RU2757762C1 - Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography - Google Patents

Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography Download PDF

Info

Publication number
RU2757762C1
RU2757762C1 RU2021108441A RU2021108441A RU2757762C1 RU 2757762 C1 RU2757762 C1 RU 2757762C1 RU 2021108441 A RU2021108441 A RU 2021108441A RU 2021108441 A RU2021108441 A RU 2021108441A RU 2757762 C1 RU2757762 C1 RU 2757762C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
aluminum
formation
resist
metal
Prior art date
Application number
RU2021108441A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Тарасов
Александра Анатольевна Гунбина
Михаил Юрьевич Фоминский
Артем Михайлович Чекушкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority to RU2021108441A priority Critical patent/RU2757762C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757762C1 publication Critical patent/RU2757762C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: microelectronics.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of microelectronics and can be used in the manufacture of thin-film superconducting structures. The method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method for separate lithography includes the formation of the first layer of aluminum by the first lithography, the application of a resist under the second lithography of the second metal layer, exposure in the lithograph, the development of the resist, the formation of a tunnel barrier and the deposition of the second metal layer. Before the formation of the tunnel barrier, the natural oxide is removed and the surface of the first layer of aluminum is cleaned by ion or plasma etching, and the tunnel barrier is formed on the surface subjected to said etching.
EFFECT: simplification of manufacturing technology that does not require chemical etching and reduction of requirements for the choice of materials for layers of normal metal, as well as the formation of a high-quality tunnel barrier of arbitrary controlled transparency.
6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных сверхпроводниковых структур.The invention relates to the technology of microelectronics and can be used in the manufacture of thin-film superconducting structures.

Известно, что высокочувствительные приемники СВЧ и КВЧ излучения основаны на использовании тонкопленочных туннельных переходов, структур типа сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС), структур типа сверхпроводник-изолятор-нормальный метал (СИН), структур типа нормальный метал-изолятор-сверхпроводник (НИС), структур типа нормальный металл-изолятор-нормальный металл (МИМ).It is known that highly sensitive detectors of microwave and EHF radiation are based on the use of thin-film tunnel junctions, structures of the superconductor-insulator-superconductor (SIS) type, structures of the superconductor-insulator-normal metal (SIN) type, structures of the normal metal-insulator-superconductor (NIS) type , structures of the normal metal-insulator-normal metal (MIM) type.

Описан способ изготовления сверхпроводниковых туннельных переходов и одноэлектронных транзисторов методом Долана с теневым напылением под двумя углами через подвешенную маску из электронного резиста (G.J. Dolan, Appl. Phys. Lett. 31, 337-339, 1977). 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.A method of manufacturing superconducting tunnel junctions and single-electron transistors by the Dolan method with shadow deposition at two angles through a suspended mask of electronic resist is described (G.J. Dolan, Appl. Phys. Lett. 31, 337-339, 1977). 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.

Описан способ изготовления устройств с тонкопленочными туннельными переходами (RU 2733330 С1, ФГБУН ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 01.10.2020). Сущность 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 напылением пленки на подложку в нужном направлении вдоль соответствующей канавки и напыление на стенку второй канавки с последующим удалением вместе с резистом. Туннельный барьер образуется путем окисления первой напыленной алюминиевой пленки. 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 отличие от предыдущего аналога такой способ обладает более высокой производительностью и возможностью осуществлять ионную чистку подложки перед напылением пленок. Однако такая технология не подходит для промышленного производства и требует сложного технологического оборудования для напыления пленок с возможностью наклона и поворота подложки внутри рабочей камеры в процессе напыления.A method of manufacturing devices with thin-film tunnel junctions is described (RU 2733330 C1, Kotelnikov Institute of Radioelectronic Power Engineering, Russian Academy of Sciences, 01.10.2020). The essence 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 sputtering the film onto the substrate in the desired direction along the corresponding groove and spraying it onto the wall of the second groove, followed by removal along with the resist. The tunnel barrier is formed by oxidation of the first sprayed aluminum film. As a result, only the required superconducting tunnel junction of the required dimensions with the upper and lower electrodes formed along the respective orthogonal grooves in the resist remains on the substrate. In contrast to the previous analogue, this method has a higher productivity and the ability to carry out ionic cleaning of the substrate before the deposition of films. However, this technology is not suitable for industrial production and requires complex technological equipment for spraying films with the possibility of tilting and rotating the substrate inside the working chamber during the spraying process.

