JPH0812939B2 - Method for manufacturing jjosephson integrated circuit - Google Patents
Method for manufacturing jjosephson integrated circuitInfo
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- JPH0812939B2 JPH0812939B2 JP59263963A JP26396384A JPH0812939B2 JP H0812939 B2 JPH0812939 B2 JP H0812939B2 JP 59263963 A JP59263963 A JP 59263963A JP 26396384 A JP26396384 A JP 26396384A JP H0812939 B2 JPH0812939 B2 JP H0812939B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジョセフソン素子を含む集積回路の製造方法
に関わり、特に回路素子である抵抗体を高精度に形成す
る方法に関わるものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing an integrated circuit including a Josephson element, and more particularly to a method for highly accurately forming a resistor which is a circuit element.
ジョセフソン素子を用いた論理回路は、動作が高速で
消費電力が極めて少ないことから、超大型コンピュータ
用の超高密集積回路を実現する可能性が大であるとし
て、研究開発が進められている。Since a logic circuit using a Josephson element operates at high speed and consumes very little power, research and development is being carried out on the assumption that there is a high possibility of realizing an ultrahigh-density integrated circuit for an ultralarge computer.
通常のジョセフソン集積回路は、バッファ層であるSi
O2膜を被着したシリコン基板上に超伝導体材料であるニ
オブ(Nb)のグラウンドプレーンを形成し、これをSiO
のような絶縁材料層で被覆した上にジョセフソン素子や
抵抗素子を作成して回路を構成するものである。Ordinary Josephson integrated circuits have a Si buffer layer.
A ground plane of niobium (Nb), which is a superconductor material, is formed on a silicon substrate coated with an O 2 film, and the ground plane is formed with SiO 2.
A circuit is constructed by forming a Josephson element and a resistance element on the insulating material layer as described above.
この回路を構成する単位として、第3図に示すような
ジョセフソン素子と抵抗体を組み合わせたものが広く用
いられている。同図(a)はその平面図、(b)はその
X−X′断面図、(c)はそれを回路記号で表示したも
のである。図に於いて1はSiO層、2は抵抗体、3はそ
の一部にジョセフソン素子のベース電極が形成されるNb
膜、4はその一部にジョセフソン素子のカウンタ電極が
形成されるNb膜、5は2つのNb膜を絶縁するSiO膜、6
はジョセフソン素子の接合形成部分であり、これ等の下
方に存在するNbグラウンドプレーン、シリコン基板等は
図示されていない。As a unit forming this circuit, a combination of a Josephson element and a resistor as shown in FIG. 3 is widely used. 9A is a plan view thereof, FIG. 9B is a sectional view taken along the line XX ', and FIG. 9C is a circuit symbol thereof. In the figure, 1 is a SiO layer, 2 is a resistor, and 3 is a part of which the base electrode of the Josephson element is formed Nb
A film, 4 is an Nb film on which a counter electrode of the Josephson element is formed, 5 is a SiO film that insulates the two Nb films, 6
Is a junction forming portion of the Josephson element, and the Nb ground plane, silicon substrate and the like below these are not shown.
ここで用いられる抵抗体は、その抵抗値が1〜1.5Ω
のものであり、例えばアルミニウム(Al)皮膜を整形し
て作られる。これはNbのような超伝導体配線に接続され
るが、この接続部に接触抵抗類似の寄生抵抗が発生し、
その値は0.5Ω程度になることがあるので、形成する抵
抗体の抵抗値制御を困難にすることが起こる。The resistor used here has a resistance value of 1 to 1.5Ω.
It is made by shaping an aluminum (Al) film. This is connected to superconductor wiring such as Nb, but parasitic resistance similar to contact resistance occurs at this connection,
The value may be about 0.5Ω, which makes it difficult to control the resistance value of the resistor formed.
この寄生抵抗が発生する原因としては、異種金属の接
触に因るよりも、Al膜とNb膜の間に存在するAlの酸化膜
に因るものが重要である。即ち、抵抗体の材料であるAl
膜をスパッタリングで被着し、これをパターニングして
抵抗体を形成する方法を採ると、Al膜が大気に曝される
結果としてその表面に自然酸化膜が発生し、これがNb膜
との間に介在いて寄生抵抗をもたらすのである。It is more important that the parasitic resistance is caused by the Al oxide film existing between the Al film and the Nb film than by the contact between different metals. That is, Al, which is the material of the resistor
When a method of depositing a film by sputtering and patterning this to form a resistor is used, a natural oxide film is generated on the surface of the Al film as a result of being exposed to the atmosphere, and this occurs between the Nb film and this film. It intervenes to bring about parasitic resistance.
