特許 7171914 超伝導体配線製造のためのプレクリーンおよび誘電体堆積方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-07

(45)【発行日】2022-11-15

(54)【発明の名称】超伝導体配線製造のためのプレクリーンおよび誘電体堆積方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20221108BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20221108BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20221108BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20221108BHJP

   H01L 39/24 20060101ALI20221108BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 102

H01L21/90 A

H01L21/88 M

H01L21/90 K

H01L39/24 F

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021522992

(86)(22)【出願日】2019-10-03

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-01

(86)【国際出願番号】 US2019054551

(87)【国際公開番号】W WO2020091943

(87)【国際公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-04-26

(31)【優先権主張番号】16/178,306

(32)【優先日】2018-11-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520128820

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ワグナー、ブライアン ポール

(72)【発明者】

【氏名】カービー、クリストファー エフ．

(72)【発明者】

【氏名】レニー、マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ケリハー、ジェームズ ティ．

(72)【発明者】

【氏名】リム、キハウス

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０９７９２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０７５１１７（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開平０２－０００３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０９７１１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ３９／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超伝導体デバイス配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成すること、
前記第１の誘電体層に超伝導配線要素を形成することであって、第１の配線層を形成するために前記第１の誘電体層の上面と揃えられた上面を有する前記超伝導配線要素を形成すること、
前記超伝導体デバイス配線構造を誘電体堆積チャンバに移動させること、
前記誘電体堆積チャンバ内の前記第１の配線層の上面に対して三フッ化窒素（ＮＦ _３ ）ベースのプラズマクリーンエッチングプロセスを実施して、前記第１の配線層の上面から酸化を除去すること、
前記誘電体堆積チャンバ内において前記第１の配線層の上に第２の誘電体層を堆積すること
を含む方法。

【請求項2】

前記ＮＦ_３ベースのプラズマクリーンエッチングプロセスを実施することは、ＮＦ_３プラズマ、アルゴン（Ａｒ）ガス、および窒素（Ｎ_２）ガスを前記誘電体堆積チャンバに供給することを含み、前記方法は、前記第１の配線層の上に前記第２の誘電体層を堆積する前に、前記Ｎ_２ガスの流れを維持しながら、前記ＮＦ_３プラズマおよび前記アルゴン（Ａｒ）ガスを前記誘電体堆積チャンバから排出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記超伝導配線要素は、ニオブから形成されている、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記誘電体層は、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、およびアモルファス炭化ケイ素（ＳｉＣ）のうちの１つから形成されている、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の配線層を形成するために前記第１の誘電体層の前記上面と揃えられた上面を有する前記超伝導配線要素を形成することは、前記第１の誘電体層に開口を形成すること、形成された開口を充填するためにコンタクト材料充填を実施すること、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導配線要素の上面を、前記第１の誘電体層の上面に揃えることを含み、前記ＮＦ _３ ベースのプラズマクリーンエッチングプロセスは、前記ＣＭＰによって生じた前記超伝導配線要素の上面の酸化を除去する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記超伝導配線要素は、第１の導電配線であり、前記方法は、前記第２の誘電体層に第２の導電配線および第１のコンタクトを形成すること、前記第２の誘電体層に第３の導電配線および第２のコンタクトを形成することをさらに含み、前記第１のコンタクトおよび前記第２のコンタクトは、前記第１の導電配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】

前記ＮＦ _３ ベースのプラズマクリーンエッチングプロセスは、
前記誘電体堆積チャンバの圧力を約１．５Ｔ（トール）に設定し、同時に三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを約２５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）から約４５ｓｃｃｍの流量で、およびアルゴンを約１０５０ｓｃｃｍから約１２５０ｓｃｃｍの流量で導入すること、
前記誘電体堆積チャンバの温度を約４００℃に設定すること、
前記誘電体堆積チャンバのＲＦ電力を約７００ワット（Ｗ）にすること、
前記第１の配線層の面を、毎分約３００から約８５０オングストロームのエッチング速度で約１０秒間エッチングすること、
前記第１の配線層上に第２の誘電体層を堆積する前に、前記誘電体堆積チャンバからＮＦ_３ガスおよびＡｒガスを排出すること
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

