RU2205469C1 - Method for producing three-dimensional conducting structure - Google Patents

Method for producing three-dimensional conducting structure Download PDF

Info

Publication number
RU2205469C1
RU2205469C1 RU2002110168/28A RU2002110168A RU2205469C1 RU 2205469 C1 RU2205469 C1 RU 2205469C1 RU 2002110168/28 A RU2002110168/28 A RU 2002110168/28A RU 2002110168 A RU2002110168 A RU 2002110168A RU 2205469 C1 RU2205469 C1 RU 2205469C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
workpiece
accelerated particles
template
atoms
metal
Prior art date
Application number
RU2002110168/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.А. Гурович
Е.А. Кулешова
Д.И. Долгий
Original Assignee
Гурович Борис Аронович
Кулешова Евгения Анатольевна
Долгий Дмитрий Иосифович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Гурович Борис Аронович, Кулешова Евгения Анатольевна, Долгий Дмитрий Иосифович filed Critical Гурович Борис Аронович
Priority to RU2002110168/28A priority Critical patent/RU2205469C1/en
Priority to PCT/RU2003/000171 priority patent/WO2003088333A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2205469C1 publication Critical patent/RU2205469C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76822Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
    • H01L21/76823Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. transforming an insulating layer into a conductive layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76822Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
    • H01L21/76825Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. by exposing the layer to particle radiation, e.g. ion implantation, irradiation with UV light or electrons etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: microelectronics; midget devices, integrated circuits, memory devices, and optical members. SUBSTANCE: method using only one mask for producing three- dimensional multilayer conducting structure involves irradiation of blank of two- or many-atom dielectrics by accelerated particle flow ensuring selective removal of nonmetal atoms from blank material through single mask that bears pattern in the form of through and blind holes of different height, this being followed by processing the blank through this mask with nonmetal ion flow to provide for recovery of insulating properties of blank material in desired areas; mask thickness should be greater than projective transit time of accelerated particles therein. EFFECT: facilitated manufacture. 7 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур или структур с иными свойствами с помощью потока ускоренных частиц и может быть использовано в микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем, запоминающих устройств и оптических элементов. The invention relates to a technology for creating complex conductive structures or structures with other properties using a stream of accelerated particles and can be used in microelectronics to create ultra-miniature devices, integrated circuits, storage devices and optical elements.

Известен способ создания элементов проводящей структуры на диэлектрических слоях (см. описание к заявке ФРГ 19503178, Н 01 L 21/60, 1997). Способ включает разрушение оксидного слоя на поверхности алюминия и осаждение упрочняющего материала. Для этого упрочняющий материал, находящийся на подложке, переносится с помощью мощного излучения на поверхность алюминия, причем перед этим оксидный слой разрушается под действием мощного излучения и возбужденных частиц упрочняющего материала. При помощи отклоняющего устройства для луча на обрабатываемой поверхности создается слоистая металлизированная структура с требуемой геометрией рисунка. Недостатком известного способа является невозможность получения структуры с размерами отдельных элементов в несколько нанометров. Кроме того, использование способа ограничено, поскольку он применим только для алюминиевых подложек. A known method of creating elements of a conductive structure on dielectric layers (see the description of the application of Germany 19503178, H 01 L 21/60, 1997). The method includes the destruction of the oxide layer on the surface of aluminum and the deposition of hardening material. For this, the reinforcing material located on the substrate is transferred by means of high-power radiation to the surface of aluminum, and before that, the oxide layer is destroyed under the action of high-power radiation and excited particles of the reinforcing material. Using a deflecting device for a beam, a layered metallized structure with the required geometry of the pattern is created on the surface to be treated. The disadvantage of this method is the inability to obtain a structure with the dimensions of individual elements of several nanometers. In addition, the use of the method is limited since it is applicable only to aluminum substrates.