これは、Nb膜をスパッタリング堆積する前のスパッタ
エッチングによって軽減することが可能であるが、完全
な解決法にはなっていない。また、この寄生抵抗は、そ
の値が一定しないので、予め増加分を見込んで抵抗体を
設計することも困難である。従って、かかる酸化膜が発
生することのない抵抗体形成方法が開発されれば、ジョ
セフソン集積回路の製造に好ましい影響を及ぼすことに
なる。This can be mitigated by sputter etching before sputter depositing the Nb film, but it is not a complete solution. In addition, since the value of this parasitic resistance is not constant, it is difficult to design the resistor in anticipation of an increase. Therefore, if a method of forming a resistor that does not generate such an oxide film is developed, it will have a favorable effect on the manufacturing of the Josephson integrated circuit.
従来は上記のように、Nb膜をスパッタリング堆積する
前にAl膜の表面をスパッタエッチングし、自然酸化膜を
除去する方法が採られていた。これはある程度の効果を
示すが、抵抗値のばらつきを十分抑えるものではない。Conventionally, as described above, the method of removing the natural oxide film by sputter etching the surface of the Al film before depositing the Nb film by sputtering has been adopted. Although this has some effect, it does not sufficiently suppress variations in resistance value.
従来行われているような、Al膜を一度大気に曝す工程
を含む方法では、寄生的な抵抗の発生を防ぐことは出来
ないので、Al膜を大気に曝すことなくその上にNb膜を堆
積し、抵抗体を形成する方法が開発されなければならな
い。The conventional method that includes the step of exposing the Al film to the atmosphere once cannot prevent the occurrence of parasitic resistance, so the Nb film is deposited on the Al film without exposing it to the atmosphere. However, a method of forming the resistor must be developed.
この問題点は、特許請求の範囲の項に記された本発明
の方法によって解決されるが、本発明を後述の実施例に
従って要約すると、Al膜の堆積に連続してNb膜を堆積
し、Al膜をエッチングしない条件のドライエッチングで
Nb膜をパターニングした後、Nb膜をエッチングしない条
件のドライエッチングでAlをパターニングして、抵抗体
を形成する工程を含むジョセフソン集積回路の製造方法
である。This problem is solved by the method of the present invention described in the claims, but when the present invention is summarized in accordance with the examples described below, the Nb film is deposited successively to the deposition of the Al film, By dry etching under the condition that the Al film is not etched
This is a method for manufacturing a Josephson integrated circuit, which includes a step of forming a resistor by patterning Al by dry etching under the condition that the Nb film is not etched after patterning the Nb film.
本発明の方法では、Al膜が大気に曝されることが無い
まま、その上にNb膜が堆積されるので、間に酸化膜が介
在することがなく、抵抗体の抵抗値はその寸法だけで決
定されることになり、抵抗値を高精度に制御することが
可能になる。なお、本発明の方法で低抗体を形成する
と、Nb超伝導体の下にAl膜が残るが、後に考慮するよう
に、このような構造のストリップラインを用いてもジョ
セフソン集積回路を支障なく形成することは可能であ
る。In the method of the present invention, since the Nb film is deposited on the Al film without being exposed to the atmosphere, there is no intervening oxide film, and the resistance value of the resistor is only its size. Therefore, the resistance value can be controlled with high accuracy. Incidentally, when the low antibody is formed by the method of the present invention, the Al film remains under the Nb superconductor, but as will be considered later, even if the strip line having such a structure is used, the Josephson integrated circuit will not be disturbed. It is possible to form.
第1図は本発明の実施例である。同図には、第2図に
示される構成体を形成する工程が断面図および平面図で
示されており、各工程は、(a)〜(d)が平面図、夫
々の右側に配置された(a′)〜(d′)がそのX−
X′断面図である。第2図は(a)が平面図、(b)が
そのX−X′断面図である。以下、第1図に従って本実
施例を説明する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, the steps of forming the structure shown in FIG. 2 are shown in a sectional view and a plan view. In each step, (a) to (d) are plan views and are arranged on the right side of each. (A ')-(d') is the X-
It is a X'sectional view. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a sectional view taken along line XX '. This embodiment will be described below with reference to FIG.
