JPH0689466B2 - Method for etching niobium film - Google Patents
Method for etching niobium filmInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は超伝導集積回路等に用いるニオブ膜のエッチン
グ方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for etching a niobium film used in a superconducting integrated circuit or the like.
（従来の技術） 超伝導集積回路等に用いられるニオブ（Nb）膜は、ジャ
ーナル オブ バキューム サイエンス テクノ ロ
ジ ー（Jarnal of Vacuum Science and Technology）
第19巻、第1394頁、1981年にあるように、通常フッ素ガ
スを用いた反応性イオンエッチングによって加工され
る。(Prior Art) Niobium (Nb) films used in superconducting integrated circuits are manufactured by Journal of Vacuum Science Technology.
J (Jarnal of Vacuum Science and Technology)
It is usually processed by reactive ion etching with fluorine gas, as in Volume 19, 1394, 1981.
前記文献にあるように、Nb膜の反応性イオンエッチング
は、平行平板型電極を有するエッチング装置を用い、高
周波で反応ガスのプラズマを励起し、Nbと反応させるこ
とにより行う。被エッチング基板は、石英板で覆われた
陰極上に置かれる。エッチングガスは、四フッ化炭素
（CF4）に代表されるフッ素系のガスである。As described in the above-mentioned document, the reactive ion etching of the Nb film is performed by exciting plasma of a reaction gas at a high frequency and reacting with Nb using an etching device having parallel plate electrodes. The substrate to be etched is placed on a cathode covered with a quartz plate. The etching gas is a fluorine-based gas represented by carbon tetrafluoride (CF 4 ).
CF4プラズマ中のエッチング反応種には、電気的に中性
なフッ素ラジカル（F*）と正の電荷を有する三フッ化炭
素イオン（CF3 +）に代表されるイオン性のものとがあ
る。Nbがこれらのエッチング反応種と反応すると五フッ
化ニオブ（NbF5）が形成される。NbF5は沸点が229℃と
比較的低いため、エッチングに必要な蒸気圧が得られ
る。The etching reactive species in CF 4 plasma include electrically neutral fluorine radicals (F * ) and ionic compounds represented by carbon trifluoride ions (CF 3 + ) having a positive charge. . When Nb reacts with these etching species, niobium pentafluoride (NbF 5 ) is formed. Since NbF 5 has a relatively low boiling point of 229 ° C., the vapor pressure required for etching can be obtained.
（発明が解決すべき課題） 第３図は、Nb膜反応性イオンエッチング後の断面形状を
示した図である。第３図において21は基板であり表面を
熱酸化したシリコンウェハ等が用いられる。また22は被
エッチング物であるNb膜であり、23はエッチングマスク
であり通常フォトレジスト等が用いられる。Nb膜の反応
性イオンエッチングを行うと、第３図に見られるよう
に、エッチング後のNb膜22の幅がエッチングマスク23の
幅より狭くなる。これはエッチングが完全に異方的でな
く、Nb膜22に垂直方向のエッチングと同時に水平方向に
もエッチングが進んだために生じたサイドエッチングに
よるものである。このサイドエッチングは中性の反応種
F*によるものである。電荷を持ったイオン性の反応種
は、電極間電圧によって加速されてNb膜22にほぼ垂直に
入射するため、イオン性の反応種によってはサイドエッ
チングは生じない。(Problems to be Solved by the Invention) FIG. 3 is a view showing a cross-sectional shape after Nb film reactive ion etching. In FIG. 3, reference numeral 21 denotes a substrate, which is a silicon wafer or the like whose surface is thermally oxidized. Further, 22 is an Nb film which is an object to be etched, 23 is an etching mask, and usually a photoresist or the like is used. When reactive ion etching of the Nb film is performed, the width of the Nb film 22 after etching becomes narrower than the width of the etching mask 23, as shown in FIG. This is because the etching is not completely anisotropic and side etching is caused by the fact that the Nb film 22 is etched in the horizontal direction as well as in the vertical direction. This side etching is a neutral reactive species
Due to F * . The charged ionic reactive species are accelerated by the inter-electrode voltage and enter the Nb film 22 almost vertically, so that side etching does not occur depending on the ionic reactive species.
前述のサイドエッチングは超伝導集積回路等におけるパ
ターン精度を低下させていた。またこのサイドエッチン
グのため、あまり小さな（例えば１μｍ以下）パターン
は形成できず微細化の上からも大きな問題となってい
た。The side etching described above deteriorates the pattern accuracy in superconducting integrated circuits and the like. Also, due to this side etching, a pattern that is too small (for example, 1 μm or less) cannot be formed, which is a serious problem from the viewpoint of miniaturization.