超伝導体デバイス配線構造を形成する方法であって、
誘電体堆積チャンバ内に超伝導配線層を配置することを含み、前記超伝導配線層は、第１の誘電体層の上面と揃えられた上面を有する超伝導コンタクトまたは導電配線を有し、前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線の上面は、酸化層を有し、前記第１の誘電体層の前記上面は、酸化層を有しており、前記方法は、
三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを前記誘電体堆積チャンバに導入すること、
所定の期間、前記ＮＦ_３ガスでプラズマクリーンエッチングを誘起するようにエッチング条件を設定して、前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線から前記酸化層を除去し、前記第１の誘電体層から前記酸化層を除去すること、
前記誘電体堆積チャンバからＮＦ_３ガスを排出すること、
前記超伝導配線層上に第２の誘電体層を堆積すること
を含む、方法。

【請求項9】

前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線を形成するために使用される超伝導材料は、ニオブ（Ｎｂ）であり、前記酸化層は、酸化ニオブであり、前記プラズマクリーンエッチングは、前記ニオブの表面から酸化層を除去して、清浄なニオブ上面を形成し、前記第１の誘電体層から酸化層を除去する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記エッチング条件を設定することは、
前記誘電体堆積チャンバの圧力を約１．５Ｔ（トール）に設定し、同時に前記ＮＦ_３ガスを約２５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）から約４５ｓｃｃｍの流量で導入するとともに、アルゴン（Ａｒ）を約１０５０ｓｃｃｍから約１２５０ｓｃｃｍの流量で導入すること、
前記誘電体堆積チャンバの温度を約４００℃に設定すること、
前記誘電体堆積チャンバのＲＦ電力を約７００ワット（Ｗ）にすること、
前記超伝導配線層の面を、毎分約３００から約８５０オングストロームのエッチング速度で約１０秒間エッチングすること
を含む、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

約０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ_２）ガスを前記ＮＦ_３ガスおよびＡｒガスとともに導入することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記超伝導配線層は、前記第１の誘電体層に開口を形成すること、形成された開口を充填するために超伝導材料充填を実施すること、化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導材料充填の上面を、前記第１の誘電体層の上面に揃えることによって形成され、クリーニングプロセスは、前記ＣＭＰによって生じた超伝導配線要素の上面の酸化を除去する、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

超伝導配線要素は、第１の導電配線であり、前記方法は、前記第２の誘電体層に第２の導電配線および第１のコンタクトを形成すること、前記第２の誘電体層に第３の導電配線および第２のコンタクトを形成することをさらに含み、前記第１のコンタクトおよび前記第２のコンタクトは、前記第１の導電配線の異なる部分に結合されている、請求項８に記載の方法。

【請求項14】

アルゴン（Ａｒ）ガスおよび窒素（Ｎ_２）ガスを前記誘電体堆積チャンバに導入することをさらに含み、前記エッチング条件を設定することは、所定の時間、前記ＮＦ_３ガスおよび前記Ａｒガスを用いてプラズマクリーンエッチングを誘起するようにエッチング条件を設定して、前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線から前記酸化層を除去し、前記第１の誘電体層から前記酸化層を除去することを含み、前記誘電体堆積チャンバから前記ＮＦ_３ガスを排出することは、第１の配線層の上に前記第２の誘電体層を堆積する前に、前記Ｎ_２ガスの流れを維持しながら、前記誘電体堆積チャンバから前記ＮＦ_３ガスおよび前記Ａｒガスを排出することを含む、請求項８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、より詳細には、超伝導体配線製造のためのプレクリーンおよび誘電体堆積方法に関する。
（政府の利益）
本発明は、米国契約番号第３００８０９８４号の下でなされた。したがって、米国政府は、その契約で指定されている発明に対する権利を有する。

【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保障アプリケーションに大幅な強化を提供することが期待される、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のために提案された主要なテクノロジーの１つである。それらは１００ケルビン未満の温度で動作させられる。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機関に限定されており、超伝導デバイスの大量生産についてはほとんど発表されていない。したがって、これらの研究機関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、従来の半導体プロセスで利用されているものと類似の技術を利用して、超伝導回路を大量生産する動きがある。