Известен способ формирования рисунка с применением электронного пучка (см. описание к заявке Японии 6038411, Н 01 L 21/302, 1994). Способ заключается в том, что в реакционной камере размещают систему для фокусировки электронного пучка, создают атмосферу из возбужденных реакционно-способных частиц и размещают на держателе обрабатываемую пластину. С помощью электронного пучка, несущего информацию, связанную с определенным рисунком, облучают пластину и в результате изменения ее вещества под воздействием электронного пучка и реакционно-способных частиц на пластине формируется определенный рисунок. Недостатком известного способа является сложность его осуществления, заключающаяся в формировании в камере атмосферы реакционно-способных частиц с одинаковой реакционной способностью, чтобы обеспечить воспроизводимость процесса на всех участках рисунка, что требует сложной аппаратуры контроля. Кроме того, известный способ не позволяет обеспечить получение элементов изображения, составляющих рисунок, с размерами в несколько нанометров. A known method of forming a pattern using an electron beam (see the description of Japanese application 6038411, H 01 L 21/302, 1994). The method consists in placing a system for focusing an electron beam in a reaction chamber, creating an atmosphere from excited reactive particles, and placing a plate to be processed on the holder. Using an electron beam that carries information associated with a particular pattern, the plate is irradiated and, as a result of a change in its substance under the influence of the electron beam and reactive particles, a specific pattern is formed on the plate. The disadvantage of this method is the complexity of its implementation, which consists in the formation in the chamber of the atmosphere of reactive particles with the same reactivity in order to ensure reproducibility of the process in all areas of the figure, which requires complex control equipment. In addition, the known method does not allow to obtain image elements that make up the picture, with dimensions of several nanometers.

Известен способ получения проводящего рисунка из металлических соединений путем прямого преобразования обрабатываемого материала под воздействием модулированного пучка излучения (см. описание к патенту США 5459098, Н 01 L 21/306, НКИ 437-173, 1995). Способ включает осаждение на подложку изоляционного слоя из нитрида металла и сканирование по ней модулированным лазерным лучом. Под воздействием лазерного излучения пленка нитрида металла разлагается на металлическую составляющую и газообразную. В процессе реализации способа газ удаляется, а на диэлектрической подложке остается металл, образующий проводящий рисунок. Недостатком известного способа является малая разрешающая способность создаваемого рисунка (проводящей структуры), не позволяющая получать отдельные элементы структуры размером в несколько нанометров. A known method of obtaining a conductive pattern of metal compounds by direct conversion of the processed material under the influence of a modulated radiation beam (see the description of US patent 5459098, H 01 L 21/306, NKI 437-173, 1995). The method includes depositing an insulating layer of metal nitride on a substrate and scanning it with a modulated laser beam. Under the influence of laser radiation, a metal nitride film decomposes into a metal component and a gaseous one. During the implementation of the method, the gas is removed, and the metal forming the conductive pattern remains on the dielectric substrate. The disadvantage of this method is the low resolution of the created pattern (conductive structure), which does not allow to obtain individual elements of the structure with a size of several nanometers.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ получения проводящей структуры, известный из описания к RU 2129320, Н 01 L 21/263, 20.04.99 (см. патент-аналог US 6218278, НКИ 438/597, 2001). Способ формирования проводящей структуры включает нанесение на подложку слоя материала, преобразуемого в проводящий воздействием излучения, и его обработку модулированным лучом от источника заряженных частиц. Под воздействием ускоренных частиц в обрабатываемом материале происходит селективное удаление атомов неметаллов, что и приводит к преобразованию в обработанном участке диэлектрика в металл. Способ позволяет формировать на подложке слой за слоем и таким образом получать объемные проводящие структуры, отдельные слои которой при необходимости могут быть разделены диэлектрическими слоями. В этом случае роль подложки будет выполнять предыдущий слой с выполненной в нем (или на нем) структурой (рисунком). Closest to the claimed in its technical essence is a method of obtaining a conductive structure, known from the description to RU 2129320, H 01 L 21/263, 04/20/99 (see patent analogue US 6218278, NKI 438/597, 2001). A method of forming a conductive structure includes applying a layer of a material that is converted to a conductive material by radiation on a substrate and processing it with a modulated beam from a source of charged particles. Under the influence of accelerated particles in the processed material, selective removal of non-metal atoms occurs, which leads to the conversion of the dielectric into a metal in the treated area. The method allows to form layer by layer on a substrate and thus obtain volumetric conductive structures, individual layers of which, if necessary, can be separated by dielectric layers. In this case, the role of the substrate will be played by the previous layer with the structure (pattern) made in it (or on it).

