JP2002299705A - 微小面積トンネル接合の作製方法 - Google Patents
微小面積トンネル接合の作製方法Info
- Publication number
- JP2002299705A JP2002299705A JP2001094997A JP2001094997A JP2002299705A JP 2002299705 A JP2002299705 A JP 2002299705A JP 2001094997 A JP2001094997 A JP 2001094997A JP 2001094997 A JP2001094997 A JP 2001094997A JP 2002299705 A JP2002299705 A JP 2002299705A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tunnel junction
- layer
- ion beam
- small area
- fib
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超伝導トンネル接合、或いは強磁性トンネル
接合のナノスケール化を可能とするレジストパターニン
グを必要とせず、ナノスケールの精度で微小面積トンネ
ル接合が作製できる方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 集束イオンビームにより、レジストパタ
ーニングを用いずに、微小面積トンネル接合を作製する
方法であって、上部電極層上部に集束イオンビームによ
る加工時の劣化防止層を設けた新規のトンネル接合構造
を用い、任意の位置に任意の形状でナノスケールの微細
加工ができるという集束イオンビームの特徴をフルに利
用して、ノナスケールの精度で微小面積トンネル接合を
作製する。
接合のナノスケール化を可能とするレジストパターニン
グを必要とせず、ナノスケールの精度で微小面積トンネ
ル接合が作製できる方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 集束イオンビームにより、レジストパタ
ーニングを用いずに、微小面積トンネル接合を作製する
方法であって、上部電極層上部に集束イオンビームによ
る加工時の劣化防止層を設けた新規のトンネル接合構造
を用い、任意の位置に任意の形状でナノスケールの微細
加工ができるという集束イオンビームの特徴をフルに利
用して、ノナスケールの精度で微小面積トンネル接合を
作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導エレクトロ
ニクスおよび磁性エレクトロニクスにおいて、キーデバ
イスとなる超伝導トンネル接合および強磁性トンネル接
合の作製方法に関する。
ニクスおよび磁性エレクトロニクスにおいて、キーデバ
イスとなる超伝導トンネル接合および強磁性トンネル接
合の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来行われているトンネル接合の作製
は、１）ウエファー上に作製されたトンネル接合構造上
にフォトレジストを塗布した後、マスクを用いてアライ
ナーにより露光し、現像を行ってパターンを形成、２）
反応性イオンエッチングにより不要な部分をエッチン
グ、という所謂フォトレジストプロセスにより接合を作
製してきた（例えば、特開2000-216447 異方性被加工
材料を用いた立体的電子素子の製造方法及びその製造装
置）。超伝導エレクトロニクスおよび磁性エレクトロニ
クスのキーデバイスである超伝導トンネル接合および強
磁性トンネル接合は、集積回路において、スイッチング
速度および集積度の向上が求められており、そのために
はトンネル接合面積の微小化が必要である。
は、１）ウエファー上に作製されたトンネル接合構造上
にフォトレジストを塗布した後、マスクを用いてアライ
ナーにより露光し、現像を行ってパターンを形成、２）
反応性イオンエッチングにより不要な部分をエッチン
グ、という所謂フォトレジストプロセスにより接合を作
製してきた（例えば、特開2000-216447 異方性被加工
材料を用いた立体的電子素子の製造方法及びその製造装
置）。超伝導エレクトロニクスおよび磁性エレクトロニ
クスのキーデバイスである超伝導トンネル接合および強
磁性トンネル接合は、集積回路において、スイッチング
速度および集積度の向上が求められており、そのために
はトンネル接合面積の微小化が必要である。
【０００３】トンネル接合を作製する際には、上記のよ
うに、従来、フォトレジストプロセスが用いられてきた
が、フォトレジストプロセスでのパターン形成は、一般
的に、露光に用いる光源の波長が短ければ短いほど、微
細なパターンを形成することができる。
うに、従来、フォトレジストプロセスが用いられてきた
が、フォトレジストプロセスでのパターン形成は、一般
的に、露光に用いる光源の波長が短ければ短いほど、微
細なパターンを形成することができる。
【０００４】通常のアライナーで使用される水銀ランプ
の光源の波長はg線（波長436nm）からi線（波長365nm）
であり、これを用いて形成されるパターン面積の大きさ
は数μｍ角が限界である。それ以下の微小面積のパター
ン形成を行う場合には、KrFエキシマレーザー（波長248
nm）を用いる方法があるが、この方法でも1μｍ角程度
が限界である。
の光源の波長はg線（波長436nm）からi線（波長365nm）
