(57)【要約】超伝導体相互接続構造を形成する方法が開示されている。本方法は、基板に積層された誘電体層を形成すること、誘電体層内に相互接続開口部を形成すること、基板を堆積チャンバに移動させることを含む。本方法は、超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体の堆積および冷却プロセスを実行することによって、超伝導金属を相互接続開口部に堆積させ、超伝導体相互接続構造内に超伝導素子を形成すること、をさらに含む。
2020518725.tif 000002
【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、
基板上に誘電体層を形成すること、
前記誘電体層に相互接続開口部を形成すること、
前記基板を堆積チャンバに移動させること、
超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体の堆積および冷却プロセスを実行することによって、前記超伝導金属を前記相互接続開口部に堆積させ、前記超伝導体相互接続構造内に超伝導素子を形成すること、を備える方法。
【請求項２】
前記所定の温度は１５０°Ｃ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の温度は９０℃以下である、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
前記超伝導金属は、前記堆積チャンバ内に存在するターゲットスラブ超伝導材料から堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記超伝導金属を堆積させることは、
前記堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入すること、
前記誘電体層および前記相互接続開口部にターゲット材料をスパッタリングするのに十分なほど高くなるように、前記超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を約５０００ワット〜約３００００ワットに設定すること、
イオン化された金属に直線的な方向性を付与するのに十分なほど低くなるように、前記ウェハに印加されるＡＣバイアスを約１００ワット〜約５００ワットに設定すること、を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
約０ワット〜約１５００ワットのＲＦ電力、および約０ワット〜約５００ワットのＤＣ電力を有するように前記コイルを設定することをさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項６】
堆積中に裏面のウェハ圧力を４Ｔｏｒｒよりも大きくなるように設定することをさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項７】
堆積前に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５〜約６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）に逆充填すること、堆積中に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍに充填を進行させること、をさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記誘電体層は、前記第１の導電線を有する第１の誘電体層に積層された第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、前記超伝導体相互接続素子は、前記第２の導電線と、前記第２の誘電体層において前記第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９】
前記超伝導体相互接続構造は、前記超伝導金属の堆積中に温度制御チャック上に存在するウェハの一部分であり、前記温度制御チャックは、前記所定の温度以下の温度に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
堆積前に、前記誘電体層の上面上および前記相互接続開口部内にスパッタエッチングクリーニングプロセスを実行することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導体相互接続素子の上面を前記第１の誘電体層の上面と合わせることをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
超伝導デュアルダマシン構造を形成する方法であって、
第１の超伝導素子を有する第１の誘電体層上に第２の誘電体層を形成すること、
前記第１の誘電体層の第１の超伝導素子まで延びて露出させる前記第２の誘電体層のコンタクト開口部をエッチングすること、
前記コンタクト開口部上にある前記第２の誘電体層内の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有するデュアルダマシン構造を形成すること、
堆積チャンバ内の温度制御チャック上に存在するように前記デュアルダマシン構造を移動させること、
前記温度制御チャックの温度を所定の温度以下に設定すること、
前記デュアルダマシン開口部内に超伝導金属を堆積させ、前記堆積チャンバにおいてコンタクトと、該コンタクトに積層されて結合された第２の導電線と、を含むデュアルダマシン構造を形成することであって、前記コンタクトによって、前記第１の導電線は、前記第２の誘電体層を通って前記第２の導電線に接続し、前記超伝導金属の堆積することは、前記超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を前記所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体堆積および冷却プロセスを実行することを含む、前記デュアルダマシン構造を形成すること、を備える方法。
【請求項１３】