Описан способ изготовления СИС трехслойной структуры Гурвича, которая формируется в едином вакуумном цикле через окно в фоторезисте (M. Gurvitch, High quality refractory Josephson tunnel junctions utilizing thin aluminium layers Appl. Phys. Lett., 42, 472-474, 1983). Суть технологии заключается в напылении первого слоя, окислении в той же рабочей камере при определенных параметрах, откачки и напылении второго слоя структуры в одном вакуумном цикле. Такой способ получил широкое распространение, т.к. изготавливаемые туннельные переходы имеют высокое качество, и нет необходимости в сложном технологическом оборудовании для напыления. Недостаток способа - одинаковая форма верхнего и нижнего слоя сверхпроводника, что требует дополнительных технологических этапов при создании сложных схем, необходимость анодизации торцов пленок в случае ниобия, плохая совместимость с переходами алюминий-алюминий, растворяющимися в щелочном проявителе для фоторезиста.A method of manufacturing an SIS of a three-layer Gurvich structure, which is formed in a single vacuum cycle through a window in a photoresist, is described (M. Gurvitch, High quality refractory Josephson tunnel junctions utilizing thin aluminum layers Appl. Phys. Lett., 42, 472-474, 1983). The essence of the technology consists in the deposition of the first layer, oxidation in the same working chamber at certain parameters, pumping out and deposition of the second layer of the structure in one vacuum cycle. This method has become widespread, since the manufactured tunnel passages are of high quality, and there is no need for complex technological equipment for spraying. The disadvantage of this method is the same shape of the upper and lower superconductor layers, which requires additional technological steps when creating complex circuits, the need to anodize the ends of the films in the case of niobium, poor compatibility with aluminum-aluminum transitions dissolving in an alkaline developer for a photoresist.

Известен способ изготовления СИС туннельного перехода в двух вакуумных циклах (Г.М. Лапир, Н.И. Комаровских, Электронная промышленность, №6, 64, 1973). Суть технологии заключается в следующем: обратная литография, напыление первого металлического слоя, удаление резиста; повторная литография, чистка, окисление, напыление второй пленки металла, удаление резиста. Недостаток способа -низкое качество туннельного барьера за счет нарушения вакуума перед нанесением верхнего слоя туннельного перехода.A known method of manufacturing an ICS tunnel junction in two vacuum cycles (GM Lapir, NI Komarovskikh, Electronic Industry, No. 6, 64, 1973). The essence of the technology is as follows: reverse lithography, deposition of the first metal layer, removal of the resist; re-lithography, cleaning, oxidation, deposition of a second metal film, removal of the resist. The disadvantage of this method is the low quality of the tunnel barrier due to the violation of the vacuum before applying the upper layer of the tunnel junction.

Известен способ изготовления устройств с тонкопленочными сверхпроводниковыми переходами (RU 2593647 С1, ФГБУН ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 10.08.2016). Наносят без нарушения вакуума трехслойную структуру сверхпроводник - изолятор - нормальный металл (СИН контакт); наносят резист, проводят экспозицию, проявление; селективное химическое или ионное травление трехслойной структуры, после стравливания трехслойной структуры проводят планаризацию поверхности напылением через маску диэлектрика толщиной, равной толщине трехслойной структуры, после чего удаляют диэлектрик вне области туннельных переходов и наносят тонкую пленку перемычки (абсорбера) из нормального металла или другого сверхпроводника, при этом этот слой перемычки наносится на планаризованную поверхность и может быть существенно тоньше предыдущих слоев, менее 10 нм. К недостаткам метода относится необходимость применения разных металлов с селективным травлением в кислотах и щелочах и невысокое качество таких структур.A known method of manufacturing devices with thin-film superconducting transitions (RU 2593647 C1, FGBUN IRE named after V.A.Kotelnikov RAS, 08/10/2016). A three-layer superconductor-insulator-normal metal structure (BLUE contact) is applied without breaking the vacuum; apply resist, conduct exposure, manifestation; selective chemical or ionic etching of the three-layer structure, after etching the three-layer structure, the surface is planarized by sputtering through a dielectric mask with a thickness equal to the thickness of the three-layer structure, after which the dielectric is removed outside the region of tunnel junctions and a thin film of a bridge (absorber) is applied from a normal metal or other superconductor, when In this case, this layer of the bridge is applied to the planarized surface and can be significantly thinner than the previous layers, less than 10 nm. The disadvantages of this method include the need to use different metals with selective etching in acids and alkalis and the low quality of such structures.

