Способ изготовления шаблона

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ У. Ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ У(71) Институт кибернетики АН УССР(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШАБЛОНА,включающий последовательное нанесение на подложку первого токопроводящего и защитного слоев, формирова.801064352 АЫ 511 Н 01 . 21/312 ние в йих окон методом литографии,нанесение поглощающего либо пропускающего и второго токопроводящегослоев и удаление защитного слоя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения разрешающей способности, нанесение поглощающеголибо пропускающего слоя проводят нанезащищенную боковую поверхностьпервого токопроводящего слоя электрохимическим осаждением или химическим осаждением, или вакуумнымнапылением, или термическим окислением.Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.Известен способ изготовления шаблона, включающий нанесение на поверхность подложки сплошного слоя легкотравящегося материала, например, фоторезиста Формирование в нем методом фотолитографии негативного рисунка, нанесение токопроводящего слоя легкотравящегося материала Г 13Недостатком данного способа является низкая разрешающая способность обусловленная физическими принципами Фотолитографии.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления шаблона, включакщий последовательное навесение на подложку токопроводящего слоя тонкого гальванического слоя металлс и, защитного слоя позитивного резиста. Методом электронной литографии в слое резистаФормируют окна, в которые гальваническим способом наносят слой поглощающего или пропускающего материала, не удаляя оставши 9 ся резист, На следующем этапе на подложку наносят слой негативного резиста и проводят экспонирование ренгеновским излучением со стороны подложки, При этом засвечиваются те участки реэиста, которые не защищены, После облучения негативный резист удаляется с неэкспонированных участков, которые опять покрывают поглощающим слоем, например золотом, до высоты негативного резиста. После этого стравливают защитные слои позитивного и негативного резистов, а также удаляют слой меди с участков, которые не являются рйсунком маски Г 2 3. Нанесение поглощающих или пропускающих слоев произ водят, наприйер,электрохимическим, химическим осаж 55 дением, вакуумным напылением илитермическим окислением,При использовании шаблонов, изготовленных предлагаемым способом,например, в ионно-лучевой или рентбО геновской литографии, для увеличения пропускающей способности излучения или пучков в местах, незащищенных поглощающим слоем, с обратной.стороны подложки Формируют окно методом травления Недостатком известного способа . является низкая разрешающая способность, обусловленная низкой разрешающей способностью методов, с помощью которых этот шаблон получен.Цель изобретения - повышение разрешающей способности,. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему последовательное нанесение на подложку первого токопроводящего и защитного слоев, формирование в них окон,. например, методом литографии, нанесение поглощающего либо пропускакщего слоев и второго токо- проводящего слоев и удаление защитного слоя, нанесениепоглощающего либо пропускающего слоя проводят на незащищенную боковую поверхность пер вого токопроводящего слоя электро- химическим осаждением или химическим осаждением, или вакуумным напылением, или термическим окислением. Нанесение поглощающего или пропускающего слоя на незащищенную боковую поверхность первого токопроводящего слоя позволяет значительноповысить раэрешЗкжую способность,так как толщина осаждаемого поглощающего или пропускающего слоя мржет быть очень малой (менее 500 Л).На фиг, 1-5 изображена последовательность выполнения основных тех 1 О нологических операций предлагаемогоспособа,На поверхность подложки 1 наносятпервый токопроводящий слой 2 и защитный слой 3 (фиг, 1), формируют,.