JPH0526358B2 - - Google Patents

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JPH0526358B2
JPH0526358B2 JP58237813A JP23781383A JPH0526358B2 JP H0526358 B2 JPH0526358 B2 JP H0526358B2 JP 58237813 A JP58237813 A JP 58237813A JP 23781383 A JP23781383 A JP 23781383A JP H0526358 B2 JPH0526358 B2 JP H0526358B2
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JP
Japan
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vacuum chamber
resist mask
sio
substrate
film
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JP58237813A
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Koji Yamada
Fumie Matsudate
Nobuo Myamoto
Mikio Hirano
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • 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
    • H10N60/0912Manufacture or treatment of Josephson-effect devices

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、低温リフトオフ法によるジヨセフソ
ン集積介路のパターン作製における上部電極製造
方法に関するものである。
〔発明の背景〕
ジヨセフソン接合を応用したスイツチング素子
は、スイツチ時間や消費電力がSi半導体素子に比
べてそれぞれ約2桁優れた性能を有し、高速論
理、メモリ素子として有望視されている。このジ
ヨセフソン集積回路の各電極および層間絶縁膜の
パターン形成は、リフトオフ法により作製され
る。プロセスの作製条件は、素子特性の劣下を防
止するために70℃以下の低温処理で行つている。
金属層はPb合金系、層間絶縁膜はSiOを用いてい
る。リフトオフマスクは、第1図に示す様に、ポ
ジ型レジスト12としてAZ1350J(米国、シツプ
レー社の商品名)を用いて、これにクロルベンゼ
ン処理を施こし、レジストの断面構造をオーバハ
ング状にした、いわゆるレジストステンシルマス
クが用いられている。ジヨセフソン集積回路の中
でも最も重要な作製プロセスは、ジヨセフソン接
合を形成するベース電極と上部電極である。特に
問題となるのは上部電極を形成するレジストマス
クの酸素イオンによるスパツタダメージである。
すなわち、ベース電極接合面のrfクリーニングと
トンネルバリアを形成するrf酸化処理の影響を受
け第2図に示す様にレジストのオーバハング部2
3に欠損を生じることである。上部電極材は素子
特性の劣下の原因となるためにPb−In合金は用
いられない。このためPb−BiもしくはPb−Au−
Pbを用いる必要がある。これらの電極材はいず
れも現像液および水に対し耐食性が乏しいため
に、SiOコートを施こす必要がある。
しかし、第3図に示す様に該レジストマスクで
はPb−Bi上部電極パターン33の側壁まで完全
にSiOコート34で被覆することが困難である。
第4図は、リフトオフ後のPb−Bi上部電極パタ
ーン43に対するSiOコート膜44の被覆状態を
示したものである。この現象は、次のホト工程に
おいてパターン側壁から腐食が進行し、第5図に
示す様に、上部電極パターン53の膨れ、剥離を
頻発し大きな問題となつていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ジヨセフソン集積回路の上部
電極パターンの膨れ、剥離を完全に防止すること
を可能にするジヨセフソン集積回路の製造方法を