Недостатком известного способа является то, что при изготовлении объемной (многослойной) структуры для формирования через шаблон рисунка в каждом из последующих слоев необходимо применять отдельные шаблоны по числу слоев. Учитывая малые размеры элементов структуры, проблема установки шаблонов строго в одно и то же место (совмещение шаблонов) вызывает определенные сложности. Механизм установки шаблонов должен обеспечивать их позиционирование с точностью до нескольких нанометров. The disadvantage of this method is that in the manufacture of a three-dimensional (multilayer) structure for the formation of a pattern through a pattern in each of the subsequent layers, it is necessary to use separate patterns according to the number of layers. Given the small size of the structural elements, the problem of installing templates strictly in the same place (combining templates) causes certain difficulties. The template installation mechanism should ensure their positioning with an accuracy of several nanometers.

Заявляемое изобретение направлено на упрощение технологии за счет использования одного и того же шаблона для формирования всей многоуровневой объемной структуры. The invention is aimed at simplifying the technology by using the same template to form the entire multi-level volumetric structure.

Указанный результат достигается тем, что способ получения объемной проводящей многоуровневой структуры осуществляется путем облучения заготовки из двух- или многоатомных диэлектриков потоком ускоренных частиц, обеспечивающих селективное удаление в материале заготовки атомов неметаллов, через один шаблон, в котором выполнен рисунок в виде сквозных и/или несквозных отверстий различной глубины, и последующую обработку заготовки через этот же шаблон потоком ионов неметаллов, обеспечивающих восстановление диэлектрических свойств материала заготовки в требуемых областях, при этом шаблон выполняют с толщиной, превышающей длину проективного пробега в нем используемых ускоренных частиц. This result is achieved by the fact that the method of obtaining a volumetric conductive multilevel structure is carried out by irradiating a workpiece from diatomic or polyatomic dielectrics with a stream of accelerated particles, which selectively remove non-metal atoms in the workpiece material, through one template in which the pattern is made in through and / or through holes of various depths, and subsequent processing of the workpiece through the same template with a stream of non-metal ions, ensuring the restoration of the dielectric properties of the material iala preform in the desired areas, the pattern is made with a thickness greater than the length of the projected range used therein accelerated particles.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве ускоренных частиц используют протоны. The indicated result is also achieved by the fact that protons are used as accelerated particles.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве ускоренных частиц используют ионы гелия. The indicated result is also achieved by the fact that helium ions are used as accelerated particles.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве ускоренных частиц используют атомы водорода или гелия. The indicated result is also achieved by the fact that hydrogen or helium atoms are used as accelerated particles.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве материала заготовки используют многоатомные соединения металлов с кислородом, водородом, азотом, фтором. The indicated result is also achieved by the fact that polyatomic compounds of metals with oxygen, hydrogen, nitrogen, and fluorine are used as the workpiece material.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве металла или полупроводника, входящего в многоатомное соединение материала заготовки, используют элементы с атомным номером, равным или большим 12. The specified result is also achieved by the fact that as a metal or a semiconductor included in the polyatomic compound of the workpiece material, elements with an atomic number equal to or greater than 12 are used.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве металлов, входящих в многоатомные соединения, используют магний, медь, алюминий, железо, вольфрам, кобальт, никель, германий, эрбий, галлий, кремний, кальций, тантал, титан, ванадий, мышьяк. The indicated result is also achieved by the fact that the metals included in the polyatomic compounds are magnesium, copper, aluminum, iron, tungsten, cobalt, nickel, germanium, erbium, gallium, silicon, calcium, tantalum, titanium, vanadium, and arsenic.

Указанный результат достигается также тем, что используют слой материала заготовки толщиной от 2 до 150 нм. The indicated result is also achieved by using a layer of workpiece material with a thickness of 2 to 150 nm.

Выполнение шаблона с рисунком в виде сквозных отверстий или несквозных, но с различной глубиной позволяет использовать один шаблон для изготовления проводящих рисунков в разных слоях и/или обеспечивать межслоевые соединения и этим самым решать проблему совмещения рисунков разных слоев, участвующих в формировании объемной структуры. В известных же технических решениях для этого приходилось использовать по несколько шаблонов (для каждого из слоев свой). Performing a template with a pattern in the form of through holes or through holes, but with different depths, allows using one pattern for the manufacture of conductive patterns in different layers and / or providing interlayer connections and thereby solve the problem of combining patterns of different layers involved in the formation of the volumetric structure. In the well-known technical solutions, for this, several templates had to be used (for each of the layers its own).