Наиболее близким к патентуемому является способ изготовления туннельных переходов с барьером из оксида титана (Е. Otto, М. Tarasov, L. Kuzmin. Ti-TiO2-Al normal metal-insulator-superconductor tunnel junctions fabricated in direct-write technology. Supercond. Set Technol. 2007, v. 20, 865-869 - прототип). Суть технологии заключается в следующих операциях: нанесение пленки титана на подложку, литография, химическое травление титана, удаление резиста, очистка пленки титана в плазме кислорода и ионное травление, окислении пленки на воздухе 10 часов при температуре 150°С, напыление пленки алюминия, литография, химическое травление алюминия, удаление резиста.The closest to the patent is a method of manufacturing tunnel junctions with a titanium oxide barrier (E. Otto, M. Tarasov, L. Kuzmin. Ti-TiO2-Al normal metal-insulator-superconductor tunnel junctions fabricated in direct-write technology. Supercond. Set Technol. 2007, v. 20, 865-869 - prototype). The essence of the technology consists in the following operations: deposition of a titanium film on a substrate, lithography, chemical etching of titanium, removal of resist, purification of a titanium film in oxygen plasma and ion etching, oxidation of a film in air for 10 hours at a temperature of 150 ° C, deposition of an aluminum film, lithography, chemical etching of aluminum, removal of resist.

Недостатки данного метода - слишком высокая температура и время окисления для создания барьера из оксида титана, слишком высокое сопротивление такого туннельного барьера, необходимость химического травления.The disadvantages of this method are that the temperature and oxidation time are too high to create a titanium oxide barrier, the resistance of such a tunnel barrier is too high, and the need for chemical etching.

Настоящее изобретение направлено на решение проблемы создания высококачественного туннельного перехода (структур СИС, СИН, НИС или МИМ) произвольной формы и площади методом прямой раздельной литографии.The present invention is aimed at solving the problem of creating a high-quality tunnel junction (structures of SIS, SIN, NIS or MIM) of arbitrary shape and area by the method of direct separate lithography.

Патентуемый способ изготовления тонкопленочных туннельных переходов методом раздельной литографии включает формирование первой литографией первого слоя из алюминия, нанесение резиста под вторую литографию второго слоя металла, экспозицию в литографе, проявление резиста, формирование туннельного барьера и напыление второго слоя металла.The patented method of manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography includes the formation of the first layer of aluminum by the first lithography, the application of a resist for the second lithography of the second metal layer, exposure in the lithograph, the development of the resist, the formation of a tunnel barrier and the deposition of the second metal layer.

Отличие состоит в том, что перед формированием туннельного барьера проводят удаление естественного окисла и очистку поверхности первого слоя из алюминия путем плазменного или ионного травления, а туннельный барьер формируют на подвергнутой указанному травлению поверхности.The difference is that before the formation of the tunnel barrier, the natural oxide is removed and the surface of the first layer of aluminum is cleaned by plasma or ion etching, and the tunnel barrier is formed on the surface subjected to said etching.

Способ может характеризоваться тем, что удаление толстого естественного окисла проводят путем плазменного или ионного травления, а также тем, что при формировании структуры сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) второй слой металла представляет собой слой алюминия.The method can be characterized in that the removal of a thick natural oxide is carried out by plasma or ion etching, as well as in that during the formation of the superconductor-insulator-superconductor (SIS) structure, the second metal layer is an aluminum layer.

Способ может характеризоваться и тем, что при формировании структуры СИН, слой нормального металла наносят поверх дополнительного подслоя из алюминия, причем толщина слоя нормального металла превышает толщину слоя алюминия.The method can also be characterized by the fact that during the formation of the SIN structure, a layer of normal metal is applied over an additional sublayer of aluminum, and the thickness of the normal metal layer exceeds the thickness of the aluminum layer.

