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特許7261940抵抗器への常伝導金属接続を備えた超伝導体構造およびその製造方法
(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】2023-04-12
(45)【発行日】2023-04-20
(54)【発明の名称】抵抗器への常伝導金属接続を備えた超伝導体構造およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H10N 60/82 20230101AFI20230413BHJP
H01L 21/822 20060101ALI20230413BHJP
H01L 27/04 20060101ALI20230413BHJP
【ＦＩ】
H10N60/82 ZAA
H01L27/04 P
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022529930
(86)(22)【出願日】2020-11-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-01
(86)【国際出願番号】 US2020061691
(87)【国際公開番号】W WO2021141691
(87)【国際公開日】2021-07-15
【審査請求日】2022-05-23
(31)【優先権主張番号】16/738,790
(32)【優先日】2020-01-09
(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】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】オドネル、ダニエル ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】グラニンガー、アウレリウス エル．
(72)【発明者】
【氏名】ペセツキー、アーロン エイ．
【審査官】綿引 隆
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第５８９７３６７（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／２４７９７４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００４－０７２１０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２１１０８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５０６１１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】G.L. KERBER et al.，Fabrication of Submicrometer High Current Density Nb/Al-AlN/Nb Junctions，IEEE Transactions on Applied Superconductivity，2009年06月，Vol.19, No.3，p.159-166
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ６０／８２
Ｈ１０Ｎ ６９／００
Ｈ０１Ｌ ２１／８２２
Ｈ０１Ｌ ２７／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超伝導体構造を形成する方法であって、第１の誘電体層に超伝導体配線を形成すること、
前記超伝導体配線の端部に結合された端部を備えた抵抗器を形成すること、
前記抵抗器を覆う第２の誘電体層を形成すること、
前記第２の誘電体層を貫通して前記抵抗器まで通じるテーパー状の開口部をエッチングすること、
常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施して、前記テーパー状の開口部を充填し、前記抵抗器に結合された常伝導金属コネクタを形成すること
を含む、方法。
【請求項2】
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の中間部分または前記抵抗器の端部分に結合されている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記超伝導体配線は、第１の超伝導体配線であり、前記第１の超伝導体配線から離隔されて前記第１の誘電体層に配置された第２の超伝導体配線をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記抵抗器は、前記第１の超伝導体配線に結合された第１の抵抗器コンタクト、および前記第２の超伝導体配線に結合された第２の抵抗器コンタクトを有し、前記抵抗器は、前記第１の抵抗器コンタクトを前記第２の抵抗器コンタクトに接続する接続部分を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトおよび前記第２の抵抗器コンタクトの両方を越えて延在し、前記抵抗器の抵抗値の大部分を提供する、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記抵抗器に結合された前記超伝導体配線の端部と反対側の前記超伝導体配線の端部に接触する超伝導体コンタクトを形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記超伝導体コンタクトに接触する別の超伝導体配線を形成して、ダマシン超伝導体コネクタを形成することをさらに含み、前記別の超伝導体配線は、前記第２の誘電体層の上面と平面をなす表面を有している、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記テーパー状の開口部を埋めるとともに前記第２の誘電体層の一部にわたって延在するようにライナー材料を堆積することをさらに含み、前記常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施することは、前記テーパー状の開口部内および前記第２の誘電体層の一部にわたって延在する前記ライナー材料上に常伝導金属材料を堆積して、前記ライナー材料および前記常伝導金属材料が集合的に前記常伝導金属コネクタを形成するようにすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
