JPH04268758A - Manufacture of josephson integrated circuit - Google Patents

Manufacture of josephson integrated circuit

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JPH04268758A
JPH04268758A JP3030329A JP3032991A JPH04268758A JP H04268758 A JPH04268758 A JP H04268758A JP 3030329 A JP3030329 A JP 3030329A JP 3032991 A JP3032991 A JP 3032991A JP H04268758 A JPH04268758 A JP H04268758A
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superconducting
wiring
insulator
wafer
entire surface
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隆 井上
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Abstract

PURPOSE:To remove a parasitic circuit element produced in the part where an LCR circuit chip is bonded with a Josephson element chip. CONSTITUTION:A capacitance is formed onto a chip together with a Josephson element in an integrated circuit forming manner, and an LCR circuit is built in the same chip where a Josephson element is provided. At this point, the flattening of layers required for the formation of a Josephson element is carried out through a flattening process such as a liftoff or the formation of a pattern used for eliminating steps caused by a contact hole.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、次世代超高速スーパー
・コンピュータを構成することが期待されているジョセ
フソン集積回路の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing Josephson integrated circuits, which are expected to constitute next-generation ultra-high-speed supercomputers.

【0002】0002

【従来の技術】ラッチング・メカニズムに基づくジョセ
フソン集積回路は、交流電源バイアス方式であり、これ
を比較的大規模(500ゲート以上)に、かつ高速(1
ギガHz以上)に駆動しようとすると、インピーダンス
の低い超伝導部とインピーダンスの高い外部電源配線と
の間に、LCフィルタ・タイプなどのインピーダンス・
トランスフォーマが必要となる。また、常温の外部信号
配線から極低温のジョセフソン・デバイス部に比較的低
い電流レベルの高速信号を高い信頼性をもって入力する
には、外部信号配線とジョセフソン・デバイス部との間
に常温部からの熱雑音をカットするLCフィルタなどが
必要である。上記のインピーダンス・トランスフォーマ
やフィルタには、よい機能を得るためにインダクタ,キ
ャパシタ及び抵抗体で構成されたLCR回路を用いるこ
とが多い。
BACKGROUND OF THE INVENTION Josephson integrated circuits based on a latching mechanism are based on an AC power supply bias system, and are relatively large-scale (more than 500 gates) and high-speed (1
If you try to drive it to a high frequency (GigaHz or higher), an impedance filter such as an LC filter type is installed between the low impedance superconducting part and the high impedance external power supply wiring.
A transformer is required. In addition, in order to reliably input high-speed signals with a relatively low current level from the external signal wiring at room temperature to the Josephson device section at extremely low temperature, it is necessary to connect a room temperature section between the external signal wiring and the Josephson device section. An LC filter or the like is required to cut thermal noise. For the impedance transformers and filters mentioned above, LCR circuits composed of inductors, capacitors, and resistors are often used to obtain good functionality.

【0003】ところが、これらのLCR回路は、通常の
ジョセフソン素子とは素子構造及び製造プロセスが異な
るため、通常のジョセフソン素子と同じチップ上に集積
回路的に構成することができず、LCR回路とジョセフ
ソン素子はマルチ・チップ接続をとっている。
However, since these LCR circuits have a different element structure and manufacturing process from ordinary Josephson elements, they cannot be configured as an integrated circuit on the same chip as ordinary Josephson elements. and Josephson elements are multi-chip connected.

【0004】また近年では、ジョセフソン素子のなかに
も人工的に構成したキャパシタンス回路要素を積極的に
利用するものが現われてきた。しかし、それらの試作デ
バイスでは、キャパシタがジョセフソン・デバイス・プ
ロセスの中では形成しにくいので、キャパシタだけ素子
に外付けというハイブリッド構成を採用していることが
多い。
[0004] In recent years, Josephson devices that actively utilize artificially constructed capacitance circuit elements have appeared. However, since capacitors are difficult to form in the Josephson device process, these prototype devices often adopt a hybrid configuration in which only the capacitor is attached externally to the device.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】マルチ・チップ接続や
キャパシタだけ外付けという方法では、それらのボンデ
ィング部で、設計外の寄生のインダクタンスやキャパシ
タンスが発生することが避けられないし、それらは値を
制御して作ることが難しい。それだけでなく、ボンディ
ング部で超伝導コンタクトをとることも難しいことが多
く、そこで有限の抵抗を発生してしまう。
[Problem to be solved by the invention] When using multi-chip connections or connecting only external capacitors, it is inevitable that undesigned parasitic inductance and capacitance will occur at the bonding part, and these values cannot be controlled. difficult to make. Not only that, but it is often difficult to make superconducting contacts at bonding points, which generates a finite resistance.

