RU2733330C1 - Method of making devices with thin-film tunnel junctions - Google Patents
Method of making devices with thin-film tunnel junctions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733330C1 RU2733330C1 RU2019123125A RU2019123125A RU2733330C1 RU 2733330 C1 RU2733330 C1 RU 2733330C1 RU 2019123125 A RU2019123125 A RU 2019123125A RU 2019123125 A RU2019123125 A RU 2019123125A RU 2733330 C1 RU2733330 C1 RU 2733330C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resist
- film
- groove
- normal
- angle
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 27
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 43
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 24
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к изготовлению тонкопленочных туннельных переходов, джозефсоновских переходов, структур типа сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС), структур типа сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН), структур типа металл-изолятор-металл (МИМ).The invention relates to the field of superconducting microelectronics, in particular to the manufacture of thin-film tunnel junctions, Josephson junctions, structures of the superconductor-insulator-superconductor (SIS) type, structures of the superconductor-insulator-normal metal (SIN) type, metal-insulator-metal (MIM) structures ).
Известен способ-аналог: изготовление СИС туннельного перехода с разрывом вакуума [1]. По этому способу т.н. раздельной технологии выполняют следующие операции: выполняют обратную литографию, наносят первый слой металла, взрывают фоторезист, делают вторую литографию, чистку, окисление, нанесение верхней пленки металла, взрыв резиста. Недостатком аналога является низкое качество туннельного барьера за счет нарушения вакуума перед нанесением верхнего слоя туннельного перехода и необходимость проведения, как минимум, двух раздельных операций фото- или электронной литографии с необходимостью совмещения слоев.The known method is analogous: the manufacture of SIS tunnel junction with a vacuum break [1]. By this method, the so-called. In the separate technology, the following operations are performed: reverse lithography, the first metal layer is applied, the photoresist is blown up, the second lithography is done, cleaning, oxidation, the application of the upper metal film, the resist explosion. The disadvantage of the analogue is the low quality of the tunnel barrier due to the violation of the vacuum prior to the deposition of the upper layer of the tunnel junction and the need for at least two separate photo- or electron lithography operations with the need to align the layers.
Известен способ-аналог: изготовление СИС трехслойной структуры Гурвича, которая формируется без нарушения вакуума через окно в фоторезисте [2]. Это наиболее распространенная технология получения высококачественных туннельных переходов напыления в едином вакуумном цикле, в которой после напыления первого слоя металла производят его оксидирование в той же камере в атмосфере кислорода при определенном давлении, затем продолжают откачку и наносят второй слой пленки металла. Недостатком аналога является одинаковая форма верхнего и нижнего слоев сверхпроводника, что требует выполнения дополнительного этапа фотолитографии при формировании сложных схем.The known method is analogous: the manufacture of the SIS three-layer structure of Gurvich, which is formed without breaking the vacuum through a window in the photoresist [2]. This is the most common technology for obtaining high-quality spray tunnel junctions in a single vacuum cycle, in which, after spraying the first metal layer, it is oxidized in the same chamber in an oxygen atmosphere at a certain pressure, then pumping is continued and the second metal film layer is applied. The disadvantage of the analog is the same shape of the upper and lower layers of the superconductor, which requires an additional stage of photolithography when forming complex circuits.
Известен способ-аналог: изготовление сверхпроводниковых туннельных переходов и одноэлектронных транзисторов Долана теневым напылением под двумя углами через подвешенную маску из электронного резиста [3] для уменьшения количества этапов литографии. В этой технологии двухслойная маска используется для напыления под разными углами двух слоев металла. Окисление нижнего слоя алюминия в процессе изготовления позволяет получить, в частности, джозефсоновские туннельные переходы высокого качества. Недостатком метода является наличие висячего мостика из резиста, что снижает воспроизводимость и надежность изготовления и не позволяет проводить ионную чистку подложки перед напылением пленок.The known method is analogous: the manufacture of superconducting tunnel junctions and single-electron Dolan transistors by shadow sputtering at two angles through a suspended mask of an electronic resist [3] to reduce the number of stages of lithography. In this technology, a two-layer mask is used to spray two layers of metal at different angles. Oxidation of the lower aluminum layer during the manufacturing process makes it possible to obtain, in particular, high quality Josephson tunnel junctions. The disadvantage of this method is the presence of a suspended resist bridge, which reduces the reproducibility and reliability of manufacture and does not allow ionic cleaning of the substrate before the deposition of films.
