JPH11274298A - 集積回路とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気コンタクト不良、断線、層間ショートな
どの不良が生じない多層配線構造を得る。 【解決手段】 基板１１上に、同一真空中において、第
１の配線材料１２と、良導体からなる薄いエッチング停
止層１３と、コンタクト電極材料１４を順次成膜する工
程（ａ）と、前記停止層１３が露出するまで、コンタク
ト電極層１４をエッチングし、コンタクト電極１５を所
望の位置、形状に形成する工程（ｂ）と、第１の配線１
２を所望の形状に加工する工程（ｃ）と、層間絶縁膜１
７を成膜する工程（ｄ）と、前記層間絶縁膜１７を平坦
化し前記コンタクト電極１５の表面を露出させる工程
（ｄ）と、前記コンタクト電極上に、該電極と電気的に
接続される第２の配線１６を成膜、形成する工程（ｅ）
と、を有する集積回路の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造を有
する集積回路、特に配線材料に超伝導体を用いた多層配
線構造を有する超伝導集積回路とその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の高集積化にともない、パター
ンの微細化、配線の多層化が、必須となっている。

【０００３】図６は、従来技術による多層配線構造を有
する集積回路の断面図である。この図において、６１は
基板、６２、６３、６４はそれぞれ第１、第２、第３の
配線層を、６５、６６はそれぞれ第２、第３の層間絶縁
層を、６７は第１と第２の配線層間の電気コンタクトを
示している。

【０００４】第１の配線層６２と第１の配線層６３は、
その間の第１の層間絶縁層６５の所定の場所に規定の大
きさのコンタクトホールを設け、その穴を介して電気コ
ンタクト６７をとっている。第２の配線層６３と第３の
配線層６４は、その間の第２の層間絶縁層６６により絶
縁されている。こうして、図６に示したような例えば３
層配線を有する集積回路が作製される。

【０００５】また、特開平１−１０８７８３号公報に
は、「常電導量子効果素子」として、その第１図に導電
体Ａと導電体Ｂとが、マイクロブリッジ部導電体４で接
続された多層配線構造が開示されている。

【０００６】また、特公平５−５６０３０号には、「ジ
ョセフソン接合素子の製造方法」として、その第１図
に、下部配線と上部配線とが、平坦化層、下部電極、ト
ンネル障壁層、上部電極で電気的に接続された多層配線
構造が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図６に示したような従
来デバイス構造のまま、集積回路の微細化、多層配線化
を推し進めると、数多くの課題が生じる。すなわち、各
層間の電気接触を得るためのコンタクトホールは縮小さ
れ、アスペクト比は大きくなる。微細かつアスペクト比
の大きなコンタクトホールは、第１に、そのエッチング
自体が困難である。また、その上に設けられる配線材料
のホール内への充填も不十分なものになり、図６のＡで
示した部分での接触抵抗が大きくなる。

【０００８】接触抵抗を減少させようとして、上層の配
線材料を成膜する際に、Ａｒスパッタクリーニングを用
いると、絶縁膜材料がホールの側壁からスパッタされ、
コンタクト部に再付着する。そのため、ホールのアスペ
クト比が大きくなるにつれて、低圧低加速Ａｒクリーニ
ングなどの特別なクリーニング法が必要になる。

【０００９】さらに、図６のＢで示した部分では、第２
の配線層６３の段切れ、あるいは、配線膜厚の減少によ
る抵抗値の増大が起こる。

【００１０】これが超伝導集積回路である場合には、Ａ
およびＢの部分での超伝導臨界電流値が減少し、回路動
作上必要十分な超伝導電流を流すことができない。コン
タクトホールの形成により生じた段差は、層間絶縁膜の
充填も不完全にする。その結果、図６のＣの部分では、
第１と第２の配線層間のショートもしくは電流リークが
生じる。

【００１１】図６のＤの部分では、Ｂと同様に第３の配
線層の段切れ、あるいは、配線膜厚の減少による抵抗値
の増大、もしくは、超伝導臨界電流値の減少が生じる。
このように、従来のデバイス構造を用いて、集積回路の
微細化、多層配線化を推し進めるには数多くの課題があ
る。

【００１２】これらのＢからＤの部分での課題は、層間
絶縁膜の平坦化と、コンタクトホールへの配線材料の埋
め込みにより解決することが可能である。層間絶縁膜の
平坦化は、エッチバック法、研磨法など、多種多様の平
坦化技術が開発され、ほとんどの場合に対応できる。し
かし、配線材料の埋め込み法は、Ａｌなど比較的低融点
材料のリフローによる埋め込み、Ｗの選択ＣＶＤ法によ
る埋め込みなど、限られた材料においてのみ可能であ
る。