【0006】これらの難点は、ジョセフソン素子をマイ
クロ波領域(1ギガHz以上)の高周波で駆動しようと
するとき、その妨げになる。また、デバイスの動作マー
ジンの低下にもつながる。
These difficulties hinder the attempt to drive the Josephson element at high frequencies in the microwave region (1 GHz or higher). It also leads to a reduction in the operating margin of the device.

【0007】そこで本発明の目的は、従来技術において
ボンディング部で発生した寄生の回路要素を除去したジ
ョセフソン集積回路の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Josephson integrated circuit that eliminates the parasitic circuit elements generated in the bonding portion in the prior art.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明に係るジョセフソン集積回路の製造方法におい
ては、キャパシタ形成工程と、抵抗体層形成工程と、配
線層形成工程とを含み、キャパシタをオン・チップで有
するジョセフソン集積回路(ジョセフソン接合を回路要
素として有する集積回路)の製造方法であって、キャパ
シタ形成工程は、ウェハ基板上に超伝導グラウンド・プ
レーンとしてニオブ(Nb)を全面に堆積し、加工して
第1の超伝導配線とし、その上に絶縁体を第1の超伝導
配線と同じ膜厚でウェハ全面に堆積したあと、平坦化す
ることによって第1の絶縁体パターンを形成し、次に陽
極酸化によってニオブ表面にキャパシタの誘電体層とし
て第2の絶縁体パターンとなるニオブ酸化膜(Nb2O
5)を形成し、次に、キャパシタの面積を規定する第3
の絶縁体パターンを形成し、次に、ウェハ全面に超伝導
体を堆積し、加工することによって第2の超伝導配線で
あるキャパシタ上部電極を形成するものであり、抵抗体
層形成工程は、抵抗体層をウェハ全面に堆積し、加工し
て抵抗体配線を形成し、次に、エッチングに対する抵抗
体配線の保護層となる第5の絶縁体パターンを形成する
ものであり、配線層形成工程は、第1の超伝導配線の上
部にある絶縁体層をエッチングして第1の超伝導配線と
次に形成する第3の超伝導配線との電気的接続をとる第
1のコンタクト・ホールを形成し、次に、超伝導をウェ
ハ全面に堆積し、加工して第3の超伝導配線とし、絶縁
体を第3の超伝導配線の厚みだけウェハ全面に堆積し、
平坦化することによって第6の絶縁体パターンを形成し
、次に、その上に第5の超伝導配線である接合下部電極
,接合トンネル・バリア層,及び第6の超伝導配線であ
る接合上部電極からなる3層接合構造を形成した後、平
坦化及び接合の頭出しを行って第7の絶縁体パターンを
形成し、次に、第3の超伝導配線と次に形成する第7の
超伝導配線との電気的接続をとるため第7の絶縁層にエ
ッチングで第2のコンタクト・ホールを形成し、次に、
超伝導体をウェハ全面に堆積し、加工して第7の超伝導
配線を形成するものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a method for manufacturing a Josephson integrated circuit according to the present invention includes a capacitor forming step, a resistor layer forming step, and a wiring layer forming step, A method for manufacturing a Josephson integrated circuit (an integrated circuit having a Josephson junction as a circuit element) having an on-chip capacitor, the capacitor formation step comprising adding niobium (Nb) as a superconducting ground plane on a wafer substrate. The first insulator is deposited on the entire surface of the wafer and processed to form the first superconducting interconnect, and then an insulator is deposited on the entire surface of the wafer with the same thickness as the first superconducting interconnect, and then flattened to form the first insulator. A pattern is formed, and then a niobium oxide film (Nb2O
5) and then a third layer defining the area of the capacitor.
An insulator pattern is formed, and then a superconductor is deposited on the entire surface of the wafer and processed to form a capacitor upper electrode, which is a second superconducting wiring.The resistor layer forming step is as follows: A resistor layer is deposited on the entire surface of the wafer, processed to form resistor wiring, and then a fifth insulator pattern is formed as a protective layer for the resistor wiring against etching, and the wiring layer forming step A first contact hole is formed by etching the insulating layer on top of the first superconducting interconnect to make an electrical connection between the first superconducting interconnect and the third superconducting interconnect to be formed next. and then depositing superconductor over the entire wafer and processing it into a third superconducting interconnect, depositing an insulator the thickness of the third superconducting interconnect over the entire wafer,
A sixth insulator pattern is formed by planarization, and then a junction lower electrode, a fifth superconducting wiring, a junction tunnel barrier layer, and a junction upper part, which is a sixth superconducting wiring, are formed thereon. After forming a three-layer bonding structure consisting of electrodes, a seventh insulator pattern is formed by flattening and bonding, and then a third superconducting wiring and a seventh superconducting layer to be formed next are formed. etching a second contact hole in the seventh insulating layer for electrical connection with the conductive wiring;
A superconductor is deposited over the entire surface of the wafer and processed to form a seventh superconducting interconnect.

