Способ изготовления шаблона

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШАБЛОНА, включающий последовательное нанесение на подложку первого токопроврдя- . щего и защитного слоев, формирование в них окон методом литографии, нанесение поглощающего-либо пропускающего и второго токопроводящего слоев и удаление защитного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности , нанесение поглощающего либо пропускающего слоя проводят на незащищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя электрохимическим осаждениемили химическим осаждением, или вакуумным напылением, или термическим окислением .:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5п Н 01 21/312

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3439302/18-21 (22) 17.05.82 (46) 30.12,83, Вюл. Р 48 (72) A ° H.Êðèâóòåíêo и В.П.Папченко (71) Институт кибернетики AH УССР (53) 621.382,002(088.8) (56) 1. Пресс Ф.П. Фотолитография и оптика. M. "Энергия", 1968, с.бб .

2, Патент США Р 4018938, кл. Н 01 L 21/212, 1977 (прототип), (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ lllABJIOHA, включающий последовательное нанесение на подложку первого токопроводящего и защитного слоев, формирова„„SU„„1064352 А ние в йих окон методом литографии, нанесение поглощающего. либо пропускающего и второго токопроводящего слоев и удаление защитного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, нанесение поглощающего либо пропускающего слоя проводят на незащищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя электрохимическим осаждением или химическим осаждением, или вакуумным напылением, или термическим окислением.

10б4352

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известен способ изготовления шаблона, включающий нанесение на поверхность подложки сплошного слоя легкотравящегося материала, например, фоторезиста . Формирование в нем методом фотолитографии негативного рисунка, нанесение токопроводящего слоя легкотравящегося материала (.1).

Недостатком данного способа является низкая разрешающая способность обусловленная физическими принципами фотолитографии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления шаблона, включакщий последовательное нанесение на подложку токопроводящего слоя тонкого гальванического слоя металлс и, защитного слоя позитивного резиста. Методом электронной литографии в слое резиста формируют окна, в которые гальваническим способом наносят слой поглощающего или пропускающего материала, не удаляя оставшийся резист. На следующем этапе на подложку наносят слой негативного резиста и проводят экспонирование ренгеновским излучением со сТороны подложки. При этом засвечиваются те участки реэиста, которые не защищены, После облучения негативный резист удаляется с неэкспонированных участков, которые опять покрывают поглощающим слоем, например золотом, до высоты негативного резиста. После этого стравливают защитные слои позитивного и негативного резистов, а также удаляют слой меди с участков, которые не являются рисунком маски (2 3. Нанесение поглощающих или пропускающих слоев произ водят, наприйер, электрохимическим, химическим осаж55 дением, вакуумным напылением или термическим окислением, При использовании шаблонов, изготовленных предлагаемым способом, например, в ионно-лучевой или рент60 геновской литографии, для увеличения пропускающей способности излучения или пучков в местах, незащищенных поглощающим слоем, с обратной. стороны подложки формируют окно ме65 тодом тРавления

Недостатком известного способа . является низкая разрешающая способность, обусловленная низкой разрешающей способностью методов, с помощью которых этот шаблон получен.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности, . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему последовательное нанесение на подложку первого токопроводящего и защитного слоев, формирование в них окон,. например, методом литографии, нанесение поглощающего либо пропускакщего слоев и второго токопроводящего слоев и удаление защитного слоя, нанесение поглощающего либо пропускающего слоя проводят на незащищенную боковую поверхность пер .вого токопроводящего слоя электрохимическим осаждением или химическим осаждением, или вакуумным напылением, или термическим окислением.

Нанесение поглощающего или пропускающего слоя на незащищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя позволяет значительно повысить раэрешйж«ую способность, так как толщина осаждаемого поглощающего или пропускающего слоя может быть очень малой (менее 500 Л).

На фиг. 1-5 изображена последовательность выполнения основных технологических операций предлагаемого способа, На поверхность подложки 1 наносят первый токопроводящий слой 2 и защитный слой 3 (фиг. 1), формируют, i5 например, методом фотолитографии окна 4 в первом токопроводящем 2 и защитном 3 слоях (фиг. 2). Затем на незащищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя 2 на2р носят поглощающий либо пропускающий слой 5 (фиг, 3), производят нанесение второго токопроводящего слоя 6 (фиг. 4). На полученную систему воз- действуют травителем для материала 5 защитного слоя 3, который, удаляясь„ увлекает за,собой лежащий на нем второй токопроводящий слой б (фиг ° 5).