であり、これを用いて形成されるパターン面積の大きさ
は数μｍ角が限界である。それ以下の微小面積のパター
ン形成を行う場合には、KrFエキシマレーザー（波長248
nm）を用いる方法があるが、この方法でも1μｍ角程度
が限界である。
【０００５】更に微小な面積のパターン形成方法とし
て、電子ビーム露光による方法があるが、この方法でも
0.1μｍ角以上のサブミクロンまでが限界であり、ナノ
スケールの微細加工を行うことは困難である。
て、電子ビーム露光による方法があるが、この方法でも
0.1μｍ角以上のサブミクロンまでが限界であり、ナノ
スケールの微細加工を行うことは困難である。
【０００６】一方、0.1μｍ角以下のナノスケールの微
細加工を行う従来技術として、より波長の短いＸ線を利
用してＸ線露光を行う方法があるが、この方法では露光
システム自体が資金的にも大掛かりになり、汎用性のあ
るシステムではない。
細加工を行う従来技術として、より波長の短いＸ線を利
用してＸ線露光を行う方法があるが、この方法では露光
システム自体が資金的にも大掛かりになり、汎用性のあ
るシステムではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した状
況に鑑みなされたもので、レジストパターニングを必要
とせずナノスケールの精度で微小面積トンネル接合が作
製できる方法を提供することを目的とする。
況に鑑みなされたもので、レジストパターニングを必要
とせずナノスケールの精度で微小面積トンネル接合が作
製できる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の微小面積トンネル接合の作製方法は、集束
イオンビームによる微小面積トンネル接合の作製方法で
あって、レジストパターニングを必要としない方法であ
る。
め、本発明の微小面積トンネル接合の作製方法は、集束
イオンビームによる微小面積トンネル接合の作製方法で
あって、レジストパターニングを必要としない方法であ
る。
【０００９】また、前記作製方法において、上部電極層
／トンネルバリア層／下部電極層からなるトンネル接合
構造は、上部電極層上部に集束イオンビームによる加工
時の劣化防止層を設けたトンネル接合構造としたもので
ある。
／トンネルバリア層／下部電極層からなるトンネル接合
構造は、上部電極層上部に集束イオンビームによる加工
時の劣化防止層を設けたトンネル接合構造としたもので
ある。
【００１０】また、前記トンネル接合構造を用い、前記
の微小面積トンネル接合の作製方法を施すに際し、集束
イオンビームの堆積機能および／または集束イオンビー
ムのエッチング機能を利用する作製方法である。
の微小面積トンネル接合の作製方法を施すに際し、集束
イオンビームの堆積機能および／または集束イオンビー
ムのエッチング機能を利用する作製方法である。
【００１１】さらに又、前記劣化防止層を、トンネル接
合の素子分離に用いる層間絶縁膜と同一材料とする作製
方法である。
合の素子分離に用いる層間絶縁膜と同一材料とする作製
方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、任意の位置に任意の形
状でナノスケールの微細加工ができるという集束イオン
ビーム（Focused Ion Beam、以下、FIBと略称すること
がある）の特徴をフルに利用して、レジストパターニン
グを必要とせずナノスケールの精度で微小面積トンネル
接合を作製する方法である。
状でナノスケールの微細加工ができるという集束イオン
ビーム（Focused Ion Beam、以下、FIBと略称すること
がある）の特徴をフルに利用して、レジストパターニン
グを必要とせずナノスケールの精度で微小面積トンネル
接合を作製する方法である。
【００１３】即ち、FIBの機能は、公知の如く（例え
ば、薄膜ハンドブック；日本学術振興会薄膜第131委員
会、オーム社、pp.299）、大別すると、１）エッチング
機能、２）堆積機能に分けられるが、いずれの機能も、
任意の位置に任意の形状でナノスケールの微細加工がで
きるという特徴を有する。
ば、薄膜ハンドブック；日本学術振興会薄膜第131委員
会、オーム社、pp.299）、大別すると、１）エッチング
機能、２）堆積機能に分けられるが、いずれの機能も、
任意の位置に任意の形状でナノスケールの微細加工がで
きるという特徴を有する。
【００１４】FIBによるエッチングは、通常は試料の断
面加工などに用いられるが、金属イオン源から引き出さ
れた金属イオン（例えば、ガリウム（Ga）イオン）ビー
ムを、電界と磁界により集束、偏向、加速して固体表面
に照射し、固体表面から、固体を形成している分子、原
子をたたき出すことによって行われる。このFIBによる
エッチング機能により、マスクを用いないで、イオンビ
ームを走査することで直接パターン形成が可能となる。
また、イオンビームの直径は10nm程度であり、ナノスケ
ールの微細加工が可能である。
面加工などに用いられるが、金属イオン源から引き出さ
れた金属イオン（例えば、ガリウム（Ga）イオン）ビー
ムを、電界と磁界により集束、偏向、加速して固体表面
に照射し、固体表面から、固体を形成している分子、原
子をたたき出すことによって行われる。このFIBによる
エッチング機能により、マスクを用いないで、イオンビ
ームを走査することで直接パターン形成が可能となる。
また、イオンビームの直径は10nm程度であり、ナノスケ
ールの微細加工が可能である。
【００１５】FIBによる堆積は、試料表面に膜付け原料