【0009】また、第2の超伝導配線の膜厚を、第3の
絶縁体の膜厚と次に形成する第4の絶縁体の膜厚の合計
の膜厚とし、加えて、抵抗体配線をエッチング加工した
後、その上に絶縁体を抵抗体配線の膜厚だけウェハ全面
に堆積し、平坦化することによって第4の絶縁体パター
ンを形成し、加えて、第5の絶縁体パターンを形成した
後、第4の絶縁体層をエッチングして第2の超伝導配線
と次に形成する第3の超伝導配線との電気的接続をとる
第3のコンタクト・ホールを形成するものである。
[0009] Furthermore, the film thickness of the second superconducting wiring is the sum of the film thickness of the third insulator and the film thickness of the fourth insulator to be formed next, and in addition, the film thickness of the resistor wiring After etching, an insulator is deposited on the entire surface of the wafer by the thickness of the resistor wiring and flattened to form a fourth insulator pattern, and in addition, a fifth insulator pattern is formed. After forming, the fourth insulating layer is etched to form a third contact hole for electrically connecting the second superconducting wiring to the third superconducting wiring to be formed next. .

【0010】また、第6の絶縁体パターンを形成した後
、超伝導体を第1のコンタクト・ホールの深さだけウェ
ハ全面に堆積し、加工して、第3のコンタクト・ホール
を覆うように第4の超伝導配線を形成するものである。
[0010] After forming the sixth insulator pattern, superconductor is deposited on the entire surface of the wafer to the depth of the first contact hole and processed to cover the third contact hole. This forms the fourth superconducting wiring.

【0011】[0011]

【作用】LCR回路がジョセフソン素子とオン・チップ
で信頼性良く形成されることによって、それらのボンテ
ィング部で寄生のインダクタンス,キャパシタンス,及
びレジスタンスが発生することがなくなる。
Since the LCR circuit is reliably formed on-chip with the Josephson element, parasitic inductance, capacitance, and resistance are not generated at their bonding portions.

【0012】また、LCR回路が超伝導集積回路で形成
されることになる。超伝導グラウンド・プレーンのマイ
スナー効果から通常の配線のインダクタンスは低下し、
超伝導グラウンド・プレーンを除去した部分にメアンダ
形インダクタを形成することによってインダクタの設定
はより集中定数的になる。通常の配線が超伝導になるの
で、抵抗は人工的に設定した純抵抗だけになり、抵抗の
設定はほとんど集中定数的になる。
[0012] Furthermore, the LCR circuit will be formed of a superconducting integrated circuit. Due to the Meissner effect of the superconducting ground plane, the inductance of normal wiring decreases,
By forming a meandering inductor where the superconducting ground plane is removed, the inductor setting becomes more lumped. Since normal wiring becomes superconducting, the only resistance is an artificially set pure resistance, and the resistance setting is almost like a lumped constant.

