JPS63192282A - 超伝導線路の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は超伝導線路の作製方法に関し、さらに詳しくは
ジョセフソン集積回路に有用な平坦化を施した超伝導線
路の作製方法に関するものである。

（従来の技術） 集積回路を作製する場合には、段差上部での配線の断線
や、絶縁体を介した上下配線間のショートといった問題
を防ぐために配線の平坦化が不可欠である。特にジョセ
フソン集積回路では、こうした目的に加えて、超伝導線
路とグランドブレーン間のスペーサの膜厚を精度よく制
御できる平坦化技術が必要である。記憶や論理などの各
機能が超伝導線路のインダクタンスを直接利用している
場合が多いため、この値の変動は各機能の動作マージン
低下の大きな原因となる。

従来の平坦化技術の代表例として、ニー・シー・アダム
ズ（Ａ、Ｃ，Ａｄａｍｓ）等によって１９８１年に発表
されたジャーナル・オプ・エレクトロケミカル・ソサイ
エティ（Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｏｒｏｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ）の第１２８巻、第２号４
２３〜４２９頁の方法がある。この方法を超伝導線路の
形成に適用した場合について、第２図（ａ）〜（ｄ）を
用いて工程順に説明する。まず、表面に絶縁体が形成さ
れた基板２１表面に配置された第１の超伝導線路２２上
に絶縁体２３を被着する（第２図（ａ））。この絶縁体
２３上に粘性を有する有機物を塗布し、引き続き熱処理
でリフローして有機塗布膜２４を形成する（第２図（ｂ
））。次に、プラズマエツチング法により絶縁体２３と
有機塗布膜２４のエツチング速度が等しくなる条件で有
機塗布膜２４を完全に除去して、エツチング前の有機塗
布膜２４の平坦な表面形状を絶縁体２３に転写する（第
２図（Ｃ））。こうして平坦化された絶縁体２３上に第
２の熱伝導線路２５を形成する（第２図（ｄ））。

この平坦化法はプロセスが比較的容易であることから半
導体素子の分野ではよく用いられている。しかしながら
、第２図（ｂ）に示したように、有機塗布膜２４の膜厚
が下層の第１の超伝導線路２２の幅や′形状に依存し、
その有機塗布膜２４の形状が絶縁体２３に転写されて第
２図（ｃ）に示すように完全に平坦に、二１よならない
。そのため、ジョセフソン集積回路に用いる超伝導線路
のようにそのインダクタンスが回路の動作に重要な役割
をもつ素子に適用するには問題がある。また、高速動作
を図るためには第１の超伝導線路のインダクタンスを減
らす目的で絶縁膜２３ができるだけ薄いことが好ましい
が、絶縁体２３の膜厚は第１の超伝導線路２２の影響に
よりその制約を受ける。

これらの問題を改善する方法として、ニス・コサ力（Ｓ
、Ｋｏｓａｋａ）等によって１９８５年３月に発表され
たアイ・イー・イー・イー・トランズアクションズ・オ
ン・マグネティックス（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）の第ＭＡＧ−２１
巻第２号１０２〜１０９頁で示された提案などがある。

この方法の主要工程を第３図（ａ）〜（Ｏを用いて説明
する。まず、表面に絶縁体が形成された基板３１上に被
着した超伝導体をエツチングマスク３２を用いて反応性
スパッタエツチング法でバター二゛ングし、第１の超伝
導線路３３を形成する（第３図（ａ））。次に、エツチ
ングマスク３２を残したまま酸化ケイ素（Ｓｉｎ）でな
る第１の絶縁体３４を第１の超伝導線路３３と同一の高
さまで蒸着しく第３図（ｂ））、引き続きリフト３５を
反応性スパッタエツチング法で第１の超伝導線路３３表
面までエツチング除去すると、第１の超伝導線路３３と
第１の絶縁体３４との間の溝がＳＯＧ膜３５で埋め込ま
れた平坦化構造が得られる（第３図（ｅ））。次に、第
２の絶縁体３６を被着し、その上に第２の超伝導線路３
７を形成する（第３図（ｆ））。