前述のサイドエッチングは、CF4ガス圧を下げ、中性の
反応種であるF*の量を減らすことである程度改善でき
る。しかしF*を完全になくすことはできないため、CF4
ガス圧を下げても多少のサイドエッチングは発生する。
またCF4ガス圧を下げると陰極降下電圧が上がりイオン
性の反応種がより活性となる。エッチングの下地となる
二酸化シリコン（SiO2）やエッチングマスク23となるフ
ォトレジストは、主にイオン性の反応種によってエッチ
ングされるためCF4ガス圧を下げることでエッチング速
度が大きくなりNbとSiO2やフォトレジストとのエッチン
グ速度比が劣化する。そのためサイドエッチングを減少
させるために、あまりCF4ガス圧を下げることはできな
い。以上従来のエッチング方法の欠点をCF4について述
べたがこれはCF4に限らず他のフッ素系ガス例えばCBr
F3,CHF3,C2F6,C3F8,CCl2F2等についても同様である。The side etching described above can be improved to some extent by reducing the CF 4 gas pressure and reducing the amount of neutral reactive species F * . However, since it is not possible to eliminate the F * completely, CF 4
Even if the gas pressure is lowered, some side etching occurs.
Further, when the CF 4 gas pressure is lowered, the cathode drop voltage rises and the ionic reactive species become more active. Since the silicon dioxide (SiO 2 ) that is the base of etching and the photoresist that becomes the etching mask 23 are mainly etched by ionic reactive species, the etching rate increases by lowering the CF 4 gas pressure, and Nb and SiO 2 And the etching rate ratio with the photoresist deteriorates. Therefore, the CF 4 gas pressure cannot be lowered so much in order to reduce the side etching. The drawbacks of the conventional etching method have been described above with respect to CF 4 , but this is not limited to CF 4 and other fluorine-based gases such as CBr.
The same applies to F 3 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 and CCl 2 F 2 .
本発明は、サイドエッチングが起こらず、エッチングマ
スクからのパターン転写精度の良いNb膜の反応性イオン
エッチング方法を提供することを目的としている。It is an object of the present invention to provide a reactive ion etching method for an Nb film which does not cause side etching and has a high pattern transfer accuracy from an etching mask.
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、フッ素系ガスを用いたNb膜の反応性イ
オンエッチングにおいて、エッチング中の基板温度を30
℃以下に制御することを特徴とするNb膜のエッチング方
法が得られる。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, in the reactive ion etching of the Nb film using a fluorine-based gas, the substrate temperature during etching is set to 30
A method for etching an Nb film is obtained which is characterized by controlling the temperature to be not higher than ℃.
（作用） Nb膜の反応性イオンエッチングにおいてサイドエッチン
グの原因となった中性の反応種F*によるエッチングは、
F*とNbとの化学反応であるため基板の温度が高い程起こ
りやすい。逆に基板の温度を低くすればF*による反応は
抑制できる。第２図はNb膜を500nmエッチングした場合
の基板温度とサイドエッチング幅との関係を示したグラ
フである。なお、エッチング条件はエッチング電力0.16
W/cm2,CF4ガス圧15Paである。第２図から明らかなよう
に基板温度30℃以下では、サイドエッチングはほとんど
起こらず、エッチングマスク寸法どうりのエッチングが
行える。これは中性の反応種だけによるエッチングは、
基板温度が30℃以下では起こりにくく、運動エネルギー
を持ったイオン性の反応種による場合か、または中性の
反応種がイオン性反応種のアシストを受けた場合にだけ
Nb膜がエッチングされたためとおもわれる。前述したよ
うにイオン性反応種は、陰極に引きつけられて基板にほ
ぼ垂直に入射するため、イオン性の反応種が関係するエ
ッチングは極めて異方的に行える。(Function) Etching by the neutral reactive species F * that caused the side etching in the reactive ion etching of the Nb film is
Since it is a chemical reaction between F * and Nb, the higher the substrate temperature, the more likely it is to occur. On the contrary, if the temperature of the substrate is lowered, the reaction by F * can be suppressed. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the substrate temperature and the side etching width when the Nb film is etched by 500 nm. The etching condition is etching power 0.16.
W / cm 2 and CF 4 gas pressure is 15 Pa. As is apparent from FIG. 2, at a substrate temperature of 30 ° C. or less, side etching hardly occurs, and etching can be performed according to the etching mask size. This is because etching with only neutral reactive species
It does not easily occur when the substrate temperature is 30 ° C or lower, and only when an ionic reactive species with kinetic energy is used, or when a neutral reactive species is assisted by an ionic reactive species.
