(57)【要約】超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法を提供する。方法は、基板を覆う第１誘電体層を形成すること、および第１誘電体層の上面に一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成することを含む。また、方法は、第１相互接続層の上面に対して洗浄処理を行うこと、および第１相互接続層の上に第２誘電体層を堆積することを含む。
2019535124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１誘電体層を形成すること、
前記第１誘電体層の上面に一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成すること、
前記第１相互接続層の上面に対して洗浄処理を行うこと、
前記第１相互接続層の上に第２誘電体層を堆積すること、
を備える方法。
【請求項２】
前記洗浄処理は、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ベースのプラズマ洗浄エッチング処理である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超伝導相互接続要素はニオブからなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１誘電体層の上面と一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成することは、前記第１誘電体層内に開口部を形成すること、形成された前記開口部を充填するコンタクト材料充填処理を行うこと、および、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行って前記超伝導相互接続要素の上面を前記第１誘電体層の上面に一致させることを含み、前記ＣＭＰによって生じた前記超伝導相互接続要素の上面における酸化物をプラズマ洗浄により除去する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１誘電体層および前記第２誘電体層に用いられる誘電体材料の少なくとも一方が摂氏約１６０度以下の温度で形成可能な誘電体材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超伝導相互接続要素は第１導電線であり、前記方法はさらに、前記第２誘電体層内に第２導電線と第１コンタクトを形成するとともに、前記第２誘電体層内に第３導電線と第２コンタクトを形成することを備え、前記第１コンタクトと前記第２コンタクトは、前記第１導電線の異なる部分に結合されている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを酸素とともに前記第１相互接続層の環境内に導入すること、第１の所定時間後に酸素の導入を停止すること、前記環境内のエッチングパラメータを設定して第２の所定時間にわたる前記洗浄処理を開始することにより超伝導コンタクトまたは導電線の上面から酸化物を除去すること、をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記洗浄処理は、
前洗浄チャンバ内に前記第１相互接続層を配置すること、
チャンバ圧力を約１００ｍＴ（ミリトール）に設定し、約９０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入するのと同時に約１５ｓｃｃｍの流量で酸素を第１の所定時間にわたって導入すること、
前記前洗浄チャンバにおけるＲＦ電力を第２の所定時間にわたって約１ワット（Ｗ）にすること、
前記ＲＦ電力を約５０Ｗに増加させて、前記前洗浄チャンバにおける磁場を第３の所定時間にわたって約６０ガウス（Ｇ）に設定すること、
前記酸素の流れを第４の所定時間にわたって止めること、
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流れを止め、前記前洗浄チャンバにおける前記ＲＦ電力および前記磁場を第５の所定時間にわたってオフすること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の所定時間は約２０秒であり、前記第２の所定時間は約１秒であり、前記第３の所定時間は約５秒であり、前記第４の所定時間は約１０秒であり、前記第５の所定時間は少なくとも５秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
前洗浄チャンバ内に、第１誘電体層の上面に一致する上面を有した超伝導コンタクトまたは導電線を有する超伝導相互接続層を配置することであって、前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面に酸化物層が存在する前記超伝導相互接続層を配置すること、
前記前洗浄チャンバ内にテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入すること、
前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面から前記酸化物層を除去するべく前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを所定時間にわたって行わせるためのエッチング条件を設定すること、
堆積チャンバ内に前記超伝導相互接続層を配置すること、
前記超伝導相互接続層の上に第２誘電体を堆積すること、
を備える方法。
【請求項１１】
