JPH0513395B2 - - Google Patents

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JPH0513395B2
JPH0513395B2 JP60172516A JP17251685A JPH0513395B2 JP H0513395 B2 JPH0513395 B2 JP H0513395B2 JP 60172516 A JP60172516 A JP 60172516A JP 17251685 A JP17251685 A JP 17251685A JP H0513395 B2 JPH0513395 B2 JP H0513395B2
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JP
Japan
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pattern
resist pattern
resist
film
sio
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JP60172516A
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JPS6233485A (ja
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Koji Yamada
Yoshinobu Taruya
Shinichiro Yano
Mikio Hirano
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0912Manufacture 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、NbおよびNb系のジヨセフソン接合
素子の作製方法に係り、特に平坦化に好適な素子
の作製方法に関する。
〔発明の背景〕
従来のNb系から成る平坦化プロセスの基本的
な作製工程を第1図に示す。まず、第1図aにお
いて基板11上にNb膜12をスパツタ法により
被着した後、ポジ型AZ1350Jレジスト(米国ヘキ
スト社製商品名)13をスピン塗布して、ベーク
処理した後に、パターン露光を行ない現像により
レジストパターンを形成する。続いて、第1図b
において、CF4ガスによるプラズマエツチングに
よりNbパターン12を形成する。続いて、第1
図cにおいて、Nbパターン上のレジストをリフ
トオフマスクにしNbパターン12と同じ高さに
成る様に絶縁膜SiO14の被着により埋戻しを行
う。続いて、第1図dにおいて、アセントにより
リフトオフを行ないNbパターン12と埋戻しの
SiO14を残して平坦化する。しかし、この方法
で問題となるのは点線丸印内に示す様にSiO14
のバリの残りである。このバリは第2図に示す様
に上層の配線パターン15に対して段差を作つて
しまい平坦化が実現できないことになる。さらに
この上に他の配線パターンを積層した場合には断
線も生じて動作特性に大きな影響を与えることに
なる。このようにSiOのエツジに残存したバリは
素子の集積化に対しても弊害となり、信頼性を著
しく低下する結果となり大きな問題となつてい
た。このような背景から問題のSiOのバリを完全
に無くす様な新しい平坦化プロセスが強く要求さ
れていた。ジヨセフソン接合素子の作製方法とし
ては特開昭58−176983号に示されたものがある
が、この点については考慮されておらず微細化を
図る上で問題となつていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、NbおよびNb系パターンのド
ライエツチング後における、埋戻しSiOパターン
にバリを生じさせない平坦化プロセスを提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、ドライ
エツチングに用いるレジストを従来のポジ型レジ
スト(例えばAZ1470(米国ヘキスト社商品名))
からネガ型レジスト(例えばRD2000N(日立化製
社商品名))に変えて、これを用い、該レジスト
の現像条件を制御することによつて、レジストの
下部をシユリンクさせてオーバハングを持たせた
後SiO等を埋戻すことを特徴とする。ネガ型レジ
ストであるRD2000Nレジストは、アジド化合物
(感光性成分)とポリビニールフエノール(高分
子成分)を主成分としたDeep UVレジストであ
る。Deep UV光をレジストへ照射すると、その
部分は光架橋を生じ現像液に対して溶解しなくな
る性質を示す。
また、入射したDeep UV光は、レジスト表面
近傍でほとんど吸収されてしまいレジスト底部ま
で到達しない性質がある。このため現像条件の制
御によつてレジストの下部をシユリンクさせてオ
ーバハングを持たせることが可能である。すなわ
ち、埋戻しのSiOに対して好適なリフトオフマス
クが形成できてるのでリフトオフを容易となりバ
リの問題が解決できる。第3図に本発明の基本と
なる平坦化プロセスの作製工程の一例を示す。
まず、第3図aにおいて基板31上にNb膜3
2をスパツタ法により被着した後、ネガ型の例え