ガスを吹き付けつつ、FIBを局所的に試料表面に照射す
ることで、イオンビーム照射された領域のみに選択的に
膜付け原料ガスによる金属層を形成するものであり、一
種のイオンビーム・アシステッド・デポジションで、FI
B−CVD（Chemical Vapor Deposition）とも言われる。
ガスを吹き付けつつ、FIBを局所的に試料表面に照射す
ることで、イオンビーム照射された領域のみに選択的に
膜付け原料ガスによる金属層を形成するものであり、一
種のイオンビーム・アシステッド・デポジションで、FI
B−CVD（Chemical Vapor Deposition）とも言われる。
【００１６】上記、本発明の作製方法を実施するに際
し、本発明のトンネル接合構造は、上部電極層／トンネ
ルバリア層／下部電極層からなるトンネル接合構造にお
いて、上部電極層の上部にFIBによる加工時の劣化防止
層を設けた新規なトンネル接合構造としたものであり、
これにより、マスクトランスファー用薄膜の形成時に、
高エネルギーのFIB照射による上部電極層表面へのダメ
ージを防止することができ、良好な素子特性を有するト
ンネル接合を作製できる。
し、本発明のトンネル接合構造は、上部電極層／トンネ
ルバリア層／下部電極層からなるトンネル接合構造にお
いて、上部電極層の上部にFIBによる加工時の劣化防止
層を設けた新規なトンネル接合構造としたものであり、
これにより、マスクトランスファー用薄膜の形成時に、
高エネルギーのFIB照射による上部電極層表面へのダメ
ージを防止することができ、良好な素子特性を有するト
ンネル接合を作製できる。
【００１７】本発明のトンネル接合構造を用い、本発明
の微小面積トンネル接合の作製方法を施すに際し、上記
したような、FIBの堆積機能および／またはFIBのエッチ
ング機能を利用してトンネル接合を作製する。
の微小面積トンネル接合の作製方法を施すに際し、上記
したような、FIBの堆積機能および／またはFIBのエッチ
ング機能を利用してトンネル接合を作製する。
【００１８】なお、劣化防止層を、トンネル接合の素子
分離に用いる層間絶縁膜と同一材料とすることにより、
層間絶縁膜堆積後に行うエッチバック法による平坦化の
際に、エッチバックによるエッチングを同じにすること
ができる。
分離に用いる層間絶縁膜と同一材料とすることにより、
層間絶縁膜堆積後に行うエッチバック法による平坦化の
際に、エッチバックによるエッチングを同じにすること
ができる。
【００１９】以上のようにして、本発明のトンネル接合
作製方法は、任意の位置に任意の形状でナノスケールの
微細加工ができるというFIBの特徴をフルに利用した方
法であり、上部電極層上部にFIBによる加工時の劣化防
止層を設けた新規のトンネル接合構造を用い、レジスト
パターニングを必要とせずに、ナノスケールの精度で微
小面積トンネル接合を作製することができる。
作製方法は、任意の位置に任意の形状でナノスケールの
微細加工ができるというFIBの特徴をフルに利用した方
法であり、上部電極層上部にFIBによる加工時の劣化防
止層を設けた新規のトンネル接合構造を用い、レジスト
パターニングを必要とせずに、ナノスケールの精度で微
小面積トンネル接合を作製することができる。
【００２０】なお、FIB装置は、Ｘ線露光装置と比較
し、安価で汎用性のある装置であり、本発明によれば、
安価にナノスケール精度の微小面積トンネル接合を作製
することができる。
し、安価で汎用性のある装置であり、本発明によれば、
安価にナノスケール精度の微小面積トンネル接合を作製
することができる。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例を、以下、図1、図2に基づい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２２】基板（通常はシリコン（Si）基板；本発明
はこれに限定はしない）上に、下部電極／トンネルバリ
ア／上部電極／劣化防止層の順に積層構造を堆積する。
超伝導トンネル接合構造では、下部電極、上部電極は超
伝導体で、強磁性トンネル接合構造では、下部電極、上
部電極は強磁性体で、それぞれ構成される。積層構造の
堆積方法は、代表的な方法、例えば、スパッタ、或いは
蒸着などで行うことができるが、本発明は、この方法に
限定するものではない。
はこれに限定はしない）上に、下部電極／トンネルバリ
ア／上部電極／劣化防止層の順に積層構造を堆積する。
超伝導トンネル接合構造では、下部電極、上部電極は超
伝導体で、強磁性トンネル接合構造では、下部電極、上
部電極は強磁性体で、それぞれ構成される。積層構造の
堆積方法は、代表的な方法、例えば、スパッタ、或いは
蒸着などで行うことができるが、本発明は、この方法に
限定するものではない。
【００２３】実施例１として、FIBの堆積機能を用いる
徹小面積超伝導トンネル接合の作製方法について、図1
に従って説明する。スパッタの例をあげて説明する。
徹小面積超伝導トンネル接合の作製方法について、図1
に従って説明する。スパッタの例をあげて説明する。
【００２４】始めに、Si基板上に、超伝導下部電極／ト
ンネルバリア／超伝導上部電極／劣化防止層の順に積層
構造を堆積する（図１-a））。超伝導下部電極／トンネ
ルバリア／超伝導上部電極からなる積層構造は、超伝導
トンネル接合構造で公知であり、その作製方法の詳細
は、例えば、S.Morohashi and S.Hasuno：J.Appl.Phys.
