JPH0575190B2 - - Google Patents
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- JPH0575190B2 JPH0575190B2 JP62055407A JP5540787A JPH0575190B2 JP H0575190 B2 JPH0575190 B2 JP H0575190B2 JP 62055407 A JP62055407 A JP 62055407A JP 5540787 A JP5540787 A JP 5540787A JP H0575190 B2 JPH0575190 B2 JP H0575190B2
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は液体ヘリウム温度近傍で動作し、高速
で低消費電力性能を有する超電導スイツチング装
置の構造に係り、とくに集積回路において信頼性
を向上せしめるために必要な層間絶縁膜材料を使
用した超電導スイツチング装置に関するものであ
る。
で低消費電力性能を有する超電導スイツチング装
置の構造に係り、とくに集積回路において信頼性
を向上せしめるために必要な層間絶縁膜材料を使
用した超電導スイツチング装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
超電導スイツチング装置において、層間絶縁膜
には一酸化シリコン（SiO）が用いられて来た。
SiOを層間絶縁膜に用いた超電導スイツチング装
置の作製方法および構造に関しては、アイビーエ
ム・ジヤーナル・オブ・リサーチ・アンド・デイ
ベロツプメント24巻（1980年）195頁から205頁
（IBM J.Res.Develop.Vol.24、pp.195−205、
1980）において詳細に述べられている。SiO層間
絶縁膜はPb合金超電導膜を用いたスイツチング
装置において、とくにリフトオフを用いたパタン
形成技術に適している。
には一酸化シリコン（SiO）が用いられて来た。
SiOを層間絶縁膜に用いた超電導スイツチング装
置の作製方法および構造に関しては、アイビーエ
ム・ジヤーナル・オブ・リサーチ・アンド・デイ
ベロツプメント24巻（1980年）195頁から205頁
（IBM J.Res.Develop.Vol.24、pp.195−205、
1980）において詳細に述べられている。SiO層間
絶縁膜はPb合金超電導膜を用いたスイツチング
装置において、とくにリフトオフを用いたパタン
形成技術に適している。
SiO層間絶縁膜は抵抗加熱による蒸着が可能で
あり、リフトオフ法によつてパタン形成を行える
点から、簡便に用いることのできる材料である。
しかるに、Pb合金系材料と比べて耐久性と信頼
性を有するNbあるいはNb合金、Nb化合物を超
電導膜として用いる場合、Nb系材料に対してリ
フトオフ法によるパタン形成技術を用いることは
できない。これはNbの融点が2600℃であり、膜
形成に際して高密度のエネルギーを基板表面に入
射するからである。したがつてNb膜等のパタン
形成を行うためには、基板全面に膜形成を行つた
後、ドライエツチング法により加工を行う必要が
ある。ドライエツチング法としては、Arビーム
のエネルギによるスパツタ現象を利用したイオン
ビームエツチング法と、CF4ガスとNbの化学反
応を利用した反応性イオンエツチング法がある。
いずれのエツチング法を用いるにしても、Nb膜
のエツチング加工を行つた場合、下地SiO膜に対
するオーバーエツチングは避けられない。Nb系
超電導膜を用いたスイツチング装置の作製プロセ
スにおいては、磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜は繰返
しオーバーエツチングを受けることになる。たと
えば、超電導スイツチング素子の下部電極、上部
電極、および制御線膜、さらに抵抗膜等の加工プ
ロセスである。これらの加工プロセスを経てオー
バーエツチングを受けた場合、磁気遮蔽膜端部上
の層間絶縁膜部分にピンホールが生じ、上部に形
成した制御線膜と磁気遮蔽膜とが電気的に短絡す
るという問題点がある。
あり、リフトオフ法によつてパタン形成を行える
点から、簡便に用いることのできる材料である。
しかるに、Pb合金系材料と比べて耐久性と信頼
性を有するNbあるいはNb合金、Nb化合物を超
電導膜として用いる場合、Nb系材料に対してリ
フトオフ法によるパタン形成技術を用いることは
