JPH05175562A - ジョセフソン集積回路装置の製造方法 - Google Patents
ジョセフソン集積回路装置の製造方法Info
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- JPH05175562A JPH05175562A JP3342828A JP34282891A JPH05175562A JP H05175562 A JPH05175562 A JP H05175562A JP 3342828 A JP3342828 A JP 3342828A JP 34282891 A JP34282891 A JP 34282891A JP H05175562 A JPH05175562 A JP H05175562A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジョセフソン集積回路装置の製造方法に関
し、製造工程を低減し、超伝導体層と抵抗体層との間の
接触抵抗が低く、抵抗体が安定した抵抗値を有し、信頼
性が高いジョセフソン集積回路装置を提供する。 【構成】 基板1の上に抵抗体となる金属層2(Zr,
Hf,Al等)と、この金属と同じかそれとは異なる金
属の耐酸化性の超伝導性窒化物層3(NbN等)を堆積
して2層構造を形成する工程と、この2層構造体の抵抗
体となる金属層2と超伝導性窒化物層の3層に対して所
定の抵抗体を得るためのパターニングを行う工程と、パ
ターニングされた抵抗体となる金属層2と超伝導性窒化
物層3の上に超伝導回路を形成するための超伝導体層5
(Nb等)を形成する工程と、この超伝導体層5と超伝
導性窒化物層3の2層に対して、抵抗体となる金属層2
をエッチングストップ層として所定の回路パターニング
を行う工程を採用する。
し、製造工程を低減し、超伝導体層と抵抗体層との間の
接触抵抗が低く、抵抗体が安定した抵抗値を有し、信頼
性が高いジョセフソン集積回路装置を提供する。 【構成】 基板1の上に抵抗体となる金属層2(Zr,
Hf,Al等)と、この金属と同じかそれとは異なる金
属の耐酸化性の超伝導性窒化物層3(NbN等)を堆積
して2層構造を形成する工程と、この2層構造体の抵抗
体となる金属層2と超伝導性窒化物層の3層に対して所
定の抵抗体を得るためのパターニングを行う工程と、パ
ターニングされた抵抗体となる金属層2と超伝導性窒化
物層3の上に超伝導回路を形成するための超伝導体層5
(Nb等)を形成する工程と、この超伝導体層5と超伝
導性窒化物層3の2層に対して、抵抗体となる金属層2
をエッチングストップ層として所定の回路パターニング
を行う工程を採用する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン集積回路
装置の製造方法に関する。ジョセフソン集積回路装置
は、高速、低消費電力および高磁界感度を有することを
特徴とし、将来の高速コンピュータあるいは生体磁気測
定への応用が注目されている。
装置の製造方法に関する。ジョセフソン集積回路装置
は、高速、低消費電力および高磁界感度を有することを
特徴とし、将来の高速コンピュータあるいは生体磁気測
定への応用が注目されている。
【0002】
【従来の技術】ジョセフソン集積回路装置の構成要素と
しては、少なくとも、ジョセフソン接合を形成するため
の超伝導回路と抵抗体の2つがあり、抵抗体を超伝導回
路に接続することが必要である。従来、ジョセフソン集
積回路装置用抵抗体としてはモリブデン(Mo)が用い
られ、基板上に形成されたMo薄膜を所定形状にパター
ニングすることによって形成されていた。
しては、少なくとも、ジョセフソン接合を形成するため
の超伝導回路と抵抗体の2つがあり、抵抗体を超伝導回
路に接続することが必要である。従来、ジョセフソン集
積回路装置用抵抗体としてはモリブデン(Mo)が用い
られ、基板上に形成されたMo薄膜を所定形状にパター
ニングすることによって形成されていた。
【0003】図2(A)〜(G)は、従来のジョセフソ
ン集積装置の製造工程説明図である。この図において、
11はSi基板、12はMo層、13,14はレジスト
層、15はSiO層、16はNb層である。この製造工
程説明図によって従来のジョセフソン集積回路装置の製
造方法を説明する。
ン集積装置の製造工程説明図である。この図において、
11はSi基板、12はMo層、13,14はレジスト
層、15はSiO層、16はNb層である。この製造工
程説明図によって従来のジョセフソン集積回路装置の製
造方法を説明する。
【0004】第1工程(図2(A)参照) Si基板11の上に、厚さ約150nmのMo層12を
堆積する。このMo層12は、DCマグネトロンスパッ
タによって形成するが、雰囲気は1.3Pa、供給電力
は1kW、堆積速度は300nm/minである。
堆積する。このMo層12は、DCマグネトロンスパッ