Действительно, если взять и поставить между источником ускоренных частиц и обрабатываемым материалом пластинку переменной толщины, то до обрабатываемого материала дойдет ослабленный по-разному, в зависимости от толщины пластины, пучок частиц. Соответственно этот пучок проникнет на различную глубину в обрабатываемый материал и соответственно на различную глубину будут преобразованы диэлектрические свойства обрабатываемого материала в проводящие. Поэтому в зависимости от глубины отверстия в шаблоне будет происходить и "металлизация" на различную глубину в участках обрабатываемого материала, находящегося под этими отверстиями. Создание сквозных отверстий в шаблоне позволяет решить сразу две задачи. С одной стороны, обеспечить "металлизацию" на большую глубину по сравнению с тем, что обеспечивают несквозные отверстия в шаблоне, а с другой - через эти сквозные отверстия беспрепятственно будет проходить пучок ионов, обеспечивающий частичное восстановление диэлектрических свойств в участках обрабатываемого материала, находящихся под этими отверстиями, что расширяет возможности формирования сложных проводящих структур. Indeed, if we take and place a plate of variable thickness between the source of accelerated particles and the material being processed, then the particle beam weakened in different ways, depending on the plate thickness, will reach the material being processed. Accordingly, this beam will penetrate to a different depth into the processed material and, accordingly, the dielectric properties of the processed material will be converted to conductive at different depths. Therefore, depending on the depth of the hole in the template, “metallization” will occur at different depths in the areas of the processed material located under these holes. Creating through holes in the template allows you to solve two problems at once. On the one hand, to provide “metallization” to a greater depth compared to what non-through holes in the template provide, and on the other hand, an ion beam will freely pass through these through holes to partially restore the dielectric properties in the areas of the processed material under these holes, which expands the formation of complex conductive structures.

Кроме того, через эти сквозные отверстия, варьируя параметры условий облучения ускоренными частицами, можно формировать многократно чередующиеся слои "металл - диэлектрик - металл - диэлектрик -.........". In addition, through these through holes, by varying the parameters of the conditions of irradiation with accelerated particles, it is possible to form repeatedly alternating layers of "metal - dielectric - metal - dielectric --.........".

Естественно, что для того, чтобы в формируемой структуре сохранялись участки с первоначальными свойствами материала, необходимо, чтобы толщина шаблона обеспечивала полную задержку потока частиц в требуемых местах. Для этого она должна быть больше длины проективного пробега используемых ускоренных частиц для материала шаблона. Naturally, in order for sections with the initial material properties to be preserved in the formed structure, it is necessary that the thickness of the template provides a complete delay in the particle flow in the required places. To do this, it must be greater than the projective path length of the accelerated particles used for the template material.

Использование для облучения пучков ускоренных частиц позволяет обеспечить преобразование проводящих свойств материала заготовки путем перевода из диэлектрического состояния в металлическое или более проводящее, что является следствием взаимодействия ускоренных частиц с веществом заготовки. The use of accelerated particles for irradiation of beams allows the conversion of the conductive properties of the workpiece material by transferring from a dielectric state to a metallic or more conductive one, which is a consequence of the interaction of accelerated particles with the workpiece material.

Как было установлено экспериментально, в качестве ускоренных частиц, обеспечивающих преобразование проводящих свойств материала заготовки, могут быть использованы пучки протонов, ионов гелия, а также атомов водорода и гелия. As it was established experimentally, beams of protons, helium ions, as well as hydrogen and helium atoms can be used as accelerated particles that ensure the conversion of the conductive properties of the workpiece material.

Материал заготовки может быть выбран из числа известных диэлектриков - оксидов, гидридов, нитридов и фторидов металлов или полупроводников. В перечисленных материалах под воздействием ускоренных частиц происходит изменение химического состава материала, а именно - в облученных участках этих материалов остаются только атомы металлов или полупроводников за счет селективного удаления атомов неметаллов - кислорода, водорода, азота или фтора. The workpiece material can be selected from among known dielectrics - oxides, hydrides, nitrides and fluorides of metals or semiconductors. In these materials, under the influence of accelerated particles, the chemical composition of the material changes, namely, only metal or semiconductor atoms remain in the irradiated areas of these materials due to the selective removal of non-metal atoms - oxygen, hydrogen, nitrogen or fluorine.