できない。これはNbの融点が2600℃であり、膜
形成に際して高密度のエネルギーを基板表面に入
射するからである。したがつてNb膜等のパタン
形成を行うためには、基板全面に膜形成を行つた
後、ドライエツチング法により加工を行う必要が
ある。ドライエツチング法としては、Arビーム
のエネルギによるスパツタ現象を利用したイオン
ビームエツチング法と、CF4ガスとNbの化学反
応を利用した反応性イオンエツチング法がある。
いずれのエツチング法を用いるにしても、Nb膜
のエツチング加工を行つた場合、下地SiO膜に対
するオーバーエツチングは避けられない。Nb系
超電導膜を用いたスイツチング装置の作製プロセ
スにおいては、磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜は繰返
しオーバーエツチングを受けることになる。たと
えば、超電導スイツチング素子の下部電極、上部
電極、および制御線膜、さらに抵抗膜等の加工プ
ロセスである。これらの加工プロセスを経てオー
バーエツチングを受けた場合、磁気遮蔽膜端部上
の層間絶縁膜部分にピンホールが生じ、上部に形
成した制御線膜と磁気遮蔽膜とが電気的に短絡す
るという問題点がある。
本発明の目的は、イオンビームエツチングある
いは反応性イオンエツチング等のドライエツチン
グプロセスに耐え、超電導膜の加工時におけるオ
ーバーエツチングがほとんど存在せず、Nb系超
電導スイツチング装置の作製プロセスに耐える層
間絶縁膜材料を使用した超電導スイツチング装置
を提供することにある。
いは反応性イオンエツチング等のドライエツチン
グプロセスに耐え、超電導膜の加工時におけるオ
ーバーエツチングがほとんど存在せず、Nb系超
電導スイツチング装置の作製プロセスに耐える層
間絶縁膜材料を使用した超電導スイツチング装置
を提供することにある。
上記目的は超電導スイツチング装置において、
磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜として、Al、Ba、
Ca、Ce、Er、Gd、La、Li、Lu、Pr、Sc、Sm、
Tb、Tm、Ｙ、あるいはYbの酸化物の中から選
び出された金属酸化物を用いることにより達成さ
れる。あるいは上記Al、Ba、Ca、Ce、Er、Gd、
La、Li、Lu、Pr、Sc、Sm、Tb、Tm、Ｙ、あ
るいはYbの酸化物の薄膜、たとえば膜厚にして
100nｍあるいはこれ以下のピンホールの可能性
のない膜厚を有する酸化物薄膜をSiO2等の比誘
電率の低い絶縁膜上に被覆する。
磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜として、Al、Ba、
Ca、Ce、Er、Gd、La、Li、Lu、Pr、Sc、Sm、
Tb、Tm、Ｙ、あるいはYbの酸化物の中から選
び出された金属酸化物を用いることにより達成さ
れる。あるいは上記Al、Ba、Ca、Ce、Er、Gd、
La、Li、Lu、Pr、Sc、Sm、Tb、Tm、Ｙ、あ
るいはYbの酸化物の薄膜、たとえば膜厚にして
100nｍあるいはこれ以下のピンホールの可能性
のない膜厚を有する酸化物薄膜をSiO2等の比誘
電率の低い絶縁膜上に被覆する。
上記の金属酸化物はAr等の不活性元素を用い
たイオンビームに対するスパツタリング率がNb
とほぼ同等であるので、イオンビームエツチング
に耐える。さらに、これら金属のフツ化物あるい
は塩化物は融点が約500℃以上かつ沸点が1000℃
以上である。ゆえに、フツ化物あるいは塩化物を
用いたNbに対する反応性イオンエツチングによ
つて、下地層間絶縁膜はオーバーエツチングを受
けない。さらに、上記金属酸化物の中には比誘電
率が10以上であり、層間絶縁膜として用いたとき
に、信号の伝播速度が低下する場合もあり得る。
この場合、上記金属酸化物とSiOあるいはSiO2等
の比誘電率の小さい絶縁膜との層状構造とし、上
層を上記金属酸化物とし、下層を低誘電率酸化物
とすればとくに問題を生じない。
たイオンビームに対するスパツタリング率がNb
とほぼ同等であるので、イオンビームエツチング
に耐える。さらに、これら金属のフツ化物あるい
は塩化物は融点が約500℃以上かつ沸点が1000℃
以上である。ゆえに、フツ化物あるいは塩化物を
用いたNbに対する反応性イオンエツチングによ
つて、下地層間絶縁膜はオーバーエツチングを受
けない。さらに、上記金属酸化物の中には比誘電
率が10以上であり、層間絶縁膜として用いたとき
に、信号の伝播速度が低下する場合もあり得る。