先ず、抵抗体を形成すべき面を持つ基板にAlとNbを連
続してスパッタリングにより堆積する。処理条件は、Al
のスパッタリングが、Arガス圧8ミリTorr.,高周波出力
200W,堆積速度60Å/min,厚さ200Åであり、Nbのスパッ
タリングは、Arガス圧15ミリTorr.,高周波出力500W,堆
積速度800Å/min,厚さ2500Åである。この状態が
(a),(a′)図に示されている。図に於いて1はSi
O層、2はAl膜、3はNb膜である。First, Al and Nb are continuously deposited by sputtering on a substrate having a surface on which a resistor is to be formed. The processing condition is Al
Of sputtering, Ar gas pressure 8 mm Torr., High frequency output
200 W, deposition rate 60 Å / min, thickness 200 Å, Nb sputtering has Ar gas pressure 15 mm Torr., High frequency output 500 W, deposition rate 800 Å / min, thickness 2500 Å. This state is shown in FIGS. In the figure, 1 is Si
The O layer, 2 is an Al film, and 3 is an Nb film.
この2種類の皮膜を連続して、即ち大気中に取り出す
ことなく、スパッタリング堆積を行うことが本発明の要
件である。It is a requirement of the present invention to carry out the sputtering deposition of these two types of films continuously, that is, without taking them out into the atmosphere.
続いて抵抗体の形成に入るが、初めにNb膜をパターニ
ングする。即ち、(b),(b′)図に示す如くNbを残
すべき部分にレジスト4を被着し、反応ガスCF4,圧力50
ミリTorr.,高周波出力100Wの条件で反応性イオンエッチ
ング(RIE)を施し、Nb膜3の不要部を除去する。この
条件では、Nbは1000Å/minの速度でエッチングされるの
に対してAlは殆どエッチングされず、エッチングの進行
はAl面2で止まり、該工程終了後の基板表面は(c),
(c′)図の如くNbパターン3とAl面2を持つことにな
る。この処理によってNbのストリップライン、ジョセフ
ソン素子のベース電極等が形成される。Then, the formation of the resistor is started, but the Nb film is first patterned. That is, as shown in (b) and (b '), the resist 4 is deposited on the portion where Nb should be left, the reaction gas CF 4 and the pressure 50
Reactive ion etching (RIE) is performed under the conditions of millitorr. And high frequency output of 100 W to remove unnecessary portions of the Nb film 3. Under this condition, Nb is etched at a rate of 1000 Å / min, while Al is hardly etched, the etching progresses at the Al surface 2, and the substrate surface after the step is (c),
As shown in (c '), it has an Nb pattern 3 and an Al surface 2. By this process, the Nb strip line, the base electrode of the Josephson element, etc. are formed.
次に、(d),(d′)図の如く抵抗体として残すべ
き部分のAl膜2上にレジスト4′を被着し、圧力50ミリ
Torr.のArガス雰囲気、高周波出力100WでRIEを行う。こ
の条件ではNb膜は殆どエッチングされないため、抵抗体
を形成する部分のAl膜を残して、他のAl膜はエッチング
除去される。また、SiOに対するエッチング速度も小
で、且つAl膜が薄いことから、Al膜を完全にエッチング
除去し、SiO層は殆どエッチングされていない状態でRIE
を停止することが可能である。Next, a resist 4'is deposited on the portion of the Al film 2 to be left as a resistor as shown in FIGS.
RIE is performed in Ar gas atmosphere of Torr. In a high frequency output of 100W. Under this condition, the Nb film is hardly etched, so that the Al film in the portion forming the resistor is left and the other Al films are removed by etching. In addition, since the etching rate for SiO is small and the Al film is thin, the Al film is completely removed by etching, and the SiO layer is hardly etched.
It is possible to stop.
以上の工程でAl膜の抵抗体が形成され、第2図の構造
が実現される。第2図(b)から明らかなように、Nb膜
3の下にAl膜2が残存するが、かかる構造のストリップ
ラインが使用可能である所以を以下に記す。The Al film resistor is formed by the above steps, and the structure shown in FIG. 2 is realized. As is apparent from FIG. 2B, the Al film 2 remains under the Nb film 3, but the reason why the strip line having such a structure can be used will be described below.