前記超伝導コンタクトまたは導電線の形成に用いられる超伝導材料がニオブ（Ｎｂ）であり、前記酸化物層が酸化ニオブであり、前記プラズマ洗浄エッチングにより酸化ニオブ結合を切断して、ニオブの表面から蒸発するフッ化ニオブ（ＮｂＦ５）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを生成することによりクリーンなニオブ上面を形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの導入と同時に酸素（Ｏ２）ガスを前記前洗浄チャンバ内に所定時間にわたって導入することで、金属酸化物層を効果的に一括除去する十分に多数のフッ素ラジカルが存在することを保証することをさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記前洗浄チャンバから前記堆積チャンバへの前記超伝導体デバイスの相互接続構造の移動が真空内で行われて不所望の酸化を回避する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記前洗浄チャンバと前記堆積チャンバが異なるメインフレーム上に設けられ、大気中で費やされる時間を最小にするように前記前洗浄チャンバから前記堆積チャンバへの移動間の遅延が制御される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチング条件を設定することは、プラズマ洗浄エッチングを行うにあたって、前記前洗浄チャンバの圧力、前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流量、前記前洗浄チャンバのＲＦ電力、および前記前洗浄チャンバの磁場を設定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１誘電体層の開口部内にニオブを堆積して、前記第１誘電体層内に１つまたは複数の超伝導相互接続要素を形成すること、
前記１つまたは複数の超伝導相互接続要素の上面を前記第１誘電体層の上面に一致させるために化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うことであって、前記１つまたは複数の超伝導相互接続要素の上面に酸化物を生じさせる前記ＣＭＰを行うこと、
テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを前記第１誘電体層の環境内に導入して前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを行うためのエッチング条件を設定することにより、前記酸化物に対するプラズマ洗浄を行うこと、
前記第１相互接続層の上に第２誘電体を堆積すること、
を備える方法。
【請求項１７】
前記プラズマ洗浄は、
前洗浄チャンバ内に前記第１相互接続層を配置すること、
チャンバ圧力を約１００ｍＴ（ミリトール）に設定し、約９０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入するのと同時に約１５ｓｃｃｍの流量で酸素を第１の所定時間にわたって導入すること、
前記前洗浄チャンバにおけるＲＦ電力を第２の所定時間にわたって約１ワット（Ｗ）にすること、
前記ＲＦ電力を約５０Ｗに増加させて、前記前洗浄チャンバにおける磁場を第３の所定時間にわたって約６０ガウス（Ｇ）に設定すること、
前記酸素の流れを第４の所定時間にわたって止めること、
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流れを止め、前記前洗浄チャンバにおける前記ＲＦ電力および前記磁場を第５の所定時間にわたってオフすること、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して超伝導体に関し、より詳細には、超伝導体の相互接続製造のための前洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導回路は、通信信号の整合性（integrity）または計算能力が必要とされる国家安全保障の用途において大きな向上をもたらすことが期待される量子計算および暗号化用途向けに提案された主要技術の一つである。これらの超伝導回路は１００ケルビン未満の温度で動作する。超伝導デバイスの製造に関する取り組みはその大部分が大学または政府の研究室に限られており、超伝導デバイスの大量生産に関してはほとんど発表されていない。したがって、これらの実験室で超伝導デバイスを製造するために使用される方法の多くは、迅速で一貫した製造が不可能なプロセスまたは装置を利用する。近年では、従来の半導体プロセスで利用されているものと同様の技術を利用して超伝導回路を大量生産する動きがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一つの周知の半導体プロセスは、集積回路の異なる層を介してデバイスを互いに結合するために多層配線スタック内にコンタクトおよび導電線を形成することである。導電性のコンタクトおよび配線を形成するためのそのような製造方法の一つは、デュアルダマシンプロセスとして知られている。近年、この技術が超伝導回路の形成に試みられている。デュアルダマシン超伝導回路の製造では、ビア／トレンチ構造をパターニングし、エッチングし、金属（例えば、ニオブ、タンタル、アルミニウム）で充填した後に、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理を用いて研磨する。その後、次レベルの誘電体が堆積されてシーケンスが再び開始され、多層配線スタックが構築される。ＣＭＰ処理や後続の誘電体層の堆積前に酸素に曝されると、導電性のコンタクトおよび配線の酸化が生じ得る。これにより特性が低下する。