ばRD2000Nレジスト(日立化製商品名)33を
スピン塗布して、ベーク処理した後に、パターン
露光を行ない現像によつて矩形パターンを形成す
る。続いて、第3図bにおいて、CF4ガスによる
プラズマエツチングによりNbパターン32を形
成する。続いて、SiOの埋戻し用のリフトオフを
形成するために第3図cにおいて、再び現像を行
ないレジストの底部をわずかにシユリンクさせオ
ーバハング形状のレジストパターン33を形成す
る。このオーバハング量は、0.1〜0.3μm以内に
保つ様に現像液の組成と時間により制御する。続
いて、第3図dにおいて、絶縁膜SiO34の被着
によつてNbパターン32と同じ高さに成る様に
埋戻しを行う。続いて、第3図eにおいてアセト
ンによりリフトオフを行ないNbパターン32と
埋戻したSiO34を残して平坦化とする。この方
法は従来の様にドライエツチング後のレジストパ
ターンをそのままの形状では用いない。すなわ
ち、レジストパターンの底部をシユリンクさせオ
ーバハング形状としてからSiOの埋戻しを行うの
で、被着したSiO膜は絶対に連続膜とならず分離
することになる。
このためにリフトオフも従来に比べて容易とな
りSiOのバリも完全に無くすことができる様にな
つた。第4図は本発明の方法で形成した平坦化構
造の一例を示したものである。図で明らかな様に
埋戻しをしたSiO34にはバリが無いので上層に
形成した配線パターン35にも段差を生ずること
なく平坦化構造が実現できた。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明によつて作製した線幅2μmの制御線か
ら成るインライン型Nb系ジヨセフソン論理素子
の断面図を第5図に示す。
基板には、直径50mmφ、厚さ350μm、<100>
のSi基板51を用いた。このSi基板51には、
600nmの熱酸化膜SiO252が施してある。
次に、Si基板51の熱酸化膜SiO252上にグ
ランドプレーンとなる膜厚200nmのNb膜53を
直流マグネトロンスパツタ法により被着した。被
着条件は、Ar圧力2mTorrで、堆積速度3nm/
秒とした。次に、層間絶縁膜としてSiO54を膜
厚250nm被着した。次に、下部電極となる膜厚
200nmのNb膜55をグランドプレーンと同じ条
件で被着した。次に、同一スパツタ装置内でSi基
板51をAlターゲツト真下に移動してAlを3nm
被着した。Alの堆積速度は0.2nm/秒とした。
Al膜形成後、真空装置内に酸素ガスを0.5Torr導
入し、室温中で数分間自然放置することにより、
Alの表面酸化層AlOx56を形成した。再び真空
排気後Si基板51をNbターゲツトの真下に移動
し、直流マグネトロンスパツタ法によりNb膜を
100nmの厚さに被着した。三層膜を形成後、Si基
板51を真空装置により取出し、まず、下部電極
55の配線部分および接合部分56を含むレジス
トパターンを、次の条件で形成した。ネガ型レジ
ストであるRD2000Nレジストを膜厚1.5μmにス
ピン塗布し、引続いて、窒素雰囲気中において、
80℃、30分間のプリベーク処理を行う。この後波
長領域200〜300nmの光を放つXe−Hgランプ
500Wの光源を用いて、また石英ガラス上に所望
のパターンを持つホトマスクを用いて、光強度10
mW/cm2で15秒間照射した。その後、現像処理を
テトラメチルアンモニウム4%水溶液を用いて60
秒間の処理を行つた。この条件で形成したレジス
トパターンの断面形状は、ほぼ垂直である。な
お、この後のポストベーク処理はレジストの断面
形状を保つために行なわなかつた。次いで、この
Si基板51を真空装置に挿入し、減圧した後、
CF4ガスによるプラズマエツチングによりCF4
力200mTorr、電力100Wの条件でレジストパタ
ーン以外のNb膜部分を除去した。Alの表面酸化
層AlOxが露出した時点でArによるイオンエツチ
ングに切り替え、Ar圧力1.5×10-4Torr、加速電
圧600eV、イオン電流密度500μA/cm2の条件下で
1分間のイオンエツチングを行つた後、引続い
て、下部電極55配線部分のプラズマエツチング
を前述した条件で行つた。
真空装置内より取り出し後、下部電極配線パタ
ーン上のレジストパターンを前述した現像液で20
秒間の現像処理を行ないレジストパターンの下部
を0.15μmのアンダカツト量となる様にシユリン
クさせた。その後、再び真空装置内に挿入しSiO
58により下部電極55と同じ高さの200nmに
なる様に埋戻しを行つた。その後、真空装置内よ
り取り出し、アセントを用いてリフトオフを行な
い平坦化とした。次いで、接合面積を決めるレジ
ストパターンを前述した条件で形成した。接合面
積は、1.8μm□ である。再び真空装置内に挿入
し、前述した下部電極55配線パターンと同じ条
件でCF4によるプラズマエツチングにより上部電
極57をエツチングした。この後、下部電極55
と同じ方法でSiOの埋戻しを行つた。すなわち、
プラズマエツチング後の上部電極57上のレジス
トパターンを現像処理によりシユリンクさせ底部
をアンダカツトにした後、膜厚100nmとなる様
にSiOにより埋戻しを行つた。再び真空装置内よ
り取り出してアセトンによりリフトオフ処理を行
ないSiO59によつて平坦化とした。この時点で