【0003】

よく知られている半導体プロセスの１つは、集積回路の異なる層にわたってデバイスを相互に結合するために多層配線スタックにコンタクトおよび導電配線を形成することである。導電性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、近年、超伝導回路の形成において試みられた。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ニングされ、エッチングされ、金属（例えば、ニオブ、タンタル、アルミニウム）が充填され、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを使用して研磨される。次いで、次の層の誘電体が堆積され、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。次の誘電体層を堆積する前のＣＭＰプロセスおよび酸素への曝露は、導電性コンタクトおよび配線の酸化をもたらし、性能を劣化させる可能性がある。

【発明の概要】

【0004】

一例では、超伝導体デバイス配線構造を形成する方法が提供される。方法は、基板を覆う第１の誘電体層を形成すること、第１の誘電体層に超伝導配線要素を形成することを含む。超伝導配線要素は、第１の配線層を形成するために、第１の誘電体層の上面と揃えられた上面を含む。超伝導体デバイス配線構造は、誘電体堆積チャンバに移動させられる。方法は、誘電体堆積チャンバ内の第１の配線層の上面に対してクリーニングプロセスを実施して、第１の配線層の上面から酸化を除去すること、誘電体堆積チャンバ内で第１の配線層上に第２の誘電体層を堆積することをさらに含む。

【0005】

別の例では、超伝導体デバイス配線構造を形成する方法が提供される。方法は、誘電体堆積チャンバ内に超伝導配線層を配置することを含む。超伝導配線層は、第１の誘電体層の上面と揃えられた上面を有する超伝導コンタクトまたは導電配線を含み、超伝導コンタクトまたは導電配線の上面は、酸化層を有し、第１の誘電体層の上面は、酸化層を有している。三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスが、誘電体堆積チャンバに導入され、所定の期間、ＮＦ_３ガスでプラズマクリーンエッチングを誘起するようにエッチング条件を設定して、超伝導コンタクトまたは導電配線から酸化層を除去し、第１の誘電体層から酸化層を除去する。ＮＦ_３ガスが、誘電体堆積チャンバから排出され、第２の誘電体層が、超伝導配線層上に堆積される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】超伝導デバイス配線構造の断面図である。

【図2】製造の初期段階における超伝導体構造の一例の概略断面図である。

【図3】フォトレジスト材料層が堆積およびパターニングされた後、エッチングチャンバ内でエッチングプロセスを受けている間の図２の構造の概略断面図である。

【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】材料堆積チャンバにおけるコンタクト材料充填の後の図４の構造の概略断面図である。

【図6】化学機械研磨を受けている図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ている誘電体堆積チャンバ内に配置された図６の構造の概略断面図である。

【図8】排気プロセスを受けている誘電体堆積チャンバ内に配置された図７の構造の概略断面図である。

【図9】誘電体堆積プロセスを受けている誘電体堆積チャンバ内に配置された図８の構造の概略断面図である。

【図10】酸化物深さ対酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ＣＣ）の二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）データグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明は、超伝導体配線構造およびそれを形成するための方法に関する。方法は、次の層の誘電体に金属配線要素を封止する前に、超伝導金属配線要素（例えば、導電配線、コンタクト）および層間誘電体（ＩＬＤ）表面から酸化物層を除去するためのプレクリーンプロセスを組み込んでいる。酸化物は、化学的機械的プロセス（ＣＭＰ）の結果として、および／または真空環境外の酸素への超伝導体配線構造の曝露の結果として生じる可能性がある。一例では、方法は、プラズマプレクリーンプロセスを、高密度多層配線サブミクロン技術にスケーリングするためのデュアルダマシンプロセスに統合する。方法は、デュアルダマシンプロセスにおける次の層の誘電体堆積の前に、三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスベースのその場（ｉｎ－ｓｉｔｕ）プラズマプレクリーンエッチングプロセスを使用して、金属配線要素および下層のＩＬＤ表面の滑らかで清浄な表面を確保できる。

