Nb / NbSi dry etch

Nb / NbSi dry etchEdit

Author: Hélène le Sueur

Date: 31 Mai 2013

Requires: Resist (PMMA / S18 / UV3) + RIE fluorée (process développé dans le bâti Plassys MG200 au SPEC)

Infos et remarques importantes:
Procédé développé pour la gravure RIE de résonateurs en Nb ou NbSi, dans le cadre de 3 projets différents: KIDS, BPC et CQPS. Basé sur une recette du groupe quantronique.

Les vitesses de gravure données ci-dessous sont approximatives, car le développement a été principalement fait en configuration wafer Si + couche Nb (NbSi) + couche de résine pour définition des motifs.
De ce fait, il est difficile d'extraire les vitesses respectives des matériaux. On a plutôt un différentiel de gravure (qui est la chose qui nous intéresse dans le fond: tient compte de l'éventuelle influence de la résine sur la gravure de la couche)

La gravure n'est pas homogène. Elle a tendance à se faire plus vite sur les bords, soit par un effet de champ (écrantage du champ électrique par le substrat plus efficace sur le centre du wafer que sur les bords), soit par un effet d'évacuation de la matière (taux d'évacuation plus important sur les bords).
Pour l'homogénéité, je rajoute systématiquement 10% au temps de gravure, ce qui jusqu'à présent donne de bons résultats.

La vitesse de gravure dépend de la durée de gravure. Ceci provient sans doute du fait que le plasma chauffe et que la cinétique de gravure dépend fortement de la température.
Ainsi, les taux de gravure ne veulent rien dire en soi. Ils dépendent de l'épaisseur de la couche gravée, et ce n'est pas qu'un problème d'effet de seuil.
Un développement a été fait correctement avec une couche de Nb + protection aluminium (taux de gravure <0.01nm/s) pour mettre en évidence cet effet.

Méthode pour développement de process:
Il faut avoir un gros pad ouvert sur la partie à graver (sans résine si le but est de graver le Nb), et le placer sous le laser. On a alors un signal presque maximum au départ car toute l'amplitude du laser est réfléchie vers le détecteur. Lorsque la couche est assez amincie, typ. vers quelques 20-30nm, elle devient transparente au laser, et on voit alors le signal laser qui commence à varier. Le signal diminue. Il atteint un min quand on rentre dans le substrat Si (signal plus faible que sur métal car une partie est absorbée dans Si). Il se peut qu'il y ait un rebond, si on rentre dans layer SiO2 d'épaisseur finie faible.

Recipe : CF4

• CF4   20cc
• Ar     10 cc
• Pressure : 50 µbar
• RF Power : 50 W
• -> Autopolarisation: ~185-190V

Speed: (paramètres hls 2013 en gras, sur couche entre 50 et 200nm)

• Nb : 0.4 nm/s (+-10%) pour t<150", 0.8nm/s pour t~250"
• NbSi (tested for 18% Nb atomic content 50nm) : 0.89 nm/s +/- 0.4
• SiO2 : 0.45 nm/s +-0.05
• Si : 0.8 nm/s  +/- 0.1
• UVIII : 1.7 nm/s
• PMMA : 2.45 nm/s - 2.6 nm/s
• resist Shipley (18xx): 0.65 nm/s - 1.2 nm/s +/- 0.1

Etch rates mesurées sur les bords de l'échantillon (sauf pour résines)
There is a latency arround 10" for both Nb and NbSi
 
Commentaire 2017/09

etch Ir 5nm - Nb 50nm (on SiO2): 5' -> 118nm