Alの表面酸化膜AlOxは、面積が決定されてトン
ネル接合を形成することになる。次いで、接合上
部電極表面をAr中の高周波放電によりクリーニ
ング処理をした後、Nb膜を300nmの厚に被着し
た。Nbの被着条件は前記のグランドプレーン5
1、下部電極55、上部電極57と同様に直流マ
グネトロンスパツタによつて被着した。再び真空
装置内より取り出して前述した同じ条件でレジス
トパターンを作製した後、CF4ガスによるプラズ
マエツチングを行ないレジストパターン以外の
Nb膜部分をエツチングすることにより、上部電
極につながる配線パターン60を形成した。この
後に、前述と同様にレジストパターンをシユリン
クさせてアンダカツトにした後、膜厚300nmと
なる様にSiOにより埋戻しを行つた。再び真空装
置内より取り出してアセトンによつてリフトオフ
処理を行ないSiO61によつて平坦化にした。次
いで、上部電極配線60と分離するために層間絶
縁膜62をSiOにより300nm被着し形成した。次
いで、制御線63となるNb膜を前述した、グラ
ンドプレーン53、下部電極55、上部電極5
7、上部電極配線電極60と同条件で膜厚400n
m被着した。
再び真空装置内より取り出して、前述した同じ
条件でレジストパターンを作製した後、CF4ガス
によるプラズマエツチングを行ないレジストパタ
ーン以外のNb膜部分をエツチングすることによ
り制御線63を形成した。この後に、前述と同様
にレジストパターンをシユリンクさせてアンダカ
ツトにした後、膜厚400nmとなる様にSiOにより
埋戻しを行つた。再び真空装置内より取り出して
アセトンによつてリフトオフ処理を行ないSiO6
4によつて平坦化にした。以上の工程を経て平坦
化プロセスがすべて完了した。
〔発明の効果〕 本発明により、従来問題となつていたSiOのバ
リは完全に無くすことが出来た。この結果上層の
配線パターンの断線が皆無となり高集積化の実現
が可能となつた。例えば、100個直接に接続した
1.8μm□ のジヨセフソン接合の超電導臨界電流
(Ic)のバラツキは±11%であつた。この様な結
果から回路の動作マージンも大幅に向上した。
また、再現性および信頼性の点においても、き
わめて高いことが動作実験の中で明らかとなつ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来法の平坦化プロセスの工程図、第
2図は上層パターンの断切れを示す説明図、第3
図は本発明の平坦化プロセスの工程図、第4図は
本発明の平坦化を示す説明図、第5図は本発明に
より作製したインライン型Nb系ジヨセフソン論
理接合素子のそれぞれの断面図を示す。 11,31……基板、51……Si基板、12,
32……Nbパターン、13,33……レジスト
パターン、14,34,58,59,61,64
……埋戻しをしたSiO膜、15,35……上層の
配線パターン、52,54,62……層間絶縁
膜、55……Nb下部電極、56……トンネル接
合(表面酸化層AlOx)、57……Nb上部電極、
60……Nb上部電極配線電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 以下の各工程を有することを特徴とする平坦
    型ジヨセフソン接合素子の作製方法。 (1) 金属薄膜上に、アジド化合物とポリビニール
    フエノールを主成分とするネガ型レジストパタ
    ーンを作製する第1の工程 (2) 上記レジストパターンをマスクとしてドライ
    エツチングにより上記金属薄膜よりなるパター
    ンを形成する第2の工程 (3) 上記金属薄膜よりなるパターン上に残存した
    上記レジストパターンの下部側壁を、現像処理
    によりシユリンクさせる第3の工程 (4) 上記金属薄膜よりなるパターン及びそれ以外
    の部分に絶縁膜を被着する第4の工程 (5) 上記レジストパターンを溶媒系により除去
    し、上記レジストパターン上の絶縁膜を除去す
    る第5の工程
JP60172516A 1985-08-07 1985-08-07 平坦型ジヨセフソン接合素子の作製方法 Granted JPS6233485A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5710989A (en) * 1980-06-25 1982-01-20 Hitachi Ltd Pattern manufacture for jusephson-junction element
JPS58209183A (ja) * 1982-05-31 1983-12-06 Nec Corp ジヨセフソン接合素子の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5710989A (en) * 1980-06-25 1982-01-20 Hitachi Ltd Pattern manufacture for jusephson-junction element
JPS58209183A (ja) * 1982-05-31 1983-12-06 Nec Corp ジヨセフソン接合素子の製造方法

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