Способ может характеризоваться, кроме того, тем, что при формировании структуры МИМ под первый слой из алюминия наносят дополнительно подслой нормального металла. Способ может характеризоваться и тем, что поверхность первого слоя алюминия подвергают нитридизации, а туннельный барьер формируют на указанной поверхности.In addition, the method can be characterized by the fact that during the formation of the MIM structure, an additional sublayer of normal metal is applied under the first layer of aluminum. The method can also be characterized in that the surface of the first layer of aluminum is subjected to nitridation, and the tunnel barrier is formed on the specified surface.

Технический результат - упрощение технологии изготовления, применение промышленных технологий массового производства, не требующих сложной технологической установки для теневого напыления, не требующей химического травления, и снижение требований на выбор материалов для слоев из нормального металла, а также формирование высококачественного туннельного барьера произвольной контролируемой прозрачности.The technical result is a simplification of the manufacturing technology, the use of industrial technologies of mass production that do not require a complex technological installation for shadow spraying, which does not require chemical etching, and a decrease in the requirements for the choice of materials for layers of normal metal, as well as the formation of a high-quality tunnel barrier of arbitrary controlled transparency.

В основе патентуемого способа лежит технология, реализующая нанесение двух металлических пленок с туннельным барьером между ними за два вакуумных цикла, без использования сложного технологического оборудования для напыления, а также без использования химического травления. Не требуется применение наклона и/или поворота подложки внутри рабочей камеры. Оптическая или электронная литография, проводимая в два технологических цикла, а также применение дополнительного ионного или плазменного травления для удаления окисла, появляющегося из-за нарушения вакуума после напыления первой пленки, позволяет создать туннельный переход произвольной формы и площади. Окисление очищенной после травления поверхности алюминия позволяет создать туннельный переход высокого качества. Раздельная литография верхнего и нижнего слоев позволяет формировать структуры произвольной формы.The patented method is based on a technology that implements the deposition of two metal films with a tunnel barrier between them in two vacuum cycles, without the use of complex technological equipment for spraying, and also without the use of chemical etching. There is no need to tilt and / or rotate the substrate inside the working chamber. Optical or electronic lithography, carried out in two technological cycles, as well as the use of additional ionic or plasma etching to remove the oxide that appears due to the violation of the vacuum after the deposition of the first film, makes it possible to create a tunnel junction of arbitrary shape and area. Oxidation of the aluminum surface cleaned after etching allows the creation of a high quality tunnel junction. Separate lithography of the upper and lower layers allows the formation of structures of any shape.

Сущность изобретения поясняется на фигурах, где позициями обозначены: 1 - кремниевая подложка; 2 - подводящие электроды; 3 - первый слой резиста; 4 - второй слой резиста; 5 - первый слой металла, 6 - резистивная маска; 7 - второй слой металла; 8 - туннельный переход.The essence of the invention is illustrated in the figures, where the positions indicate: 1 - silicon substrate; 2 - supply electrodes; 3 - the first layer of the resist; 4 - the second layer of resist; 5 - first layer of metal, 6 - resistive mask; 7 - the second layer of metal; 8 - tunnel crossing.

Фиг 1. Кремниевая подложка (1) и изготовленные подводящие электроды (2), с помощью которых будет осуществляться контакт с туннельной структурой.Fig 1. Silicon substrate (1) and the manufactured lead electrodes (2), with the help of which contact with the tunnel structure will be made.

Фиг. 2. Вид сверху: маска из двухслойного резиста для напыления первого слоя (на рисунке виден только верхний слой 3 резиста РММА).FIG. 2. Top view: a mask made of a two-layer resist for sputtering the first layer (only the top layer 3 of the PMMA resist is visible in the figure).

Фиг. 3. Трехмерное изображение в разрезе по А-А (фиг. 2) слоев 3, 4 резиста (РММА (3) и ММА (4)) после экспонирования и проявления.FIG. 3. Three-dimensional image in section AA (Fig. 2) layers 3, 4 resist (PMMA (3) and MMA (4)) after exposure and development.

Фиг. 4, 5 - первый слой металла (5): вид сверху и трехмерное изображение.FIG. 4, 5 - the first layer of metal (5): top view and three-dimensional image.