【0013】これらの作用は、ジョセフソン・デバイス
のマイクロ波領域の高周波での駆動を容易にする。また
、デバイスの動作マージンの向上に大きく寄与する。
These effects facilitate the operation of the Josephson device at high frequencies in the microwave range. It also greatly contributes to improving the operating margin of the device.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて記載す
る。
[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

【0015】(実施例1)図1は、本発明に係るジョセ
フソン集積回路の実施例1を示す断面図である。図にお
いて、本発明に係るジョセフソン集積回路の製造方法に
おいては、第1の工程として、ウェハ基板上に超伝導グ
ラウンド・プレーン(GNDプレーン)としてニオブ(
Nb)を全面に500nm堆積し、レジストでパターニ
ングした後エッチングによって加工して第1の超伝導配
線(S1)1とし、レジストを除去せずにその上にSi
O2などの絶縁体を第1の超伝導配線(S1)1と同じ
膜厚500nmでウェハ全面に堆積したあと、リフト・
オフ平坦化することによって第1の絶縁体パターン(I
1)9を形成し、次に陽極酸化によってニオブ表面にキ
ャパシタの誘電体層として第2の絶縁体パターン(I2
)10となるニオブ酸化膜(Nb2O5)を35nm形
成した。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing Embodiment 1 of a Josephson integrated circuit according to the present invention. In the figure, in the method for manufacturing a Josephson integrated circuit according to the present invention, as a first step, a superconducting ground plane (GND plane) is formed on a wafer substrate using niobium (
Nb) was deposited to a thickness of 500 nm over the entire surface, patterned with a resist, and processed by etching to form the first superconducting wiring (S1) 1, and Si was deposited on top of it without removing the resist.
After depositing an insulator such as O2 on the entire surface of the wafer to the same thickness of 500 nm as the first superconducting wiring (S1) 1, lift
By planarizing off the first insulator pattern (I
1) 9 is formed, and then a second insulator pattern (I2) is formed as a dielectric layer of the capacitor on the niobium surface by anodization.
) A niobium oxide film (Nb2O5) having a thickness of 35 nm was formed.

【0016】第2の工程として、第2の絶縁体パターン
10となるニオブ酸化膜上にレジストでパターニングし
た後、SiO2などの絶縁体をウェハ全面に200nm
堆積し、リフト・オフすることによってキャパシタの面
積を規定する第3の絶縁体パターン(I3)11を形成
した。
As a second step, after patterning the niobium oxide film, which will become the second insulator pattern 10, with a resist, an insulator such as SiO2 is deposited over the entire surface of the wafer to a thickness of 200 nm.
A third insulator pattern (I3) 11 defining the area of the capacitor was formed by depositing and lifting off.

【0017】第3の工程として、ウェハ全面にニオブな
どの超伝導体を250nm堆積し、レジストでパターニ
ングした後エッチングで加工することによって第2の超
伝導配線(S2)2であるキャパシタ上部電極を形成し
た。
As the third step, a superconductor such as niobium is deposited to a thickness of 250 nm on the entire surface of the wafer, patterned with resist, and then etched to form the capacitor upper electrode, which is the second superconducting wiring (S2) 2. Formed.

【0018】第4の工程として、モリブデン(Mo)な
どの抵抗体層をウェハ全面に80nm堆積し、レジスト
でパターニングした後エッチングによって加工して抵抗
体配線(R)8を形成した。
As a fourth step, a resistor layer made of molybdenum (Mo) or the like was deposited to a thickness of 80 nm over the entire surface of the wafer, patterned with a resist, and processed by etching to form a resistor wiring (R) 8.

【0019】第5の工程として、レジストでパターニン
グした後SiO2などの絶縁体をウェハ全面に60nm
堆積しリフト・オフすることによって、エッチングに対
する抵抗体配線(R)8の保護層となる第5の絶縁体パ
ターン(I5)13を形成した。
As the fifth step, after patterning with resist, an insulator such as SiO2 is applied to the entire surface of the wafer to a thickness of 60 nm.
By depositing and lifting off, a fifth insulator pattern (I5) 13 was formed which would serve as a protective layer for the resistor wiring (R) 8 against etching.

【0020】第6の工程として、レジストでパターニン
グした後、第1の超伝導配線(S1)1の上部にある絶
縁体層をテーパ・エッチして第1の超伝導配線(S1)
1と次に形成する第3の超伝導配線(S3)3との電気
的接続をとる第1のコンタクト・ホール(GBCホール
)を形成する。
As the sixth step, after patterning with resist, the insulator layer on the top of the first superconducting wiring (S1) 1 is taper-etched to form the first superconducting wiring (S1).
A first contact hole (GBC hole) is formed to make an electrical connection between the first contact hole 1 and the third superconducting wiring (S3) 3 to be formed next.