ジョセフソン集積回路で用いられる抵抗体は、フォト
リソグラフィ等の制約を勘案すると、1〜1.5Ω/□の
シート抵抗を持つ皮膜をパターニングして形成すること
が望ましい。上記実施例のAl膜は、抵抗率ρが2.45μΩ
・cm、膜厚が200Åであるから、シート抵抗R□≒1.2
で、この条件を満たすものである。The resistor used in the Josephson integrated circuit is preferably formed by patterning a film having a sheet resistance of 1 to 1.5 Ω / □ in consideration of restrictions such as photolithography. The Al film of the above example has a resistivity ρ of 2.45 μΩ.
・ Since the film thickness is cm and the film thickness is 200Å, the sheet resistance R □ ≈1.2
Then, this condition is satisfied.
一方、本発明によって形成したストリップラインは超
伝導体に並列に抵抗が接続された形になる。該ストリッ
プラインにおける交流損失を十分小に抑えるためには、
超伝導体,抵抗伝導体を流れる電流を夫々IL,IRとする
と、 を満足することが必要である。ここでL□はストリップ
ラインの単位面積当たりのインダクタンス、R□は抵抗
伝導体のシート抵抗である。On the other hand, the strip line formed according to the present invention has a shape in which a resistor is connected in parallel to the superconductor. In order to suppress the AC loss in the strip line to a sufficiently small level,
Let I L and I R be the currents flowing in the superconductor and resistance conductor, respectively. It is necessary to satisfy. Here, L □ is the inductance per unit area of the strip line, and R □ is the sheet resistance of the resistive conductor.
また、L□に関して次の近似式が成立する。Further, the following approximate expression holds for L □ .
L□=μ0{h+λ1cot(t1/λ1) +λ2cot(t2/λ2)}≒μ0h ここでμ0は真空誘磁率、λ1,λ2は夫々グラウンド
プレーン及びストリップラインの磁場侵入距離、t1,t2
はその膜厚,hはグラウンドプレーン上のSiO絶縁層の厚
さである。なお、SiO絶縁層及びグラウンドプレーンは
第2図に夫々1,9として示されている。L □ = μ 0 {h + λ 1 cot (t 1 / λ 1 ) + λ 2 cot (t 2 / λ 2 )} ≈μ 0 h where μ 0 is the vacuum magnetic induction, λ 1 and λ 2 are the ground plane and Stripline magnetic field penetration distance, t 1 , t 2
Is the film thickness and h is the thickness of the SiO insulating layer on the ground plane. The SiO insulating layer and the ground plane are shown as 1 and 9 in FIG. 2, respectively.
いま、h=3000ÅとしてL□の値を計算すると、 L□≒4×10-13Ω・s であり、ストリップラインの電圧の立ち上がりを10μs
とすると、 ωL□=0.3Ω/□となり、 R□=1.2Ω/□ であるから、R□>>ωL□となって上記(1)式が満
足される。Now, when calculating the value of L □ with h = 3000Å, it is L □ ≒ 4 × 10 -13 Ω ・ s, and the rise of the voltage of the strip line is 10 μs.
Then, ωL □ = 0.3Ω / □ and R □ = 1.2Ω / □, so R □ >> ωL □ and the above expression (1) is satisfied.
以上考察したように、Nb膜の下にAl膜を残した構造の
ストリップラインであっても回路の動作には重大な影響
を及ぼすことがない。通常のジョセフソン集積回路の製
造では、Nb膜が堆積される工程は何回かあり、本発明が
適用されるのはAl抵抗体に接続されるNb膜の形成だけで
あることを考えれば、Al膜が存在することの影響は更に
小である。As discussed above, even a stripline having a structure in which an Al film is left under the Nb film does not seriously affect the operation of the circuit. Considering that in the manufacture of a normal Josephson integrated circuit, the Nb film is deposited several times, and the present invention is applied only to the formation of the Nb film connected to the Al resistor. The effect of the presence of the Al film is even smaller.
