JPH0494177A - Josephson junction element and its production - Google Patents

Josephson junction element and its production

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JPH0494177A
JPH0494177A JP2210505A JP21050590A JPH0494177A JP H0494177 A JPH0494177 A JP H0494177A JP 2210505 A JP2210505 A JP 2210505A JP 21050590 A JP21050590 A JP 21050590A JP H0494177 A JPH0494177 A JP H0494177A
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JP
Japan
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josephson junction
upper electrode
insulating layer
electrode
layer
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JP2210505A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirosane Hoko
鉾 宏真
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To microminiaturize an element while maintaining reliability by directly providing a wiring layer on an upper electrode top plane exposed on an insulating layer which has a flat top plane. CONSTITUTION:Josephson junction structure, which has the lamination of a super conductive bottom electrode 2, an insulating barrier layer 3 and a super conductive top electrode 4 in such order on a substrate 1, is formed. An insulating layer 11 is laminated on the substrate, on which the Josephson junction structure is formed, by bias sputtering method, and the Josephson junction structure is buried in the insulating layer 11 whose top plane 12 is flat. The insulating layer 11 is etched back until the top plane 13 of the upper electrode 4 of the buried Josephson junction structure is exposed. At such step, the top plane 13 of the upper electrode 4 and the top plane 12' of the insulating layer 11 are flattened. A wiring layer 14 are formed on the exposed upper electrode top plane 13.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ジョセフソン接合素子およびその製造方法に関し、 信顛性を確保しながら微細化することを可能にしたジョ
セフソン接合素子およびその製造方法を提供することを
目的とし、 本発明のジョセフソン接合素子は、超伝導体の下部電極
と、絶縁体のバリア層と、超伝導体の上部電極とがこの
順序で積層したジョセフソン接合が、上面が平坦な絶縁
層によって上部電極上面のみを露出して埋め込まれてお
り、配線層が上部電極上面上に直接形成されているよう
に構成し、本発明のジョセフソン接合の製造方法は、基
板上に、超伝導体の下部電極と、絶縁体のバリア層と、
超伝導体の上部電極とがこの順序で積層したジョセフソ
ン接合構造を形成する工程、上記基板上にバイアススパ
ッタ法により絶縁層を堆積させることによって、上面が
平坦な絶縁層で該ジョセフソン接合構造を埋め込む工程
、上記埋め込まれたジョセフソン接合構造の上部電極の
上面が露出するまで、上記絶縁層をエッチパックする工
程、および 上記露出された上部電極上面上に配線層を形成する工程 を含むように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a Josephson junction element and a manufacturing method thereof, the present invention aims to provide a Josephson junction element and a manufacturing method thereof that enable miniaturization while ensuring reliability. In the Josephson junction device of the present invention, a Josephson junction in which a lower electrode of a superconductor, a barrier layer of an insulator, and an upper electrode of a superconductor are laminated in this order is formed by an insulating layer with a flat top surface. The Josephson junction manufacturing method of the present invention is configured such that only the upper surface of the upper electrode is exposed and buried, and the wiring layer is formed directly on the upper surface of the upper electrode. a lower electrode, an insulator barrier layer,
A step of forming a Josephson junction structure in which an upper electrode of a superconductor is laminated in this order, and by depositing an insulating layer on the substrate by bias sputtering, the Josephson junction structure is formed with an insulating layer having a flat top surface. etch-packing the insulating layer until the upper surface of the upper electrode of the buried Josephson junction structure is exposed; and forming a wiring layer on the exposed upper surface of the upper electrode. Configure.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はジョセフソン接合素子およびその製造方法に関
する。
The present invention relates to a Josephson junction device and a method for manufacturing the same.

ジョセフソン接合素子は、超伝導体の下部電極と、絶縁
体のバリア層と、超伝導体の上部電極とがこの順序で積
層した構造を有し、非常に高速で且つ消費電力が極めて
低いという特徴を持つため、ジョセフソン接合素子を用
いた集積回路の開発が現在進められている。
Josephson junction devices have a structure in which a superconductor lower electrode, an insulator barrier layer, and a superconductor upper electrode are laminated in this order, and are said to be extremely fast and consume extremely low power. Because of these characteristics, the development of integrated circuits using Josephson junction devices is currently underway.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在量も一般的なジョセフソン接合としては、上部およ
び下部電極を構成する超伝導体としてNbを用い、これ
ら電極間のバリア層を構成する絶縁体としてA10Kを
用いた、Nb/A1oX/Nb構造を有するものが典型
的である。
The current and common Josephson junction has a Nb/A1oX/Nb structure in which Nb is used as the superconductor forming the upper and lower electrodes, and A10K is used as the insulator forming the barrier layer between these electrodes. It is typical to have

従来、コノN b / A 10 X / N b W
I造ヲ持つ’yジョセフソン合素子は、典型的には第3
図(1)〜(6)に示す工程で製造されていた。
Conventionally, Kono N b / A 10 X / N b W
A Josephson combination device with an I structure is typically a third
It was manufactured through the steps shown in Figures (1) to (6).