48（1986）3774などに記載されている。本実施例では、
超伝導下部電極および超伝導上部電極はニオブ（Nb）と
し、トンネルバリア層は金属アルミニウム（Al）を堆積
しその表面を酸化した酸化アルミニウム（AlOx）のAlOx
-Alとして説明するが、本発明はこれらの材料に限定す
るものではない。但し、劣化防止層は本発明に関係する
もので、後述する層間絶縁層と同じ材料を用いる。
ンネルバリア／超伝導上部電極／劣化防止層の順に積層
構造を堆積する（図１-a））。超伝導下部電極／トンネ
ルバリア／超伝導上部電極からなる積層構造は、超伝導
トンネル接合構造で公知であり、その作製方法の詳細
は、例えば、S.Morohashi and S.Hasuno：J.Appl.Phys.
48（1986）3774などに記載されている。本実施例では、
超伝導下部電極および超伝導上部電極はニオブ（Nb）と
し、トンネルバリア層は金属アルミニウム（Al）を堆積
しその表面を酸化した酸化アルミニウム（AlOx）のAlOx
-Alとして説明するが、本発明はこれらの材料に限定す
るものではない。但し、劣化防止層は本発明に関係する
もので、後述する層間絶縁層と同じ材料を用いる。
【００２５】Nb層は、直流マグネトロンスパッタでアル
ゴン（Ar）ガス圧1.3Paで印加電圧300V、印加電流1.5A
のスパッタ条件で堆積する。この時のNbの堆積速度は、
約100nm／minである。Nb層の膜厚は上下電極とも100nm
である。また、Al層は同じく直流マグネトロンスパッタ
でArガス圧1.3Paで印加電圧200V、印加電流0.5Aのスパ
ッタ条件で堆積する。この時のAlの堆積速度は約6nm／m
inである。Al層の膜厚は1〜20nm程度である。
ゴン（Ar）ガス圧1.3Paで印加電圧300V、印加電流1.5A
のスパッタ条件で堆積する。この時のNbの堆積速度は、
約100nm／minである。Nb層の膜厚は上下電極とも100nm
である。また、Al層は同じく直流マグネトロンスパッタ
でArガス圧1.3Paで印加電圧200V、印加電流0.5Aのスパ
ッタ条件で堆積する。この時のAlの堆積速度は約6nm／m
inである。Al層の膜厚は1〜20nm程度である。
【００２６】スパッタ装置の真空を破らず同一真空中で
Nb下部電極／Al層を連続堆積後に、真空チェンバー内に
酸素（O2）ガスを導入し、Al層表面を酸化してトンネル
バリアを形成する。酸化方法は、本実施例で説明した所
謂熱酸化のみならず、O2雰囲気中での高周波（RF）放電
による放電酸化などでもよい。次に、真空にした後、Nb
上部電極層を、下部電極と同じ堆積条件でNb／Al-AlOx
上に積層する。
Nb下部電極／Al層を連続堆積後に、真空チェンバー内に
酸素（O2）ガスを導入し、Al層表面を酸化してトンネル
バリアを形成する。酸化方法は、本実施例で説明した所
謂熱酸化のみならず、O2雰囲気中での高周波（RF）放電
による放電酸化などでもよい。次に、真空にした後、Nb
上部電極層を、下部電極と同じ堆積条件でNb／Al-AlOx
上に積層する。
【００２７】続いて、本発明に関係する劣化防止層とし
て、SiO2薄膜をNb／Al-AlOx／Nb構造上の全面に50nm程
度堆積する。堆積条件として、RFマグネトロンスパッタ
でArガス圧1.3Pa、RF印加電力500Wで行う。この条件で
堆積速度は20nm／minである。このSiO2劣化防止層は、
本発明のFIBによる微小面積トンネル接合の作製におい
て、後で述べるFIBによる接合へのダメージを防止する
上で重要な役目をする。同一真空で堆積してもよいし、
Nb／Al-AlOx／Nb構造作製後、真空チェンバーから取り
出して、つまり大気に曝した後で堆積してもかまわな
い。
て、SiO2薄膜をNb／Al-AlOx／Nb構造上の全面に50nm程
度堆積する。堆積条件として、RFマグネトロンスパッタ
でArガス圧1.3Pa、RF印加電力500Wで行う。この条件で
堆積速度は20nm／minである。このSiO2劣化防止層は、
本発明のFIBによる微小面積トンネル接合の作製におい
て、後で述べるFIBによる接合へのダメージを防止する
上で重要な役目をする。同一真空で堆積してもよいし、
Nb／Al-AlOx／Nb構造作製後、真空チェンバーから取り
出して、つまり大気に曝した後で堆積してもかまわな
い。
【００２８】次に、FIBの堆積機能を用いてマスクトラ
ンスファー用薄膜の堆積を行う（図１-b)）。
ンスファー用薄膜の堆積を行う（図１-b)）。
【００２９】本実施例では、FIBの堆積機能により、任
意の位置に任意の形状でナノスケールの微小面積の金属
層を形成する（図１-b)）。膜付け原料ガスとして、有
機プラチナ（Pt）或いは有機タングステン（W）を用い
る。堆積条件は、Gaイオンビーム電流30pA、加速電圧30
kVでイオンビームを所望の位置で、所望の接合面積で走
査しながら有機Ptガスを吹き付ける。堆積した金属Pt層
の膜厚は、照射時間およびイオンビーム電流で制御可能
である。本実施例では、面積0.1μｍ角でイオンビーム
を走査させ、膜厚50nmを堆積させるのに要した時間は、
約20秒程度である。堆積したこの金属層の部分が、微小
トンネル接合の面積を決定することになる。
意の位置に任意の形状でナノスケールの微小面積の金属
層を形成する（図１-b)）。膜付け原料ガスとして、有
機プラチナ（Pt）或いは有機タングステン（W）を用い
る。堆積条件は、Gaイオンビーム電流30pA、加速電圧30
kVでイオンビームを所望の位置で、所望の接合面積で走
査しながら有機Ptガスを吹き付ける。堆積した金属Pt層