Фиг. 6 - вид сверху: резистивная маска (6) для напыления второго слоя металла (7). На рисунке виден только верхний слой маски (6) РММА. Перед напылением следующего слоя проводится ионное травление окисла, образовавшегося из-за разрыва вакуума после напыления первой слоя 5 металла.FIG. 6 - top view: resistive mask (6) for the deposition of the second layer of metal (7). In the figure, only the top layer of the PMMA mask (6) is visible. Before the deposition of the next layer, ionic etching of the oxide formed due to the rupture of the vacuum after the deposition of the first metal layer 5 is carried out.

Фиг. 7 - вид сверху напыленной структуры после удаления резистивной маски, первый слой металла (5); второй слой металла (7). В области пересечения слоев металла 5 и 7 образуется туннельный переход (8).FIG. 7 is a top view of the sprayed structure after removing the resistive mask, the first layer of metal (5); the second layer of metal (7). In the region of intersection of metal layers 5 and 7, a tunnel junction is formed (8).

Фиг. 8. - Трехмерное изображение туннельного перехода (8) после удаления резиста.FIG. 8. - Three-dimensional image of the tunnel junction (8) after removal of the resist.

Процесс изготовления устройств с тонкопленочными туннельными переходами, состоящими из двух слоев металла, разделенных туннельным барьером, осуществляют следующим образом.The manufacturing process of devices with thin-film tunnel junctions, consisting of two layers of metal, separated by a tunnel barrier, is carried out as follows.

1. На поверхность диэлектрической подложки 1 наносят первый слой 4 резиста (например, copolymer ММА) и его запекают (при температуре 130-170°С в течение 5 мин), для создания отрицательного профиля резиста для первого слоя структуры.1. On the surface of the dielectric substrate 1, the first layer 4 of the resist (for example, copolymer MMA) is applied and baked (at a temperature of 130-170 ° C for 5 min) to create a negative resist profile for the first layer of the structure.

2. Наносят второй слой 3 резиста (например, марки РММА) и проводят его запекание (при температуре 130-170°С в течение 5 мин) для формирования топологии первого слоя.2. Apply the second layer 3 of the resist (for example, PMMA brand) and bake it (at a temperature of 130-170 ° C for 5 minutes) to form the topology of the first layer.

3. Проводят экспозицию резиста с засвечиванием областей, в которых будет удален резист, для формирования топологии первого слоя.3. Exposure of the resist is carried out with overexposure of the areas in which the resist will be removed to form the topology of the first layer.

4. Проводят проявление двухслойного резиста.4. The two-layer resist is developed.

5. Проводят напыление первого слоя 5 металла:5. Spray the first layer 5 of the metal:

- сверхпроводника (например, алюминия) для СИС и СИН переходов;- superconductor (for example, aluminum) for SIS and SIN transitions;

- нормального металла (например, меди) для НИС и МИМ переходов.- normal metal (for example, copper) for NIS and MIM transitions.

6. Проводят удаление двухслойного резиста вместе с напыленными на него слоями металла.6. The two-layer resist is removed together with the metal layers deposited on it.

7. Проводят чистку подложки, нанесение двухслойного резиста, проведение экспозиции и проявление двухслойного резиста (аналогично п. 1 - п. 4) для формирования топологии второго слоя.7. The substrate is cleaned, a two-layer resist is applied, an exposure is carried out, and a two-layer resist is developed (similarly to items 1 - 4) to form the topology of the second layer.

8. Осуществляют плазменное или ионное травление (200 Вт, 4,5 мин, пост, смещение 900 В, давление аргона 6×10-3) для удаления слоя окисла, возникающего из-за нарушения вакуума после напыления первого слоя 5, а также удаление прилегающего тонкого слоя 5 первого металла.8. Plasma or ion etching is carried out (200 W, 4.5 min, post, displacement 900 V, argon pressure 6 × 10 -3 ) to remove the oxide layer arising from the violation of the vacuum after the deposition of the first layer 5, as well as removal adjacent thin layer 5 of the first metal.

