JPS6377175A - ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン接合素子の製造方法Info
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- JPS6377175A JPS6377175A JP61222405A JP22240586A JPS6377175A JP S6377175 A JPS6377175 A JP S6377175A JP 61222405 A JP61222405 A JP 61222405A JP 22240586 A JP22240586 A JP 22240586A JP S6377175 A JPS6377175 A JP S6377175A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
(J!2i’)
本発明は対向電極/トンネルバリア膜/基部電極からな
るジョセフソン接合素子の製造方法において、ジョセフ
ソン接合領域を除いて対向電極形成用の超伝導金属膜を
陽極酸化して酸化膜を形成することによりジョセフソン
接合素子領域の面積を画定し、該対向jti極にコンタ
クトするため、ドライエツチングにより層間絶縁膜に開
口部を設けるときには、該陽極酸化膜をエツチングのス
トッパとして用いることによりジョセフソン接合領域の
面積よりも広い面積の窓開けを可f針とする。これによ
り微細構造のジョセフソン接合素子を再現性よく、容易
に製造することが可能となる。
るジョセフソン接合素子の製造方法において、ジョセフ
ソン接合領域を除いて対向電極形成用の超伝導金属膜を
陽極酸化して酸化膜を形成することによりジョセフソン
接合素子領域の面積を画定し、該対向jti極にコンタ
クトするため、ドライエツチングにより層間絶縁膜に開
口部を設けるときには、該陽極酸化膜をエツチングのス
トッパとして用いることによりジョセフソン接合領域の
面積よりも広い面積の窓開けを可f針とする。これによ
り微細構造のジョセフソン接合素子を再現性よく、容易
に製造することが可能となる。
本発明はジョセフソン接合素子の製造方法に関するもの
であり、更に詳しく言えば微細構造のジョセフソン接合
素子の製造方法に関するものである。
であり、更に詳しく言えば微細構造のジョセフソン接合
素子の製造方法に関するものである。
最近、ジョセフソン接合素子の電極材料は、従来の鉛合
金から高融点金属であるNbやNb化合物(例えば、N
b N)に変わり、これにより素子の安定性が飛躍的に
向上している。特にNb/Anon/Nb接合は電気的
特性も良好で、集積回路への応用が盛んに研究されてい
る。しかし回路の集植度を上げるためには、1gm径程
度の微細な接合を作成することが必要となる。
金から高融点金属であるNbやNb化合物(例えば、N
b N)に変わり、これにより素子の安定性が飛躍的に
向上している。特にNb/Anon/Nb接合は電気的
特性も良好で、集積回路への応用が盛んに研究されてい
る。しかし回路の集植度を上げるためには、1gm径程
度の微細な接合を作成することが必要となる。
(従来の技術〕
第3図は従来例に係るジョセフソン接合素子の構造を示
す断面図である。この接合素子の製造方法を説明すると
、まずS1基板l上に、膜厚200〜300nmの基部
電極2用の第1の超伝導金属1g!(Nb1gり、極め
て薄いトンネルバリア膜(All−AIOz l1l)
3 、膜厚’200nmの対向電極4用の第2の超伝
導金f!l1fJ(Nb膜)4が同一真空層内で連続成
膜された後に、それぞれの電極パターンがHIE加工等
により形成される。
す断面図である。この接合素子の製造方法を説明すると
、まずS1基板l上に、膜厚200〜300nmの基部
電極2用の第1の超伝導金属1g!(Nb1gり、極め
て薄いトンネルバリア膜(All−AIOz l1l)
3 、膜厚’200nmの対向電極4用の第2の超伝
導金f!l1fJ(Nb膜)4が同一真空層内で連続成
膜された後に、それぞれの電極パターンがHIE加工等
により形成される。
次いで層間絶縁膜としての5i02膜やs、o6を成膜
した後に、コンタクトホール6をRIE加工等により形
成する。最後にf1!、線層7としてのNb膜を成膜し
た後にパターン形成する。
した後に、コンタクトホール6をRIE加工等により形
成する。最後にf1!、線層7としてのNb膜を成膜し
た後にパターン形成する。
ところでこの製造方法によれば、コンタクトホール6は
対向電極のパターン内に設ける必要がある。もしコンタ
クトホールの形成位置が対向電極パターンより外側には
みだすと、配線7と基部電極2とが電気的に短絡して正
常な接合素子特性が得られなくなる。このため露光時の
位置合せ余裕を含め、コンタクトホール6の大きさは接
