PL222706B1 - Sposób wykonania wzorów trójwymiarowych dla technologii przyrządów półprzewodnikowych - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222706 (13) B1 (51) Int.Cl.

(21) Num^{er z}gł^oszeni^a: 399⁷88 H01L 21/00 (2006.01)

H01L 21/027 (2006.01) H01L 23/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 03.07.2012

Sposób wykonania wzorów trójwymiarowych dla technologii przyrządów półprzewodnikowych

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 07.01.2014 BUP 01/14	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16	(72) Twórca(y) wynalazku: MAREK EKIELSKI, Warszawa, PL ZUZANNA SIDOR, Warszawa, PL MARCIN JUCHNIEWICZ, Grodzisk Mazowiecki, PL

PL 222 706 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywania wzorów trójwymiarowych 3D o zróżnicowanych wymiarach przekroju poprzecznego, a zwłaszcza takich, których wymiary od strony podłoża są mniejsze niż wymiary od strony górnej powierzchni, mających wspólną oś symetrii.

Podstawową techniką do generowania wzorów stosowaną w procesie wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych jest fotolitografia. Technika ta polega na wykonywaniu wzorów w warstwie światłoczułej osadzonej na powierzchni struktury przyrządowej, poprzez poddawanie tejże warstwy dział aniu promieniowania UV przez maskę fotolitograficzną. Maskę stanowi płyta szklana lub kwarcowa pokryta warstwą nieprzepuszczalną dla UV, najczęściej chromu z otworami o określonym kształcie i wymiarach. W kolejnym kroku, w zależności od tego czy użyto pozytywowej lub negatywowej warstwy światłoczułej, obszary naświetlone bądź nienaświetlone ulegają rozpuszczaniu w roztworze wywołującym. Wykonany wzór w warstwie światłoczułej, znanymi technikami, przenoszony jest do mat eriału bądź też wzór ten wypełniany jest określonym materiałem. Wykonanie wzoru 3D o kształcie przekroju np. „T” bądź innego gdzie wymiary przekroju od strony podłoża są mniejsze niż górna powierzchnia tego przekroju wymaga dwuetapowego procesu fotolitografii. Dla etapu, w którym wykon ywana jest górna część wzoru, krytycznym jest scentrowanie górnej części względem dolnej tak, aby ich osie symetrii pokrywały się. W praktyce, wykorzystując konwencjonalny proces fotolitografii, jest to trudne do osiągnięcia. W przeważającej części przypadków uzyskiwane są wzory o przekroju w kształcie Γ z mniejszym lub większym przesunięciem względem siebie środków symetrii dolnej i górnej części przekroju poprzecznego wzoru.

Znane z literatury metody generowania wzoru 3D o kształcie „T” [Y. Chen, et al., Fabrication of ultrashort T gates using a PMMA/LOR/UVIII resist stack, J. Vac. Sci. Technol. B 21, 3012 (2004), X Cao et al., Fabrication and performance of 50 nm T-gates for InP high electron mobility transistors, Microelectronic Engineering Vol. 73-74, 818-821(2004)] polegają na kształtowaniu pożądanego profilu wzoru przy zastosowaniu wielowarstwowych masek fotorezystowych. Sposób ten opiera się na wykorzystaniu różnic w czułości fotorezystów na promieniowanie UV lub na wiązkę elektronową a także różną ich podatność na wywoływanie w procesie obróbki litograficznej.

Z publikacji [L. Mingtao et al., Direct three-dimensional patterning using nanoimprint lithography, Appl. Phys. Lett., Vol. 78, No. 21, 21, (2001)] znany jest sposób generowania pożądanego kształtu z wykorzystaniem techniki nanostemplowania. Sposób ten polega na odciśnięciu stempla ze wzorem 3D o kształcie „T” w warstwie rezystu. Stemple takie wykonywane są różnymi metodami: elektronolitografii, trawienia jonowego, elektroosadzania. W każdym przypadku pierwszym z etapów jest wygenerowanie wzoru a następnie jego przeniesienie znanymi technikami do materiału stempla.