超伝導体構造であって、基板を覆う第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層内に存在する超伝導体配線と、
前記第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を覆う第３の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を貫通して前記超伝導体配線の端部まで延在する抵抗器コンタクトの端部、および前記抵抗器コンタクトの端部に接続するとともに前記第３の誘電体層内に存在する接続部分を有する抵抗器と、
前記第３の誘電体層を貫通して前記抵抗器まで通じるテーパー状の開口部と、
前記テーパー状の開口部を介して前記抵抗器に接続する常伝導金属コネクタと
を備える、超伝導体構造。
【請求項10】
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の中間部分または前記抵抗器の端部分に結合されている、請求項９に記載の超伝導体構造。
【請求項11】
前記超伝導体配線は、第１の超伝導体配線であり、前記第１の超伝導体配線から離隔されて前記第１の誘電体層内に配置された第２の超伝導体配線をさらに備える、請求項９に記載の超伝導体構造。
【請求項12】
前記抵抗器コンタクトは、第１の抵抗器コンタクトであり、第２の抵抗器コンタクトをさらに備え、前記第２の抵抗器コンタクトは、前記第２の誘電体層を貫通して延在し、前記第２の超伝導体配線に結合され、前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトを前記第２の抵抗器コンタクトに接続する、請求項１１に記載の超伝導体構造。
【請求項13】
前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトおよび前記第２の抵抗器コンタクトの両方を越えて延在し、前記抵抗器の抵抗値の大部分を提供する、請求項１２に記載の超伝導体構造。
【請求項14】
前記超伝導体配線に接続する超伝導体コンタクトと接触する別の超伝導体配線を含むダマシン超伝導体コネクタをさらに備え、前記別の超伝導体配線は、前記第３の誘電体層の表面と平面をなす表面を有している、請求項１３に記載の超伝導体構造。
【請求項15】
前記テーパー状の開口部を埋めるとともに前記第３の誘電体層の一部にわたって延在するライナー材料と、前記テーパー状の開口部内および前記第３の誘電体層の一部にわたって延在する前記ライナー材料上に配置された常伝導金属材料とをさらに備え、前記ライナー材料および前記常伝導金属材料が集合的に前記常伝導金属コネクタを形成する、請求項９に記載の超伝導体構造。
【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、抵抗器への常伝導金属接続を備えた超伝導体構造およびその製造方法に関する。
（政府の権利）
本発明は、政府契約の下でなされた。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。
（政府の権利）
本発明は、政府契約の下でなされた。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、電力消費および速度の点で従来の半導体回路に勝る利点があるため、さまざまなコンピューティングおよびエレクトロニクス応用に提案されている主要な技術の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の取り組みは、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た超伝導回路の大量生産の動きがある。
【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。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。
【0004】
マイクロエレクトロニクスデバイスのための従来の金属配線では、下にある金属へのビア開口は、通常、ビア開口の底部の金属表面の物理的スパッタリングによってクリーニングされる。これにより、スパッタされた金属が側壁に沿って再堆積する可能性がある。しかしながら、従来の配線の目標は、連続した低抵抗の電気経路を提供することであるため、再堆積された材料は、ビアに充填された金属の導電率に殆どまたは全く影響を与えない。目標が超伝導体構造に抵抗器を提供することである場合、超伝導体材料の再堆積は、短絡経路を生成することによって抵抗を損なう可能性がある。
【発明の概要】
【0005】
一例では、超伝導体構造を形成する方法が開示されている。方法は、第１の誘電体層に超伝導体配線を形成すること、超伝導体配線の端部に結合された端部を有する抵抗器を形成すること、抵抗器を覆う第２の誘電体層を形成することを含む。方法は、第２の誘電体層を貫通して抵抗器まで通じるテーパー状の開口部をエッチングすること、常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施して、テーパー状の開口部を充填し、抵抗器に結合された常伝導金属コネクタを形成することをさらに含む。
【0006】
さらに別の例では、超伝導体構造が開示されている。超伝導体構造は、基板を覆う第１の誘電体層と、第１の誘電体層内に存在する超伝導体配線と、第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、第２の誘電体層を覆う第３の誘電体層とを備えている。抵抗器コンタクトの端部を有する抵抗器は、第２の誘電体層を貫通して超伝導体配線の端部まで延在し、接続部分は、抵抗器コンタクトの端部に接続し、第３の誘電体層内に存在する。テーパー状の開口部は、第３の誘電体層を貫通して抵抗器まで通じており、常伝導金属コネクタは、テーパー状の開口部を介して抵抗器に接続している。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】３端子抵抗器を備えた超伝導体構造の一例の断面図である。