合領域(すなわち対向電極の領域)よりもある程度小さ
くする必要がある。ところがコンタクトホール6を再現
性よく適正に形成するためには一定の大きさく例えばI
uLm)以上の寸法が要求されるので、寸法がIJLm
程度の接合よ子を形成することは極めて困難である。
対向電極のパターン内に設ける必要がある。もしコンタ
クトホールの形成位置が対向電極パターンより外側には
みだすと、配線7と基部電極2とが電気的に短絡して正
常な接合素子特性が得られなくなる。このため露光時の
位置合せ余裕を含め、コンタクトホール6の大きさは接
合領域(すなわち対向電極の領域)よりもある程度小さ
くする必要がある。ところがコンタクトホール6を再現
性よく適正に形成するためには一定の大きさく例えばI
uLm)以上の寸法が要求されるので、寸法がIJLm
程度の接合よ子を形成することは極めて困難である。
そこで第4図(a)〜(C)に示すような接合構造のジ
ョセフソン接合素子が提案されている(Morohas
hi et al、Appl、Phyg、Lett−V
ol、48.No、3、P254〜P258,1988
) 、以下、この接合素子の製造方法を説明する。
ョセフソン接合素子が提案されている(Morohas
hi et al、Appl、Phyg、Lett−V
ol、48.No、3、P254〜P258,1988
) 、以下、この接合素子の製造方法を説明する。
(a)まず基板8上に基部電極9用のNb膜、トンネル
バリア膜lO用のAM−AJLOxM、対向電極ll用
のNb膜を同一真空層内で連続成膜した後、レジスト膜
12をマスクとしてRIE加工により対向電極11をパ
ターン形成し、更にArスパッタリングによりAn−A
IOxを除去する0次いで露出したNb1l!2(基部
電極9)を陽極酸化する。このときの印加電圧は10〜
20Vで、形成される陽極酸化膜は20〜40nmであ
る。
バリア膜lO用のAM−AJLOxM、対向電極ll用
のNb膜を同一真空層内で連続成膜した後、レジスト膜
12をマスクとしてRIE加工により対向電極11をパ
ターン形成し、更にArスパッタリングによりAn−A
IOxを除去する0次いで露出したNb1l!2(基部
電極9)を陽極酸化する。このときの印加電圧は10〜
20Vで、形成される陽極酸化膜は20〜40nmであ
る。
(b)次にエツチングストッパ14として膜厚20〜4
0nmのA文膜を蒸着により形成し、アセトンによって
レジスト膜12を除去することによりパターン形成する
。
0nmのA文膜を蒸着により形成し、アセトンによって
レジスト膜12を除去することによりパターン形成する
。
(C)次いでスパッタ又はCVD法等により居間絶縁P
tJisとしての810?膜を形成し、CHF3反応ガ
スを用いてRIE加工によりコンタクトホール16を形
成する。このときAn膜はエツチングストッパとして南
くので、コンタクトホール径が接合領域より大きくても
、陽極酸化膜13が露出することはない、次に配線層1
7としてNbをスパッタ法で成膜した後、パターン形成
する。
tJisとしての810?膜を形成し、CHF3反応ガ
スを用いてRIE加工によりコンタクトホール16を形
成する。このときAn膜はエツチングストッパとして南
くので、コンタクトホール径が接合領域より大きくても
、陽極酸化膜13が露出することはない、次に配線層1
7としてNbをスパッタ法で成膜した後、パターン形成
する。
このように、この製造方法によればジョセフソン接合の
寸法を、コンタクトホールの大Jさに制限されることな
く、極めて小さくすることができる。
寸法を、コンタクトホールの大Jさに制限されることな
く、極めて小さくすることができる。
しかし、その方法には次のような問題点がある。
(1)第4図(a)に示す対向電極11をRIE加工に
より形成するとき、サイドエツチングにより側面が削ら
れて実質的に接合面積が減少する。
より形成するとき、サイドエツチングにより側面が削ら
れて実質的に接合面積が減少する。
特に接合寸法がIgm程度になると、サイドエツチング
琶のバラツキや再現性が接合面積に大きく影響する。
琶のバラツキや再現性が接合面積に大きく影響する。
(2)エツチングストッパ14としてのA I IIは
20〜40nmの膜厚で蒸着により形成されるが、ウェ
ハー内に多数個の接合をつくる場合、すフトオフにより
レジスト1112上のAu1lをすべて完全に除去する
ことが困難である。それはレジスト膜12をマスクとし
てRIE法により対向電極やトンネルバリア膜をエツチ
ングするときのプラズマにより該レジスト膜12がダメ
ージを受けたり、あるいはレジスト膜自体もエツチング
されて膜減りが生じているからである。Al!gがリフ
トオフで完全に除去されない場合や、A11Jのパリが
生ずる場合には、他の配線膜の断線や配線間のショート
を招く原因となる。
