JPS6273682A - ジョゼフソン・コンタクト形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はジョゼフソン素ｆ−のＬ部゛１に極に対するジ
ョゼフソン・コンタクトの形成方法に関し、特にジョゼ
フソン素子の」二部電極に関して自己整合によりコンタ
クト・ホールを形成する技術の改良に関する。

〈従来の技術〉 ジョゼフソン集植回路の構築に際し、個々のジョゼフソ
ン素子−自体を微細に、かつ精度良く作成する方法とし
ては、ウェハ全面にまず一つの大きなジョゼフソン接合
とみなせるジョゼフソン接合構造体を作り、その後にフ
ォト・リングラフィ技術、特に反応性イオン・エツチン
グを応用したバターニングにより、個々のジョゼフソン
素子を柱状に加工する方法、言わば切出し法がある。

この方法はジョゼフソン接合のトンネル障壁部の保護が
完全で、均一な特性の微細なジョゼフソン素ｆを高精度
に作れる点で優れている。

しかし一方、このように各ジョゼフソン素子が微細化、
高密度化してくると、その各ジョゼフソン素子の上部電
極に各々電気的導通を取るためのコンタクト・ホールの
形成技術に対する要求もまた、相当に厳しくなってくる
。

例えばコンタクト・ホールの位ｔが−１：、部電極の面
積的な領域から僅かでもずれると、配線層を形成する際
にこのコンタクト・ホールを介して配線用材料が下部電
極にまで流下し、トンネル障壁をシャンティングしてし
まうようなこともある。そうなればもちろん、ジョゼフ
ソン素子としての正常な動作は到底期待できない。

このようなことから、従来からも、それまでのようにジ
ョゼフソンＪ　’ｆのパターニング丁゛程とコンタクト
・ホールのパターニング１程の各々においてそれぞれ個
別的にマスクのアライメントを要するような方法をやめ
、１一部電極のコンタクト・ホールは当該上部電極に関
してセルフ・アライニング（自己整合）で形成しようと
する方法が提案された（東海林　他、　Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｇｓ　Ｌｅｔｔｅｒ　。

４１、１０９７（１９８２）　）　。

この方法は、第２図に示すような加り工程をたどる。

同図（Ａ）にはまず、加工の対象となる、　一つの大き
なジョゼフソン接合とみなせるジョゼフソン接合体１０
が示されている。

これは、同図中には示されていないが適当なウェハの大
域的面積部分、　一般に全面Ｅに形成されたものであっ
て、ウェハ側から′Ｆ部超超電導体１１トンネル障壁層
１２、上部超電導体１３と順に積み玉ねられるようにし
て成っている。

こうしたジョゼフソン接合体ｌＯに対し、それから個々
のジョゼフソン素子を切り出すため、上部超電導体１３
の全面に適当なフォト・レジストを塗布した後、所望の
パターンに応じてリソグラフフィ加工し、個々のジョゼ
フソン素子を形成する個所を残してこのフォト・レジス
トを除去する。

パターニングの結果、残されたフォト・レジストは、図
中において残存フォト・レジスト２０として示しである
。

この残存フォト・レジスト２０をエッチング・マスクと
して利用し、下部Ｊｆｉ電導体１１に対しである程度、
深さ方向に食い込むようになるまでエツチングを施すと
、第２図（Ｂ）に示されるように、ｆ部電極３１．トン
ネル障壁３２．上？Ｂ電Ｊｉ３３から成る個々のジョゼ
フソン素子３０が切り出される。また一般に、エツチン
グし残したド部Ｍ１電導体ｌｌはＦ部品線層としても利
用される。

この後、残存フォト・レジスト２０を取除くことなく１
次いで全面に絶縁膜４０を形成する。この絶縁膜４０は
、将来、上部に形成される配線層との間での層間絶縁膜
ともなり、また隣接ジョゼフソン素ｆ・間の絶縁分ａ膜
ともなるが、その厚味はジョゼフソン素子３０の高さを
越える程度、（［Ｊし余りには厚くないように選ばれる
。

その結果、第２ＩＮ（Ｃ）に示されるように、この絶縁
膜４０にあってド部超電導体１１のトに乗っている部分
と残存フォト・レジスト２０のＬに乗っている部分とは
物理的に確実に分離し、残存フォト・レジストの側面２
１は外部空間に露すしたままになる。