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１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記所定の温度は約９０℃以下である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記超伝導金属を堆積させることは、
前記堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入すること、
前記第２の誘電体層上および前記デュアルダマシン開口部内にターゲット材料をスパッタリングするのに十分なほど高くなるように、前記超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を約５０００ワット〜約３００００ワットに設定すること、
イオン化された金属に直線的な方向性を付与するのに十分なほど低くなるように、前記デュアルダマシン構造に印加されるＡＣバイアスを約１００ワット〜約５００ワットに設定すること、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
約０ワット〜約１５００ワットのＲＦ電力、および約０ワット〜約５００ワットのＤＣ電力を有するように前記コイルを設定することをさらに備える請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
堆積中に前記裏面のウェハ圧力を４Ｔｏｒｒよりも大きくなるように設定することをさらに備える請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
堆積前に、前記ウェハの裏面上に前記アルゴンガスを約５〜約６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）まで流すこと、堆積中に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍに充填を進行させること、をさらに備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
堆積前に、前記第２の誘電体層の上面上および前記デュアルダマシン開口部内にスパッタエッチングクリーニングプロセスを実行することをさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記デュアルダマシン構造の上面を前記第２の誘電体層の上面と合わせることをさらに備える請求項１２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相互接続のための堆積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導回路は、通信信号のインテグリティまたは計算能力が必要とされる国家安全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、量子計算および暗号化アプリケーションのために提案された主要技術のうちの１つである。それらは１００ケルビンよりも低い温度で操作される。超伝導デバイスの製造における努力は、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、これらの研究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デバイスを利用する。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て超伝導回路を大量生産する動きがある。
【０００３】
１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の多層配線スタック内のコンタクトおよび導電線の形成である。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（dual damascene process）として知られている。現在のデュアルダマシンプロセスでは、サブ１３０ナノメートル（ｎｍ）の集積回路（ＩＣ）に対して銅（Ｃｕ）相互接続が中心となっている。現在、半導体堆積プロセスを使用してデュアルダマシン構造を超伝導金属で充填するプロセスは知られていない。
【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。本方法は、基板に積層された誘電体層を形成すること、誘電体層内に相互接続開口部を形成すること、基板を堆積チャンバに移動させること、を備える。本方法は、超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体の堆積および冷却プロセスを実行することによって、超伝導金属を相互接続開口部に堆積させ、超伝導体相互接続構造内に超伝導素子を形成すること、をさらに備える。
【０００５】
別の例では、超伝導デュアルダマシン構造を形成する方法が提供される。本方法は、第１の超電導素子を有する第１の誘電体層上に第２の誘電体層を形成すること、第１の誘電体層内の第１の超電導素子まで延びて露出させる第２の誘電体層内のコンタクト開口部をエッチングすること、コンタクト開口部上にある第２の誘電体層内の導電線開口部をエッチングしてデュアルダマシン開口を有するデュアルダマシン構造を形成すること、堆積チャンバ内の温度制御チャック上に存在するようにデュアルダマシン構造を移動させること、を備える。本方法は、温度制御チャックの温度を所定の温度以下に設定すること、デュアルダマシン開口部内に超伝導金属を堆積させ、堆積チャンバにおいてコンタクトと、該コンタクトに積層されて該コンタクトに結合された第２の導電線とを含むデュアルダマシン構造を形成して、コンタクトによって第１の導電線を第２の誘電体層を通って第２の導電線に接続すること、を備える。超伝導金属を堆積することは、超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体の堆積および冷却プロセスを実行することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】超伝導配線構造の概略断面図を示す。