【図2】２端子抵抗器を備えた超伝導体構造の別の例の断面図である。
【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、エッチングプロセスを受けている間の超伝導体構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本開示は、抵抗器への常伝導金属接続を備えた超伝導体構造およびそれを製造する方法に関する。常伝導金属接続の要件は、高導電性でありながら、集積回路の意図された動作温度では超伝導にならないことである。一例では、非超伝導（常伝導金属）コンタクトが、平坦化されたダマシンプロセスフローを用いた超伝導ニオブベースの配線で使用されるインレイ（inlay）精密抵抗器に接続される。本明細書で使用される場合、ダマシンという用語は、シングルダマシンプロセスまたは構造、あるいはデュアルダマシンプロセスまたは構造のいずれかを指すことができる。別の例では、常伝導金属コンタクトは、抵抗器の両端の間に接続され、抵抗器から熱を除去するように構成されている。代替的に、常伝導金属コンタクトは、抵抗器の端部に接続され、接地面に接続可能な接地端子および／または抵抗器から熱を除去するための熱コンタクトとして構成されてもよい。この特定の構成では、抵抗器は２端子デバイスまたは３端子デバイスのいずれかとして構成することができる。
【0009】
超伝導プロセスフローに抵抗器を組み込む現在の方法は、リソグラフィの課題（フィーチャサイズ）および抵抗器の上方に複数レベルの配線をスタックする能力（３～４に制限される）のためにスケーラビリティを制限する大きなトポグラフィを生成する。問題は、抵抗器の製造の既存の方法が、超伝導コンタクトに加えて、常伝導金属コンタクトの実装を提供しないか、または可能にしないということである。本開示は、例えば、抵抗器レベルの上方に５つ以上のレベルをスタックすることを可能にするダマシン金属配線など、完全に平坦化されたプロセスフローに適合したインレイ抵抗器の形成を提供する。
【0010】
図１は、３端子デバイス構成において抵抗器の中央部分に結合された常伝導金属コネクタを含む例示的な超伝導体構造１０の断面図を示している。超伝導体構造１０は、超伝導配線構造であってよい。超伝導体構造１０は、基板１２を覆う第１の誘電体層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。第２の誘電体層２０は第１の誘電体層１４を覆い、第３の誘電体層２２は第２の誘電体層２０を覆っている。一例では、第１の誘電体層１４、第２の誘電体層２０、および第３の誘電体層２２のうちの１つまたは複数は、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（例えば、ＴＥＯＳ）で形成することができる。別の例では、第１の誘電体層１４、第２の誘電体層２０、および第３の誘電体層２２のうちの１つまたは複数は、より高温の誘電体材料（例えば、窒化ケイ素）で形成することができる。さらに別の例では、第１の誘電体層１４、第２の誘電体層２０、および第３の誘電体層２２のうちの１つまたは複数は、より高い低温および高温の誘電体材料の組み合わせで形成することができる。第１の超伝導体配線１６および第２の超伝導体配線１８は、第２の誘電体層２０の底面と同一平面上にある上面を有する第１の誘電体層１４に配置されている。
【0011】
抵抗器２４は、概してＴ字形状を有し、第１の超伝導体配線１６の端部と接触する第１の抵抗器コンタクト２１と、第２の超伝導体配線１８の端部と接触する第２の抵抗器コンタクト２３とを含む。抵抗器２４の接続部分２５は、第１の抵抗器コンタクト２１および第２の抵抗器コンタクト２３を一緒に結合し、抵抗器２４の抵抗の大部分（substantial portion）を提供する。接続部分２５は、第１の抵抗器コンタクト２１および第２の抵抗器コンタクト２３の両方を越えて延在している。第１の抵抗器コンタクト２１および第２の抵抗器コンタクト２３は、第２の誘電体層２０を貫通して、第２の誘電体層２０の底面から第２の誘電体層２０の上面まで延在している。抵抗器２４の接続部分２５は、第３の誘電体層２２の底面部分内の第２の誘電体層２０の上面上に配置されている。
【0012】
ダマシン超伝導体コネクタ３４は、第１の抵抗器コンタクト２１に接続された端部と反対側の第１の超伝導体配線１６の端部に接続されている。ダマシン超伝導体コネクタ３４は、超伝導体コンタクト２６および超伝導体配線２８を含む。第１の超伝導体配線１６および第２の超伝導体配線１８の各々、ならびにダマシン超伝導体コネクタ３４は、ニオブ、アルミニウム、またはタンタルなどの超伝導材料で形成されている。抵抗器２４は、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）などの抵抗性材料で形成することができる。
【0013】
常伝導金属コネクタ３６は、第３の誘電体層２２の一部を覆い、第３の誘電体層２２のテーパー状の開口部３５を充填して抵抗器２４の中央部分に接続する。常伝導金属コネクタ３６は、常伝導金属ライナー３０および常伝導金属導電配線３２を含む。常伝導金属ライナー３０は、抵抗器２４に付着する薄いチタン層から形成することができ、常伝導金属導電配線３２は、金などの常伝導金属から形成することができる。常伝導金属コネクタ３６は、抵抗器２４への第３の接続を提供して電気的接続を提供し、および／または抵抗器２４から熱を除去するように構成することができる。
【0014】