そうした後、残存フォト・レジスト２０に対しての溶剤
を用い、当該残存フォト・レジスト２０を溶解、除去す
ると、いわゆるリフト・オフ原理により、そのＪ−の絶
縁膜４０も一緒に除去され、第２図（Ｄ）に示すように
、ジョゼフソンＪ７’３Ｑの１一部電極３３に対し、セ
ルフ・アラインで形成されたコンタクト・ホール６０を
得ることができる。

その後は通常の配線層形成技術により、第２図（Ｅ）に
示すように、所９！のパターンに応じた配線層７０を形
成してコンタクト形成に係る全■二程を鼾わる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ｊ−記従来例のように、リフト・オフ法によるセルフ・
アラインでコンタクト・ホールを形成する技術は、それ
までのセルフ・アライニングを行なわない技術に比せば
、ジョゼフソン素子の一■一部電極と当該コンタクト・
ホールの位置ずれが原理的に生じない点で優れているが
、次のような各欠点を有することを否めない。

■リフト・オフを行なうためには、当然のことながら、
上部電極上のフォト・レジストが溶剤により簡単に溶解
、除去できる必要があり、そのため、用い得るフォト・
レジスト材料に制限が出る。

■また、フォト・レジストは高温にさらされると硬化し
、不溶性となるため、プロセス温度を低く抑える必要が
あり、ために絶縁膜４０の形成も低温プロセスとする必
要がある。

したがって換言すれば、こうしたプロセス温度、Ｌの制
約から、良好な絶縁膜を得るために外にいくら望ましい
種々のＰｉ膜形成法があったにしても、使えないものが
出てくる。

■リフト・オフを行なうためには当然２７オト・レジス
トの少なくとも一部が外部室１１１ｆにＡ呈していなけ
ればならない。すなわち溶剤に触れるような表面部分が
なければならない。

したがって第２図（Ｃ）にて示したように、絶縁膜はフ
ォト・１／シストの側面２１を露呈するように、″ｌＩ
′Ｉ該残存フォト・レジスト２０の上に乗る部分とその
他の部分とが完全に物理的に分離していなければならず
、フォト・レジスト側面２１を覆うように継がって形成
されていてはいけない。

そのためにはまず、フォト・レジストの膜厚が絶縁膜４
０のそれに比してｆ−分に厚くなければならないという
限定を生じ、またフォト・レジスト２０の断面形状側面
も急峻な段差形状でなければならないという限定も生ず
る。

しかし、このように、フォト・レジストの断面形状を厳
格に制御することは、ジョゼフソン素子が微細化すれば
する程、困難な問題となってくるし、フォト・レジスト
を薄くできないとうことにも材料的な、そして形成や除
去に関しての時間的、労力的な無駄が出る。

■上記■は換言すれば、被覆性の良好な絶縁膜は使えな
いということも意味する。

例えば気相成長法やスパッタ法で形成した絶縁膜は被覆
性が良好で、絶縁膜本来の機能としては極めてψましい
ものが得られるが、１ユ記理由により、こうした絶縁膜
は使いたくとも使えないのである。

本発明はこうした事情に鑑み成されたもので、ジョゼフ
ソン素子のさらなる微細化や集積技術の高度化を図ろう
とすると様々な問題を露呈するリフト・オフ法を排斥し
、プロセスにの制約も少なく１用いる絶縁膜やフォト・
レジストに対する材料的、形状的、製作的な制限も少な
い、それでいてジョゼフソン素子のより一層の微細化、
高密度化にも良く応えることのできる新たなセルフ・ア
ライン・コンタクト形成方法を提供せんとするものであ
る。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は上記目的を達成するため１次のような構成のジ
ョゼフソン・コンタクト形成方法を提供する。

一つのジョゼフソン接合構造体を所定パターンに即して
エツチングすることにより形成されたジョゼフソン素子
の上部電極に対し、ジョゼフソン・コンタクトを形成す
る方法であって；上記ジョゼフソンぶ子を上記形成する
際にエッチング・マスクとして使用した上記上部電極り
の残存フォト・レジストを残したまま、または該残存フ
ォト・レジストに横方向内方へのエツチングを施して上
記ジョゼフソン素子ｌ−陽電極の周縁部を露出させる寸
法の残存フォト・レジストとした後、１；記ジョゼフソ
ン素ｆ−の周囲から１一方に掛けて一連に絶縁膜を形成
するに程と； 該絶縁膜の七に一連にフォト・レジスト膜を形成する工
程と： 該フォト・レジスト膜をエツチングし、−１二記残存フ
オト・レジストを露出させる工程と；該表面が露出した
残存フォト・レジストを除去することによりＩＺ記ジョ
ゼフソン素子の１一部電極とセルツブアラインでコンタ
クト・ホールを形成する工程と； 該コンタクト・ホールを介し上記ジョゼフソン素子の一
、ｈ部電極に対して導通を取る配線層を形成する工程と
； を含んで成ることを特徴とするジョゼフソン・コンタク
トの形成方法。