提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明では第9図以
下に示す様にジヨセフソン集積回路の製造方法に
おいて、上部電極のレジストステンシルマスクの
オーバハングの厚みとくい込み幅を大きくした。
すなわち、酸素イオンによるrfクリーニング、
rf酸化処理に対して十分耐え得るだけのオーバハ
ングをレジストステンシルマスクに持たせること
を主眼とした。
このオーバハングを形成するには、露光後のレ
ジストに対し、C6H5Clの浸漬時間を長くし、そ
の後にC6H5Clの拡散を促進させるためにアフタ
ーベーク処理を施すことがポイントである。この
処理を行うことにより現像液に対して光分解した
レジスト部の溶解速度が大幅に低下し、該レジス
トステンシルマスクが形成できる。該レジストマ
スクの作製は、レジスト膜厚1.2μmに対し
C6H5Clの浸漬時間は20分、アフターベーク処理
は70℃、20分、現像時間2分で得られた。第7図
は該レジストステンシルマスクを用いて最初に
Pb−Bi電極膜73を被着し、引続いてSiOコー
ト膜74を被着した際の被覆状態を示したもので
ある。第8図は、リフトオフ処理した後、引続い
てアルカリ現像液および水洗処理を施こした後の
Pb−Bi電極パターン83を示したものである。
この結果、SiO膜の完全コートが可能となりPb−
Bi電極パターンの腐食は完全に止まり膨れ、剥
離が皆無となつた。
すなわち、本発明のジヨセフソン集積回路作製
用レジストステンシルマスクは、基板表面に膜厚
1.0〜1.5μmのポジ型レジストを塗布し、約70℃、
約30分のプリベーク処理を行ない、次に、該レジ
スト膜に所望パターンを露光し、次にC6H5Cl中
に15〜20分間浸漬し、次に、該レジスト膜に対し
約70℃、10〜20分間のポストベーク処理を行な
い、次に、アルカリ現像液を用いて、1〜3分間
の現像処理をしてなり且つオーバハングを持つも
のである。
〔発明の実施例〕
実施例 1 本発明により形成したPb系ジヨセフソン集積
回路の断面図を第9図に示す。
以下、第10図を用いて第9図のジヨセフソン
集積回路の製造工程を詳細に説明する。
第10図aのように、基板には、直径50mmφ、
厚さ350μm、結晶方位<100>のSi基板91を用
いた。なおSi基板91上には600nmの熱酸化膜が
施こしてある。このSi基板91上にNb膜を高速
スパツタ法により膜厚300nm被着しグランドプ
レーン92とした。その後、陽極酸化法により
Nbの表面にNb2O593を膜厚150nm形成し、つ
いで、層間絶縁膜としてSiO94を膜厚200nm被
着した。第10図bのように、SiO94の上に下
部電極用のレジストマスク95′を、次の条件で
形成した。AZ1350Jレジストを0.8μmの厚さに形
成し、空気中70℃、30分間のプリベークを行う。
ついで、所望パターンを露光後、C6H5Cl液に10
分浸漬し、さらにアルカリ系現像液を用いて2分
間の現像処理を行つた。現像液の組成はAZデベ
ロツパー:水=1:1を用いた。上記の条件で形
成したレジストマスク95′のオーバハングの厚
みは0.2μm、くい込み幅は0.25μmであつた。次
にレジストマスク95′を形成したSi基板91を
真空槽内に挿入し、SiO94の表面に吸着した水
分や汚れを取り除くために、Arでスパツタクリ
ーニングを行つた。この時の条件は印加電圧
480VでAr圧力3×10-3Torr、スパツタ時間5分
である、次に真空槽内の真空度を5×10-7Torr
に減圧した後、抵抗加熱ヒータにより、Au、
Pb、Inの順に積層蒸着を行つた。膜厚は4nm、
160nm、36nmである。蒸着後、表面保護膜を形
成するために、真空槽O2ガスを導入し1気圧に
してから、真空槽内の温度60℃に保ち60分間の酸
化処理を行つた。第10図cのように、この後、
真空槽内より基板91を取り出してアセトン中で
リフトオフを行つて、ベース電極95を形成し
た。第10図dのように、接合ウインドウ孔用の
レジストマスク96′をベース電極と同様に形成
し、再び真空槽内においてArによるスパツタク
リーニングを行つた後、SiO97を膜厚270nmに
被着した。リフトオフは前述したベース電極と同
様な方法で行ない、第10図eのように、接合ウ
