Способ изготовления шаблона Советский патент 1983 года по МПК H01L21/312 

(Л

С

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.:

Изобретение относится к электрон ной технике и может быть использова но при изготовлении дискретных полу проводниковых приборов и интегральных микросхем. Известен способ изготовления шаб лона, включающий нанесение на повер ность подложки сплошного слоя легкотравящегося материала, например фоторезиста,. формирование в нем методом фотолитографии негативного рисунка, нанесение токопроводящего слоя легкотравящегося материала Cl Недостатком данного способа является низкая разрешающая способнос обусловленная физическими принципами фотолитографии. Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления шаблон включающий последовательное нанесение на подложку токопроводящего сло тонкого гальванического слоя металл 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 оставши ся резист. На следующем этапе на подложку наносят слой негативного резисТа и проводят экспонирование ренгенЬвским излучением со стороны подложки. При этом засвечивают те участки резиста, которые не защищены, После облучения негативный резист удаляется с неэкспонированны участков, которые опять покрывают поглощакнцим слоем, например золотим до высоты негативного резиста. Посл этого стравливают защитные слои позитивного и негативного резистов, -а гакже удаляют слой меди с участков, которые не являются рисунком маски С23. Недостатком известного способа , является низкая разрешающая способность, обусловленная низкой разрешающей способностью методов, с помощью которых этот шаблон получен. Цель изобретения - повышение раз решающей способности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему последовательное нанесение на подложку первого тоКопро1водящего и защитного слоев, формирование в них окон, например, методом литогра фии, нанесение поглощающего либо пропускающего слоев и второго токопроводящего слоев и удаление защитного слоя, нанесение поглощающего либо пропускающего слоя проводят на незащищенную боковую поверхность пе вого токопроводящего слоя электрохимическим осаждением или химическим осаждением, или вакуумным напыл нием, или термическим окислением, Нанесение поглощающего или пропускающего слоя на незащищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя позволяет значительно повысить разрешающую спрсобность, 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,, например, методом фотолитографии окна 4 в первом токС1Провод; щем 2 и защитном 3 слоях (фиг. 2). Затем на не-защищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя 2 наносят поглощающий либо пропускающий слой 5 (фиг. 3), производят нанесение второго 1;окопроводящего слоя 6 (фиг. 4), На получен ную систему воздействуют травителем для материала , защитного слоя 3, который, удаляясь, увлекает за робой лежащий на нем второйтокопроводящий слой б J(фиг.5). Подложка, на поверхность которой пленочные слои, должна быть прозрачной для конкретного вида излучения и может бь1ть как полупроводниковой, так и диэлектрической. Токопроводящие слои, например, кремния, тантала, алюминия заносят любым из известных методов, например, термическим испарением в вакууме, гетероэпитаксиальным наращиванием, ионно-плазменным распылением. Защитные слои выполняются, например, из фоторезиста, окислов металлов (А , TiOj) и полупроводников (SiOg ), нитридов (SijN.) металлов и др. Поглощающие слои наносят, например, из металлов (Аи, Pt), а пропускающие слои при использовании шаблона, изготовленного по предлагаемому способу, для фотолитографии ) выполняют из материалов, прозрачных для ультрафиолетовой области спектра, например А120,, SiOj и др. Нанесение поглощающих или пропускающих слоев производят, например, электрохимическим, химическим осаждением, вакуумным напылением или термическим окислением. При использовании шаблонов, изготовленных предлагаемым способом, например, в ионно-лучевой или рентгеновской литографии, для увеличения пропускающей способности излучения или пучков в местах, незащищенных поглощающим слоем, с обратной. стороны подложки формируют окно методом травления Пример 1. На поверхность сапфировой подИожки методом гетероэпитаксиашьного наращивания из паро гидридов Si N4. (пиролитическое разложение при Т 870 К 7 наносят слой монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, а на него слой нитрида кремния S.ljN. толщиной 1,0 мкм. Методом фотолитографии и химического .