【００１３】特にニオブ、窒化ニオブ系あるいは、酸化
物の超伝導材料の融点は非常に高く、さらに、能動的な
超伝導素子として、もっとも一般的なＮｂ／Ａｌ−Ａｌ
Ｏｘ／Ｎｂジョセフソン接合は、２５０℃の熱処理で特
性が劣化してしまう。したがって、リフローのように融
点近くまで加熱するプロセスは適用できない。

【００１４】また、超伝導材料に対して、選択ＣＶＤな
どの選択性を有する成膜方法は、開発されていない。つ
まり、従来技術を用いた配線材料の埋め込み技術は、配
線材料の融点がデバイスの耐熱温度以下であるとき、あ
るいは、適当な選択成膜法があるときなど、限られた場
合にのみ適用可能なプロセスであり、超伝導デバイスな
ど多種のデバイスに広く適用できるものではない。

【００１５】特開平４−１８６６２７号公報には、多種
のデバイスに適用できそうな電気コンタクトについての
記載がある。この従来例については、図７に示した。こ
のデバイス構造の特徴は、第１アルミ配線７２を厚さｔ
だけ途中までエッチングし、凸部を作製し、第２酸化膜
７６を平坦化し、電気コンタクト７７を得ることにあ
る。

【００１６】このデバイス構造の問題点は、第２酸化膜
７６の膜厚ｔが不正確になることにある。電気コンタク
ト７７の凸部は、第１アルミ配線７２を途中までエッチ
ングすることにより形成される。その上の第２酸化膜７
６は平坦化されているので、第２酸化膜の厚さは、第１
アルミ配線７２の電気コンタクト７７の凸部の高さに等
しい。ところが、この第１アルミ配線７２の電気コンタ
クト７７の凸部を形成する際に、エッチングの停止層、
終点検出層などは一切準備されておらず、電気コンタク
ト７７の凸部の高さは第１アルミ配線７２のエッチング
速度と時間に依存する。したがって、正確な第２酸化膜
７６の膜厚ｔを得ることはできない。配線のインダクタ
ンスは、絶縁膜の厚さにほぼ比例する。インダクタンス
を重要な回路パラメータとする超伝導素子や、磁性素子
にとって、インダクタンスが不正確であることは、安定
なデバイス動作の上で重大な欠陥となる。

【００１７】また、超伝導集積回路の高密度化には、ジ
ョセフソン接合の微細化と、インダクタンスの小型化が
必要である。微細なジョセフソン接合に対して良好な超
伝導コンタクトを得るには、層間絶縁膜を平坦化し、接
合上部電極を露出させ、セルフアライン法で上層の配線
を接続する方法が適している。この時、層間絶縁膜の厚
さは、接合上部電極の高さで決められる。インダクタン
スの小型化のためには、ある程度の厚さの層間絶縁膜が
必要である。前述の方法を用いて、ジョセフソン接合の
微細化とインダクタンスの小型化を両立させるには、微
細かつ高い上部電極が必要になる。ところが、１９９３
年にコロラド州で開催された４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＳＥＣ９
３）のアブストラクト２８０‐２８１項には、上部電極
のエッチングによる加工形状が、接合電気特性に大きく
影響することが記載されている。良好な接合特性を有し
つつ、微細かつ高い上部電極を加工するこは、技術的に
大変困難である。

【００１８】また、高密度な超伝導集積回路を実現する
には、インダクタンスの小型化のために厚くした層間絶
縁膜を通して、各配線層間を電気的に接続する微細な超
伝導コンタクトが不可欠である。微細なコンタクトホー
ルにおける課題は前述したとおりである。

【００１９】特公平３−２２７１２号に、微細なジョセ
フソン接合の上部電極に対して、超伝導コンタクトを得
る方法が記載されているが、この方法は、配線層間の超
伝導コンタクトの微細化には対応していない。

【００２０】集積回路において、素子の高速化は、高密
度化と同様に重要である。特に超伝導回路では、回路の
負荷インダクタンスの低減が、回路の高速動作上の大き
な課題である。このような回路では、回路内にグランド
面が設けられているが、このグランド面に近い配線ほど
インダクタンスが小さく、高速の信号伝播が可能にな
る。回路の高速動作の観点からは、グランド面の上下に
信号配線が形成されている形が望ましい。

【００２１】しかしながら、グランド面を挟んだ配線間
で電気コンタクトを形成するのは非常に困難であるとと
もに、配線の段差の上に広い面積のグランド面を形成し
た場合に十分な層間絶縁性を得ることは困難であった。
従来技術でこれを実現しようとすれば、いたずらに回路
面積を増大させたり、層間絶縁膜厚を増大させ、効率的
ではなかった。したがって、通常、グランド面は基板直
上に設けられ、配線は層を重ねる毎にグランド面から離
れていき、インダクタンスが増大し、多層配線化による
集積化では高速化と両立させることは不可能であった。

【００２２】また、従来例に前述した、特開平１−１０
８７８３号公報の「常電導量子効果素子」、及び特公平
５−５６０３０号の「ジョセフソン接合素子の製造方
法」にも、エッチング終点を正確に行なうことにより正
確な絶縁膜厚を得ることに関しては、明確な記載がな
い。