工程(1):真空装置内でスバ・ンタ等により、基板1
上に、下部を極となる下部Nb層2、バリア層となる。
Step (1): The substrate 1 is removed using a vacuum cleaner, etc. in a vacuum device.
On top, there is a lower Nb layer 2 with the lower part serving as a pole, and a barrier layer.

l!OX層3、上部電極となる上部Nb層4をこの順に
積層する。
l! An OX layer 3 and an upper Nb layer 4 serving as an upper electrode are laminated in this order.

工程(2):上部Nb層層上上所定ジョセフソン接合パ
ターンに対応するレジスト層5を形成した後、このレジ
スト層5をマスクとして、CF4−5%0□系ガスで上
部Nb層4をドライエッチ(反応性イオンエッチ)して
から、ArガスによりAftX層3をスパッタ・工・ン
チすることにより、上部Nb電極部分4およびA!○ウ
バリア層部分3を同−輻W1に形成する。
Step (2): After forming a resist layer 5 corresponding to a predetermined Josephson junction pattern on the upper Nb layer, using this resist layer 5 as a mask, dry the upper Nb layer 4 with a CF4-5%0□-based gas. After etching (reactive ion etching), the AftX layer 3 is sputtered, etched, and etched using Ar gas, thereby forming the upper Nb electrode portion 4 and the A! ○The Ubaria layer portion 3 is formed at the same radius W1.

工程(3)ニレジスト層5を除去した後、所定下部電極
パターンに対応するレジスト層6を新たに形成する。レ
ジスト層6をマスクとして、CF、−5%0□系ガスで
下部Nb層2をドライエッチすることにより、下部Nb
電極部分2(幅Wりを形成する。この段階でジョセフソ
ン接合構造の形成は完了する。通常、後工程でのステッ
プカバレージを良くするために下部電極2の幅w2はバ
リア層3および上部電極4の幅w1よりも広くする。
Step (3) After removing the resist layer 5, a new resist layer 6 corresponding to a predetermined lower electrode pattern is formed. Using the resist layer 6 as a mask, the lower Nb layer 2 is dry-etched with CF, -5%0□-based gas.
Electrode portion 2 (width W) is formed. At this stage, the formation of the Josephson junction structure is completed. Normally, the width w2 of the lower electrode 2 is set to the barrier layer 3 and the upper electrode in order to improve step coverage in the subsequent process. Wider than the width w1 of 4.

工程(4)ニスバッタ等により上記ジョセフソン接合構
造を絶縁層31で被覆する。
Step (4) Cover the Josephson junction structure with an insulating layer 31 using varnish or the like.

工程(5):絶縁層31上にレジスト層33を形成し、
このレジスト層33に、後に形成する配線層と上部電極
4との電気的接続を行うために用いるコンタクト穴パタ
ーン32を形成する。
Step (5): forming a resist layer 33 on the insulating layer 31,
A contact hole pattern 32 is formed in this resist layer 33 to be used for electrically connecting a wiring layer to be formed later and the upper electrode 4.

工程(6) : N bをスパッタすることにより、絶
縁層31上に配線層となるNb層34を堆積させると共
にコンタクト穴35をNbで充填してコンタクト穴35
を形成した後、Nb層34上に所定配線パターンに対応
するレジスト層36を形成し、レジスト層36をマスク
としてCF 4−5% Oz系ガスでドライエッチする
ことにより、上部電極4と電気的に接続された配線層3
4を形成する。
Step (6): By sputtering Nb, an Nb layer 34 that will become a wiring layer is deposited on the insulating layer 31, and the contact hole 35 is filled with Nb.
After forming a resist layer 36 corresponding to a predetermined wiring pattern on the Nb layer 34, dry etching is performed using a CF 4-5% Oz based gas using the resist layer 36 as a mask, thereby electrically connecting the upper electrode 4. Wiring layer 3 connected to
form 4.