Известен способ-аналог: изготовление туннельных переходов теневым напылением без подвешенных мостиков резиста через однослойную маску толстого резиста под двумя углами и с двух разных направлений [4]. Маска резиста содержит две перекрещивающиеся канавки в резисте, в одну из которых напыляется и окисляется первая пленка, при этом вторая остается незапыленной за счет большой высоты резиста и напыления под углом, затем производится напыление с другого ортогонального направления, также под углом к подложке, за счет чего запыляется только вторая канавка. После удаления резиста с напыленными пленками на подложке остается искомая структура туннельного перехода с отходящими под прямым углом выводами. Недостатком метода является наличие очень узких подводящих проводников, что ухудшает теплоотвод и увеличивает паразитное последовательное сопротивление цепи, а также опасность возникновения разрывов и закороток на торцах за счет наклонного профиля однослойного резиста. Похожая топология перекрещивающихся канавок и напыления с разных направлений использована в патентах [5, 6] с использованием двухслойного резиста и образованием паразитных теней в виде полосок тонких пленок.The known method is analogous: the manufacture of tunnel junctions by shadow spraying without suspended bridges of the resist through a single-layer mask of a thick resist at two angles and from two different directions [4]. The resist mask contains two intersecting grooves in the resist, into one of which the first film is sprayed and oxidized, while the second remains dust-free due to the high height of the resist and deposition at an angle, then deposition is performed from another orthogonal direction, also at an angle to the substrate, due to which only the second groove becomes dusty. After removal of the resist with the deposited films, the desired structure of the tunnel junction with leads extending at right angles remains on the substrate. The disadvantage of this method is the presence of very narrow supply conductors, which worsens the heat dissipation and increases the parasitic series resistance of the circuit, as well as the risk of breaks and short circuits at the ends due to the inclined profile of the single-layer resist. A similar topology of intersecting grooves and sputtering from different directions is used in patents [5, 6] with the use of a two-layer resist and the formation of parasitic shadows in the form of strips of thin films.
Известен способ-аналог [7], в котором для формирования правильного профиля двухслойного резиста с разной формой профиля с разных сторон применяется двойная экспозиция двухслойного резиста с меньшей дозой и большей площадью для нижнего резиста и меньшей площадью и большей дозой для верхнего резиста.There is a known analogue method [7], in which to form the correct profile of a two-layer resist with a different profile shape from different sides, a double exposure of a two-layer resist with a lower dose and a larger area for the lower resist and a smaller area and a higher dose for the upper resist is used.
Известен способ-прототип [8] изготовления устройств с тонкопленочными сверхпроводниковыми переходами методом теневого напыления под тремя углами, состоящий из нанесения двух слоев резиста, экспозиции, проявления этих слоев резиста, напыления первого слоя нормального металла или сверхпроводника под прямым углом к подложке, окисления для формирования туннельного барьера, напыления второго слоя пленки сверхпроводника под углом к нормали, взрывания резиста, отличающийся тем, что напыление верхней пленки сверхпроводника производится под двумя разными углами +ϕ и -ϕ с разных сторон от нормали так, что обе пленки сверхпроводника перекрывают необходимый зазор и образуют единый сверхпроводящий слой, между нормальным металлом и сверхпроводником формируется туннельный контакт, при этом углы нанесения выбирают по формуле tgϕ≤t/(L+w), где t=tl+t2 - суммарная толщина двухслойного резиста, w - ширина нижнего электрода, L - глубина подтрава. Недостатком способа является использование ненадежного висячего мостика резиста, что снижает воспроизводимость изготовления переходов, ограничивает площадь и точность размеров туннельных переходов, невозможность создания переходов меньше 0.1 мкм2.There is a known prototype method [8] for manufacturing devices with thin-film superconducting junctions by the method of shadow deposition at three angles, consisting of applying two resist layers, exposure, manifestation of these resist layers, deposition of the first layer of normal metal or superconductor at right angles to the substrate, oxidation to form tunnel barrier, deposition of the second layer of the superconductor film at an angle to the normal, explosion of the resist, characterized in that the deposition of the upper superconductor film is performed at two different angles + ϕ and -ϕ from different sides of the normal so that both superconductor films overlap the required gap and form a single superconducting layer, a tunnel contact is formed between the normal metal and the superconductor, while the deposition angles are chosen according to the formula tgϕ≤t / (L + w), where t = tl + t2 is the total thickness of the two-layer resist, w is the width of the lower electrode, L is the depth of the undercut. The disadvantage of this method is the use of an unreliable suspension bridge of the resist, which reduces the reproducibility of the manufacture of junctions, limits the area and dimensional accuracy of tunnel junctions, the impossibility of creating junctions less than 0.1 μm 2 .