При этом, как было установлено экспериментально, эффективное удаление атомов неметаллов происходит только в соединениях, в которых присутствуют атомы полупроводников или металлов с атомным номером, равным или большим 12. Moreover, it was experimentally established that the effective removal of non-metal atoms occurs only in compounds in which there are semiconductor or metal atoms with an atomic number equal to or greater than 12.

Для каждого вида частиц и обрабатываемого ими материала экспериментально подбираются режимы обработки - энергия частиц в пучке, время экспозиции и т. п., а также пары "вид частиц - вид материала", обеспечивающие наиболее эффективное преобразование свойств за счет селективного удаления атомов нужного сорта. For each type of particle and the material they process, the processing regimes are experimentally selected — the energy of the particles in the beam, the exposure time, etc., as well as the pairs “type of particles - type of material” that provide the most efficient conversion of properties due to the selective removal of atoms of the desired type.

При использовании толщины слоя заготовки менее 2 нм могут возникнуть нарушения его сплошности, что делает невозможным формирование объемной структуры. Выполнять слой заготовки более 150 нм нецелесообразно, поскольку для большинства используемых материалов, преобразующих свои свойства под воздействием потока ускоренных частиц, длина проективного пробега частиц не превышает указанного значения. When using a blank layer thickness of less than 2 nm, violations of its continuity may occur, which makes it impossible to form a bulk structure. It is impractical to produce a workpiece layer of more than 150 nm, since for the majority of materials used that transform their properties under the influence of a stream of accelerated particles, the projective path of the particles does not exceed the specified value.

Предлагаемым способом можно формировать не только проводящие структуры в объеме диэлектрика, но и магнитные структуры в объеме немагнитного материала или же структуру из немагнитного материала в объеме магнитного, а также формирование объемных оптических волноводов. В последнем случае в объеме прозрачного диэлектрика (большинство оксидов являются прозрачными при тех толщинах, которые используются в микроструктурах) формируются непрозрачные или менее прозрачные "перегородки" из преобразованного в металл вещества исходного диэлектрика заготовки. By the proposed method, it is possible to form not only conductive structures in the volume of the dielectric, but also magnetic structures in the volume of non-magnetic material or a structure of non-magnetic material in the volume of magnetic, as well as the formation of volumetric optical waveguides. In the latter case, in the volume of a transparent dielectric (most oxides are transparent at the thicknesses used in microstructures), opaque or less transparent "partitions" are formed from the material of the initial dielectric of the workpiece converted to metal.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами реализации проводящей структуры и чертежом (а,б,с,д), на котором схематично представлены отдельные стадии технологического процесса. The essence of the proposed method is illustrated by examples of the implementation of the conductive structure and the drawing (a, b, c, d), which schematically shows the individual stages of the process.

Пример 1. В общем случае способ изготовления объемной проводящей структуры осуществляется следующим образом. Example 1. In the General case, the method of manufacturing a bulk conductive structure is as follows.

На подложку 1, которая может быть выполнена из кремния, алюминия или двуокиси кремния, наносят слой материала заготовки 2 требуемой толщины. В качестве материала заготовки используют оксиды, гидриды, нитриды или фториды металлов или полупроводников. On a substrate 1, which can be made of silicon, aluminum or silicon dioxide, a layer of material of the workpiece 2 of the required thickness is applied. Oxides, hydrides, nitrides or fluorides of metals or semiconductors are used as the workpiece material.

Затем слой материала заготовки облучают пучком ускоренных частиц, в качестве которых используют протоны, атомы водорода, атомы и ионы гелия. Облучение может осуществляться через шаблон 3 с заданным рисунком, нанесенным непосредственно на заготовку, в котором выполнены сквозные и/или несквозные отверстия различной глубины. Then a layer of the workpiece material is irradiated with a beam of accelerated particles, which are used as protons, hydrogen atoms, helium atoms and ions. Irradiation can be carried out through a template 3 with a given pattern, applied directly to the workpiece, in which through and / or through holes are made of various depths.