Подложка, на поверхность которой осаждают пленочные слои, должна быть прозрачной для конкретного вида излучения и может быть как полупроводниковой, так и диэлектрической.

Токопроводящие слои, например, кремния, тантала, алюминия «;вносят любым из известных методов, напри35 мер, термическим испарением в ваКу уме, гетероэпитаксиальным наращиванием, ионно-плазменным распылением.

Защитные слои выполняются, например, из фоторезиста, окислов ме40 та в А1,03, И 02) и полупроводников (SiОg ), нитридов (SiЗН4) we таллов и др.

Поглощающие слои наносят, например, из металлов (Au Pt), а пропус45 кающие слои (при использовании шаблона, изготовленного по предлагаемому способу, для фотолитографии ) выполняют из материалов, прозрачных для ультрафиолетовой области спектдр

1064352

Пример 1. На поверхность сапфировой подложки методом гетеро-. эпитаксиального наращивайия из паров гидридов SiН (пиролитическое раз-. ложение при Т = 870 К ) наносят слой монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, а на него слой нитрида кремния S.!3й толщиной 1,0 мкм. Методом фотолитографии и химического . ,травления получают участки кремния шириной 2 мкм, защищенные сверху слоем Si.3N4.3àòåì на незащищенную боковую поверхность кремниевого слоя гальванически наносят. слой платины

Pt толщиной 30 нм из раствора состав, г/Л: 15

Цис-диаминонитрит платины 10

Азотнокислый аммоний 150

Нитрит натрия 11 .

Аммиак 25%-ный 20 водный 55%

Рабочая температура раствора 372 К, плотность тока 6,5 A/äì .Затем наносят второй слой монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм таким же способом, как и первый слой кремнИя, и травят систему в горячей ортофосфорной кислоте. При этом слой Si М растворяясь в этом травителе, увлекает за собой часть второго слоя кремния.

Полученный шаблон состоит из плен-. ки монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм на сапфировой подложке со сФОРмированными в ней платиновыми 35 поглощающими шинами шириной 30 нм.

Пример 2. На поверхность сапфировой подложки наносят методом генероэпитаксиального наращивания путем восстановления галогенидов 40 (например, 5!С!4) слой монокристаллического кремния (100 > толщиной 0,7мкм, а на него — слой двуокиси кремнйя толщиной 0,5 мкм. Методом, фотолитографии и химического травления по- 45 лучают шины из кремния, разделенные зазорами в 2 мкм и защищенные слоем

5!02.Затем проводят гальваническое осаждение палладия - относительно дешевого металла платиновой группы (толщина слоя 50 нм ) в растворе следующего состава, г/л:

Хлористый палладий 8

Двухзамещенный фосфор нокислый натрий 115 ,Двухзамещенный фосфорнокислый аммоний 20

Бензойная кислота 2,8

Время осаждения слоя в 50 нм окоJlî 120 с, температура раствора 55 С, плотность тока 0,15 А/дм2. 60

После осаждения палладия методом гетероэпнтаксии наносят второй слой монокристаллическогб кремния (100 > толщиной 0,7 мкм и травят слой в травителе, содержащем ингредиенты в следующем соотношении, об.ч.:

Плавиковая кислота 90

Фтористый аммоний, 300

Вода дистиллированная 600

Нанося на полученную заготовку защитное покрытие из фотореэиста, фоРмируют широкое окно с обратной стороны подложки путем травления сапфира в травителе, в качестве которого используется, подогретая до

130ОС, ортофосфорная кислота.

Время травления около 60 мин, При этом сапфировая подложка про« травливается до слоя монокремния.

Полученный таким образом шаблон имЕет пленку (мембрану ) из монокристаллического кремния (100). толщиной

0,7 мкм со сформированными в ней поглощающими шинами иэ палладия толщиной 50 нм, Расстояние между шинами около 2 мкм.