Целью предлагаемого изобретения является: возможность варьирования площади туннельных переходов от 0.01 мкм2 до 1000 мкм2, улучшение точности воспроизведения размеров, повышение надежности и воспроизводимости, улучшение электропроводности и теплопроводности подводящих проводников, расширение диапазона дозы экспозиции электронным литографом с 10% до 50%, возможности проводить ионную чистку подложки перед напылением.The purpose of the invention is: the possibility of varying the area of tunnel junctions from 0.01 μm 2 to 1000 μm 2 , improving the accuracy of reproduction of dimensions, increasing the reliability and reproducibility, improving the electrical conductivity and thermal conductivity of the lead wires, expanding the range of the exposure dose with an electronic lithograph from 10% to 50%, carry out ionic cleaning of the substrate before spraying.
Цель изобретения достигается тем, что в способе изготовления устройств с тонкопленочными сверхпроводниковыми переходами, состоящем из нанесения двух слоев резиста разной чувствительности, экспозиции в электронном литографе, проявления этих слоев резиста, напыления первого слоя нормального металла или сверхпроводника под углом к подложке, окисления для формирования туннельного барьера, напыления второго слоя пленки сверхпроводника или нормального металла под таким же углом к нормали, удаления (взрывания) резиста, отличающийся тем, что напыление нижней (первой) пленки производится в первую канавку в резисте под углом ϕ к нормали, а верхняя (вторая) пленка напыляется во вторую канавку с ортогонального направления после поворота подложки на 90° под таким же углом к нормали, угол наклона ϕ выбирается из соотношения tgϕ≥w/t1, где w - ширина канавки, t1 - толщина верхнего резиста, а толщина t2 нижнего резиста и границы его экспонирования u выбираются из соотношения u≥t2/tgϕ.The purpose of the invention is achieved by the fact that in the method of manufacturing devices with thin-film superconducting junctions, consisting of the deposition of two resist layers of different sensitivity, exposure in an electronic lithograph, the development of these resist layers, the deposition of the first layer of normal metal or superconductor at an angle to the substrate, oxidation to form a tunnel barrier, deposition of the second layer of a superconductor film or normal metal at the same angle to the normal, removal (explosion) of the resist, characterized in that the lower (first) film is deposited into the first groove in the resist at an angle ϕ to the normal, and the upper (second) the film is sprayed into the second groove from the orthogonal direction after the substrate is rotated by 90 ° at the same angle to the normal, the angle of inclination ϕ is chosen from the ratio tanϕ≥w / t 1 , where w is the groove width, t 1 is the thickness of the upper resist, and the thickness t 2 of the lower resist and the boundaries of its exposure u are selected from the ratio u≥t 2 / tanϕ.
Способ характеризуется также тем, что напыление каждой из пленок производится с двух противоположных направлений в первую канавку в резисте под двумя углами с разных сторон от нормали, а вторая пленка напыляется во вторую канавку с ортогонального направления под двумя углами с разных сторон от нормали, углы напыления по отношению к нормали выбираются таким образом, чтобы при напылении первой пленки вдоль одной канавки в резисте, во вторую канавку напыления не происходило, а напыляемая пленка попадала на вертикальные стенки канавки.The method is also characterized by the fact that each of the films is sprayed from two opposite directions into the first groove in the resist at two angles from different sides of the normal, and the second film is sprayed into the second groove from the orthogonal direction at two angles from different sides of the normal, the spraying angles with respect to the normal are selected in such a way that when the first film is sprayed along one groove in the resist, no deposition occurs in the second groove, and the sprayed film falls on the vertical walls of the groove.