以上のように、従来のジョセフソン接合素子形成におい
ては、ジョセフソン接合の上部電極4上に配線とのコン
タクト穴35を形成する必要があった。その際、コンタ
クト穴35は、上部電極4の上面の面積よりも小さくな
ければならず且つ上部電極4の上面内に確実に入る位置
に形成しなくてはならない(第4図(a))。 コンタ
クト穴35がこのような面積および位置に形成されない
と、第4図(b)のように上部電極4と下部電極2とが
ショートしてしまい、ジョセフソン接合素子として正常
に作動しなくなるため、素子が組み込まれた集積回路全
体の信頼性を著しく劣化させる原因になる。
As described above, in the conventional Josephson junction element formation, it is necessary to form the contact hole 35 with the wiring on the upper electrode 4 of the Josephson junction. At this time, the contact hole 35 must be smaller in area than the upper surface of the upper electrode 4 and must be formed at a position that will surely fit within the upper surface of the upper electrode 4 (FIG. 4(a)). If the contact hole 35 is not formed in such an area and position, the upper electrode 4 and the lower electrode 2 will short-circuit as shown in FIG. 4(b), and the Josephson junction element will not function properly. This causes a significant deterioration in the reliability of the entire integrated circuit in which the element is incorporated.

従って、信頼性を確保するためにコンタクト穴をジョセ
フソン接合に対して正確に位置合わせすることが非常に
重要である。
Therefore, it is very important to accurately align the contact hole with respect to the Josephson junction to ensure reliability.

しかし、集積回路が高集積化し、素子の微細化が進むと
、コンタクト穴の正確な位置合わせが極めて困難になる
ばかりでなく、微細なコンタクト穴の形成自体も困難に
なるため、高い信頼性を確保しながら微細化し高集積化
することができないという問題があった。
However, as integrated circuits become more highly integrated and devices become smaller, not only does it become extremely difficult to accurately align contact holes, but it also becomes difficult to form microscopic contact holes themselves, making it difficult to achieve high reliability. There was a problem that it was not possible to achieve miniaturization and high integration while maintaining the reliability.

〔発明が解決しようとする課B] 本発明は、上記従来の問題点を解消し、信頼性を確保し
ながら微細化することを可能にしたジョセフソン接合素
子およびその製造方法を提供することを目的とする。
[Problem B to be Solved by the Invention] The present invention aims to solve the above-mentioned conventional problems and provide a Josephson junction element that can be miniaturized while ensuring reliability and a method for manufacturing the same. purpose.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的は、本発明によれば、超伝導体の下部電極と
、絶縁体のバリア層と、超伝導体の上部電極とがこの順
序で積層したジョセフソン接合が、上面が平坦な絶縁層
によって上部電極上面のみを露出して埋め込まれており
、配線層が上部電極上面上に直接形成されていることを
特徴とするジョセフソン接合素子によって達成される。
According to the present invention, a Josephson junction in which a lower electrode of a superconductor, a barrier layer of an insulator, and an upper electrode of a superconductor are laminated in this order is formed by forming an insulating layer with a flat top surface. This is achieved by a Josephson junction element characterized in that only the upper surface of the upper electrode is exposed and buried, and the wiring layer is formed directly on the upper surface of the upper electrode.

本発明のジョセフソン接合素子は、本発明によれば、基
板上に、超伝導体の下部電極と、絶縁体のバリア層と、
超伝導体の上部電極とがこの順序で積層したジョセフソ
ン接合構造を形成する工程、上記基板上にバイアススパ
ッタ法により絶縁層を堆積させることによって、上面が
平坦な絶縁層で該ジョセフソン接合構造を埋め込む工程
、上記埋め込まれたジョセフソン接合構造の上部電極の
上面が露出するまで、上記絶縁層をエッチパックする工
程、および 上記露出された上部電極上面上に配線層を形成する工程 を含むことを特徴とするジョセフソン接合素子の製造方
法によって製造される。
According to the present invention, the Josephson junction device of the present invention includes, on a substrate, a lower electrode of a superconductor and a barrier layer of an insulator.
A step of forming a Josephson junction structure in which an upper electrode of a superconductor is laminated in this order, and by depositing an insulating layer on the substrate by bias sputtering, the Josephson junction structure is formed with an insulating layer having a flat top surface. etch-packing the insulating layer until the upper surface of the upper electrode of the buried Josephson junction structure is exposed; and forming a wiring layer on the exposed upper surface of the upper electrode. It is manufactured by a method for manufacturing a Josephson junction element characterized by:

〔作用〕[Effect]

本発明のジョセフソン接合素子は、平坦な上面を持つ絶
縁層上に露出した上部電極上面上に直接に配線層が形成
されているので、従来のように配線層から分岐した形の
コンタクト穴が必要ない。
In the Josephson junction element of the present invention, the wiring layer is formed directly on the top surface of the upper electrode exposed on the insulating layer with a flat top surface, so that there is no contact hole in the form of a branch from the wiring layer as in the conventional case. unnecessary.