【００２３】［発明の目的］本発明は、電気コンタクト
不良、断線、層間ショートなどの不良が生じない多層配
線構造を有し、かつ層間絶縁膜の膜厚が正確である微細
な集積回路と、その製造方法を得ることを目的とする。
また、本発明は特に超伝導集積回路において、ジョセフ
ソン接合の微細化とインダクタンスの小型化を容易に両
立し、かつ、微細な超伝導コンタクトを有する超伝導集
積回路を実現することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の集積回路の製造
方法は、基板上に同一真空中において、第１の配線材料
と、良導体からなる薄いエッチング停止層と、コンタク
ト電極材料を順次成膜する工程と、コンタクト電極を所
望の位置、形状に加工して形成する工程と、エッチング
停止層の不要な部分を除去する工程と、第１の配線を所
望の形状に加工する工程と、層間絶縁層を成膜する工程
と、前記層間絶縁層を平坦化し前記コンタクト電極の表
面を露出させる工程と、前記コンタクト電極と電気的に
接続する第２の配線を成膜、形成する工程と、から構成
されることを特徴とする。

【００２５】本集積回路の製造方法において、第２層以
降の配線層上にもコンタクト電極を設け、さらに多層構
造の集積回路を製造することも可能である。

【００２６】また、本発明において、十分なエッチング
選択比を有する良好なエッチング停止層が存在しない場
合には、終点検出層をこれに変えることができる。コン
タクト電極加工時に、プラズマ分光分析、質量分析など
を用いることで、エッチングの終点を容易に検出するこ
とが可能であり、その効果は、エッチング停止層を用い
たときと、まったく同等である。

【００２７】本発明の集積回路では、基板上に設けられ
た第１の配線と、前記第１の配線上の所望の位置に設け
られた良導体からなる薄いエッチング停止層と、前記エ
ッチング停止層上に設けられたコンタクト電極と、前記
第１の配線と前記コンタクト電極を埋め込み、平坦化さ
れた層間絶縁層と、前記コンタクト電極を介して、第１
の配線と電気的に接続された第２の配線層から構成され
ることを特徴とする。

【００２８】尚、本発明において、第２あるいは第３の
配線層上にもコンタクト電極を設け、さらに多層構造に
することも可能である。

【００２９】また、本発明において、十分なエッチング
選択比を有する良好なエッチング停止層が存在しない場
合には、終点検出層をこれに変えることができる。コン
タクト電極加工時に、プラズマ分光分析、質量分析など
を用いることで、エッチングの終点を容易に検出するこ
とが可能であり、その効果は、エッチング停止層を用い
たときと、まったく同等である。

【００３０】また、本発明による積層型のジョセフソン
接合を有する超伝導集積回路では、基板上に設けられた
第１の超伝導配線と、前記第１の配線上の所望の位置に
設けられた良導体からなる薄いエッチング停止層と、前
記エッチング停止層上に設けられたコンタクト電極およ
びジョセフソン接合下部電極と、前記下部電極と、その
上に設けられた障壁層と上部電極から成るジョセフソン
接合と、前記第１の配線と前記コンタクト電極および前
記ジョセフソン接合を埋め込み、平坦化された層間絶縁
膜と、前記コンタクト電極上に形成された浅いコンタク
トホールと、前記コンタクト電極とコンタクトホールを
介して、あるいは、前記ジョセフソン接合を介して第１
の配線と電気的に接続された第２の配線から構成される
ことを特徴とする。

【００３１】また、本発明において、十分なエッチング
選択比を有する良好なエッチング停止層が存在しない場
合には、終点検出層をこれに変えることができる。コン
タクト電極加工時に、プラズマ分光分析、質量分析など
を用いることで、エッチングの終点を容易に検出するこ
とが可能であり、その効果は、エッチング停止層を用い
たときと、まったく同等である。

【００３２】さらに、本発明による、１つ以上のグラン
ド面を有する集積回路では、基板上に設けられた第１の
配線と、この第１の配線上の所望の位置に設けられた良
導体からなる薄いエッチング停止層あるいはエッチング
終点検出層と、このエッチング停止層上に設けられたコ
ンタクト電極と、前記第１の配線と前記コンタクト電極
と電気的に絶縁されたグランド面と、前記第１の配線と
前記コンタクト電極および、前記グランド面を埋め込
み、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記コンタクト
電極を介して、第１の配線と電気的に接続され、かつ、
前記グランド面とは絶縁された第２の配線から構成され
ることを特徴とする。

【００３３】

【作用】本発明によれば、微細な電気コンタクトを形成
する際に、微細かつアスペクト比の大きなコンタクトホ
ールを形成するかわりに、コンタクト電極を形成する。
一般に大きさおよびアスペクト比がともに等しい場合、
ホールの形成に比べて、電極の形成の方が技術的に容易
である。したがって、より微細な電気コンタクトの形成
が可能になり、集積回路の微細化が可能になる。