Способ характеризуется также тем, что делается двойная экспозиция, первая с меньшей дозой и большей площадью для засветки нижнего чувствительного резиста и вторая с большей дозой и меньшей площадью для засветки верхнего, более чувствительного резиста, при этом меньшая доза выбирается для обеспечения экспонирования только нижнего резиста, а большая - таким образом, чтобы суммарно она была достаточной для экспозиции верхнего резиста.The method is also characterized by the fact that a double exposure is made, the first with a lower dose and a larger area for illumination of the lower sensitive resist and the second with a higher dose and a smaller area for illumination of the upper, more sensitive resist, while a lower dose is selected to ensure that only the lower resist is exposed. and large - in such a way that in total it was sufficient for the exposure of the upper resist.
Предлагаемый способ изготовления устройств с тонкопленочными туннельными переходами, состоящими из двух слоев металла, разделенных туннельным переходом, характеризуется следующей последовательностью операций:The proposed method of manufacturing devices with thin-film tunnel junctions consisting of two metal layers separated by a tunnel junction is characterized by the following sequence of operations:
1. нанесение первого слоя резиста (например, copolymer РММА/МАА) и его запекание (пять минут при температуре 130-170°С),1.application of the first layer of resist (for example, copolymer PMMA / MAA) and baking it (five minutes at a temperature of 130-170 ° C),
2. нанесение второго слоя резиста (например, РММА или ZEP) и его длительное запекание (пять минут при температуре 130-170°С),2.applying a second layer of resist (for example, PMMA or ZEP) and baking it for a long time (five minutes at a temperature of 130-170 ° C),
3. проведение двойной экспозиции для отдельной засветки первого и второго слоя резиста с засвечиванием областей, в которых будет удален резист,3.conducting a double exposure for separate illumination of the first and second layers of the resist with exposure of the areas in which the resist will be removed,
4. селективное проявление первого и второго слоев резиста, получая в итоге ортогональные профили выемок в резисте,4.selective development of the first and second resist layers, resulting in orthogonal profiles of the notches in the resist,
5. напыление первого слоя металла (например, алюминия) вдоль первой канавки в резисте под углом (например, 45°) к подложке,5.spraying the first layer of metal (for example, aluminum) along the first groove in the resist at an angle (for example 45 °) to the substrate,
6. напыление того же металла вдоль первой канавки с противоположного направления (по п. 2),6. spraying the same metal along the first groove from the opposite direction (according to claim 2),
7. окисление этого слоя для формирования туннельного барьера,7.oxidation of this layer to form a tunnel barrier,
8. напыление второго металла (например, меди) с ортогонального направления после поворота на 90° под углом (например, 45°) к подложке вдоль второй канавки в резисте,8.spraying a second metal (for example, copper) from the orthogonal direction after rotating 90 ° at an angle (for example 45 °) to the substrate along the second groove in the resist,
9. напыление второго металла вдоль второй канавки в резисте с противоположного направления, (по п. 2),9. spraying the second metal along the second groove in the resist from the opposite direction, (according to claim 2),
10. удаление двухслойного резиста вместе с напыленными на него пленками.10. Removal of the two-layer resist together with the films deposited on it.
Угол наклона ϕ направления напыления по отношению к вертикали выбирается из соотношения tgϕ≥w/t1, где w - ширина канавки, t1 - толщина верхнего резиста. Толщина t2 нижнего резиста и границы его экспонирования u выбираются из соотношения u≥t2/tgϕ. По этой причине можно независимо устанавливать глубину подтрава нижнего резиста путем отдельной экспозиции меньшей дозой, тогда ограничения на толщину второго резиста снимаются, и он может быть существенно тоньше. Что касается дозы экспозиции, то для стандартных слоев нижнего резиста ММА доза может составлять 150-340 мкКл/см2, а для верхнего РММА доза экспозиции может быть в диапазоне 600-900 мкКл/см2. Для суммарной толщины резистов 1 мкм (t1,=0,2 мкм и t2=0,8 мкм) и ширины канавки 1 мкм угол наклона составляет 45°.The angle of inclination ϕ of the spraying direction with respect to the vertical is selected from the ratio tgϕ≥w / t 1 , where w is the groove width, t 1 is the thickness of the upper resist. The thickness t 2 of the lower resist and the boundaries of its exposure u are selected from the ratio u≥t 2 / tgϕ. For this reason, it is possible to independently set the depth of the undercut of the lower resist by means of a separate exposure with a lower dose, then the restrictions on the thickness of the second resist are removed, and it can be significantly thinner. With regard to the exposure dose, for standard layers of the lower MMA resist, the dose may be 150-340 μC / cm 2 , and for the upper PMMA, the exposure dose can be in the range of 600-900 μC / cm 2 . For a total resist thickness of 1 μm (t 1 = 0.2 μm and t 2 = 0.8 μm) and a groove width of 1 μm, the tilt angle is 45 °.
