Способ селективного электролитического осаждения металла

О П И С А Н И Е р) И 5828ИЗОБРЕТЕН Ия К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сова Ссеетскпх Социалистпческех(51) Я,вкпприсоединение Государственный комите 23) Приоритет пиетров СССР изобретенийткрытнй ета Опубликовано 30.05.76,Дата опубликования оп) Заявите 4) СПОСОБ ЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении вакуумных интегральных схем, з которых необходимо обеспечить различную толщину отдельных элементов этого микрорельефа, Такая необходимость возникает для создания опорных столбиков закрепления навесного катода активных вакуумных микроэлементов. Задавая различную толщину осажденного слоя, можно регулировать расстоя ние от навесного катода до несущей подложки, что необходимо для получения требуемых электронных параметров.Известен способ селективного электролитического осаждения металла преимущественно 15 при изготовлении рельефа заданной конфигурации интегральных схем, включающий металлизацию диэлектрической подложки, формирование в слое металлизации рельефа в виде отдельных микроучастков, например, ме тодом фотолитографии с последующим осаждением металла на микроучастках.Однако известный способ не позволяет изготозить пленочный микрорельеф наперед заданной высоты и пространственной формы. 25 Это связано с тем, что без введения дополнительных операций и измерения порядка общих операций изготовление микрорельефа произвольной конфигурации невозможно.С цельо повышения точности получения 30 рельефа сложной пространственной формы в едином цикле осаждения, после формирования в слое металлизации рельефа в виде отдельных микроучастков, подключают источник тока к микроучастку в зоне наибольшей высоты получаемого рельефа, опускают подложку в электролит, осаждают на зыбранном микроучастке слой металла толщиной, равной разности высот рельефа на данном микроучастке и на соседнем микроучастке и обеспечивающей замыкание осажденного металла с соседним мпкроучастком, после чего проверяют одновременное осаждение металла на замкнутых микроучастках до заданной толщины, ооеспечиваощсй последовательное замыкание осажденного металла с соответствующим соседним микроучастком до полного получения рельефа заданной конфигурации. Причем при осажденин металла на электролит накладывают ультразвуковое и магнитное поля.На фиг. 1 показано боковое разрастание осажденного слоя; на фиг. 2 - тонкопленочный микрорельеф на подложке; на фиг. 3 - измененный тонкопленочный микрорельеф с защищенным покрытием; на фиг, 4 - система с тонкопленочных микроучастков при наращивании сложного микрорельефа; на фиг.5 - наращивание слосв сложного микрорельефа,На сапфировую подложку сначала закуумным термическим испарением наносят адгезионный подслой титана, оптимальная толо щина которого составляет 300 - 500 А, Сверху 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 на титан наносят контактный слой никеля сс толщиной, лежащей в пределах 2000 - 2500 А, для оптимального наращивания тонкопленочного рельефа. Методами фотолитографии и химического травления вырезают на подложке тонкопленочный микрорельеф определенной конфигурации, в том числе и в виде отдельных микроучастков.Подключают источник тока к микроучастку в зоне наибольшей высоты наращиваемого микрорельефа, опуска 1 от изготовленную композицию в электролит и производят электролитическое осаждение никеля на тонкопленочный микрорельеф на подложке, при этом наблюдается увеличение линейных размеров элемептоз микрорельефа за счет бокового разрастания осажденного слоя (см, фиг. 1).Показаны участок тонкопленочного микрорельефа 1, Осажденный слой веталла 2, диэлектрическая подложка 3, элементы 4, 5, 6, на которые осаждают металл, контактная площадка 7, токопроводящая дорожка 8, покрытая фоторезистом, разрывы 9 в токопроводящих дорожках, часть 10 токопроводящих дорожек со снятым фоторезистом, проводящие тонкопленочные микроучастки 11, разрывы 12, микроучастки 13 - 16, слои 17 - 20 микроучастков.Боковое разрастание осажденного слоя зависит от состава и режима работы электролита, например для медного сернокпслого электролита увелчение линейных ра.меров на одну сторону оставляет 83 - 88% от толщины осан 4 денного слоя.