【0008】

典型的なダマシン超伝導製造アーキテクチャでは、金属配線酸化物（通常は酸化ニオブ）およびＩＬＤ表面酸化物のエッチングによる酸化物除去は、同じメインフレーム上の堆積チャンバとは別のエッチングチャンバを利用することにより、搬送は真空で行われるか、または異なるメインフレーム上の酸化物エッチングチャンバを利用することにより、ウェハはメインフレーム間で搬送される。いずれの場合も、真空に近い状態で搬送が行われても、搬送中に酸化物が表面に形成される。

【0009】

本明細書に開示されるシステムおよび方法は、単一の誘電体堆積チャンバ内でシリコン（Ｓｉ）、誘電体、または超伝導体構造の金属表面から汚染物質をエッチングすることによってプレクリーンし、その上に誘電体層を堆積するものである。このプロセスは、超伝導配線の誘電体堆積の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ける以下の改善、すなわち、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、配線臨界電流（Ｉｃ）性能を低下させる可能性のある酸素源を界面から除去すること、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を除去すること、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をサポートする。

【0010】

一例では、単一のＰＥＣＶＤチャンバ内で独立したプレクリーンプロセスおよび誘電体堆積プロセスの両方をサポートするように構成されたプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プラットフォームを含むシステムが提供される。プロセスオブレコード（ＰＯＲ）は、１）プレクリーンチャンバ、および２）堆積チャンバの２つのチャンバを使用する。この開示は、プレクリーンプロセスおよび堆積プロセスの両方を単一のチャンバに組み合わせ、外部エッチングチャンバから堆積チャンバへの搬送中にさらなる酸化が発生するのを防ぐ。本開示のシステムおよび方法の意図は、単一のチャンバ内で表面酸化物／汚染物質をエッチングする能力および誘電体堆積を確立することによって、意図しない酸化を排除することである。この技術は、例えばクラスタツールで使用される搬送／バッファチャンバにおいて、誘電体堆積の前に清浄なウェハ表面を酸化環境にさらすことを排除する。

【0011】

図１は、例えば、ウェハの一部上に形成された超伝導配線構造１０の断面図を示している。超伝導配線構造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であってよい。第１の誘電体層１６は、活性層１４を覆い、第２の誘電体層１８は、第１の誘電体層１６を覆っている。第１の誘電体層１６および第２の誘電体層１８の両方は、非酸化物ベースの誘電体材料から形成することができる。第１の導電配線２０は、第１の誘電体層１６に埋め込まれている。第１の導電性コンタクト２２は、第１の端部で第１の導電配線２０から第２の誘電体層１８の第２の導電配線２４まで延在し、第２の導電性コンタクト２６は、第２の端部で第１の導電配線２０から第２の誘電体層１８の第３の導電配線２８まで延在している。第３の誘電体層は、第２の導電配線２４、第３の導電配線２８、および第２の誘電体層１８を覆っている。各誘電体層は、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、またはアモルファスＳｉＣなどの非酸化物ベースの誘電体で形成することができる。

【0012】

コンタクトおよび導電配線の各々は、ニオブなどの超伝導材料で形成されている。本明細書に記載のクリーニングプロセスは、第３の誘電体層の堆積の前に実施され、クリーニングプロセスおよび誘電体堆積プロセスの両方が、単一の誘電体堆積チャンバ内で実施される。クリーニングプロセスは、第２の誘電体層１８の堆積の前に実施することもでき、クリーニングプロセスおよび第２の誘電体層の堆積の両方が、同じ単一の誘電体堆積チャンバ内で実施される。

【0013】

次に、図２～図９を参照して、図１の超伝導デバイスにおける配線の形成に関連した製造について説明する。本実施例は、絶縁誘電体における超伝導金属のシングルまたはデュアルダマシン層の形成から始まるプロセスフローに関して説明されていることを理解されたい。本実施例は、誘電体薄膜にシングルダマシントレンチをエッチングして下部導電配線を形成し、それに続くデュアルダマシンプロセスによって上部導電配線を形成することに関して説明される。