一つの技術は、基板表面から不所望の酸化層を除去するために、アルゴン（Ａｒ）スパッタエッチング処理を利用する。しかしながら、Ａｒスパッタ処理は、基板表面上に不揮発性の超伝導化合物の再堆積層を生成するため、この用途において許容できない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの例において、超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法が提供される。この方法は、基板を覆う第１誘電体層を形成すること、および前記第１誘電体層の上面に一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成することを備える。また、この方法は、前記第１相互接続層の上面に対して洗浄処理を行うこと、および前記第１相互接続層の上に第２誘電体層を堆積することを備える。
【０００５】
別の例において、超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する別の方法が提供される。この方法は、前洗浄チャンバ内に、第１誘電体層の上面に一致する上面を有した超伝導コンタクトまたは導電線を有する超伝導相互接続層を配置することを備える。前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面には酸化物層が存在している。前記前洗浄チャンバ内にはテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスが導入され、前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面から前記酸化物層を除去するべく前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを所定時間にわたって行わせるためのエッチング条件が設定される。また、この方法は、堆積チャンバ内に前記超伝導相互接続層を配置すること、および前記超伝導相互接続層の上に第２誘電体を堆積することを備える。
【０００６】
さらに別の例にしたがって、超伝導体デバイスの相互接続構造を形成するさらなる方法が提供される。この方法は、基板を覆う第１誘電体層の開口部内にニオブを堆積して、前記第１誘電体層内に１つまたは複数の超伝導相互接続要素を形成すること、および前記１つまたは複数の超伝導相互接続要素の上面を前記第１誘電体層の上面に一致させるために化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うことであって、前記１つまたは複数の超伝導相互接続要素の上面に酸化物を生じさせる前記ＣＭＰを行うことを備える。この方法はさらに、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを前記第１誘電体層の環境内に導入して前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを行うためのエッチング条件を設定することにより、前記酸化物に対するプラズマ洗浄を行うこと、および前記第１相互接続層の上に第２誘電体を堆積することを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】超伝導デバイスの相互接続構造を示す断面図。
【図２】製造初期段階における超伝導体構造の一例を示す概略断面図。
【図３】フォトレジスト材料層を堆積してパターニングした後にエッチングチャンバ内でエッチング処理を実施しているときの図２の構造を示す概略断面図。
【図４】エッチング処理後およびフォトレジスト材料層を剥離した後の図３の構造を示す概略断面図。
【図５】コンタクト材料が材料堆積チャンバ内に充填された後の図４の構造を示す概略断面図。
【図６】化学機械研磨を実施した後の図５の構造を示す概略断面図。
【図７】前洗浄処理を実施するべく前洗浄チャンバ内に配置された図６の構造を示す概略断面図。
【図８】前洗浄エッチング処理の実施中における図７の構造を示す概略断面図。
【図９】堆積チャンバ内に配置された図８の構造を示す概略断面図。
【図１０】第２誘電体層の堆積を行った後の図９の構造を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、超伝導体の相互接続構造およびその形成方法に関する。この方法は、次レベルの誘電体内に金属相互接続要素が封止される前に、超伝導体の金属相互接続要素（例えば、導電線やコンタクト）から酸化物層を除去するための前洗浄処理を組み込む。酸化物は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、および／または、超伝導体の相互接続構造が真空環境外で酸素に曝されることによって生じ得る。一例では、本方法は、高密度多層配線サブミクロン技術に対応するべくプラズマ洗浄処理をデュアルダマシンプロセスに統合する。本方法は、デュアルダマシンプロセスで次層の誘電体を堆積する前にテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ベースのプラズマ洗浄エッチング処理を使用することで、下地層における金属相互接続要素のクリーンな平滑面を保証し得る。
【０００９】
本方法は、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）とともに酸素（Ｏ２）をチャンバ内に流すことにより、フッ素ラジカルの数を増加させてエッチング速度を増加させることができる。酸素の流れを止めることにより、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）のみをチャンバ内にゆっくり流すことができる。より遅いＣＦ４のみによるエッチングは、Ｏ２が存在しない状態でエッチングを終了するためのものであり、これにより、エッチングが停止したときに、Ｏ２の存在に起因して生じる意図しない酸化が実質的に除去されるようになる。分解したテトラフルオロメタン（ＣＦ４）が金属酸化物と結合することにより超伝導相互接続要素の表面から蒸発するガスが生じ、その結果、次層の誘電体を堆積する前に超伝導相互接続要素の上面が平滑面とされる。