【図２】製造の初期段階における超伝導構造の一例の概略断面図を示す。
【図３】エッチングプロセスを行ったデュアルダマシンプロセスの第１の部分の初期形成の概略断面図を示す。
【図４】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３の構造の概略断面図である。
【図５】エッチングプロセスを受けた後のデュアルダマシンプロセスの第２の部分の初期形成の概略断面図を示す。
【図６】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５の構造の概略断面図である。
【図７】プレクリーンプロセスを受けた後の図６の構造の概略断面図である。
【図８−９】図８は、超伝導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断面図を示し、図９は、ビアおよびトレンチ開口部の拡大断面図、および超伝導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。
【図１０】堆積チャンバ内の超伝導ライナの堆積を受けた後の図７の構造の概略断面図を示す。
【図１１】コンタクト材料を充填して堆積チャンバ内に後続の多数の中間超電導材料層を堆積した後の図１０の構造の概略断面図を示す。
【図１２】コンタクト材料を充填して堆積チャンバ内に最後の多数の中間超電導材料層を堆積した後の図１１の構造の概略断面図を示す。
【図１３】化学機械研磨を受けた後の図１２の構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、相互接続構造を超伝導金属で充填する方法を説明する。相互接続構造のビアおよびトレンチは、一連の堆積および冷却ステップシーケンスを用いて温度を１５０°Ｃ以下に維持する堆積プロセスで充填される。一例では、温度は９０°Ｃ以下に維持される。これは、金属膜を堆積し、堆積チャンバなどの堆積パワー（deposition power）をオフにし、次の堆積サイクルが起こる前にウェハを冷却することによって達成される。これは、コンタクトおよび／または導電線を形成するための適切な厚さに金属膜が堆積されるまで繰り返される。
【０００８】
一例では、物理蒸着（physical vapor deposition : PVD）堆積プロセスを用いて、デュアルダマシン構造を超伝導金属で充填する方法が提供される。デュアルダマシン誘電体構造は、ＰＶＤチャンバを用いて上述した一連の堆積および冷却ステップシーケンスを実行することによって、ほとんどまたは全くボイドがなく首尾よく充填することができることが実証されている。
【０００９】
別の例では、この方法は、約５ｋＷ（５０００Ｗ）〜約３０ｋＷ（３００００Ｗ）の超電導材料スラブ（superconducting material slab）に、約１００Ｗ〜約５００Ｗの範囲においてウェハへのＡＣバイアス支援を用いて電力を供給し、ダマシン構造で超電導膜をスパッタリングすることができるＰＶＤツールを利用する。膜特性は、ダマシン構造内で３０Ｋ以下の超伝導特性を可能にする。
【００１０】
さらに別の例では、超伝導材料は、超伝導ターゲットと衝突してターゲット表面から金属原子を弾き出すアルゴンのようなガス分子のイオン化に起因してスパッタリングされる。スパッタリングプロセスは、上述したプロセス変数によって制御される。このプロセスは、バイアスされた基板に引き付けることによって、スパッタリングされたイオン化金属原子の方向を基板に変更し、約０〜約１５００Ｗの間のＡＣ電力および約０〜約５００Ｗの間のＤＣ電力を印加することによって調節可能な堆積速度を有するコイルを有する。調整可能なコイルは、金属のイオン化速度に影響を与えて、４５°〜−９０°の角度で基板に対して加速され、イオン化された金属原子の角度分布がコイル電力によって制御される。
【００１１】
図１は、超伝導体相互接続構造１０の断面図である。超伝導体相互接続構造１０は、基板１２に積層された第１の誘電体層１４と、第１の誘電体層１４に積層された第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され得る。第１および第２の誘電体層１４，１８の両方は、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、１５０℃以下）で使用することができる低温誘電材料から形成され得る。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の端部における第１の導電線１６から第２の誘電体層１８の第２の導電線２４まで延び、第２の導電性コンタクト２６は、第１の導電線１６の一部分の上にある第２の誘電体層１８内に配置される。コンタクトおよび導電線のそれぞれは、ニオブ（niobium）などの超伝導材料で形成される。導電線および導電性コンタクトの各々は、一連の堆積および冷却ステップシーケンスを用いて温度を１５０°Ｃ以下に（例えば、９０°Ｃ以下に）維持する堆積プロセスで形成される。これは、金属膜を堆積し、電力をオフにし、次の堆積サイクルが起こる前にウェハを冷却することによって達成される。これは、適切な厚さに金属膜が堆積されるまで繰り返される。
【００１２】
ここで、図２〜図１３を参照して、図１の超伝導デバイスの相互接続の形成に関連する製造が説明される。本実施例は、絶縁誘電体中の超伝導金属のシングルまたはデュアルダマシン層のいずれかの形成から始ま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。本実施例は、誘電体薄膜にエッチングされて下部導電線を形成するシングルダマシントレンチ、その後に行われる上部導電線を形成するデュアルダマシンプロセスに関して説明される。
【００１３】
