JPH0455546B2 - - Google Patents
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- JPH0455546B2 JPH0455546B2 JP62037799A JP3779987A JPH0455546B2 JP H0455546 B2 JPH0455546 B2 JP H0455546B2 JP 62037799 A JP62037799 A JP 62037799A JP 3779987 A JP3779987 A JP 3779987A JP H0455546 B2 JPH0455546 B2 JP H0455546B2
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- etching
- insulating film
- coating film
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は超伝導集積回路に用いるトンネル型ジ
ヨセフソン接合の形成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for forming a tunnel-type Josephson junction used in a superconducting integrated circuit.
(従来の技術)
下部電極と上部電極がトンネル障壁層を介して
結合した接合構成層をエツチングすることによつ
てジヨセフソン接合領域を規定するタイプのジヨ
セフソン接合の形成方法においては、前記ジヨセ
フソン接合領域規定後絶縁膜を用いて接合周辺部
を埋めこみ、かつ接合表面を露出させる必要があ
る。この接合の埋めこみと接合表面の露出を行う
ための方法として、平坦化の技術として従来から
知られているエツチバツク法がある。第5図a〜
eにエツチバツク法によるジヨセフソン接合の形
成方法を示す。以下第5図を用いて従来の技術の
説明を行う。(Prior Art) In a method for forming a Josephson junction of the type in which a Josephson junction region is defined by etching a junction constituting layer in which a lower electrode and an upper electrode are coupled via a tunnel barrier layer, It is necessary to bury the periphery of the junction using a post-insulating film and expose the junction surface. As a method for embedding the bond and exposing the bond surface, there is an etch-back method, which is conventionally known as a planarization technique. Figure 5 a~
Figure 3e shows a method for forming Josephson junctions using the etchback method. The conventional technology will be explained below using FIG.
基部11上に下部配線12を形成し、第一の絶
縁膜13を用いて埋め込み表面を平坦にする。ス
パツタクリーニングを行い下部配線12表面を清
浄にした後、その上に下部電極14、トンネル障
壁層15、上部電極16からなる接合構成層を成
膜する(第5図a)。エツチングマスクを用いて
接合構成層を選択的にエツチングし、ジヨセフソ
ン接合領域を規定する(第5図b)。第2の絶縁
膜17を前記エツチングによる段差以上の厚さに
成膜後、塗布膜18を用いて表面を平坦にする
(第5図c)。第2の絶縁膜17と塗布膜18を等
しいエツチングレートでエツチングしジヨセフソ
ン接合の上部電極16表面を露出させる(第5図
d)。スパツタクリーニングを行い上部電極16
表面を清浄にした後、上部配線19を形成する
(第5図e)。 A lower wiring 12 is formed on the base 11, and a first insulating film 13 is used to flatten the buried surface. After sputter cleaning is performed to clean the surface of the lower wiring 12, a bonding layer consisting of a lower electrode 14, a tunnel barrier layer 15, and an upper electrode 16 is formed thereon (FIG. 5a). The junction component layers are selectively etched using an etch mask to define Josephson junction regions (FIG. 5b). After forming the second insulating film 17 to a thickness greater than the step difference caused by the etching, the surface is made flat using a coating film 18 (FIG. 5c). The second insulating film 17 and the coating film 18 are etched at the same etching rate to expose the surface of the upper electrode 16 of Josephson junction (FIG. 5d). Perform spatter cleaning and remove the upper electrode 16.
After cleaning the surface, upper wiring 19 is formed (FIG. 5e).
(発明が解決しようとする問題点)
従来の技術で述べたエツチバツク法による接合
の埋め込みでは、第5図dに示したように、接合
の上部電極16と上部配線19との電気的導通を
行うために、上部電極16の表面を第2の絶縁膜
17から露出されなければならない。実際のエツ
チバツク工程においては、第5図bに示されたエ
ツチング段差の基板上でのばらつき、エツチング
レートの基板上でのばらつき、第2の絶縁膜17
と塗布膜18とのエツチングレートのずれ、エツ
チングの終点検出の精度の問題等から、基板全面
にわたつて確実に上部電極16表面を露出させる
ためには、ある程度のエツチング深さのマージン
が必要である。(Problems to be Solved by the Invention) In the embedding of the junction by the etchback method described in the prior art, electrical continuity is established between the upper electrode 16 of the junction and the upper wiring 19 as shown in FIG. 5d. Therefore, the surface of the upper electrode 16 must be exposed from the second insulating film 17. In the actual etchback process, variations in the etching step shown in FIG. 5B on the substrate, variations in the etching rate on the substrate,
Due to the difference in etching rate between the etching film 18 and the coating film 18, and the accuracy of detecting the end point of etching, a certain margin of etching depth is required in order to reliably expose the surface of the upper electrode 16 over the entire surface of the substrate. be.