9. Формируют туннельный переход 8 путем проведения следующих операций:9. Tunnel passage 8 is formed by carrying out the following operations:

- окисление в напылительной камере (давление 10 Торр, 10 минут) - для СИС и СИН туннельных переходов;- oxidation in a spray chamber (pressure 10 Torr, 10 minutes) - for SIS and SIN tunnel junctions;

- подпыление тонкого слоя алюминия (~ 5 нм) и его окисление (давление 10 Торр, 10 минут) - для НИС и МИМ туннельных переходов,- dusting of a thin layer of aluminum (~ 5 nm) and its oxidation (pressure 10 Torr, 10 minutes) - for NIS and MIM tunnel junctions,

10. Проводят напыление второго слоя 7 металла:10. Spend the spraying of the second layer 7 of the metal:

- сверхпроводника (например, алюминия) - для СИС и НИС туннельных переходов;- superconductor (for example, aluminum) - for SIS and NIS tunnel junctions;

- нормального металла (например, меди) - для СИН и МИМ туннельных переходов; предварительно напыляется буферный слой металла (например, палладия толщиной ~ 5 нм),- normal metal (for example, copper) - for SIN and MIM tunnel junctions; a buffer metal layer is preliminarily deposited (for example, palladium ~ 5 nm thick),

11. На заключительной стадии проводят удаление двухслойного резиста вместе с напыленными на него слоями металла с получением искомого туннельного перехода.11. At the final stage, the two-layer resist is removed together with the metal layers deposited on it to obtain the desired tunnel junction.

Технический результат предлагаемого решения состоит в достижении поставленных целей - создании высококачественных туннельных переходов (СИС, СИН, НИС, МИМ) произвольной формы и площади без необходимости использовать сложное технологическое оборудование для теневого напыления. Метод прямой литографии является наиболее надежным и может быть использован для изготовления структур в промышленном масштабе. Ионное травление проводят перед напылением второй пленки туннельного перехода. Для структур типа СИН и МИМ может быть использован буферный слой из палладия.The technical result of the proposed solution is to achieve the set goals - the creation of high-quality tunnel passages (SIS, SIN, NIS, MIM) of arbitrary shape and area without the need to use complex technological equipment for shadow spraying. Direct lithography is the most reliable method and can be used to fabricate structures on an industrial scale. Ion etching is carried out before sputtering the second tunnel junction film. For structures like SIN and MIM, a palladium buffer layer can be used.

Достижение технического результата подтверждается реализацией сверхпроводниковых квантовых интерферометров (сквидов) с джозефсоновскими туннельными переходами Al/AlOx/Al с удельным сопротивлением 1 кОм на 1 кв.мкм и цепочки до 350 таких сквидов, характеризующихся высокой точностью воспроизведения характерных параметров асимптотического сопротивления и критического тока.The achievement of the technical result is confirmed by the implementation of superconducting quantum interferometers (SQUIDs) with Josephson tunnel junctions Al / AlOx / Al with a resistivity of 1 kOhm per 1 sq. Km and a chain of up to 350 such SQUIDs, characterized by high accuracy of reproduction of the characteristic parameters of asymptotic resistance and critical current.

Claims (7)

