JPS63192283A - 超伝導線路の形成方法 - 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形成方法に関し、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
路の形成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，＾ｄａｒｎｓ）等によって１
９８１年に発表されたジ、ヤーナル・オブ・エレクトロ
ケミカル・ソサイエテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅＬｙ）の第１
２８巻、第２号４２３〜４２９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、絶縁
体が表面に形成された基板２１の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の超伝導線路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一１°絶縁体２３
に転写されて第２図（ｃ）に示すように完全には平坦に
はならない。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。には問題が多い。ま
た、高速動作を図るためには第２の超伝導線路２５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・Ｉ−ランズアクションズ・
オン・マグネティックス（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｉｏｎｓｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）の第ド＾Ｇ−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）〜（ｆ）を用いて説
明する。まず、絶縁体が表面に形成された基板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パターニングし、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を残したまま一酸化ケイ素（Ｓｉｎ＞が
ら・なる第１の絶縁体３４を第１の超伝導線路３３と同
−Ｖ、ｊの高さまで蒸着しく第３図（ｂ））、引き続き
リフト′オフすると第３図（ｃ）のように平坦化された
第１の超伝導線路３２が得られる。この表面に５ＯＧ（
ＳｉＯ□系被膜形成用塗布液）を塗布した後、熱処理で
リフローしてＳＯＧ膜３５を形成する（第３図（ｄ））
。このＳＯＧ膜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Ｓ
ＯＧ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３７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
ングするのは難かしい、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
設計値がらはずれ、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。

本発明の目的は、このような従来の欠点を取り除いた、
超伝導線路の形成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、絶縁体基板あるいは表面に絶縁体が形成され
た基板上に被着した超伝導体をエツチングマスクを用い
て第１の超伝導線路に加工し、前記エツチングマスクを
残したまま第１の絶縁体を　゛前記第１の超伝導線路と
同じ膜厚だけ被着し、これをリフトオフする工程と、前
記第１の超伝導線路と前記第１の絶縁体上全面に順次筒
２の絶縁体、この第２の絶縁体とは組成の異なる補助層
を被着した後、この補助層上に塗布膜を形成する工程と
、前記塗布膜と前記補助層を等エツチング速度条件で第
２の絶縁体表面までエツチングする工程と、この第２の
絶縁体の上方に第２の超伝導線路を形成する工程とを含
むことを特徴とする超伝導線路の形成方法である。

（作用） 本発明では、完全に平坦化すべき第１の超伝導線路とこ
の第１の超伝導線路を埋め込んだ第１の絶縁体の表面が
、エッチバックされる補助層とは異なる組成の第２の絶
縁体で被覆されている。そのため、補助層のエツチング
終点を発光スペクトル分析法で容易に検出することがで
き、第１の絶縁体および第２の絶縁体の膜厚を精度よく
制御することができる。その結果、第２の超伝導線路の
インダクタンスは設計値に近い値となり、インダクタン
スの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。しかも、本発明では、第１の超伝導線路と第１の
絶縁体との境界部で段差を生じないため、第３の絶縁体
を充分薄くでき高速動作に適した超伝導線路を形成でき
る。

（実施例） 次に本発明の一実施例を第１図（ａ）〜（ｇ）を用いて
説明する。

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（Ｓｉｎ□〉な
どの絶縁体で被覆した基板１１上に、蒸着法やスパッタ
法によりＮｂなどからなる超伝導体を厚さ２００ｎｍ被
着し、この超伝導体を通常のフォトレジスト工程で形成
したＡＺ１３５０Ｊ（シラプレー社製ポジ型フォトレジ
ストの商品名）１μｍ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を形成する（第１図（ａ））。

エツチングマスク１２を残したまま５ｉ０２などからな
る第１の絶縁体１４を第１の超伝導線路１３の膜厚と同
じ２００ｎｍだけ蒸着などの指向性のよい成膜法で被着
しく第１図〈ｂ））、エツチングマスク１２をアセトン
中の超音波処理でリフトオフすると第１図（ｃ）に示す
ような第１の超伝導線路１３が第１の絶縁体で埋め込ま
れた構造が得られる。第１の超伝導線路１３と第１の絶
縁体１４上全面に、順次、アルミナ（＾Ｑ　２０３）か
らなる第２の絶縁体１５、ＳｉＯ□からなる補助層１６
をそれぞれｌＯｎｍ、２５０ｎｍの厚さだけＣＶＤ法な
どで被着する（第１図（ｄ））。次に、この補助層１６
上に＾２１３５０Ｊなどの有機物を５００ｎｍ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１７を形成する（第１図（ｅ））。引き続き、
ＣＦ４と０２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１７と補助層１６を両者の
エツチング速度が等しくなる条件で第２の絶縁体１５表
面までエツチングすると、第１図（ｆ）のように第１の
超伝導線路１３周辺の渦まで埋め込まれた完全な平坦化
構造となる。この全面上にＳｉＯ□などからなる第３の
絶縁体１８を１５０ｎｍだけスパッタ法ｉとで被着した
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１９を形成する。

