JPS61263178A - 超電導集積回路の製造方法 - 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） 本発明は超電導集積回路の製造方法、より具体的には超
電導金属間の絶縁膜の製造方法に関するものである。

ジョセフソン接合素子を利用した超電導集積回路は、そ
の高速性のため、超大型コンピュータの構成要素として
期待されている。これにはジョセフソン接合素子の高速
性を充分生かしたデバイス設計を行う必要がある。中で
も超電導線路の持つインダクタンスは高速化を妨げる大
きな要因となっており、インダクタンスを下げられるデ
バイス構造が望まれている。超電導線路のインダクタン
スを下げるためには、層間の絶縁膜をできるだけうすく
する事が必要である。このことはメモリ動作を高速化す
るために非常に重要な問題である。

（従来技術とその問題点） 第３図は従来の超電導集積回路の製造方法の一例を説明
するための図である。従来、絶縁膜としては抵抗加熱蒸
着のＳｉＯで形成した膜が多用されている。これはジョ
セフソン接合の温度耐性が２００°Ｃ〜３００°Ｃと低
く、他の絶縁膜例えばスパッタ蒸着のＳｉＯ２膜やプラ
ズマＣＶＤ法によるＳｉ３Ｎ４等は、製造時に３００’
Ｃ以上の温度が必要となるので、不適当であるためであ
る！シかしながら第３図（ａ）に示すごとくＳｉＯ膜２
膜上２差部分にクラックが発生しやすい。そのため、超
電導膜２１．２３の間を完全に絶縁するためには、Ｓｉ
Ｏ膜２膜上２電導膜２１より充分に厚く蒸着する必要が
ある（第３図（ｂ））。また超電導膜２１．２３間のコ
ンタクトをとるため、ＳｉＯ膜２膜上２着したあと反応
性イオンエツチング等の技術によりコンタクトホールを
あけ、その上に超電導膜２３を堆積する。

コンタクトをを完全にするため、また、ＳｉＯ膜のクラ
ック部で段切れしないよう超電導膜２３はＳｉＯ膜２膜
上２充分厚くする必要がある。したがって上層部にいく
ほど層間絶縁膜の厚さは厚くする事になる。しかも、Ｓ
ｉＯ膜はピンホールの比較的多い膜でありこの事からも
ある程度の厚さが必要となる。

これらの事から超電導線路のインダクタンスを充分に小
さくすることができず、従来の製造方法ではおのずと高
速化に限度があった。

（発明の目的） （双子余白） 本発明の目的は、」二記従来例の問題点を解決する゛た
めの超電導集積回路の製造方法を提案する事にある。

（発明の構成） 本発明によれば少なくとも、所望のパターンを有する第
１の超電導金属層を形成する工程と、該第１の超電導金
属層の上部にＳｉ酸化物を主成分とする被膜を得るため
にＳｉ化合物を含む溶液を塗布及び熱処理して固化し、
絶縁被膜と化する工程と、続いて該絶縁被膜の上部に金
属層を堆積し、該金゛属層と、該絶縁体の上部に第２の
超電導金属を堆積する工程を含む事を特徴とする超電導
集積回路の製造方法が得られる。

（発明の構成の詳細な説明） 超電導線配線の自己インダクタンスは単位電流を流した
時に蓄えられる磁気的エネルギーで定義される。今、配
線とグランドプレーン間の配線膜の厚さをち、配線の巾
をＷとすると自己インダクタンスＬは超電導体中入りま
で磁界が侵入していることを考慮してＬ＝　Ｐｏ（ｔｏ
＋２人ｔ、）／Ｗで近似できる。（ただし　μ０は透磁
率、配線の厚さ−は肇λＬとする。）つまり層間の絶縁
膜が厚くなるとインダクタンスは大きくなる。特に微細
化が進みＷが小さくなると、さらにインダクタンスは増
し高速化のさまたげになる。インダクタンスを下げるた
めに絶縁膜をうすくすることは不可欠な技術となる。