Пример 3. На стеклянную подложку, например, марки ЛК-7 наносят прозрачный проводящий слой Зп20 толщиной 0,3 мкм и защитный слоЯ полиамидного лака толщиной 1,0 мкм.

Методом фотолитографии и химического травления формируют участки шириной 2,5 мкм из 3 и 0, защищенные сверху полиимидным лаком с .зазором между ними 3 мкм. Далее электрохимическим способом в течение 1-2 мин наносят пленку висмута в электролите следующего состава, г/л:

Азотнокислый висмут 17

Трилон Б 160

Лимоннокислый аммоний 23

Клей столярный о

2 5

Температура электролита 25 С,плотность тока 0,7 A/äì . После этого наносят еще раз пленку 3 п203 толщиной 0,3 мкм. Подвергая полученную структуру действию травителя (моноэтиноламина ) для йолиимидного,лака, производят удаление .также пленки

3 п>03, расположеннЬЯ на ней.

Полученный шаблон состоит из стеклянной подложки, на которой расположена прозрачная пленка 3 п>03 разде" ленная поглощающими слоями шириной

500-700 Х из висмута.

Пример 4. На поверхность сапфировой подложки наносят вакуумным напылением слой титана толщиной

0,2 мкм и защитный слой фотореэиста

РН-7 толщиной 1,0 мкм.

С помощью фотолитографии и химйческого травления формируют участки из пленки титана шириной 3 мкм с зазором между ними 2,5 мкм. Далее наносят пленку Т!0 с помощью электрохимического окисления в электролите следующего состава, %:

Этиленгликоль 70

Щавелевая ки сло та 30

Температура электролита 20 С, б плотность тока 3 мА/см . Окисление я

1064352 проводят в течение 5 мин при напря кении 2 В. Затем еще раз проводят нанесение пленки титана толщиной

0,2 мкм.

Подвергая полученную структуру действию травителя для фоторезиста, производят удаление пленки титана, лежащей на фоторезисте.

Полученный шаблон состоит иэ сапфировой подложки, на которой расположена пленка титана, разделенная прозрачными слоями из Ti02 шириной

450 X.

Пример 5. На стеклянную под ложку методом вакуумного напыления наносят пленку алюминия толщиной

0,4 мкм и защитный слой, например, меди толщиной 0,8 мкм. С помощью фотолитографии и химического травления формируют участки шириной 2,0 мкм иэ меди, а потом с помощью плазмохимического травления — такие же участки иэ алюминия. Затем проводят формирование окисной пленки на торцовой поверхности алюминия химическим способом в растворе следующего состава, г/л:

Ортофосфорная кислота 45

Кислый фтористый калий 4

Хромовый ангидрид 6

Процесс ведут при 25 С с выдержкой в течение 15 с. Толщина окисной пленки 1000 A.

После этого производят нанесение пленки алюминия толщиной 0,4 мкм.

После травления защитного слоя меди и удаления вместе с ним пленки алюминия, лежащей сверху, образуется шаблон, состоящий из пленки алюминия, разделенной окисными слоями

А1 О толщинои 1000 A..

Пример 6, На поверхность сапфировой подложки формируют плен ку кремния р типа толщиной 0,5 мкм, на которую наносят защитный слой

Si0 толщиной 1,0 мкм. С помощью фотолитографии и плаэмохимического травления формируют шины в слоях

5 0 и 5i. Далее проводят химическое осаждение золота иэ раствора следующего состава, г/л.:

Цианид золота {71Ъ Au) . 20

Двухосновный лимоннокислый аммоний 100

Процесс ведут при 60 С в .течение о

1 мин. Толщина осаждаемой при этом пленки Аи составляет 120 нм.

После указанного процесса химического осаждения 4и снова формируют пленку кремния р типа толщиной

1,0 мкм. После травления защитного слоя 5i0> и удаления вместе с ним пленки кремния образуется шаблон,. состоящий из пленки кремния толщиной

1,0 мкм, разделенный слоем золота толщиной 120 нм.

П р и и е р 7. На поверхность сапфировой подложки методом электроннолучевого испарения накосят слой 510 толщиной 0,5 мкм и слой А1 толщиной 1,5 мкм. С помощью фотолитографии и плазмохимического травления формируют участки 5102 шириной

1,8 мкм, защищенные сверху пленкой алюминия с зазором между ними 2,0мкм.