配線は上部電極上面の面積で形成することができるので
、上部電極上面より小さく形成していた従来のコンタク
ト穴のような高い位置合わせ精度を必要とせず、また小
さいコンタクト穴を形成する困難もないため、信頼性を
確保しながら素子を微細化することができる。
Since the wiring can be formed in the area of the upper surface of the upper electrode, there is no need for the high alignment accuracy required for conventional contact holes, which are formed smaller than the upper surface of the upper electrode, and there is no difficulty in forming small contact holes. Therefore, elements can be miniaturized while ensuring reliability.

第1図(1)〜(6)を参照して、本発明のジョセフソ
ン接合素子の製造手順を説明する。
The manufacturing procedure of the Josephson junction device of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 (1) to (6).

ジョセフソン接合構造自体を形成するための工程(1)
〜〔3)は、第3図を参照して説明した従来法の工程(
1)〜(3)と同様である。すなわち工程(1)〜(3
)においては、基板上1に、超伝導体の下部電極2と、
絶縁体のバリア層3と、超伝導体の上部電極4とがこの
順序で積層したジョセフソン接合構造を形成する。
Process for forming the Josephson junction structure itself (1)
~ [3) is the process of the conventional method (
This is the same as 1) to (3). That is, steps (1) to (3)
), on the substrate 1, a lower electrode 2 of a superconductor,
A Josephson junction structure is formed in which a barrier layer 3 made of an insulator and an upper electrode 4 made of a superconductor are laminated in this order.

本発明の方法は、絶縁層11の形成以陣の工程(4)〜
(5)に特徴がある。
The method of the present invention includes steps (4) for forming the insulating layer 11.
(5) is characteristic.

工程(4)二上記ジョセフソン接合構造を形成した基板
上にバイアススパッタ法により絶縁層11を堆積させる
ことによって、上面12が平坦な絶縁層11でこのジョ
セフソン接合構造を埋め込む。
Step (4) The insulating layer 11 is deposited by bias sputtering on the substrate on which the Josephson junction structure is formed, thereby embedding the Josephson junction structure with the insulating layer 11 having a flat upper surface 12.

工程(5):上記埋め込まれたジョセフソン接合構造の
上部電極4の上面13が露出するまで、上記絶縁層11
をエッチバックする。この段階で、上部電極4の上面1
3と絶縁層11の上面12’ とが平坦化される。
Step (5): Stretch the insulating layer 11 until the upper surface 13 of the buried upper electrode 4 of the Josephson junction structure is exposed.
to have sex back. At this stage, the upper surface 1 of the upper electrode 4
3 and the upper surface 12' of the insulating layer 11 are planarized.

工程(6):上記露出された上部電極上面13上に配線
層14を形成する。 本発明のジョセフソン接合素子に
おいては、ジョセフソン接合構造を埋め込んでいる絶縁
層の上面が上部電極上面とほぼ平坦化されている。この
ように最終的に平坦化した状態を得ることができる方法
としては種々のプロセスが考えられる。その内で、ジョ
セフソン接合を埋め込んで平坦化する方法としてはバイ
アススパッタ法が通している。バイアススパ、り法によ
り5iO7等の絶縁層を堆積すれば、ジョセフソン接合
の特性に影響を及ぼすことなく平坦化を行うことができ
る。
Step (6): A wiring layer 14 is formed on the exposed upper surface 13 of the upper electrode. In the Josephson junction device of the present invention, the upper surface of the insulating layer embedding the Josephson junction structure is substantially planarized with the upper surface of the upper electrode. Various processes can be considered as methods for obtaining such a final flattened state. Among these, the bias sputtering method is used as a method for burying and planarizing the Josephson junction. If an insulating layer such as 5iO7 is deposited by a bias sputtering method, planarization can be performed without affecting the characteristics of the Josephson junction.