1. Способ изготовления тонкопленочных туннельных переходов методом раздельной литографии, включающий формирование первой литографией первого слоя из алюминия, нанесение резиста под вторую литографию второго слоя металла, экспозицию в литографе, проявление резиста, формирование туннельного барьера и напыление второго слоя металла,1. A method of manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography, including the formation of the first layer of aluminum by the first lithography, the application of a resist under the second lithography of the second metal layer, exposure in the lithograph, the development of the resist, the formation of a tunnel barrier and the deposition of the second metal layer, отличающийся тем, что перед формированием туннельного барьера проводят удаление естественного окисла и очистку поверхности первого слоя из алюминия путем травления, а туннельный барьер формируют на подвергнутой указанному травлению поверхности.characterized in that before the formation of the tunnel barrier, the natural oxide is removed and the surface of the first layer of aluminum is cleaned by etching, and the tunnel barrier is formed on the surface subjected to said etching. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление естественного окисла проводят путем плазменного или ионного травления.2. A method according to claim 1, characterized in that the natural oxide is removed by plasma or ion etching. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании структуры сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) второй слой металла представляет собой слой алюминия.3. The method according to claim 1, characterized in that when the superconductor-insulator-superconductor (SIS) structure is formed, the second metal layer is an aluminum layer. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при формировании структуры сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН) слой нормального металла наносят поверх дополнительного подслоя из алюминия, причем толщина слоя нормального металла превышает толщину слоя алюминия.4. The method according to claim 3, characterized in that during the formation of the superconductor-insulator-normal metal (SIN) structure, a layer of normal metal is applied over an additional sublayer of aluminum, and the thickness of the normal metal layer exceeds the thickness of the aluminum layer. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при формировании структуры нормальный металл-изолятор-нормальный металл (МИМ) под первый слой из алюминия наносят слой нормального металла.5. The method according to claim 3, characterized in that during the formation of the normal metal-insulator-normal metal (MIM) structure, a normal metal layer is applied under the first aluminum layer. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность первого слоя алюминия подвергают нитридизации, а туннельный барьер формируют на указанной поверхности.6. A method according to claim 1, characterized in that the surface of the first layer of aluminum is subjected to nitridation, and a tunnel barrier is formed on said surface.
RU2021108441A 2021-03-30 2021-03-30 Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography RU2757762C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108441A RU2757762C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108441A RU2757762C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757762C1 true RU2757762C1 (en) 2021-10-21

Family

ID=78289587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108441A RU2757762C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757762C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816118C1 (en) * 2023-12-13 2024-03-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Method of making tunnel junction with double insulation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1060025A (en) * 1964-10-07 1967-02-22 Ibm Improved method of forming tunnelling junctions in intermetallic semiconductor material
KR20080061193A (en) * 2006-12-28 2008-07-02 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming a isolation in semiconductor device
RU2534444C2 (en) * 2013-03-05 2014-11-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method of removing oxide from silicon plate surface
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
CN108231580A (en) * 2016-12-21 2018-06-29 上海磁宇信息科技有限公司 A kind of method of polymer removed magnetic tunnel junction hard mask etching and formed later

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1060025A (en) * 1964-10-07 1967-02-22 Ibm Improved method of forming tunnelling junctions in intermetallic semiconductor material
KR20080061193A (en) * 2006-12-28 2008-07-02 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming a isolation in semiconductor device
RU2534444C2 (en) * 2013-03-05 2014-11-27 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method of removing oxide from silicon plate surface
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
CN108231580A (en) * 2016-12-21 2018-06-29 上海磁宇信息科技有限公司 A kind of method of polymer removed magnetic tunnel junction hard mask etching and formed later

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2816118C1 (en) * 2023-12-13 2024-03-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Method of making tunnel junction with double insulation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH03156927A (en) Pattern formation of alumina metallization
RU2757762C1 (en) Method for manufacturing thin-film tunnel junctions by the method of separate lithography
RU2593647C1 (en) Method of making devices with thin-film superconducting transitions
RU2442246C1 (en) The method of production of devices with thin film superconducting junctions
EP0341501A2 (en) Methods of forming passivation films on superconductors
JPS63291436A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH02306631A (en) Copper wiring forming method for semiconductor device
RU2733330C1 (en) Method of making devices with thin-film tunnel junctions
JP2682136B2 (en) Method of manufacturing Josephson device
JPH0217684A (en) Superconducting sensor and manufacture thereof
JPH01100946A (en) Manufacture of semiconductor device
JPS60208873A (en) Manufacture of josephson junction element
JPS61263179A (en) Manufacture of josephson junction element
JPS58209183A (en) Manufacture of josephson junction element
JPS60208874A (en) Manufacture of josephson junction element
JPS61208879A (en) Manufacture of josephson integrated circuit
JPS60210887A (en) Manufacture of josephson junction element
JPS62163341A (en) Patterning method for high melting-point metallic film
JPS583232A (en) Forming method for pattern
JPH03235380A (en) Formation of thin superconducting film pattern
JPH03106080A (en) Manufacture of superconducting device
JPS63205974A (en) Manufacture of josephson junction
JPH04287382A (en) Mask material for forming oxide thin film, forming method for pattern of oxide thin film using same, and manufacture of superconducting element
JPS58102580A (en) Manufacture of tunnel type josephson element
JPS62165379A (en) Manufacture of josephson junction device