図２は、２端子デバイス構成において抵抗器の端部分に結合された常伝導金属コネクタを含む例示的な超伝導体構造４０の断面図を示している。この例では、常伝導金属コネクタは、接地面に接続されるか、または接地面の一部を形成してよい。超伝導体構造４０は、超伝導配線構造であってよい。超伝導体構造４０は、基板４２を覆う第１の誘電体層４４を含む。第２の誘電体層４８は第１の誘電体層４４を覆い、第３の誘電体層５０は第２の誘電体層４８を覆っている。第１の誘電体層４４、第２の誘電体層４８、および第３の誘電体層５０のうちの１つまたは複数は、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（例えば、ＴＥＯＳ）、および／またはより高い温度の誘電体材料（例えば、窒化ケイ素）、または低温誘電体材料および高温誘電体材料の両方の組み合わせで形成することができる。単一の超伝導体配線４６は、第２の誘電体層４８の底面と同一平面である上面を有する第１の誘電体層４４に配置されている。
【0015】
抵抗器５２は、概してＴ字形状を有し、単一の超伝導体配線４６の端部と接触する第１の抵抗器コンタクト４９と、第２の抵抗器コンタクト５１（任意選択）とを含む。抵抗器５２の接続部分５３は、第１の抵抗器コンタクト４９および第２の抵抗器コンタクト５１を一緒に結合し、抵抗器５２の抵抗の大部分を提供する。接続部分５３は、第１の抵抗器コンタクト４９および第２の抵抗器コンタクト５１の両方を越えて延在している。第１の抵抗器コンタクト４９および第２の抵抗器コンタクト５１は、第２の誘電体層４８を貫通して、第２の誘電体層４８の底面から第２の誘電体層４８の上面まで延在している。抵抗器５２の接続部分５３は、第３の誘電体層５０の底面部分内の第２の誘電体層４８の上面上に配置されている。別の例では、超伝導体構造４０は、図１に示されるような第２の超伝導体配線に結合されている第２の抵抗器コンタクト５１を有する３端子抵抗器を含む。
【0016】
ダマシン超伝導体コネクタ６２は、第１の抵抗器コンタクト４９に接続された端部と反対側の単一の超伝導体配線４６の端部に接続されている。ダマシン超伝導体コネクタ６２は、超伝導体コンタクト５４および超伝導体配線５６を含む。第１の超伝導体配線４６、およびダマシン超伝導体コネクタ６２の各々は、ニオブ、アルミニウム、またはタンタルなどの超伝導材料で形成されている。抵抗器５２は、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）などの抵抗性材料で形成することができる。
【0017】
常伝導金属コネクタ６４は、第３の誘電体層５０の一部を覆い、第３の誘電体層５０のテーパー状の開口部６５を充填して抵抗器５２の端部分に接続する。常伝導金属コネクタ６４は、常伝導金属ライナー５８および常伝導金属導電配線６０を含む。常伝導金属ライナー５８は、抵抗器５２に付着する薄いチタン層から形成することができ、常伝導金属導電配線６０は、金などの常伝導金属から形成することができる。常伝導金属コネクタ６４は、抵抗器５２への接地接続などの電気的接続を提供するように構成することができる。
【0018】
次に、図３～図１７を参照して、図１の超伝導体構造に関する製造について説明する。本実施例は、抵抗器の中央部分に結合された常伝導金属コネクタを備える、図１に示されるような超伝導体配線の間に抵抗構造を形成するプロセスフローに関して説明されるが、常伝導金属コネクタを移動させて抵抗器の端部分の接続ポイントに位置合わせし、任意選択で第２の超伝導体配線および／または第２の抵抗器コンタクトを削除することによって図２に示されるような構造を提供するために使用することができることを理解されたい。
【0019】
図３は、製造の初期段階における超伝導体構造の断面図を示している。超伝導体構造は、下にある基板１００を覆う第１の誘電体層１０２を含む。下にある基板１００は、例えば、第１の誘電体層１０２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１０２を、配線層を提供するのに適した厚さまで形成するための任意の適切な技術、例えば、熱酸化、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ励起化学気相成長（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などを使用することができる。一例では、形成される第１の誘電体層１０２は、ＣＶＤプロセスによるＴＥＯＳまたはシラン酸化物などの二酸化ケイ素タイプである。第１の誘電体層１０２は、抵抗器への接続に使用される後続の超伝導体配線のためのインレイとして利用される。
【0020】
図３に示されるように、フォトレジスト材料層１０４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１０４に開口部１０６および１０８を露出させるようにパターニングおよび現像されている。フォトレジスト材料層１０４は、フォトレジスト材料層１０４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１０４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１の誘電体層１０２上に形成され、選択的に照射され（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）照射で）、現像されて、開口部１０６および１０８を形成することができる。例えば、露光手段は、約２５０ｎｍの最小フィーチャサイズを生成するための深紫外線（ＤＵＶ）であってよい。
【0021】
図３は、フォトレジスト材料層１０４のパターンに基づいて第１の誘電体層１０２に拡張された開口１１０および１１２（図４）を形成するために、第１の誘電体層１０２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、上にあるフォトレジスト材料層１０４よりも速い速度で第１の誘電体層１０２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１の誘電体層１０２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（ＣＦ４）で異方的にエッチングされて、パターニングされたフォトレジスト材料層１０４の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部１１０および１１１を作製することができる。その後、フォトレジスト材料層１０４は、図４に示される構造をもたらすように、剥離され（例えば、Ｏ２プラズマ中でのアッシング）、有機残留物を除去するために湿式洗浄される。