Р)5 например, методом фотолитографии окна 4 в первом токопроводящем 2 изащитном 3 слоях (фиг. 2). Затем нанезащищенную боковую поверхностьпервого токопроводящего слоя 2 на 2 О носят поглощающий либо пропускающийслой 5 (фиг, 3), производят нанесение второго токопроводящего слоя 6(фиг, 4), На полученную систему воз-действуют травителем для материала25 защитного слоя 3, который, удаляясьувлекает за,собой лежащий на немвторой токопроводящий слой б (фиг5).Подложка, на поверхность которойосаждают пленочные слои, должна бытьпрозрачной для конкретного вида излучения и может быть как полупроводниковой, так и диэлектрической.Токопроводящие слои, например,кремния, тантала, алюминия наносятлюбым из известных методов, например, термическим испарением в ваКууме, гетероэпитаксиальным наращиванием, ионно-плазменным распылением.Защитные слои выполняются, например, из фоторезиста, окислов ме 40 таллов ,А 1 ОЗ, Т)О) и полупроводников (5)0 ), нитридов (5) М+) металлов и др,Поглощающие слои наносят, например, из металлов (Ац, Рй), а пропус 45 кающие слои (при использовании шаблона, изготовленного по предлагаемому способу, для фотолитографии ) выполняют из материалов, прозрачныхдля ультрафиолетовой области спект 5 Ра, напРимеР А)0, 5) 0 и др.П р и м е р 1. На поверхность сапфировой подложки методом гетеро-. эпитаксиального наращивайия из паров гидридов 5 Н 4. (пиролитическое раз- ф, ложение при Т = 870 К) наносят слой монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, а на него слой нитрида кремния 5,М толщиной 1,0 мкм. Методом Фотолитографии и химического . травления получают участки кремния шириной 2 мкм, защищенные сверху слоем 5.за.Затем на незащищенную боковую поверхность кремниевого слоя гальванически наносят. слой платины Рс толщиной 30 нм из раствора состав, г/Л: 15Цис-диаминонитритплатины 10Азотнокислый аммоний 150Нитрит натрия 11 .Аммиак 25-ный 20водный 55Рабочая температура раствора 372 К, плотность тока 6,5 А/дм .Затем наносят второй слой монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм таким же способом, как и первый слой кремнИя, и травят систему в горячей ортофосфорной кислоте. При этом слой 5 М растворяясь в этом травителе, увлекает за собой часть второго слоя кремния.Полученный шаблон состоит из плен-. ки монокристаллического кремния толщиной 0,5 мкм на сапфировой подложке со сформированными в ней платиновыми поглощающими шинами шириной 30 нм,П р и м е р 2. На поверхность сапфировой подложки наносят методом генероэпитаксиального наращивания путем восстановления галогенидов 40 (например, 5 С 4) слоймонокристаллического кремния с 100толщиной 0,7 мкм, а на него - слой двуокиси кремнйя толщиной 0,5 мкм. Методом, Фотолитографии и химического травления по лучают шины из кремния, разделенные зазорами в 2 мкм и защищенные слоем 502.Затем проводят гальваническое осаждение палладия - относительнодешевого металла платиновой группы толщина слоя 50 нм ) в растворе следующего состава, г/л;Хлористый палладий 8 Двухзамещенный фосфорнокислый натрий 115 ,Двухзамещенный Фосфорнокислый аммоний 20 Бензойная кислота 2,8 Время осаждения слоя в 50 нм около 120 с, температура раствора 55 С плотность тока 0,15 А/дм 2. 60 После осаждения палладия методомгетероэпитаксии наносят второй слоймонокристаллическогб кремния С 100толщиной 0,7 мкм и травят слой в травителе, содержащем ингредиентыв следующем соотношении, об.ч.;Плавиковая кислота 90Фтористый аммоний , 300Вода дистиллированная 600Нанося на полученную заготовкузащитноепокрытие из фотореэиста,формируют широкое окно с обратнойстороны подложки путем травлениясапфира в травителе, в качестве ко"торого используется, подогретая до130 ОС, ортофосфорная кислота.