Сущность изобретения заключается в нанесении двух разных слоев металлических пленок в одном вакуумном цикле и без использования сложной структуры двухслойного электронного резиста с висячим мостиком из этого резиста. Результат достигается по причине напыления пленки на подложку в нужном направлении вдоль соответствующей канавки и напыление на стенку второй канавки с последующим удалением вместе с резистом. В результате на подложке остается только требуемый сверхпроводниковый туннельный переход необходимых размеров с верхним и нижним электродами, сформированными вдоль соответствующих ортогональных канавок в резисте. В успешной практической реализации были использованы углы наклона 45° при напылении пленок алюминия в качестве сверхпроводника и меди, палладия и гафния в качестве нормального металла.The essence of the invention lies in the deposition of two different layers of metal films in one vacuum cycle and without using the complex structure of a two-layer electronic resist with a suspension bridge made of this resist. The result is achieved by spraying the film onto the substrate in the desired direction along the corresponding groove and spraying onto the wall of the second groove, followed by removal along with the resist. As a result, only the required superconducting tunnel junction of the required dimensions remains on the substrate with the upper and lower electrodes formed along the corresponding orthogonal grooves in the resist. In a successful practical implementation, tilt angles of 45 ° were used in the deposition of aluminum films as a superconductor and copper, palladium and hafnium as a normal metal.
Перечень чертежейList of drawings
Фигура 1. Вид сверху и сбоку на двухслойный резист (РММА -1, ММА - 2) засвечиваемой структуры и области экспозиции высокой (3) и низкой дозой (4) при электронной литографии для селективной засветки нижнего (2) и верхнего (1) слоя электронного резиста.Figure 1. Top and side view of a two-layer resist (PMMA -1, MMA-2) of the exposed structure and the exposure area of high (3) and low dose (4) during electron lithography for selective illumination of the lower (2) and upper (1) layers electronic resist.
Фигура 2. Трехмерное изображение двухслойного резиста после экспонирования и проявления, ϕ - угол наклона направления напыления, А, В - линии сечения (см. Фиг. 3). Фигура 3. Сечение Фиг. 2 по линиям А и Б после напыления пленки нижнего электрода (5) под углами ±ϕ поверх проявленного резиста.Figure 2. Three-dimensional image of a two-layer resist after exposure and development, ϕ is the angle of inclination of the direction of deposition, A, B are the section lines (see Fig. 3). Figure 3. Sectional view of Fig. 2 along lines A and B after deposition of the film of the lower electrode (5) at angles ± ϕ over the developed resist.
Фигура 4. Окисление пленки нижнего электрода для получения слоя изолятора (6) поверх нее, вид в сечении А.Figure 4. Oxidation of the lower electrode film to obtain an insulator layer (6) on top of it, view in section A.
Фигура 5. Напыление пленки верхнего электрода (7) поверх проявленного резиста с ортогональной канавкой в сечении Б.Figure 5. Sputtering a film of the upper electrode (7) over the developed resist with an orthogonal groove in section B.
Фигура 6. Взрывная литография с удалением резиста и напыленных на него лишних пленок.Figure 6. Explosive lithography with the removal of resist and excess films deposited on it.