の膜厚は、照射時間およびイオンビーム電流で制御可能
である。本実施例では、面積0.1μｍ角でイオンビーム
を走査させ、膜厚50nmを堆積させるのに要した時間は、
約20秒程度である。堆積したこの金属層の部分が、微小
トンネル接合の面積を決定することになる。
【００３０】上述のように、Gaイオンビームはかなりの
電圧で加速してあるため、Nb上部電極表面に直接Gaイオ
ンビームを照射した場合には、Nb上部電極表面へのダメ
ージが生じ、トンネル接合の素子特性に影響する。SiO2
劣化防止層は、このFIBの堆積機能によるPt金属層堆積
時に、Gaイオンビーム照射によるNb上部電極表面の劣化
を防止する重要な役目をするものである。
電圧で加速してあるため、Nb上部電極表面に直接Gaイオ
ンビームを照射した場合には、Nb上部電極表面へのダメ
ージが生じ、トンネル接合の素子特性に影響する。SiO2
劣化防止層は、このFIBの堆積機能によるPt金属層堆積
時に、Gaイオンビーム照射によるNb上部電極表面の劣化
を防止する重要な役目をするものである。
【００３１】次に、トンネル接合の面積決定のために、
この試料を反応性イオンエッチング（RIE）で加工す
る。加工条件はCF4ガス圧13.3Pa、印加電力150Wで行
う。この条件では、SiO2劣化防止層は30nm／min、Nb上
部電極は50nm／minのエッチング速度でエッチングされ
る。然しながら、FIBの堆積機能で堆積したPt金属層お
よびトンネルバリアAlOx-Al層は、CF4ガスと反応せず、
エッチングされずに残る（図１-c））。つまり、微小面
積トンネル接合の面積決定は、RIEと反応しないFIB堆積
機能で堆積された金属層によるマスクトランスファーで
行う。
この試料を反応性イオンエッチング（RIE）で加工す
る。加工条件はCF4ガス圧13.3Pa、印加電力150Wで行
う。この条件では、SiO2劣化防止層は30nm／min、Nb上
部電極は50nm／minのエッチング速度でエッチングされ
る。然しながら、FIBの堆積機能で堆積したPt金属層お
よびトンネルバリアAlOx-Al層は、CF4ガスと反応せず、
エッチングされずに残る（図１-c））。つまり、微小面
積トンネル接合の面積決定は、RIEと反応しないFIB堆積
機能で堆積された金属層によるマスクトランスファーで
行う。
【００３２】トンネル接合の微小面積決定後、Arイオン
ビームエッチングにより、不要になったFIB堆積機能で
堆積されたPt金属層および露出したトンネルバリアAlOx
-Al層を、物理的にエッチングして除去する（図１-
d））。Arイオンビームエッチングは加速電圧300V、ビ
ーム電流50mAで行う。このときのPt金属層、AlOx-Alト
ンネルバリア層のエッチング速度は、各々、10nm／mi
n、20nm／minである。この条件では、Nb下部電極および
SiO2劣化防止層は殆どエッチングされない。
ビームエッチングにより、不要になったFIB堆積機能で
堆積されたPt金属層および露出したトンネルバリアAlOx
-Al層を、物理的にエッチングして除去する（図１-
d））。Arイオンビームエッチングは加速電圧300V、ビ
ーム電流50mAで行う。このときのPt金属層、AlOx-Alト
ンネルバリア層のエッチング速度は、各々、10nm／mi
n、20nm／minである。この条件では、Nb下部電極および
SiO2劣化防止層は殆どエッチングされない。
【００３３】続いて、通常行われるフォトレジストプロ
セスとRIEによる下部電極のエッチングを行う。図１-e)
は、エッチング後にレジストを消去した断面模式図を表
している。RIEエッチング条件は、CF4ガス圧13.3Pa、印
加電力150Wで行う。
セスとRIEによる下部電極のエッチングを行う。図１-e)
は、エッチング後にレジストを消去した断面模式図を表
している。RIEエッチング条件は、CF4ガス圧13.3Pa、印
加電力150Wで行う。
【００３４】次に、全面にSiO2層間絶縁膜を堆積する。
この層は素子分離のために必要である。堆積条件はSiO2
劣化防止層堆積と同じ条件で、膜厚300〜400nm程度堆積
する（図１-f)）。
この層は素子分離のために必要である。堆積条件はSiO2
劣化防止層堆積と同じ条件で、膜厚300〜400nm程度堆積
する（図１-f)）。
【００３５】次に、半導体プロセスで公知のエッチバッ
ク法による平坦化を行う（図１-g））。FIBの劣化防止
層と層間絶縁膜を同一材料としたのは、このエッチバッ
クによるエッチングを同じにするためである。
ク法による平坦化を行う（図１-g））。FIBの劣化防止
層と層間絶縁膜を同一材料としたのは、このエッチバッ
クによるエッチングを同じにするためである。
【００３６】続いて、フォトレジストプロセスとRIEに
より、後で述べる配線層と電極の電気的コンタクトのた
めのコンタクトホールの形成を行う（図１-h)）。RIE条
件は、CHF3ガス圧1.3Pa、印加電力200Wで行う。この条
件では、SiO2層間絶縁膜は30nm／minのエッチング速度
でエッチングされる。然しながら、このRIEガスでは、N
b上部電極およびNb下部電極は殆どエッチングされな
い。
より、後で述べる配線層と電極の電気的コンタクトのた
めのコンタクトホールの形成を行う（図１-h)）。RIE条
件は、CHF3ガス圧1.3Pa、印加電力200Wで行う。この条
件では、SiO2層間絶縁膜は30nm／minのエッチング速度
でエッチングされる。然しながら、このRIEガスでは、N
b上部電極およびNb下部電極は殆どエッチングされな