【0021】第7の工程としてニオブなどの超伝導体を
ウェハ全面に350nm堆積し、レジストでパターニン
グした後エッチングで加工して第3の超伝導配線(S3
)3を形成し、レジストを除去せずにSiO2などの絶
縁体を第3の超伝導配線(S3)3の厚み350nmだ
けウェハ全面に堆積し、リフト・オフ平坦化することに
よって第6の絶縁体パターン(I6)14を形成した。
In the seventh step, a superconductor such as niobium is deposited to a thickness of 350 nm over the entire surface of the wafer, patterned with resist, and processed by etching to form the third superconducting interconnect (S3
) 3, deposit an insulator such as SiO2 on the entire surface of the wafer to a thickness of 350 nm for the third superconducting wiring (S3) 3 without removing the resist, and perform lift-off planarization to form a sixth insulator. A body pattern (I6) 14 was formed.

【0022】第8の工程として、その上に第5の超伝導
配線(S5)5である150nmの接合下部電極、10
nmの接合トンネル・バリア層(J)16、及び第6の
超伝導配線(S6)6である300nmの接合上部電極
からなる3層接合構造を形成した後、エッチ・バック法
で平坦化及び接合の頭出しを行って第7の絶縁体パター
ン(I7)15を形成した。
As the eighth step, a 150 nm junction lower electrode 10, which is the fifth superconducting wiring (S5) 5, is formed thereon.
After forming a three-layer junction structure consisting of a 300 nm junction tunnel barrier layer (J) 16 and a 300 nm junction upper electrode, which is the sixth superconducting wiring (S6) 6, it is planarized and bonded by an etch-back method. Then, a seventh insulator pattern (I7) 15 was formed.

【0023】第9の工程として、第3の超伝導配線(S
3)3と次に形成する第7の超伝導配線(S7)7との
電気的接続をとるため、第7の絶縁層(I7)15にテ
ーパ・エッチで第2のコンタクト・ホール(BCCホー
ル)を形成した。
As the ninth step, the third superconducting wiring (S
3) In order to make an electrical connection between 3 and the seventh superconducting wiring (S7) 7 to be formed next, a second contact hole (BCC hole) is formed in the seventh insulating layer (I7) 15 by taper etching. ) was formed.

【0024】第10の工程として、ニオブなどの超伝導
体をウェハ全面に400nm堆積し、レジストでパター
ニングした後エッチングで加工して第7の超伝導配線(
S7)7を形成した。
As the tenth step, a superconductor such as niobium is deposited to a thickness of 400 nm over the entire surface of the wafer, patterned with resist, and processed by etching to form the seventh superconducting interconnect (
S7) 7 was formed.

【0025】以上の方法でキャパシタを無理なくコンパ
クトにジョセフソン集積回路の素子構造の中に取り入れ
ることができ、ジョセフソン素子及びLCR回路がとも
に正常動作した。
By the above method, the capacitor could be easily and compactly incorporated into the element structure of the Josephson integrated circuit, and both the Josephson element and the LCR circuit operated normally.

【0026】(実施例2)図2は、本発明の実施例2を
示す断面図である。本実施例は、図2に示すように、第
2の超伝導配線(S2)2の膜厚を、第3の絶縁体(I
3)11の膜厚200nmと次に形成する第4の絶縁体
(I4)12の膜厚80nmの合計の膜厚280nmと
し、さらに、抵抗体配線(R)8を形成した後、レジス
トを除去せずその上にSiO2などの絶縁体を抵抗体配
線の膜厚80nmだけウェハ全面に堆積し、リフト・オ
フすることによって第4の絶縁体パターン(I4)12
を形成し、さらに、第5の絶縁体パターン(I5)13
を形成した後、レジストでパターニングした後、第4の
絶縁体層(I4)12をテーパ・エッチして第2の超伝
導配線(S2)2と次に形成する第3の超伝導配線(S
3)3との電気的接続をとる第3のコンタクト・ホール
(EBCホール)を形成した。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a sectional view showing Embodiment 2 of the present invention. In this example, as shown in FIG. 2, the film thickness of the second superconducting wiring (S2) 2 is
3) After forming the resistor wiring (R) 8, the total thickness of the fourth insulator (I4) 12 to be formed next is 280 nm, and the resist is removed. Instead, an insulator such as SiO2 is deposited on the entire surface of the wafer to a thickness of 80 nm for the resistor wiring, and then lifted off to form the fourth insulator pattern (I4) 12.
Further, a fifth insulator pattern (I5) 13 is formed.
After forming and patterning with resist, the fourth insulating layer (I4) 12 is taper etched to form the second superconducting wiring (S2) 2 and the third superconducting wiring (S2) to be formed next.
3) A third contact hole (EBC hole) for electrical connection with 3 was formed.