バイアススパッタ法による埋め込み平坦化を効率良く行
うために、下部電極の膜厚を上部電極の膜厚より薄くす
ることが有利である。一般にバイアススパッタ法による
平坦化の際に重要なことは、平坦化に必要な絶縁層の厚
さが平坦化すべきパターン幅に依存することである。ジ
ョセフソン接合では前述したようにステップカバレージ
を良くするために通常上部電極よりも下部電極のパター
ン幅が広い(WZ >w、)。したがって通常は、大き
い下部電極パターン幅W2に合わせて平坦化を行うこと
になり、第2図(1)に示すように絶縁層11をかなり
厚くすることになる。しかし、本来平坦化は上部電極の
周りについてのみ行えば十分であることを考慮すると、
第2図(1)に比べて薄い絶縁層11で平坦化が可能で
ある。このように、平坦化できる躍りにおいて絶縁層1
1を薄く形成することにより、絶縁層11の堆積工程お
よびエッチバック工程の効率を向上させることができる
In order to efficiently perform buried planarization by bias sputtering, it is advantageous to make the thickness of the lower electrode thinner than the thickness of the upper electrode. In general, what is important in planarization by bias sputtering is that the thickness of the insulating layer required for planarization depends on the width of the pattern to be planarized. In a Josephson junction, as described above, the pattern width of the lower electrode is usually wider than that of the upper electrode (WZ > w) in order to improve step coverage. Therefore, normally planarization is performed in accordance with the large lower electrode pattern width W2, and the insulating layer 11 is made considerably thicker as shown in FIG. 2(1). However, considering that it is sufficient to flatten only the area around the upper electrode,
Planarization is possible with a thinner insulating layer 11 than in FIG. 2(1). In this way, the insulating layer 1
By forming the insulating layer 11 thinly, the efficiency of the deposition process and the etch-back process of the insulating layer 11 can be improved.

上記のように下部電極を上部電極よりも薄くすることに
より平坦化処理の効率を向上させるための、本発明の望
ましい態様を以下に説明する。
A desirable embodiment of the present invention for improving the efficiency of the planarization process by making the lower electrode thinner than the upper electrode as described above will be described below.

絶縁層11を上部電極4の上面I3までエッチバックし
た後、上部電極上面13上に配線層14を形成する(第
2図(2))。エッチパックする絶縁層11の厚さd8
は下記式■で表される。
After etching back the insulating layer 11 to the upper surface I3 of the upper electrode 4, a wiring layer 14 is formed on the upper surface 13 of the upper electrode (FIG. 2(2)). Thickness d8 of insulating layer 11 to be etch-packed
is expressed by the following formula (■).

de=d+   (dz +d:+ )  ・・・■こ
こで、dl :絶縁層11の総堆積厚さ、dz :配線
層14下面から下部電極2上面までの間の絶縁層11の
厚さ(−上部電極4の厚さ+バリア層3の厚さ) d3 :下部電極2の厚さ 一般にジョセフソン接合において回路の信館性を高める
ためには、配線層14と下部電極2との間の絶縁層11
の厚さdzをできるだけ大きくすることが必要である。
de=d+ (dz +d:+)...■Here, dl: Total deposition thickness of the insulating layer 11, dz: Thickness of the insulating layer 11 from the bottom surface of the wiring layer 14 to the top surface of the lower electrode 2 (- Thickness of upper electrode 4 + thickness of barrier layer 3) d3: Thickness of lower electrode 2 In general, in order to improve the reliability of the circuit in a Josephson junction, it is necessary to reduce the insulation between the wiring layer 14 and the lower electrode 2. layer 11
It is necessary to make the thickness dz as large as possible.

絶縁層11の厚さdl  (総堆積厚さ)をできるだけ
薄くすると共にdzをできるだけ大きくするためには、
下部電極2の厚さd3をできるだけ小さくする。より具
体的には、下部電極2の厚さd3を少なくとも上部電極
4とバリア層3との合計厚さdzより薄くシ、より望ま
しくは上部電極4の厚さよりも薄くする。
In order to make the thickness dl (total deposition thickness) of the insulating layer 11 as thin as possible and to make dz as large as possible,
The thickness d3 of the lower electrode 2 is made as small as possible. More specifically, the thickness d3 of the lower electrode 2 is made thinner than at least the total thickness dz of the upper electrode 4 and the barrier layer 3, and more preferably thinner than the thickness of the upper electrode 4.

上記本発明の望ましい態様において、上部電極4の幅W
、および下部電極の幅W2をも考慮することにより、本
発明のジョセフソン接合素子の形成を更に高効率化する
ことができる。
In the preferred embodiment of the present invention, the width W of the upper electrode 4
, and the width W2 of the lower electrode, it is possible to further improve the efficiency of forming the Josephson junction element of the present invention.

総堆積厚さdlは下式■によって一般的に表すことがで
きる。
The total deposition thickness dl can be generally expressed by the following formula (2).

di =cL + (WZ /2) tan α・・−
■ここで、αはセルフバイアス電圧によって決まる傾斜
角である。
di = cL + (WZ /2) tan α・・−
■Here, α is the tilt angle determined by the self-bias voltage.

