(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導体相互接続構造を形成する方法であって、
基板の上に誘電体層を形成するステップと、
前記誘電体層に相互接続開口部を形成するステップと、
前記基板を堆積チャンバに移動するステップと、前記堆積チャンバは、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバであり、
前記堆積チャンバ内にある間に、前記誘電体層の上面および前記相互接続開口部内で洗浄プロセスを実行するステップと、前記ＰＶＤチャンバは、前記洗浄プロセス中に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）モードで構成され、
前記堆積チャンバ内にある間に、前記相互接続開口部内に超伝導金属を堆積させて、超伝導体相互接続構造に超伝導要素を形成するステップとを含み、前記ＰＶＤチャンバは、前記超伝導金属の堆積中に自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）モードで構成される、方法。
【請求項２】
前記洗浄プロセスは、スパッタエッチングプロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記洗浄プロセスは、アルゴンスパッタエッチングプロセスである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
超伝導体相互接続要素は、前記堆積チャンバ内のターゲットスラブ材料として存在するニオブから形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行して、超伝導体相互接続要素の上面を第１の誘電体層の上面と整合させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
超伝導体相互接続構造は、前記洗浄プロセスの実行中および超伝導金属の堆積中に温度制御チャック上にあるウェハの一部である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記洗浄プロセスが、
前記堆積チャンバにアルゴン（Ａｒ）を注入するステップと、
超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を、前記超伝導ターゲット材料の堆積を最小限に抑えるために、約５００ワットから約１０００ワットに設定するステップと、
ウェハに印加されるＡＣ電力を約１００ワットから約５００ワットに設定するステップと、
Ａｒのイオン化を増加して、相互接続開口部にある酸化物のエッチング速度を増加させて、前記超伝導ターゲット材料の堆積速度を超えるようにＲＦコイルを約１０００ワットから約２４００ワットに設定するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
超伝導金属を堆積するプロセスが、
超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を、誘電体層および相互接続開口部にターゲット材料をスパッタするのに十分に高い、約１５０００ワットから約２００００ワットに設定するステップと、
ウェハに印加されるＡＣバイアスを、イオン化された金属に対するライナーの方向性を提供するのに十分に低い、約０ワットから約１００ワットに設定するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記誘電体層は、第１の導電線を有する第１の誘電体層の上にある第２の誘電体層であり、前記相互接続開口部はデュアルダマシン構造であり、超伝導体相互接続要素は、第２の導電線と、前記第２の誘電体層を介して前記第１の導電線を前記第２の導電線に接続するコンタクトとの両方である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
超伝導体デュアルダマシン構造を形成する方法であって、
基板の上に第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層に第１の超伝導要素を形成するステップと、
前記第１の誘電体層および前記第１の超伝導要素上に第２の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層の前記第１の超伝導要素まで延在し、かつ露出するコンタクト開口部を前記第２の誘電体層にエッチングするステップと、
前記コンタクト開口部の上にある導電線開口部を前記第２の誘電体層にエッチングして、デュアルダマシン開口部を形成するステップと、