一方、超伝導集積回路のインダクタンスは、層
間絶縁膜の膜厚にほぼ比例する。そのため層間絶
縁膜の膜厚の制御は製造プロセスにおける重要な
課題となる。なかでもジヨセフソン接合の埋め込
みに用いる絶縁膜の膜厚は、超伝導集積回路を構
成するゲートのひとつである量子干渉計のインダ
クタンスにほぼ比例し、量子干渉計の特性や動作
マージンに直接影響を与えるため特に正確に制御
する必要がある。 On the other hand, the inductance of a superconducting integrated circuit is approximately proportional to the thickness of the interlayer insulating film. Therefore, controlling the thickness of the interlayer insulating film becomes an important issue in the manufacturing process. In particular, the thickness of the insulating film used to embed the Josephson junction is approximately proportional to the inductance of the quantum interferometer, which is one of the gates that make up the superconducting integrated circuit, and has a direct impact on the characteristics and operating margin of the quantum interferometer. Therefore, it is necessary to control it particularly precisely.
従来のエツチバツク法を用いたジヨセフソン接
合の形成においては、前述したようにエツチング
深さのマージンが必要なために、接合を埋め込む
第2の絶縁膜17の膜厚の制御が困難であつた。
このため、超伝導集積回路のインダクタンスが設
計値どおりに制御できず動作マーシンが低下する
欠点を有していた。 In forming Josephson junctions using the conventional etch-back method, since a margin for etching depth is required as described above, it has been difficult to control the thickness of the second insulating film 17 that embeds the junctions.
For this reason, the inductance of the superconducting integrated circuit cannot be controlled to a designed value, resulting in a reduction in operating margins.
本発明は従来技術の上記欠点を克服し、層間絶
縁膜の膜厚すなわちインダクタンスの制御性の良
いジヨセフソン接合の形成方法を提供することを
目的としている。 It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a method for forming a Josephson junction with good controllability of the thickness of the interlayer insulating film, that is, the inductance.
(問題点を解決するための手段)
本発明を用いれば、トンネル型ジヨセフソン接
合の形成方法において、超伝導膜からなる下部電
極と上部電極がトンネル障壁層を介して接合した
接合構成層に対してエツングを行い接合領域を規
定する工程と、前記エツチングにより生じる段差
以下の膜厚の絶縁膜を成膜する工程と、塗布膜を
用いて表面を平坦にする工程と、前記絶縁膜と前
記塗布膜をほぼ等しいエツチングレートでエツチ
ングし前記接合領域の表面を露出させかつ前記塗
布膜の一部を残す工程と、前記塗布膜を除去する
工程とを含むことを特徴とするジヨセフソン接合
の形成方法および、トンネル型ジヨセフソン接合
の形成方法において、超伝導膜からなる下部電極
と上部電極がトンネル障壁層を介して接合した接
合構成層に対してエツチングを行い接合領域を規
定する工程と、前記エツチングにより生じる段差
以下の膜厚の絶縁膜を成膜する工程と、塗布膜を
用いて表面を平坦にする工程と、前記絶縁膜と前
記塗布膜をほぼ等しいエツチングレートでエツチ
ングし前記接合領域の表面を露出させかつ前記塗
布膜の一部を残す工程と、前記接合領域の前記上
部電極を前記塗布膜より大きなエツチングレート
でエツチングし前記上部電極表面と前記絶縁膜表
面の位置をそろえかつ前記塗布膜の一部を残す工
程と、前記塗布膜を除去する工程とを含むことを
特徴とするジヨセフソン接合の形成方法が得られ
る。(Means for Solving the Problems) By using the present invention, in a method for forming a tunnel-type Josephson junction, a lower electrode and an upper electrode made of a superconducting film are connected to each other through a tunnel barrier layer. A step of etching to define a bonding area, a step of forming an insulating film with a thickness less than the step difference caused by the etching, a step of flattening the surface using a coating film, and a step of forming the insulating film and the coating film. A method for forming a Josephson junction, comprising the steps of: etching at approximately equal etching rate to expose the surface of the bonding region and leaving a part of the coating film; and removing the coating film; A method for forming a tunnel-type Josephson junction includes a step of etching a bonding layer in which a lower electrode and an upper electrode made of a superconducting film are bonded via a tunnel barrier layer to define a bonding region, and a step caused by the etching. a step of forming an insulating film with the following thickness; a step of flattening the surface using a coating film; and a step of etching the insulating film and the coating film at approximately the same etching rate to expose the surface of the bonding region. and etching the upper electrode in the bonding region at a higher etching rate than the coating film to align the upper electrode surface and the insulating film surface, and leaving a part of the coating film. There is obtained a method for forming a Josephson junction characterized by comprising a step of leaving the coating film and a step of removing the coating film.