【００３４】また、本発明によれば、配線材料の種類と
形成方法、絶縁材料の種類と形成方法、平坦化方法によ
らず、微細かつ平坦な構造を有する電気コンタクトを容
易に作製することができる。それぞれの集積回路に応じ
た材料と方法を用いて微細かつ平坦な構造を有する電気
コンタクトを形成でき、段切れ、層間リークとショート
などが無い電気的に優れた多層配線構造が得られる。ま
た、特別なクリーニング法を用いること無く、コンタク
ト部の接触抵抗の増大を防ぐことができる。

【００３５】この結果、集積回路の高密度化を達成する
ことができる。本発明では、コンタクト電極の高さは、
配線層上に設けられた良導体からなるエッチング停止層
あるいは検出層で規定される。これにより、配線層間の
絶縁膜の厚さが正確に決められ、したがって、配線のイ
ンダクタンスも正確である。

【００３６】この結果、インダクタンスが重要な回路パ
ラメータとなる超伝導回路、磁性素子の動作安定性が向
上する。配線層上に設けられたエッチング停止層あるい
は検出層は良導体であるので、素子の電気特性上何ら悪
影響を及ぼさない。

【００３７】更にまた、本発明によれば、積層型のジョ
セフソン接合を有する超伝導回路において、ジョセフソ
ン接合の微細化とインダクタンスの小型化を容易に両立
させることができる。インダクタンスの小型化のために
は、厚い層間絶縁膜が必要である。本発明では、上部電
極の下にコンタクト電極を設けることで、アスペクト比
の小さい微細な上部電極に対してセルフアライン法で電
気コンタクトを形成でき、接合の品質を犠牲にすること
無く、接合上部電極の微細加工が非常に容易になる。ま
た、配線層間の電気接触をとるコンタクトホールの高さ
も低くなり、微細なコンタクトホールの形成が非常に容
易になる。これらの結果、超伝導集積回路の高密度化が
容易に達成される。

【００３８】さらに、本発明をグランド面を有する集積
回路に用いると、微細化と高速化を両立させることが可
能である。グランド面の上下に配線を設けることがで
き、グランド面を挟んだ２つの配線層間の電気コンタク
トを、小さい領域で容易に形成することができる。さら
に、配線層とグランド面の層間絶縁性も優れており、多
層配線化による集積化と、負荷インダクタンスの低減に
よる高速化が両立できる。

【００３９】

【実施例】次に本発明の実施例について、図面を参照し
て詳細に説明する。

【００４０】［実施例１］図１は本発明の集積回路の製
造方法の一例を説明するための製造工程断面図である。
図１（ａ）に示すように、例えば、表面を熱酸化したＳ
ｉ基板１１上に、同一真空中で、例えば、Ｎｂの第１の
金属層１２、例えばＡｌのエッチング停止層１３、例え
ばＮｂの第２の金属層１４を順次成膜する。

【００４１】次に、図１（ｂ）に示すように例えばＣＦ
₄ ガスを用いた反応性イオンエッチング法で、第２の金
属層１３を加工し、所望の位置に所望の形でコンタクト
電極１５を形成する。この際、Ａｌのエッチング停止層
１３は、Ｎｂに対して非常にエッチングされにくく、非
常に薄いＡｌ膜であっても、十分、エッチングの停止層
として機能する。

【００４２】次に、図１（ｃ）のように、Ａｌのエッチ
ング停止層１３、とＮｂの第２の金属層１４を所望の形
状に加工し、第１の配線１６を形成する。

【００４３】次に、前面に例えば、ＳｉＯ₂ からなる層
間絶縁層を例えばスパッタ法で成膜し、表面を例えば研
磨法で平坦化する。図１（ｄ）に示したように、素子上
の段差が無くなり、かつ、コンタクト電極１５の表面が
層間絶縁層１７の表面から露出した時点を研磨平坦化の
終点とする。最後に図１（ｅ）に示したように、配線材
料を成膜、加工し、第２の配線１８を形成する。

【００４４】本発明により、技術的に困難度の高い微細
コンタクトホール形成技術、選択成長などの特殊な成膜
技術などを用いずに、配線材料の種類と形成方法、絶縁
材料の種類と形成方法、平坦化方法によらず、微細な電
気コンタクトの形成が可能になり、段切れ、層間リーク
とショートなどが無い電気的に優れた多層配線構造が得
られ、集積回路の微細化が可能になった。また、特別な
クリーニング法を用いること無く、コンタクト部の接触
抵抗の増大を防ぐことができ、集積回路の高密度化にお
ける信頼性が向上した。

【００４５】一般に、デバイスの製造において、スルー
プットを決定付けるのは、成膜時の真空排気時間である
が、本発明の、エッチング停止層１３、とコンタクト電
極となる第２の金属層１４は、配線層となる第１の金属
層１２に連続して成膜されるので、成膜工程でのスルー
プットの低下は小さい。

