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JPH0689466B2 - ニオブ膜のエッチング方法 - Google Patents
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JPH0689466B2 - ニオブ膜のエッチング方法 - Google Patents

ニオブ膜のエッチング方法

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Publication number
JPH0689466B2
JPH0689466B2 JP63146754A JP14675488A JPH0689466B2 JP H0689466 B2 JPH0689466 B2 JP H0689466B2 JP 63146754 A JP63146754 A JP 63146754A JP 14675488 A JP14675488 A JP 14675488A JP H0689466 B2 JPH0689466 B2 JP H0689466B2
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JP
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etching
substrate
film
temperature
reactive species
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Inventor
睦夫 日高
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工業技術院長
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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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ素系ガスを用いたニオブ膜の反応性イ
    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ニオブ膜のエッチン
    グ方法。
JP63146754A 1988-06-16 1988-06-16 ニオブ膜のエッチング方法 Expired - Lifetime JPH0689466B2 (ja)

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JPH01316473A JPH01316473A (ja) 1989-12-21
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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

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