(作用)
本発明においては、接合構成層のエツチングに
よつて生じる段差以下の膜厚の絶縁膜を用いて接
合の埋め込みを行つている。このため従来例で述
べたエツチバツク法を用いて、絶縁膜と塗布膜を
等しいエツチングレートでエツチングし、接合の
上部電極表面が露出した時点では、接合部以外の
絶縁膜は塗布膜で覆われている。接合の上部電極
の露出を確実に行うために、多少のオーバーエツ
チングを行つても、塗布膜が残つている間は絶縁
膜はエツチングされない。この塗布膜を除去する
ことによつて、インダクタンスに寄与する層間絶
縁膜の厚さは成膜した絶縁膜の厚さとなる。この
ように本発明を用いれば、接合構成層のエツチン
グによつて生じる段差と絶縁膜の膜厚との差がエ
ツチングのマージンとなり、接合の上部電極表面
の露出が層間絶縁膜の膜厚を変えることなしに確
実に行える。(Function) In the present invention, the junction is buried using an insulating film having a thickness equal to or less than the step difference caused by the etching of the junction constituting layer. Therefore, using the etchback method described in the conventional example, the insulating film and the coating film are etched at the same etching rate, and when the upper electrode surface of the junction is exposed, the insulating film other than the junction is covered with the coating film. There is. Even if some overetching is performed to ensure exposure of the upper electrode of the junction, the insulating film will not be etched while the coating remains. By removing this coating film, the thickness of the interlayer insulating film contributing to inductance becomes equal to the thickness of the formed insulating film. In this way, if the present invention is used, the difference between the step difference caused by etching the bonding constituent layer and the thickness of the insulating film becomes the etching margin, and the exposure of the upper electrode surface of the bond changes the thickness of the interlayer insulating film. You can definitely do it without any trouble.
また本発明の第2の発明を用いれば、前記本発
明によるエツチバツクによつて絶縁膜上に突出し
た接合部を塗布膜より高いエツチングレートでエ
ツチングすることにより、層間絶縁膜の膜厚を変
えることなしに表面をより平坦にすることができ
る。 Further, if the second aspect of the present invention is used, the thickness of the interlayer insulating film can be changed by etching the joint portion protruding onto the insulating film using the etchback according to the present invention at a higher etching rate than the coating film. The surface can be made flatter without
(実施例)
(実施例 1)
第1図a〜fは第1の発明によるジヨセフソン
接合の形成工程を示したものである。以下、第1
図を用いて第1の発明の実施例の説明を行う。(Example) (Example 1) Figures 1a to 1f show the steps for forming a Josephson junction according to the first invention. Below, the first
An embodiment of the first invention will be explained using the drawings.
熱酸化したシリコン基板11上に厚さ200nmの
ニオブNbを用いて下部配線12を形成する。厚
さ200nmの二酸化シリコンSiO2を第1の絶縁膜
13として形成し、下部配線12を埋め込む。そ
の上に下部電極14としてニオブを200nmスパツ
タで成膜する。アルミニウムを10nmスパツタで
成膜後、酸素圧力40Pa、10分間の熱酸化を行い
アルミニウム酸化膜からなるトンネル障壁層15
を形成する。最後に上部電極16としてニオブを
200nmスパツタで成膜し、下部電極14、トンネ
ル障壁層15、上部電極16から成る接合構成層
を形成する(第1図a)。なお、上述した接合構
成層の形成は同一真空中で行われる。次にポジ型
フオトレジストAZ1350J(商品名)を用いてエツ
チングマスクを形成する。四フツ化炭素ガスを用
いた反応性イオンエツチングで接合構成層を加工
し接合領域を規定する(第1図b)。反応性イオ
ンエツチングは、平行平板型エツチング装置を用
いて行い、エツチング条件は四フツ化炭素ガス圧
力5.0Pa、流量30sccm、電力密度0.16W/cm2であ
る。なお、アルミニウムは四フツ化炭素ガスを用
いた反応性イオンエツチングでは、エツチングレ
ートが著しく低いため、アルミニウム部分だけ
2.0Paのアルゴンガスを用いたイオンミリングで
エツチングする。第2の絶縁膜17として二酸化
シリコンを300nmスパツタで成膜する。その上に
塗布膜18としてフオトレジストAZ1450J(商品
名)をスピナーを用いて6000rpmの回転数で塗布
する。その後180℃、60分間のベーキングを行い、
フオトレジストをリフローさせ、表面を平坦にす
る。(第1図c)。第3図は四フツ化炭素ガスを用
いた反応性イオンエツチングにおける四フツ化炭
素ガス圧と二酸化シリコン、AZ1450J、ニオブの
エツチングレートの関係を示したものである。な
お電極はテフロン、四フツ化炭素流量は
30SCCM、電力密度は0.16W/cm2である。第3図
から、四フツ化炭素ガス圧7Paのときに二酸化シ
リコンとAZ1450Jのエツチングレートは30nm/
分と等しくなることがわかる。この四フツ化炭素
ガス圧7Paの条件でエツチングを行うと、二酸化
シリコンとAZ1450Jのエツチングレートが等しい
ため、表面を平坦に保つたままエツチングでき
る。この条件でエツチバツクを行い、接合の上部
電極16の表面を露出させる。さらに基板全面に
わたつてこの上部電極16表面の露出を確実に行