インドウ孔を形成した。次に、第10図fのよう
に、上部電極用レジストマスク98′を、次の条
件で作製した。AZ1350Jレジストを1.2μmの厚さ
に形成し、空気中で70℃、30分間のプリベークを
行う。ついで、所望パターンを露光後、C6H5Cl
液に20分浸漬し、引続いてアフターベークを70
℃、20分間行ない、アルカリ現象液を用いて2分
間の現像処理を行つた。現像液の組成はベース電
極と同様である。但し、露光時間は前述に比べ3
倍程度長い時間に設定し照射た。この時のオーバ
ハングの厚みは0.6μm、くい込み幅は0.5μmであ
つた。再び真空内槽において減圧した後、ベース
電極面に対しO2によるスパツタクリーニングを
行つた。条件はベース電極と同様である。但しガ
スはO2である。引続いて、トンネルバリア96
を形成するためにO2ガスを、増圧し8×103Torr
にした後、360Vで20分間のrf酸化処理を行ない
トンネルバリア96を形成した。次いで、第10
図のように、真空槽の真空度を5×10-7Torrに
減圧した後、抵抗加熱ヒータによりPb−Bi
(29wt%)98を同時蒸着により膜圧420nmに被
着した。引続いて、この上に保護としてSiO99
を膜厚100nmに被着した。ついで、第10図h
のように蒸着後、真空槽内から取り出してアセト
ン中でリフトオフを行ない上部電極98と保護膜
SiO99を形成した。次に、第10図iのよう
に、再びリフトオフ法を用いて層間絶縁膜SiO1
00を600nmの厚さに形成した。この時レジス
トマスクは、次の条件で作製した。AZ1350Jレジ
ストを1.5μmの厚さに形成し、70℃30分のプリベ
ークを行う。露光後、C6H5Cl中に10分浸漬し、
現像処理を行つた。現像液の組成および処理時間
は前述と同じである。この時のオーバーハングの
厚みは0.2μm、くい込み幅は0.25μmであつた。
真空槽より基板91を取り出し、リフトオフによ
り層間絶縁膜100を形成した。次に第10図j
のように、制御線用のレジストマスク101′を
前述の層間絶縁膜と同様な方法で作製した。つい
で、第10図kのように、基板91を真空槽へ挿
入し、Arによるスパツタクリーニング後5×
10-7Torr以下でPb、Au、Inの順で積層蒸着を行
つた。膜厚はそれぞれ540μm、10nm、250nmで
ある。蒸着後、真空槽から取り出してアセトン中
でリフトオフを行ない、第10図lのように、制
御線101を形成した。最後に第10図mのよう
に、保護膜102としてSiOを1.5μmの厚さに被
着しリフトオフにより形成した。以上述べた様に
上部電極の作製においては、オーバハングの厚
さ、およびくい込み幅共に大きくしたレジストマ
スクを用いて第9図のPb系ジヨセフソン集積回
路を作製、完了した。
〔発明の効果〕
以上、本発明のレジストステンシルマスクを用
いて作製したジヨセフソン集積回路は、従来問題
となつていたPb−Bi上部電極パターンの端部か
らの腐食が、完全に防止出来る様になり、膨れ、
剥離が皆無となつた。この結果、超電導特性も劣
下なく作製プロセスもきわめて安定となり歩留が
著しく向上した。また、本発明のレジストステン
シルマスクの使用は、上部電極材Pb−Au−Pbを
用いた場合でも同様な良い結果が得られたことを
確認している。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のレジストステンシルマスクの断
面図、第2図はrfスパツタにより欠損したオーバ
ハング部の断面図、第3図はPb−Bi上部電極表
面に対するSiOコート膜の被覆不良の様子を示す
断面図、第4図はリフトオフ後のPb−Bi電極パ
ターンの断面図、第5図はSiOコート膜の被覆不
良から生じたPb−Bi上部電極パターンの剥離を
示す断面図、第6図は本発明によるレジストステ
ンシルマスクの断面図、第7図は本発明によるレ
ジストステンシルマスクを用いて、Pb−Bi上部
電極表面がSiOコート膜により完全被覆された様
子を示す断面図、第8図は、本発明によるレジス
トステンシルマスクを用いた場合におけるリフト
オフ後のPb−Bi電極パターンの断面図、第9図
は本発明により作製したPb系ジヨセフソン集積
回路の断面図、第10図は第9図のPb系ジヨセ
フソン集積回路の製造工程を示す図である。 11,21,31,41,51,61,71,