一方、このdlの総堆積厚さで上部電極4も平坦化され
るためには、下式■の関係が成立することが必要である
On the other hand, in order for the upper electrode 4 to be flattened with the total deposition thickness of dl, it is necessary that the following equation (2) holds true.

di  d:+≧dz 十(V/+ / 2 ) ta
n α・・・■ したがって、そのためにはWlとw2との間に下式■の
間係が成立することが必要である。
di d:+≧dz 10(V/+/2) ta
n α...■ Therefore, for this purpose, it is necessary that the relationship of the following formula (■) be established between Wl and w2.

W2≧W、+2d2/lanα・・・■上記■の関係が
成立する条件下では、第2図(3)に示すように、第2
図(1)よりもかなり薄い絶縁層11でも、絶縁層11
を堆積した時点での平坦化を行うことができる。
W2≧W, +2d2/lanα... ■Under the condition that the above relationship (■) holds true, as shown in Fig. 2 (3), the second
Even if the insulating layer 11 is much thinner than that shown in Figure (1), the insulating layer 11
Planarization can be performed at the time of deposition.

上記関係が成立しないと、弐■が満たされず、dl  
 d3 <dz + (W+ /2) tan cxの
関係になるため、絶縁層11を堆積した時点で上部電極
4の部分が完全に平坦化されず、第3図(4)のような
状態になってしまう。このような状態からエッチバック
を行うと、第3図(5)のように上部電極4とその近傍
の領域が突出した形になり、逆に言えば、上部電極4か
ら少しはなれたところはオーバーエッチされた形になり
絶縁層11の厚さが薄くなる(−a4)。この状態で、
第3図(5)のように上部電極4の上面13を覆う形で
配線層14が形成されると、配線層14は上記のように
絶縁層11の厚さが薄い場所にまで広がる可能性があり
、その場合には配線層14と下部電極2との間の絶縁層
11の厚さd2が実質上手さいd4になるため、回路の
体幹性が低下してしまう。
If the above relationship does not hold, 2) will not be satisfied and dl
Since the relationship is d3 < dz + (W+ /2) tan cx, the upper electrode 4 portion is not completely flattened when the insulating layer 11 is deposited, resulting in a state as shown in FIG. 3 (4). It ends up. If etchback is performed from this state, the upper electrode 4 and the area near it will become protruding as shown in FIG. The insulating layer 11 has an etched shape and the thickness of the insulating layer 11 becomes thinner (-a4). In this state,
When the wiring layer 14 is formed to cover the upper surface 13 of the upper electrode 4 as shown in FIG. In that case, the thickness d2 of the insulating layer 11 between the wiring layer 14 and the lower electrode 2 becomes substantially smaller than the thickness d4, and the core properties of the circuit deteriorate.

なお−船釣に、下部電極2の幅W2をできるだけ小さく
することは、ハイアススバ、り法による平坦化の効率を
高めるために有利である。本発明においてもこの事実を
利用できることは勿論である。
Note that for boat fishing, it is advantageous to make the width W2 of the lower electrode 2 as small as possible in order to increase the efficiency of flattening by the high-pass spacing method. Of course, this fact can also be utilized in the present invention.

以下実施例により本発明をより詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below.

〔実施例〕〔Example〕

第1回を参照して、本発明の望ましい態様に従ったジョ
セフソン接合素子の製造例を説明する。
Referring to the first part, an example of manufacturing a Josephson junction element according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

第1図(1)〜(3)の工程で、前記式■の関係を満た
すパターン寸法でNb層、110./Nbジョセフソン
接合構造(2,3,4)を形成する。
In the steps (1) to (3) in FIG. 1, the Nb layer 110. /Nb Josephson junction structure (2, 3, 4) is formed.

その後、第1図(4)〜(6)の工程を行う。Thereafter, the steps (4) to (6) in FIG. 1 are performed.

工程(9):上記ジョセフソン接合構造を形成した基板
1上にバイアススパッタ法により絶縁層11を堆積させ
ることによって、上面12が平坦なSiO□絶縁層11
でこのジョセフソン接合構造を埋め込む。
Step (9): By depositing the insulating layer 11 by bias sputtering on the substrate 1 on which the Josephson junction structure is formed, a SiO□ insulating layer 11 with a flat upper surface 12 is formed.
embed this Josephson junction structure.

その際、バイアススパッタは例えば下記条件で行う。At that time, bias sputtering is performed, for example, under the following conditions.