【００４６】したがって、実質的に増加する工程は、リ
ソグラフィー、エッチング、洗浄がそれぞれ１回ずつと
わずかである。本発明では、困難度の高い技術を導入す
る代わりに、最小の工程の増加で集積回路の高密度化に
対応できる。

【００４７】また、本発明では、コンタクト電極の高さ
は、配線層上に設けられた良導体からなるエッチング停
止層で規定される。これにより、配線層間の絶縁膜の厚
さが正確に決められ、したがって、配線のインダクタン
スも正確である。この結果、インダクタンスが重要な回
路パラメータとなる超伝導回路、磁性素子の動作安定性
が向上する。配線層上に設けられたエッチング停止層あ
るいは検出層は良導体であるので、素子の電気特性上何
ら悪影響を及ぼさない。

【００４８】尚、有効なエッチング停止層が選られない
場合にはエッチング終点検出層を用いることができる。
第２の金属層１４をエッチングしてコンタクト電極１５
を形成する際に、質量分析器あるいは発光スペクトル分
析器などで測定することにより、容易にエッチングの終
点が観察され、その効果は、エッチング停止層と同等で
ある。

【００４９】［実施例２］図２は、本発明の第２の実施
例を説明するための集積回路の断面図である。本実施例
では、実施例１で用いたエッチング停止層の代わりにエ
ッチング終点検出層を用いた点が異なっている。

【００５０】このエッチング終点検出層としては、例え
ば金、Ｍｏ、Ｗなどを用いることができ、例えば四重極
質量分析器を用いてエッチング中の真空容器内の雰囲気
を観測することにより、エッチングの終点を正確に検出
することができる。

【００５１】図２に示すように、表面を熱酸化したＳｉ
基板２１上に、例えばＮｂの第１の配線層２２が設置さ
れ、その上には、例えば，金のエッチング終点検出層２
３が設けられている。さらにその上には、所望の位置
に、所望の形状でコンタクト電極２４が設けられてい
る。金のエッチング終点検出層２３は、コンタクト電極
２４と同一のパターンで加工、形成された。第１の配線
層２２、エッチング終点検出層２３、コンタクト電極２
４は、層間絶縁膜２５中に埋め込まれ、層間絶縁膜２５
の表面は平坦化されて、コンタクト電極２４の表面のみ
が露出している。層間絶縁膜２５の上には、例えばＮｂ
の第２の配線層２６が設置され、露出したコンタクト電
極２４の表面と接触し、第１の配線層２２と電気的に接
続されている。

【００５２】本発明により、配線材料の種類と形成方
法、絶縁材料の種類と形成方法、平坦化方法によらず、
微細な電気コンタクトの形成が可能になり、集積回路の
微細化が可能になった。また、段切れ、層間リークとシ
ョートなどが無い電気的に優れた多層配線構造が得られ
る。さらに、特別なクリーニング法を用いること無く、
コンタクト部の接触抵抗の増大を防ぐことができる。こ
の結果、集積回路の高密度化における信頼性が向上し
た。

【００５３】本発明では、コンタクト電極の高さは、配
線層上に設けられた良導体からなるエッチング終点検出
層で規定される。これにより、配線層間の絶縁膜の厚さ
が正確に決められ、したがって、配線のインダクタンス
も正確である。この結果、インダクタンスが重要な回路
パラメータとなる超伝導回路、磁性素子の動作安定性が
向上する。配線層上に設けられたエッチング検出層は良
導体であるので、素子の電気特性上何ら悪影響を及ぼさ
ない。

【００５４】［実施例３］図３は本発明の第３の実施例
を説明するための集積回路の断面図である。例えば、表
面を熱酸化したＳｉ基板３１上に、例えばＮｂの第１の
配線層３２が設置され、その上には、例えばＡｌの第１
のエッチング停止層３３が設けられている。さらにその
上には、所望の位置に、所望の形状で第１のコンタクト
電極３４が設けられている。第１の配線層３２、第１の
エッチング停止層３３、第１のコンタクト電極３４は、
第１の層間絶縁膜３５中に埋め込まれ、第１の層間絶縁
膜３５の表面は平坦化されて、第１のコンタクト電極３
４の表面のみが露出している。第１の層間絶縁膜３５の
上には、例えばＮｂの第２の配線層３６が設置され、露
出した第１のコンタクト電極３４の表面と接触し、第１
の配線層３２と電気的に接続されている。さらにＮｂの
第２の配線層３６の上には、例えばＡｌの第２のエッチ
ング停止層３７、さらにその上には、第２のコンタクト
電極３８が設けられている。第２の配線層３６、第２の
エッチング停止層３７、第２のコンタクト電極３８は、
表面が平坦化された第２の層間絶縁膜３９中に埋め込ま
れ、第２のコンタクト電極３８の表面のみが露出してい
る。第２の層間絶縁膜３９の上には、例えばＮｂの第３
の配線層４０が設置され、露出した第２のコンタクト電
極３８の表面と接触し、第２の配線層３６と電気的に接
続されている。