Это 5 Илсн 1 е пред;1 ягяется использов зть для Оосспсче 11 ия воз.4 Окности Вырящивя 14 Н 51 осажденного слоя метял 5 ча различной толщины па элементах тонкопленочного м; крорельефа, нанесенного на диэлектрическуо подложку, з едином цикле электролитического осаждения за счет автоматического подключения элементов.Пусть на элемент 4 (см. фиг. 2), например, неооходимо осаждаь слой металла то;щи- ной 60 мкм, на элемент 5 - слой толщиной 30 мкм, на элемент 6 - слой 10 мкм, Если на контактную площадку 7 подать потенциал и провести электролитическое осаждение металла, то на всех элементах получится одинаковая толщина слоя. В едином цикле осаждения в данном случае невозможно получить на элементах слои металла различной толщины, но различную толщину полуить воз.Ожно, если применить эффект последовательного годключения наращиваемых элементов при использовании увеличения линейных размеров за счет бокового разрастания. Пер,оначальный тонкопленочный микрорельеф при этом изменяот, в цепи токоведущпх дорожек создают методом фотолитографии разрывы,Например, если тонкопленочный микрорельеф создается из тонких пл; гок титана и никеля, то используется для проведения фотолитографии фотсрезист ФПи удаление пленок проводится хиически в травителе следующего состава:НР: НЯ 04 . НИОз=2: 1; 1Ширина разрывов в токоведущих дорожках выбирается в зависимости от соотношения толщин осажденных слоев на элементах, а также в зависимости от состава и режима работы электролита. Например, при осаждении меди из медного сернокислого электролита состава: медь сернокислая СП 504 2 Н 20 - 250 г/л; серная кислота Н,504 - 50 г/л, температуре электролита 20 в : 25 С; плотности тока осаждения 3 - 5 А/дм с применением реверсивного тока при соотношении 11. 1= =5: 1, при наложении ультразвукозых колебаний на ванну, ширину разрывов 9 выбирают соответственно: первый разрыв 9 - 24 мкм, второй 9 - 16 мкм при указанном соотношении наращиваемых толщин (см. фиг.3) . Для изоляции токоведущих дорожек от осаждения наносится защитный диэлектрический слой, например слой фоторсзиста ФП, в котором открываются окна над элементами и на границах разрывов,На контактную площадку 7 подается потенциал и производится осаждение слоя металла Г элсктро,итичесеой ВЯН 11 с с применением Очистки и циркуляции электролита и вращением катода со скоростью 150 - 180 об/мин. Ля 3.с."1 с 11 тс 4 и 1 зя тсво 1, б .115 яишеи к этому элементу, границе разрыва 9 происходит осаждение металла, Остальные элементы 5 ь 6 э,.ектрически отсоединены и осаждение 1 а них не производится. За счет бокового разрастания осажденного слоя на границе р 1;рыва 9 ширина разрыва сокращается и 1 и достиже:Ип толщины осажденного слоямкм пропзоидет замыкание разрыва, эле.сит 5 прп этом подключают к цепи осажден и 5.На следующем этапе происходит осаждение ня элементах 4 и 5 и на левой границе вгорого разрыва 9 (см. фиг. 3). При достижении на элементе 4 толщины слоя 50 мкм, а на элементе 5 - 20 мкм подключается следующий элемент 6 и происходит осаждение па все элементы одновременно. При достижении определенной толщины осаждение прекрящаОт и получают на элементах различающиеся указанные толщины осажденных слоев. Таким образом, выбирая электролиты и создавая необходимые разрывы можно получать в едином цикле осаждения необходиОТДЕЛЬНЫХ элемено ТОНКОПЛЕ- ноного микрорельефа.Примспсние эффекта бокового разрастания позволяет получать осяждснные слои заданного произвольного профиля по толщине. На ди:ектрпческой подложке создается система .1 ро:;о,.:1 ц 1.х тонкопленочных микроучастков5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 11, разъединенных друг от друга разрывами 12 необходимой ширины (см. Фиг. 4). Число микроучастков 11 выбирают в зависимости от необходимой точности воспроизведения заданного микрорельефа. Например, если погрешность воспроизведения элемента размером 100 мкм микрорельефа не должна превышать 200 мкм, то число микроучастков 11, минимально необходимое для воспроизведения элемента с указанной погрешностью, должно быть не менее пяти.