20〜40nmの膜厚で蒸着により形成されるが、ウェ
ハー内に多数個の接合をつくる場合、すフトオフにより
レジスト1112上のAu1lをすべて完全に除去する
ことが困難である。それはレジスト膜12をマスクとし
てRIE法により対向電極やトンネルバリア膜をエツチ
ングするときのプラズマにより該レジスト膜12がダメ
ージを受けたり、あるいはレジスト膜自体もエツチング
されて膜減りが生じているからである。Al!gがリフ
トオフで完全に除去されない場合や、A11Jのパリが
生ずる場合には、他の配線膜の断線や配線間のショート
を招く原因となる。
本発明はかかる従来の間層点に鑑みて創作されたもので
あり、微細構造のジョセフソン接合素子を再現性良く、
かつ容易に形成することを可能とする製造方法の提供を
目的とする。
あり、微細構造のジョセフソン接合素子を再現性良く、
かつ容易に形成することを可能とする製造方法の提供を
目的とする。
第1図は本発明の製造方法によって形成されるジョセフ
ソン接合素子の構造断面図である0図において18は5
1基板であり、その上に基部電極24、トンネルバリア
!l125および対向電極27からなるジョセフソン接
合が形成されている。また26は陽極酸化膜、28は層
間絶縁膜であり、配線W230は該層間絶縁[28に形
成されたコンタクトホール29を介して対向電極27に
コンタクトしている。
ソン接合素子の構造断面図である0図において18は5
1基板であり、その上に基部電極24、トンネルバリア
!l125および対向電極27からなるジョセフソン接
合が形成されている。また26は陽極酸化膜、28は層
間絶縁膜であり、配線W230は該層間絶縁[28に形
成されたコンタクトホール29を介して対向電極27に
コンタクトしている。
対向電極27の寸法は、該対向電極材料の超伝導金属を
陽極酸化する工程により一義的に決定される。
陽極酸化する工程により一義的に決定される。
また陽極酸化工程で形成された陽極酸化膜26は層間絶
縁膜28のコンタクトホール29を形成する際のエツチ
ングスト7パとしての役割を果たす、これによりコンタ
クトホール29の寸法の大きさに依存しない極めて微細
な構造のジョセフソン接合素子を形成することができる
。
縁膜28のコンタクトホール29を形成する際のエツチ
ングスト7パとしての役割を果たす、これによりコンタ
クトホール29の寸法の大きさに依存しない極めて微細
な構造のジョセフソン接合素子を形成することができる
。
次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合素子
の製造方法を説明する断面図である。
。第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合素子
の製造方法を説明する断面図である。
(1)まずSi基板18上にNb[19,A又−A見O
!膜20およびNb [21を同一真空層内で順次、連
続成膜する。このときNb膜はdc又はrfマグネトロ
ンスパッタで成膜し、Nb1lQ19は200〜300
n m 、 N b膜21は30〜1100nの膜厚
である。またAnはdc又はrfスパッタ法により3〜
10nmで成膜し、その後、酸素を導入してA1表面に
A交0!を形成する。
!膜20およびNb [21を同一真空層内で順次、連
続成膜する。このときNb膜はdc又はrfマグネトロ
ンスパッタで成膜し、Nb1lQ19は200〜300
n m 、 N b膜21は30〜1100nの膜厚
である。またAnはdc又はrfスパッタ法により3〜
10nmで成膜し、その後、酸素を導入してA1表面に
A交0!を形成する。
なおS、基板18とNb膜19との間に、熱酸化膜、超
伝導接地面膜、絶!f膜又は抵抗等が形成されていても
よい(第2図(a))。
伝導接地面膜、絶!f膜又は抵抗等が形成されていても
よい(第2図(a))。
(2)次いでレジス)v22をパターニングした後、該
レジスト[22をマスクとしてNbv21の陽極酸化を
行いNb2O5膜23を形成する(!182図(b))
、このときの電界液としてエチレングリコールとホウ酸
アンモニウムの混合液を用いる。陽極酸化されるNb1
lQの膜厚は印加電圧によって決定される。すなわちl
vでは0゜9nmのNb膜が消費される(但し、このと
き2 、3 n m)1205 Mが形成される。)ノ
テ、30−100 n mのNb 1lQ21をすべて
陽極酸化するためめ゛には印加電圧は35〜120v必
要である。なおNb 1121だけではなく、その下の
Ai−A立O!膜20やNb膜19の一部が陽極酸化さ
れてもよい。
レジスト[22をマスクとしてNbv21の陽極酸化を
行いNb2O5膜23を形成する(!182図(b))
、このときの電界液としてエチレングリコールとホウ酸
アンモニウムの混合液を用いる。陽極酸化されるNb1
