保護膜によりアルカリ性溶液から保護しているの
で、いかなる現像液を用いても、障壁層が現像液に溶液
されて接合特性が劣化することが無くなった。また、障
壁層の大きさを目合わせマージンの限度まで小さくする
ことが可能で、超伝導素子を高集積化することが可能に
なった。
壁層を保護膜によりアルカリ性溶液から保護しているの
で、いかなる現像液を用いても、障壁層が現像液に溶液
されて接合特性が劣化することが無くなった。また、障
壁層の大きさを目合わせマージンの限度まで小さくする
ことが可能で、超伝導素子を高集積化することが可能に
なった。
【図１】本発明の一実施例を説明するための超伝導素子
の製造工程断面図である。
の製造工程断面図である。
【図２】従来例の１つを説明するための超伝導素子の製
造工程断面図である。
造工程断面図である。
１１，２１ 基板（Ｓｉ） １２，２２ 第１の超伝導体（Ｎｂ） １３，２３ トンネル障壁層（Ａｌ−ＡｌＯx ） １４ 第２の超伝導体（Ｎｂ） １５，１６，２５，２７，２８ フォトレジストパター
ン １７ 現像液の侵入領域 １８，２９ 層間絶縁膜（ＳｉＯ2 ） １９，３０ コンタクトホール ２０，３１ 上部配線層（Ｎｂ） ２６ 保護層（ＳｉＯ2 ）
ン １７ 現像液の侵入領域 １８，２９ 層間絶縁膜（ＳｉＯ2 ） １９，３０ コンタクトホール ２０，３１ 上部配線層（Ｎｂ） ２６ 保護層（ＳｉＯ2 ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−94692（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−390581（ＪＰ，Ａ) ＥＸＴＥＮＤＥＤ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｓ ＯＦ ５ＴＨ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩ ＯＮＡＬ ＷＯＲＫＳＨＯＰ ＯＮ Ｆ ＵＴＵＲＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶ ＩＣＥＳ ＴＯＰＩＣＡＬ ＭＥＥＴＩＮＧ Ｏ Ｎ ＨＩＧＨ−ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＯＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ〜Ｆ ＥＤ ＨＩＴＣＳＣ−ＥＤ ＷＯＲＫＳ ＨＯＰ！ ＪＵＮＥ ２ ＴＯ ４, 1988 ＰＰ．267−271 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/18 H01L 39/00 H01L 39/22 - 39/24
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｎｂ膜を上部電極、下部電極、Ａｌ酸化
膜をトンネルバリヤ層とするジョセフソン接合の製造方
法において、 基板上に、第１の超伝導金属膜、トンネルバリヤ層、第
２の超伝導膜を順次重ねて成膜する工程と、 ジョセフソン接合の上部電極となる領域を残して、前記
第２の超伝導体膜をドライエッチングする工程と、 その直後に、耐アルカリ性の保護層を設ける工程と、 前記保護層上にレジストパターンを形成する工程と、 前記保護膜と、前記トンネルバリヤ層を前記レジストパ
ターンをマスクとして加工する工程とを含むことを特徴
とするジョセフソン接合の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152045A JP2785647B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超伝導素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5152045A JP2785647B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超伝導素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715052A JPH0715052A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2785647B2 true JP2785647B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=15531854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5152045A Expired - Lifetime JP2785647B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 超伝導素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2785647B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| 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 |
-
1993
- 1993-06-23 JP JP5152045A patent/JP2785647B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＥＸＴＥＮＤＥＤ ＡＢＳＴＲＡＣＴＳ ＯＦ ５ＴＨ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＷＯＲＫＳＨＯＰ ＯＮ ＦＵＴＵＲＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ |
| ＴＯＰＩＣＡＬ ＭＥＥＴＩＮＧ ＯＮ ＨＩＧＨ−ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＯＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ〜ＦＥＤ ＨＩＴＣＳＣ−ＥＤ ＷＯＲＫＳＨＯＰ！ ＪＵＮＥ ２ ＴＯ ４，１９８８ ＰＰ．２６７−２７１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715052A (ja) | 1995-01-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980428 |