81……基板、12,22,32,62,72…
…レジストステンシルマスク、23……スパツタ
により減少したレジスト膜厚、33,43,5
3,73,83……Pb−Bi上部電極、34,4
4,54,74,84……SiOコート膜、91…
…Si基板、92……Nbグランドプレーン、93
……Nb2O5陽極酸化膜、94……層間絶縁膜、9
5……ベース電極、97……SiO接合ウインドウ
孔、96……トンネルバリア、98……上部電
極、99……保護膜、100……層間絶縁膜、1
01……制御線、102……保護膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (1) Si基板上にNb膜を被着し、上記Nb膜の
    表面にNb2O5を形成し、上記Nb2O5上にSiOを
    層間絶縁膜として被着する工程、 (2) 上記SiO上に下部電極用のレジストマスク
    を、レジストをある一定の厚さに形成し、空気
    中でプリベークを行い、所望パターンを露光
    後、C6H5Cl液に浸漬し、さらにアルカリ系現
    像液を用いて現像処理を行う方法で形成し、上
    記レジストマスクを形成したSi基板を真空槽内
    に挿入して、スパツタクリーニングを行い、真
    空槽内の真空度を減圧した後、Au、Pb、Inを
    積層蒸着し、引き続いて真空槽にO2ガスを導
    入し、酸化処理を行う工程、 (3) 上記Si基板を真空槽より取り出してアセトン
    中でリフトオフを行つて、ベース電極を形成す
    る工程、 (4) 上記ベース電極上に、接合ウインドウ孔用の
    レジストマスクを上記下部電極用のレジストマ
    スクと同じ方法で形成し、上記レジストマスク
    を形成したSi基板を真空槽内に挿入してスパツ
    タクリーニングを行なつた後、SiOを被着し、
    上記SiOを被着したSi基板を真空槽より取り出
    してアセトン中でリフトオフを行なつて、接合
    ウインドウ孔を形成する工程、 (5) 上記接合ウインドウ孔を形成したSiO上に、
    酸化処理に対して耐え得るだけの厚みと食い込
    み幅が大きいオーバハングを有する上部電極用
    のレジストマスクを、レジストをある一定の厚
    さに形成し、空気中でプリベークを行い、所望
    パターンを露光後、C6H5Cl液に浸漬し、引き
    続いて上記プリベーク処理とは異なる条件でア
    フターベークを行い、さらにアルカリ系現像液
    を用いて現像処理を行う方法で形成し、上記レ
    ジストマスクを形成したSi基板を真空槽内に挿
    入して減圧した後、スパツタクリーニングを行
    い、引き続いてO2ガスを増圧した後、酸化処
    理を行いトンネルバリアを形成する工程、 (6) 上記真空槽内の真空度を減圧した後、上記ト
    ンネルバリア、SiOおよび上部電極用のレジス
    トマスク上にPbとBiを蒸着により被着し、こ
    の上に保護膜としてSiOを被着する工程、 (7) 上記被着後、上記SiOを被着したSi基板を真
    空槽内から取り出してアセトン中でリフトオフ
    を行い上部電極と、保護膜を形成する工程、 (8) 上記上部電極、保護膜上、および上記接合ウ
    インドウ孔を形成したSiO上にリフトオフ法を
    用いて層間絶縁膜を形成する工程、 (9) 上記層間絶縁膜上に制御線用のレジストマス
    クを上記下部電極用のレジストマククと同じ方
    法で形成する工程、 (10) 上記制御線用のレジストマスクを形成したSi
    基板を真空槽へ挿入し、スパツタクリーニング
    後、Pb、Au、Inを積層蒸着し、蒸着後、真空
    槽から取り出してアセトン中でリフトオフを行
    い、制御線を形成する工程、 (11) 上記制御線および層間絶縁膜上に保護膜とし
    てSiOを被着する工程を備えることを特徴とす
    るジヨセフソン集積回路の製造方法。
JP58237813A 1983-12-19 1983-12-19 ジヨセフソン集積回路作製用レジストステンシルマスク Granted JPS60130183A (ja)

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