lQの膜厚は印加電圧によって決定される。すなわちl
vでは0゜9nmのNb膜が消費される(但し、このと
き2 、3 n m)1205 Mが形成される。)ノ
テ、30−100 n mのNb 1lQ21をすべて
陽極酸化するためめ゛には印加電圧は35〜120v必
要である。なおNb 1121だけではなく、その下の
Ai−A立O!膜20やNb膜19の一部が陽極酸化さ
れてもよい。
(3)次いで不図示の別のレジスト膜をマスクとしてR
IE加工によりNb+Os膜23.A交−A交0xW2
’20.およびNb膜19をエツチングして、基部電極
24.トンネルバリア膜25.陽極酸化膜26.対向電
極27を形成する(第2図(C))、このときの反応ガ
スは、それぞれNb2O5’ mにはCHF3.A l
−A I O!”膜にはAr。
IE加工によりNb+Os膜23.A交−A交0xW2
’20.およびNb膜19をエツチングして、基部電極
24.トンネルバリア膜25.陽極酸化膜26.対向電
極27を形成する(第2図(C))、このときの反応ガ
スは、それぞれNb2O5’ mにはCHF3.A l
−A I O!”膜にはAr。
Nb膜にはCFa+5%02を用いる。
(4)次に居間絶縁膜28として膜厚400〜500n
mのS皇O2膜をスパッタ法、CVD法等で形成する(
第2図(d))。
mのS皇O2膜をスパッタ法、CVD法等で形成する(
第2図(d))。
(5)次いで不図示のレジス)119をマスクとじてR
IE加工よりコンタクトホール29を形成する0反応ガ
スとしてはCHF3を用いるが、ガス圧が15 mTo
rrc7)とき、m−/チングレートは、Si 02膜
、 NbzOs 膜、 N b WJ ニ対しソJl”
し30 、15 。
IE加工よりコンタクトホール29を形成する0反応ガ
スとしてはCHF3を用いるが、ガス圧が15 mTo
rrc7)とき、m−/チングレートは、Si 02膜
、 NbzOs 膜、 N b WJ ニ対しソJl”
し30 、15 。
5nm/分である。このためNbzOs Mからなる陽
極酸化膜26はエツチングストッパとして働くので、接
合領域よりも広いコンタクトホールを形成することがで
きる(第2図(e) )。
極酸化膜26はエツチングストッパとして働くので、接
合領域よりも広いコンタクトホールを形成することがで
きる(第2図(e) )。
(8)次にAr中でスパッタクリーニングすることによ
り対向電極27の表面の薄い酸化膜を除去した後に、膜
厚500〜800 nmノNb !!!からなる配線膜
30を形成した後にパターン加工する(第2図(f)
) 。
り対向電極27の表面の薄い酸化膜を除去した後に、膜
厚500〜800 nmノNb !!!からなる配線膜
30を形成した後にパターン加工する(第2図(f)
) 。
このように本発明の実施例によればNb膜21を陽極酸
化することにより一義的に接合領域を決定できるので、
接合寸法の精度が向上する。
化することにより一義的に接合領域を決定できるので、
接合寸法の精度が向上する。
また陽極酸化により形成されたNb2O5膜23をコン
タクトホール29を形成するときのエツチングストッパ
として利用できるので、コンタクトホール径に依存しな
い極めて微細構造のジョセフソン接合素子を、ウェハ上
に均一に、かつ再現性良く形成することができる。
タクトホール29を形成するときのエツチングストッパ
として利用できるので、コンタクトホール径に依存しな
い極めて微細構造のジョセフソン接合素子を、ウェハ上
に均一に、かつ再現性良く形成することができる。
以上説IJI したように、本発明によればRIE加工
することなく、陽極酸化工程のみで対向電極の領域、す
なわち接合領域を決定することができるので、接合領域
の寸法の精度は向上する。また該陽極酸化膜をコンタク
トホール形成時のエツチングストッパとして利用するこ
とができるので、コンタクトホール径に依存しない極め
て微細構造のジョセフソン接合素子を、再現性良く容易
に形成することができる。
することなく、陽極酸化工程のみで対向電極の領域、す
なわち接合領域を決定することができるので、接合領域
の寸法の精度は向上する。また該陽極酸化膜をコンタク
トホール形成時のエツチングストッパとして利用するこ
とができるので、コンタクトホール径に依存しない極め
て微細構造のジョセフソン接合素子を、再現性良く容易
に形成することができる。
第1図は本発明の製造方法によって作成されるジョセフ
ソン接合素子の断面図、 第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合素子の
製造方法を説IJ1する断面図。 第3図は従来例の製造方法を説明する断面図、第4図は
別の従来例の製造方法を説明する断面図である。 (符号の説明) 1.8.18・・・51基板、 2.9.24・・−基部電極、 3.10.25・・・トンネルバリア膜、4.11.2