【0014】

図２は、製造の初期段階における超伝導体構造４０の断面図を示している。超伝導体構造４０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内に存在する。超伝導体構造４０は、下にある基板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。下にある基板５０は、例えば、活性層５２および続いて上を覆う層に機械的支持を提供するシリコンまたはガラスウェハであってよい。第１の誘電体層５４は、活性層５２の上に形成される。第１の誘電体層５４を、配線層を提供するのに適した厚さに形成するための任意の適切な技術、例えば、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相成長（ＨＤＰＣＶＤ）、スパッタリングまたはスピンオン技術を使用することができる。代替的に、活性層５２が省略されている例では、第１の誘電体層５４は、基板５０上に直接形成することができる。導電配線５６は、第１の誘電体層５４内に存在し、第１の誘電体層５４の上面と同一平面上にある上面を有している。導電配線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クリーニングプロセスを経る。

【0015】

クリーニングプロセスは、次の誘電体層５８が堆積される前に堆積チャンバ内でその場（ｉｎ ｓｉｔｕ）プラズマＮＦ_３クリーニングを行い、導電配線５６の表面から任意の酸化物を除去する。このプロセスは、図６～図９を参照してさらに詳細に説明される。第２の誘電体層５８は、第１の誘電体層５４を覆い、第２の誘電体層５８の上面から第１の誘電体層５４に存在する導電配線５６の上面まで延びる一対のビア６０を含む。第１の誘電体層５４および第２の誘電体層５６で使用される誘電体材料は、非酸化物ベースの誘電体材料から形成することができる。一対のビア６０は、デュアルダマシンプロセスの第１の部分で形成されたものである。図３は、デュアルダマシンプロセスの第２の部分を示している。図３に示されるように、フォトレジスト材料層６２は、構造を覆うために塗布され、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６４を露出させるようにパターニングされて、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ために使用される放射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を介して第２の誘電体層５８上に形成され、選択的に照射され（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）照射を介して）、現像されてトレンチ開口６４を形成することができる。

【0016】

図３は、フォトレジスト材料層６２のトレンチパターンに基づいて、第２の誘電体層５８に拡張されたトレンチ開口６８（図４）を形成するために、第２の誘電体層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））を実施することも示している。エッチング２００は、ドライエッチングであってよく、下にある導電配線５６および上にある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装置などの市販のエッチャー、または代替的に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマリアクターで、プラズマガス、本明細書ではフッ素イオンを含む四フッ化炭素（ＣＦ_４）を用いて異方的にエッチングされて、フォトレジスト材料層６２のパターニングされたマスクパターンを複製し、それによって拡張されたトレンチ開口６４を作製することができる。その後、フォトレジスト材料層６２は、図４に示される構造をもたらすように剥離される（例えば、Ｏ２プラズマ中でのアッシング）。

【0017】

次に、図５に示すように、構造は材料堆積チャンバ１１０内に配置され、コンタクト材料充填が行われ、ニオブなどの超伝導材料７０をビア開口６６およびトレンチ開口６８に堆積させて、図５に示す結果として得られる構造を形成する。コンタクト材料充填物は、標準的なコンタクト材料堆積を使用して堆積することができる。コンタクト材料充填物の堆積に続いて、超伝導材料７０は、研磨チャンバ１２０内に配置され、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て、金属配線の一部を形成する導電配線７４およびコンタクト７２を形成し、図６の結果として得られる構造を提供する。

【0018】

しかしながら、ＣＭＰプロセス中に、酸化物表面７６が、金属の表面上で約７０Åの厚さまで成長し、ＣＭＰプロセスが完了した後も残る可能性がある。この酸化物は、例えば、ＣＭＰプロセス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使用した場合、酸化ニオブが生成される。この酸化ニオブの存在は、超伝導回路の性能を低下させる（金属配線の損失）ことになるため、次の誘電体層を堆積する前に除去する必要がある。酸化ケイ素は、堆積された誘電体表面上に（例えば、窒化ケイ素上に）形成される。この酸化ニオブおよび酸化シリコンの存在は、通常アモルファス酸化物に関連するさまざまなＲＦ損失メカニズムを通じて超伝導回路の性能を低下させるため、次の誘電体層を堆積する前に除去する必要がある。