-о

Размещая подложку под углом 45 к

10 направлению потока испаряемого вещества, проводят нанесение пленки .золота на одну незащищенную боковую поверхность участков Si02, потом, развернув подложку, наносят пленку

15 золота на вторую боковую часть участков 5 0 толщиной по 600 Л. Далее ! с помощью .электроннолучевого испарения cJIGH э 10 толщиной О, 5 MKM

Действуя травителем для алюминия (Н ЗР 04 . Н 0 = 1: 1 ) на полученную структуру, производят удаление. пленки алюминия, а вместе с ней пленок золота и 510, расположенных на ней.

Полученный шаблон состоит иэ пленки 5 0 толщиной 0,5 мкм на сапфировой подложке со сформированными в ней золотыми поглощающими шинами толщиной 600 K.

TI р и м е р 8. На поверхность кварцевой подложки методом вакуумного напыления наносят. слой золота толщиной 0,5 мкм и защитный слой из полиимидной пленки толщиной

1,5 мкм. Методом фотолитографии, химического травления и высокочастотного распыления формируют шины из золота шириной 1,8 мкм, защищенные сверху полиимидной пленкой с зазором между шинами в 2,0 мкм.

Размещая подложку под углом 45

40 к направлению потока пара испаряемого вещества, методом электроннолучевого испарения наносят на обе стороны незащищенных участков слой

A1 О3 толщиной 500 А. Затем с по45 мощьк> вакуумного .напыления наносят слой Аи толщиной 0,5 мкм.

Окуная полученную структуру в травитель для полиимидной пленки (моноэтаноламин 1, производят ее удаление, а вместе с ней и пленки .золота и А1 0, которые расположены сверху на.ней, и получают шаблон, состоящий из поглощающей. пленки золота толщиной 0,5 мкм и шириной 1,8 мкм на кварцевой подложке со сформированными в ней пропускающими шинами иэ

A1 О шириной 0,5 мкм.

Пример 9. На поверхность кварцевой подложки вакуумным напылением наносят слой висмута толщиной

0,3 мкм и шириной 2,5 мкм и защитный слой из полиимидной пленки толщиной 1,3 мкм. Методом фотолитографии и химического травления формируют участки из висмута, защищенные .

65 сверху полиимидной пленкой. После

1064352 .

Фиг,g

Фие.Х

4Ъ8.4

ФмМ .

Составитель С.Шумилишская

Редактор Ю.Ковач Техред М.Кузьма Корректор И, Ь уска

Заказ 10540/53 Мираж 703 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óærîðoä, ул.Проектная, 4» выдержки в течение 15 мин при 250 С на воздухе незащищенные участки пленки висмута окисляются. Далее опять производят нанесение слоя висмута толщиной 0,3 мкм, а затем удаление .полиймидной пленки в моноэтаноламине. Таким образом, в полученном шаблоне поглощающие участки висмута разделены пропускающими участками из окиси висмута шириной

300 A.

П р и м .е р 10. На поверхность стеклянной подложки марки ЛК-7 наносят пленку титана толщиной 0,15мкм и защитный слой полиимидного лака толщиной 0,5 мкм. С помощью фотолитографии и .химического травления формируют участки из пленки титана шириной 2 мкм с зазором между ними

3 мкм. Полученную структуру окисляют на воздухе в течение 30 мин при

400 С, Затем на полученную структуру

Ь осаждают пленку титана толщиной 0,15 мкм с последующим травлением полиимидной пленки. Полученный шаблон состоит из стеклянной подложки, на которой расположена пленка титана, разделенная проэрачныую участками из Ti0 шириной 600 K.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом состоит в повыше10 нии разрешающей способности шаблона за счет того, что ширина поглощающего слоя может быть. очень малой (менее 500 и ), в воэможности изготовления высококонтрастных шаблонов с коэффициентом контраста g >20

15 (прототип до 10 J, а также в повышении долговечности шаблона при использовании его в ионно-лучевой и рентгеновской литографии за счет улучшения теплоотвода от поглощающего слоя

yQ в результате увеличения площади соприкосновения этого слоя с хорошо проводящими тепло слоями (например, кремния ).