【0022】
次に、図４の構造は、トレンチ材料の充填を受けて、ニオブ、アルミニウム、またはタンタルなどの超伝導体材料が拡張されたトレンチ開口部１１０および１１１に堆積され、結果として図５に示す構造が形成される。トレンチ材料の充填物は、物理気相成長（ＰＶＤ）、スパッタリングまたは蒸着などの標準的なトレンチ材料堆積を使用して、トレンチの開口部１１０および１１１を充填するのに十分な厚さで堆積することができる。トレンチ材料充填物の堆積に続いて、超伝導材料は、化学機械研磨（ＣＰＭ）を利用して第１の誘電体層１０２の表面レベルまで研磨されて、第１の超伝導体配線１１２および第２の超伝導体配線１１４を形成し、図５の構造が結果として得られる。ＣＭＰは、第１の誘電体層１０２に対して選択的なスラリーを使用することができる。超伝導体材料を研磨するために使用されるスラリーは、過酸化物成分を含んでいてよく、誘電体材料に対して選択的に超伝導体を除去する。
【0023】
次に、シリコン酸化膜の薄層などの第２の誘電体層１１６が、図５の構造の表面上に堆積される。フォトレジスト材料層１１８は、第２の誘電体層１１６上に堆積され、パターニングされて、第２の誘電体層１１６上に開口部１２０および１２２を形成して、結果として生じる図６の構造を提供する。図６は、フォトレジスト材料層１１８のパターンに基づいて、第２の誘電体層１１６に拡張された開口部１２４および１２６（図７）を形成するために、第２の誘電体層１１６に対してエッチング２１０（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２１０は、図３のエッチング２００と同様のドライエッチングであってよく、上にあるフォトレジスト材料層よりも速い速度で第２の誘電体層１１６を選択的にエッチングし、その下の第１の超伝導体配線１１２および第２の超伝導体配線１１４で停止するエッチャントを使用することができる。次に、フォトレジスト材料層１１６は、上述のように、酸素プラズマによって剥離されて、結果として図７の構造が提供される。第２の誘電体層１１６の厚さは、後続の抵抗器材料が、第１の超伝導体配線１１２および第２の超伝導体配線１１４に短絡するのを防ぐのに十分な厚さであるが、後続のトポグラフィを最小化するのに十分な薄さでなければならない。
【0024】
次に、抵抗性材料の堆積を実施して、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）などの抵抗性材料層１２８を図７の構造上に堆積させ、図８に示す構造が結果として得られる。抵抗性材料１２８は、デバイスの動作温度での抵抗器シート抵抗率の要件に基づく正しい厚さまで、開口部１２４および１２６を充填するようにスパッタ堆積されてよい。
【0025】
図９に示されるように、フォトレジスト材料層１３０は、構造を覆うために塗布され、パターニングおよび現像されて、抵抗性材料層１２８の保護領域を形成し、抵抗性材料層１２８の残りの部分を露出させる。図９は、抵抗器を形成しない抵抗器材料の部分を除去し、図１０に示すような抵抗器１３２を形成するために、抵抗器材料層１２８に対してエッチング２２０（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。結果として得られる抵抗器１３２は、第１の抵抗器コンタクト１３５および第２の抵抗器コンタクト１３７に結合された第２の誘電体層１１６の少なくとも一部を覆うコネクタ部分１３３を含む。エッチング２２０は、上にあるフォトレジスト材料層１３０よりも速い速度で下にある抵抗性導電性材料を選択的にエッチングするエッチャントを用いた金属エッチングであってよい。その後、フォトレジスト材料層１３０は剥離されて（例えば、Ｏ２プラズマ中でのアッシング）、図１０に示される構造が得られる。
【0026】
次に、第３の誘電体層１３４が、図１１の構造を形成するために図１０の構造上に堆積される。第３の誘電体層１３４は、より厚い二酸化ケイ素材料層であってよい。第３の誘電体層１３４を、第３の誘電体層１３４を提供するのに適した厚さまで形成するための任意の適切な技術、例えば、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ励起化学気相成長（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などを使用することができる。
【0027】
図１１に示されるように、フォトレジスト材料層１３６は、構造を覆うために塗布され、ビアパターンに従ってフォトレジスト材料層１３６のビア開口部１３８を露出させるようにパターニングおよび現像されている。図１１は、フォトレジスト材料層１３６のビアパターンに基づいて、第３の誘電体層１３４に拡張されたビア開口部１４０（図１２）を形成するために、第３の誘電体層１３４に対してエッチング２３０（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２３０は、ドライエッチングであってよく、下にある第１の超伝導体配線１１２および上にあるフォトレジスト材料層１３６よりも速い速度で、下にある第３の誘電体層１３４および第２の誘電体層１１６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。その後、フォトレジスト材料層１３６は剥離されて（例えば、Ｏ２プラズマ中でのアッシング）、図１２に示される構造が得られる。
【0028】