【００１０】
図１は、超伝導相互接続構造１０の断面図を示す。超伝導相互接続構造１０は基板１２を覆う活性層１４を含む。基板１２は、シリコン、ガラス、または他の基板材料で形成することができる。活性層１４は接地層またはデバイス層とすることができる。第１誘電体層１６は活性層１４を覆い、第２誘電体層１８は第１誘電体層１６を覆う。第１誘電体層１６と第２誘電体層１８はともに、超伝導デバイスの形成に典型的に利用される低温（例えば、摂氏１６０度以下）で使用可能な低温誘電体材料からなる。第１導電線２０は第１誘電体層１６内に埋め込まれている。第１導電コンタクト２２は、第１導電線２０の第１端から第２誘電体層１８内の第２導電線２４まで延び、第２導電コンタクト２６は、第１導電線２０の第２端から第２誘電体層１８内の第３導電線２８まで延びている。各コンタクトおよび各導電線はニオブなどの超伝導材料からなる。本明細書に記載の洗浄処理は、次の誘電体層の堆積前に行われる。また、層１８の堆積前に洗浄処理を実行することもできる。
【００１１】
図２〜図１０を参照して、図１の超伝導デバイスにおける相互接続部の形成に関連する製造方法を説明する。本例で説明する処理フローは、超伝導金属のシングルダマシン層またはデュアルダマシン層を絶縁誘電体内に形成することから始まる。図示される本例では、シングルダマシントレンチを誘電体薄膜内にエッチング形成して下部導電線を形成し、次いで、デュアルダマシンプロセスにより上部導電線を形成する。
【００１２】
図２は、製造初期段階における超伝導体構造４０の断面図を示す。超伝導体構造は、１つまたは複数の誘電体層内にビアおよびトレンチを形成するために、エッチングチャンバ内に置かれる。超伝導体構造４０は、下地基板５０を覆う接地層またはデバイス層などの活性層５２を含む。下地基板５０は、例えば、活性層５２および後続の被覆層を機械的に支持するシリコンまたはガラスウェハとすることができる。第１誘電体層５４は、活性層５２の上に形成されている。第１誘電体層５４を形成して、相互接続層を設けるのに適した厚さとするために、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相成長法（ＨＤＰＣＶＤ）、スパッタリング、または、スピンオン技術などの任意の適切な技術を用いることができる。あるいは、活性層５２が省略される例では、第１誘電体層５４が基板５０上に直接形成され得る。導電線５６は、第１誘電体層５４内に設けられ、第１誘電体層５４の上面と面一な上面を有する。導電線５６は、シングルダマシンプロセスで形成することができ、次の誘電体層の堆積に先立って洗浄処理が実施される。
【００１３】
第２誘電体層５８は、第１誘電体層５４を覆い、第２誘電体層５８の上面から第１誘電体層５４内に設けられた導電線５６の上面まで延びる一対のビア６０を含む。一対のビア６０はデュアルダマシンプロセスの第１の部分で形成される。図３は、デュアルダマシンプロセスの第２の部分を示す。図３に示されるように、構造体を覆うようにフォトレジスト材料層６２が塗布されて、トレンチパターンに従ってそのフォトレジスト材料層６２内にトレンチ開口部６４を露出させるようにパターニングおよび現像される。フォトレジスト材料層６２は、フォトレジスト材料層６２のパターニングに使用される放射の波長に応じて変化する厚さを有することができる。フォトレジスト材料層６２は、スピンコーティングまたはスピンキャスティング堆積技術によって第２誘電体層５８上に形成されてもよく、その後、選択的に（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）照射によって）照射され現像されてトレンチ開口部６４が形成される。
【００１４】
また、図３は、フォトレジスト材料層６２内のトレンチパターンに基づいて第２誘電体層５８内に拡張トレンチ開口部６８（図４）を形成するべく、第２誘電体層５８に対してエッチング２００（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を実施する様子を示している。このエッチング工程２００はドライエッチングとすることができ、下地の第２誘電体層５８を下地の導電線５６や上地のフォトレジスト材料層６２よりも速いレートで選択的にエッチングするエッチャントを使用することができる。例えば、平行平板型ＲＩＥ装置または電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマリアクタなどの市販のエッチング装置にて、プラズマガス、ここではフッ素イオンを含む四フッ化炭素（ＣＦ４）により誘電体層５８を異方性エッチングすることで、フォトレジスト材料層６２のパターン化されたマスクパターンを複製し、それによって拡張トレンチ開口部６４を形成することができる。その後、図４に示す構造となるように、フォトレジスト材料層６２が剥離される（例えば、Ｏ２プラズマでアッシングされる）。
【００１５】
次に、図５に示されるように、材料堆積チャンバ１１０内に構造体を配置し、コンタクト材料充填処理を行うことにより、ニオブなどの超伝導材料７０をビア開口部６０およびトレンチ開口部６４内に堆積させて図５に示す構造を得る。コンタクト材料充填処理は、標準的なコンタクト材料堆積法を用いた堆積によって行うことができる。コンタクト材料充填材の堆積に続いて、超伝導材料７０が研磨チャンバ１２０内で化学機械研磨（ＣＭＰ）によって誘電体層５８の表面レベルまで研磨されることで、導電線７４およびコンタクト７２が形成される。これら導電線７４およびコンタクト７２は、金属相互接続部の一部をなし、図６の構造として得られる。