図２は、製造の初期段階における超伝導構造５０の断面図を示す。超伝導構造５０は、下地基板５２に積層された第１の誘電体層５４を含む。下地基板５２は、例えば、第１の誘電体層５４およびそれに続く積層された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の導電線５６は、第１の誘電体層５４内にあり、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。第１の導電線５６は、超伝導材料から形成され、金属膜が適切な厚さに堆積されるまで１５０℃以下の温度を維持するために一連の堆積および冷却ステップシーケンスにより形成され得る。別の例では、一連の堆積および冷却ステップシーケンスが実行されて、金属膜が適切な厚さに堆積されるまで温度を９０°Ｃ以下に維持する。
【００１４】
第２の誘電体層５８は、第１の誘電体層５４上に形成される。低圧化学気相成長法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition : LPCVD）、プラズマ化学気相成長法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD）、高密度プラズマ化学気相成長法（High Density Plasma Chemical Vapor Deposition : 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、配線層を提供するのに適した厚さへ形成するための任意の適切な技術が用いられ得る。
【００１５】
図３は、デュアルダマシンプロセスの第１の部分の初期形成を示している。図３に示すように、フォトレジスト材料層６２が、構造を覆うように塗布され、ビアパターンに従ってフォトレジスト材料層６２にビア開口部６４を露出させるようにパターニングされ現像されている。フォトレジスト材料層６２は、フォトレジスト材料層６２をパターニングするのに使用される放射の波長に対応して変化する厚さを有し得る。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を利用して第２の誘電体層５８上に形成され、選択的に（例えば深紫外線（ＤＵＶ）照射で）照射され、ビア開口部６４を形成するために現像される。
【００１６】
図３は、第２の誘電体層５８にエッチング２００（例えば、異方性の反応性イオンエッチング（reactive ion etching : RIE））を行って、フォトレジスト材料層６２のビアパターンに基づいて第２の誘電体層５８に延在するビア開口部６６（図４）を形成することも示す。エッチングプロセス２００は、ドライエッチングであってよく、下にある導電線５６および積層されたフォトレジスト材料層６２よりも速い速度で下にある第２の誘電体層５８を選択的にエッチングするエッチャント（etchant）を使用することができる。例えば、第２の誘電体層５８は、平行平板型ＲＩＥ装置または電子サイクロトロン共鳴（electron cyclotron resonance : ECR）プラズマリアクタなどの市販のエッチャーにおいて、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）で異方性エッチングすることができ、フォトレジスト材料層６２上にマスクパターンを複製し、それによって拡張されたビア開口部６６を形成することができる。その後、フォトレジスト材料層６２が剥離され（例えば、Ｏ２プラズマ中でアッシングされ）、それにより、図４に示される構造が得られる。
【００１７】
図５に示すように、フォトレジスト材料層６８が、図４の構造を覆うように塗布され、その後、トレンチパターンに従ってフォトレジスト材料層６８に複数の開口トレンチ領域７０を露出させるようにパターニングされ現像されている。図５は、第２の誘電体層５８にエッチング２１０（例えば、異方性の反応性イオンエッチング（reactive ion etching : RIE））を行って、フォトレジスト材料層６８のトレンチパターンに基づいて部分的に延在する複数の開口部７２（図６）を形成することも示す。エッチング２１０は、様々なプロセス中に形成され且つフォトレジスト材料層６８によって覆われていない酸化ニオブの複数の層および誘電体酸化物の複数の部分も除去する。その後、フォトレジスト材料層６８が剥離され、それにより、図６に示される構造が得られる。拡張された開口部７２は、ビア開口部６６と共整列されて（co-aligned）、デュアルダマシン開口部を形成する。
【００１８】
フォトレジスト材料層６８の剥離中、および一つ以上のトランスファー／バッファチャンバを介した構造の移動中に、酸化物が超電導金属上および第２の誘電体層５８上に蓄積する。この結果、導電線５６の上面に酸化ニオブなどの金属酸化物７４が形成され、性能が劣化する。この金属酸化物層７４は、第１の導電線５６の超電導特性に悪影響を及ぼす。したがって、この構造は、堆積前に超伝導金属から酸化物を除去するために、プレクリーンチャンバ（preclean chamber）に移動される。これらの酸化物は、スパッタエッチングを行うことによって除去され得る。この構造は、エッチングプロセス２１０を経て、金属酸化物７４と、第２の誘電体層５８上に形成された誘電体酸化物の一部分（図示せず）とを除去する。
【００１９】
図８に示すように、構造は、堆積チャンバ１１０に移動される。堆積チャンバ（superconductor liner）１１０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（chuck）上に配置されたウェハとによってセットアップされる。ウェハ温度を制御するために、約１５°Ｃ〜約１５０°Ｃ（例えば９０°Ｃ以下）の間で制御されるウェハとの間で熱を伝達するためにコンダクタンス（conductance）を使用する静電チャック（electrostatic chuck : ESC）が、再現可能な結果を提供し、膜特性のより厳しい仕様を提供する。ＤＣバイアス（５〜３０ＫＷ）が超電導材料のスラブに印加され、ＡＣバイアス（１００〜５００Ｗ）がチャック上のウェハに印加される。ＡＣ／ＤＣコイルは基板の周囲に配置され、コイル電力（ＤＣ電源（０〜５００Ｗ）およびＡＣバイアス電源（０〜１５００Ｗ））によって、４５°〜−９０°の角度で基板に投射される金属中性粒子（metal neutrals）をイオン化する角度イオン化の量が変更される。
【００２０】