うために2分間のオーバーエツチングを行う。2
分間のエツチングでは、塗布膜18は60nmしか
エツチングされないため、接合部以外の第2の絶
縁膜17はまだ50nm程度の塗布膜18に覆われ
ている(第1図d)。基板を有機溶剤(例えばア
セトン)に浸し、超音波洗浄することによつて
AZ1450Jを除去する(第1図e)。アルゴンガス
を用いたスパツタクリーニングを行い、接合の上
部電極16上のニオブ酸化物や汚染物を除去した
後、真空を破らずにニオブを300nmスパツタで成
膜する。その後、フオトレジストを用いたパター
ニングを行い、下部電極14、上部電極16と同
じエツチング条件で反応性イオンエツチングを行
い、上部配線19を形成する(第1図f)。 A lower wiring 12 is formed on a thermally oxidized silicon substrate 11 using niobium Nb with a thickness of 200 nm. Silicon dioxide SiO 2 with a thickness of 200 nm is formed as the first insulating film 13, and the lower wiring 12 is buried therein. A 200 nm film of niobium is formed thereon as a lower electrode 14 by sputtering. After forming a 10 nm aluminum film by sputtering, thermal oxidation was performed at an oxygen pressure of 40 Pa for 10 minutes to form a tunnel barrier layer 15 made of aluminum oxide film.
form. Finally, niobium is used as the upper electrode 16.
A film of 200 nm is formed by sputtering to form a junction constituent layer consisting of a lower electrode 14, a tunnel barrier layer 15, and an upper electrode 16 (FIG. 1a). Note that the formation of the bonding constituent layers described above is performed in the same vacuum. Next, an etching mask is formed using a positive photoresist AZ1350J (trade name). The bonding layer is processed by reactive ion etching using carbon tetrafluoride gas to define the bonding area (FIG. 1b). Reactive ion etching was performed using a parallel plate type etching device, and the etching conditions were carbon tetrafluoride gas pressure of 5.0 Pa, flow rate of 30 sccm, and power density of 0.16 W/cm 2 . Note that when aluminum is etched by reactive ion etching using carbon tetrafluoride gas, the etching rate is extremely low, so only the aluminum part is etched.
Etching is performed by ion milling using 2.0 Pa argon gas. As the second insulating film 17, silicon dioxide is deposited to a thickness of 300 nm by sputtering. A photoresist AZ1450J (trade name) is applied thereon as a coating film 18 using a spinner at a rotation speed of 6000 rpm. Then bake at 180℃ for 60 minutes.
Reflow the photoresist to make the surface flat. (Figure 1c). FIG. 3 shows the relationship between the carbon tetrafluoride gas pressure and the etching rate of silicon dioxide, AZ1450J, and niobium in reactive ion etching using carbon tetrafluoride gas. The electrodes are Teflon, and the carbon tetrafluoride flow rate is
30SCCM, power density is 0.16W/ cm2 . From Figure 3, when the carbon tetrafluoride gas pressure is 7Pa, the etching rate of silicon dioxide and AZ1450J is 30nm/
It turns out that it is equal to minutes. When etching is performed under this carbon tetrafluoride gas pressure of 7 Pa, the etching rate of silicon dioxide and AZ1450J are the same, so etching can be performed while keeping the surface flat. Etchback is performed under these conditions to expose the surface of the upper electrode 16 for bonding. Furthermore, over-etching is performed for 2 minutes to ensure that the surface of the upper electrode 16 is exposed over the entire surface of the substrate. 2
In the etching for 1 minute, the coating film 18 is etched by only 60 nm, so the second insulating film 17 other than the junction portion is still covered with the coating film 18 of about 50 nm (FIG. 1d). By soaking the substrate in an organic solvent (e.g. acetone) and cleaning it ultrasonically.