Znane sposoby są na ogół nieekonomiczne i niezbyt dokładne, uzyskiwane w warstwach półprzewodnikowych wzory obarczone są błędami wynikającymi z ilości zastosowanych procesów technologicznych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu, który pozwoliłby na łatwe wykonywanie samocentrujących się względem siebie wzorów 3D o zróżnicowanych wymiarach przekroju poprzecznego, a zwłaszcza takich, których wymiary przekroju poprzecznego od strony podłoża są mniejsze niż wymiary od strony górnej powierzchni a zwłaszcza takich wzorów, które mają wspólną oś symetrii.

Sposób według wynalazku polega na wykonaniu trójwymiarowych wzorów (3D) na przezroczystych podłożach za pomocą fotolitografii. W sposobie tym najpierw podłoże pokrywa się warstwą nietransparentną dla promieniowania UV a następnie w warstwie tej znanymi technikami wykonuje się otwór o zadanych wymiarach i kształcie. Następnie osadza się warstwę transparentną dla promieniowania UV na przykład warstwę dwutlenku krzemu i warstwę tę pokrywa się warstwą fotorezystu, w której wykonuje się nad wykonanym już otworem drugi otwór, którego przekrój ma większe wymiary i przenosi się ten drugi otwór do warstwy transparentnej. Drugi otwór w warstwie fotorezystu wykonany jest w procesie fotolitografii, przy czym ekspozycję prowadzi się od strony podłoża, a maskę stanowi osadzona na podłożu warstwa nietransparentna, korzystnie warstwa chromu.

Zastosowanie sposobu według wynalazku umożliwia nie tylko wykonywanie wzorów 3D o zróżnicowanych wymiarach przekroju poprzecznego, to znaczy takich, których wymiary od strony podłoża są mniejsze niż wymiary od strony górnej powierzchni tego przekroju, mających wspólną oś symetrii ale w znaczący sposób upraszcza wykonanie wzorów tego typu. Proponowany sposób pozwala na wyeliminowanie kłopotliwego etapu centrowania dolnej i górnej części wzoru. W zależności od wybr anej techniki generowania wzorów, ostateczny wzór 3D może być realizowany bez udziału klasycznej

PL 222 706 B1 maski fotolitograficznej (funkcję maski pełni warstwa nietransparentna) lub też ogranicza się do jednej maski fotolitograficznej, co znacznie zwiększa jego dokładność i obniża koszty.

Sposób według wynalazku zostanie bliżej opisany na przykładzie wykonania matrycy do wytworzenia stempla polimerowego o kształcie litery „T wykorzystywanego w technice nanostemplowania. Na rysunku pokazano przekroje poprzeczne na kolejnych etapach wytwarzania matrycy. Figura 1 pokazuje przekrój podłoża z warstwą metaliczną, fig. 2 - przekrój podłoża z warstwą metaliczną oraz z warstwą rezystu, fig. 3 - przekrój pokazujący okno wykonane w warstwie rezystu, fig. 4 przedstawia okno przeniesione z warstwy rezystu do warstwy metalicznej, fig. 5 pokazuje przekrój po osadzeniu na warstwie metalicznej warstwy transparentnej, fig. 6 - ten sam przekrój po osadzeniu warstwy rezystu na warstwie transparentnej, fig. 7 - przekrój po wykonaniu okna w warstwie drugiego rezystu, fig. 8 - przekrój po przeniesieniu okna z warstwy rezystu do warstwy transparentnej, a fig. 9 - przekrój z otworem 3D w kształcie litery „T”.