この場合、上記金属酸化物とSiOあるいはSiO2等
の比誘電率の小さい絶縁膜との層状構造とし、上
層を上記金属酸化物とし、下層を低誘電率酸化物
とすればとくに問題を生じない。
以下、本発明の一実施例を第１図を用いて以下
に述べる。（100）面が表面と平行なSiウエハ１に
熱酸化を施し、厚さ500nｍの表面酸化層を形成
した。つぎに、Arガス雰囲気中での直流スパツ
タ法により、厚さ200nｍのニオブ膜を形成した。
所定のパタン形状を有するレジスト層形成後、
CF4ガスを用いた反応性イオンエツチング法によ
りNb膜の加工を行い、レジストを除去すること
により、磁気遮蔽層２とした。つぎに抵抗加熱法
によりSiO膜を200nｍウエハ全面に形成した。所
定のコンタクト穴を持つたパタン形状を有するレ
ジスト層形成後、CHF3ガスを用いた反応性イオ
ンエツチング法によりSiO膜の加工を行い、レジ
ストを除去し、層間絶縁膜３とした。
に述べる。（100）面が表面と平行なSiウエハ１に
熱酸化を施し、厚さ500nｍの表面酸化層を形成
した。つぎに、Arガス雰囲気中での直流スパツ
タ法により、厚さ200nｍのニオブ膜を形成した。
所定のパタン形状を有するレジスト層形成後、
CF4ガスを用いた反応性イオンエツチング法によ
りNb膜の加工を行い、レジストを除去すること
により、磁気遮蔽層２とした。つぎに抵抗加熱法
によりSiO膜を200nｍウエハ全面に形成した。所
定のコンタクト穴を持つたパタン形状を有するレ
ジスト層形成後、CHF3ガスを用いた反応性イオ
ンエツチング法によりSiO膜の加工を行い、レジ
ストを除去し、層間絶縁膜３とした。
つぎに、コンタクト部を塞いだ層間絶縁膜のリ
フトオフ用レジストパタンを形成した。高周波ス
パツタ法により、30nｍの厚さのAl2O3膜を堆積
し、レジストを溶剤に浸漬することにより、不要
な膜部分を除去し、層間絶縁膜４とした。通常ス
パツタ形成膜をリフトオフ法によつてパタン形成
するのは、スパツタ時における粒子の回り込みの
ために困難であるが、このような薄い膜の場合、
リフトオフを容易に行い得た。
フトオフ用レジストパタンを形成した。高周波ス
パツタ法により、30nｍの厚さのAl2O3膜を堆積
し、レジストを溶剤に浸漬することにより、不要
な膜部分を除去し、層間絶縁膜４とした。通常ス
パツタ形成膜をリフトオフ法によつてパタン形成
するのは、スパツタ時における粒子の回り込みの
ために困難であるが、このような薄い膜の場合、
リフトオフを容易に行い得た。
つぎにスイツチング素子としての超電導トンネ
ル接合の作製プロセスを行つた。すなわち、下部
電極Nb膜５の直流スパツタ法による形成、トン
ネル障壁層となるAl層の直流スパツタによる形
成と酸化によるAl2O3６の形成および上部電極
Nb膜７の直流スパツタによる形成を連続的に行
つた。つぎにCF4ガスを用いた反応性イオンエツ
チングにより上部電極と下部電極を加工して、
Arガスを用いたイオンビームエツチングにより
トンネル障壁層の加工を行い、接合部を含む配線
膜パタンを得た。つぎに接合部を規定するための
レジストパタンを形成した。このレジストパタン
に従つてCF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グにより上部電極ニオブ膜の加工を行つた。この
とき、下地層間絶縁膜が単一のSiO膜の場合、
80nｍの膜厚減少を生じた。本実施例の場合、膜
厚減少は膜段差測定の精度5nｍの範囲で検出さ
れなかつた。つぎに、エツチングを行つた部分の
SiO膜８による埋戻しを行い、Arの高周波プラズ
マ雰囲気中におけるクリーニング処理を経て、上
部電極につながる配線用Nb膜を直流スパツタ法
によりウエハ全面に形成した。再びCF4ガスを用
いた反応性イオンエツチング法により、配線用パ
タンの加工形成を行つた。このとき、下地層間絶
縁膜が単一のSiO膜の場合、50nｍの膜厚減少を
生じたが、本実施例の場合、膜厚減少は膜段差測
定の精度5nｍの範囲で検出されなかつた。
ル接合の作製プロセスを行つた。すなわち、下部
電極Nb膜５の直流スパツタ法による形成、トン
ネル障壁層となるAl層の直流スパツタによる形
成と酸化によるAl2O3６の形成および上部電極
Nb膜７の直流スパツタによる形成を連続的に行
つた。つぎにCF4ガスを用いた反応性イオンエツ
チングにより上部電極と下部電極を加工して、
Arガスを用いたイオンビームエツチングにより
トンネル障壁層の加工を行い、接合部を含む配線
