JPH0577353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は接地面上に回路を配置して構成される
装置の製造方法に関し、特に接地面と回路間のコ
ンタクトの形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ジヨセフソン接合装置等の接地面上に回
路が構成される装置において、接地面と回路間の
コンタクトの形成に関しては、1980年３月に発行
されたアイ・ビー・エム・ジヤーナル・オブ・リ
サーチ・アンド・デイベロプメント（IBM
Journal of research and development）第24巻
第２号第195頁に記載されている論文や、昭和58
年３月電子通信学会から発行された単行本「超伝
導集積回路」の第90頁以下に記載されている図
3.1、表3.1の製造方法に述べられている。かかる
方法においては、コンタクト材料として鉛合金
が、また絶縁膜として一酸化シリコン膜がそれぞ
れ用いられる一方、配線等のパターニングについ
てはリフトオフ法が用いられている。

一方、材料としてニオブと二酸化シリコンを用
い、高速化、高集積化のための平坦化を行つた装
置の構造については、昭和61年度電子通信学会総
合全国大会予稿集２−88頁に記載の論文や、昭和
61年第47回応用物理学会予稿集421頁記載の論文
等がある。

第４図ａ〜ｆは上述したニオブ及び二酸化シリ
コンを用いた従来の平坦化手法によるコンタクト
の形成を工程順に示した回路装置の断面図であ
る。かかる方法によるコンタクトは以下の工程に
より製造される。

第４図ａに示すように、シリコン等から成る基
板１上に、接地面用金属層２としてニオブ膜を成
膜し、ニオブの表面を陽極酸化して陽極酸化膜３
を形成する。しかる後、この陽極酸化膜３上に二
酸化シリコンSiO₂等を用いて絶縁膜６を形成す
る。

次に、第４図ｂに示すように、露光現像工程に
より形成されたホトレジストマスク１５を用いて
絶縁膜６と陽極酸化膜３をエツチングし接地面用
金属層２の上にコンタクト柱を形成するための孔
を明ける。

続いて、第４図ｃに示すように、全面にニオブ
等から成るコンタクト膜４を成膜する。

次に、第４図ｄに示すように、コンタクト膜４
上に補助層７を塗布し溶融させて表面を平坦にす
る。

次に、第４図ｅに示すように、補助層７とコン
タクト膜４とのエツチング速度が等しい条件のも
とにこれらをエツチバツクする。これにより絶縁
膜６の主表面上のコンタクト膜４が全てエツチン
グされた時点でエツチングを終了すると、コンタ
クト膜はコンタクト柱５のみを残して除去され、
回路装置表面に前記補助層の平坦性が転写され
る。

次に、第４図ｆに示すように、回路装置等の配
線８が接地端子として形成され、引き続き所望の
回路が形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の上述したIBMジヤーナル等に記載のコ
ンタクトの形成方法によれば、コンタクト柱の埋
込み、平坦化を行なつていないので、コンタクト
柱の一部が周辺の絶縁膜上にも形成され、コンタ
クト柱の厚さが段差となつて残つていた。従つて
コンタクト柱上に形成される回路の配線や絶縁膜
は残つたコンタクト柱の段差で断線や短絡が生じ
ないように形成されなければならない。すなわ
ち、各層の膜厚が必要以上に厚くなり、このため
絶縁膜の増大によりインダクタンスが増加して高
速化が図られない欠点があつた。又、接地面コン
タクト部の凹凸のため、その上に形成されるパタ
ーンの微細化が行えず回路の集積化を阻む欠点が
あつた。

一方、上述したニオブと二酸化シリコンを用い
た平坦化手法によれば、上記の段差が解消され高
速化と高集化を図ることができる。但し、このた
めには、コンタクト膜と補助層を同一のエツチン
グ速度でエツチングする必要がある。しかしなが
ら、金属であるニオブ等のコンタクト膜とホトレ
ジスト等の有機物質から成る補助層とは、膜質が
大きく異なるため、同一のエツチング速度が得ら
れる加工条件を見出し難いという欠点があつた。
すなわち、加工方法、例えばマイクロ波電子サイ
クロトロン共鳴方式によつては、コンタクト膜と
補助層とのエツチング速度が同一になる条件が見
い出せなかつた。

第５図は従来、四弗化炭素ガスと酸素ガスの混
合ガスを用いた平行平板型反応性スパツタエツチ
ング装置でコンタクト膜の平坦化を行なう場合の
エツチング速度の酸素分圧依存性の一例を示す特
性図である。酸素と四弗化炭素ガスの全圧力は
8Pa、放電電力は1kWである。