本発明は超電導層間の絶縁膜にＳｉ化合物を含む溶液を
塗布し、固化する事により得られるＳｉ酸化物（以下シ
リカフィルムと呼ぶ）と金属酸化膜を用いる事で、層間
絶縁膜をうずくし、超電導線路のインダクタンスを下げ
る事を可能とする超電導集積回路の製造方法である。シ
リカフィルム等の絶縁被膜は本質的にステップカバレー
ジがよく、また絶縁膜に二層膜を用いる事でピンホール
の問題も大幅に改善される。

以下実施例に基づき本発明について説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例を説明するための図であ
る。第１図（ａ）はスパッタ蒸着法により堆積した超電
導膜１の上に、シリカフィルム溶液をスピン塗布し数１
００°Ｃの熱処理により固化し、シリカフィルム２を形
成した状態を示す。シリカフィルム溶液は液体状である
ので、凹凸のある面に滴下すると、液体は凹凸面にそっ
て浸入し′、滑らかな表面を程して凹凸部分を緩和して
しまう。さらにシリカフィルム溶液の濃度を適当に選ぶ
ことにより段差部分はなだらかな傾斜がつき、平坦な部
分ではうすく塗布され、段差を解消する事ができる。次
に第１図（ｂ）に示されるように常電導金属膜３（ここ
では緻密な膜ができる事がしられているＡＩ膜を用いる
）を数１０ｎｍスパッタ蒸着法で堆積する。ここでウェ
ハー全面にＡＩ膜が形成されている事を利用して陽極酸
化法でＡＩ膜を酸化し絶縁膜体に変える。この時、もし
ＡＩ膜に一部酸化残りが生じたとしてもシリカフィルム
により絶縁膜は保たれる。またシリカフィルムは本来５
００°Ｃ以上の高温で固化する事が望ましいが、ジョセ
フソン集積回路においては、ジョセフソン接合後の工程
では２００°Ｃ以下で固化せざるを得ない。そのためシ
リカフィルムの強度やフッ化物耐性等の点で問題が残る
がここではシリカフィルムの上層にＡＩ酸化膜を形成す
る事で、この問題を解決している。このようにシリカフ
ィルムとＡ１酸化膜の二層構造により薄いほぼ完全な層
間絶縁膜を実現できる。またピンホールの問題も大幅に
改善される。つづいて第１図（ｅ）に示すごとく、該酸
化膜上に超電導膜４を堆積し、超電導線路を形成する。

この方法によれば、層間絶縁膜の厚さを非常にうすくで
きるため、配線のインダクタンスを極力下げることが可
能で、回路の高速化の効果が得られる。なおここでは酸
化方法として陽極酸化法を取り上げたがＲＦプラズマ酸
化でも可能である。さらに、スパッタ法によりＡＩ酸化
膜を蒸着する事もできる。また、絶縁被膜としてシリカ
フィルムを用いたが、その低拡散用不純物を含むシリカ
フィルムやポリイミド等の他の絶縁被膜を用いる事も可
能である。

（実施例２） 第２図は本発明の第２の実施例を説明するための図であ
る。この実施例はコンタクトホールの形成をともなった
本発明の好しい実施様体例である。

第２図（ａ）はスパッタ蒸着法により堆積した超電導膜
１１の上に、シリカフィルム溶液をスピン塗布し数１０
０°Ｃの熱処理により固化し、シリカフィルム１２を形
成した状態を示す。シリカフィルム溶液は液体状である
ので、凹凸のある面に滴下すると、液体は凹凸面にそっ
て侵入し、滑らかな表面を程して凹凸部分を緩和してし
まう。さらにシリカフィルム溶液の濃度を適当に選ぶこ
とにより段差部分はなだらかな傾斜がつき、平坦な部分
ではうすく塗布され、段差を解消することができる。