タによって形成するが、雰囲気は1.3Pa、供給電力
は1kW、堆積速度は300nm/minである。
【0005】第2工程(図2(B)参照) Mo層12の上全面にレジスト層を形成し、通常のフォ
トリソグラフィ技術を用いて所定の抵抗体の形状のレジ
スト層13を残す。
トリソグラフィ技術を用いて所定の抵抗体の形状のレジ
スト層13を残す。
【0006】第3工程(図2(C)参照) 抵抗体の形状のレジスト層13をマスクにして、Mo層
12を反応性エッチング技術(RIE)を用いてエッチ
ングしてMo層12からなる所定形状の抵抗体を形成す
る。このRIEは、反応ガスとして8PaのCHF3 +
O2 を用い、供給電力を100Wとして行う。その後レ
ジスト層13を除去する。
12を反応性エッチング技術(RIE)を用いてエッチ
ングしてMo層12からなる所定形状の抵抗体を形成す
る。このRIEは、反応ガスとして8PaのCHF3 +
O2 を用い、供給電力を100Wとして行う。その後レ
ジスト層13を除去する。
【0007】第4工程(図2(D)参照) 通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、抵抗体として
用いるMo層12の中心部に開口を有するレジスト層1
4を形成する。
用いるMo層12の中心部に開口を有するレジスト層1
4を形成する。
【0008】第5工程(図2(E)参照) レジスト層14の上の全面にMo層12の保護膜となる
膜厚250nmのSiO層15を蒸着する。なお、スパ
ッタリングによってSiO2 層を形成することも考えら
れるが、スパッタリングの際の熱によってレジスト層1
4が損傷を受けるため、低酸素雰囲気中で蒸着すること
によってSiO層15を形成している。
膜厚250nmのSiO層15を蒸着する。なお、スパ
ッタリングによってSiO2 層を形成することも考えら
れるが、スパッタリングの際の熱によってレジスト層1
4が損傷を受けるため、低酸素雰囲気中で蒸着すること
によってSiO層15を形成している。
【0009】第6工程(図2(F)参照) レジスト層14をアセトンによってエッチングして除去
し、同時にその上に堆積されていたSiO層15を除去
する(リフトオフ)。次に、真空装置内でSiO層15
の外周に露出するMo層12の表面をArエッチングし
て、Mo層12の表面に形成されている酸化層を取り除
く。
し、同時にその上に堆積されていたSiO層15を除去
する(リフトオフ)。次に、真空装置内でSiO層15
の外周に露出するMo層12の表面をArエッチングし
て、Mo層12の表面に形成されている酸化層を取り除
く。
【0010】第7工程(図2(G)参照) 続いて超伝導配線層となる膜厚300nmのNb層16
をDCマグネトロンスパッタにより全面に堆積する。そ
の条件は、Ar圧力1.3Pa、印加電圧300V、電
流2.0Aであり、堆積速度は30nm/minであ
る。
をDCマグネトロンスパッタにより全面に堆積する。そ
の条件は、Ar圧力1.3Pa、印加電圧300V、電
流2.0Aであり、堆積速度は30nm/minであ
る。
【0011】そして、フォトリソグラフィ技術を用いて
超伝導配線層の形状を有するレジスト層を形成し、この
レジスト層をマスクにし、RIEによって超伝導配線層
を形成する。このときのRIEの条件は、反応ガスとし
てCF4 +O2 を用い、その圧力を8Paとし、供給電
力は50Wである。上記のレジスト層を除去してジョセ
フソン集積回路装置が完成する。
超伝導配線層の形状を有するレジスト層を形成し、この
レジスト層をマスクにし、RIEによって超伝導配線層
を形成する。このときのRIEの条件は、反応ガスとし
てCF4 +O2 を用い、その圧力を8Paとし、供給電
力は50Wである。上記のレジスト層を除去してジョセ
フソン集積回路装置が完成する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のジョセフソン集積回路装置の製造方法においては次
のような問題がある。
来のジョセフソン集積回路装置の製造方法においては次
のような問題がある。
【0013】 超伝導配線層をパターニングする工程
で、抵抗体として用いるMo層もエッチングされるた
め、パターニングした後のMo抵抗体をSiO層によっ
て覆う必要があるが、このSiO層を形成する工程が必
要であり、また、上記のように、SiO層のパターニン
グをリフトオフによって行う際、SiO層が剥離しやす
く、工程が煩雑である。
で、抵抗体として用いるMo層もエッチングされるた
め、パターニングした後のMo抵抗体をSiO層によっ
て覆う必要があるが、このSiO層を形成する工程が必
要であり、また、上記のように、SiO層のパターニン
グをリフトオフによって行う際、SiO層が剥離しやす
く、工程が煩雑である。
【0014】 製造工程に伴う熱処理において、超伝