【0027】抵抗体配線がリフト・オフ平坦化された結
果、その上部配線を形成する際での段差が少なくなり、
下地の段差による線間及び層間のリークが低減された。 また、第1の超伝導配線1と第3の超伝導配線3の間に
介在する絶縁層が2層になり、配線1と配線3間の絶縁
性が大幅に向上した。また、第2の超伝導配線2と第3
の超伝導配線3とのコンタクト抵抗がなくなった。これ
は、第2の超伝導配線に抵抗体が拡散することがなくな
ったためである、と考えられる。
As a result of the lift-off and flattening of the resistor wiring, the level difference when forming the upper wiring is reduced.
Leakage between lines and between layers due to differences in base material has been reduced. Moreover, the insulating layer interposed between the first superconducting wiring 1 and the third superconducting wiring 3 is now two layers, and the insulation between the wiring 1 and the wiring 3 is significantly improved. In addition, the second superconducting wiring 2 and the third
The contact resistance with the superconducting wiring 3 has disappeared. This is considered to be because the resistor no longer diffuses into the second superconducting wiring.

【0028】(実施例3)図3は、本発明の実施例3を
示す断面図である。本実施例は図3に示すように、第6
の絶縁体パターン(I6)14を形成した後、ニオブな
どの超伝導体を第1のコンタクト・ホールGBCの深さ
315nmだけウェハ全面に堆積し、レジストでパター
ニングした後エッチング加工して、第1のコンタクト・
ホール(GBC)を覆うように第4の超伝導配線(S4
)4を形成した。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a sectional view showing Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG.
After forming an insulator pattern (I6) 14, a superconductor such as niobium is deposited on the entire surface of the wafer to a depth of 315 nm in the first contact hole GBC, patterned with resist, and etched. Contact
The fourth superconducting wiring (S4) covers the hole (GBC).
) 4 was formed.

【0029】その結果、ジョセフソン接合部を平坦化す
る際の下地の平坦性が大幅に向上し、ジョセフソン接合
の平坦化及び頭出しプロセスの信頼性が大幅に向上した
。また、配線4はGBCホールの段差部において、配線
5を形成する際のクリーニング及びエッチング加工から
のダメージから配線3を保護する効果を示し、配線3の
断線を防ぐ効果もあった。
As a result, the flatness of the base when planarizing the Josephson junction was significantly improved, and the reliability of the Josephson junction planarization and cueing process was significantly improved. In addition, the wiring 4 exhibited an effect of protecting the wiring 3 from damage caused by cleaning and etching when forming the wiring 5 at the stepped portion of the GBC hole, and also had an effect of preventing disconnection of the wiring 3.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法により
LCR回路がジョセフソン素子とオン・チップで信頼性
よく形成されるようになった。従って、LRC回路と通
常のジョセフソン素子とのボンディング部で寄生のイン
ダクタンス,キャパシタンス,及びレジスタンスが発生
することがなくなった。
As described above, by the method of the present invention, an LCR circuit can be reliably formed on-chip with a Josephson element. Therefore, parasitic inductance, capacitance, and resistance are no longer generated at the bonding portion between the LRC circuit and the normal Josephson element.