構造を堆積チャンバに移動するステップと、前記堆積チャンバは、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバであり、
前記堆積チャンバ内にある間に、前記第２の誘電体層の上面および前記デュアルダマシン開口部内に対して洗浄プロセスを実行するステップと、前記ＰＶＤチャンバは、前記洗浄プロセス中に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）モードで構成され、
前記堆積チャンバ内にある間に、前記デュアルダマシン開口部に超伝導金属を堆積して、コンタクトと、前記コンタクトの上にあり、かつ前記コンタクトに結合された第２の導電線からなるデュアルダマシン構造を形成して、前記コンタクトが前記第２の誘電体層を介して第１の導電線を第２の導電線に接続するようにするステップとを含み、前記ＰＶＤチャンバは、前記超伝導金属の堆積中に自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）モードで構成される、方法。
【請求項１１】
前記デュアルダマシン構造は、前記堆積チャンバに結合されたターゲットスラブ材料として存在するニオブから形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実行して、前記第２の導電線の上面を前記第２の誘電体層の上面と整合させるステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
超伝導体相互接続構造は、前記堆積チャンバ内にある間に温度制御チャック上にあるウェハの一部である、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超伝導体に関し、より詳細には、超伝導体相互接続のための予洗浄および堆積の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導回路は、通信信号の完全性または計算能力が必要とされる国家安全保障のアプリケーションに著しい向上をもたらすことが期待される量子コンピューティングおよび暗号化アプリケーション用に提案されている主要技術の１つである。超伝導回路は、１００ケルビン（−１７３．１５°）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、ほとんど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。従って、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多くの方法は、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している。最近、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た超伝導回路の大量生産への動向がある。
【０００３】
既知の半導体プロセス１つには、集積回路の異なる層に亘ってデバイスを相互に結合するためのマルチレベル相互接続スタック内へのコンタクトおよび導電線の形成がある。導電性コンタクトおよび導電線の形成のためのそのような製造プロセスの１つは、デュアルダマシンプロセスとして知られている。この技術は、超伝導回路の形成において最近試行されている。デュアルダマシン超伝導回路の製造中に、ビア／トレンチ構造がパターン形成され、エッチングされ、金属（ニオブ、タンタル、アルミニウムなど）で充填され、続いて化学機械研磨（chemical mechanical polishing（ＣＭＰ））プロセスを使用して研磨される。続いて、次の層の誘電体が堆積され、シーケンスが再び開始され、マルチレベルの相互接続スタックが構築される。次の誘電体層を堆積する前に酸素に晒されると、導電性コンタクトおよび導電線が酸化し、性能が低下する可能性がある。
【発明の概要】
【０００４】
一例では、超伝導体相互接続構造を形成する方法が提供される。方法は、基板の上に誘電体層を形成するステップと、誘電体層に相互接続開口部を形成するステップと、基板を堆積チャンバに移動するステップとを含む。方法はさらに、堆積チャンバ内にある間に、誘電体層の上面および相互接続開口部に洗浄プロセスを実行するステップと、堆積チャンバ内にある間に、相互接続開口部に超伝導金属を堆積して超伝導体相互接続構造内に超伝導要素を形成するステップとを含む。
【０００５】