導体層とMo抵抗体との間で拡散が起こり、その間に接
触抵抗が大きい層が生じる。本発明においては、製造工
程を低減し、超伝導体層と抵抗体層との間の接触抵抗が
低く、抵抗体が安定した抵抗値を有し、信頼性が高いジ
ョセフソン集積回路装置を提供することを目的とする。
導体層とMo抵抗体との間で拡散が起こり、その間に接
触抵抗が大きい層が生じる。本発明においては、製造工
程を低減し、超伝導体層と抵抗体層との間の接触抵抗が
低く、抵抗体が安定した抵抗値を有し、信頼性が高いジ
ョセフソン集積回路装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるジョセフ
ソン集積回路装置の製造方法においては、上記の問題を
解決するため、基板の上に抵抗体となる金属層と、該金
属と同じかそれとは異なる金属の超伝導性窒化物層を堆
積して2層構造体を形成する工程と、該2層構造体の抵
抗体となる金属層と超伝導性窒化物層の2層に対して所
定の抵抗体を得るためのパターニングを行う工程と、パ
ターニングされた抵抗体となる金属層と超伝導性窒化物
層の上に超伝導回路を形成するための超伝導体層を形成
する工程と、該超伝導体層と超伝導性窒化物層の2層に
対して、抵抗体となる金属層をエッチングストップ層と
して所定の回路パターニングを行う工程を採用した。
ソン集積回路装置の製造方法においては、上記の問題を
解決するため、基板の上に抵抗体となる金属層と、該金
属と同じかそれとは異なる金属の超伝導性窒化物層を堆
積して2層構造体を形成する工程と、該2層構造体の抵
抗体となる金属層と超伝導性窒化物層の2層に対して所
定の抵抗体を得るためのパターニングを行う工程と、パ
ターニングされた抵抗体となる金属層と超伝導性窒化物
層の上に超伝導回路を形成するための超伝導体層を形成
する工程と、該超伝導体層と超伝導性窒化物層の2層に
対して、抵抗体となる金属層をエッチングストップ層と
して所定の回路パターニングを行う工程を採用した。
【0016】この場合、抵抗体となる金属層と超伝導性
窒化物層として、Zr/NbNあるいはHf/NbN、
または、Al/NbNを用いることができる。
窒化物層として、Zr/NbNあるいはHf/NbN、
または、Al/NbNを用いることができる。
【0017】
【作用】本発明のように、抵抗体として用いる金属層の
上に耐酸化性の金属の窒化物の層を積層したままパター
ニング等の工程を施すため、超伝導体層の堆積前に抵抗
体として用いる金属層の表面をArエッチングする必要
がなく、また、NbN等金属の窒化物は安定であるため
に、超伝導配線との間の拡散が起きず、熱的に安定でそ
の接触面に高抵抗層を生じない。
上に耐酸化性の金属の窒化物の層を積層したままパター
ニング等の工程を施すため、超伝導体層の堆積前に抵抗
体として用いる金属層の表面をArエッチングする必要
がなく、また、NbN等金属の窒化物は安定であるため
に、超伝導配線との間の拡散が起きず、熱的に安定でそ
の接触面に高抵抗層を生じない。
【0018】
【実施例】本発明の実施例を図面によって説明する。図
1(A)〜(F)は、本発明の一実施例のジョセフソン
集積回路装置の製造工程説明図である。この図におい
て、1はSi基板、2はZr層、3はNbN層、4はレ
ジスト層、5はNb層、6はレジスト層である。この工
程説明図によって本発明の一実施例のジョセフソン集積
回路装置の製造方法を説明する。
1(A)〜(F)は、本発明の一実施例のジョセフソン
集積回路装置の製造工程説明図である。この図におい
て、1はSi基板、2はZr層、3はNbN層、4はレ
ジスト層、5はNb層、6はレジスト層である。この工
程説明図によって本発明の一実施例のジョセフソン集積
回路装置の製造方法を説明する。
【0019】第1工程(図1(A)参照) Si基板1の上に連続的に膜厚100nmのZr層2と
膜厚10nmのNbN層3を堆積する。この場合、Zr
はDCマグネトロンスパッタで形成する。その条件は、
Ar圧力が1.3Pa、印加電圧が300Vで、堆積速
度は10nm/minであった。また、NbNは反応性
RFマグネトロンスパッタリングで形成する。その条件
は、印加電力が400W、Ar圧力が2Paで、堆積速
度は30nm/minであった。
膜厚10nmのNbN層3を堆積する。この場合、Zr
はDCマグネトロンスパッタで形成する。その条件は、
Ar圧力が1.3Pa、印加電圧が300Vで、堆積速
度は10nm/minであった。また、NbNは反応性
RFマグネトロンスパッタリングで形成する。その条件
は、印加電力が400W、Ar圧力が2Paで、堆積速
度は30nm/minであった。
【0020】第2工程(図1(B)参照) レジスト層4を全面に塗布し、通常のフォトリソグラフ
ィ技術を用いて、所定の抵抗体の形状にパターニングす
る。
ィ技術を用いて、所定の抵抗体の形状にパターニングす
る。