バイアススパッタ  の− 堆積物質:SiO□ スパッタガス:Ar (圧力 10mTo r r)バ
イアス電圧: 180V Rfパワー=21W/Cm2 例えば、上部電極4の厚さを300nm、下部電極2の
厚さを200 nmとすると、バイアススパッタによる
堆積時点で平坦化できるために必要なSin□層11層
厚1d、は120’Onmであり、式■を満たす上部電
極4のパターン幅W、と下部電極2のパターン幅W2と
の関係は、Wl−2,0μm 、Wz =1.5μmと
なる。
Bias sputtering - Deposition material: SiO□ Sputtering gas: Ar (pressure 10 mTorr) Bias voltage: 180 V Rf power = 21 W/Cm2 For example, the thickness of the upper electrode 4 is 300 nm and the thickness of the lower electrode 2 is 200 nm. Then, the thickness 1d of the Sin□ layer 11 necessary for flattening at the time of deposition by bias sputtering is 120' Onm, and the pattern width W of the upper electrode 4 and the pattern width W2 of the lower electrode 2 that satisfy the formula (2) The relationship is Wl-2.0 μm, Wz =1.5 μm.

工程間:上記埋め込まれたジョセフソン接合構造の上部
電極4の上面13が露出するまで、SiO□絶縁層11
をエッチバックする。この段階で、上部電極4の上面1
3と絶縁層11の上面12゛とが平坦化される。
Between steps: until the upper surface 13 of the buried upper electrode 4 of the Josephson junction structure is exposed,
to have sex back. At this stage, the upper surface 1 of the upper electrode 4
3 and the upper surface 12' of the insulating layer 11 are planarized.

その際、エッチバックは例えば下記条件で行う。At that time, the etchback is performed under the following conditions, for example.

エッチバンク 件の一例 エッチャント:CHF、−20%0□ 圧力ニ15mTorr Rfバワー二100W Sin、エッチバック量:約700nm二租皿二上記露
出された上部電極上面13上にArガスによるスパッタ
法によりNb層を厚さ500nm堆積した後、通常のフ
ォトリソグラフィーによりこのNb層をパターニングし
てNb配線層14を形成する。
An example of etch bank Etchant: CHF, -20%0□ Pressure: 15 mTorr Rf power: 100 W Sin, etchback amount: approximately 700 nm After depositing the layer to a thickness of 500 nm, the Nb layer is patterned by conventional photolithography to form the Nb wiring layer 14.

以上の工程(1)〜(6)によって、超伝導体の下部電
極2と、絶縁体のバリア層3と、超伝導体の上部電極3
とがこの順序で積層したジョセフソン接合が、上面12
が平坦な絶縁層11によって上部電極上画工3のみを露
出して埋め込まれており、配線層14が上部電極上面1
3上に直接形成されている本発明のジョセフソン接合素
子が製造される。
Through the above steps (1) to (6), the lower electrode 2 of the superconductor, the barrier layer 3 of the insulator, and the upper electrode 3 of the superconductor are formed.
A Josephson junction in which
is embedded in a flat insulating layer 11 with only the upper electrode upper surface 1 exposed, and the wiring layer 14 is embedded in the upper electrode upper surface 1.
A Josephson junction element of the present invention is fabricated directly on 3.

〔発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、ジョセフソン接
合素子の体部性を確保しながら微細化することができる
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to miniaturize a Josephson junction element while ensuring its physical properties.