別の例では、超伝導体デュアルダマシン構造を形成する方法が提供される。方法は、基板の上に第１の誘電体層を形成するステップと、第１の誘電体層に第１の超伝導要素を形成するステップと、第１の誘電体層および第１の超伝導要素の上に第２の誘電体層を形成するステップと、第１の誘電体層の第１の超伝導要素にまで延在し、かつ第１の超伝導要素を露出させるコンタクト開口部を第２の誘電体層にエッチングするステップと、第２の誘電体層にコンタクト開口部の上にある導電線開口部をエッチングしてデュアルダマシン開口部を形成するステップとを含む。方法は、構造を堆積チャンバに移動させるステップと、堆積チャンバ内にある間に、第２の誘電体層の上面およびデュアルダマシン開口部内の洗浄プロセスを実行するステップと、堆積チャンバ内にある間に、デュアルダマシン開口部内に超伝導金属を堆積して、コンタクトと、コンタクトの上にあり、かつコンタクトと結合された第２の導電線とからなるデュアルダマシン構造を形成して、コンタクトが第２の誘電体層を介して第１の導電線を第２の導電線に接続するようにするステップとをも含む。
【０００６】
さらに別の例において、超伝導体相互接続構造を形成する方法が提供される。方法は、基板の上に誘電体層を形成するステップと、誘電体層に相互接続開口部を形成するステップと、物理蒸着（physical vapor deposition（ＰＶＤ））チャンバの温度制御チャック上に基板を移動するステップとを含む。堆積チャンバは、ＰＶＤの上部に配置された超伝導ニオブターゲット材料のスラブを有している。方法は、堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入するステップと、ＰＶＤチャンバを誘導結合プラズマ（ＩＣＰ: Inductively Coupled Plasma）モードに設定して、誘電体層の上面および相互接続開口にアルゴンスパッタエッチングを行うステップと、ＰＶＤチャンバを自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ: Self Ionized Plasma）モードに設定して、超伝導ニオブターゲット材料のスラブから相互接続開口部に超伝導ニオブを堆積させて、誘電体層に超伝導要素を形成するステップとをも含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】超伝導体相互接続構造の断面図である。
【図２】パターン化されたフォトレジスト材料層を有し、エッチングチャンバ内でエッチングプロセスが施されている超伝導体構造の一例の概略断面図である。
【図３】エッチングプロセス後およびフォトレジスト材料層が剥離された後の図２の構造の概略断面図である。
【図４】堆積チャンバに移動された後、堆積チャンバ内で予洗浄プロセスが施されている図３の構造の概略断面図である。
【図５】堆積チャンバにおいて超伝導体ライナーの堆積が施された後の図４の構造の概略断面図である。
【図６】コンタクト材料が充填されて堆積チャンバ内にいくつかの後続の中間超伝導材料層を堆積した後の図５の構造の概略断面図である。
【図７】コンタクト材料が充填されて堆積チャンバ内にいくつかの最終的な中間超伝導材料層を堆積した後の図６の構造の概略断面図である。
【図８】化学機械研磨処理後の図７の構造の概略断面図である。
【図９−１０】図９は、超伝導体構造の表面上へのアルゴンイオンの照射を示す、予洗浄プロセス中の堆積チャンバの拡大断面図であり、図１０は、超伝導体構造の表面へのアルゴンイオンの照射を示す、ビアおよびトレンチ開口部の拡大断面図である。
【図１１−１２】図１１は、超伝導体構造の表面上へのニオブイオンの堆積を示す、堆積プロセス中の堆積チャンバの拡大断面図であり、図１２は、超伝導体構造の表面上へのニオブイオンの堆積を示す堆積プロセスを示す、ビアおよびトレンチ開口部の拡大断面図である。
【図１３】単一チャンバの予洗浄／堆積プロセスと複数チャンバの予洗浄／堆積プロセスを比較した酸素濃度（atoms/cc）対深さ（nm）のＳＩＭＳグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示は、超伝導体構造のシリコン（Ｓｉ）、誘電体、または金属表面から汚染物質をスパッタエッチングすることによって予洗浄し、単一の堆積チャンバ内で超伝導金属を堆積するシステムおよび方法を説明する。このプロセスは、超伝導金属の金属堆積前に表面酸化物を除去することに関して特に重要である。これらの表面酸化物の除去は、超伝導エレクトロニクス製造プロセスにおいて、後続の処理中に超伝導メタライゼーション（例えば、ニオブ）に拡散し、かつ相互接続臨界電流（Ｉｃ）性能を低下させる可能性のある界面からの酸素源を除去すること、これらの構造の歩留まり、均一性、再現性を低下させる意図しない酸化物層をジョセフソン接合メタライゼーションの堆積中に除去すること、および超伝導回路要素の実効損失正接を低減する、誘電体材料と超伝導トレースとの間の高損失界面酸化物を除去することの改善をサポートする。
【０００９】