【0019】

次に、図７～図９に示されるように、得られた構造は、誘電体堆積チャンバ１３０内に配置されて、プレクリーンプロセス、続いて真空プロセスおよび誘電体堆積プロセスを受ける。得られた構造は、ＣＭＰチャンバから誘電体堆積チャンバに除去されるときに酸素に曝露されるため、超伝導材料上に表面酸化層、またはＣＭＰプロセスから形成された酸化物層に加えて酸化層を有する可能性がある。プレクリーンプロセスの目的は、次の層の誘電体層に封止する（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）前に、金属配線表面および誘電体層の上面からこれらの酸化物層を除去することである。

【0020】

図７に示されるように、誘電体堆積チャンバ１３０は、アルゴン（Ａｒ）ガスをアルゴン流量制御デバイス３４０に基づく流量で誘電体堆積チャンバ１３０に供給するアルゴン源３３０、および三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスをＮＦ_３流量制御デバイス３６０に基づく流量で誘電体堆積チャンバ１３０に供給するＮＦ_３ガス源３５０を含む。誘電体堆積チャンバ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、誘電体堆積チャンバ１３０のパワーを設定するＲＦパワーコントローラ３１０、および誘電体堆積チャンバ１３０内の温度を設定する温度コントローラ３２０も含む。一例では、誘電体堆積チャンバ１３０は、Ｃｅｎｔｕｒａ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ＤｘＺプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバである。しかしながら、このプロセスは、ＮＦ_３ガスおよびプラズマ機能で適切に構成された複数の異なるＰＥＣＶＤチャンバで使用することができる。

【0021】

この例では、ＮＦ_３プラズマは平行平板であり、リモートプラズマではない。プラズマは、トッププレート１３１から、ウェハを保持するチャックであってよいボトムプレート１３３に向けられる。通常、リモートプラズマＮＦ_３エッチング／クリーンは、チャンバ壁クリーンとして使用され、堆積チャンバ内にウェハが存在するプロセスエッチングガスとしては使用されない。しかしながら、プレクリーンプロセスにもリモートＮＦ_３プラズマを使用することは可能である。

【0022】

一例では、ウェハは、搬送チャンバを通って誘電体堆積チャンバ１３０に移動する。ウェハが誘電体堆積チャンバ１３０内に入ると、ガスの流れおよび圧力が安定化され、次にプラズマが点火されて、ＩＬＤおよび超伝導配線金属の表面に形成された酸化物７６をエッチングするプレクリーンプロセス２２０を実施する。典型的なプロセス条件は、ＮＦ_３およびアルゴン（Ａｒ）ガスの混合物を利用する。加えて、Ｎ_２をガス混合物に加えることができる。一例では、ＮＦ_３酸化物プレクリーンエッチングプロセス条件は以下の通りである。ＮＦ_３流量は約２５ｓｃｃｍ～約４５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量は約１０５０ｓｃｃｍ～約１２５０ｓｃｃｍ、Ｎ_２流量（該当する場合）は約０～約２００ｓｃｃｍ、パワーは約７００Ｗ、プロセス圧力は約１．５Ｔｏｒｒ、処理時間は１０秒を上回るように設定される。代表的なエッチング速度は、約４００℃に設定された典型的なプロセス温度では約３００Å／分～約８５０Å／分である。

【0023】

ＮＦ_３プレクリーンプロセスが完了すると、次に、プロセスガスは、図８に示されるように、ポンプ３９０によって矢印７８に沿った方向に送られ、ガスを排出して、誘電体堆積プロセスのためにチャンバ１３０を準備する。一例では、すべてのプロセスガスは、誘電体堆積プロセスの前に排出される（ｅｖａｃｕａｔｅｄ）。別の例では、ＮＦ_３ガスおよびＡｒガスのみが排出され、Ｎ_２ガスは排気プロセス中に流れ続ける。注目すべき詳細は、プレクリーンプロセスでエッチングされたウェハが、真空プロセスおよびそれに続く誘電体堆積プロセスを通じて、堆積チャンバ内に残っていることである。通常、真空プロセスは、完了するまでに約５秒かかり得る。

【0024】

次に、図９に示されるように、プレクリーンプロセスでエッチングされたウェハ表面酸化物７６は、誘電体堆積プロセス２３０を受けることによって、ＰＥＣＶＤで堆積された誘電体層８０に封止される。このＰＥＣＶＤ誘電体層８０は、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、アモルファスＳｉＣ、またはダマシンアーキテクチャに基づく超伝導デバイスに関連する任意の他の非酸化物ベースのＰＥＣＶＤ堆積誘電体であってよい。