第５図に示すように、酸素分圧0.6Paの条件に
おいて、ニオブコンタクト膜と補助層のエツチン
グ速度が等しくなり、これを境にこのエツチング
速度は逆転している。しかしながら、コンタクト
膜の直下に存る二酸化シリコン絶縁膜とのエツチ
ング速度比はほぼ２倍であり、且つ酸素分圧の変
動に対するニオブコンタクト膜と補助層のエツチ
ング速度の変動量が大きい。従つて、加工条件の
変動によりコンタクト膜と補助層のエツチング速
度にずれが生じ、絶縁膜やコンタクト柱のオーバ
エツチ量が増大してしまう。又、二酸化シリコン
等の絶縁膜に対するエツチング速度比が小さいた
め、絶縁膜のオーバエツチ量が一層増大し、絶縁
膜厚に依存するインダクタンス値の設計値からの
ずれを増大させ、装置の動作を困難にしてしまう
欠点があつた。

本発明の目的は、上記の欠点を除去すること、
すなわち加工精度の高い且つ装置の動作を容易に
して製造歩留りを向上させる接地面コンタクトの
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〕

本発明の接地面コンタクトの形成方法は、接地
面用金属層を形成する工程と、前記接地面用金属
層の表面を陽極酸化してコンタクト用の孔を除い
た部分に陽極酸化膜を形成する工程と、前記コン
タクト用の孔と前記陽極酸化膜上にコンタクト膜
を形成する工程と、前記コンタクト膜を加工して
前記コンタクト用の孔に接するコンタクト柱を形
成する工程と、全面に前記コンタクト柱間を埋め
込む絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に補
助層を形成し表面を平坦にする工程と、前記補助
層の表面の平坦性を保ちながら全面を前記コンタ
クト柱の主表面が現れるまでエツチングする工程
とを含んで構成される。

〔作 用〕

本発明の接地面コンタクトの形成方法は、接地
面用金属層の一部を陽極酸化して得られる陽極酸
化膜と接地面用金属層とのエツチング速度の差を
利用してコンタクト柱を加工することにある。即
ち、本発明は、接地面用金属層及びコンタクト膜
と異なる材料である陽極酸化膜のエツチング速度
がコンタクト膜のエツチング速度より著しく遅い
加工条件を見い出せることを利用して、コンタク
ト膜のエツチングの終点の設定に許容幅を持たせ
ることにある。

例えば、陽極酸化膜のエツチング速度がコンタ
クト膜及び接地面用金属層のエツチング速度の十
分の一とする。コンタクト膜のエツチングを工程
毎のばらつきや試料面内のばらつきを考慮して一
割多く行つた時、陽極酸化膜の膜厚変化は陽極酸
化膜がない場合の十分の一である。従つて、本発
明の方法によれば、コンタクト膜加工時の膜厚の
制御性を一桁向上できるので、接地面用金属層上
にコンタクト柱を先に形成するように実施でき
る。このコンタクト柱が先に形成されたことによ
り、続いてコンタクト柱間を絶縁膜で埋込み、絶
縁膜上に有機膜を塗布し溶融平坦化する。しかる
後、絶縁膜と有機膜を同一速度でエツチングして
エツチバツクし、有機膜表面の平坦性をコンタク
ト部の主表面に転写するような条件を使用するこ
とができる。従つて、本発明により、マイクロ波
電子サイクロトロン共鳴方式や酸素分圧の変動等
による加工条件の変動に対してもエツチング速度
比の変動が小さい加工方法が適用され、回路装置
の加工精度の向上が図れる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１図ａ〜ｈは本発明の第一の実施例を説明す
るための工程順に示した回路装置の断面図であ
る。

まず、第１図ａに示すように、基板１上にスパ
ツタ等により形成した膜厚300nmのニオブからな
る接地面用金属層２の上に、陽極酸化パターンを
露光現像工程により形成しホトレジストマスク１
１とする。

次に、第１図ｂに示すように、ホトレジストマ
スク１１を用いて接地面用金属層２を陽極酸化
し、30nm厚の陽極酸化膜３をホトレジストマス
ク１１で覆われていない領域に形成する。この陽
極酸化は、通常エチレングリコールとホウ酸アン
モニウムの水溶液中で15ボルトの電圧を印加して
行なわれる。