次にレジストステンシル１３を形成してコンタクトホー
ルのバターニングを行なう（第２図（ｂ））。次に第２
図（Ｃ）に示されるように常特電導金属膜１５（ここで
は緻密な膜ができる事がしられているＡｌ膜を用いる）
を数１０ｎｍ堆積する。ここでウェハー全面にＡｌ膜が
形成されている事を利用して陽極酸化法でＡｌ膜を酸化
し、Ａ１酸化膜１４を形成する。次にリフトオフにより
レジスト１３及びＡＩ膜１５を除去した後ＣＦ４ガス等
を用いた反応性イオンエツチング法によりシリカフィル
ムにコンタクトホールをあける（第２図（ｄ））。Ａ１
酸化膜１４はエツチングされにくいので、シ、リカフィ
ルム１２をバーニングするマスクとして使用される。ま
たシリカフィルム１２はうすいためにエツチングも容易
である。この絶縁膜形成法によれば、Ａｌ膜に一部酸化
残りが生じたとしても、シリカフィルムにより絶縁性は
保たれる。またシリカフィルムは本来、５００°Ｃ以上
の高温で固化する事が望ましいが、ジョセフソン集積回
路においては、ジョセフソン接合形成後の工程では２０
０°Ｃ以下で固化せざるを得ない。そのためシリカフィ
ルムの強度やフッ化物耐性等の点で問題が残るが、ここ
ではシリカフィルムの上層にＡＩ酸化膜を形成する事で
、この問題を解決している。このようにシリカフィルム
とＡ１酸化膜の二層構造により薄いほぼ完全なかつ、コ
ンタクトホールの形成も容易な層間絶縁膜を実現できる
。また、ピンホールの問題も大幅に改善される。つづい
て第２図（ｅ）に示すごとく、該酸化膜上に超電導膜１
６を堆積し、超電導線路を形成する。この方法によれば
、層間絶縁膜の厚さを非常にうすくできるため、配線の
インダクタンスを極力下げることが可能で、回路の高速
化の効果が得られる。なおここでは酸化方法として陽極
酸化法を取り上げたがプラズマ酸化法でも可能である。

さらに、スパッタ法によりＡＩ酸化膜を蒸着する事もで
きる。また絶縁被膜としてシリカフィルムを用いたが、
他に拡散用不純物を含むシリカフィルムやポリイミド等
の他の絶縁被膜を用いる事も可能である。

本実施例では金属層としてＡＩを取り上げたが、それ以
外の常電導金属もしくはＮｂ等の超電導金属を用いる事
も可能である。

（本発明の効果） 本発明の方法によれば、絶縁膜等をシリカフィルム等の
絶縁被膜と金属酸化物との二層構造にする事により、段
切れやピンホール等の絶縁不良のない１１００ｎ前後の
うすい絶縁層を実現する事ができる。このため配線のイ
ンダクタンスの低下がはかられ、ジョセフソン接合の高
速性を充分生かした回路を実現できる効果が得られる。

特に高速メモリの高速化がはかられる効果が得られる。

また他の効果として、陽極酸化法は酸化膜厚の制御も容
易であり素子の歩留りの向上の効果が得られる。

（ａ）、　（ｂ）は従来の超電導集積回路の製造方法の
一例として、ＳｉＯ膜よりなる絶縁膜を用いた製造工程
の断面図である。

それぞれの図において、１・・・超電導膜、２・・・シ
リカフィルム、３・・・ＡＩ酸化膜、４・・・超電導膜
、１１・・・超電導膜、１２・・・シリカフィルム、１
３・・・レジスト、１４．１５・・・Ａ１酸化膜、１６
・・・超電導膜、２１・・・超電導膜、２２・・・Ｓｉ
Ｏ膜、２３・・・超電導膜を示す。

工業技術院長 第１図 （α） （ｂ） ｔｓ＠４須 （り 第２図 （α） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも、所望のパターンを有する第１の超電導金
   属層を形成する工程と、該第１の超電導金属層の上部に
   Ｓｉ酸化物を主成分とする被膜を得るためにＳｉ化合物
   を含む溶液を塗布及び熱処理して固化し、絶縁被膜と化
   す工程と、続いて該絶縁被膜の上部に金属層を堆積し、
   該金属層全体と酸化する事により、絶縁体と化する工程
   と、該絶縁体の上部に第２の超電導金属を堆積する工程
   を含む事を特徴とする超電導集積回路の製造方法。