Время травления около 60 мин,При этом сапфировая подложка протравливается до слоя монокремния.Полученный таким образом шаблон имЕет пленку мембрану ) из монокристаллического кремния С 100) толщиной0,7 мкм со сформированными в нейпоглощающими шинами иэ палладия толщиной 50 нм, Расстояние между шинами около 2 мкм,П р и м е р 3. На стекляннуюподложку, например, марки ЛКнаносят прозрачный проводящий слой 3 о 20толщиной 0,3 мкм и защитный слоЯполиамидного лака толщиной 1,0 мкм.Методом фотолитографии и химическо"го травления формируют участки шириной 2,5 мкм из )и О , защищенныесверху полиимидным лаком с .зазороммежду ними 3 мкм. Далее электрохимическим способом в течение 1-2 миннаносят пленку висмута в электролите следующего состава, г/л;Азотнокислый висмут 17Трилон Б 160Лимоннокислый аммоний 23Клей столярныйо2 ь 5Температура электролта 25 С, .плотность тока 0,7 А/дм . После этого наносят еще раз пленку 3 о 03 толщиной 0,3 мкм. Подвергая полученнуюструктуру действию травителя (моноэтиноламина ) для йолиимидного,лака,производят удаление .также пленки3 пОэ, расположеннЬЯ на ней.Полученный шаблон состоит из стеклянной подложки, на которой расположена прозрачная пленка 3 пОз,разде"ленная поглощающими слоями шириной500-700 Х из висмута.П р и м е р 4, На поверхностьсапфировой подложки наносят вакуумным напылением слой титана толщиной0,2 мкм и защитный слой ФотореэистаРНтолщиной 1,0 мкм.С помощью фотолитографии и химйческого травления формируют участкииз пленки титана шириной 3 мкм с зазором между ними 2;5 мкм. Далее наносят пленку ТО с помощью электрохимического окисления в электролите следующего состава, %:Этиленгликоль 70Щавелевая кислота 30Температура электролита 20 С,бплотность тока 3 мА/см . Окислениепроводят в течение 5 мин при напрякении 25 В, Затем еще раз проводят нанесение пленки титана толщиной 0,2 мкм.Подвергая полученную структурудействию травителя для фоторезиста,производят удаление пленки титана,лежащей на фоторезисте,Полученный шаблон состоит иэсапфировой подложки, на которой расположена пленка титана, разделеннаяпрозЦачными слОЯми из Т 02 шириной450 Х.П р и м е р 5. На стеклянную подложку методом вакуумного напылениянаносят пленку алюминия толщиной0,4 мкм и защитный слой, например,меди толщиной 0,8 мкм. С помощью фотолитографии и химического травленияформируют участки шириной 2,0 мкмиэ меди, а потом с помощью плазмохимического травления - такие жеучастки иэ алюминия. Затем проводятформирование окисной пленки на торцовой поверхности алюминия химическим способом в растворе следующегосостава, г/л:Ортофосфорная кислота 45Кислый фтористый калий 4Хромовый ангидрид бПроцесс ведут при 25 С с выдержкой в теченир 15 с. Толщина окиснойпленки 1000 А,После этого производят нанесениепленки алюминия толщиной 0,4 мкм.После травления защитного слоя медии удаления вместе с ним пленки алюминия, лежащей сверху, образуетсяшаблон, состоящий из пленки алюминия, разделенной окиными слоямиА 1 0 толщинои 1000 А.П р и м е р б, На поверхностьсапфировой подложки формируют пленку кремния р типа толщиной 0,5 мкм,на которую наносят защитный слой510 толщиной 1,0 мкм. С помощьюфотолитографии и лаэмохимическоготравления Формируют шины в слоях5102 и 51. Далее проводят химическое осаждение золота иэ раствораследующего состава, г/л.:Цианид золота (71 Ъ Ац) . 20Двухосновный лимоннокислый аммоний 100Процесс ведут при 60 С в .течениео1 мин. Толщина осаждаемой при этомпленки Ац составляет 120 нм.После указанного процесса химического осаждения Аи снова формируют пленку кремния р типа толщиной 1,0 мкм. После травления защитного слоя 5102 и удаления вместе с ним пленки кремния образуется шаблон,. состоящий из пленки кремния толщиной 1,0 мкм, разделенный слоем золота толщиной 120 нм. П р и и е р 7. На поверхность сапфировой подложки методом электроннолучевого испарения накосят слой 510толщиной 0,5 мкм и слой А 1 толщиной 1,5 мкм. С помощью фотолитографии и плазмохимического травленияформируют участки 510 шириной1,8 мкм, защищенные сверху пленкойалюминия с зазором между ними 2,0 мкм..