【0031】また、LCR回路が超伝導集積回路で形成
されることになった。超伝導グラウンド・プレーンのマ
イスナー効果から通常の配線のインダクタンスは低下し
、超伝導グラウンド・プレーンを除去した部分にメアン
ダ形インダクタを形成することによってインダクタの設
定はより集中定数的になった。通常の配線が超伝導にな
るので、抵抗は人工的に設定した純抵抗だけになり、抵
抗の設定はほとんど集中定数的になった。
[0031] Furthermore, LCR circuits have been formed using superconducting integrated circuits. The Meissner effect of the superconducting ground plane lowers the inductance of regular wiring, and by forming a meandering inductor where the superconducting ground plane is removed, the inductor setting becomes more lumped. Since ordinary wiring becomes superconducting, the only resistance is an artificially set pure resistance, and the resistance setting is almost a lumped constant.

【0032】これらの作用は、ジョセフソン・デバイス
のマイクロ波領域の高周波での駆動を容易にした。また
、デバイスの動作マージンの向上に大きく寄与した。 従って、本発明は、ジョセフソン集積回路の発展に寄与
すること大である。
These effects facilitate the operation of the Josephson device at high frequencies in the microwave range. It also greatly contributed to improving the operating margin of devices. Therefore, the present invention greatly contributes to the development of Josephson integrated circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例1における素子構造を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure in Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例2における素子構造を示す断面
図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an element structure in Example 2 of the present invention.

