СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗВОДКИ Российский патент 1996 года по МПК H01L21/28 

Предлагаемый способ формирования разводки относится к полупроводниковой технике и может быть использован при изготовлении интегральных микросхем на арсениде галлия.

Известен способ изготовления межслойного соединения из золота [1] по которому на подложку наносят изолирующую оксидную пленку, в которой вскрывают контактные окна, затем наносят вспомогательные слои из сплава титана с вольфрамом и золота, создают фоторезистивную маску, в окнах которой электрохимическим осаждением формируют слой золота, фоторезист удаляют, стравливают вспомогательный слой золота с помощью плазменного травления, затем удаляют пленку из сплава титана с вольфрамом, используя раствор перекиси водорода.

Наиболее близким к изобретению является способ формирования разводки (прототип) [2] по которому на поверхность полупроводниковой пластины (кремния или арсенида галлия) с островками диэлектрика (SiO2) напыляют вспомогательный слой Тi-Au, создают фоторезистивную маску с рисунком разводки, осуществляют поверхностное закрепление фоторезистивного слоя в ультрафиолете, что позволяет избежать подосаждения металла под край маски, затем создают точечный электрический контакт к вспомогательному слою на краю пластины, электрохимически осаждают золото, удаляют фоторезист, стравливают вспомогательный слой по маске сформированной разводки. В данном способе титан обеспечивает хорошую адгезию вспомогательного слоя к поверхности полупроводника и диэлектрика, верхний слой золота необходим в качестве матрицы для последующего осаждения золота из электролита и для повышения электропроводности вспомогательного слоя.

Недостаток указанных способов заключается в том, что для создания вспомогательного слоя используют дорогостоящий металл золото, удаляемый на последующей операции. Удаление вспомогательного слоя золота сопровождается частичным стравливанием и золота гальванического, что неэкономично.

В предлагаемом способе формирования разводки на поверхность полупроводниковой пластины с островками диэлектрика напыляют вспомомогательные слои металла, создают фоторезистивную маску с рисунком разводки, формируют электрический контакт к пластине, осаждают из электролита золото, удаляют фоторезист, стравливают вспомогательные слои металла по маске осажденного золота.

Отличие состоит в том, что на полуизолирующую пластину арсенида галлия напыляют последовательно вспомогательные слои ванадия 700-1000 ,никеля 100-800, ванадия 300-800 , после создания фоторезистивной маски удаляют верхний слой ванадия, формируют электрический контакт к обратной стороне полуизолирующей пластины в растворе электролита при освещении, после удаления фоторезиста плазмохимически удаляют вспомогательные слои ванадия, а слой никеля стравливают в растворе азотной кислоты.

Для конкретного примера реализации способа используют полуизолирующие пластины арсенида галлия диаметром 60 мм, толщиной ≈ 600 мкм с активным слоем n⁺ n n-δ

На пластине формируют омические Au-Ge-контакты, проводят изоляцию активных областей ионной имплантацией, формируют канал транзисторов, создают затворный слой металлизации V Au V, включающий затворы транзисторов, нижние обкладки конденсаторов и межсоединительные полоски. Наносят слой SiO₂ ≈ 0,7 мкм. С помощью фотолитографии и травления SiO₂формируют островки диэлектрика над областью канала транзисторов и на нижних обкладках конденсаторов. Напыляют последовательно вспомогательные слои ванадия 1000 , никеля 400 , ванадия 400 на всю поверхность пластины. Нижний слой ванадия (700-1000 ) обеспечивает хорошую адгезию разводки к поверхности полупроводника и диэлектрика. В отсутствии нижнего ванадия слой разводки Ni-Au отслаивается от поверхности SiO₂.

При толщинах слоя никеля менее 100 ухудшается адгезия осажденного золота к вспомогательному слою, что обусловлено островковой структурой сверхтонких пленок. Формирование слоя никеля толщиной более 800 приводит к росту механических напряжений в трехслойной пленке V-Ni-V и ее отслаиванию от поверхности пластины.

Создают фоторезистивную маску с рисунком разводки. Используют фоторезист ФП-383. Режим термообработки: сушка при 105^оС 10 мин, дубление при 120^оС 20 мин. Слой ванадия (≈ 400 ) в окнах маски удаляют в растворе H₂O₂ (30%) H₂O 5 300 за t 1,5 мин.

В случае плазмохимического удаления верхнего ванадия на установке 08 ПХО-100Т-001 в среде CF₄, P ≈ 65 Па, за t 1 мин происходит образование тонких фторированных пленок на поверхности фоторезиста. При растворении фоторезистивной маски в диметилформамиде пленки остаются на поверхности пластины. Удаление пленок осуществляют на установке 08ПХО-100Т-001 в кислородной среде, P ≈ 65 Па, за t 3 мин.

Последующий слой никеля травлению не подвергается. Гальваническое золото на никеле растет плотным блестящим слоем, обладающим хорошим сцеплением с матрицей.

При осаждении на ванадий формируется рыхлый, отслаивающийся осадок (ванадий растворяется в используемом электролите). Эту особенность ванадия используют для защиты от нежелательного осаждения золота под край фоторезистивной маски. Кроме того, пленка ванадия на никелевом слое создает дополнительное сопротивление в цепи тока через пластину. В случае нанесения фоторезиста непосредственно на слой никеля после осаждения золота наблюдают локальные участки подосаждения металла по краю маски, а также многочисленные микропробои в фоторезисте. При формировании вспомогательного слоя с верхним ванадием (300-800 ) в ходе осаждения золота фоторезистивная маска не нарушается. Пластину устанавливают в кассету горизонтально осаждаемой стороной вверх. Формируют электрический контакт к нижней полуизолирующей стороне пластины в электролите при освещении (величина освещенности ≈ 100.000 лк). В отсутствии освещения сквозной ток через пластину не протекает, осаждение отсутствует.