This is probably because the Nb film was etched. As described above, the ionic reactive species are attracted to the cathode and are incident on the substrate almost vertically, so that the etching involving the ionic reactive species can be performed very anisotropically.
（実施例） 第１図は、本実施例で述べる基板の冷却を実現するため
に発案した平行平板型エッチング装置の基板冷却方法を
示したものである。基板11は、電極を覆う石英板12に穴
を開け銅板13を介して水冷したステンレス電極14と接触
している。基板11と石英板12との間、および銅板13と電
極14の間には熱接触を良くするためインジウムシートが
はさまれている。また電極14を冷却する水は、サーキュ
レータを用いてその温度が十分コントロールされてい
る。(Embodiment) FIG. 1 shows a method of cooling a substrate of a parallel plate type etching apparatus, which was devised to realize the cooling of the substrate described in this embodiment. The substrate 11 is in contact with a water-cooled stainless steel electrode 14 through a copper plate 13 by making a hole in a quartz plate 12 that covers the electrode. An indium sheet is sandwiched between the substrate 11 and the quartz plate 12 and between the copper plate 13 and the electrode 14 in order to improve thermal contact. The temperature of the water for cooling the electrode 14 is sufficiently controlled by using a circulator.
従来の技術で述べたエッチング方法では、基板を石英板
の上に置いただけであり、エッチングプラズマにさらさ
れエッチング中に基板の温度は、実用的なエッチング条
件では、80℃以上に上昇していた。第１図に示すエッチ
ング装置を用いれば基板は熱容量の大きな電極14に取り
付けられており、しかも電極14は温度をコントロールさ
れた水で冷却されているためエッチング中の基板の温度
上昇は、ほとんど起こらない。In the etching method described in the conventional technique, the substrate was merely placed on the quartz plate, and the temperature of the substrate during the exposure to the etching plasma increased to 80 ° C. or more under the practical etching conditions. . If the etching apparatus shown in FIG. 1 is used, the substrate is attached to the electrode 14 having a large heat capacity, and since the electrode 14 is cooled by water whose temperature is controlled, the temperature rise of the substrate hardly occurs during etching. Absent.
熱酸化したシリコンウェハ基板11上に堆積した膜厚500n
mのNb膜をエッチングする場合を例にとり本発明の実施
例の説明を行う。基板11を第１図に示されるエッチング
装置に取り付けた後、真空に排気し、少なくとも20分以
上持つ。電極14の冷却水は前もって20℃に冷却されてい
る。基板11を取り付けた状態で20分以上放置することに
より基板11の温度も20℃になる。他の基板温度を用いる
場合も基板を所望の温度になるため同様に20分以上放置
する。流量30SCCMのCF4ガスを導入しエッチングガス圧
を15Paに設定する。0.16W/Cm2の高周波を印加すること
によりプラズマを励起しエッチングを行う。以上のエッ
チング条件におけるNbのエッチング速度は60nm/分であ
るため多少のオーバーエッチングも含めて約８分30秒ほ
どでエッチングは終了し、サイドエッチングがなく、垂
直な側壁を有するNbのパターンが得られる。なお基板温
度が30℃以下であれば、CF4ガス圧によらず、Nbは垂直
にエッチングされる。Film thickness of 500n deposited on thermally oxidized silicon wafer substrate 11
An example of the present invention will be described by taking an example of etching a Nb film of m. After the substrate 11 is attached to the etching apparatus shown in FIG. 1, the substrate 11 is evacuated and held for at least 20 minutes. The cooling water for the electrode 14 was previously cooled to 20 ° C. When the substrate 11 is attached and left for 20 minutes or more, the temperature of the substrate 11 also becomes 20 ° C. Even if another substrate temperature is used, the substrate is kept at a desired temperature, so that the substrate is also left for 20 minutes or longer. Introduce CF 4 gas with a flow rate of 30 SCCM and set the etching gas pressure to 15 Pa. Plasma is excited by applying a high frequency of 0.16 W / Cm 2 to perform etching. Since the etching rate of Nb under the above etching conditions is 60 nm / min, the etching is completed in about 8 minutes and 30 seconds including some over-etching, and there is no side etching and a Nb pattern with vertical sidewalls is obtained. To be If the substrate temperature is 30 ° C. or lower, Nb is etched vertically regardless of the CF 4 gas pressure.