次に、第１図ｃに示すように、ホトレジストマ
スク１１を除去した後、コンタクト柱とするため
のコンタクト膜４をニオブをスパツタにより膜厚
200nm形成する。このニオブの成膜はマグネトロ
ン高周波スパツタ装置を用い、アルゴンガス圧力
1Pa（パスカル）、成膜速度100nm／分の条件の下
に１分40秒間スパツタして形成される。

次に、第１図ｄに示すように、コンタクト柱の
パターンを露光現像工程によつて形成し、ホトレ
ジストマスク１２とする。このホトレジストマス
ク１２をマスクとし、平行平板型反応性スパツタ
エツチング装置を用いて、コンタクト膜４である
ニオブをエツチングし、コンタクト柱５を形成す
る。この加工は、四弗化炭素（CF₄）ガスを10Pa
の圧力で導入し、エツチング速度100nm／分の条
件で２分間エツチングすることにより行なわれ
る。

続いて、従来方法により以下のようにしてコン
タクト柱５の埋込み平坦化が行われる。

先ず、第１図ｅに示すように、コンタクト柱５
を埋込む絶縁膜６を形成するが、これは二酸化シ
リコンを高周波マグネトロンスパツタ装置を用い
アルゴンガス圧0.2Pa、成膜速度40nm／分の条件
で５分間スパツタし200nmの厚さに形成する。こ
の時コンタクト柱５上にも二酸化シリコン膜が形
成される。

次、第１図ｆに示すように、絶縁膜６上に補助
層７を形成する。この補助層７としてはホトレジ
スト等の有機膜を、例えば4000rpmの回転数で膜
厚300nmをスピン塗布した後、200℃に昇温して
溶融させ表面を平坦にする。この補助層７の膜厚
と昇温温度およびスピン塗布時の回転数は用いる
補助層７の材質によつて最適な条件が設定され
る。

このようにして表面を平坦にした後平行平板型
反応性エツチング装置を用い、補助層７の有機膜
と絶縁膜６の二酸化シリコン膜が同一のエツチン
グ速度でエツチングされる条件で、補助層７と絶
縁膜６とをエツチングする。この時の条件は、例
えば第３図に示す酸素分圧0.4Pa、酸素と四弗化
炭素の混合ガス圧力4Pa、エツチング速度
30nm／分が選定される。

次に、第１図ｇに示すように、上述したこのエ
ツチバツク工程のはコンタクト柱５の表面が現わ
れた時点で終了させる。このようにして、コンタ
クト柱５が絶縁膜６中に埋込まれ、主表面が平坦
化された接地面コンタクトが形成される。

続いて、第１図ｈに示すように、回路装置にお
いては接地を行うための所望の配線８を、例えば
ニオブ膜を200nmスパツタで成膜し、反応性エツ
チングにより所望パターン形状に加工することに
より形成する。その後、さらに続いて所望の回路
装置が形成される。

以上説明したように、本発明の第一の実施例に
おける平坦化を行う時のエツチバツク工程とし
て、加工条件の変動に起因する酸素分圧の変動に
対しても、補助層７とのエツチング速度比に大き
な差が生じない絶縁膜６をエツチバツクする方法
が用いられるので、絶縁膜６の膜厚の制御が瞭容
易になり、且つ高い加工精度を得ることができ
る。

尚、本実施例においてコンタクト膜４であるニ
オブをエツチングする時、コンタクト部の直下の
接地面用金属層２もニオブであるため、エツチン
グを多少多めに行うと、第１図ｈに示すように、
コンタクト柱５の周辺で陽極酸化膜３に覆われて
いない領域１３がエツチングされ、領域１３の接
地面の膜厚が薄くなることがある。しかしなが
ら、接地面の膜厚200nmに比して、この時生ずる
溝の深さは十分小さく押えられるので、回路装置
の動作には全く影響しない。一方、コンタクト膜
４の加工時の条件における陽極酸化膜３のエツチ
ング速度はニオブの５分の一以下と遅いため、陽
極酸化膜３の膜厚の変動はコンタクト膜４のオー
バエツチによつて接地面用金属層２をエツチした
場合の５分の一以下となり、コンタクト膜４の加
工時の膜厚変動量が著しく低減される。