い。
【００３７】最後に、全面にNb配線層を堆積し、フォト
レジストプロセスとRIEにより配線層のパターン加工を
行い、トンネル接合が完成する。図１-i)は、レジスト
除去後の断面模式図を示す。
レジストプロセスとRIEにより配線層のパターン加工を
行い、トンネル接合が完成する。図１-i)は、レジスト
除去後の断面模式図を示す。
【００３８】次に、実施例２として、FIBのエッチング
機能を用いる微小面積超伝導トンネル接合作製方法につ
いて、図２に従って説明する。
機能を用いる微小面積超伝導トンネル接合作製方法につ
いて、図２に従って説明する。
【００３９】本実施例でも、基板上に、下部電極／トン
ネルバリア／上部電極／劣化防止層からなる積層構造
（図１-a））を堆積する方法は、実施例１と同じであ
り、その説明は省略する。積層構造の堆積後、全面に微
小面積トンネル接合の面積決定のためのマスクトランス
ファー用金属を堆積する（図２-a））。この金属は、実
施例１と同じく、RIEによるエッチング選択比が大きな
材料を選択する。実施例２では、金属Al層を10〜20nm程
度堆積する。
ネルバリア／上部電極／劣化防止層からなる積層構造
（図１-a））を堆積する方法は、実施例１と同じであ
り、その説明は省略する。積層構造の堆積後、全面に微
小面積トンネル接合の面積決定のためのマスクトランス
ファー用金属を堆積する（図２-a））。この金属は、実
施例１と同じく、RIEによるエッチング選択比が大きな
材料を選択する。実施例２では、金属Al層を10〜20nm程
度堆積する。
【００４０】次に、FIBのエッチング機能を用いて、任
意の位置に任意の形状でナノスケールの微細加工ができ
るというFIBの特徴をいかして、所望の場所で所望の面
積以外のAl層をFIBエッチングにより除去する（図２-
b））。これにより、ナノスケールでの微小面積をもつ
トンネル接合の面積決定が可能となる。以下の行程は実
施例１と同様であり、その説明を省略する。
意の位置に任意の形状でナノスケールの微細加工ができ
るというFIBの特徴をいかして、所望の場所で所望の面
積以外のAl層をFIBエッチングにより除去する（図２-
b））。これにより、ナノスケールでの微小面積をもつ
トンネル接合の面積決定が可能となる。以下の行程は実
施例１と同様であり、その説明を省略する。
【００４１】図３は、Si基板上にパターン加工された超
伝導Nb薄膜上で、FIBの堆積機能を用いて所望の場所で
所望の面積のPt金属層を堆積した加工例、およびFIBの
エッチング機能を用いて所望の場所で所望の面積をエッ
チングした加工例を示す。
伝導Nb薄膜上で、FIBの堆積機能を用いて所望の場所で
所望の面積のPt金属層を堆積した加工例、およびFIBの
エッチング機能を用いて所望の場所で所望の面積をエッ
チングした加工例を示す。
【００４２】上記の実施例では、超伝導トンネル接合を
例に説明したが、強磁性トンネル接合も同様の方法で作
製できる。
例に説明したが、強磁性トンネル接合も同様の方法で作
製できる。
【００４３】以上、詳細に説明した本発明の実施例によ
れば、任意の位置に任意の形状でナノスケールの微細加
工ができるというFIBの特徴をフルに利用し、上部電極
層上部にFIBによる加工時の劣化防止層を設けた新規の
トンネル接合構造を用い、レジストパターニングを必要
とせずに、ナノスケールの精度で微小面積トンネル接合
を作製することができる。以上、本発明の実施例を説明
したが、請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲か
ら逸脱することなく、その形態や細部に種々の変更がな
されても良いことは明らかである。
れば、任意の位置に任意の形状でナノスケールの微細加
工ができるというFIBの特徴をフルに利用し、上部電極
層上部にFIBによる加工時の劣化防止層を設けた新規の
トンネル接合構造を用い、レジストパターニングを必要
とせずに、ナノスケールの精度で微小面積トンネル接合
を作製することができる。以上、本発明の実施例を説明
したが、請求の範囲で規定された本発明の精神と範囲か
ら逸脱することなく、その形態や細部に種々の変更がな
されても良いことは明らかである。
【００４４】例えば、実施例で説明した詳細なエッチン
グ条件、或いは堆積条件などは、当然にして、目的とす
るトンネル接合の設計仕様などにより決定すべきもので
あり、本発明を何ら限定するものではない。
グ条件、或いは堆積条件などは、当然にして、目的とす
るトンネル接合の設計仕様などにより決定すべきもので
あり、本発明を何ら限定するものではない。
【００４５】
【発明の効果】本発明の接合作製方法は、上部電極層上
部に集束イオンビームによる加工時の劣化防止層を設け
た新規のトンネル接合構造で、任意の位置に任意の形状
でナノスケールの微細加工ができるという集束イオンビ
ームの特徴をフルに利用して、レジストパターニングを
必要とせずナノスケールの精度で微小面積トンネル接合
が作製できる効果がある。これによって、超伝導エレク
トロニクスおよび磁性エレクトロニクスにおいて、キー
デバイスとなる超伝導トンネル接合および強磁性トンネ
ル接合のナノスケール化が可能になり、スイッチング速
度および集積度の格段の向上が期待できる。
部に集束イオンビームによる加工時の劣化防止層を設け
た新規のトンネル接合構造で、任意の位置に任意の形状
でナノスケールの微細加工ができるという集束イオンビ
ームの特徴をフルに利用して、レジストパターニングを
必要とせずナノスケールの精度で微小面積トンネル接合
が作製できる効果がある。これによって、超伝導エレク