【００１６】
しかしながら、ＣＭＰ処理中に金属表面上に約７０オングストローム（Å）の厚さまで化学酸化物が成長して、ＣＭＰ処理の完了後に化学酸化物が残ることがある。この酸化物は、例えば、ＣＭＰ処理における水酸化アンモニウムおよび過酸化水素の存在により成長する。金属としてニオブを用いた場合、酸化ニオブが形成される。この酸化ニオブが存在すると、超伝導回路の特性が低下（金属配線が損失）するため、次の誘電体層を堆積する前に除去する必要がある。このように、図６の構造は、ＣＭＰ処理の結果として、超伝導材料上に酸化表面層７６を有する場合がある。
【００１７】
そこで、図７に示されるように、得られた構造を前洗浄チャンバ１３０内に配置して前洗浄処理を実施する。得られた構造は、ＣＭＰチャンバから取り出されて前洗浄チャンバへ移されるときに酸素に曝されるため、超伝導材料上に酸化表面層を有する可能性がある。すなわち、ＣＭＰ処理により生じた酸化物層に加えて、酸化層を有する可能性がある。前洗浄処理の目的は、これらの酸化物層が次レベルの誘電体層で封止される前に、これらの酸化物層を金属相互接続部の表面から除去することにある。
【００１８】
前洗浄チャンバ１３０は、酸素流量制御装置３４０に基づく流量で酸素（Ｏ２）７８を前洗浄チャンバ１３０内に供給する酸素源３３０と、テトラフルオロメタン流量制御装置３６０に基づく流量でテトラフルオロメタン（ＣＦ４）８０を前洗浄チャンバ１３０内に供給するテトラフルオロメタン源３５０とを含む。また、前洗浄チャンバ１３０は、チャンバ１３０内の圧力を設定する圧力コントローラ３００と、前洗浄チャンバ１３０内での電波の出力を設定するＲＦ発生器３１０と、前洗浄チャンバ１３０内での磁場を設定する磁場コントローラ３２０とを含む。一例では、前洗浄チャンバ１３０は、Ｐ５０００メインフレームに取り付けられたアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）のＭｘＰエッチングチャンバであるが、アプライドマテリアルズ社の標準的なスパッタエッチングチャンバ、または任意の適切に設備された平行平板反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）チャンバでもよい。
【００１９】
本例では、前洗浄処理における５つのステップを示し、ニオブ金属の導電線および／またはコンタクトの利用を想定しているが、タンタルなどの他の超伝導金属も使用することができる。図７では、チャンバ圧力は約１００ミリトール（ｍＴ）に設定され、ＣＦ４およびＯ２のガス流量は、約２０秒間にわたってそれぞれ約９０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）および約１５ｓｃｃｍに設定される。次いで、ＲＦ発生器が、約１秒間にわたって約１ワット（Ｗ）でオンされる。次に、ＲＦ電力が約５０Ｗに設定され、磁場が約６０ガウス（Ｇ）に設定された状態で、一次酸化ニオブエッチング工程が約５秒間にわたって行われる。テトラフルオロメタン（ＣＦ４）とともに酸素（Ｏ２）を前洗浄チャンバ１３０内に流す方法は、金属酸化物層を効果的に一括除去する十分に多数のフッ素ラジカルが存在することを保証する。
【００２０】
次に、図８を参照すると、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）のみがチャンバ内に流れてＣＦ４のみによるエッチング処理が約１０秒間行われるように、Ｏ２ガスの流れが止められる。テトラフルオロメタン（ＣＦ４）が金属酸化物と結合して金属相互接続部の表面から蒸発するガスが生じることで、酸化ニオブ層が本質的にエッチング除去され、その結果、次層の誘電体の堆積前に金属相互接続部の上面が平滑面とされる。テトラフルオロメタン（ＣＦ４）がニオブ（Ｎｂ）と結合することで、金属相互接続部の表面から蒸発するガスとしてＮｂＦ５８４が発生する。さらに、プラズマエッチングにより酸化ニオブ結合が切断されることでＯ２ガスが発生して、このＯ２ガスも表面から蒸発する。最後に、すべてのガスの流れを止め、ＲＦ電力および磁場をオフして、スロットルを約５秒間、全開にする。この方法の変形例は、ＣＦ４とＯ２とを組み合わせた流れを省略して、より長い期間にわたって単一のＣＦ４エッチング工程を実行することである。前洗浄処理の他の変形例は、異なるガス流量を使用することであり、同様の流量比を用いることにより同じ最終結果を得ることができる。
【００２１】
図９に示されるように、洗浄化された上面を有する超伝導体構造は、次いで堆積チャンバ１４０に移され、次の相互接続層を超伝導体構造に形成するべく後続の誘電体堆積処理が実施される。結果として得られる構造が図１０に示されており、後続の誘電体層８８により構造体が覆われて、第１および第２導電線が封止される。そして、後続の相互接続層のために、この後続の誘電体層に対するさらなる処理が行われ得る。
【００２２】
一例では、前洗浄チャンバと誘電体堆積チャンバを同じメインフレーム上に取り付けてチャンバ間の移動を真空内で行うことにより、前洗浄と堆積との間での金属配線の不所望の酸化を回避する。別の例では、２つのチャンバが異なるメインフレーム上に設けられるが、大気中で費やされる時間を最小にするために前洗浄処理の終了と誘電体堆積の開始との間の遅延が厳密に制御される。
【００２３】
上記の説明は本発明の例である。当然のことながら、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識し得る。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべてのそのような変更、修正、および変形を包含することが意図されている。
