RU2111576C1

RU2111576C1 - Process of formation of photolithographic pattern in silicon dioxide film on relief surface of silicon wafer

Info

Publication number: RU2111576C1
Application number: RU93044951A
Authority: RU
Inventors: С.А. Козин; Т.Г. Чистякова
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1998-05-20

Abstract

FIELD: manufacture of semiconductor devices, for instance, transducers of mechanical parameters. SUBSTANCE: in process of formation of photolithographic pattern in silicon dioxide film on relief surface of silicon wafer positive photoresist is deposited, it is exposed through mask, is developed and thermally processed. Prior to deposition of photoresist on to wafer copper film up to 2.0 mkm thick is sputtered. After deposition photoresist is exposed through mask with negative image of formed pattern windows. Thickness of copper film is increased 3-10 times by electrochemical growth after development and thermal processing of photoresist. on sections uncovered by photoresist. Photoresist is removed, copper layer is etched away over entire surface of plate to depth equal to thickness of initial sputtering with opening of silicon dioxide film in windows, silicon dioxide film is etched away and metal is removed then. EFFECT: enhanced efficiency of process. 7 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например датчиков механических параметров. The invention relates to instrumentation and can be used in the manufacture of semiconductor micromechanical devices, for example sensors of mechanical parameters.

Известен способ фотолитографии по пленке двуокиси кремния, включающий нанесение фоторезиста, формирование рисунка в фоторезисте и травление двуокиси кремния в окнах фоторезиста (Пресс Ф.П. Фотолитографические методы в технологии полупроводниковых приборов и интегральных микрсхем. - М.: Советское радио, 1978). A known method of photolithography on a film of silicon dioxide, including applying a photoresist, forming a pattern in a photoresist and etching silicon dioxide in the windows of a photoresist (Press F.P. Photolithographic methods in the technology of semiconductor devices and integrated circuits. - M .: Soviet radio, 1978).

Недостатком данного способа при его применении на рельефной поверхности пластины является наличие разрывов фоторезиста после его нанесения и термообработки, приводящие к растраву пленки двуокиси кремния в местах разрывов фоторезиста. The disadvantage of this method when it is applied on the embossed surface of the plate is the presence of tears of the photoresist after its application and heat treatment, leading to rasterization of the silicon dioxide film at the points of tearing of the photoresist.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ формирования рисунка в виде окон в кремнии в углублении рельефа пластины, предусматривающий создание на наклонных гранях и углах рельефа "стоп" - слоев из высоколегированного кремния (авт. св. N 1671066, кл. H 01 L 21/02). Closest to the proposed solution in technical essence is a method of forming a pattern in the form of windows in silicon in the deepening of the relief of the plate, which provides for the creation on the inclined faces and corners of the relief of the "stop" - layers of highly alloyed silicon (ed. St. N 1671066, class H 01 L 21/02).

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются нанесение на рельефную поверхность пластины покрытия из позитивного фоторезиста, экспонирование светом через фотошаблон, проявление и термообработка фоторезиста. Common features of the proposed technical solution and prototype are applying a positive photoresist coating to the embossed surface of the wafer, exposing the light through a photo mask, developing and heat treating the photoresist.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности формирования фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на рельефной кремниевой пластине. The disadvantage of this method is the lack of the possibility of forming a photolithographic pattern in a film of silicon dioxide on a relief silicon wafer.

В предлагаемом техническом решении достигается расширение технологических возможностей формирования фотолитографического рисунка на рельефной поверхности кремниевой пластины. In the proposed technical solution, expansion of technological capabilities of forming a photolithographic pattern on the relief surface of a silicon wafer is achieved.