３層以上の多層配線を行なう場合には、第１図（ａ）か
ら（ｇ）の各工程をくり返えせばよい。

本実施例では、第２の絶縁体１５および補助層１６にそ
れぞれＡ　ｌ１２０ｇ、ＳｉＯ□という異なる組成の物
質を用いているため、第１図（ｅ）がら（ｆ）へのエツ
チングバックの工程で、補助層１６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補助層１６のエツチング終点を検出
することができる。従って、第２の絶縁体１５や第１の
絶縁体１４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。しがち、本実施例で第２の絶縁体１５および補助
層１６として用いた八Ｑ　ｚ（ｈ、５ｉ０２の組み合わ
せでは、＾Ｑ２ｏ９のエツチング速度が５ｉ０２の値の
ｌ／２０程度と小さくエツチングのストッパーの役目を
果たすため、その効果は著しい７以上の結果から明らか
なように、この方法では第２の超伝導線路１９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１９
とグランド・プレーン間の距離の変動を最小限に維持で
きるため、このインダクタンスに起因する各機能部の動
作マージンの低下の問題がない。また、第１の超伝導線
路１３と第１の絶縁体１４との境界部で段差を生じない
ため、電気絶縁性を保つ範囲内で第３の絶縁体１日を充
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。

本実施例では、第２の絶縁体１５および補助層１６にそ
れぞれＡ　Ｑ　２０３，５ｉ０２を用いたが、両者の物
質を構成する組成が異なれば池の多くの組み合わせを用
いることができる。例えば＾Ｑ２０３とＳｉ３Ｎ４、＾
Ｑ２０３　とＳｉ、ＭｇＯと５ｉ０２．ＭｇＯとＳｉ３
Ｎ４などである。その場合には、エッチバックの際にお
けるエツチングガスの種類などエツチング条件を必要に
応じて変えることは言うまでもない。また、本実施例で
は、第２の絶縁体１５として１０ｎｍという薄い膜を用
いたが、第１の超伝導線路１４と第２の超伝導線路１９
との電気絶縁が保持できる程度に厚くすれば、第３の絶
縁層１８は必ずしも必要ない。さらに、本発明の基本的
な工程は接合領域をエツチングで規定するタイプのジョ
セフソン接合素子の平坦化にもそのまま適用できる。

また前記実施例では第２の絶縁体と補助層を形成する際
にＣＶＤ法を用いたが、スパッタ法を用いてもよい。ま
たＣＶＤ法もプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法など種々の
方法を用いることができる。また前記実施例では塗布膜
として有機塗布膜１７（第１図）を用いたが、前記のＳ
ＯＧなど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の超伝導線路を埋め込んだ第１の絶縁体の
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の超伝導線路の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３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）〜（ｇ）は本発明の超伝導線路の形成方法
を工程順に示す断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は従来の
超伝導線路の形成方法を示す断面図、第３図＜ａ）〜（
ｆ）は従来の改善された超伝導線路の形成方法を示す断
面図である。 図において、１１，２１．３１は基板、１２．３２はエ
ッチ；１１８は第３の絶縁体、１９，２５．３７は第２
の超伝導線路、３５は５ＯＧｌｌｉ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
   着した超伝導体をエッチングマスクを用いて第１の超伝
   導線路に加工し、前記エッチングマスクを残したまま第
   １の絶縁体を前記第１の超伝導線路と同じ膜厚だけ被着
   し、これをリフトオフする工程と、前記第１の超伝導線
   路と前記第１の絶縁体上全面に順次第２の絶縁体、この
   第２の絶縁体とは組成の異なる補助層を被着した後、こ
   の補助層上に塗布膜を形成する工程と、塗布膜と前記補
   助層を等エッチング速度条件で第２の絶縁体表面までエ
   ッチングする工程と、この第２の絶縁体の上方に第２の
   超伝導線路を形成する工程とを含むことを特徴とする超
   伝導線路の形成方法。