（作　用〉 本発明による場合、ジョゼフソン素子を一つの大きなジ
ョゼフソン接合構造体から切出す際にエッチング・マス
クとして使用した上部電極Ｉ―の残存フォト・レジスト
はそのままに残したまま。

またはこの残存フォト・レジストに横方向内方へのエツ
チングを施してジョゼフソン票子上部電極の周縁部を露
出させる寸法の残存フォト・レジストとした後、将来１
層間絶縁膜として使用する材料の絶縁膜をジョゼフソン
素子の周囲から上方に掛けて一連に形成してしまう。

その後、さらに当該絶縁膜のしに一連にフォト・レジス
ト膜を形成した後、このフォト・レジスト膜を所定深さ
くないし厚味）に［Ｘってエツチングし、ジョゼフソン
素−ｆ−に都電Ｊ４ｉ１−に堆積し残っているフォト・
レジストの表面を露出させる。

そのようにして置いてから、当該上部′電極１−のフォ
ト・レジストを選択除去するため、リフト・オフ法にお
けるようなに部電極１；のフォト・レジストの可溶性や
低温処理の必要性は排斥されるものとなる。

また、当該フォト・レジストの幾何的な断面形状も問題
とはならず５層間絶縁膜とすべき絶縁膜材料に関する各
種限定事項も解除することができる。

こうしたことから、ジョゼフソン素Ｙ〜、フォト・レジ
スト、絶縁膜の各形成に関し、それぞれ相対的に高度な
各種プロセス技術を安心して適用できるようになり、ジ
ョゼフソン集積回路のより一層の高密度化にも良く対処
できるようになる。

また１本発明要旨構成中において、ジョゼフソン素子を
形成ないし切出す際にエッチング・マスクとして使用し
た上部電極−Ｌの残存フォト・レジストに横方向内方へ
のエツチングを施し、ジｊゼフソン素子上部電極の周縁
部を露出させてから絶縁膜を形成することの、α味は、
ジョゼフソン素子の側面を当該絶縁膜で確実に保護する
ためである。したがって換言すれば、絶縁膜によってジ
ョゼフソンぶ子の側面が完全に保護されるとの保証が得
られる場合には、上記要旨構成中に見られるように、Ｌ
都電極上に残っている残存フォト・レジストに対し、同
等加工を施すことなく、直ちに絶縁膜形成工程に移って
良い。

〈実　施　例〉 第１図には本発明を適用したジョゼフソン・コンタクト
形成方法の望ましい一実施例の工程図が示されている。

第１図（Ａ）から第１図（Ｂ）までの工程は、先に従来
例に即して述べた第２図（Ａ）から第２図ＣＢ）に至る
工程と同様で良い。

すなわち、１く示しないウェハのにの大域的面積部分、
一般に全面のＩ−に、順にｒ出超電導体１１゜トンネル
障壁層１２、に部趙−に導体１３を形成して一つの大き
なジョゼフソン接合構造体１０を構築し、その後、これ
から必要個数のジョゼフソン素子を所定個所に切り出す
ため、上部ａ電導体１３の表面全面に塗布したフォト・
レジストをパターニングし、ジョゼフソン素子を形成す
る部分に残存フォト・レジスト２０を残す。

この状態が第１図（Ａ）に示される状態であり。

その後、これをニー２チング・マスクとしてＩ−二部超
電導体１３、トンネル障壁層１２．そしてＦ部超゛市導
体１１の所定の厚味分をニー２チング除去し、個々のジ
ョゼフソン素子３０を形成す゛る。このようにした状態
が第１図（Ｈ）である、ただし、各図中には切り出され
たジョゼフソン素子３０は筒中のため、一つじか示して
いない。

未発Ｉｌｌの要旨構成によれば、第１図（Ｂ）の工程か
ら後述の第１図（Ｄ）の「程に直接に移っても良いが、
この申ましい一実施例ではその前に、第１図（Ｃ）に示
される前処理をする。