図１２に示されるように、フォトレジスト材料層１４２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１４２のトレンチ開口部１４４を露出させるようにパターニングおよび現像されている。図１２は、フォトレジスト材料層１４２のトレンチパターンに基づいて、第３の誘電体層１３４に拡張されたトレンチ開口部１４６（図１３）を形成するために、第３の誘電体層１３４に対してエッチング２４０（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２４０は、時限ドライエッチングであってよく、下にある第１の超伝導体配線１１２および上にあるフォトレジスト材料層１４２よりも速い速度で、下にある第３の誘電体層１３４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。その後、フォトレジスト材料層１４２は剥離されて（例えば、Ｏ２プラズマ中でのアッシング）、図１３に示される構造が得られる。
【0029】
次に、図１３の構造は、コンタクト材料の充填を受けて、ニオブ、アルミニウム、またはタンタルなどの超伝導体材料が拡張されたビア開口部１４０および拡張されたトレンチ開口部１４６に堆積され、下にある第１の超伝導体配線１１２へのダマシン超伝導体コネクタ１４９を提供し、結果として図１４に示す構造が形成される。コンタクト材料の充填物は、物理気相成長（ＰＶＤ）、スパッタリングまたは蒸発などのコンタクト材料堆積を使用して堆積され、ビア開口部１４０およびトレンチ開口部１４６を超伝導体材料で充填することができる。コンタクト材料充填物の堆積に続いて、超伝導材料は、化学機械研磨（ＣＰＭ）を利用して、第３の誘電体層１３４の表面レベルまで研磨されて、結果として図１４の構造が形成される。ダマシン超伝導体コネクタ１４９は、第１の超伝導体配線１１２に接続された超伝導体コンタクト１４８と、超伝導体配線１５０とを含む。
【0030】
図１５に示されるように、フォトレジスト材料層１５２は、図１４の構造を覆うために塗布され、抵抗器１３２の中央部分の上方に配置されたビア開口部１５４を備えたビアパターンに従って、フォトレジスト材料層１５２にビア開口部１５４を露出させるようにパターニングおよび現像されている。図１５は、フォトレジスト材料層１５２のビアパターンに基づいて、第３の誘電体層１３４にテーパー状の開口部１５６（図１６）を形成するために、第３の誘電体層１３４に対してトップビアプラズマエッチング２５０を実施することも示している。トップビアプラズマエッチング２５０は、等方性であるように調整されて、側壁の大きなテーパーを形成するので、常伝導金属のその後の堆積は、抵抗器１３２への電気的接触を確実にするのに適切である。これは、約５０度から約６０度までの角度であってよい。その後、フォトレジスト材料層１５２は剥離されて（例えば、Ｏ２プラズマ中でのアッシング）、図１６に示される構造が得られる。
【0031】
トップビアパターンのフォトレジスト材料層の剥離の後に、別のフォトレジストパターン（図示せず）が作製されて、常伝導金属の後続の堆積のためのリフトオフプロファイルを可能にする。常伝導金属は、最初にＡｒプレクリーンを使用して酸化されたＴｉＷを除去し、続いて薄いチタン（Ｔｉ）層１５８および金などの厚い常伝導金属１６０を堆積することによって、蒸着システムで堆積される。薄いＴｉ層１５８は、残留酸化物を除去して、金とＴｉＷとの間の良好なオーミックコンタクトを可能にするために使用される。厚い金膜は、抵抗率が低く、超伝導しないので、使用されている。金配線パターンは、フォトレジストパターンのリフトオフおよび除去の後に実現されて、結果として図１７の構造が提供される。図１７は、第３の誘電体層１３４の一部を覆い、第３の誘電体層１３４のテーパー状の開口部１５６を充填して抵抗器１３２の中間部分に接続する常伝導金属コネクタ１６２を示している。常伝導金属コネクタ１６２は、抵抗器１３２への第３の接続を提供して電気的接続を提供し、および／または抵抗器１３２から熱を除去するように構成することができる。
【0032】
説明を簡単にするために、「覆う（overlay）」、「覆っている（overlaying）」、「上にある（overlying）」、「下に置く（underlay）」、および「下にある（underlying）」という用語（および派生語）は、選択された向きにおける２つの隣接する表面の相対位置を示すために本開示全体で使用されている。さらに、本開示全体で使用される「上（top）」および「下（bottom）」という用語は、選択された向きにおける反対側の面を示す。同様に、「上（upper）」および「下（lower）」という用語は、説明のために、選択された向きにおける相対位置を示す。実際、本開示全体で使用される例は、１つの選択された向きを示している。しかしながら、記載された例では、選択された向きは任意であり、本開示の範囲内で他の向き（例えば、逆さま、９０度回転など）が可能である。
【0033】
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］
超伝導体構造を形成する方法であって、
第１の誘電体層に超伝導体配線を形成すること、
前記超伝導体配線の端部に結合された端部を備えた抵抗器を形成すること、
前記抵抗器を覆う第２の誘電体層を形成すること、
前記第２の誘電体層を貫通して前記抵抗器まで通じるテーパー状の開口部をエッチングすること、
常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施して、前記テーパー状の開口部を充填し、前記抵抗器に結合された常伝導金属コネクタを形成すること
を含む、方法。
［付記２］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の中間部分に結合されている、付記１に記載の方法。
［付記３］
前記超伝導体配線は、第１の超伝導体配線であり、前記第１の超伝導体配線から離隔されて前記第１の誘電体層に配置された第２の超伝導体配線をさらに備える、付記１に記載の方法。
［付記４］
前記抵抗器は、前記第１の超伝導体配線に結合された第１の抵抗器コンタクト、および前記第２の超伝導体配線に結合された第２の抵抗器コンタクトを有し、前記抵抗器は、前記第１の抵抗器コンタクトを前記第２の抵抗器コンタクトに接続する接続部分を有する、付記３に記載の方法。
［付記５］
前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトおよび前記第２の抵抗器コンタクトの両方を越えて延在し、前記抵抗器の抵抗値の大部分を提供する、付記４に記載の方法。
［付記６］