Согласно изобретению перед нанесением фоторезиста на рельефную поверхность пластины напыляют пленку металла толщиной до 2,0 мкм, после нанесения фоторезиста проводят его экспонирование через фотошаблон с негативным изображением формируемых окон рисунка, после проявления и термообработки фоторезиста электрохимическим наращиванием увеличивают толщину пленки металла в 3 - 10 раз в участках рельефа, непокрытых фоторезистом, удаляют фоторезист, стравливают по всей поверхности пластины металл на глубину, равную толщине первоначального напыления, открывая при этом в окнах пленку двуокиси кремния, стравливают пленку двуокиси кремния, а затем удаляют металл. В качестве металла, как вариант, используют медь. According to the invention, before applying the photoresist on the relief surface of the plate, a metal film up to 2.0 microns thick is sprayed, after applying the photoresist, it is exposed through a photo mask with a negative image of the formed windows of the picture, after the development and heat treatment of the photoresist by electrochemical growth, the thickness of the metal film is increased 3-10 times in the areas of the relief uncovered by the photoresist, the photoresist is removed, the metal is etched over the entire surface of the plate to a depth equal to the thickness of the initial pressure Lenia, opening the windows in the silicon dioxide film, a film of silicon dioxide is vented, and the metal is then removed. As a metal, as an option, copper is used.

На фиг. 1 изображена кремниевая пластина (1), покрытая пленкой двуокиси кремния (2) и имеющая рельеф в виде углублений (3) и выступов (4). In FIG. 1 shows a silicon wafer (1) coated with a silicon dioxide film (2) and having a relief in the form of recesses (3) and protrusions (4).

На фиг. 2 изображена пластина после напыления пленки металла толщиной (h₁) до 2,0 мкм (5). При большей толщине пленки металла возможно ее отслоение. Данная толщина также достаточна для обеспечения прохождения тока по поверхности пластины при последующем электрохимическом наращивании металла.In FIG. 2 shows a plate after deposition of a metal film with a thickness (h ₁ ) up to 2.0 μm (5). With a greater thickness of the metal film, it may delaminate. This thickness is also sufficient to ensure the passage of current along the surface of the plate during subsequent electrochemical growth of the metal.

На фиг. 3 изображена пластина после нанесения фоторезиста, его экспонирования через фотошаблон с негативным изображением формируемых окон рисунка, проявления и термообработки. На пластине сформированы островки фоторезиста (6), соответствующие участкам, в которых будет травиться пленка двуокиси кремния. Фоторезист находится только на планарных участках пластины, т. о. исключен разрыв фоторезистивного покрытия на рельефных участках пластины. In FIG. Figure 3 shows a plate after applying a photoresist, exposing it through a photo mask with a negative image of the formed windows of the pattern, manifestation and heat treatment. Photoresist islands (6) are formed on the plate, which correspond to the areas in which the silicon dioxide film will be etched. Photoresist is located only on planar sections of the plate, i.e. the rupture of the photoresist coating on the relief portions of the plate is excluded.

На фиг. 4 изображена пластина после электрохимического наращивания пленки металла в открытых от фоторезиста участках пластины (7). Наращивание толщины металла (h₂) менее, чем в 3 раза от исходной толщины (h₁) затруднит на последующей операции общего травления металл формирование защитного слоя металла, достаточного для травления SiO₂ в окнах. Наращивание толщины металла (h₂) более, чем в 10 раз от исходной толщины (h₁) за счет бокового наращивания существенно исказит размеры окон и целесообразно экономически.In FIG. Figure 4 shows a plate after electrochemical growth of a metal film in areas of the plate that are open from the photoresist (7). The increase in metal thickness (h ₂ ) less than 3 times from the original thickness (h ₁ ) will make it difficult in the subsequent general etching operation of the metal to form a protective layer of metal sufficient for etching SiO ₂ in the windows. Increasing the thickness of the metal (h ₂ ) more than 10 times from the original thickness (h ₁ ) due to lateral building will significantly distort the size of the windows and is economically feasible.

На фиг. 5 изображена пластина после удаления фоторезиста и стравливания по всей поверхности металла на толщину h₃ = h₂ - h₁ до вскрытия в окнах (8) пленки SiO₂ (2).In FIG. 5 shows the plate after removing the photoresist and etching over the entire metal surface by a thickness h ₃ = h ₂ - h ₁ until the SiO ₂ film (2) is opened in the windows (8).

На фиг. 6 изображена пластина после стравливания пленки SiO₂ в окнах до кремния (9).In FIG. Figure 6 shows a plate after etching a SiO ₂ film in windows to silicon (9).

На фиг. 7 изображена пластина со вскрытыми окнами (10) в пленке SiO₂ (2).In FIG. 7 shows a plate with open windows (10) in a SiO ₂ film (2).