Remove AZ1450J (Figure 1e). After performing sputter cleaning using argon gas to remove niobium oxide and contaminants on the upper electrode 16 of the junction, a 300 nm niobium film is formed by sputtering without breaking the vacuum. Thereafter, patterning is performed using a photoresist, and reactive ion etching is performed under the same etching conditions as those for the lower electrode 14 and the upper electrode 16 to form the upper wiring 19 (FIG. 1f).
本実施例においては、第1図cに示すように、
接合領域を規定するためのエツチングによつて生
じた段差より第2の絶縁膜17の膜厚の方が
100nm薄い。このため第1図dに示したエツチバ
ツクの工程において、第2の絶縁膜17と塗布膜
18を同じエツチングレートでエツチングした場
合、接合の上部電極16表面が露出した時点で
は、接合部以外の第2の絶縁膜17は塗布膜18
に覆われている。この塗布膜18を第1図eに示
すように除去することで、第2の絶縁膜17の膜
厚は成膜した時点の厚さが保たれる。以上のこと
から、接合の上部電極16と第2の絶縁膜17と
の段差100nmがエツチングのマージンとなり、第
2の絶縁膜の厚さを成膜した300nmに保ちつつ、
接合の上部電極16表面の露出が十分行える。こ
のため本実施例を用いれば、第2の絶縁膜17の
膜厚すなわち従来例の問題点で述べた層間絶縁膜
の膜厚の制御性が向上し、従つて超伝導集積回路
のインダクタンスの制御性が向上する。また接合
の上部電極16表面露出のための十分なエツチン
グマージン(100nm)があるため、製造プロセス
が容易になり歩留りが向上する。 In this embodiment, as shown in FIG. 1c,
The thickness of the second insulating film 17 is greater than the step difference caused by etching to define the bonding area.
100nm thin. Therefore, in the etchback process shown in FIG. The insulating film 17 of No. 2 is a coating film 18
covered in. By removing this coating film 18 as shown in FIG. 1e, the thickness of the second insulating film 17 is maintained at the same thickness as when it was formed. From the above, the 100 nm step difference between the upper junction electrode 16 and the second insulating film 17 becomes the etching margin, and while the thickness of the second insulating film is kept at the deposited 300 nm,
The surface of the upper electrode 16 for bonding can be sufficiently exposed. Therefore, by using this embodiment, the controllability of the thickness of the second insulating film 17, that is, the thickness of the interlayer insulating film mentioned in the problem of the conventional example, is improved, and therefore the inductance of the superconducting integrated circuit can be controlled. Improves sex. Furthermore, since there is a sufficient etching margin (100 nm) for exposing the surface of the upper electrode 16 of the junction, the manufacturing process is facilitated and the yield is improved.
(実施例 2)
第2図は第2の発明によるジヨセフソン接合の
形成工程を示したものである。以下、第2図を用
いて第2の発明の実施例の説明を行う。(Example 2) FIG. 2 shows a process for forming a Josephson junction according to the second invention. Hereinafter, an embodiment of the second invention will be explained using FIG.
熱酸化したシリコン基板11上に厚さ200nmの
ニオブを用いて下部配線12を形成する。厚さ
200nmの二酸化シリコンを第1の絶縁膜13とし
て形成し、下部配線12を埋め込む。その上に下
部電極14としてニオブを200nmスパツタで成膜
する。アルミニウムを10nmスパツタで成膜後、
酸素圧力40Pa、10分間の熱酸化を行いトンネル
障壁層15を形成する。最後に上部電極16とし
てニオブを200nmスパツタで成膜し、下部電極1
4、トンネル障壁層15、上部電極16から成る
接合構成層を形成する(第2図a)。なお、上述
した接合構成層の形成は同一真空中で行われる。
次にポジ型フオトレジストAZ1350J(商品名)を
用いてエツチングマスクを形成する。四フツ化炭
素ガスを用いた反応性イオンエツチングで接合構
成層を加工し接合領域を規定する(第2図b)。
反応性イオンエツチングは、平行平板型エツチン
グ装置を用いて行い、エツチング条件は四フツ化
炭素ガス圧力5.0Pa、流量30sccm、電力密度
0.16W/cm2である。なお、アルミニウムは四フツ
化炭素ガスを用いた反応性イオンエツチングで
は、エツチングレートが著しく低いため、アルミ
ニウム部分だけアルゴンガスを用いたイオンミリ
ングでエツチングする。第2の絶縁膜17として
二酸化シリコンを300nmスパツタで成膜する。そ
の上に塗布膜18としてフオトレジストAZ1450J
をスピナーを用いて6000rpmの回転数で塗布す
る。その後、180℃、60分間のベーキングを行い、
フオトレジストをリフローさせ、表面を平坦にす
る(第2図c)。第3図は四フツ化炭素ガスを用
いた反応性イオンエツチングにおける四フツ化炭
素ガス圧と二酸化シリコン、AZ1450J、ニオブの