アルゴンがチャンバ内に注入され、これがスラブに衝突させて、Ｎｂイオンが構造５０に向けられ、これにより、ビアおよびトレンチ開口部内にＮｂが堆積される。ＲＦコイル／ＤＣコイルは、所望の角度イオン化に基づいてＮｂイオンの方向性を提供する。図９は、ビアおよびトレンチを充填し、積層された第２の誘電体層を覆う超伝導Ｎｂ材料層を堆積させるために、Ｎｂイオンで充填されているビアおよびトレンチ開口部を拡大して示す。
【００２１】
前述したように、複数の超伝導線および複数のビアの形成では、一連の堆積および冷却プロセスを経て、１５０°Ｃを超える構造５０の過熱が許容されない。これは、金属膜を堆積し、電力をオフにし、次の堆積サイクルが起こる前にウェハを冷却することによって達成される。これは、適切な厚さに金属膜が堆積されるまで繰り返される。超伝導特性に影響するより良いダマシン充填を促進するために，種々のパラメータを変更できることが発見された。これらには、ターゲット材料に印加されるＤＣ電力（５〜３０ＫＷ）、ウェハに印加されるバイアス電力（１００〜５００Ｗ）、堆積方向性を補助するためのコイルに印加されるＤＣ電力（０〜５００Ｗ）およびＲＦ電力（０〜１５００Ｗ）、ならびに堆積中のベース真空および圧力の選択が含まれるが、これらに限定されない。
【００２２】
実証されたプロセスにおいて、最初の堆積はライナ（liner）としてＮｂ等の金属を堆積し、この金属は図１０に示されるようにダマシン構造に対して極めて共形（conformal）を有する。ライナを堆積させることにより、連続的な金属堆積を可能にする薄いコーティング（１０〜２５ｎｍ）の共形金属膜が、該金属膜がダマシン構造を充填することを可能にする優先結晶粒構造（preferential grain structure）を形成することができる。
【００２３】
超伝導材料の第１の層またはライナを堆積するための一例は、以下の通りである。まず、チャックを約７５°Ｃ〜約１００°Ｃ（例えば、９０°Ｃ）の温度に設定して維持する。次に、ウェハがチャンバに入り、ＥＳＣチャック上に固定されると、アルゴンガスが、コンダクタンスを介した熱伝達を可能にするために、約５〜約６標準立方センチメートル（standard cubic centimeters : sccm）のＥＳＣ中のガスラインを介してウェハの裏面に流される。ウェハとの間の熱伝達は、処理中のウェハの温度を制御するのに役立つ。次いで、チャンバは、約５ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍ（例えば、８３ｓｃｃｍ）のアルゴン、処理ガスで充填を進行される（front-filled）。次に、ＤＣ電力を約２秒間、約５００ワットでスラブに印加して、プラズマプロセスを開始する。ＤＣ電力は、約２００００ワットに増加され、ウェハのＡＣバイアス電力は、約１００〜約５００ワットに設定され、一方、ＲＦコイル電力は、約１１００ワットに増加されて、超伝導材料が、約２０〜４０秒間、ビアおよびトレンチ開口内に堆積される。次に、ウェハが初期設定温度まで冷却するのに要する時間に応じて、ＤＣ電力、ＡＣバイアス電力、およびコイル電力を約４０〜２００秒間オフにすることによって、冷却ステップが実行される。
【００２４】
次に、後に続くいくつかの中間超伝導材料層７８が超伝導ライナ７６上に堆積されて、図１１に示される結果としての構造を提供する。さらに、後に続く最後のいくつかの超伝導層８０が中間超伝導材料層７８上に堆積されて、図１２の結果としての構造を形成する。
【００２５】
追加の超伝導層が堆積されるたびに、ＤＣ電力を約５００ワットでスラブに約２秒間印加してプラズマプロセスを開始し、ＤＣ電力を約２００００ワットに増加させ、ＡＣバイアス電力を約１００から約５００ワットに増加させ、一方、ＲＦコイル電力を約１１００ワットに増加させて、超電導材料をビアおよびトレンチ開口に約２０〜４０秒間堆積させ、ＤＣ電力、ＡＣバイアス電力、およびコイル電力を約４０から２００秒間除去することによって冷却ステップを繰り返すというシーケンスが繰り返される。最後の層が堆積された後、最後の冷却プロセスが約１０〜６０秒間実行され、ポンピングプロセス（pumping process）が実行され、堆積チャンバからアルゴンが取り除かれ、チャンバから圧力が約５秒間解除される。
【００２６】
コンタクト材料充填の最後の層の堆積に続いて、構造は堆積チャンバ１１０から移動され、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、第１のコンタクト８２、第２の導電線８４、及び第３の導電線８６を形成して、図１３の得られた構造を提供する。
【００２７】
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のために構成要素または方法の考え得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。従って、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を意図している。
【図１】
2020518725.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020518725.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020518725.tif 000009
【図８−９】
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【図１０】
2020518725.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
2020518725.tif 000013
【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月28日(2019.10.28)
【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】
超伝導体相互接続構造を形成する方法であって、
基板上に誘電体層を形成すること、
前記誘電体層に相互接続開口部を形成すること、