膜パタンを得た。つぎに接合部を規定するための
レジストパタンを形成した。このレジストパタン
に従つてCF4ガスを用いた反応性イオンエツチン
グにより上部電極ニオブ膜の加工を行つた。この
とき、下地層間絶縁膜が単一のSiO膜の場合、
80nｍの膜厚減少を生じた。本実施例の場合、膜
厚減少は膜段差測定の精度5nｍの範囲で検出さ
れなかつた。つぎに、エツチングを行つた部分の
SiO膜８による埋戻しを行い、Arの高周波プラズ
マ雰囲気中におけるクリーニング処理を経て、上
部電極につながる配線用Nb膜を直流スパツタ法
によりウエハ全面に形成した。再びCF4ガスを用
いた反応性イオンエツチング法により、配線用パ
タンの加工形成を行つた。このとき、下地層間絶
縁膜が単一のSiO膜の場合、50nｍの膜厚減少を
生じたが、本実施例の場合、膜厚減少は膜段差測
定の精度5nｍの範囲で検出されなかつた。
つぎに層間絶縁膜を含む制御線膜の作製プロセ
スを行つた。すなわち、リフトオフ用レジストパ
タンを形成後、SiO膜を蒸着し、層間絶縁膜９と
した。つぎに制御線用のニオブ膜を直流スパツタ
法によりウエハ全面に形成した。制御線用レジス
トパタン形成後、CF4ガスによる反応性イオンエ
ツチングにより、制御線Nb膜１０の加工を行つ
た。制御線用のNb膜厚は800nｍと厚いため、磁
気遮蔽膜上の層間絶縁膜が単一のSiO膜の場合、
50nｍの膜厚減少を生じたが、本実施例の場合、
膜厚減少は膜段差測定の精度5nｍの範囲で検出
されなかつた。
スを行つた。すなわち、リフトオフ用レジストパ
タンを形成後、SiO膜を蒸着し、層間絶縁膜９と
した。つぎに制御線用のニオブ膜を直流スパツタ
法によりウエハ全面に形成した。制御線用レジス
トパタン形成後、CF4ガスによる反応性イオンエ
ツチングにより、制御線Nb膜１０の加工を行つ
た。制御線用のNb膜厚は800nｍと厚いため、磁
気遮蔽膜上の層間絶縁膜が単一のSiO膜の場合、
50nｍの膜厚減少を生じたが、本実施例の場合、
膜厚減少は膜段差測定の精度5nｍの範囲で検出
されなかつた。
以上のごとく、超電導スイツチング装置の作製
を行つたが、全作製工程を通じて、本実施例にお
ける磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜の膜厚減少量は
5nｍ以下であつた。したがつて、作製した超電
導スイツチング回路において、該層間絶縁膜のピ
ンホールの発生、あるいは異なる超電導層間の短
絡は検出されなかつた。
を行つたが、全作製工程を通じて、本実施例にお
ける磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜の膜厚減少量は
5nｍ以下であつた。したがつて、作製した超電
導スイツチング回路において、該層間絶縁膜のピ
ンホールの発生、あるいは異なる超電導層間の短
絡は検出されなかつた。
以上の結果はAl2O3以外にBaO、CaO、CeO2、
Er2O3、Gd2O3、La2O3、Li2O、Lu2O3、Pr2O3、
Sc2O3、Sm2O3、Tb2O3、Tm2O3、Y2O3、
Yb2O3等上記列挙した元素の酸化物を用いて超電
導スイツチング装置を作製した場合も同様であつ
た。
Er2O3、Gd2O3、La2O3、Li2O、Lu2O3、Pr2O3、
Sc2O3、Sm2O3、Tb2O3、Tm2O3、Y2O3、
Yb2O3等上記列挙した元素の酸化物を用いて超電
導スイツチング装置を作製した場合も同様であつ
た。
以上の実施例において述べたごとく、本発明に
おける層間絶縁膜材料を用いた場合、以下の効果
を有した。
おける層間絶縁膜材料を用いた場合、以下の効果
を有した。
(1) 磁気遮蔽膜上の層間絶縁膜に関して、上部に
構成する超電導スイツチング素子の超電導膜加
工プロセスによる膜厚減少が生じない。したが
つて、あらかじめ設計を行つた絶縁膜寸法を再
現するのが容易である。
構成する超電導スイツチング素子の超電導膜加
工プロセスによる膜厚減少が生じない。したが
つて、あらかじめ設計を行つた絶縁膜寸法を再
現するのが容易である。
(2) 磁気遮蔽膜端部上等において、層間絶縁膜に
ピンホール等の欠陥を生じない。したがつて異
なる超電導層間の短絡の発生が無い。
ピンホール等の欠陥を生じない。したがつて異
なる超電導層間の短絡の発生が無い。
(3) 層間絶縁膜の比誘電率を実質的に変化させな
いので、回路配線中の信号伝播速度を低下させ
ることなく、効果(1)および(2)を生ぜしめる。