一例では、物理蒸着（ＰＶＤ）プラットフォームを含むシステムが提供され、ＰＶＤプラットフォームは、単一のＰＶＤチャンバ内において独立した予洗浄プロセスと金属堆積プロセスとの両方をサポートするように構成される。本開示のシステムおよび方法の意図は、単一チャンバ内で表面酸化物／汚染物質をスパッタエッチングする能力および堆積メタライゼーションを確立することにより、意図しない酸化物を除去することである。この技術は、例えば、クラスターツールで使用される移送チャンバ／バッファチャンバ内で、金属堆積の前にクリーンなウェハ表面を酸化環境に晒すことを回避する。
【００１０】
一例において、堆積チャンバは、酸化物表面層を除去するためのＩＣＰ（誘導結合プラズマ）モード、および超伝導金属を堆積するためのＳＩＰ（自己イオン化プラズマ）モードで動作する能力を提供するように構成される。蒸着チャンバは、堆積速度、イオン化速度、イオン化金属原子の角度分布が調整可能なコイルのみならず、金属ターゲットからのスパッタリングによる高度に調整可能なカバレッジを可能にする。また、ウェハの温度を制御するために、熱伝導を使用してウェハとの間で熱を伝達する静電チャック（ＥＳＣ: electrostatic chuck）により、再現性のある結果および膜特性のより厳格な仕様が提供される。
【００１１】
例えば、ジョセフソン接合のメタライゼーションの形成では、堆積チャンバのエッチングプロセスにより、接合スタックを構成する金属層間の界面における意図しない界面酸化物が確実に除去される。これにより、接合の歩留まり、均一性、Ｊｃターゲティングが改善される。さらに、これにより、これらのデバイスのＩ−Ｖ特性が改善される可能性がある。このタイプのエッチングプロセスを使用した界面酸化物の除去は、ＳＩＭＳを使用して接合金属スタック内の酸素濃度を定量化することで検証される。例えば、誘電体トレンチ内の低損失伝送線の形成では、堆積チャンバのエッチングプロセスにより、誘電体層と金属層との間の界面における意図しない界面酸化物が確実に除去される。これにより、伝送線の実効損失正接（effective loss tangent）が約３倍減少することが実証される。
【００１２】
特定のクラスタープラットフォームは、移送チャンバおよびバッファチャンバ内で１０−７〜１０−８Ｔｏｒｒの真空圧をサポートするように設計されている。バッファチャンバおよび移送チャンバ内でこれらの低圧を維持する目的は、ウェハが後続の処理のためにシステム内を移動する際の予洗浄プロセス後のウェハ表面の酸化物成長を回避するためである。しかしながら、ＳＩＭＳデータは、ウェハがチャンバ間を移動するとき、移送チャンバまたはバッファチャンバへの露出中にウェハの表面に薄い酸化物層が成長する可能性があることを立証している。
【００１３】
ＳＩＭＳデータは、これらの膜の堆積の間にウェハが移送チャンバ環境に２分間の間晒されたときに、ニオブ金属層間の界面に酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、およびフッ素（Ｆ）のかなりの濃度があることを示している。さらに、ＳＩＭＳデータは、予洗浄チャンバにより処理された基板（シリコン）と、バッファおよび移送チャンバの両方の環境にウェハを晒した後に発生する後続のニオブまたはアルミニウム堆積との間の界面において、同様に高濃度の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、およびフッ素（Ｆ）を示す。
【００１４】
クラスタープラットフォームのバッファチャンバおよび移送チャンバで発生する汚染レベルは、このツールを使用して製造された超伝導電子デバイスの性能に大きな影響を与える。特に、残留界面汚染物質（酸素）は、後続の処理中に超伝導メタライゼーション（ニオブ）に拡散し、相互接続の臨界電流（Ｉｃ）性能を低下させる可能性がある。ジョセフソン接合メタライゼーションの堆積中の意図しない酸化物層は、これらの構造の歩留まり、均一性、および再現性を低下させる。誘電体材料と超伝導トレースとの間の高損失の界面酸化物は、超伝導回路要素の実効損失正接を低減する。
【００１５】
本開示の一例によれば、Ａｒスパッタエッチングおよび金属堆積プロセスは、スパッタ洗浄プロセス後の移送チャンバおよび／またはバッファチャンバ環境への基板の露出を回避する単一チャンバに組み込まれる。この単一チャンバエッチング／堆積プロセスシーケンスは、ウェハがチャンバからチャンバに移送される際の一般的なプロセスシーケンスで発生する表面汚染物質（酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ））の蓄積を回避する。さらに、チャンバにはＥＳＣチャックを装備することができ、このＥＳＣチャックは、スパッタエッチングプロセス中にウェハ温度を制御するためのチャックを有していない標準の予洗浄チャンバと比較して、基板温度の制御を改善する。