травления получают участки кремния шириной 2 мкм/ защищенные-сверху слоем SijN.Затем на незащищенную боковую поверхность кремниевого сло гальванически наносят слой платины Pt толщиной 30 нм из раствора состав, г/Л: Цис-диаминонитрит платины 10 Азотнокислый аммоний 150 Нитрит натрия 11 . Аммиак 25%-ный водный 55% Рабочая температура раствора 372 плотность тока 6,5 А/дм .Затем нанос второй слой монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм таким же способом, как и первый слой крем1 иГя и травят систему в горячей ортофбсфорной кислоте. При этом слой SijN растворяясь в этом травителе, увлекает за собой часть второго сдоя кремния. Полученный шаблон состоит из пле ки монокристаллического кремния тол щиной 0,5 мкм на сапфировой подложк со сформированными в ней платиновыми поглощающими шинами шириной 30 нм. Пример 2. На поверхность сапфировой подложки наносят методом Г1енероэпитаксиального наращивания путем восстановления галогенидов (например, 51014) слой монокристалли ческого кремния Х100 толщиной 0,7 мк а на него - слой двуокиси кремния толщиной 0,5 мкм. Методом, фотолитографии и химического травления получают шины из кремния, разделенные зазорами в 2 мкм и защищенные слоем Si 02.Затем проводят гальваническое осаждение палладия - относительно дешевого металла платиновой группы (толщина слоя 50 нм в растворе следующего состава, г/я: Хлористый палладий 8 Двухзамещенный фосфорнокислый натрий 115 Двухзамещенный фосфорнокислый аммоний20 Бензойная кислота 2,8 Время осаждения слоя в 50 нм око ло 120 с, температура раствора 55®С плотность тока 0,15 А/дм . После осаждения палладия методом гетероэпитаксии наносят второй спой монокристаллическогЪ 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 фоторезиста, формируют широкое окно с обратной стороны подложки путем травления сапфира в травителе, в качестве которого используется, подогретая до , ортофосфорная кислота. Время травления около 60 мин, При этом сапфировая подложка протравливается до слоя монокремния. Полученный таким образом шаблон имбет пленку (мембрану из монокристаллического кремния 10О толщиной 0,7 мкм со сформированными в ней поглощающими шинами из палладия толщиной 50 нм Расстояние между шинами около 2 мкм. Пример 3, На стеклянную подложку, например, марки ЛК-7 наносят прозрачный проводящий слой IngO толщиной 0,3 мкм и защитный слой полиамидного лака толщиной 1,0 мкм, Методом фотолитографии и химического травления формируют участки шириной 2,5 мкм J13 , защищенные сверху полиимидным лаком с .зазором между ними 3 мкм. Далее электрохимическим способом в течение 1-2 мин наносят пленку вистлута в электролите следующего состава, г/л: Азотнокислый висмут 17 Трилон Лимоннокислый аммоний 23 Клей столярный2 5 Температура электролита 25 С, плотность тока 0,7 А/дм. После этого наносят еще раз пленку толщиной О,3 мкм. Подвергая полученную структуру действию травителя (моноэтиноламина } для полиимидногр,лака, производят удаление .также пленки OnjOj, расположеннЬй на ней. Полученный шаблон состоит из стеклянной подложки, на которой р.асположена прозрачная пленка 3 ПзОэР ® ленная поглощающими слоями шириной 500-700 А из висмута. Пример 4, На поверхнрсть сапфировой подложки наносят вакуумным напылением слой титана толщиной 0,2 мкм и защитный слой фоторезиста РН-7 толщиной 1,0 мкм. С помощью фотолитографии и химического травления формируют участки из пленки титана шириной 3 мкм с зазором между ними 2, 5 мкм. Далее наносят пленку TiO с помощью электрохимического окисления в электролите следующего состава, %: Этиленгликоль70 Щавелевая кислота 30 Температура электролита 20 С, плотность тока 3 мА/см. Окисление проводят в течение 5 мин при напрязкении 25 В. Затем еще раз проводят нанесение пленки титана толщиной О,2 мкм. Подвергая полученную структуру действию травителя для фоторезиста производят удаление пленки титана, лежащей на фоторезисте. Полученный шаблон состоит из сапфировой подложки, на которой рас положена пленка титана, разделенная прозрачными слоями из TiO шириной 450 К. .; Пример 5. На стеклянную по ложку методом вакуумного напыления наносят пленку алюминия толщиной 0,4 мкм и защитный слой, например, меди толщиной 0,8 мкм. С помощью фо толитографии и химического травлени формируют участки шириной 2,0 мкм из меди, а потом с помощью плазмохимического травления - такие же участки из алюминия. Затем проводят формирование окисной пленки на торцовой поверхности алюминия химическим способом в растворе следующего состава, г/л: Ортофосфорная кислота 45 Кислыйфтористый калий 4 Хромовый ангидридб Процесс ведут при 25°С с выдержкой в течени§ 15 с. Толщина окисной пленки 1000 Л. 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 слоями А120з толщиной 1000 А. Пример 6, На поверхность сапфировой подложки формируют плеНку кремния р типа толщиной 0,5 мкм на которую наносят защитный слой S i О/, толщиной 1,0 мкм, С помощью фотолитографии и плазмохимического травления формируют шины в слоях SiOj и Si. Далее проводят химическое осаждение золота из раствора следующего состава, г/л: Цианид золота (71% Аи) .20 Двухосновный лимоннокислый аммоний 100 Процесс ведут при в течение 1 мин. Толщина осаждаемой при этом пленки Ад составляет 120 им. После указанного процесса химического осаждения уЛи снова формиру ют пленку кремния р типа толщиной 1,0 мкм. После травления защитного слоя S i 02 и удаления вместе с ним пленки кремния образуется шаблон , состоящий из пленки кремния толщино 1,0 мкм, разделенный слоем золота толщиной 120 нм. Пример. На поверхность сапфировой подложки методом электроннолучевого испарения наносят слой S i 02 толщиной 0,5 мкм и слой Л1 толщиной 1,5 мкм. С помощью фотолитографии и плазмохимического травления формируют участки S102 шириной 1,8 мкм, защищенные сверху пленкой алюминия с зазором между ними 2,0 мкм. Размещая подложку под углом 45° к направлению потока испаряемого вещества, проводят нанесение пленки золота на одну незащищенную боковую поверхность участков SiO, потом, развернув подложку, наносят пленку золота на вторую боковую часть участков SiO толщиной по 600 Л. Далее с помощью электроннолучевого испарения слой толщиной 0,5 мкм. Действуя травителем для алюминия (И jP 20 -1:1) на полученную -. структуру, производят удаление.пленки алюминия, а вместе с ней пленок золота и 5i02 / расположенных на ней. Полученный шаблон состоит из пленки SiOj толщиной 0,5 мкм насапфировой подложке со сформированными в ней золотыми поглощающими шинами толщиной 600 А. Пример 8. На поверхность кварцевой подложки методом вакуумного напыления наносятслой золота толщиной 0,5 мкм и защитный слой из полиамидной 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 к направлению потока пара испаряемого вещества, методом электроннолучевого испарения наносят на обе стороны незащищенных участков слой А.120з толщиной 500 А. Затем с помощью вакуумного напыления наносят слой Аи толщиной d,5 мкм. Окуная полученную структуру в травитель для полиимидной пленки (моноэтаноламин ), производят ее удаление, а вместе с ней и пленки золота и AljO, которые расположены сверху на.ней, и получают шаблон, состоящий из поглощающей пленки золота толщиной 0,5 мкм ч щириной 1,8 мкм на кварцевой подложке со сформированными в ней пропускающими шинами из Al20j 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, защищенныесверху полиимидной пленкой. После

выдержки в течение 15 мин при 260°С на воздухе незащищенные участки пленки в cмyтa 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 А.П р и м .е р 10. На поверхность стеклянной подложки марки ЛК-7 наносят пленку титана толщиной 0,15мк 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 осаждают пленку титана толщиной 0,15 мкм с последующим травлением

полиймидной пленки. Полученный шаблон Состоит из стеклянной подложки, на которой расположена пленка титана, разделенная прозрачными участками из TiOrf шириной 600 А.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом состоит в повышении разрешающей способности шаблона

0 за счет того, что ширина поглощающего слоя может быть очень малой (менее 500 А, в возможности изготовления высококонтрастных шаблонов с коэффициентом контраста

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

0 в результате увеличения площади соприкосновения этого слоя с хорошо проводя1цими тепло слоями (например, (Кремния). .