前記基板を堆積チャンバに移動させること、
超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体の堆積および冷却プロセスを実行することによって、前記超伝導金属を前記相互接続開口部に堆積させ、前記超伝導体相互接続構造内に超伝導素子を形成すること、を備える方法。
【請求項２】
前記所定の温度は１５０°Ｃ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超伝導金属は、前記堆積チャンバ内に存在するターゲットスラブ超伝導材料から堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記超伝導金属を堆積させることは、
前記堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入すること、
前記誘電体層および前記相互接続開口部にターゲット材料をスパッタリングするのに十分なほど高くなるように、前記超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を約５０００ワット〜約３００００ワットに設定すること、
イオン化された金属に直線的な方向性を付与するのに十分なほど低くなるように、前記ウェハに印加されるＡＣバイアスを約１００ワット〜約５００ワットに設定すること、を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
約０ワット〜約１５００ワットのＲＦ電力、および約０ワット〜約５００ワットのＤＣ電力を有するように前記コイルを設定することをさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項６】
堆積中に裏面のウェハ圧力を４Ｔｏｒｒよりも大きくなるように設定することをさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項７】
堆積前に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５〜約６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）に逆充填すること、堆積中に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍに充填を進行させること、をさらに備える請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記誘電体層は、前記第１の導電線を有する第１の誘電体層に積層された第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、前記超伝導体相互接続素子は、前記第２の導電線と、前記第２の誘電体層において前記第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９】
前記超伝導体相互接続構造は、前記超伝導金属の堆積中に温度制御チャック上に存在するウェハの一部分であり、前記温度制御チャックは、前記所定の温度以下の温度に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
堆積前に、前記誘電体層の上面上および前記相互接続開口部内にスパッタエッチングクリーニングプロセスを実行することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導体相互接続素子の上面を前記第１の誘電体層の上面と合わせることをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
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８に記載の方法。
【請求項１３】
前記所定の温度は約９０℃以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
堆積前に、前記第２の誘電体層の上面上および前記デュアルダマシン開口部内にスパッタエッチングクリーニングプロセスを実行することをさらに備える請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記デュアルダマシン構造の上面を前記第２の誘電体層の上面と合わせることをさらに備える請求項８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】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
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のために構成要素または方法の考え得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。従って、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を意図している。
以下に、上記各実施形態から把握できる技術思想を記載する。
（付記１）
超伝導体相互接続構造を形成する方法であって、
基板上に誘電体層を形成すること、
前記誘電体層に相互接続開口部を形成すること、
前記基板を堆積チャンバに移動させること、
超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体の堆積および冷却プロセスを実行することによって、前記超伝導金属を前記相互接続開口部に堆積させ、前記超伝導体相互接続構造内に超伝導素子を形成すること、を備える方法。
（付記２）
前記所定の温度は１５０°Ｃ以下である、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記所定の温度は９０℃以下である、付記２に記載の方法。
（付記４）
前記超伝導金属は、前記堆積チャンバ内に存在するターゲットスラブ超伝導材料から堆積される、付記１に記載の方法。
（付記５）
前記超伝導金属を堆積させることは、