Под воздействием потока 4 ускоренных частиц в обрабатываемом материале происходит преобразование его исходных диэлектрических свойств в облучаемых участках 5 в проводящие за счет селективного удаления атомов неметаллов. При этом в зависимости от глубины отверстия преобразование этих свойств происходит на различную глубину в материале заготовки (черт."в"). Затем после облучения ускоренными частицами осуществляют обработку заготовки через этот же шаблон потоком ионов, обеспечивающих восстановление удаленных атомов, в результате чего в обработанных ионами участках восстанавливаются диэлектрические свойства (черт. "с"). При этом в качестве таких ионов могут быть использованы не только ионы удаленных атомов, но и ионы другого вида. Например, при обработке заготовки, выполненной из гидрида алюминия, или гидрида меди, или гидрида галлия под воздействием потока ускоренных частиц будут удаляться атомы водорода, а восстановление диэлектрических свойств в требуемых участках может осуществляться путем воздействия на заготовку потоком ионов кислорода, а в частных случаях даже достаточно извлечь заготовку из вакуумной установки и оставить ее на воздухе без удаления шаблона. При достаточно высокой химической активности металла заготовки уже этого будет достаточно для восстановления диэлектрических свойств. Например, алюминий очень быстро окисляется кислородом воздуха, переходя в оксид алюминия, обладающего диэлектрическими свойствами. После завершения процесса формирования шаблон 4 удаляется известным образом (химическое травление, реактивное травление, механическое удаление и т.п.) (см. черт."d"). Таким образом, с помощью одного шаблона может быть сформирована объемная проводящая многоуровневая структура. Under the influence of a stream of 4 accelerated particles in the material being processed, its initial dielectric properties in the irradiated sections 5 are converted to conductive ones due to the selective removal of non-metal atoms. In this case, depending on the depth of the hole, the conversion of these properties takes place at different depths in the workpiece material (Fig. "C"). Then, after irradiation with accelerated particles, the workpiece is processed through the same template with a stream of ions, which ensures the restoration of removed atoms, as a result of which the dielectric properties are restored in the sites treated with ions (Fig. “C”). Moreover, not only ions of distant atoms, but also ions of a different kind can be used as such ions. For example, when processing a workpiece made of aluminum hydride or copper hydride or gallium hydride under the influence of a stream of accelerated particles, hydrogen atoms will be removed, and the dielectric properties in the required areas can be restored by exposing the workpiece to a stream of oxygen ions, and in particular cases even it is enough to remove the workpiece from the vacuum unit and leave it in the air without removing the template. With a sufficiently high chemical activity of the metal of the workpiece, this will already be enough to restore the dielectric properties. For example, aluminum is very rapidly oxidized by atmospheric oxygen, turning into alumina having dielectric properties. After completion of the formation process, the template 4 is removed in a known manner (chemical etching, reactive etching, mechanical removal, etc.) (see Fig. "D"). Thus, using a single template, a three-dimensional conductive multilevel structure can be formed.

Пример 2. Способ реализовывался по общей схеме с использованием протонов в качестве частиц для облучения материала заготовки. Для его реализации в вакуумной камере технологической установки на подложкодержателе устанавливаются несколько подложек из монокристаллического кремния размером 5•5•0,4 мм, на которые нанесен слой материала заготовки требуемой толщины. Вакуумная камера откачивалась сначала форвакуумным и турбомолекулярным насосом, а затем ионным до давления 10-9 торр. В качестве источника протонов можно использовать любой из числа известных, например высокочастотный. На пути пучка ионов устанавливался шаблон, выполняемый из известных резистов по известной технологии, толщиной 0,3 мкм и размером 50•50 мм с изготовленными в ней рядами отверстий различной глубины диаметром 100 нм и сквозными прорезями в виде линий шириной 100 нм и длиной 3 мм и расстоянием между ними 300 нм. В другом случае в качестве такого шаблона использовалась маска, изготавливаемая по известным технологиям (например, фотолитографией либо электронной литографией). После откачки включался источник протонов и устанавливался его рабочий режим, обеспечивающий преобразование оптических свойств материала заготовки. Режимы для каждого вида материала и толщины заготовки подбирались экспериментально, некоторые из параметров, обеспечивающих достижение результата, приведены в таблице 1.Example 2. The method was implemented according to the general scheme using protons as particles for irradiating the workpiece material. For its implementation, in the vacuum chamber of the technological installation, several substrates of monocrystalline silicon with a size of 5 • 5 • 0.4 mm are installed on a substrate holder, on which a layer of the workpiece material of the required thickness is applied. The vacuum chamber was first pumped out by a forevacuum and turbomolecular pump, and then by an ion pump to a pressure of 10 -9 torr. As a source of protons, any of a number of known ones can be used, for example, high-frequency. A template was installed in the path of the ion beam, made of known resistes using the known technology, 0.3 μm thick and 50 • 50 mm in size, with rows of holes of various depths of 100 nm in diameter and through-cuts in the form of lines 100 nm wide and 3 mm long, made in it and a distance between them of 300 nm. In another case, a mask made using well-known technologies (for example, photolithography or electronic lithography) was used as such a template. After pumping, the proton source was switched on and its operating mode was established, which provided the conversion of the optical properties of the workpiece material. The modes for each type of material and the thickness of the workpiece were selected experimentally, some of the parameters that ensure the achievement of the result are shown in table 1.