【0021】第3工程(図1(C)参照) パターニングされたレジスト層4をマスクにして、Nb
N層3とZr層2の積層体を、イオンビームエッチング
(IBE)によって抵抗体の形状にパターニングする。
この場合、パターニングする工程としてRIEを採用す
ると、NbN層はエッチングされるがZr層はエッチン
グされないで残るため、イオン・ビーム・エッチング
(IBE)を用いてNbN層とZr層を共にエッチング
した。このIBEエッチングの条件は、Ar圧力が0.
1Pa、加速電圧が50Vであり、このときのエッチン
グ速度は10nm/minであった。上記の工程に代え
て、NbN層3をCF4 +5%O2 によってRIEした
後、IBEによってZr層2をエッチングしてもよい。
N層3とZr層2の積層体を、イオンビームエッチング
(IBE)によって抵抗体の形状にパターニングする。
この場合、パターニングする工程としてRIEを採用す
ると、NbN層はエッチングされるがZr層はエッチン
グされないで残るため、イオン・ビーム・エッチング
(IBE)を用いてNbN層とZr層を共にエッチング
した。このIBEエッチングの条件は、Ar圧力が0.
1Pa、加速電圧が50Vであり、このときのエッチン
グ速度は10nm/minであった。上記の工程に代え
て、NbN層3をCF4 +5%O2 によってRIEした
後、IBEによってZr層2をエッチングしてもよい。
【0022】第4工程(図1(D)参照) レジスト層4を除去したのち、配線層となる膜厚300
nmの超伝導薄膜Nb層、または、Nb層5を全面に堆
積した。Nb層はDCマグネトロンスパッタによって形
成した。その条件は、Ar圧力が1.3Pa、印加電流
が2.0A、印加電圧が300Vであり、このときの堆
積速度は30nm/minであった。
nmの超伝導薄膜Nb層、または、Nb層5を全面に堆
積した。Nb層はDCマグネトロンスパッタによって形
成した。その条件は、Ar圧力が1.3Pa、印加電流
が2.0A、印加電圧が300Vであり、このときの堆
積速度は30nm/minであった。
【0023】第5工程(図1(E)参照) その上にレジスト層6を形成し、フォトリソグラフィ技
術を用いて超伝導配線層の形状にパターニングする。
術を用いて超伝導配線層の形状にパターニングする。
【0024】第6工程(図1(F)参照) パターングしたレジスト層6をマスクにしてNbN層3
をRIEでエッチングしてパターニングする。この場
合、RIEガスとして、CF4 +O2 を用い、その圧を
8Pa、供給電力を50Wとした。
をRIEでエッチングしてパターニングする。この場
合、RIEガスとして、CF4 +O2 を用い、その圧を
8Pa、供給電力を50Wとした。
【0025】このエッチング条件によって、超伝導Nb
層5および、Zr/NbNの2層構造を構成するNbN
層3はCF4 +O2 ガスによってエッチングされるが、
Zr層2はエッチングされないで抵抗体となる。レジス
ト層6を除去して完成する。
層5および、Zr/NbNの2層構造を構成するNbN
層3はCF4 +O2 ガスによってエッチングされるが、
Zr層2はエッチングされないで抵抗体となる。レジス
ト層6を除去して完成する。
【0026】本実施例においてはZr/NbNの組合せ
で説明したが、この外Hf/NbNの組合せを用いても
よい。また、より低抵抗の抵抗体が必要な場合は、Al
/NbNを採用することもできる。
で説明したが、この外Hf/NbNの組合せを用いても
よい。また、より低抵抗の抵抗体が必要な場合は、Al
/NbNを採用することもできる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、抵抗体堆積時は、抵抗体層と保護層の2層構造を形
成する必要があるが、超伝導配線のパターニング工程時
には、超伝導配線と接触する部分のみ2層構造でそれ以
外は抵抗体となる金属になるために下記のような効果を
奏する。
は、抵抗体堆積時は、抵抗体層と保護層の2層構造を形
成する必要があるが、超伝導配線のパターニング工程時
には、超伝導配線と接触する部分のみ2層構造でそれ以
外は抵抗体となる金属になるために下記のような効果を
奏する。
【0028】 NbN層は安定で表面が酸化されない
ために、超伝導層の堆積前に抵抗層の表面の酸化物層を
除くArエッチングを行う必要がない。
ために、超伝導層の堆積前に抵抗層の表面の酸化物層を
除くArエッチングを行う必要がない。
【0029】 NbN層は安定であるために、超伝導
配層と抵抗体となる金属層との間の拡散が起きることな
く、熱的に安定となる。
配層と抵抗体となる金属層との間の拡散が起きることな
く、熱的に安定となる。
【0030】 この構造では抵抗体となる金属層と超
伝導層の間にNbN層が存在するが、NbN層は超伝導
体(転位温度15K)であるため動作時には余分な接触
抵抗を生じることがない。
伝導層の間にNbN層が存在するが、NbN層は超伝導