【図１】
2019535124.tif 000003
【図２】
2019535124.tif 000004
【図３】
2019535124.tif 000005
【図４】
2019535124.tif 000006
【図５】
2019535124.tif 000007
【図６】
2019535124.tif 000008
【図７】
2019535124.tif 000009
【図８】
2019535124.tif 000010
【図９】
2019535124.tif 000011
【図１０】
2019535124.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月27日(2019.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１誘電体層を形成すること、
前記第１誘電体層の上面に一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成すること、
前記第１相互接続層の上面に対して洗浄処理を行うこと、
前記第１相互接続層の上に第２誘電体層を堆積すること、
を備える方法。
【請求項２】
前記洗浄処理は、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ベースのプラズマ洗浄エッチング処理である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超伝導相互接続要素はニオブからなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１誘電体層の上面と一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成することは、前記第１誘電体層内に開口部を形成すること、形成された前記開口部を充填するコンタクト材料充填処理を行うこと、および、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行って前記超伝導相互接続要素の上面を前記第１誘電体層の上面に一致させることを含み、前記ＣＭＰによって生じた前記超伝導相互接続要素の上面における酸化物をプラズマ洗浄により除去する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１誘電体層および前記第２誘電体層に用いられる誘電体材料の少なくとも一方が摂氏約１６０度以下の温度で形成可能な誘電体材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超伝導相互接続要素は第１導電線であり、前記方法はさらに、前記第２誘電体層内に第２導電線と第１コンタクトを形成するとともに、前記第２誘電体層内に第３導電線と第２コンタクトを形成することを備え、前記第１コンタクトと前記第２コンタクトは、前記第１導電線の異なる部分に結合されている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを酸素とともに前記第１相互接続層の環境内に導入すること、第１の所定時間後に酸素の導入を停止すること、前記環境内のエッチングパラメータを設定して第２の所定時間にわたる前記洗浄処理を開始することにより超伝導コンタクトまたは導電線の上面から酸化物を除去すること、をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記洗浄処理は、
前洗浄チャンバ内に前記第１相互接続層を配置すること、
チャンバ圧力を約１００ｍＴ（ミリトール）に設定し、約９０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入するのと同時に約１５ｓｃｃｍの流量で酸素を第１の所定時間にわたって導入すること、
前記前洗浄チャンバにおけるＲＦ電力を第２の所定時間にわたって約１ワット（Ｗ）にすること、
前記ＲＦ電力を約５０Ｗに増加させて、前記前洗浄チャンバにおける磁場を第３の所定時間にわたって約６０ガウス（Ｇ）に設定すること、
前記酸素の流れを第４の所定時間にわたって止めること、
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流れを止め、前記前洗浄チャンバにおける前記ＲＦ電力および前記磁場を第５の所定時間にわたってオフすること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の所定時間は約２０秒であり、前記第２の所定時間は約１秒であり、前記第３の所定時間は約５秒であり、前記第４の所定時間は約１０秒であり、前記第５の所定時間は少なくとも５秒である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
前洗浄チャンバ内に、第１誘電体層の上面に一致する上面を有した超伝導コンタクトまたは導電線を有する超伝導相互接続層を配置することであって、前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面に酸化物層が存在する前記超伝導相互接続層を配置すること、
前記前洗浄チャンバ内にテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入すること、
前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面から前記酸化物層を除去するべく前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを所定時間にわたって行わせるためのエッチング条件を設定すること、