После завершения обработки заготовки протонами она обрабатывалась потоком ионов, обеспечивающих восстановление удаленных атомов. В большинстве случаев для этого использовался пучок ионов кислорода, а иногда - ионы азота или ионы фтора. After processing of the workpiece with protons was completed, it was treated with a stream of ions, which ensured the restoration of the removed atoms. In most cases, a beam of oxygen ions was used for this, and sometimes nitrogen ions or fluorine ions were used.

Пример 3. Способ осуществлялся, как описано в примере 2, но с использованием ионов гелия (и соответствующего источника ионов). Некоторые параметры реализации способа приведены в таблице 2. Example 3. The method was carried out as described in example 2, but using helium ions (and the corresponding ion source). Some parameters of the implementation of the method are shown in table 2.

Пример 4. Способ осуществлялся, как описано в примере 2, но для облучения использовались пучки ускоренных атомов водорода или гелия, которые получали нейтрализацией пучков ускоренных ионов (протонов и ионов гелия) с помощью электронов. Example 4. The method was carried out as described in example 2, but for irradiation, beams of accelerated hydrogen or helium atoms were used, which were obtained by neutralizing beams of accelerated ions (protons and helium ions) using electrons.

Технологические параметры процесса для атомов водорода и атомов гелия аналогичны условиям, приведенным в таблицах 1 и 2, т.к. пучки атомов получали путем нейтрализации электронами пучков ионов гелия и водорода. Technological process parameters for hydrogen atoms and helium atoms are similar to the conditions given in tables 1 and 2, because atomic beams were obtained by neutralizing electron beams of helium and hydrogen ions.

Claims (7)

1. Способ получения объемной проводящей многоуровневой структуры путем облучения заготовки из двух- или многоатомных диэлектриков потоком ускоренных частиц, обеспечивающих селективное удаление в материале заготовки атомов неметаллов через один шаблон, в котором выполнен рисунок в виде сквозных и несквозных отверстий различной глубины, и последующую обработку заготовки через этот же шаблон потоком ионов неметаллов, обеспечивающих восстановление диэлектрических свойств материала заготовки в требуемых областях, при этом шаблон выполняют с толщиной, превышающей длину проективного пробега в нем используемых ускоренных частиц. 1. A method of obtaining a volumetric conductive multilevel structure by irradiating a preform from diatomic or polyatomic dielectrics with a stream of accelerated particles, which selectively remove non-metal atoms in the workpiece material through one template in which a pattern is made in the form of through and through holes of various depths and subsequent processing of the workpiece through the same template, the flow of non-metal ions, ensuring the restoration of the dielectric properties of the workpiece material in the required areas, while the template is made they are revealed with a thickness exceeding the projective path length of the used accelerated particles in it. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ускоренных частиц используют протоны. 2. The method according to p. 1, characterized in that protons are used as accelerated particles. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ускоренных частиц используют ионы гелия. 3. The method according to claim 1, characterized in that helium ions are used as accelerated particles. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ускоренных частиц используют атомы водорода или гелия. 4. The method according to p. 1, characterized in that the accelerated particles use atoms of hydrogen or helium. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала заготовки используют многоатомные соединения металлов с кислородом, водородом, азотом, фтором. 5. The method according to p. 1, characterized in that as the material of the workpiece using polyatomic compounds of metals with oxygen, hydrogen, nitrogen, fluorine. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве металла или полупроводника, входящего в многоатомное соединение материала заготовки, используют элементы с атомным номером, равным или большим 12. 6. The method according to p. 5, characterized in that as the metal or semiconductor included in the polyatomic compound of the workpiece material, elements with an atomic number equal to or greater than 12 are used. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют слой материала заготовки толщиной от 2 до 150 нм. 7. The method according to p. 1, characterized in that they use a layer of workpiece material with a thickness of 2 to 150 nm.
RU2002110168/28A 2002-04-18 2002-04-18 Method for producing three-dimensional conducting structure RU2205469C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002110168/28A RU2205469C1 (en) 2002-04-18 2002-04-18 Method for producing three-dimensional conducting structure
PCT/RU2003/000171 WO2003088333A1 (en) 2002-04-18 2003-04-16 Method for producing a volume conductive and/or semiconductive structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002110168/28A RU2205469C1 (en) 2002-04-18 2002-04-18 Method for producing three-dimensional conducting structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2205469C1 true RU2205469C1 (en) 2003-05-27