それは、切り出された各ジョゼフソン素ｆ−３０の上部
ＦＬ極３３の１−に堆積したまま残っている残存フォト
・レジスト２０のエツチング処理である。

すなわち、残存フォト・レジスト２０の主として側部の
肉厚を若干、適当なるエツチング法、例えば酸素プラズ
マによる反応性イオン・エツチング法で除去し、第１図
（Ｃ）に示されるように、■二部電極３３の表面がその
周縁部にて露出するように図る。この露出部分は、同図
中において上方露出縁部３４として示されているが、こ
れは換言すれば、残存フォト・レジスト２０を横方向内
方に距＠１だけ、削って後退させた結果である。ここに
おいてなお残っている残存フォト・レジストには、先の
削る前のフォト・レジスト２０と図面的には区別するた
め、符号２０゛　を付している。

このように、残存フォト・レジスト２０に対して前処理
を施し、ジョゼフソン素子３０の上部電極３３の周縁部
３４を露出させる寸法の残存フォト・レジスト２０°と
じた後、ジョゼフソン素子３０の周囲から１、方に掛け
て・連に絶縁膜４０を形成する。一般にはウェハ全面の
１−に絶縁膜４０を形成するような感じになる。

本発明の場合は、この絶縁膜４０は、ジョゼフソンＪ４
３０のに部′市極３３のＬに乗っている残存フォト・レ
ジスト２０゛　の全面なまで全て覆うように、被覆性の
良い材料や製法を選んで形成されたものであって良く、
　さらには必要に応じて高温処理が適用されたものであ
っても良い。

こうした状態が第１図（Ｉ））に示されているが、先の
前処理によって残存フォト・レジスト２０に横方向エツ
チング処理ｔをして置くと、このように絶縁膜４０を形
成したときに、ジョゼフソン素子３０の側部を確実に覆
うことができて好ましい。

但し本発明の要旨構成中に見られるように、第１図（Ｃ
）に示す工程を省略してもジョゼフソン素ｒの側部絶縁
が確実に取れるとの保証が得られる場合には、もちろん
、第１図（Ｂ）に示される■二程から直ちにこの第１図
（Ｄ）に示される工程に移って良い。

この第１図（Ｄ）に示される工程に引き続いては、第１
図（Ｅ）に示されるように、大域的面積部分のし、一般
に全面上に、適当な材質のフォト・レジスト膜５０を塗
布する。

この際、当該フォト・レジス）Ｋ！５０には流動性のあ
るものを選び、その流動性によって塗布後、表面５１が
平坦化するように図るのが望ましい。

その後、当該フォト・レジスト膜５０を厚味方向にエツ
チングする。この場合、ジョゼフソン素ｆのＩ一部では
膜厚が薄いため、他の部分より１？〈絶縁膜４０が露出
する。

この状態以降も、フォト・レジスト膜５０と絶縁１模４
０のニー２チング速度が等しくなる条件でエツチングを
続ければ、常に表面の？坦構造を保ちながらエツチング
を進めることができる。

そして、やがてのことにジョゼフソン素ｆ−３０の横に
堆積している絶縁膜４０の表面が露出した時にエツチン
グを停止すれば、第１図（Ｆ）に示されるように、ジョ
ゼフソン素子」一部電極３３の１−に堆積し残っている
残存フォト・レジスト２０゛（または２０）が露出する
状態を得ることができる８図中ではこの露出表面に符号
２１を付している。

したがって、この状態から適当な溶剤を選択してのエツ
チング、ないしは酸素プラズマ・エツチング等を適用し
、ジョゼフソン素子−り部電極３３のＬの残存フォト・
レジストのみを選択的に除去すれば、第１図（Ｇ）に示
すように、ジョゼフソン素ｒ、ｌ：部゛１ニ極３３とセ
ルフ・アラインで形成されたコンタクト・ホール６０を
得ることができる。

その後は通常の配線層形成技術により、第１図（Ｈ）に
示されるように所望のパターンに即して配線層７０を形
成すれば、所求のジョゼフソン・コンタクトの形成を絆
わる。

１−記実施例においては未発１５Ｎを適用する対象とな
るジョゼフソン接合構造体１０はウェハの全面または少
なくとも大域的面積部分に一連に形成されたものを予定
したが、少な（ともそれからジョゼフソンＪ−ｆをエツ
チングにより切出すものであれば、ウェハのＩ−、に部
分的に形成されたものでも、なべて未発ＩＪＪの適用を
受けることができる。