第２図ａ〜ｈは本発明の第二の実施例を説明す
るための工程順に示した回路装置の断面図であ
る。

この第二の実施例における接地面コンタクトの
形成工程は前述した第一の実施例の工程とほぼ同
じであるが、この第二の実施例においては第２図
ａ〜ｄに示すように接地面用金属層２とコンタク
トを取るために接地面用金属層２上に形成される
陽極酸化されない領域は、コンタクト柱５の内側
に取込まれている点が異なつている。従つて、第
２図ｃ，ｄに示すように、ホトレジストマスク１
２をマスクとしてコンタクト膜４をエツチングし
てコンタクト柱５を形成する時、オーバエツチに
よつて接地面用金属層２であるニオブは表面に全
く現われない。即ち、コンタクト柱５のパターニ
ングにおいて、ニオブに比してエツチング速度が
著しく遅い陽極酸化膜３が現われる時点をエツチ
ング終点として用いることができる。依つて、本
実施例においては、接地面用金属層２であるニオ
ブと陽極酸化膜３であるニオブ酸化膜とに対して
エツチング速度比を大きく異ならせることができ
るため、オーバエツチによる膜厚の変化がほとん
ど生じない効果がある。但し、本実施例において
は、第２図ｅ〜ｇに示すように、陽極酸化膜３の
膜厚による段差がコンタクト柱５に転写される。
しかし、この段差は通常用いられる陽極酸化膜３
の膜厚が30nmであることから、コンタクト柱５
の膜厚200nmに比して十分小さく以後の回路装置
の製造に対してほとんど影響しない。また、第２
図ｈに示す配線８も前述した第一の実施例と同様
に形成される。

以上、本発明の実施例として、接地面用金属
層、コンタクト柱としてニオブを用い、また陽極
酸化膜としてニオブ酸化膜を用い、絶縁膜として
二酸化シリコン膜を用いた例を示したが、それぞ
れ他の金属や超伝導体及び他の絶縁膜を用いても
本発明が実施できるのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の接地面コンタク
トの形成方法によれば、接地面用金属層上にコン
タクト柱を先にエツチングで形成する場合、コン
タクト膜に比して十分エツチング速度の遅い陽極
酸化膜をエツチングの終点として用いることがで
きるため、終点の検出が容易になると共にオーバ
エツチによる膜厚変動を低減でき且つ加工精度を
高めることができる効果がある。

更に、本発明によればコンタクト柱が先に形成
されているため、コンタクト柱形成後の主表面を
平坦化する工程において、材料的に類似した絶縁
膜と補助層とを同一のエツチング速度でエツチン
グする方法を用いることができるので、プロセス
の変動等による加工条件の変動に対して、エツチ
ング速度比のずれを小さくおさえることができ
る。従つて、各工程における膜厚の変動を小さく
おさえることができ、またマイクロ波電子サイク
ロトロン共鳴方式のエツチング装置等の他のエツ
チング方式に対しても高い加工精度を得る条件を
容易に得ることができる効果がある。依つて、こ
れらの高い加工精度により回路装置の製造歩留り
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｈは本発明の第一の実施例を説明す
るためのコンタクトの形成工程順に示した回路装
置の断面図、第２図ａ〜ｈは本発明の第二の実施
例を説明するための工程順に示した回路装置の断
面図、第３図は本発明における絶縁膜の平坦化を
行う場合の酸素分圧の変化に対する各膜のエツチ
ング速度の変化特性図、第４図ａ〜ｆは従来の一
例を説明するためのコンタクトの形成工程順に示
した回路装置の断面図、第５図は従来のコンタク
ト膜の平坦化を行う場合の酸素分圧の変化に対す
る各膜のエツチング速度の変化特性図である。 １…基板、２…接地面用金属層、３…陽極酸化
膜、４…コンタクト膜、５…コンタクト柱、６…
絶縁膜、７…補助層、８…配線、１１，１２，１
５…ホトレジストマスク、１３…領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接地面用金属層を形成する工程と、前記接地
   面用金属層の表面を陽極酸化してコンタクト用の
   孔を除いた部分に陽極酸化膜を形成する工程と、
   前記コンタクト用の孔と前記陽極酸化膜上にコン
   タクト膜を形成する工程と、前記コンタクト膜を
   加工して前記コンタクト用の孔に接するコンタク
   ト柱を形成する工程と、全面に前記コンタクト柱
   間を埋め込む絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁
   膜上に補助層を形成し表面を平坦にする工程と、
   前記補助層の表面の平坦性を保ちながら全面を前
   記コンタクト柱の主表面が表れるまでエツチング
   する工程とを含むことを特徴とする接地面コンタ
   クトの形成方法。