（発明が解決しようとする問題点） この方法では、第１の絶縁体３４としてここで用いられ
たＳｉＯや一般的によく用いられる５ｉ０２がＳＯＧと
ほとんど同一の組成からなる化合物であるため、エツチ
ングの終点検出法として最も精度の高い発光スペクトル
分析技術を駆使しても、ＳＯＧ膜３５をジャストエツチ
ングするのは難しい。ＳＯＧの第１の絶縁体３４に対す
るエツチング選択性も小さく、多少のオーバーエツチン
グにより第１の絶縁体３４もかなりエツチングされる。

その結果、第２の超伝導線路３７のインダクタンスが設
計値からずれ、各機能部の動作マージンの低下を引き起
こす。また、第１の超伝導線路３３と第１の絶縁体３４
の境界部で段差を生じるため第２の絶縁体３６をある程
度厚く被着しなければならない。これは、第２の超伝導
体線路３７のインダクタンスを増加させることから素子
の高速動作には好ましくない。さらに、この方法はリフ
トオフ法を用いるため、第３図（ｃ）の工程で第１の超
伝導線路３３の側壁に第１の絶縁体による突起を生じる
という問題もある。

本発明の目的は、このような従来の欠点を取り除いた、
超伝導線路の作製方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、絶縁基板上に被着された超伝導体上に超伝導
線路を細い溝で縁どるための開口部を有するエツチング
マスクを形成し、このエツチングマスクを通して前記超
伝導体を加工して第１の超伝導線路およびこの第１の超
伝導線路間のダミーパターンを形成する工程と、前記エ
ツチングマスクを除去した後、全面に順次第１の超伝導
線路以上の膜厚を有する第１の絶縁体、塗布膜を形成す
る工程と、この塗布膜と第１の絶縁体を等エツチング速
度条件で第１の超伝導線路表面までエツチングする工程
と、全面に第２の絶縁体を被着した後、第２の超伝導線
路を形成する工程とから成ることを特徴とする超伝導線
路の作製方法である。

（作用） （埋め込まれている。従って基板表面の大部分が超−゛ 伝導体で覆われていることになり、エツチングの際、第
１の絶縁体のエツチング終点を発光スペクトル分析法で
検出するときにスペクトルの強度が大きくなるため、検
出を容易に行うことができ、第１の超伝導線路を埋め込
んだ超伝導体の膜厚を一定に保持できる。その結果、第
２の超伝導体のインダクタンスは設計値に近い値となり
、インダクタンス変動による各機能部の動作マージンの
低下の問題がない。また、本発明では、第１の超伝導線
路はこの形状を縁どる溝をエツチング法により埋め込む
ことによって平坦化されるため、従来のエッチバック法
に見られた第２の超伝導線路とグランドプレーンとの距
離が第１の超伝導線路の幅や形状に依存するという問題
がなく、しかもリフトオフ法を用いた場合に生じる第１
の超伝導体線路側壁の突起の問題もない。

（実施例） 次に本発明の一実施例を示す。

まず、シリコンウェーハ上に配したニオブ（Ｎｂ）など
でなるグランドプレーンを二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）な
どの絶縁体で被覆した基板１１に、盤着法やスパッタ法
によりＮｂなどからなる超伝導体を２００ｎｍ被着し、
この超伝導をＡＺ１３５０Ｊ（シラプレー社製ポジ型フ
ォトレジストの商品名）ｌｐｍなどからなるエツチング
マスク１２を用いて、フロン１４（ＣＦ４）をエツチン
グガスとする反応性スパッタエツチング法により異方性
エツチングして第１の超伝導線路１３およびダミーパタ
ーン１４を形成する（第１図（ａ））。