エツチングレートの関係を示したものである。な
お電極はテフロン、四フツ化炭素流量は
30SCCM、電力密度は0.16W/cm2である。第3図
から四フツ化炭素ガス圧7Paのときに二酸化シリ
コンとAZ1450Jのエツチングレートは30nm/分
と等しくなることがわかる。この四フツ化炭素ガ
ス圧7Paの条件でエツチングを行うと、二酸化シ
リコンとAZ1450Jのエツチングレートが等しいた
め、表面を平坦に保つたままエツチングできる。
この条件でエツチバツクを行い、接合の上部電極
16の表面を露出される。さらに基板全面にわた
つてこの上部電極16表面の露出を確実に行うた
めに2分間のオーバーエツチングを行う。2分間
のエツチングでは、塗布膜18は60nmしかエツ
チングされないため、接合部以外の第2の絶縁膜
17はまだ50nm程度の塗布膜18に覆われてい
る(第2図d)。 A lower wiring 12 is formed using niobium with a thickness of 200 nm on a thermally oxidized silicon substrate 11. thickness
A 200 nm thick silicon dioxide film is formed as the first insulating film 13, and the lower wiring 12 is buried therein. A 200 nm film of niobium is formed thereon as a lower electrode 14 by sputtering. After forming a 10nm aluminum film by sputtering,
A tunnel barrier layer 15 is formed by thermal oxidation at an oxygen pressure of 40 Pa for 10 minutes. Finally, a 200 nm film of niobium is formed as the upper electrode 16 by sputtering, and the lower electrode 1
4. Form a junction constituent layer consisting of a tunnel barrier layer 15 and an upper electrode 16 (FIG. 2a). Note that the formation of the bonding constituent layers described above is performed in the same vacuum.
Next, an etching mask is formed using a positive photoresist AZ1350J (trade name). The bonding layer is processed by reactive ion etching using carbon tetrafluoride gas to define the bonding region (FIG. 2b).
Reactive ion etching was performed using a parallel plate etching device, and the etching conditions were carbon tetrafluoride gas pressure of 5.0 Pa, flow rate of 30 sccm, and power density.
It is 0.16W/ cm2 . Note that since the etching rate of aluminum is extremely low when reactive ion etching is performed using carbon tetrafluoride gas, only the aluminum portion is etched by ion milling using argon gas. As the second insulating film 17, silicon dioxide is deposited to a thickness of 300 nm by sputtering. On top of that, photoresist AZ1450J is applied as coating film 18.
is applied using a spinner at a rotation speed of 6000 rpm. Then, bake at 180℃ for 60 minutes.
The photoresist is reflowed to make the surface flat (Figure 2c). FIG. 3 shows the relationship between the carbon tetrafluoride gas pressure and the etching rate of silicon dioxide, AZ1450J, and niobium in reactive ion etching using carbon tetrafluoride gas. The electrodes are Teflon, and the carbon tetrafluoride flow rate is
30SCCM, power density is 0.16W/ cm2 . From FIG. 3, it can be seen that when the carbon tetrafluoride gas pressure is 7 Pa, the etching rate of silicon dioxide and AZ1450J is equal to 30 nm/min. When etching is performed under this carbon tetrafluoride gas pressure of 7 Pa, the etching rate of silicon dioxide and AZ1450J are the same, so etching can be performed while keeping the surface flat.
Etchback is performed under these conditions to expose the surface of the upper electrode 16 for bonding. Further, over-etching is performed for 2 minutes to ensure that the surface of the upper electrode 16 is exposed over the entire surface of the substrate. In the etching for 2 minutes, the coating film 18 is etched by only 60 nm, so the second insulating film 17 other than the junction portion is still covered with the coating film 18 of about 50 nm (FIG. 2d).