【0025】

以前の技術では、プレクリーンプロセスと誘電体堆積プロセスとの間のウェハの搬送チャンバ内のミリトールレベルの真空は、配線金属（すなわち、Ｎｂ）およびＩＬＤ（すなわち、窒化ケイ素）の両方で表面酸化物を再成長させるのに十分である。通常、この酸化物は、ほぼ単分子層の厚さであり、酸素の検出限界が０．１％未満である二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）のような技術でのみ検出できる。Ｘ線光電子分光法およびエネルギー分散型Ｘ線分光法のような技術は、この真空中（ｉｎ ｖａｃｕｏ）搬送ステップの間、誘電体および金属表面に形成される酸素を検出するのに十分な感度を有していない。

【0026】

図１０は、酸化物の深さ対酸素濃度（ａｔｏｍｓ／ＣＣ）の二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）データグラフを示している。ＳＩＭＳデータグラフは、ＮＦ_３プレクリーンが、２つのチャンバを利用する現在の最先端のプロセスオブレコード（ＰＯＲ）と同等のレベルまで誘電体表面酸化物を効果的に除去し、酸化物エッチングを行わない場合と比較して効果的であることを示している。

【0027】

上記で説明したのは、本発明の例である。もちろん、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そのようなすべての変更、修正、および変形を包含することが意図されている。
以下に、本開示に含まれる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導体デバイス配線構造を形成する方法であって、
基板を覆う第１の誘電体層を形成すること、
前記第１の誘電体層に超伝導配線要素を形成することであって、第１の配線層を形成するために前記第１の誘電体層の上面と揃えられた上面を有する前記超伝導配線要素を形成すること、
前記超伝導体デバイス配線構造を誘電体堆積チャンバに移動させること、
前記誘電体堆積チャンバ内の前記第１の配線層の上面に対してクリーニングプロセスを実施して、前記第１の配線層の上面から酸化を除去すること、
前記誘電体堆積チャンバ内において前記第１の配線層の上に第２の誘電体層を堆積すること
を含む方法。
［付記２］
前記クリーニングプロセスは、三フッ化窒素（ＮＦ _３ ）ベースのプラズマクリーンエッチングプロセスである、付記１に記載の方法。
［付記３］
前記超伝導配線要素は、ニオブから形成されている、付記１に記載の方法。
［付記４］
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層は、非酸化物ベースの誘電体材料から形成されている、付記１に記載の方法。
［付記５］
前記非酸化物ベースの誘電体材料は、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、およびアモルファス炭化ケイ素（ＳｉＣ）のうちの１つである、付記４に記載の方法。
［付記６］
前記第１の配線層を形成するために前記第１の誘電体層の前記上面と揃えられた上面を有する前記超伝導配線要素を形成することは、前記第１の誘電体層に開口を形成すること、形成された開口を充填するためにコンタクト材料充填を実施すること、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導配線要素の上面を、前記第１の誘電体層の上面に揃えることを含み、前記クリーニングプロセスは、前記ＣＭＰによって生じた前記超伝導配線要素の上面の酸化を除去する、付記１に記載の方法。
［付記７］
前記超伝導配線要素は、第１の導電配線であり、前記方法は、前記第２の誘電体層に第２の導電配線および第１のコンタクトを形成すること、前記第２の誘電体層に第３の導電配線および第２のコンタクトを形成することをさらに含み、前記第１のコンタクトおよび前記第２のコンタクトは、前記第１の導電配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８］
前記クリーニングプロセスは、
前記誘電体堆積チャンバの圧力を約１．５Ｔ（トール）に設定し、同時に三フッ化窒素（ＮＦ _３ ）ガスを約２５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）から約４５ｓｃｃｍの流量で、およびアルゴンを約１０５０ｓｃｃｍから約１２５０ｓｃｃｍの流量で導入すること、
前記誘電体堆積チャンバの温度を約４００℃に設定すること、
前記誘電体堆積チャンバのＲＦ電力を約７００ワット（Ｗ）にすること、
前記第１の配線層の面を、毎分約３００から約８５０オングストロームのエッチング速度で約１０秒間エッチングすること、