7・・・対向電極、 5.15.28・・・層間絶縁膜。 6.16.29・・・コンタクトホール、7.17.3
0・・・配m膜、 12.22・・・レジスト膜。 13.26・・・陽極酸化膜、 14・・・エツチングストッパ、 19.21・・・Nb膜、 2O−AfL−AlOx膜、 23・・・Nb2O5膜。 木・≧s% 1て、′釈 しご自丁嬶り コ第1図 に足朶薫l自J塚i口 第3図 (ユン (り) (C) 、VS L月のN(さ寿ビイ万]]毛か月S目第2図(
iの1) (d、) (I) (、f) 木殴叩を曾覚伊を克肯て 第2図(I2)
ソン接合素子の断面図、 第2図は本発明の実施例に係るジョセフソン接合素子の
製造方法を説IJ1する断面図。 第3図は従来例の製造方法を説明する断面図、第4図は
別の従来例の製造方法を説明する断面図である。 (符号の説明) 1.8.18・・・51基板、 2.9.24・・−基部電極、 3.10.25・・・トンネルバリア膜、4.11.2
7・・・対向電極、 5.15.28・・・層間絶縁膜。 6.16.29・・・コンタクトホール、7.17.3
0・・・配m膜、 12.22・・・レジスト膜。 13.26・・・陽極酸化膜、 14・・・エツチングストッパ、 19.21・・・Nb膜、 2O−AfL−AlOx膜、 23・・・Nb2O5膜。 木・≧s% 1て、′釈 しご自丁嬶り コ第1図 に足朶薫l自J塚i口 第3図 (ユン (り) (C) 、VS L月のN(さ寿ビイ万]]毛か月S目第2図(
iの1) (d、) (I) (、f) 木殴叩を曾覚伊を克肯て 第2図(I2)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 第1の超伝導金属膜、トンネルバリア膜および第2の超
伝導金属膜を順次、基板上に重ねて成膜する工程と、 形成すべきジョセフソン接合領域を除き、少なくとも前
記第2の超伝導金属膜を陽極酸化して酸化膜にする工程
と、 全面に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜をドライエッチングし、前記酸化膜をエッチ
ングストッパとして前記ジョセフソン接合領域上に開口
部を形成する工程と、 前記開口部を介して第3の超伝導金属膜にコンタクトす
る第3の超伝導金属膜を形成する工程とを有することを
特徴とするジョセフソン接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61222405A JPH0634417B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61222405A JPH0634417B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6377175A true JPS6377175A (ja) | 1988-04-07 |
JPH0634417B2 JPH0634417B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=16781861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61222405A Expired - Lifetime JPH0634417B2 (ja) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0634417B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04246871A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-09-02 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | ジョセフソン集積回路の製造方法 |
-
1986
- 1986-09-19 JP JP61222405A patent/JPH0634417B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04246871A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-09-02 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | ジョセフソン集積回路の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0634417B2 (ja) | 1994-05-02 |
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