エツチング電極を石英に換え四フツ化炭素
50SCCM、20Pa、電力密度0.16W/cm2の条件で1
分30秒間の反応性イオンエツングを行う。第4図
は四フツ化炭素ガスを用いた反応性イオンエツチ
ングにおける四フツ化炭素ガス圧と二酸化シリコ
ン、AZ1450J、ニオブのエツチングレートの関係
を示したものである。なお電極は石英、四フツ化
炭素流量は30SCCM、電力密度は0.16W/cm2であ
る。第4図に示すように、このエツチングにより
ニオブが80nmエツチングされ接合の上部電極1
6表面と第2の絶縁膜17表面の高さが等しくな
る。(上記条件による反応性イオンエツチングに
おいてはニオブ表面の薄い酸化物を除去するため
に、第4図のエツチングレートから求められるエ
ツチング時間の他に、1分間のエツチングが必要
である)。この1分30秒間のエツチングによつて、
エツチングされる塗布膜18は30nmであるため、
エツチング後も接合部以外の第2の絶縁膜17は
20nm程度の塗布膜18に覆われている(第2図
e)。基板を有機溶剤(例えばアセトン)に浸し、
超音波清浄することによつて塗布膜18を除去す
る。アルゴンガスを用いたスパツタクリーニング
を行い、接合の上部電極上のニオブ酸化物や汚染
物を除去した後、真空を破らずにニオブを300nm
スパツタで成膜する。その後、フオトレジストを
用いたパターニングを行い、下部電極14、上部
電極16と同じエツチング条件で反応性イオンエ
ツチングを行い、上部配線19を形成する(第2
図f)。 Replace the etching electrode with quartz and use carbon tetrafluoride
1 under the conditions of 50SCCM, 20Pa, power density 0.16W/ cm2
Perform reactive ion etching for 30 seconds. FIG. 4 shows the relationship between the carbon tetrafluoride gas pressure and the etching rate of silicon dioxide, AZ1450J, and niobium in reactive ion etching using carbon tetrafluoride gas. The electrodes are quartz, the carbon tetrafluoride flow rate is 30 SCCM, and the power density is 0.16 W/ cm2 . As shown in Fig. 4, this etching etches 80 nm of niobium, forming the upper electrode 1 of the junction.
6 surface and the second insulating film 17 surface have the same height. (In reactive ion etching under the above conditions, etching for 1 minute is required in addition to the etching time determined from the etching rate in FIG. 4 in order to remove the thin oxide on the niobium surface). By etching for 1 minute and 30 seconds,
Since the coating film 18 to be etched has a thickness of 30 nm,
Even after etching, the second insulating film 17 other than the bonding area remains
It is covered with a coating film 18 of about 20 nm (Fig. 2e). Soak the substrate in an organic solvent (e.g. acetone),
The coating film 18 is removed by ultrasonic cleaning. After sputter cleaning with argon gas to remove niobium oxide and contaminants on the upper electrode of the junction, 300 nm of niobium was added without breaking the vacuum.
Deposit the film using sputtering. Thereafter, patterning is performed using a photoresist, and reactive ion etching is performed under the same etching conditions as the lower electrode 14 and upper electrode 16 to form the upper wiring 19 (second
Figure f).
本実施例においては、第1の実施例で述べた効
果の他に(第2図e)に示すエツチングを行うこ
とにより、表面がより平坦になるため、その上に
堆積される超伝導膜や絶縁膜をより薄くでき、イ
ンダクタンスが低減される、また段差がより低く
なるためプロセスがさらに容易になる効果があ
る。 In this example, in addition to the effect described in the first example, by performing the etching shown in FIG. This has the effect of making the insulating film thinner, reducing inductance, and lowering the step height, making the process easier.
(発明の効果)
本発明の第1の発明を用いれば、ジヨセフソン
接合を埋めこむ層間絶縁膜の膜厚の制御性が向上
し、超伝導集積回路のインダクタンスの制御性が
向上する。またエツチバツク法を用いた接合の上
部電極の露出も確実に行うことができる。さらに
エツチバツクにおけるエツチング時間のマージン
が大きく取れるため、プロセスがより容易になり
歩留りが向上する等の利点を有する。(Effects of the Invention) By using the first aspect of the present invention, the controllability of the film thickness of the interlayer insulating film that embeds the Josephson junction is improved, and the controllability of the inductance of the superconducting integrated circuit is improved. Furthermore, the upper electrode of the bonding can be exposed reliably using the etch-back method. Furthermore, since a large etching time margin can be secured in the etchback, the process is easier and the yield is improved.
また本発明の第2の発明を用いれば、第1の発
明で述べた効果の他に、表面の平坦性が向上し、
ジヨセフソン接合より上に堆積される超伝導膜や
絶縁膜をより薄くでき、インダクタンスが低減さ
れ、超伝導集積回路の動作スピードが向上する。
さらに段差による、段切れやシヨートが減少する
ためプロセスがより容易になる等の利点を有す
る。 Moreover, if the second invention of the present invention is used, in addition to the effects described in the first invention, the flatness of the surface will be improved,
The superconducting and insulating films deposited above the Josephson junction can be made thinner, reducing inductance and increasing the operating speed of superconducting integrated circuits.
Furthermore, it has the advantage that the process becomes easier because the number of steps and cuts caused by the step difference are reduced.