前記第１の配線層上に第２の誘電体層を堆積する前に、前記誘電体堆積チャンバからＮＦ _３ ガスおよびＡｒガスを排出すること
を含む、付記１に記載の方法。
［付記９］
約０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ _２ ）ガスを前記ＮＦ _３ ガスおよび前記Ａｒガスとともに導入することをさらに含む、付記８に記載の方法。
［付記１０］
前記誘電体堆積チャンバは、平行平板プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバである、付記８に記載の方法。
［付記１１］
超伝導体デバイス配線構造を形成する方法であって、
誘電体堆積チャンバ内に超伝導配線層を配置することを含み、前記超伝導配線層は、第１の誘電体層の上面と揃えられた上面を有する超伝導コンタクトまたは導電配線を有し、前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線の上面は、酸化層を有し、前記第１の誘電体層の前記上面は、酸化層を有しており、前記方法は、
三フッ化窒素（ＮＦ _３ ）ガスを前記誘電体堆積チャンバに導入すること、
所定の期間、前記ＮＦ _３ ガスでプラズマクリーンエッチングを誘起するようにエッチング条件を設定して、前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線から前記酸化層を除去し、前記第１の誘電体層から前記酸化層を除去すること、
前記誘電体堆積チャンバからＮＦ _３ ガスを排出すること、
前記超伝導配線層上に第２の誘電体層を堆積すること
を含む、方法。
［付記１２］
前記超伝導コンタクトまたは前記導電配線を形成するために使用される超伝導材料は、ニオブ（Ｎｂ）であり、前記酸化層は、酸化ニオブであり、前記プラズマクリーンエッチングは、前記ニオブの表面から酸化層を除去して、清浄なニオブ上面を形成し、前記第１の誘電体層から酸化層を除去する、付記１１に記載の方法。
［付記１３］
前記エッチング条件を設定することは、
前記誘電体堆積チャンバの圧力を約１．５Ｔ（トール）に設定し、同時に前記ＮＦ _３ ガスを約２５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）から約４５ｓｃｃｍの流量で導入するとともに、アルゴン（Ａｒ）を約１０５０ｓｃｃｍから約１２５０ｓｃｃｍの流量で導入すること、
前記誘電体堆積チャンバの温度を約４００℃に設定すること、
前記誘電体堆積チャンバのＲＦ電力を約７００ワット（Ｗ）にすること、
前記超伝導配線層の面を、毎分約３００から約８５０オングストロームのエッチング速度で約１０秒間エッチングすること
を含む、付記１１に記載の方法。
［付記１４］
約０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ _２ ）ガスを前記ＮＦ _３ ガスおよびＡｒガスとともに導入することをさらに含む、付記１３に記載の方法。
［付記１５］
前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層は、非酸化物ベースの誘電体材料から形成されている、付記１１に記載の方法。
［付記１６］
前記非酸化物ベースの誘電体材料は、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、およびアモルファス炭化ケイ素（ＳｉＣ）のうちの１つである、付記１５に記載の方法。
［付記１７］
前記超伝導配線層は、前記第１の誘電体層に開口を形成すること、形成された開口を充填するために超伝導材料充填を実施すること、化学機械研磨（ＣＭＰ）を実施して、前記超伝導材料充填の上面を、前記第１の誘電体層の上面に揃えることによって形成され、クリーニングプロセスは、前記ＣＭＰによって生じた超伝導配線要素の上面の酸化を除去する、付記１１に記載の方法。
［付記１８］
超伝導配線要素は、第１の導電配線であり、前記方法は、前記第２の誘電体層に第２の導電配線および第１のコンタクトを形成すること、前記第２の誘電体層に第３の導電配線および第２のコンタクトを形成することをさらに含み、前記第１のコンタクトおよび前記第２のコンタクトは、前記第１の導電配線の異なる部分に結合されている、付記１１に記載の方法。
［付記１９］
前記誘電体堆積チャンバは、平行平板プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバである、付記１１に記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】