また、本発明の場合、ジョゼフソン素子３０の１一部電
極３３の１−に形成されているフォト・レジスト２０ま
たは２０゛の厚味は原理的には無関係である。

したがって必要なだけ薄くも厚くもできる。

その結果、その七にさらに形成される絶縁Ｗ２４０の被
覆状態も、原理的には無関係となる。当該絶縁膜４０が
フォト・レジスト２０または２０°の全部を完全に内包
していても良いし、一部段νＪれを置こしていても何等
、差支えない。

さらに、最も望ましくは？坦構造を保ちながらフォト・
レジスト膜５０のエツチングが進められ。

その結果、絶縁膜４０の−Ｌに形成される配線層７０等
も段切れのおそれもない平坦構造とし得ることであり、
そのためには１−記実施例中に見られるように、フォト
・レジスト１ｌＱ５０のエツチングをジョゼフソン素子
３０の横に堆積している絶縁膜４０の表面が露出するま
で続けることであるが、これも原理的には限定的なこと
ではない、残存フォト・レジメ）２０または２０゛の一
部が露出すれば適当な所で止めても良い。

〈発明の効果〉 未発ＩＪ１はジョゼフソン素子の特にｌ一部電極に対し
、セルフ・アラインでコンタクトを形成する方法として
、従来のリフト・オフ法のような欠点を伴わない優秀な
方法を提供することができる。列記すれば以下の通りで
ある。

■リフト・オフ法を使用しないので、フォト・レジスト
のｎｆ溶性を必須とはしない。したがって材料の任意選
択自由度が増す。

■同様に高温処理がｉｒｒ能となるため、微細加−ＩＨ
ｙ適した高度なリソグテフィ技術、プロセス技術の応用
が可ず駈となる。

■絶縁膜の形成にも自由度が増し、プロセスや材料の選
択性も良好となるため、その本来の機能に鑑みて被覆性
の良い、そして欠陥の少ない、良好な特性の絶縁膜を使
用することができる。

具体的には例えば、リフト・オフ法では決して適用する
ことのできなかった気相Ｊ７１法やスパッタ法等も、何
重支障なく適用することが１１ｆ能となる。

■ジョゼフソン、起了−Ｊ一部電極−Ｌに堆積し残すフ
ォト・レジスト２０または２０゛の断面形状も、リフト
・オフ法における場合のようには厳しく制御する必要が
ないから、この点からもジョゼフソン素子の微細化に良
く追従することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発ＩＪＪのジョゼフソン・コンタクト形成方
法の望ましい一実施例の−Ｌ程図、第２図は従来のリフ
ト・オフ法によるジョゼフソン・コンタクト形成方法の
ｒ程図、である。 図中、１０はジョゼフソン接合構造体、２０．２０’は
残存フォト・レジスト、３０はジョゼフソン素子。 ３１はド部電極、３２はトンネル障壁、３３はＬ部゛心
極、４０は絶縁膜、５０はフォト・レジスト膜、６０は
コンタクト・ホール、７０は配線層、である。 指定代理人　　　　　　工業技術院 電−ｆ技術総合研究ｆ！ム 鴫 佐藤孝モ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一つのジョゼフソン接合構造体を所定パターンに即して
   エッチングすることにより形成されたジョゼフソン素子
   の上部電極に対し、ジョゼフソン・コンタクトを形成す
   る方法であって； 上記ジョゼフソン素子を上記形成する際にエッチング・
   マスクとして使用した上記上部電極上の残存フォト・レ
   ジストを残したまま、または該残存フォト・レジストに
   横方向内方へのエッチングを施して上記ジョゼフソン素
   子上部電極の周縁部を露出させる寸法の残存フォト・レ
   ジストとした後、上記ジョゼフソン素子の周囲から上方
   に掛けて一連に絶縁膜を形成する工程と； 該絶縁膜の上に一連にフォト・レジスト膜を形成する工
   程と； 該フォト・レジスト膜をエッチングし、上記残存フォト
   ・レジストを露出させる工程と； 該表面が露出した残存フォト・レジストを除去すること
   によりを記ジョゼフソン素子の上部電極とセルフ・アラ
   インでコンタクト・ホールを形成する工程と； 該コンタクト・ホールを介し上記ジョゼフソン素子の上
   部電極に対して導通を取る配線層を形成する工程と； を含んで成ることを特徴とするジョゼフソン・コンタク
   トの形成方法。