【００１６】
堆積プロセスチャンバは、バッファチャンバおよび移送チャンバと同様の真空圧（約１０−８Ｔｏｒｒ）に維持することができることに留意されたい。しかしながら、チャンバの内側を覆い、かつ酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、およびフッ素（Ｆ）のゲッターとして機能する金属のコーティングにより、これらの物質が界面において、または堆積膜において蓄積するのを防止して、プロセスチャンバ内の汚染物質レベルが大幅に低下する可能性が高い。この金属側壁コーティングは、堆積の都度、補充され、常に汚染物質を捕捉するための新鮮な表面を提供する。対照的に、バッファチャンバおよび移送チャンバは、ウェハを処理する前に新たな金属でコーティングすることはできない。
【００１７】
さらに、堆積チャンバには、チャンバがアイドル状態にあるときに、チャンバおよびターゲットを高温に維持するベークアウトランプを装備することができる。この高温により、チャンバ内の水分レベルが低下する（酸素汚染源）。対照的に、移送チャンバおよびバッファチャンバには加熱ランプが装備されておらず、このため、これらのチャンバは湿気の蓄積の影響を受けやすくなる。
【００１８】
図１は、超伝導体相互接続構造１０の断面図を示す。超伝導体相互接続構造１０は、基板１２の上にある第１の誘電体層１４と、第１の誘電体層１４の上にある第２の誘電体層１８とを含む。基板１２は、シリコン、ガラス、または他の基板材料から形成することができる。第１および第２の誘電体層１４および１８の両方は、超伝導デバイスの形成に通常利用される低温（例えば、摂氏１６０度以下）で使用することができる低温誘電体材料から形成することができる。第１の誘電体層１４には第１の導電線１６が埋め込まれている。第１の導電性コンタクト２０は、第１の端部において第１の導電線１６から第２の誘電体層１８内の第２の導電線２４にまで延在し、第２の導電性コンタクト２２は、第２の端部において第１の導電線１６から第２の誘電体層１８内の第３の導電線２６にまで延在する。コンタクトおよび導電線の各々は、ニオブなどの超伝導材料で形成されている。本明細書に記載の洗浄プロセスは、導電性コンタクト２０および２２、ならびに導電線２４および２６を同じ蒸着チャンバ内で堆積する前に、第１の導電線１６の上面に対して実行されて、第１の導電線１６の上面上に形成される酸化物を軽減する。
【００１９】
次に、図２〜図１２を参照して、図１の超伝導デバイスにおける相互接続の形成に関連して製造について説明する。本実施形態は、絶縁誘電体中に超伝導金属のシングルまたはデュアルダマシン層を形成することから開始されるプロセスフローに関して説明されることを理解されたい。本実施形態は、下部導電線を形成するための誘電体薄膜内にエッチングされたシングルダマシントレンチと、それに続く上部導電線を形成するためのデュアルダマシンプロセスに関して説明される。
【００２０】
図２は、製造の初期段階における超伝導体構造５０の断面図を示している。超伝導体構造５０は、１つまたは複数の誘電体層にビアおよびトレンチを形成するためのエッチングチャンバ１００内に存在する。超伝導体構造５０は、下層基板５２の上にある第１の誘電体層５４を含む。下層基板５２は、例えば、第１の誘電体層およびそれに続く上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２の誘電体層５８は、第１の誘電体層５４の上に形成される。相互接続層を提供するのに適した厚さにするための低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（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、第１および第２の誘電体層を形成するための任意の適切な技術が使用され得る。導電線５６は、第１の誘電体層５４内に存在し、かつ第１の誘電体層５４の上面と同一平面である上面を有する。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の前に洗浄プロセスを受ける。
【００２１】
第２の誘電体層５８は第１の誘電体層５４の上にあり、かつ第２の誘電体層５８の上面から第１の誘電体層５４内にある導電線５６の上面まで延在する一対のビア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の部分において形成することができる。図２は、デュアルダマシンプロセスの第２の部分の形成の開始を示している。図２に示されるように、フォトレジスト材料層６２が構造を覆うように塗布され、次に、パターニングされ現像されて、トレンチパターンに従ってフォトレジスト材料層６２にトレンチ開口部６４が露出される。フォトレジスト材料層６２は、フォトレジスト材料層６２をパターンニングするのに使用される放射線の波長に対応し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の誘電体層５８上に形成され、（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）照射によって）選択的に照射され、現像されてトレンチ開口部６４が形成される。