エツチングマスク１２を除去した後、全面に５ｉ０２な
どからなる第１の絶縁体１５を２５０ｎｍの厚さだけプ
ラズマＣＶＤ法などで被着し、引き続きこの第１の絶縁
体１５上にＡＺ１３５０Ｊなどの有機物を４００ｎｍス
ピン塗布し窒素雰囲気中で熱処理して、表面を平坦にし
た有機塗布膜１６を形成する（第１図（ｂ））。ＣＦ４
と０５との混合ガスを用いた反応性スパッタエツチング
法により、有機塗布膜１６と第１の絶縁体１５を両者の
エツチング速度が等しくなる条件で第１の超伝導線路１
３およびダミーパターン１４表面までエツチングすると
、第１図（ｃ）のような第１の超伝導線路１３周辺の溝
まで埋め込まれた完全な平坦化構造が得られる。この全
面上に５ｉ０２などからなる第２の絶縁体１７を１５０
ｎｍだけプラズマＣＶＤ法などで被着した後、第１の超
伝導線路１３と同様にＮｂなどからなる第２の超伝導線
路１８を形成する。３層以上の多層配線を行う場合には
、第１図（ａ）から（ｄ）の各工程を繰り返せばよい。

本実施例では、第１の超伝導線路１３間が第１の超伝導
線路１３と同一の超伝導体で埋め込まれているため、第
１図（ｂ）から（Ｃ）へのエツチングの工程で、第１の
絶縁体１５の５ｉ０２とエツチングガスＣＦ４との反応
生成物であるＳｉＦ４の発光スペクトルの強度変化をモ
ノクロメータを用いてモニタすることにより的確に第１
の絶縁体１５のエツチング終点を検出することができる
。従って、第１の超伝導線路１３やこの第１の超伝導線
路１３間の超伝導体までオーバーエツチングすることな
く、エッチバックの工程を通しても初期の膜厚をそのま
ま保持できる。この方法では、第２の超伝導線路１８の
インダクタンスの変動の最大要因である第２の超伝導線
路１８とグランドブレーン間の距離の変動がほとんどな
いため、このインダクタンスに起因する各機能部の動作
マージンが低下するという問題がない。また、第１の超
伝導線路１３周囲の溝の近傍でも段差を生じないため、
電気絶縁性を保つ範囲内で第２の絶縁体１７を充分薄く
でき、高速動作に適した超伝導線路の形成が可能である
。さらに、虎来のエツチング法に見られるように、エッ
チバック後第１の超伝導線路１３の幅や形状に依存した
第１の絶縁体１５の残りを生じるという問題や、リフト
オフ法で生じる第１の超伝導線路１３側壁の突起の問題
がない。また前記実また前記実施例では塗布膜として有
機塗布膜１６（第１図）を用いたが、前記８０Ｇ等の無
機塗布膜を用いてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、第１の超伝導線路を完全に平坦化でき
、しかも第１の超伝導線路やこの第１の超伝導線路を埋
め込んだ超伝導体の膜厚を平坦化プロセスを通して一定
に保持できるため、第２の超伝導線路インダクタンスを
高精度に制御可能である。

従って、このインダクタンスの変動に起因する各機能部
の動作マージンの低下の問題がない。また、完全平坦化
が可能なため、第２の絶縁体を充分薄くでき、高速動作
に適した超伝導線路が形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の超伝導線路の作製方法
を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は従来の
超伝導線路の作製方法を示す断面図、第３図（ａ）〜（
Ｏは従来の改善された超伝導線路の作製方法を示す断面
図である。 一体、１６．２４は有機塗布膜、１７．３６は第２の絶
縁体、１８、２５．３７は第２の超伝導線路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁基板あるいは表面に絶縁体が形成された基板上に被
   着された熱伝導体上に超伝導線路を細い溝で縁どるため
   の開口部を有するエッチングマスクを形成し、このエッ
   チングマスクを通して前記超伝導体を加工して第１の超
   伝導線路およびこの第１の超伝導線路間のダミーパター
   ンを形成する工程と、前記エッチングマスクを除去した
   後、全面に順次第１の超伝導線路以上の膜厚を有する第
   １の絶縁体、塗布膜を形成する工程と、この塗布膜と第
   １の絶縁体を等エッチングマスク速度条件で第１の超伝
   導線路表面までエッチングする工程と、全面に第２の絶
   縁体を被着した後、第２の超伝導線路を形成する工程と
   から成ることを特徴とする超伝導線路の作製方法。