前記堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入すること、
前記誘電体層および前記相互接続開口部にターゲット材料をスパッタリングするのに十分なほど高くなるように、前記超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を約５０００ワット〜約３００００ワットに設定すること、
イオン化された金属に直線的な方向性を付与するのに十分なほど低くなるように、前記ウェハに印加されるＡＣバイアスを約１００ワット〜約５００ワットに設定すること、を含む、付記３に記載の方法。
（付記６）
約０ワット〜約１５００ワットのＲＦ電力、および約０ワット〜約５００ワットのＤＣ電力を有するように前記コイルを設定することをさらに備える付記４に記載の方法。
（付記７）
堆積中に裏面のウェハ圧力を４Ｔｏｒｒよりも大きくなるように設定することをさらに備える付記５に記載の方法。
（付記８）
堆積前に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５〜約６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）に逆充填すること、堆積中に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍに充填を進行させること、をさらに備える付記４に記載の方法。
（付記９）
前記誘電体層は、前記第１の導電線を有する第１の誘電体層に積層された第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、前記超伝導体相互接続素子は、前記第２の導電線と、前記第２の誘電体層において前記第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、付記１に記載の方法。
（付記１０）
前記超伝導体相互接続構造は、前記超伝導金属の堆積中に温度制御チャック上に存在するウェハの一部分であり、前記温度制御チャックは、前記所定の温度以下の温度に設定される、付記１に記載の方法。
（付記１１）
堆積前に、前記誘電体層の上面上および前記相互接続開口部内にスパッタエッチングクリーニングプロセスを実行することをさらに備える付記１に記載の方法。
（付記１２）
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導体相互接続素子の上面を前記第１の誘電体層の上面と合わせることをさらに備える付記１に記載の方法。
（付記１３）
超伝導デュアルダマシン構造を形成する方法であって、
第１の超伝導素子を有する第１の誘電体層上に第２の誘電体層を形成すること、
前記第１の誘電体層の第１の超伝導素子まで延びて露出させる前記第２の誘電体層のコンタクト開口部をエッチングすること、
前記コンタクト開口部上にある前記第２の誘電体層内の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有するデュアルダマシン構造を形成すること、
堆積チャンバ内の温度制御チャック上に存在するように前記デュアルダマシン構造を移動させること、
前記温度制御チャックの温度を所定の温度以下に設定すること、
前記デュアルダマシン開口部内に超伝導金属を堆積させ、前記堆積チャンバにおいてコンタクトと、該コンタクトに積層されて結合された第２の導電線と、を含むデュアルダマシン構造を形成することであって、前記コンタクトによって、前記第１の導電線は、前記第２の誘電体層を通って前記第２の導電線に接続し、前記超伝導金属の堆積することは、前記超伝導金属が所望の厚さを有するまでチャンバ温度を前記所定の温度以下に維持するために、一連の超伝導体堆積および冷却プロセスを実行することを含む、前記デュアルダマシン構造を形成すること、を備える方法。
（付記１４）
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、付記１３に記載の方法。
（付記１５）
前記所定の温度は約９０℃以下である、付記１３に記載の方法。
（付記１６）
前記超伝導金属を堆積させることは、
前記堆積チャンバにアルゴン（ＡＲ）を注入すること、
前記第２の誘電体層上および前記デュアルダマシン開口部内にターゲット材料をスパッタリングするのに十分なほど高くなるように、前記超伝導ターゲット材料のスラブに印加されるＤＣ電力を約５０００ワット〜約３００００ワットに設定すること、
イオン化された金属に直線的な方向性を付与するのに十分なほど低くなるように、前記デュアルダマシン構造に印加されるＡＣバイアスを約１００ワット〜約５００ワットに設定すること、を含む、付記１３に記載の方法。
（付記１７）
約０ワット〜約１５００ワットのＲＦ電力、および約０ワット〜約５００ワットのＤＣ電力を有するように前記コイルを設定することをさらに備える付記１６に記載の方法。
（付記１８）
堆積中に前記裏面のウェハ圧力を４Ｔｏｒｒよりも大きくなるように設定することをさらに備える付記１７に記載の方法。
（付記１９）
堆積前に、前記ウェハの裏面上に前記アルゴンガスを約５〜約６標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）まで流すこと、堆積中に、前記チャンバ内に前記アルゴンガスを約５ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍに充填を進行させること、をさらに備える付記１８に記載の方法。
（付記２０）
堆積前に、前記第２の誘電体層の上面上および前記デュアルダマシン開口部内にスパッタエッチングクリーニングプロセスを実行することをさらに備える付記１３に記載の方法。
（付記２１）
化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記デュアルダマシン構造の上面を前記第２の誘電体層の上面と合わせることをさらに備える付記１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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