いので、回路配線中の信号伝播速度を低下させ
ることなく、効果(1)および(2)を生ぜしめる。
第１図は本発明の実施例であり、かつ本発明に
かかる層間絶縁膜を有する超電導スイツチング装
置の断面図である。 １……Siウエハ、２……Nb磁気遮蔽膜、３…
…SiO層間絶縁膜、４……Al2O3層間絶縁膜、５
……トンネル接合Nb下部電極膜、６……トンネ
ル接合Al2O3障壁層、７……トンネル接合Nb上
部電極配線膜、８……トンネル接合SiO層間絶縁
膜、９……SiO層間絶縁膜、１０……Nb制御線
膜。
かかる層間絶縁膜を有する超電導スイツチング装
置の断面図である。 １……Siウエハ、２……Nb磁気遮蔽膜、３…
…SiO層間絶縁膜、４……Al2O3層間絶縁膜、５
……トンネル接合Nb下部電極膜、６……トンネ
ル接合Al2O3障壁層、７……トンネル接合Nb上
部電極配線膜、８……トンネル接合SiO層間絶縁
膜、９……SiO層間絶縁膜、１０……Nb制御線
膜。
Claims (1)
- １ トンネル接合素子の電極膜、磁気遮蔽膜、お
よび配線膜がNbあるいはNbを構成元素とする合
金あるいは化合物超電導材料によつて構成された
超電導装置において、上記電極膜、磁気遮蔽膜、
および配線膜の表面に超電導性を示す窒化物およ
び超電導性を示す炭化物のうちの少なくとも１種
からなる保護膜を備えたことを特徴とする超電導
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62055407A JPS63224272A (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 超電導スイツチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62055407A JPS63224272A (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 超電導スイツチング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63224272A JPS63224272A (ja) | 1988-09-19 |
| JPH0575190B2 true JPH0575190B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=12997692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62055407A Granted JPS63224272A (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 超電導スイツチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63224272A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7345855B2 (en) | 2005-09-07 | 2008-03-18 | International Business Machines Corporation | Tunnel barriers based on rare earth element oxides |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61208879A (ja) * | 1985-03-14 | 1986-09-17 | Agency Of Ind Science & Technol | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
-
1987
- 1987-03-12 JP JP62055407A patent/JPS63224272A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61208879A (ja) * | 1985-03-14 | 1986-09-17 | Agency Of Ind Science & Technol | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63224272A (ja) | 1988-09-19 |
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