以上本実施例で述べたエッチング方法を用いることによ
ってエッチング中の基板温度を30℃以下に保つことがで
き、サイドエッチングがなく、エッチングマスクからの
パターン転写制度の良いNb膜のエッチングが行える。By using the etching method described in the present embodiment as described above, the substrate temperature during etching can be maintained at 30 ° C. or less, side etching is not performed, and etching of the Nb film with good pattern transfer accuracy from the etching mask can be performed.
一方、前記エッチング条件において、エッチング中の基
板温度を０℃以下にすると、Nbのエッチング速度が減少
するとともに、エッチング残留物が基板上に残る。この
現象を回避するためには、CF4ガス圧を下げるかもしく
はエッチングパワーを上げる必要がある。つまり基板温
度を低くするほど、エッチングガス圧が高い条件でのエ
ッチングが困難になる。このため制御しやすい実用的な
エッチングガス圧の範囲でエッチングを行うには基板温
度が０℃から30℃の間であることが望ましい。On the other hand, under the above etching conditions, if the substrate temperature during etching is set to 0 ° C. or lower, the etching rate of Nb decreases and etching residues remain on the substrate. In order to avoid this phenomenon, it is necessary to lower the CF 4 gas pressure or increase the etching power. That is, the lower the substrate temperature, the more difficult it becomes to perform the etching under the condition that the etching gas pressure is high. For this reason, it is desirable that the substrate temperature is between 0 ° C. and 30 ° C. in order to perform etching in a practically controllable etching gas pressure range.
本実施例では、エッチングガスとしてCF4を例にとった
が、三フッ化ブロム炭素（CBrF3）や三フッ化水素炭素
（CHF3）、C2F6,C3F8,CCl2F2等の他のフッ素系ガスを用
いたNb膜のエッチングにおいても基板を30℃以下とする
ことで同様の効果が得られる。Although CF 4 is used as an etching gas in this example, carbon trifluoride (CBrF 3 ), hydrogen carbon trifluoride (CHF 3 ), C 2 F 6 , C 3 F 8 and CCl 2 F are used. Also in the etching of the Nb film using another fluorine-based gas such as 2 , the same effect can be obtained by setting the substrate temperature to 30 ° C. or lower.
（発明の効果） 以上説明したように本発明によるNb膜のエッチング方法
を用いれば、Nb膜の反応性イオンエッチングにおいて、
サイドエッチングのない垂直な側面を有するNb膜のパタ
ーンを得ることがでてきるため、エッチングマスクから
のパターン転写精度が向上できるという効果を有する。(Effects of the Invention) As described above, when the Nb film etching method according to the present invention is used, in the reactive ion etching of the Nb film,
Since it is possible to obtain a pattern of the Nb film having a vertical side surface without side etching, it is possible to improve the pattern transfer accuracy from the etching mask.
第１図は、本発明の実施例で用じたエッチング装置の基
板冷却方法を示した図。第２図は、基板温度とNb膜のサ
イドエッチングの深さの関係を示した図。第３図は、従
来のエッチング方法により生じたサイドエッチングを説
明するための断面図。 図において 11…基板、12…石英板、13…銅板、14…電極、 21…基板、22…Nb、23…エッチングマスク。FIG. 1 is a diagram showing a substrate cooling method of an etching apparatus used in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the substrate temperature and the depth of side etching of the Nb film. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining side etching that occurs by a conventional etching method. In the figure, 11 ... Substrate, 12 ... Quartz plate, 13 ... Copper plate, 14 ... Electrode, 21 ... Substrate, 22 ... Nb, 23 ... Etching mask.
Claims (1)
オンエッチングにおいて、エッチング中の基板温度を30
℃以下に制御することを特徴とするニオブ膜のエッチン
グ方法。1. In the reactive ion etching of a niobium film using a fluorine-based gas, the substrate temperature during etching is set to 30.
A method for etching a niobium film, characterized by controlling the temperature to be below ℃.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63146754A JPH0689466B2 (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Method for etching niobium film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63146754A JPH0689466B2 (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Method for etching niobium film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316473A JPH01316473A (en) | 1989-12-21 |
| JPH0689466B2 true JPH0689466B2 (en) | 1994-11-09 |
Family
ID=15414822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63146754A Expired - Lifetime JPH0689466B2 (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Method for etching niobium film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689466B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5629324A (en) * | 1979-08-17 | 1981-03-24 | Toshiba Corp | Etching of metallic electrode |
| US4637129A (en) * | 1984-07-30 | 1987-01-20 | At&T Bell Laboratories | Selective area III-V growth and lift-off using tungsten patterning |
-
1988
- 1988-06-16 JP JP63146754A patent/JPH0689466B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01316473A (en) | 1989-12-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |