СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ КАТАЛИТИЧЕСКИХ МЕТАЛЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ СЕНСОРА Российский патент 2006 года по МПК G03F7/16 

Изобретение относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано для изготовления датчиков перемещения движущихся сред, газовых анализаторов, термометров и т.д. методами микроэлектронной технологии.

Каталитические металлы (Pt, Pd) считаются лучшими материалами для изготовления сенсоров по микроэлектронной технологии, где приходится осаждать металлы на диэлектрические слои полупроводниковых пластин, при этом возникают большие трудности с адгезией каталитических металлов, которые не удается преодолеть способами, используемыми для традиционных металлов золота и алюминия.

Известен способ осаждения каталитических металлов с использованием подслоя титана. Адгезионные свойства комбинации титан-платина действительно выше, чем у чистой платины, но существенным недостатком данного способа является то, что дальнейшие технологические операции, связанные с применением травителей, не реагирующих с платиной, приводит к «взрыву» платины вследствие подтравливания титана. Кроме того, в МДП-структурах с каталитическими затворами возникают проблемы с зарядовыми состояниями подзатворных областей, т.е. нестабильностью C-V характеристик МДП-структур, что недопустимо в сенсорах [1].

Наиболее близким техническим решением является способ осаждения каталитических металлов методом взрывной фотолитографии, в котором используется двойная маска, состоящая из фоторезиста и дополнительного слоя, в качестве которого используется Cu, As₂S₃, Si₃N₄, Mo, SiO₂, поликремний, MgO, AlN, С [2]. В ближайшем прототипе в качестве дополнительного слоя использован поликремний [3], а основным слоем служит фоторезист. Основным недостатком данного способа является наличие фоторезиста в процессе изготовления сенсоров, не позволяющего вести процесс осаждения каталитических металлов при высоких температурах подложек (400-600°С). Высокая температура подложек служит основным фактором удаления с их поверхности радикалов типа ОН и СООН, ответственных за деградацию слоев каталитических металлов с образованием т.н. «блистеров» [4]. Кроме того, фоторезист не позволяет почистить поверхность подложек методом сухого травления непосредственно перед нанесением металла из-за сильного задубливания фоторезиста.

Технический результат изобретения состоит в том, что предложенный способ формирования элементов из каталитических металлов на поверхности сенсоров позволяет получить хорошую адгезию металлов к поверхности и стабильные C-V-характеристики МДП-структур, что обеспечивает повышение надежности и долговечности сенсоров.

В предложенном изобретении задача решается благодаря тому, что в способе формирования рисунка методом взрывной фотолитографии с использованием двойной маски из фоторезиста и дополнительного слоя из поликремния исключается фоторезистивный слой, а толщина дополнительного слоя увеличивается до величины суммы толщин дополнительного и вспомогательного слоев, а осаждение металла осуществляется при температуре подложки 400-600°С с предварительной очистки поверхности подложки методом сухого травления. Кроме того, в качестве дополнительного слоя вместо известных вышеуказанных элементов и соединений предлагается использовать ленгмюровские пленки поверхностно-активного термостойкого (до 700°С) кремнийорганического полимерного соединения. Ленгмюровские слои чувствительны к глубокому ультрафиолету, что позволяет исключить из технологического процесса трудноудаляемый из-за задубливания фоторезист.

Способ формирования рисунка металла на поверхности подложки прототипа изобретения представлен на фиг.1. На подложку (1) с диэлектрическим слоем (2) нанесен слой дополнительного материала, например поликремния (3) и фоторезиста (4), фиг.1,a. Суммарная толщина фоторезиста и поликремния h больше толщины наносимого металла, по крайней мере, в два раза. Стандартными методами формируется рисунок (5), фиг.1,б, под нанесение каталитического металла. При этом методами сухого травления удалить следы фоторезиста, групп ОН и СООН (6), фиг.1,б, с поверхности (2) в области формирования рисунка (5) не удается из-за задубливания фоторезиста и невозможности его удаления в процессе взрыва. Далее наносится слой каталитического металла (7), фиг.1,в, при температуре не более 100°С. Температура ограничена условиями задубливания фоторезиста. В последующем процессе взрыва удаляются слои поликремния (3) и фоторезиста (4), фиг.1,в, и металла (7), лежащего на этих слоях, и остается на поверхности сенсора часть слоя (7), фиг.1,г, образующего рисунок. При дальнейшей операции отжига металла при температуре 650-800°С возникает вспучивание металла (8), фиг.1,д из-за наличия на поверхности (2) следов фоторезиста, групп ОН и СООН.

В предлагаемом способе формирования рисунка (фиг.2) на поверхности подложки (1), фиг.1,a, с диэлектрическим слоем (2) осаждается слой (3) из поликремния или ленгмюровской пленки толщиной h, превышающей толщину наносимого металла, по крайней мере, в два раза. Далее наносится слой фоторезиста (4), фиг.2,б, и стандартными методами формируется рисунок (5) в слоях (4) и (3). В случае использования ленгмюровской пленки в слое (3) фоторезист можно не использовать для формирования рисунка, а вести экспозицию по пленке глубоким ультрафиолетом (250 нм). Методом сухого травления очищается поверхность в области формирования рисунка (5), фиг.2,в, и наносится каталитический металл (7), фиг.2,г, например, методом магнетронного напыления. Нанесение металла осуществляется при температуре подложки 400-600°С. Далее осуществляется взрыв с удалением поликремниевого или ленгмюровского слоев (3) и металла (7) на слоях. На поверхности подложки сенсора остается металлический рисунок (7), фиг.2,г. Далее следует отжиг при температуре 650-800°С с образованием стабильной структуры металлической пленки с хорошей адгезией к поверхности.

Предложенный способ нанесения каталитических металлов на поверхности подложек сенсоров позволяет избавиться от дополнительных операций нанесения подслоев и слоев и получить надежную адгезию каталитических металлов к подложкам с качественной границей раздела металл-диэлектрик, что особенно важно для сенсоров с активными элементами на МДП-структурах с каталитическими затворами. При этом надежность и долговечность сенсоров, а также стабильность параметров в процессе эксплуатации существенно возрастают.

Литература

1. I.Lundstrom, С.Svensson. Gas-Sensitive Metal Gate Semiconductor Devices. Solid State ChemikatSensors. Academic Press INC. New York, 1985.

2. У.Моро. Микролитография, М.: Мир, 1990, ч.1 и 2.

3. U.S. Patent 4,315,984 (1982), Hitachi.

4. S.Y.Choig, et al. No Blister Formation Pt/Pt Double Metal GateNlSFET Hydrogen Sensors, IEEE Electron. Dev. Let., EDL-5, МОЛ, 1984.

Изобретение относится к области технологии изготовления микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано при изготовлении датчиков перемещения движущихся сред, газовых анализаторов термометров сопротивления и т.д. Технический результат изобретения состоит в том, что способ формирования элементов из каталитических металлов на поверхностях сенсоров позволяет получить хорошую адгезию металлов к поверхности и стабильные C-V характеристики МДП-структур, что обеспечивает повышение надежности и долговечности сенсоров. Сущность изобретения: способ формирования элементов из каталитических металлов на поверхности сенсора включает осаждение на поверхности подложки сенсора слоя поликремния или лэнгмюровского слоя поверхностно-активного термостойкого полимерного соединения, формирование маски из осажденного слоя, очищение свободной поверхности подложки методом сухого травления, нанесение каталитического металла при температуре подложки 400-600°C при отношении толщины осажденного слоя к толщине металла не менее двух и формирование элементов из каталитических металлов методом взрывной фотолитографии. Нанесение каталитического металла можно осуществлять методом магнетронного напыления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования элементов из каталитических металлов на поверхности сенсора, включающий осаждение на поверхности подложки сенсора слоя поликремния или лэнгмюровского слоя поверхностно-активного термостойкого полимерного соединения, формирование маски из осажденного слоя, очищение свободной поверхности подложки методом сухого травления, нанесение каталитического металла при температуре подложки 400-600°С при отношении толщины осажденного слоя к толщине металла не менее двух, а формирование элементов из каталитических металлов осуществляют методом взрывной фотолитографии.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение каталитического металла осуществляют методом магнетронного напыления.