トロニクスおよび磁性エレクトロニクスにおいて、キー
デバイスとなる超伝導トンネル接合および強磁性トンネ
ル接合のナノスケール化が可能になり、スイッチング速
度および集積度の格段の向上が期待できる。
【図１】集束イオンビーム（FIB）の堆積機能を用いる
微小面積トンネル接合の作製方法の実施例を示す流れ図
である。
微小面積トンネル接合の作製方法の実施例を示す流れ図
である。
【図２】集束イオンビーム（FIB）のエッチング機能を
用いる微小面積トンネル接合の作製方法の実施例を示す
流れ図である。
用いる微小面積トンネル接合の作製方法の実施例を示す
流れ図である。
【図３】Si基板上にパターン加工された超伝導Nb薄膜上
で、集束イオンビーム（FIB）の堆積機能を用いて所望
の場所で所望の面積のPt金属層を堆積した加工例、およ
びFIBのエッチング機能を用いて所望の場所で所望の面
積をエッチングした加工例を示す。
で、集束イオンビーム（FIB）の堆積機能を用いて所望
の場所で所望の面積のPt金属層を堆積した加工例、およ
びFIBのエッチング機能を用いて所望の場所で所望の面
積をエッチングした加工例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M113 AA04 AA14 AA25 AD36 BA04 BA05 BA07 BA08 BB08 BC04 CA13
Claims (5)
- 【請求項１】 集束イオンビームによるレジストパター
ニングを必要としない、微小面積トンネル接合の作製方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の微小面積トンネル接合の
作製方法において、上部電極層／トンネルバリア層／下
部電極層からなるトンネル接合構造において、上部電極
層上部に集束イオンビームによる加工時の劣化防止層を
設けたトンネル接合構造。 - 【請求項３】 請求項２記載のトンネル接合構造を、請
求項１記載の微小面積トンネル接合の作製方法を施すに
際し、集束イオンビームの堆積機能を利用する作製方
法。 - 【請求項４】 請求項２記載のトンネル接合構造を、請
求項1記載の微小面積トンネル接合の作製方法を施すに
際し、集束イオンビームのエッチング機能を利用する作
製方法。 - 【請求項５】 請求項２記載の劣化防止層をトンネル接
合の素子分離に用いる層間絶縁膜と同一材料とする作製
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094997A JP2002299705A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 微小面積トンネル接合の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001094997A JP2002299705A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 微小面積トンネル接合の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299705A true JP2002299705A (ja) | 2002-10-11 |
Family
ID=18949112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001094997A Pending JP2002299705A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 微小面積トンネル接合の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002299705A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004241572A (ja) * | 2003-02-05 | 2004-08-26 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2019527942A (ja) * | 2016-08-16 | 2019-10-03 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションＮｏｒｔｈｒｏｐ Ｇｒｕｍｍａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 超伝導デバイスの配線構造 |
| JP2019536261A (ja) * | 2016-11-15 | 2019-12-12 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションＮｏｒｔｈｒｏｐ Ｇｒｕｍｍａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 超伝導デバイスの製造方法 |
| CN110635022A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法 |
| US10763419B2 (en) | 2017-06-02 | 2020-09-01 | Northrop Grumman Systems Corporation | Deposition methodology for superconductor interconnects |