Na podłożu 1 transparentnym dla promieniowania UV, w przykładzie z kwarcu, techniką rozpylania osadzono warstwę 2 nietransparentną dla promieniowania UV - warstwę chromu, o grubości min. 50 nm. Następnie na warstwę 2 naniesiono warstwę rezystu 3 o grubości 500 nm, rozwirowując go z prędkością 4000 rpm w czasie 40 s. Potem tak przygotowane podłoże poddano wygrzewaniu w temperaturze 95°C w czasie 1 min. i przystąpiono do wykonania w warstwie fotorezystu 3 otworu 4 (okna) o kształcie prostokąta o wymiarach 0,6 x 100 μm, który będzie przeniesiony do warstwy 2 (chromowej). Do wykonania wzoru okna 4 w warstwie 3 użyto techniki litografii laserowej. Otrzymany wzór przeniesiono do warstwy 2 za pomocą trawienia w roztworze Etch 18 otrzymując w warstwie 2 okno w postaci otworu 5. Proces prowadzono w temperaturze pokojowej w czasie 45 s. Następnie na otrzymaną strukturę techniką chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmowo (PECVD) osadzono warstwę 6 transparentną dla promieniowania UV z SiO₂ o grubości 600 nm. W kolejnym kroku na warstwę 6 naniesiono warstwę fotorezystu 7 o grubości 1,8 μm, rozwirowując go z prędkością 5000 rpm w czasie 40 s. Następnie tak przygotowane podłoże poddano wygrzewaniu w temperaturze 115°C w czasie 1 min. Otrzymaną strukturę poddano ekspozycji promieniowaniem UV w taki sposób, że maskę fotolitograficzną stanowiła warstwa 2. W rezultacie czego, w warstwie fotorezystu 7 otrzymano prostokątne okno - otwór 8 o długości krótszego boku równej 1 μm, mającego środek symetrii tożsamy ze środkiem symetrii otworu 5.

Następnie otrzymany otwór 8 przeniesiono do warstwy 6 za pomocą reaktywnego trawienia jonowego (RIE) otrzymując w warstwie 6 otwór 9. Do wygenerowania plazmy użyto mieszaniny gazowej o składzie CF₄/O₂ i proporcjach 87,5/12,5% przykładając moc P_RF = 100 W. Ciśnienie w reaktorze wynosiło 50 mTorr, proces prowadzono w temperaturze 20°C. Po usunięciu warstwy fotorezystu 7 uzyskano matrycę z otworem 3D w kształcie litery „T” utworzonym z otworu 5 w warstwie 2 oraz z otworu 9 w warstwie 6, wykorzystywaną do wytworzenia stempla polimerowego.

Okno - otwór 8 w warstwie fotorezystu 7 otrzymane jest w procesie fotolitografii z tą różnicą w stosunku do klasycznej fotolitografii, iż ekspozycję prowadzi się od strony podłoża 1, zaś maskę stanowi nietransparentna dla promieniowania UV warstwa 2 osadzona na podłożu 1. Z kolei warstwa 6 transparentna dla promieniowania UV pełni rolę separatora pomiędzy maską (warstwa 2) a warstwą fotorezystu 7. Na krawędziach okna - otworu 5 w warstwie 2 nietransparentnej dla promieniowania UV zachodzi dyfrakcja promieniowania UV. W konsekwencji umieszczenia warstwy 6 transparentnej dla promieniowania UV pomiędzy maską (warstwa 2) a warstwą fotorezystu 7, naświetlony obszar fotorezystu ulega poszerzeniu względem wymiarów okna - otworu 5 w warstwie 2. Jednocześnie otwór 5 oraz otwór 8 wytworzony w warstwie fotorezystu 7 mają wspólną oś symetrii. Wymiary otworu 8 w warstwie fotorezystu 7 kontrolowane są poprzez zmianę grubości warstwy 6 transparentnej dla promieniowania UV.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykonania wzorów trójwymiarowych dla technologii przyrządów półprzewodnikowych, w którym wzory wykonywane są za pomocą fotolitografii na przezroczystych podłożach, znamienny tym, że najpierw podłoże (1) pokrywa się warstwą (2) nietransparentną dla promieniowania UV, następnie w warstwie (2) znanymi technikami wykonuje się otwór (5) o zadanych wymiarach i kształcie, po czym osadza się warstwę (6) transparentną dla promieniowania UV i warstwę tą pokrywa się warstwą fotorezystu (7), w której nad otworem (5) wykonuje się, drugi otwór (8) o większych

   PL 222 706 B1 wymiarach przekroju poprzecznego, po czym otwór (8) przenosi się do warstwy (6) transparentnej dla promieniowania UV.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otwór (8) w warstwie fotorezystu (8) wykonuje się w procesie fotolitografii, przy czym ekspozycja prowadzona jest od strony podłoża (1), a maskę stanowi osadzona na podłożu (1) warstwa (8) nietransparentna dla promieniowania UV, korzystnie warstwa chromu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę (6) transparentną dla promieniowania UV stanowi warstwa dwutlenku krzemu.