体(転位温度15K)であるため動作時には余分な接触
抵抗を生じることがない。
【0031】 SiO層などの抵抗体となる金属層の
保護層が不必要であるため、工程の節減が可能となり、
また、この保護層の位置合わせの余裕度を見込む必要が
ないため抵抗部の面積の縮小が可能である。
保護層が不必要であるため、工程の節減が可能となり、
また、この保護層の位置合わせの余裕度を見込む必要が
ないため抵抗部の面積の縮小が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(F)は本発明の一実施例のジョセフ
ソン集積回路装置の製造工程説明図である。
ソン集積回路装置の製造工程説明図である。
【図2】(A)〜(G)は従来のジョセフソン集積回路
装置の製造工程説明図である。
装置の製造工程説明図である。
1 Si基板 2 Zr層 3 NbN層 4 レジスト層 5 Nb層 6 レジスト層
Claims (3)
- 【請求項1】 基板の上に抵抗体となる金属層と、該金
属と同じかそれとは異なる金属の超伝導性窒化物層を堆
積して2層構造体を形成する工程と、 該2層構造体の抵抗体となる金属層と超伝導性窒化物層
の2層に対して所定の抵抗体を得るためのパターニング
を行う工程と、 パターニングされた抵抗体となる金属層と超伝導性窒化
物層の上に超伝導回路を形成するための超伝導体層を形
成する工程と、 該超伝導体層と超伝導性窒化物層の2層に対して、抵抗
体となる金属層をエッチングストップ層として所定の回
路パターニングを行う工程と、 を含むことを特徴とするジョセフソン集積回路装置の製
造方法。 - 【請求項2】高抵抗体となる金属層と超伝導性窒化物層
として、Zr/NbNあるいはHf/NbNを用いるこ
とを特徴とする請求項1記載のジョセフソン集積回路装
置の製造方法。 - 【請求項3】低抵抗体となる金属層と超伝導性窒化物層
として、Al/NbNを用いることを特徴とする請求項
1記載のジョセフソン集積回路装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3342828A JPH05175562A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | ジョセフソン集積回路装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3342828A JPH05175562A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | ジョセフソン集積回路装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05175562A true JPH05175562A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18356806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3342828A Withdrawn JPH05175562A (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | ジョセフソン集積回路装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05175562A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5688383A (en) * | 1996-02-22 | 1997-11-18 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for improving the performance of high temperature superconducting thin film wafers |
-
1991
- 1991-12-25 JP JP3342828A patent/JPH05175562A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5688383A (en) * | 1996-02-22 | 1997-11-18 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method for improving the performance of high temperature superconducting thin film wafers |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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