上記実施例では、Al膜の上にNb膜を1層だけ堆積した
状態でパターニングを行っているが、Nb膜1層だけでは
なく、ジョセフソン素子を形成するための接合膜及びカ
ウンタ電極を形成するための第2のNb膜を堆積した後、
パターニングを行う場合にも、本発明の方法を適用する
ことは可能である。また、AlとNbの組み合わせに限ら
ず、抵抗伝導体と超伝導体を接続する場合一般に、本発
明の方法を適用することが出来る。In the above embodiment, the patterning is performed in the state where only one layer of Nb film is deposited on the Al film, but not only one layer of Nb film but also the bonding film and the counter electrode for forming the Josephson element are formed. After depositing a second Nb film to
The method of the present invention can also be applied to patterning. Further, the method of the present invention can be generally applied to the case where the resistance conductor and the superconductor are connected, not limited to the combination of Al and Nb.
以上説明したように、本発明の方法によればAl低抗体
と超伝導体であるNb膜を、寄生的な抵抗を生ずることな
しに接続することが出来るので、抵抗値を精密に制御し
た抵抗体を形成することが可能になる。As described above, according to the method of the present invention, the Al low antibody and the Nb film that is a superconductor can be connected without causing a parasitic resistance. It is possible to form the body.
第1図は本発明の工程を示す平面図及び断面図、 第2図は本発明によって形成される構成体を示す平面図
及び断面図、 第3図はジョセフソン素子と抵抗体が接続された状態を
示す図であって、 図に於いて、 1,5はSiO層 2はAl膜 3はNb膜 4,4′はレジスト 6は接合形成部 9はNbグラウンドプレーンである。FIG. 1 is a plan view and a sectional view showing a process of the present invention, FIG. 2 is a plan view and a sectional view showing a structure formed by the present invention, and FIG. 3 is a Josephson element and a resistor are connected. In the figure, 1, 5 is a SiO layer 2, 2 is an Al film 3, 3 is an Nb film 4, 4'is a resist 6, and a junction forming part 9 is an Nb ground plane.
Claims (2)
連続的に堆積する工程と、前記超伝導体材料に対するエ
ッチング速度が前記抵抗伝導体材料に対するエッチング
速度よりも大である条件で前記超伝導体材料皮膜をドラ
イエッチングによりパターニングする工程と、前記パタ
ーニング処理によって露出した前記抵抗伝導体皮膜上に
レジストパターンを形成する工程と、前記パターニング
された超伝導体皮膜および前記レジストパターンをマス
クとし、前記抵抗伝導体材料に対するエッチング速度が
前記超伝導体材料に対するエッチング速度よりも大であ
る条件で前記抵抗伝導体皮膜をドライエッチングにより
パターニングする工程とを含むことを特徴とするジョセ
フソン集積回路の製造方法。1. A step of continuously depositing a resistive conductor material coating and a superconducting material coating, and under the condition that an etching rate for the superconductor material is higher than an etching rate for the resistive conductor material. Patterning the superconductor material film by dry etching; forming a resist pattern on the resistance conductor film exposed by the patterning process; using the patterned superconductor film and the resist pattern as a mask A step of patterning the resistive conductor film by dry etching under the condition that the etching rate for the resistive conductor material is higher than the etching rate for the superconductor material. Production method.
抗伝導体材料がアルミニウムであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のジョセフソン集積回路の製造
方法。2. The method for manufacturing a Josephson integrated circuit according to claim 1, wherein the superconductor material is niobium and the resistive conductor material is aluminum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59263963A JPH0812939B2 (en) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | Method for manufacturing jjosephson integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59263963A JPH0812939B2 (en) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | Method for manufacturing jjosephson integrated circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61166083A JPS61166083A (en) | 1986-07-26 |
| JPH0812939B2 true JPH0812939B2 (en) | 1996-02-07 |
Family
ID=17396664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59263963A Expired - Lifetime JPH0812939B2 (en) | 1984-12-14 | 1984-12-14 | Method for manufacturing jjosephson integrated circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812939B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2644284B2 (en) * | 1988-05-30 | 1997-08-25 | 株式会社東芝 | Superconducting element |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5978586A (en) * | 1982-10-27 | 1984-05-07 | Hitachi Ltd | Formation of niobium pattern |
-
1984
- 1984-12-14 JP JP59263963A patent/JPH0812939B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61166083A (en) | 1986-07-26 |
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