堆積チャンバ内に前記超伝導相互接続層を配置すること、
前記超伝導相互接続層の上に第２誘電体を堆積すること、
を備える方法。
【請求項１１】
前記超伝導コンタクトまたは導電線の形成に用いられる超伝導材料がニオブ（Ｎｂ）であり、前記酸化物層が酸化ニオブであり、前記プラズマ洗浄エッチングにより酸化ニオブ結合を切断して、ニオブの表面から蒸発するフッ化ニオブ（ＮｂＦ５）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを生成することによりクリーンなニオブ上面を形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの導入と同時に酸素（Ｏ２）ガスを前記前洗浄チャンバ内に所定時間にわたって導入することで、金属酸化物層を効果的に一括除去する十分に多数のフッ素ラジカルが存在することを保証することをさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記前洗浄チャンバから前記堆積チャンバへの前記超伝導体デバイスの相互接続構造の移動が真空内で行われて不所望の酸化を回避する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記前洗浄チャンバと前記堆積チャンバが異なるメインフレーム上に設けられ、大気中で費やされる時間を最小にするように前記前洗浄チャンバから前記堆積チャンバへの移動間の遅延が制御される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチング条件を設定することは、プラズマ洗浄エッチングを行うにあたって、前記前洗浄チャンバの圧力、前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流量、前記前洗浄チャンバのＲＦ電力、および前記前洗浄チャンバの磁場を設定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記の説明は本発明の例である。当然のことながら、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識し得る。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべてのそのような変更、修正、および変形を包含することが意図されている。
本開示に含まれる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１誘電体層を形成すること、
前記第１誘電体層の上面に一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成すること、
前記第１相互接続層の上面に対して洗浄処理を行うこと、
前記第１相互接続層の上に第２誘電体層を堆積すること、
を備える方法。
（付記２）
前記洗浄処理は、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ベースのプラズマ洗浄エッチング処理である、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記超伝導相互接続要素はニオブからなる、付記２に記載の方法。
（付記４）
前記第１誘電体層の上面と一致する上面を有する超伝導相互接続要素を第１誘電体層内に形成して第１相互接続層を形成することは、前記第１誘電体層内に開口部を形成すること、形成された前記開口部を充填するコンタクト材料充填処理を行うこと、および、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行って前記超伝導相互接続要素の上面を前記第１誘電体層の上面に一致させることを含み、前記ＣＭＰによって生じた前記超伝導相互接続要素の上面における酸化物をプラズマ洗浄により除去する、付記２に記載の方法。
（付記５）
前記第１誘電体層および前記第２誘電体層に用いられる誘電体材料の少なくとも一方が摂氏約１６０度以下の温度で形成可能な誘電体材料からなる、付記１に記載の方法。
（付記６）
前記超伝導相互接続要素は第１導電線であり、前記方法はさらに、前記第２誘電体層内に第２導電線と第１コンタクトを形成するとともに、前記第２誘電体層内に第３導電線と第２コンタクトを形成することを備え、前記第１コンタクトと前記第２コンタクトは、前記第１導電線の異なる部分に結合されている、付記１に記載の方法。
（付記７）
テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを酸素とともに前記第１相互接続層の環境内に導入すること、第１の所定時間後に酸素の導入を停止すること、前記環境内のエッチングパラメータを設定して第２の所定時間にわたる前記洗浄処理を開始することにより超伝導コンタクトまたは導電線の上面から酸化物を除去すること、をさらに備える付記１に記載の方法。
（付記８）
前記洗浄処理は、
前洗浄チャンバ内に前記第１相互接続層を配置すること、
チャンバ圧力を約１００ｍＴ（ミリトール）に設定し、約９０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入するのと同時に約１５ｓｃｃｍの流量で酸素を第１の所定時間にわたって導入すること、
前記前洗浄チャンバにおけるＲＦ電力を第２の所定時間にわたって約１ワット（Ｗ）にすること、
前記ＲＦ電力を約５０Ｗに増加させて、前記前洗浄チャンバにおける磁場を第３の所定時間にわたって約６０ガウス（Ｇ）に設定すること、
前記酸素の流れを第４の所定時間にわたって止めること、