【００５５】本発明により、配線材料の種類と形成方
法、絶縁材料の種類と形成方法、平坦化方法によらず、
微細な電気コンタクトの形成が可能になり、集積回路の
微細化が可能になった。また、段切れ、層間リークとシ
ョートなどが無い電気的に優れた多層配線構造が得られ
る。さらに、特別なクリーニング法を用いること無く、
コンタクト部の接触抵抗の増大を防ぐことができる。こ
の結果、集積回路の高密度化における信頼性が向上し
た。

【００５６】尚、本実施例では、エッチング停止層を用
いているが、良好なエッチング停止層が得られない場合
には、エッチング終点検出層を用いても効果は同様であ
る。

【００５７】本発明では、コンタクト電極の高さは、配
線層上に設けられた良導体からなるエッチング停止層ま
たは終点検出層で規定される。これにより、配線層間の
絶縁膜の厚さが正確に決められ、したがって、配線のイ
ンダクタンスも正確である。この結果、インダクタンス
が重要な回路パラメータとなる超伝導回路、磁性素子の
動作安定性が向上する。配線層上に設けられたエッチン
グ停止層あるいは検出層は良導体であるので、素子の電
気特性上何ら悪影響を及ぼさない。

【００５８】［実施例４］図４は本発明の第４の実施例
を説明するための集積回路の断面図である。例えば、表
面を熱酸化したＳｉ基板４１上に、例えばＮｂの第１の
配線層４２が設置され、その上には、例えばＡｌのエッ
チング停止層４３が設けられている。さらにその上に
は、所望の位置に、所望の形状でコンタクト電極４４
と、例えばＮｂの接合下部電極４７が設けられている。
接合下部電極４７の上には、接合障壁層４８と接合上部
電極４９が設けられ、積層型のジョセフソン接合を形成
している。第１の配線層４２、エッチング停止層４３、
コンタクト電極４４、接合下部電極４７、接合障壁層４
８、接合上部電極４９は、層間絶縁膜４５中に埋め込ま
れている。層間絶縁膜４５の表面は平坦化されて、接合
上部電極４９の表面のみが露出している。さらに、コン
タクト電極４４の上には、微細かつ浅いコンタクトホー
ル５０が形成されている。層間絶縁膜４５の上には、例
えばＮｂの第２の配線層４６が設置され、露出した接合
上部電極４９の表面と接触し、かつ、微細かつ浅いコン
タクトホール５０とコンタクト電極４４を通じて第１の
配線層１２と電気的に接続されている。

【００５９】本発明によれば、積層型のジョセフソン接
合を有する超伝導回路において、ジョセフソン接合の微
細化とインダクタンスの小型化を容易に両立させること
ができた。インダクタンスの小型化のためには、厚い層
間絶縁膜が必要である。

【００６０】また、微細な上部電極に対しては、より微
細なコンタクトホールを目合わせ精度良く設けるのは非
常に困難であるので、セルフアライン法で電気コンタク
トを得る必要がある。そのためには微細かつ高アスペク
ト比の接合上部電極が必要であるが、接合の品質を維持
しつつ、このような微細加工を達成することは非常に困
難であった。本発明では、上部電極の下にコンタクト電
極を設けることで、アスペクト比の小さい微細な上部電
極に対してセルフアライン法で電気コンタクトを形成で
き、接合の品質を犠牲にすること無く、接合上部電極の
微細加工が非常に容易になる。また、配線層間の電気接
触をとるコンタクトホールの高さも低くなり、微細なコ
ンタクトホールの形成が非常に容易になる。これらの結
果、超伝導集積回路の高密度化が容易に達成される。

【００６１】また、本発明では、ほぼ完全な平坦なデバ
イス構造が得られ、超伝導集積回路の多層配線の信頼性
も向上した。また、このデバイス構造では、回路の動作
上重要なパラメータであるインダクタンスは、接合下部
電極４７と接合障壁層４８、接合上部電極４９で決めら
れ、非常に正確であり、回路動作が安定している。

【００６２】尚、本実施例では、エッチング停止層を用
いているが、良好なエッチング停止層が得られない場合
には、エッチング終点検出層を用いても効果は同様であ
る。

【００６３】［実施例５］図５は本発明の第５の実施例
を説明するための集積回路の断面図である。例えば、表
面を熱酸化したＳｉ基板５１上に、例えばＮｂの第１の
配線層５２が設置され、その上には、例えばＡｌのエッ
チング停止層５３が設けられている。さらにその上に
は、所望の位置に、所望の形状でコンタクト電極５４が
設けられている。第１の配線層５２の上には、層間絶縁
膜を介して、グランド面５７が形成されている。グラン
ド面には開口部が設けられ、その中を前記コンタクト電
極５４がグランド面５７に接触すること無く、貫いてい
る。第１の配線層５２、エッチング停止層５３、コンタ
クト電極５４、グランド面５７は、層間絶縁膜５５中に
埋め込まれ、層間絶縁膜５５の表面は平坦化されて、コ
ンタクト電極５４の表面のみが露出している。層間絶縁
膜５５の上には、例えばＮｂの第２の配線層５６が設置
され、露出したコンタクト電極５４の表面と接触し、第
１の配線層５２と電気的に接続されている。