前記抵抗器に結合された前記超伝導体配線の端部と反対側の前記超伝導体配線の端部に接触する超伝導体コンタクトを形成することをさらに含む、付記１に記載の方法。
［付記７］
前記超伝導体コンタクトに接触する別の超伝導体配線を形成して、ダマシン超伝導体コネクタを形成することをさらに含み、前記別の超伝導体配線は、前記第２の誘電体層の上面と平面をなす表面を有している、付記６に記載の方法。
［付記８］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の端部分に結合されている、付記１に記載の方法。
［付記９］
前記抵抗器は、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）のうちの１つから形成され、前記超伝導体配線は、ニオブ、アルミニウム、およびタンタルのうちの１つから形成される、付記１に記載の方法。
［付記１０］
前記テーパー状の開口部を埋めるとともに前記第２の誘電体層の一部にわたって延在するようにライナー材料を堆積することをさらに含み、前記常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施することは、前記テーパー状の開口部内および前記第２の誘電体層の一部にわたって延在する前記ライナー材料上に常伝導金属材料を堆積して、前記ライナー材料および前記常伝導金属材料が集合的に前記常伝導金属コネクタを形成するようにすることを含む、付記１に記載の方法。
［付記１１］
前記ライナー材料はチタンで形成され、前記常伝導金属は金で形成されている、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
超伝導体構造であって、
基板を覆う第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層内に存在する超伝導体配線と、
前記第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を覆う第３の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を貫通して前記超伝導体配線の端部まで延在する抵抗器コンタクトの端部、および前記抵抗器コンタクトの端部に接続するとともに前記第３の誘電体層内に存在する接続部分を有する抵抗器と、
前記第３の誘電体層を貫通して前記抵抗器まで通じるテーパー状の開口部と、
前記テーパー状の開口部を介して前記抵抗器に接続する常伝導金属コネクタと
を備える、超伝導体構造。
［付記１２］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の中間部分に結合されている、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１３］
前記超伝導体配線は、第１の超伝導体配線であり、前記第１の超伝導体配線から離隔されて前記第１の誘電体層内に配置された第２の超伝導体配線をさらに備える、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１４］
前記抵抗器コンタクトは、第１の抵抗器コンタクトであり、第２の抵抗器コンタクトをさらに備え、前記第２の抵抗器コンタクトは、前記第２の誘電体層を貫通して延在し、前記第２の超伝導体配線に結合され、前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトを前記第２の抵抗器コンタクトに接続する、付記１３に記載の超伝導体構造。
［付記１５］
前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトおよび前記第２の抵抗器コンタクトの両方を越えて延在し、前記抵抗器の抵抗値の大部分を提供する、付記１４に記載の超伝導体構造。
［付記１６］
前記超伝導体配線に接続する超伝導体コンタクトと接触する別の超伝導体配線を含むダマシン超伝導体コネクタをさらに備え、前記別の超伝導体配線は、前記第３の誘電体層の表面と平面をなす表面を有している、付記１５に記載の超伝導体構造。
［付記１７］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の端部分に結合されている、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１８］
前記抵抗器は、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）のうちの１つから形成され、前記超伝導体配線は、ニオブ、アルミニウム、およびタンタルのうちの１つから形成される、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１９］
前記テーパー状の開口部を埋めるとともに前記第３の誘電体層の一部にわたって延在するライナー材料と、前記テーパー状の開口部内および前記第３の誘電体層の一部にわたって延在する前記ライナー材料上に配置された常伝導金属材料とをさらに備え、前記ライナー材料および前記常伝導金属材料が集合的に前記常伝導金属コネクタを形成する、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記２０］
前記ライナー材料は、チタンで形成され、前記常伝導金属は、金で形成されている、付記１９に記載の超伝導体構造。
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］
超伝導体構造を形成する方法であって、
第１の誘電体層に超伝導体配線を形成すること、
前記超伝導体配線の端部に結合された端部を備えた抵抗器を形成すること、
前記抵抗器を覆う第２の誘電体層を形成すること、
前記第２の誘電体層を貫通して前記抵抗器まで通じるテーパー状の開口部をエッチングすること、
常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施して、前記テーパー状の開口部を充填し、前記抵抗器に結合された常伝導金属コネクタを形成すること
を含む、方法。