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

第1図(1)〜(6)は、本発明のジョセフソン接合構
造を製造する工程を示す断面図、 第2図(1)〜(5)は、ジョセフソン接合構造のパタ
ーン寸法と平坦化との関係を示す断面図、第3図(1)
〜(6)は、従来のジョセフソン接合素子製造する典型
的な工程を示す断面図、および第4図(a)および(b
)は、従来のジョセフソン接合素子におけるコンタクト
部の位置合わせ状態を示す断面図である。 ■・・・基板、      2・・・下部電極層、3・
・・バリア層、     4・・・上部電極層、5.6
・・・レジスト層、  11・・・絶縁層、12.12
°・・・絶縁層11の上面、13・・・上部電極4の上
面、 14・・・配線層、     31・・・絶縁層、32
・・・コンタクト穴パターン、 33・・・レジスト層、   34・・・配線層、35
・・・コンタクト穴、 36・・・レジスト層、W、・
・・上部電極の幅、 W2・・・下部電極の幅、dl・
・・絶縁層の総堆積厚さ、 d2・・・上部電極とバリア層の合計厚さ、d3・・・
下部電極の厚さ、 d4・・・オーバーエッチされた領域の絶縁層厚さ。
Figures 1 (1) to (6) are cross-sectional views showing the process of manufacturing the Josephson junction structure of the present invention, and Figures 2 (1) to (5) are pattern dimensions and planarization of the Josephson junction structure. Cross-sectional view showing the relationship between
~(6) are cross-sectional views showing typical steps for manufacturing conventional Josephson junction elements, and FIGS. 4(a) and (b).
) is a cross-sectional view showing the alignment state of contact portions in a conventional Josephson junction element. ■... Substrate, 2... Lower electrode layer, 3...
... Barrier layer, 4... Upper electrode layer, 5.6
...Resist layer, 11...Insulating layer, 12.12
°...Top surface of insulating layer 11, 13...Top surface of upper electrode 4, 14... Wiring layer, 31... Insulating layer, 32
...Contact hole pattern, 33...Resist layer, 34...Wiring layer, 35
...Contact hole, 36...Resist layer, W,...
・Width of upper electrode, W2 ・Width of lower electrode, dl・
...Total deposition thickness of insulating layer, d2 ...Total thickness of upper electrode and barrier layer, d3...
Thickness of the lower electrode, d4...Thickness of the insulating layer in the over-etched region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、超伝導体の下部電極と、絶縁体のバリア層と、超伝
導体の上部電極とがこの順序で積層したジョセフソン接
合が、上面が平坦な絶縁層によって上部電極上面のみを
露出して埋め込まれており、配線層が上部電極上面上に
直接形成されていることを特徴とするジョセフソン接合
素子。 2、下部電極の厚さが上部電極の厚さよりも薄いことを
特徴とする請求項1記載のジョセフソン接合素子。 3、上部電極の幅W_1、下部電極の幅W_2、および
上部電極とバリア層の合計厚さd_2との間に、セルフ
バイアス電圧によって決まる傾斜角αをパラメータとし
て、 W_2≧W_1+2d_2/tanα の関係が成立することを特徴とする請求項1または2に
記載のジョセフソン接合素子。 4、基板上に、超伝導体の下部電極と、絶縁体のバリア
層と、超伝導体の上部電極とがこの順序で積層したジョ
セフソン接合構造を形成する工程、上記基板上にバイア
ススパッタ法により絶縁層を堆積させることによって、
上面が平坦な絶縁層で該ジョセフソン接合構造を埋め込
む工程、上記埋め込まれたジョセフソン接合構造の上部
電極の上面が露出するまで、上記絶縁層をエッチバック
する工程、および 上記露出された上部電極上面上に配線層を形成する工程 を含むことを特徴とするジョセフソン接合素子の製造方
法。 5、前記ジョセフソン接合構造形成工程において、下部
電極の厚さを上部電極の厚さよりも薄く形成することを
特徴とする請求項4記載の方法。 6、上部電極の幅W_1、下部電極の幅W_2、および
上部電極とバリア層の合計厚さd_2との間に、セルフ
バイアス電圧によって決まる傾斜角αをパラメータとし
て、 W_2≧W_1+2d_2/tanα の関係が成立するように上部電極、バリア層、および下
部電極を形成することを特徴とする請求項4または5に
記載の方法。
[Scope of Claims] 1. A Josephson junction in which a lower electrode of a superconductor, a barrier layer of an insulator, and an upper electrode of a superconductor are laminated in this order, the upper electrode is formed by an insulating layer with a flat top surface. A Josephson junction element characterized in that it is buried with only its top surface exposed, and a wiring layer is formed directly on the top surface of the top electrode. 2. The Josephson junction device according to claim 1, wherein the thickness of the lower electrode is thinner than the thickness of the upper electrode. 3. Between the width W_1 of the upper electrode, the width W_2 of the lower electrode, and the total thickness d_2 of the upper electrode and the barrier layer, there is a relationship of W_2≧W_1+2d_2/tanα, using the inclination angle α determined by the self-bias voltage as a parameter. The Josephson junction element according to claim 1 or 2, wherein the Josephson junction element is satisfied. 4. Forming a Josephson junction structure in which a superconductor lower electrode, an insulator barrier layer, and a superconductor upper electrode are laminated in this order on the substrate, bias sputtering on the substrate. By depositing an insulating layer by
embedding the Josephson junction structure with an insulating layer having a flat top surface; etching back the insulating layer until a top surface of the top electrode of the buried Josephson junction structure is exposed; and the exposed top electrode. A method of manufacturing a Josephson junction device, comprising the step of forming a wiring layer on an upper surface. 5. The method according to claim 4, wherein in the Josephson junction structure forming step, the lower electrode is formed thinner than the upper electrode. 6. Between the width W_1 of the upper electrode, the width W_2 of the lower electrode, and the total thickness d_2 of the upper electrode and the barrier layer, there is a relationship of W_2≧W_1+2d_2/tanα, with the inclination angle α determined by the self-bias voltage as a parameter. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the upper electrode, the barrier layer and the lower electrode are formed so as to be formed.
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