【００２２】
図２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の誘電体層５８に拡張トレンチ開口部６６（図３）を形成するために第２の誘電体層５８上でエッチング２００（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を行うことも示している。エッチングステップ２００はドライエッチングであり、かつ下層の導電線５６および上層のフォトレジスト材料層６２よりも速い速度で下層の第２の誘電体層５８を選択的にエッチングするエッチング剤を使用することができる。例えば、第２の誘電体層５８は、平行平板ＲＩＥ装置、または代替的に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ャー内で、プラズマガス（複数種可）、ここではフッ素イオンを含有する四フッ化炭素（ＣＦ４）で異方性エッチングして、フォトレジスト材料層６２上にマスクパターンを複製して、拡張トレンチ開口部６６を作成する。その後、フォトレジスト材料層６２を剥離して（例えば、Ｏ２プラズマ中でアッシングして）、図３に示す構造を得る。
【００２３】
次に、図３の構造は、図４に示されるように、エッチングチャンバ１００から堆積チャンバ１１０に移動される。堆積チャンバ１１０は、例えば、クラスターツール上の物理気相堆積チャンバとすることができる。いくつかの上記の実施形態では、エッチングされた構造は、堆積前の処理中に超伝導金属から酸化物を除去するために、予洗浄チャンバに入れられる。次に、構造は、例えば、クラスターツール内の１つまたは複数の移送チャンバ／バッファチャンバを介してエッチングチャンバから堆積チャンバに移送される。しかしながら、１つまたは複数の移送チャンバ／バッファチャンバを介した構造の移送中に、酸化物が依然として超伝導金属上に蓄積し、酸化された超伝導金属の劣化挙動が生じる。
【００２４】
本開示の一例では、エッチングされた構造は、第１のモード中に堆積チャンバ内で予洗浄され、その後、第２のモード中に堆積プロセスの処理が行われる。このようにして、構造は、堆積チャンバへの構造の移送中に、第２の誘電体層５８の開口部を介して露出される下層の第１の導電線５６が酸化されることはない。さらに、第２の誘電体層５８の表面上の酸化物も全てエッチング除去される。
【００２５】
図４に示すように、金属酸化物層６８は、ビア６０内の第１の超伝導線の表面上に形成されている。この金属酸化物層６８は、第１の導電線５６の超伝導特性に悪影響を及ぼす。従って、堆積チャンバ１１０内のスパッタエッチングにより、超伝導線５６の表面上に結果的に生じた酸化物を除去するために洗浄プロセスが実行される。金属堆積の直前に堆積チャンバ内での予洗浄を実施するために、堆積チャンバは、金属酸化物層６８、および第２の誘電体層５８上に形成される他の酸化物を除去するためのＩＣＰ（誘導結合プラズマ（Inductively-Coupled Plasma））モードで動作するように構成される。
【００２６】
図９に示すように、堆積チャンバの手順は、エッチングモードでプロセスを開始して、金属酸化物層６８を含むウェハの表面に残された自然酸化物または不純物を除去する。堆積は、チャンバ１１０の上面に配置されたニオブ（Ｎｂ）などのターゲット材料のスラブと、温度制御されたチャック上に配置されたウェハによりセットアップされる。堆積チャンバ１１０をスパッタエッチングモードで動作させるために、以下の設定を適用することができる。（１）ターゲット材料に印加されるＤＣ電力は、ウェハへの堆積を最小限に抑えるために可能な限り低く設定される（例えば、約５００ワットから約１０００ワット）。（２）ウェハに印加するＡＣバイアスは、基板上の露出した材料にエネルギーイオンを衝突させて不要な材料を永久に除去するのに十分な高さに設定される（例えば、約１００ワットから約５００ワット）。（３）ＲＦコイルは、アルゴン（Ａｒ）のイオン化を増加して、エッチング速度を増加させて、Ｎｂの堆積速度を超えるに十分な高さに設定される（例えば、約１０００ワットから約２４００ワット）。図１０は、ビアとトレンチ開口部の拡大図を示し、かつ開口部の表面へのアルゴンイオンの照射と、開口部および下層（不図示）の表面から酸素、炭素、フッ素の汚染物質を除去する方法とを示している。