［付記２］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の中間部分に結合されている、付記１に記載の方法。
［付記３］
前記超伝導体配線は、第１の超伝導体配線であり、前記第１の超伝導体配線から離隔されて前記第１の誘電体層に配置された第２の超伝導体配線をさらに備える、付記１に記載の方法。
［付記４］
前記抵抗器は、前記第１の超伝導体配線に結合された第１の抵抗器コンタクト、および前記第２の超伝導体配線に結合された第２の抵抗器コンタクトを有し、前記抵抗器は、前記第１の抵抗器コンタクトを前記第２の抵抗器コンタクトに接続する接続部分を有する、付記３に記載の方法。
［付記５］
前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトおよび前記第２の抵抗器コンタクトの両方を越えて延在し、前記抵抗器の抵抗値の大部分を提供する、付記４に記載の方法。
［付記６］
前記抵抗器に結合された前記超伝導体配線の端部と反対側の前記超伝導体配線の端部に接触する超伝導体コンタクトを形成することをさらに含む、付記１に記載の方法。
［付記７］
前記超伝導体コンタクトに接触する別の超伝導体配線を形成して、ダマシン超伝導体コネクタを形成することをさらに含み、前記別の超伝導体配線は、前記第２の誘電体層の上面と平面をなす表面を有している、付記６に記載の方法。
［付記８］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の端部分に結合されている、付記１に記載の方法。
［付記９］
前記抵抗器は、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）のうちの１つから形成され、前記超伝導体配線は、ニオブ、アルミニウム、およびタンタルのうちの１つから形成される、付記１に記載の方法。
［付記１０］
前記テーパー状の開口部を埋めるとともに前記第２の誘電体層の一部にわたって延在するようにライナー材料を堆積することをさらに含み、前記常伝導金属材料でコンタクト材料充填を実施することは、前記テーパー状の開口部内および前記第２の誘電体層の一部にわたって延在する前記ライナー材料上に常伝導金属材料を堆積して、前記ライナー材料および前記常伝導金属材料が集合的に前記常伝導金属コネクタを形成するようにすることを含む、付記１に記載の方法。
［付記１１］
前記ライナー材料はチタンで形成され、前記常伝導金属は金で形成されている、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
超伝導体構造であって、
基板を覆う第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層内に存在する超伝導体配線と、
前記第１の誘電体層を覆う第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を覆う第３の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を貫通して前記超伝導体配線の端部まで延在する抵抗器コンタクトの端部、および前記抵抗器コンタクトの端部に接続するとともに前記第３の誘電体層内に存在する接続部分を有する抵抗器と、
前記第３の誘電体層を貫通して前記抵抗器まで通じるテーパー状の開口部と、
前記テーパー状の開口部を介して前記抵抗器に接続する常伝導金属コネクタと
を備える、超伝導体構造。
［付記１２］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の中間部分に結合されている、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１３］
前記超伝導体配線は、第１の超伝導体配線であり、前記第１の超伝導体配線から離隔されて前記第１の誘電体層内に配置された第２の超伝導体配線をさらに備える、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１４］
前記抵抗器コンタクトは、第１の抵抗器コンタクトであり、第２の抵抗器コンタクトをさらに備え、前記第２の抵抗器コンタクトは、前記第２の誘電体層を貫通して延在し、前記第２の超伝導体配線に結合され、前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトを前記第２の抵抗器コンタクトに接続する、付記１３に記載の超伝導体構造。
［付記１５］
前記接続部分は、前記第１の抵抗器コンタクトおよび前記第２の抵抗器コンタクトの両方を越えて延在し、前記抵抗器の抵抗値の大部分を提供する、付記１４に記載の超伝導体構造。
［付記１６］
前記超伝導体配線に接続する超伝導体コンタクトと接触する別の超伝導体配線を含むダマシン超伝導体コネクタをさらに備え、前記別の超伝導体配線は、前記第３の誘電体層の表面と平面をなす表面を有している、付記１５に記載の超伝導体構造。
［付記１７］
前記常伝導金属コネクタは、前記抵抗器の端部分に結合されている、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１８］
前記抵抗器は、チタンタングステン（ＴｉＷ）、モリブデンまたは窒化モリブデン（Ｍｏ、ＭｏＮ）、またはパラジウム金（ＰｄＡｕ）のうちの１つから形成され、前記超伝導体配線は、ニオブ、アルミニウム、およびタンタルのうちの１つから形成される、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記１９］
前記テーパー状の開口部を埋めるとともに前記第３の誘電体層の一部にわたって延在するライナー材料と、前記テーパー状の開口部内および前記第３の誘電体層の一部にわたって延在する前記ライナー材料上に配置された常伝導金属材料とをさらに備え、前記ライナー材料および前記常伝導金属材料が集合的に前記常伝導金属コネクタを形成する、付記１１に記載の超伝導体構造。
［付記２０］
前記ライナー材料は、チタンで形成され、前記常伝導金属は、金で形成されている、付記１９に記載の超伝導体構造。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】