оРазмещая подложку под углом 45 к10 направлению потока испаряемого вещества, проводят нанесение пленкизолота на одну незащищенную боковуюповерхность участков 5102, потом,развернув подложку, наносят пленку15 золота на вторую боковую часть участков 50 толщиной по 600 А. Далеес помощью. электроннолучевого испарения слой эО толщиной 0,5 мкм.Действуя травителем для алюминия(НэР 04.НО = 1;1) на полученнуюструктуру, производят удаление. пленки алюминия, а вместе с ней пленокзолота и 510 , расположенных на ней.Полученный шаблон состоит иэ пленки 50 толщиной 0,5 мкм насапфировой подложке со сформированнымив ней золотыми поглощающими шинамитолщиной 600 А.П р и м е р 8. На поверхностькварцевой подложки методом вакуумного напыления наносят слой золотатолщиной 0,5 мкм и защитный слойиз полиимидной пленки толщиной1,5 мкм, Методом фотолитографии, химического травления и высокочастотЗ 5 ного распыления формируют шины иззолота шириной 1,8 мкм, защищенныесверху полиимидной пленкой с зазороммежду шинами в 2,0 мкм.Размещая подложку под углом 4540 к направлению потока пара испаряемого вещества, методом электроннолучевого испарения наносят на обестороны незащищенных участков слойА 103 толщиной 500 А. Затем с по 45 мощьк) вакуумного .напыления наносятслой Ав толщиной 0,5 мкм,Окуная полученную структуру втравитель для полиимидной пленки(моноэтаноламин 1, производят ее удаление, а вместе с ней и пленки золотаи А 120 , которые расположены сверхуна,ней, и получают шаблон, состоящийиз поглощающей пленки золота толщиной 0,5 мкм и шириной 1,8 мкм накварцевой подложке со сформированными в ней пропускающими шинами иэА 10шириной 0,5 мкм.П р и м е р 9. На поверхностькварцевой подложки вакуумным напылением наносят слой висмута толщиной0,3 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, защищенные65 сверху полиимидной пленкой. После540/53 Мираж 703 ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушска Зака Подп митета СССР открытий наб., д, 4ное е еПП Патент , г.Бкгород, ул .Проектная, 4 Филиал выдержки в течение 15 мин при 250 Сна воздухе незащищенные участкипленки висмута окисляются, Далееопять производят нанесение слоявисмута толщиной 0,3 мкм, а затемудаление .полиймидной пленки в моноэтаноламине. Таким образом, в полученном шаблоне поглощающие участкивисмута разделены пропускающимиучастками из окиси висмута шириной300 А.П р и м .е р 10. На поверхностьстеклянной подложки марки ЛКнаносят пленку титана толщиной 0,15 мкми защитный слой полиимидного лакатолщиной 0,5 мкм. С помощью Фотолитографии и .химического травленияФормируют участки из пленки титана1 шириной 2 мкм с зазором между ними3 мкм. Полученную структуру окисляют на воздухе в течение 30 мин при400 С, Затем на полученную структуруЬосаждают пленку титана толщиной0,15 мкм с последующим травлением гполиимидной пленки. Полученный шаблон состоит из стеклянной подложки,на которой расположена пленка титана, разделенная прозрачными участками из Т 0 шириной 600 Х.Технико-зкономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом состоит в повыше 10нии разрешающей способности шаблоназа счет того, что ширина поглощающего слоя может быть. очень малойгименее 500 й ), в воэможности изготовлениявысококонтрастных шаблонов с коэффициентом контраста у 12015 (прототип до 10 ), а также в повышениидолговечности шаблона при использовании его в ионно-лучевой и рентгеновской литографии за счет улучшения теплоотвода от поглощающего слоя20 в результате увеличения площади соприкосновения этого слоя с хорошопроводящими тепло слоями (например,кремния ),