Фигура 7. (А) Топология экспозиции нижнего и верхнего слоя резиста для формирования туннельных переходов минимальной площади (8) и место сечения А-А, (В) поперечное сечение в процессе напыления первой пленки (9) под углом к подложке, при котором исключается напыление пленки в ортогональном направлении, а запыленный торец резиста удаляется после напыления, (С) сечение в том же месте после напыления второго металла под другим углом (10).Figure 7. (A) Topology of exposure of the lower and upper resist layer for the formation of tunnel junctions of the minimum area (8) and the place of section A-A, (B) is the cross-section during the deposition of the first film (9) at an angle to the substrate, at which spraying the film in the orthogonal direction, and the dusty end face of the resist is removed after spraying, (C) a section in the same place after spraying the second metal at a different angle (10).
Фигура 8. (А) Топология экспозиции нижнего и верхнего слоя резиста для формирования туннельных переходов произвольной большой площади с несколькими отводящими проводниками (11) и контуром вокруг узких проводников, изображающим область экспозиции нижнего резиста (12), (В) сечение по плоскости А-А.Figure 8. (A) Topology of exposure of the lower and upper resist layer for the formation of tunnel junctions of an arbitrary large area with several lead wires (11) and a contour around the narrow wires, depicting the exposure area of the lower resist (12), (B) cross-section along the plane A- AND.
Сущность изобретения заключается в раздельном напылении двух разных пленок металлов в две ортогональные глубокие канавки в двухслойном резисте, при этом напыление первой пленки вдоль первой канавки не приводит к ее напылению в ортогональной канавке, поскольку угол напыления выбран так, что в направлении второй канавки напыление происходит на стенку с последующим удалением вместе с резистом. Аналогично при напылении другой пленки в ортогональную канавку после поворота подложки на 90° происходит только напыление в эту вторую канавку, а в ортогональной второй канавке происходит напыление на стенки с последующим удалением вместе с резистом. Применение раздельной экспозиции для двух слоев резиста позволяет точно контролировать профиль канавок и избежать образования вертикальных стенок пленок после напыления пленок.The essence of the invention consists in the separate deposition of two different metal films into two orthogonal deep grooves in a two-layer resist, while the deposition of the first film along the first groove does not lead to its deposition in the orthogonal groove, since the deposition angle is chosen so that in the direction of the second groove, deposition occurs on the wall with subsequent removal along with the resist. Similarly, when another film is sputtered into an orthogonal groove, after the substrate is rotated by 90 °, only sputtering occurs into this second groove, and in the orthogonal second groove, spraying occurs on the walls, followed by removal along with the resist. The use of separate exposure for two resist layers allows precise control of the groove profile and avoids the formation of vertical film walls after film deposition.
Технический результат предлагаемого решения - возможность изготовления туннельных переходов с площадью меньше 0.1 мкм2 и точности размеров, повышение надежности и воспроизводимости, улучшение электропроводности и теплопроводности подводящих проводников, расширение диапазона дозы экспозиции электронным литографом с 20% до 50%. Цель изобретения достигается исключением из технологической цепочки формирования висячего мостика из резиста и формированием глубоких канавок в двухслойном резисте для реализации независимого напыления с разных направлений.The technical result of the proposed solution is the possibility of manufacturing tunnel junctions with an area of less than 0.1 μm 2 and dimensional accuracy, increasing the reliability and reproducibility, improving the electrical conductivity and thermal conductivity of the supply conductors, expanding the range of the exposure dose with an electronic lithograph from 20% to 50%. The purpose of the invention is achieved by eliminating the formation of a hanging bridge from a resist from the technological chain and by forming deep grooves in a two-layer resist for the implementation of independent spraying from different directions.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Г.М. Лапир, Н.И. Комаровских, Электронная промышленность, №6, 64, 1973.1. G.M. Lapir, N.I. Komarovskikh, Electronic Industry, No. 6, 64, 1973.
2. M. Gurvitch, Appl. Phys. Lett., 42, 472-474, 19832. M. Gurvitch, Appl. Phys. Lett., 42, 472-474, 1983
3. G.J. Dolan, Appl. Phys. Lett. 31, 337-339, 1977.3. G.J. Dolan, Appl. Phys. Lett. 31, 337-339, 1977.
4. F. Lecocq, I.M. Pop, Z. Peng, et al., Nanotechnology 22, 315302 (5pp), 2011.4. F. Lecocq, I.M. Pop, Z. Peng, et al.,
5. Australian patent AU 2001281594 B2 (2005) "Fabrication of nanoelectronic circuits, by R.G.Clark et al from Unisearch Ltd.5. Australian patent AU 2001281594 B2 (2005) "Fabrication of nanoelectronic circuits, by R. G. Clark et al from Unisearch Ltd.