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流れを止め、前記前洗浄チャンバにおける前記ＲＦ電力および前記磁場を第５の所定時間にわたってオフすること、
を含む、付記１に記載の方法。
（付記９）
前記第１の所定時間は約２０秒であり、前記第２の所定時間は約１秒であり、前記第３の所定時間は約５秒であり、前記第４の所定時間は約１０秒であり、前記第５の所定時間は少なくとも５秒である、付記８に記載の方法。
（付記１０）
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
前洗浄チャンバ内に、第１誘電体層の上面に一致する上面を有した超伝導コンタクトまたは導電線を有する超伝導相互接続層を配置することであって、前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面に酸化物層が存在する前記超伝導相互接続層を配置すること、
前記前洗浄チャンバ内にテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入すること、
前記超伝導コンタクトまたは導電線の上面から前記酸化物層を除去するべく前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを所定時間にわたって行わせるためのエッチング条件を設定すること、
堆積チャンバ内に前記超伝導相互接続層を配置すること、
前記超伝導相互接続層の上に第２誘電体を堆積すること、
を備える方法。
（付記１１）
前記超伝導コンタクトまたは導電線の形成に用いられる超伝導材料がニオブ（Ｎｂ）であり、前記酸化物層が酸化ニオブであり、前記プラズマ洗浄エッチングにより酸化ニオブ結合を切断して、ニオブの表面から蒸発するフッ化ニオブ（ＮｂＦ５）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとを生成することによりクリーンなニオブ上面を形成する、付記１０に記載の方法。
（付記１２）
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの導入と同時に酸素（Ｏ２）ガスを前記前洗浄チャンバ内に所定時間にわたって導入することで、金属酸化物層を効果的に一括除去する十分に多数のフッ素ラジカルが存在することを保証することをさらに備える付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記前洗浄チャンバから前記堆積チャンバへの前記超伝導体デバイスの相互接続構造の移動が真空内で行われて不所望の酸化を回避する、付記１０に記載の方法。
（付記１４）
前記前洗浄チャンバと前記堆積チャンバが異なるメインフレーム上に設けられ、大気中で費やされる時間を最小にするように前記前洗浄チャンバから前記堆積チャンバへの移動間の遅延が制御される、付記１０に記載の方法。
（付記１５）
前記エッチング条件を設定することは、プラズマ洗浄エッチングを行うにあたって、前記前洗浄チャンバの圧力、前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流量、前記前洗浄チャンバのＲＦ電力、および前記前洗浄チャンバの磁場を設定することを含む、付記１０に記載の方法。
（付記１６）
超伝導体デバイスの相互接続構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１誘電体層の開口部内にニオブを堆積して、前記第１誘電体層内に１つまたは複数の超伝導相互接続要素を形成すること、
前記１つまたは複数の超伝導相互接続要素の上面を前記第１誘電体層の上面に一致させるために化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うことであって、前記１つまたは複数の超伝導相互接続要素の上面に酸化物を生じさせる前記ＣＭＰを行うこと、
テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを前記第１誘電体層の環境内に導入して前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスによるプラズマ洗浄エッチングを行うためのエッチング条件を設定することにより、前記酸化物に対するプラズマ洗浄を行うこと、
前記第１相互接続層の上に第２誘電体を堆積すること、
を備える方法。
（付記１７）
前記プラズマ洗浄は、
前洗浄チャンバ内に前記第１相互接続層を配置すること、
チャンバ圧力を約１００ｍＴ（ミリトール）に設定し、約９０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）の流量でテトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを導入するのと同時に約１５ｓｃｃｍの流量で酸素を第１の所定時間にわたって導入すること、
前記前洗浄チャンバにおけるＲＦ電力を第２の所定時間にわたって約１ワット（Ｗ）にすること、
前記ＲＦ電力を約５０Ｗに増加させて、前記前洗浄チャンバにおける磁場を第３の所定時間にわたって約６０ガウス（Ｇ）に設定すること、
前記酸素の流れを第４の所定時間にわたって止めること、
前記テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスの流れを止め、前記前洗浄チャンバにおける前記ＲＦ電力および前記磁場を第５の所定時間にわたってオフすること、
を含む、付記１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2019535124.tif 000013
2019535124.tif 000014
2019535124.tif 000015