Family

ID=20255594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002110168/28A RU2205469C1 (en) 2002-04-18 2002-04-18 Method for producing three-dimensional conducting structure

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2205469C1 (en)
WO (1) WO2003088333A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702798C1 (en) * 2018-08-20 2019-10-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения (ИЯФ СО РАН) Method of producing high-aspect microstructures

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5459098A (en) * 1992-10-19 1995-10-17 Marietta Energy Systems, Inc. Maskless laser writing of microscopic metallic interconnects
WO1995026852A1 (en) * 1994-03-31 1995-10-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process and device for coating a non-solderable surface with a solderable metallised layer
KR100375392B1 (en) * 1998-01-28 2003-03-08 띤 필름 일렉트로닉스 에이에스에이 A method for generating electrical conducting or semiconducting structures in two or three dimensions, a method for erasing the same structures and an electric field generator/modulator for use with the method for generating
RU2129320C1 (en) * 1998-05-22 1999-04-20 Гурович Борис Аронович Conducting structure forming process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702798C1 (en) * 2018-08-20 2019-10-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения (ИЯФ СО РАН) Method of producing high-aspect microstructures

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003088333A1 (en) 2003-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109804459B (en) Quasi-atomic layer etching method
US7371690B2 (en) Dry etching method and apparatus
EP0149779B1 (en) Laser induced chemical etching of metals with excimer lasers
US4490210A (en) Laser induced dry chemical etching of metals
US6037243A (en) Method for manufacturing silicon nanometer structure using silicon nitride film
Posseme Plasma Etching Processes for CMOS Devices Realization
RU2205469C1 (en) Method for producing three-dimensional conducting structure
RU2477902C1 (en) Method for formation of conductors in nanostructures
RU2243613C1 (en) Method for bulk structure production
KR20040030501A (en) Fabrication of structures of metal/semiconductor compound by x-ray/euv projection lithography
RU2129320C1 (en) Conducting structure forming process
RU2404479C1 (en) Method for formation of conducting structure in dielectric matrix
JP4042893B2 (en) Processing method of Si semiconductor microstructure by ion beam implantation lithography of inorganic multilayer resist
US3585091A (en) Method for etching thin layers of oxide or nitride
JP3198302B2 (en) Method of forming fine structure pattern
JPH0513319A (en) Pattern formation
JP4052430B2 (en) Ion beam microfabrication method of inorganic multilayer resist and semiconductor device, quantum device, micromachine component and microstructure by this method
Turcu et al. X-ray micro-and nanofabrication using a laser–plasma source at 1 nm wavelength
JP4405201B2 (en) Two-dimensional patterning method and electronic device manufacturing method using the same
JPH03276719A (en) Digital etching method
WO2003054973A1 (en) Light receiving element and light receiving device incorporating circuit and optical disc drive
JPH08264444A (en) Method and apparatus of forming circuit pattern and integrated circuit formed by the method
JP2667930B2 (en) Fine processing method and device
WO2003054945A1 (en) Method for ion beam fine patterning of inorganic multilayer resist, and semiconductor device, quantum device, micromachine component and fine structure manufactured by the method
JPS61256632A (en) Formation of fine pattern

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20060523

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080419