6. US 2018/0358538 Al, "Shadow mask sidewall tunnel junction for quantum computing" by M.Brink from White Plains (US).6. US 2018/0358538 Al, "Shadow mask sidewall tunnel junction for quantum computing" by M.Brink from White Plains (US).
7. D. Lan, C. Xue, Q. Liu, et al., Chin. Phys. В 25, No 8, 088501, 2016.7. D. Lan, C. Xue, Q. Liu, et al., Chin. Phys. B 25,
8. RU 2442246 C1 «Способ изготовления устройств с тонкопленочными сверхпроводниковыми переходами», (2012) авторы Л.С. Кузьмин, М.А. Тарасов, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.8. RU 2442246 C1 "Method of manufacturing devices with thin-film superconducting transitions", (2012) authors L.S. Kuzmin, M.A. Tarasov, IRE named after V.A. Kotelnikov RAS.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123125A RU2733330C1 (en) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | Method of making devices with thin-film tunnel junctions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123125A RU2733330C1 (en) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | Method of making devices with thin-film tunnel junctions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2733330C1 true RU2733330C1 (en) | 2020-10-01 |
Family
ID=72926904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123125A RU2733330C1 (en) | 2019-07-22 | 2019-07-22 | Method of making devices with thin-film tunnel junctions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2733330C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2442246C1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН | The method of production of devices with thin film superconducting junctions |
| RU2593647C1 (en) * | 2015-06-08 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of making devices with thin-film superconducting transitions |
| RU2632630C1 (en) * | 2016-06-06 | 2017-10-06 | ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of devices with floppy microbridges manufacture |
| WO2018224876A1 (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-13 | International Business Machines Corporation | Shadow mask sidewall tunnel junction for quantum computing |
-
2019
- 2019-07-22 RU RU2019123125A patent/RU2733330C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2442246C1 (en) * | 2010-06-29 | 2012-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН | The method of production of devices with thin film superconducting junctions |
| RU2593647C1 (en) * | 2015-06-08 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of making devices with thin-film superconducting transitions |
| RU2632630C1 (en) * | 2016-06-06 | 2017-10-06 | ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Method of devices with floppy microbridges manufacture |
| WO2018224876A1 (en) * | 2017-06-07 | 2018-12-13 | International Business Machines Corporation | Shadow mask sidewall tunnel junction for quantum computing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0360055A (en) | Manufacturing method of integrated circuit | |
| RU2733330C1 (en) | Method of making devices with thin-film tunnel junctions | |
| RU2593647C1 (en) | Method of making devices with thin-film superconducting transitions | |
| RU2442246C1 (en) | The method of production of devices with thin film superconducting junctions | |
| WO2023185330A9 (en) | Josephson junction preparation method and production line device | |
| JPS60208873A (en) | Manufacture of josephson junction element | |
| JPS6120334A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPS607736A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP2514744B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPS61263179A (en) | Manufacture of josephson junction element | |
| SU555770A1 (en) | Bridge cryotron manufacturing method | |
| JPH03105921A (en) | Forming method of metallic wiring | |
| KR960003758B1 (en) | Forming method of vertical storage node for semiconductor device | |
| JPH01187816A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPS59113647A (en) | Formation of undercut shape at multilayer structure of resist material | |
| JPS61144083A (en) | Forming method of josephson junction element | |
| JPS5966150A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
| JPS61201448A (en) | Formation of multilayer interconnection structure | |
| JPH1187310A (en) | Manufacture of semiconductor element for forming oxide film pattern having gentle inclination | |
| KR100372657B1 (en) | Method for forming contact of semiconductor device | |
| KR930008128B1 (en) | Method for preparation of semiconductor | |
| JPH04320028A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JPH01140629A (en) | Pattern forming method | |
| JPS60208874A (en) | Manufacture of josephson junction element | |
| JPS5917541B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device |