| US10985059B2 (en) | 2018-11-01 | 2021-04-20 | Northrop Grumman Systems Corporation | Preclean and dielectric deposition methodology for superconductor interconnect fabrication |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001094997A patent/JP2002299705A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004241572A (ja) * | 2003-02-05 | 2004-08-26 | Sony Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2019527942A (ja) * | 2016-08-16 | 2019-10-03 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションＮｏｒｔｈｒｏｐ Ｇｒｕｍｍａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 超伝導デバイスの配線構造 |
| JP2019536261A (ja) * | 2016-11-15 | 2019-12-12 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションＮｏｒｔｈｒｏｐ Ｇｒｕｍｍａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 超伝導デバイスの製造方法 |
| US10763419B2 (en) | 2017-06-02 | 2020-09-01 | Northrop Grumman Systems Corporation | Deposition methodology for superconductor interconnects |
| US10985059B2 (en) | 2018-11-01 | 2021-04-20 | Northrop Grumman Systems Corporation | Preclean and dielectric deposition methodology for superconductor interconnect fabrication |
| CN110635022A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10109673B2 (en) | Double-masking technique for increasing fabrication yield in superconducting electronics | |
| US5661083A (en) | Method for via formation with reduced contact resistance | |
| CN110246762B (zh) | 金属侧壁的制备方法及器件结构 | |
| JPH05145132A (ja) | 接合領域を正確に制御するジヨセフソン・トンネル接合の製作方法 | |
| JP2002299705A (ja) | 微小面積トンネル接合の作製方法 | |
| CN118077031A (zh) | 硬掩模剥离工艺 | |
| US5286336A (en) | Submicron Josephson junction and method for its fabrication | |
| JP3425581B2 (ja) | 半導体装置のゲート電極の形成方法 | |
| WO2003015145A1 (en) | Micromachining method using ionbeam | |
| JPH06108272A (ja) | プラズマエッチング方法 | |
| KR101172358B1 (ko) | 실리콘 나노선 제조 방법 | |
| JP2001326156A (ja) | パターン形成方法及び情報記憶媒体及び複合高真空装置 | |
| JPH0851097A (ja) | プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法 | |
| JPH0327521A (ja) | Ｍｏｓ型トランジスタの製造方法 | |
| JP3513315B2 (ja) | 電界放出型電子素子の製造方法 | |
| JPH0722396A (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JPS6362351A (ja) | 多結晶珪素層のパタ−ニング方法 | |
| JP2785315B2 (ja) | 微細パターンの形成方法 | |
| JPH10148927A (ja) | マスクパターン形成方法 | |
| JPH05206083A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS63224273A (ja) | ジヨセフソン接合素子とその作製方法 | |
| JP2001267298A (ja) | 微細パターン形成方法 | |
| JP2002075967A (ja) | 試料の表面加工方法 | |
| JPS6224677A (ja) | 超伝導回路用接地面の形成方法 | |
| JP2003198007A (ja) | トンネル接合の作製方法及びトンネル接合素子 |