【００６４】本発明により、高速化と微細化を両立させ
ることができた。グランド面の上下の近い位置に２層の
配線を設けることができ、負荷インダクタンスの低減に
よる高速化ができた。なおかつ、グランド面を挟んだ２
つの配線層間の電気コンタクトを、小さい領域で容易に
形成することができ、このような構造で問題となってい
た微細化も実現できた。さらに、デバイス構造が平坦化
されているため、配線層とグランド面の層間絶縁性も優
れており、信頼性が高い。

【００６５】本発明では、コンタクト電極の高さは、配
線層上に設けられた良導体からなるエッチング停止層ま
たは終点検出層で規定される。これにより、配線層間の
絶縁膜の厚さが正確に決められ、したがって、配線のイ
ンダクタンスも正確である。この結果、インダクタンス
が重要な回路パラメータとなる超伝導回路、磁性素子の
動作安定性が向上する。配線層上に設けられたエッチン
グ停止層あるいは検出層は良導体であるので、素子の電
気特性上何ら悪影響を及ぼさない。

【００６６】尚、本実施例では、エッチング停止層を用
いているが、良好なエッチング停止層が得られない場合
には、エッチング終点検出層を用いても効果は同様であ
る。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、微細な電気コンタクト
を形成する際に、微細かつアスペクト比の大きなコンタ
クトホール形成するかわりに、コンタクト電極を形成す
る。一般に大きさおよびアスペクト比がともに等しい場
合、ホールの形成に比べて、電極の形成の方が技術的に
容易である。したがって、より微細な電気コンタクトの
形成が可能になり、集積回路の微細化が可能になる。

【００６８】また、本発明によれば、配線材料の種類と
形成方法、絶縁材料の種類と形成方法、平坦化方法によ
らず、微細かつ平坦な構造を有する電気コンタクトを容
易に作製することができる。それぞれの集積回路に応じ
た材料と方法を用いて微細かつ平坦な構造を有する電気
コンタクトを形成でき、段切れ、層間リークとショート
などが無い電気的に優れた多層配線構造が得られる。

【００６９】また、特別なクリーニング法を用いること
無く、コンタクト部の接触抵抗の増大を防ぐことができ
る。この結果、集積回路の高密度化を達成することがで
きる。

【００７０】また、本発明では、コンタクト電極の高さ
は、配線層上に設けられた良導体からなるエッチング停
止層あるいは検出層で規定される。これにより、配線層
間の絶縁膜の厚さが正確に決められ、したがって、配線
のインダクタンスも正確である。この結果、インダクタ
ンスが重要な回路パラメータとなる超伝導回路、磁性素
子の動作安定性が向上する。配線層上に設けられたエッ
チング停止層あるいは検出層は良導体であるので、素子
の電気特性上何ら悪影響を及ぼさない。

【００７１】本発明によれば、積層型のジョセフソン接
合を有する超伝導回路において、ジョセフソン接合の微
細化とインダクタンスの小型化を容易に両立させること
ができる。インダクタンスの小型化のためには、厚い層
間絶縁膜が必要である。本発明では、上部電極の下にコ
ンタクト電極を設けることで、アスペクト比の小さい微
細な上部電極に対してセルフアライン法で電気コンタク
トを形成でき、接合の品質を犠牲にすること無く、接合
上部電極の微細加工が非常に容易になる。

【００７２】また、配線層間の電気接触をとるコンタク
トホールの高さも低くなり、微細なコンタクトホールの
形成が非常に容易になる。これらの結果、超伝導集積回
路の高密度化が容易に達成される。

【００７３】さらに、本発明をグランド面を有する集積
回路に用いると、微細化と高速化を両立させることが可
能である。グランド面の上下に配線を設けることがで
き、グランド面を挟んだ２つの配線層間の電気コンタク
トを、小さい領域で容易に形成することができる。

【００７４】さらに、配線層とグランド面の層間絶縁性
も優れており、多層配線化による集積化と、負荷インダ
クタンスの低減による高速化が両立できる。

【００７５】この様に、本発明によれば、最小限の製造
工程の増加で、集積回路の微細化、多層配線化による集
積化、高速化を実現でき、これらが、高度で困難な製造
技術を用いずとも、比較的簡単な製造技術で達成できる
ので、信頼性の高い集積回路を、高い歩留まりで製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積回路の製造方法の一例を説明する
ための製造工程断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す集積回路の断面図
である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す集積回路の断面図
である。

