Способ формирования фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на рельефной поверхности кремниевой пластины

 

Использование: изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, например датчиков механических параметров. Сущность изобретения: при формировании фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на рельефной поверхности кремниевой пластины наносят позитивный фоторезист, экспонируют через фотошаблон, проявляют и термообрабатывают фоторезист, перед нанесением фоторезиста на пластину напыляют пленку меди толщиной до 2,0 мкм, после нанесения фоторезиста проводят его экспонирование через фотошаблон с негативным изображением формируемых окон рисунка, после проявления и термообработки фоторезиста электрохимическим наращиванием увеличивают толщину пленки меди в 3 - 10 раз, на участках рельефа, непокрытых фоторезистом, удаляют фоторезист, стравливают по всей поверхности пластины слой меди на глубину, равную толщине первоначального напыления, открывая при этом в окнах пленку двуокиси кремния, стравливают пленку двуокиси кремния, а затем удаляют металл. 7 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например датчиков механических параметров.

Известен способ фотолитографии по пленке двуокиси кремния, включающий нанесение фоторезиста, формирование рисунка в фоторезисте и травление двуокиси кремния в окнах фоторезиста (Пресс Ф.П. Фотолитографические методы в технологии полупроводниковых приборов и интегральных микрсхем. - М.: Советское радио, 1978).

Недостатком данного способа при его применении на рельефной поверхности пластины является наличие разрывов фоторезиста после его нанесения и термообработки, приводящие к растраву пленки двуокиси кремния в местах разрывов фоторезиста.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ формирования рисунка в виде окон в кремнии в углублении рельефа пластины, предусматривающий создание на наклонных гранях и углах рельефа "стоп" - слоев из высоколегированного кремния (авт. св. N 1671066, кл. H 01 L 21/02).

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются нанесение на рельефную поверхность пластины покрытия из позитивного фоторезиста, экспонирование светом через фотошаблон, проявление и термообработка фоторезиста.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности формирования фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на рельефной кремниевой пластине.

В предлагаемом техническом решении достигается расширение технологических возможностей формирования фотолитографического рисунка на рельефной поверхности кремниевой пластины.

Согласно изобретению перед нанесением фоторезиста на рельефную поверхность пластины напыляют пленку металла толщиной до 2,0 мкм, после нанесения фоторезиста проводят его экспонирование через фотошаблон с негативным изображением формируемых окон рисунка, после проявления и термообработки фоторезиста электрохимическим наращиванием увеличивают толщину пленки металла в 3 - 10 раз в участках рельефа, непокрытых фоторезистом, удаляют фоторезист, стравливают по всей поверхности пластины металл на глубину, равную толщине первоначального напыления, открывая при этом в окнах пленку двуокиси кремния, стравливают пленку двуокиси кремния, а затем удаляют металл. В качестве металла, как вариант, используют медь.

На фиг. 1 изображена кремниевая пластина (1), покрытая пленкой двуокиси кремния (2) и имеющая рельеф в виде углублений (3) и выступов (4).

На фиг. 2 изображена пластина после напыления пленки металла толщиной (h₁) до 2,0 мкм (5). При большей толщине пленки металла возможно ее отслоение. Данная толщина также достаточна для обеспечения прохождения тока по поверхности пластины при последующем электрохимическом наращивании металла.

На фиг. 3 изображена пластина после нанесения фоторезиста, его экспонирования через фотошаблон с негативным изображением формируемых окон рисунка, проявления и термообработки. На пластине сформированы островки фоторезиста (6), соответствующие участкам, в которых будет травиться пленка двуокиси кремния. Фоторезист находится только на планарных участках пластины, т. о. исключен разрыв фоторезистивного покрытия на рельефных участках пластины.

На фиг. 4 изображена пластина после электрохимического наращивания пленки металла в открытых от фоторезиста участках пластины (7). Наращивание толщины металла (h₂) менее, чем в 3 раза от исходной толщины (h₁) затруднит на последующей операции общего травления металл формирование защитного слоя металла, достаточного для травления SiO₂ в окнах. Наращивание толщины металла (h₂) более, чем в 10 раз от исходной толщины (h₁) за счет бокового наращивания существенно исказит размеры окон и целесообразно экономически.

На фиг. 5 изображена пластина после удаления фоторезиста и стравливания по всей поверхности металла на толщину h₃ = h₂ - h₁ до вскрытия в окнах (8) пленки SiO₂ (2).

На фиг. 6 изображена пластина после стравливания пленки SiO₂ в окнах до кремния (9).

На фиг. 7 изображена пластина со вскрытыми окнами (10) в пленке SiO₂ (2).

Применение предложенного способа приведено на примере формирования фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на поверхности кремниевой пластины с ориентацией (100), имеющей рельеф в виде углублений на 20 мкм, сформированных методом анизотропного травления кремния с углом наклона боковых стенок 54^o. Окна в SiO₂ формируют на дне углублений. На поверхность пластины с углублениями, покрытую пленкой SiO₂, методом магнетронного распыления напыляют пленку меди толщиной 1,0 мкм с адгезионным подслоем ванадия толщиной 0,1 мкм. Методом центрифугирования наносят фоторезист марки ФП-383. После сушки фоторезист экспонируют светом через фотошаблон, имеющий непрозрачные для света участки в местах будущих окон в SiO₂. Проявляют фоторезист в растворе щелочи и термообрабатывают для задубливания. Наращивают в электролите (состава CuSO₄ - 200 г, H₂SO₄ - 38 мл, CrO₃ - 4 г; H₂O до 1000 мл) при токе 1,0-1,4 А пленку меди до толщины 8,0 мкм. В участках, покрытых фоторезистом, наращивание меди не происходит. Удаляют фоторезист в диметилформамиде и травя медь (в растворе CrO₃ - 450 г, H₂SIO₄ - 50 мл; H₂O до 1000 мл) по всей поверхности пластины на толщину 1,5 мкм до ванадия в окнах и оставшейся толщины меди, равной 6,5 мкм, вне окон. Стравливают ванадий в окнах в растворе перекиси водорода и стравливают пленку SiO₂ в растворе HF. Стравливают полностью пленки меди и ванадия в отмеченных растворах.

Преимуществом предлагаемого способа является реализация возможности формирования рисунков в пленке двуокиси кремния в рельефных участках кремниевой пластины с сохранением сплошности данной пленки на остальной поверхности пластины за счет исключения разрывов фоторезиста на боковых наклонных стенках рельефа.

Формула изобретения

Способ формирования фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на рельефной поверхности кремниевой пластины, включающий нанесение слоя позитивного фоторезиста на рельефную подложку, его экспонирование, проявление, термообработку и травление двуокиси кремния и удаление фоторезистивного слоя, отличающийся тем, что перед нанесением слоя фоторезиста на рельефную поверхность подложки напыляют слой меди толщиной до 2 мкм, а экспонирование проводят через негативный фотошаблон, после чего электрохимически увеличивают слой меди в окнах фоторезистивной маски в 3 - 10 раз, а удаление фоторезистивного слоя проводят перед травлением медного слоя и двуокиси кремния, после чего удаляют медный слой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7