Применение предложенного способа приведено на примере формирования фотолитографического рисунка в пленке двуокиси кремния на поверхности кремниевой пластины с ориентацией (100), имеющей рельеф в виде углублений на 20 мкм, сформированных методом анизотропного травления кремния с углом наклона боковых стенок 54^o. Окна в SiO₂ формируют на дне углублений. На поверхность пластины с углублениями, покрытую пленкой SiO₂, методом магнетронного распыления напыляют пленку меди толщиной 1,0 мкм с адгезионным подслоем ванадия толщиной 0,1 мкм. Методом центрифугирования наносят фоторезист марки ФП-383. После сушки фоторезист экспонируют светом через фотошаблон, имеющий непрозрачные для света участки в местах будущих окон в SiO₂. Проявляют фоторезист в растворе щелочи и термообрабатывают для задубливания. Наращивают в электролите (состава CuSO₄ - 200 г, H₂SO₄ - 38 мл, CrO₃ - 4 г; H₂O до 1000 мл) при токе 1,0-1,4 А пленку меди до толщины 8,0 мкм. В участках, покрытых фоторезистом, наращивание меди не происходит. Удаляют фоторезист в диметилформамиде и травя медь (в растворе CrO₃ - 450 г, H₂SIO₄ - 50 мл; H₂O до 1000 мл) по всей поверхности пластины на толщину 1,5 мкм до ванадия в окнах и оставшейся толщины меди, равной 6,5 мкм, вне окон. Стравливают ванадий в окнах в растворе перекиси водорода и стравливают пленку SiO₂ в растворе HF. Стравливают полностью пленки меди и ванадия в отмеченных растворах.The application of the proposed method is illustrated by the formation of a photolithographic pattern in a silicon dioxide film on the surface of a silicon wafer with a (100) orientation, having a relief in the form of recesses of 20 μm formed by anisotropic etching of silicon with an angle of inclination of the side walls of 54 ^o . Windows in SiO ₂ form at the bottom of the recesses. On the surface of the wafer with recesses coated with a SiO ₂ film, magnetron sputtering sputter a 1.0 μm thick copper film with a 0.1 μm thick vanadium adhesive sublayer. A photoresist of the FP-383 brand is applied by centrifugation. After drying, the photoresist is exposed to light through a photomask having areas that are opaque to light at future windows in SiO ₂ . The photoresist is developed in an alkali solution and heat treated to submerge. In the electrolyte (composition CuSO ₄ - 200 g, H ₂ SO ₄ - 38 ml, CrO ₃ - 4 g; H ₂ O up to 1000 ml), a film of copper is grown to a thickness of 8.0 μm at a current of 1.0-1.4 A . In areas coated with photoresist, copper build-up does not occur. Remove the photoresist in dimethylformamide and grass copper (in a solution of CrO ₃ - 450 g, H ₂ SIO ₄ - 50 ml; H ₂ O up to 1000 ml) over the entire surface of the plate to a thickness of 1.5 μm to vanadium in the windows and the remaining thickness of copper, equal to 6.5 microns, outside the windows. The vanadium in the windows is etched in the hydrogen peroxide solution and the SiO ₂ film is etched in the HF solution. Copper and vanadium films are completely etched in the indicated solutions.

Преимуществом предлагаемого способа является реализация возможности формирования рисунков в пленке двуокиси кремния в рельефных участках кремниевой пластины с сохранением сплошности данной пленки на остальной поверхности пластины за счет исключения разрывов фоторезиста на боковых наклонных стенках рельефа. An advantage of the proposed method is the realization of the possibility of forming patterns in a silicon dioxide film in the relief portions of the silicon wafer while maintaining the continuity of this film on the remaining surface of the wafer by eliminating the tearing of the photoresist on the side inclined walls of the relief.

Claims

A method of forming a photolithographic pattern in a silicon dioxide film on a relief surface of a silicon wafer, comprising applying a positive photoresist layer to a relief substrate, exposing, developing, heat treating and etching silicon dioxide and removing the photoresistive layer, characterized in that before applying the photoresist layer on the relief surface of the substrate a copper layer is sprayed up to a thickness of 2 microns, and exposure is conducted through a negative photomask, after which the honey layer is electrochemically increased the windows in the photoresist mask 3 - 10 times, and removing the photoresist layer is performed before etching the copper layer and the silicon dioxide, after which the copper layer is removed.