Расстояние 12 между микроучастками 13 - 16 (см. фиг. 4 и 5) необходимо обеспечить в оайоне этих микроучастков как описывалось яыше. Например, если разница высот микрорельефа над микроучастками 13 и 14 должна составлять 30 мкм, то расстояние между микроучастками 13 и 14 должно равняться 24 мкм, а при разнице высот над микро- участками 14 и 15 в 20 мкм, расстояние между этими микроучастками должны быть равным 16 мкм,Затем подключают источник тока к микро- участку 13 (см. фиг. 5) в зоне наибольшей высоты наращиваемого микрорельефа, опускают изготовленную композицию в электролит и наращивают на выбранном микроуча. стке слой 17 толщины, на которую должен возвышаться рельеф на данном участке по сравнению с соседним микроучастком. Далее замыкают нарощенный слой с близлежащим контактным микроучастком 14 за счет бокового разрастания нарощенного слоя.При этом накладывают на электролит ультразвуковое поле, подбирая его амплитуду и частоту, перемешивают электролит и перемещают периодически подложк в электролите для получения более плавных переходов поверхностей от одного микроучастка рельефа к другому. Наращивают на подсоединенном (-ных) микроучастке (-ках) слой 18 толщины, на которую должен возвышаться рельеф на данном (-ных) микроучастке по сравнению с соседними микроучастками. Производят последовательные замыкания и наращивания слоев 19 и 20 и на следующих микроучастках 15 и 16 (как описано выше) до полного наращивания заданного микрорельефа. При подключении очередных микро- участков происходит наращивание рельефа на ранее подключенных микроучастках.Если необходимо нарастить рельеф с несколькими выступающими возвышенностями, то необходимо последовательно подключать к наращиванию микроучастки, соответствующие этим возвышенностям, не дожидаясь, когда микроучастки замкнутся за счет бокового разрастания. Такое подключение к наращиванию микроучастков, соответствующих выступающим возвышенностям, можно осуществлять путем подведения к ним токоведущих дорожек с разрывами, Величина разрыва должна при этом быть такой, чтобы за время заращивания разрыва на мпкроучастке с возвышенностью наибольшей высоты был нарощен слой толщины, на которую должна превышать вершина этой возвышенности вершину второй по высоте возвышенности и т. д.Для повышения точности выращивания рельефа наперед заданной высоты и пространственной формы можно применить воздействие на ионы в электролите магнитного поля. Для этого формируют ионный луч, включая магнитное поле, направляют вектор напряженности магнитного поля вдоль электролитических силовых линий в электролите, величину магнитного поля выбирают в зависимости ст размеров нгрощиваемых у астков. В области микроучастков, в которой необходимо сгладить неровности наращиваемого рельефа, сканируют ионным лучом, периодически изменяя направление вектора и зеличину напряженности магнитного поля.Донный способ позволяет изготовить рельеф заданной сложной гространственной формы с помощью электролптического осаждения, существенно повысить точность изготовления рельефа и практически с наперед заданной точностью изготовить рельеф сложной пространственной формы. Формула изобретения1. Спосоо селектнного электролитического осаждения металла преимущественно при изготовлении рельефа заданной конфигурации интегральных схем, включающий металлизацию диэлектрической подложки, формирование в слое металлизации рельефа в видс отдельных микроучастков, например, методом фотолитографии, с последующим осаждением металла на микроучастках, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности получения рельефа сложной пространственной формы в едином цикле осаждения, после формирования в слое металлизацпи рельефа в виде отдельных микроучастков, подключают источник тока к мпкроучастку в зоне наибольшей высоты получаемого рельефа, опускают подложку в электролит, осаждают на выбранном микроучастке слой металла толщиной, равной разности высот рельефа на данном микроучастке и на соседнем микро- участке и обеспечивающей замыкание соседним микроучастком, после чего проводят одновременное осаждение металла на замкнутых микроучастках до заданной толщины, обеспечивающей последовательное замыкание осажденного металла с соответстзующим соседним миироучастком, до полного получения рельефа заданной конфигурации.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осаждении металла на электролит накладывают ультразвуковое и магнитное поля.515828 Фг/г. 1 Составитель Т, БогдаловаТехред А. Камышникова Корректор Е. Рожков едактор Блохи дписно: каз 2075/19ЦНИИПИ Типография, пр. Сапунова,Изд.1435 Государственного по делам изоб 13035, Москва, Ж Ю,7 ЦГ,Рф Х Тираж 10 б 8омитета Совета Минисетений и открытий5, Раушская наб., и. 4