Используют электролит состава H₃PO₄ (85%) 1 мл NH₄H₂PO₄ 0,3 г H₂O 100 мл
Данные компоненты присутствуют и в цитратно-фосфатном электролите для осаждения золота, поэтому их возможное попадание в верхний электролит через неплотности изолирующей прокладки не нарушает процесса осаждения. Верхнюю часть кассеты с пластиной заполняют электролитом для осаждения золота состава KAu(CN)₂ 10 г Лимонная кислота 115 г H₃PO₄ (85%) 13,7 мл NH₄OH (25%) 105 мл Н₂O 1000 мл
Осаждение золота проводят в импульсном режиме: амплитуда общего тока ≈ 40 мА (площадь открытой поверхности ≈ 10 см²), длительность импульса 50 мс, паузы 10 мс. Продолжительность осаждения ≈ 30 мин. Толщина полученного осадка ≈ 3 мкм по всей пластине. В предложенном способе обеспечивают равномерное распределение катодного потенциала на вспомогательном слое и, как следствие, равномерное осаждение золота, так как через пластину протекает сквозной ток.

Полуизолирующая сторона пластины при этом выполняет функции распределенного сопротивления. Осадок имеет блестящую гладкую поверхность. Качество осадка обусловлено высокой плотностью зародышей металла, возникающих на никелевом подслое в начальный период осаждения.

На матрице золота гальванический слой имеет более крупное зерно, развитый рельеф поверхности (цвет осадка матовый).

Удаляют фоторезист. Плазмохимически стравливают верхний слой ванадия ≈ 400 на установке ПХО 08-100Т-001 в среде CF₄, P ≈ 65 Па, за t 1 мин.

Последующий слой никеля ≈ 400 удаляют в растворе азотной кислоты HNO₃ (47%): H₂O 1 20 за t 1,5 мин. Использование других кислот для удаления никеля нецелесообразно, так как травление в них происходит значительно медленнее. Например, слой никеля ≈ 400 удаляется в растворах HCl (36%) H₂O 1 10 за t ≈ 20 мин,
H₂SO₄ (93%) H₂O 1 10 за t ≈ 30 мин,
H₃PO₄ (85%) H₂O 1 10 за t ≈ 30 мин.

В растворах щелочей NH₄OH, KOH никель не травится. Длительный процесс травления никеля нежелателен, так как отрицательно сказывается на адгезии разводки.

Для удаления верхнего слоя ванадия жидкостное травление нецелесообразно. В растворах кислот и щелочей ванадий химически устойчив, а при удалении ванадия в растворе перекиси водорода (в растворе H₂O₂ (30%): H₂O 5 300 слой ванадия толщиной ≈ 0,1 мкм стравливается за 3 мин) происходит пассивирование перекисью последующего слоя никеля.

Травление пассивированного никеля (≈ 400 ) в используемом растворе азотной кислоты HNO₃ (47%): H₂O 1 20 происходит значительно медленнее (≈ в 15 раз) за t ≈ 20 мин.

Оставшийся нижний слой ванадия удаляют плазмохимически на установке 08 ПХО-100Т-001 в среде CF₄, P ≈ 65 Па, за t 1 мин.

Жидкостное химическое стравливание нижнего слоя ванадия нецелесообразно, так как имеет место ускоренное травление под краем осажденной металлизации (обусловленное проникновением травителя по границам зерен металла на поверхности пластины). Далее осуществляют утонение и резку пластины на кристаллы.

Предложенный способ формирования разводки экономичен, так как устраняет необходимость в напылении золота для вспомогательного слоя. Удаление вспомогательного слоя по маске разводки не сопровождается травлением гальванического золота. Применение двухслойной маски фоторезиста и ванадия обеспечивает получение разводки с хорошей геометрией края. Формирование на подслое никеля гальванического осадка плотной мелкозернистой структуры позволяет снизить поверхностное сопротивление разводки на высоких частотах.

Использование: в микроэлектронике. Сущность изобретения: способ формирования разводки на поверхности полупроводниковой пластины с островками диэлектрика включает напыление вспомогательных слоев металла, создание фоторезистивной маски с рисунком разводки, формирование электрического контакта к пластине, осаждение из электролита золота, удаление фоторезиста, стравливание вспомогательных слоев металла по маске осажденного золота. В способе на полуизолирующую пластину арсенида галлия напыляют последовательно вспомогательные слои ванадия 700 - 1000 ангстрем, никеля 100 - 800 ангстрем, ванадия 300 - 800 ангстрем. После создания фоторезистивной маски удаляют верхний слой ванадия, формируют электрический контакт к обратной стороне полуизолирующей пластины в растворе электролита при освещении, после удаления фоторезиста плазмохимически удаляют вспомогательные слои ванадия, а слой никеля стравливают в растворе азотной кислоты.

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗВОДКИ, включающий напыление вспомогательных слоев металла на полупроводниковую пластину арсенида галлия с островками диэлектрика, создание фоторезистивной маски с рисунком разводки, осаждение из электролита золота, удаление фоторезиста, стравливание вспомогательных слоев металла по маске осажденного золота, отличающийся тем, что напыляют последовательно вспомогательные слои ванадия никеля ванадия после создания фоторезистивной маски удаляют верхний слой ванадия, формируют электрический контакт к обратной стороне пластины в растворе электролита при освещении, после удаления фоторезиста плазмохимически удаляют слои ванадия, а слой никеля стравливают в растворе азотной кислоты.