第1図a〜fは第1の発明の実施例(実施例
1)を説明するためのプロセス図である。第2図
a〜fは第2の発明の実施例(実施例2)を説明
するためのプロセス図である。第3図はテフロン
基板を用いた反応性イオンエツチングにおける、
四フツ化炭素ガス圧とニオブ、二酸化シリコン、
フオトレジスト(AZ1450J)のエツチングレート
との関係を示した特性図である。第4図は石英基
板を用いた反応性イオンエツチングにおける、四
フツ化炭素ガス圧とニオブ、二酸化シリコン、フ
オトレジスト(AZ1450J)のエツチングレートと
の関係を示した特性図である。第5図a〜eは従
来例を説明するためのプロセス図である。
図において、11……基板、12……下部電
極、13……第1の絶縁膜、14……下部電極、
15……トンネル障壁層、16……上部電極、1
7……第2の絶縁膜、18……塗布膜、19……
上部配線。
1A to 1F are process diagrams for explaining an embodiment (Example 1) of the first invention. FIGS. 2a to 2f are process diagrams for explaining an embodiment (Example 2) of the second invention. Figure 3 shows reactive ion etching using a Teflon substrate.
Carbon tetrafluoride gas pressure, niobium, silicon dioxide,
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship with the etching rate of photoresist (AZ1450J). FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between carbon tetrafluoride gas pressure and etching rate of niobium, silicon dioxide, and photoresist (AZ1450J) in reactive ion etching using a quartz substrate. 5A to 5E are process diagrams for explaining a conventional example. In the figure, 11... substrate, 12... lower electrode, 13... first insulating film, 14... lower electrode,
15... Tunnel barrier layer, 16... Upper electrode, 1
7... Second insulating film, 18... Coating film, 19...
Upper wiring.
Claims (1)
いて、超伝導膜からなる下部電極と上部電極がト
ンネル障壁層を介して接合した接合構成層に対し
てエツングを行い接合領域を規定する工程と、前
記エツチングにより生じる段差以下の膜厚の絶縁
膜を成膜する工程と、塗布膜を用いて表面を平坦
にする工程と、前記絶縁膜と前記塗布膜をほぼ等
しいエツチングレートでエツチングし前記接合領
域の表面を露出させかつ前記塗布膜の一部を残す
工程と、前記塗布膜を除去する工程とを含むこと
を特徴とするジヨセフソン接合の形成方法。 2 トンネル型ジヨセフソン接合の形成方法にお
いて、超伝導膜からなる下部電極と上部電極がト
ンネル障壁層を介して接合した接合構成層に対し
てエツチングを行い接合領域を規定する工程と、
前記エツチングにより生じる段差以下の膜厚の絶
縁膜を成膜する工程と、塗布膜を用いて表面を平
坦にする工程と、前記絶縁膜と前記塗布膜をほぼ
等しいエツチングレートでエツチングし前記接合
領域の表面を露出させかつ前記塗布膜の一部を残
す工程と、前記接合領域の前記上部電極を前記塗
布膜より大きなエツチングレートでエツチングし
前記上部電極表面と前記絶縁膜表面の位置をそろ
えかつ前記塗布膜の一部を残す工程と、前記塗布
膜を除去する工程とを含むことを特徴とするジヨ
セフソン接合の形成方法。[Claims] 1. In a method for forming a tunnel-type Josephson junction, a step of defining a junction region by etching a junction constituent layer in which a lower electrode and an upper electrode made of a superconducting film are joined via a tunnel barrier layer. a step of forming an insulating film with a thickness equal to or less than the step difference caused by the etching; a step of flattening the surface using a coating film; etching the insulating film and the coating film at approximately the same etching rate; A method for forming a Josephson junction, comprising the steps of: exposing the surface of a bonding region and leaving a part of the coating film; and removing the coating film. 2. In the method for forming a tunnel-type Josephson junction, a step of defining a junction region by etching a junction constituent layer in which a lower electrode and an upper electrode made of a superconducting film are joined via a tunnel barrier layer;
A step of forming an insulating film with a thickness equal to or less than the step difference caused by the etching, a step of flattening the surface using a coating film, and etching the insulating film and the coating film at approximately the same etching rate to form the bonding region. etching the upper electrode in the bonding region at a higher etching rate than the coating film to align the upper electrode surface and the insulating film surface; A method for forming a Josephson junction, comprising the steps of leaving a part of the coating film and removing the coating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62037799A JPS63205973A (en) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | Method of forming Josephson junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62037799A JPS63205973A (en) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | Method of forming Josephson junction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63205973A JPS63205973A (en) | 1988-08-25 |
| JPH0455546B2 true JPH0455546B2 (en) | 1992-09-03 |
Family
ID=12507551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62037799A Granted JPS63205973A (en) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | Method of forming Josephson junction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63205973A (en) |
-
1987
- 1987-02-23 JP JP62037799A patent/JPS63205973A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63205973A (en) | 1988-08-25 |
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