【００２７】
スパッタエッチングプロセスに続いて、エッチングチャンバ１１０は堆積モードに入り、図５に示すように、第２の誘電体層５８の上面のみならず、第１の導電線５６、ビア６０の壁およびトレンチ開口部６６上に超伝導材料の層またはライナー７０を堆積することにより、金属堆積プロセスを開始する。続いて、いくつかの後続の中間超伝導材料層７２が超伝導ライナー７０上に堆積されて、図６に示される、結果として生じる構造が提供される。さらに、多数の後続の最終超伝導層７４が中間超伝導材料層７２上に堆積されて、図７の結果として生じる構造が形成される。コンタクト材料充填物の堆積に続いて、超伝導材料７４は研磨プラテン１２０内に配置され、かつ化学機械研磨（ＣＭＰ）により誘電体層５８の表面レベルまで研磨されて、金属相互接続の一部を形成する第１のコンタクト７６、第２の導電線７８、第２のコンタクト８０、および第３の導電性コンタクト８２を形成して、図８の結果として生じる構造が提供される。
【００２８】
図１１に示されるように、堆積チャンバ１１０は、図５〜図７に示される堆積方法のための堆積モードにおいて以下の設定を利用する。（１）ターゲットに印加されるＤＣ電力は、ターゲット材料からウェハ表面にスパッタリングするのに十分な高さにする必要がある（例えば、約１５０００ワットから約２００００ワット）。（２）ウェハに印加されるＡＣバイアスは、過度な再スパッタリングを生じさせることなく、良好な底部カバレッジのためのイオン化された金属フラックスに対するライナーの方向性（directionality）を提供するのに十分に低くする必要がある（例えば、０ワットから約１００ワット）。（３）ＲＦコイルおよびＤＣコイルには、プロセスの要求に応じてオフまたはオンにしておくことができるオプションの設定がある。図１２は、図８のＣＭＰプロセスの前に、ビアおよびトレンチを充填し、かつ上層の第２の誘電体層を覆う超伝導ニオブ材料層の堆積を生じさせるニオブイオンで充填されているビアおよびトレンチ開口部の拡大図を示している。
【００２９】
図１３は、単一チャンバの予洗浄／堆積プロセスと複数チャンバの予洗浄／堆積プロセスとを比較した酸素濃度（atoms/cc）対深さ（nm）のＳＩＭＳグラフ３００を示している。ＳＩＭＳ３００のデータは、複数チャンバの予洗浄／堆積プロセスを使用する場合、基板（シリコン）−金属（ニオブ）界面（約２２５ｎｍにおいてピーク３１２を有するトレース３１０）および金属（ニオブ）−金属（ニオブ）界面（約５０ｎｍにおけるピーク３１４）にかなりの濃度の酸素が存在する。対照的に、本開示に記載されている単一チャンバの予洗浄／堆積プロセスを実施することにより、基板（シリコン）−金属（ニオブ）界面および金属（ニオブ）−金属（ニオブ）界面（トレース３２０）の両方において酸素が除去される。
【００３０】
ＳＩＭＳデータは、本開示で説明した方法を使用することにより、誘電体材料と超伝導トレースとの間の高損失界面酸化物が除去されて、超伝導回路要素の実効損失正接が低減され、かつ本開示で記載した単一チャンバの予洗浄／堆積プロセスを実施することにより、伝送線の実効損失正接が３倍減少することが実証されることを示す。
【００３１】
上述の記載内容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するであろう。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変更、修正、および変形を包含することを意図している。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導体デュアルダマシン構造を形成する方法であって、
基板の上に第１の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層に第１の超伝導要素を形成するステップと、
前記第１の誘電体層および前記第１の超伝導要素上に第２の誘電体層を形成するステップと、
前記第１の誘電体層の前記第１の超伝導要素まで延在し、かつ露出するコンタクト開口部を前記第２の誘電体層にエッチングするステップと、
前記コンタクト開口部の上にある導電線開口部を前記第２の誘電体層にエッチングして、デュアルダマシン開口部を形成するステップと、
構造を堆積チャンバに移動するステップと、
前記堆積チャンバ内にある間に、前記第２の誘電体層の上面および前記デュアルダマシン開口部内に対して洗浄プロセスを実行するステップと、
前記堆積チャンバ内にある間に、前記デュアルダマシン開口部に超伝導金属を堆積して、コンタクトと、前記コンタクトの上にあり、かつ前記コンタクトに結合された第２の導電線からなるデュアルダマシン構造を形成して、前記コンタクトが前記第２の誘電体層を介して第１の導電線を第２の導電線に接続するようにするステップとを含み、