【図４】本発明の第４の実施例を示す集積回路の断面図
である。

【図５】本発明の第５の実施例を示す集積回路の断面図
である。

【図６】従来技術による多層配線構造を有する集積回路
の断面図である。

【図７】特開平４−１８６６２７号公報に記載の従来技
術による集積回路の断面図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１ 基板 ７１ シリコン基板 １６，２２，３２，４２，５２，６２ 第１の配線層 １２ 第１の金属層 ７２ 第１アルミ配線 １８，２６，３６，４６，５６，６３ 第２の配線層 ７３ 第２アルミ配線 ４０，６４ 第３の配線層 １３，４３，５３ エッチング停止層 ２３ エッチング終点検出層 ３３ 第１のエッチング停止層 ３７ 第２のエッチング停止層 １５，２４，４４，５４ コンタクト電極 １４ 第２の金属層 ３４ 第１のコンタクト電極 ３８ 第２のコンタクト電極 ５０ コンタクトホール ６７，７７ 電気コンタクト １７，２５，４５，５５ 層間絶縁膜 ３５，６５ 第１の層間絶縁膜 ３９，６６ 第２の層間絶縁膜 ７５ 第１酸化膜 ７６ 第２酸化膜 ４７ 接合下部電極 ４８ 接合障壁層 ４９ 接合上部電極 ５７ グランド面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多層配線構造を有する集積回路の製造方
   法において、 基板上に、同一真空中において、第１の配線材料と、良
   導体からなる薄いエッチング停止層あるいはエッチング
   終点検出層と、コンタクト電極材料を順次成膜する工程
   と、 前記エッチング停止層あるいはエッチング終点検出層が
   露出するまで、コンタクト電極層をエッチングし、コン
   タクト電極を所望の位置、形状に形成する工程と、 前記エッチング停止層の不要な部分を除去する工程と、 前記第１の配線を所望の形状に加工する工程と、 層間絶縁膜を成膜する工程と、 前記層間絶縁膜を平坦化し前記コンタクト電極の表面を
   露出させる工程と、 前記コンタクト電極と電気的に接続される第２の配線を
   成膜、形成する工程と、から構成されることを特徴とす
   る集積回路の製造方法。
2. 【請求項２】 一連の上記工程を繰り返し行なうことに
   より、複数層の配線層を形成することを特徴とする請求
   項１記載の集積回路の製造方法。
3. 【請求項３】 多層配線構造を有する集積回路におい
   て、 基板上に設けられた第１の配線と、 この第１の配線上の所望の位置に設けられた良導体から
   なる薄いエッチング停止層あるいはエッチング終点検出
   層と、 このエッチング停止層あるいはエッチング終点検出層上
   に設けられたコンタクト電極と、 前記第１の配線と前記コンタクト電極を埋め込み、表面
   が平坦化された層間絶縁膜と、 前記コンタクト電極を介して、第１の配線と電気的に接
   続された第２の配線と、から構成されることを特徴とす
   る集積回路。
4. 【請求項４】 積層型のジョセフソン接合を有する超伝
   導集積回路において、 基板上に設けられた第１の超伝導配線と、 前記第１の配線上の所望の位置に設けられた良導体から
   なる薄いエッチング停止層あるいはエッチング終点検出
   層と、 前記エッチング停止層あるいはエッチング終点検出層上
   に設けられたコンタクト電極およびジョセフソン接合下
   部電極と、 前記下部電極と、その上に設けられた障壁層と上部電極
   から成るジョセフソン接合と、 前記第１の配線と前記コンタクト電極および前記ジョセ
   フソン接合を埋め込み、平坦化された層間絶縁膜と、 前記コンタクト電極上に形成された浅いコンタクトホー
   ルと、 前記コンタクト電極とコンタクトホールを介して、ある
   いは、前記ジョセフソン接合を介して第１の配線と電気
   的に接続された第２の配線と、から構成されることを特
   徴とする超伝導集積回路。
5. 【請求項５】 １つ以上のグランド面を有する集積回路
   において、 基板上に設けられた第１の配線と、 この第１の配線上の所望の位置に設けられた良導体から
   なる薄いエッチング停止層あるいはエッチング終点検出
   層と、 このエッチング停止層あるいはエッチング終点検出層上
   に設けられたコンタクト電極と、 前記第１の配線と前記コンタクト電極と電気的に絶縁さ
   れたグランド面と、 前記第１の配線と前記コンタクト電極および、前記グラ
   ンド面を埋め込み、表面が平坦化された層間絶縁膜と、 前記コンタクト電極を介して、第１の配線と電気的に接
   続され、かつ、前記グランド面とは絶縁された第２の配
   線と、から構成されることを特徴とする集積回路。
6. 【請求項６】 一連の上記構成を複数段有することを特
   徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の集積回路。