【図3】本発明の実施例3における素子構造を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure in Example 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  第1の超伝導配線(S1) 2  キャパシタの上部電極である第2の超伝導配線(
S2) 3  第3の超伝導配線(S3) 4  第4の超伝導配線(S4) 5  接合の下部電極である第5の超伝導配線(S5)
6  接合の上部電極である第6の超伝導配線(S6)
7  第7の超伝導配線(S7) 8  抵抗体配線(R) 9  第1の絶縁パターン(I1) 10  ニオブ陽極酸化膜からなる第2の絶縁体パター
ン(I2)
1 First superconducting wiring (S1) 2 Second superconducting wiring which is the upper electrode of the capacitor (
S2) 3 Third superconducting wiring (S3) 4 Fourth superconducting wiring (S4) 5 Fifth superconducting wiring (S5) which is the lower electrode of the junction
6. Sixth superconducting wiring (S6) which is the upper electrode of the junction
7 Seventh superconducting wiring (S7) 8 Resistor wiring (R) 9 First insulating pattern (I1) 10 Second insulating pattern made of niobium anodic oxide film (I2)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  キャパシタ形成工程と、抵抗体層形成
工程と、配線層形成工程とを含み、キャパシタをオン・
チップで有するジョセフソン集積回路(ジョセフソン接
合を回路要素として有する集積回路)の製造方法であっ
て、キャパシタ形成工程は、ウェハ基板上に超伝導グラ
ウンド・プレーンとしてニオブ(Nb)を全面に堆積し
、加工して第1の超伝導配線とし、その上に絶縁体を第
1の超伝導配線と同じ膜厚でウェハ全面に堆積したあと
、平坦化することによって第1の絶縁体パターンを形成
し、次に陽極酸化によってニオブ表面にキャパシタの誘
電体層として第2の絶縁体パターンとなるニオブ酸化膜
(Nb2O5)を形成し、次に、キャパシタの面積を規
定する第3の絶縁体パターンを形成し、次に、ウェハ全
面に超伝導体を堆積し、加工することによって第2の超
伝導配線であるキャパシタ上部電極を形成するものであ
り、抵抗体層形成工程は、抵抗体層をウェハ全面に堆積
し、加工して抵抗体配線を形成し、次に、エッチングに
対する抵抗体配線の保護層となる第5の絶縁体パターン
を形成するものであり、配線層形成工程は、第1の超伝
導配線の上部にある絶縁体層をエッチングして第1の超
伝導配線と次に形成する第3の超伝導配線との電気的接
続をとる第1のコンタクト・ホールを形成し、次に、超
伝導をウェハ全面に堆積し、加工して第3の超伝導配線
とし、絶縁体を第3の超伝導配線の厚みだけウェハ全面
に堆積し、平坦化することによって第6の絶縁体パター
ンを形成し、次に、その上に第5の超伝導配線である接
合下部電極,接合トンネル・バリア層,及び第6の超伝
導配線である接合上部電極からなる3層接合構造を形成
した後、平坦化及び接合の頭出しを行って第7の絶縁体
パターンを形成し、次に、第3の超伝導配線と次に形成
する第7の超伝導配線との電気的接続をとるため第7の
絶縁層にエッチングで第2のコンタクト・ホールを形成
し、次に、超伝導体をウェハ全面に堆積し、加工して第
7の超伝導配線を形成するものであることを特徴とする
ジョセフソン集積回路の製造方法。
1. A method for turning on and off a capacitor, which includes a capacitor formation step, a resistor layer formation step, and a wiring layer formation step.
A method for manufacturing a Josephson integrated circuit (an integrated circuit having a Josephson junction as a circuit element) in the form of a chip, in which the capacitor formation step involves depositing niobium (Nb) over the entire surface of a wafer substrate as a superconducting ground plane. , processed to form a first superconducting wiring, depositing an insulator on the entire surface of the wafer with the same thickness as the first superconducting wiring, and then flattening it to form a first insulating pattern. Next, a niobium oxide film (Nb2O5), which will serve as the second insulator pattern as the dielectric layer of the capacitor, is formed on the niobium surface by anodic oxidation, and then a third insulator pattern that defines the area of the capacitor is formed. Next, a superconductor is deposited on the entire surface of the wafer and processed to form the capacitor upper electrode, which is the second superconducting wiring. A fifth insulator pattern is deposited and processed to form a resistor wiring, and then a fifth insulator pattern is formed, which serves as a protective layer for the resistor wiring against etching. etching the insulator layer on top of the conductive interconnect to form a first contact hole for electrical connection between the first superconducting interconnect and a third superconducting interconnect to be subsequently formed; A superconductor is deposited on the entire surface of the wafer and processed to form a third superconducting wire, and an insulator is deposited on the entire surface of the wafer by the thickness of the third superconducting wire and flattened to form a sixth insulator pattern. Then, after forming thereon a three-layer junction structure consisting of a junction lower electrode as a fifth superconducting wiring, a junction tunnel/barrier layer, and a junction upper electrode as a sixth superconducting wiring, A seventh insulator pattern is formed by flattening and positioning the junction, and then a seventh insulator pattern is formed to establish an electrical connection between the third superconducting wiring and the seventh superconducting wiring to be formed next. A second contact hole is formed by etching in the insulating layer of the wafer, and then a superconductor is deposited on the entire surface of the wafer and processed to form a seventh superconducting wiring. A method for manufacturing integrated circuits.
【請求項2】  第2の超伝導配線の膜厚を、第3の絶
縁体の膜厚と次に形成する第4の絶縁体の膜厚の合計の
膜厚とし、加えて、抵抗体配線をエッチング加工した後
、その上に絶縁体を抵抗体配線の膜厚だけウェハ全面に
堆積し、平坦化することによって第4の絶縁体パターン
を形成し、加えて、第5の絶縁体パターンを形成した後
、第4の絶縁体層をエッチングして第2の超伝導配線と
次に形成する第3の超伝導配線との電気的接続をとる第
3のコンタクト・ホールを形成することを特徴とする請
求項1に記載のジョセフソン集積回路の製造方法。
2. The film thickness of the second superconducting wiring is the sum of the film thickness of the third insulator and the film thickness of the fourth insulator formed next, and in addition, the film thickness of the resistor wiring After etching, an insulator is deposited on the entire surface of the wafer by the thickness of the resistor wiring and flattened to form a fourth insulator pattern, and in addition, a fifth insulator pattern is formed. After the formation, the fourth insulating layer is etched to form a third contact hole for electrically connecting the second superconducting interconnect and a third superconducting interconnect to be formed next. A method of manufacturing a Josephson integrated circuit according to claim 1.
【請求項3】  第6の絶縁体パターンを形成した後、
超伝導体を第1のコンタクト・ホールの深さだけウェハ
全面に堆積し、加工して、第3のコンタクト・ホールを
覆うように第4の超伝導配線を形成することを特徴とす
る請求項2に記載のジョセフソン集積回路の製造方法。
3. After forming the sixth insulator pattern,
A claim characterized in that a superconductor is deposited on the entire surface of the wafer to a depth of the first contact hole and processed to form a fourth superconducting wiring so as to cover the third contact hole. 2. The method for manufacturing a Josephson integrated circuit according to 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022118464A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 日本電気株式会社 Quantum device and method for manufacturing same
WO2022118463A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 日本電気株式会社 Quantum device and method for producing same

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