前記堆積チャンバは、前記洗浄プロセス中に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）モードで構成され、前記超伝導金属の堆積中に自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）モードで構成される物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバであり、
洗浄プロセスが、
前記堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入するステップと、
超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を、前記超伝導ターゲット材料の堆積を最小限に抑えるために、約５００ワットから約１０００ワットに設定するステップと、
ウェハに印加されるＡＣ電力を約１００ワットから約５００ワットに設定するステップと、
アルゴン（ＡＲ）のイオン化と、前記第２の誘電体層および前記デュアルダマシン開口部の酸化物のエッチング速度とを増加させて、超伝導ターゲット材料の堆積速度を超えるようにＲＦコイルを約１０００ワットから約２４００ワットに設定するステップとを含む、方法。
［付記２］
超伝導金属プロセスの堆積が、
超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を、デュアルダマシン開口部にターゲット材料をスパッタするのに十分高い、約１５０００ワットから約２００００ワットに設定するステップと、
ウェハに印加されるＡＣバイアスを、イオン化された金属フラックスに対するライナーの方向性を提供するのに十分に低い、約０ワットから約１００ワットに設定するステップとを含む、付記１に記載の方法。
［付記３］
超伝導体相互接続構造を形成する方法であって、
基板の上に誘電体層を形成するステップと、
前記誘電体層に相互接続開口部を形成するステップと、
前記基板を物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバの温度制御チャックに移動するステップと、前記ＰＶＤチャンバは、ＰＶＤの上部に配置された超伝導ニオブターゲット材料のスラブを含み、
堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入するステップと、
前記ＰＶＤチャンバを誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）モードに設定して、前記誘電体層の上面と前記相互接続開口部にアルゴンスパッタエッチングを生じさせるステップと、
前記ＰＶＤチャンバを自己イオン化プラズマ（ＳＩＰ）モードに設定して、前記超伝導ニオブターゲット材料のスラブから前記相互接続開口部に超伝導ニオブを堆積して、前記誘電体層に超伝導要素を形成するステップとを含む方法。
［付記４］
前記ＰＶＤチャンバをＩＣＰモードに設定することは、
超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を、前記超伝導ターゲット材料の堆積を最小限に抑えるために、約５００ワットから約１０００ワットに設定するステップと、
前記基板に印加されるＡＣ電力を約１００ワットから約５００ワットに設定するステップと、
アルゴン（ＡＲ）のイオン化を増加して、前記誘電体層および前記相互接続開口部の酸化物のエッチング速度を増加させて、前記超伝導ターゲット材料の堆積速度を超えるようにＲＦコイルを約１０００ワットから約２４００ワットに設定するステップとを含む、付記３に記載の方法。
［付記５］
前記ＰＶＤチャンバをＳＩＰモードに設定することは、
超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を、前記相互接続開口部にターゲット材料をスパッタするのに十分高い、約１５０００ワットから約２００００ワットに設定するステップと、
ウェハに印加されるＡＣバイアスを、イオン化された金属フラックスに対するライナーの方向性を提供するのに十分に低い、約０ワットから約１００ワットに設定するステップとを含む、付記３に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１０】
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【図１１−１２】
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【図１３】
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