RU2703773C1 - Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках - Google Patents
Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703773C1 RU2703773C1 RU2019109702A RU2019109702A RU2703773C1 RU 2703773 C1 RU2703773 C1 RU 2703773C1 RU 2019109702 A RU2019109702 A RU 2019109702A RU 2019109702 A RU2019109702 A RU 2019109702A RU 2703773 C1 RU2703773 C1 RU 2703773C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- thin metal
- metal film
- resistive layer
- range
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 106
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000003491 array Methods 0.000 title claims description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 94
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 8
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000001226 reprecipitation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 80
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001393 microlithography Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
- C23F1/02—Local etching
- C23F1/04—Chemical milling
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/36—Imagewise removal not covered by groups G03F7/30 - G03F7/34, e.g. using gas streams, using plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области микро- и нанотехнологий и может быть использовано для изготовления упорядоченного массива субмикронных отверстий в тонких металлических пленках, предназначенных для создания устройств микроэлектроники, фотоники, наноплазмоники, а также квантовых вычислительных устройств. Способ включает подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение тонкой металлической пленки на рабочую поверхность подложки, нанесение резистивного слоя на тонкую металлическую пленку, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое и травление в плазме тонкой металлической пленки через маску в резистивном слое. Травление тонкой металлической пленки осуществляют в два этапа, причем на первом этапе травления, при давлении Р1 и с ускоряющим напряжением U1, глубина травления А составляет величину 60-90% от толщины тонкой металлической пленки, а на втором этапе травления, при давлении Р2 и с ускоряющим напряжением U2, глубина травления В составляет величину 40-10% от толщины тонкой металлической пленки, при этом U2 лежит в диапазоне от 1,5*U1 до 5*U1, а Р2 лежит в диапазоне от Р1 до 4*Р1. Технический результат изобретения заключается в снижении привносимой дефектности на поверхности тонкой металлической пленки в результате переосаждения нелетучих соединений, образованных во время процесса травления тонких металлических пленок, и в получении значения 90±2° угла наклона профиля субмикронных отверстий в массиве. 8 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области микро- и нанотехнологий и может быть использовано для изготовления упорядоченного массива субмикронных отверстий в тонких металлических пленках, предназначенных для создания устройств микроэлектроники, фотоники, наноплазмоники, а также квантовых вычислительных устройств.
Известен способ, описанный в 2013 научной группой профессора Д. Янга из Университета Западного Онтарио, который заключается в создании ГКР-сенсора, состоящего из массива регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках и включающий подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение резистивного слоя на рабочую поверхность подложки, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое, травление в плазме рабочей поверхности подложки, удаление оставшегося после травления резиста с рабочей поверхности подложки и нанесения тонкой металлической пленки [Jia P. et al. Plasmonic nanohole array sensors fabricated by template transfer with improved optical performance // Nanotechnology. - 2013. - T. 24. - №. 19. - P. 19550].
Первый недостаток способа получения массива субмикронных отверстий заключается в том, что полученные отверстия имеют значительную величину параметра шероховатости края. Второй недостаток заключается в том, что использование данного способа приводит к формированию угла наклона профиля, значение которого выходит за пределы значения 90°±2°.
Известен также способ, представленный научной группой профессора В.М Шалаева из Университета Пердью в 2014, который заключается в создании спазеров, состоящих из массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках и включающий подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение резистивного слоя на рабочую поверхность подложки, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое, нанесение тонкой металлической пленки и последующее удаление резиста [Meng X. et al. Highly directional spaser array for the red wavelength region // Laser & Photonics Reviews. - 2014. - T. 8. - №. 6. - P. 896-903].
Недостаток этого способа заключается в том, что при нанесении тонкой металлической пленки на подложку, за счет наличия на ее поверхности резистивной маски, загрязняется интерфейс подложка-металл и невозможно получить монокристаллическую структуру металла.
Известен также способ, представленный в 2001 году научной группой профессора Т. Альфорда из Университета штата Аризона. Согласно этому способу осуществляется изготовление структур в тонких металлических пленках на подложках при помощи использования в качестве реактивной газовой смеси: CF4/02. Способ включает в себя подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение тонкой металлической пленки на рабочую поверхность подложки, нанесение резистивного слоя на тонкую металлическую пленку, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое, травление в плазме тонкой металлической пленки через маску в резистивном слое и химическую обработку рабочей поверхности подложки. [Nguyen P., Zeng Y., Alford Т.L. Novel technique to pattern silver using CF 4 and CF 4/O 2 glow discharges // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. - 2001. - T. 19. - №. 1. - P. 158-165].
Недостаток этого способа заключается в том, что структуры в тонких металлических пленках получают путем травления в плазме реактивных газов, которые образуют нелетучие соединения на поверхности тонкой металлической пленки, что приводит к неравномерному травлению металла (микромаскированию) и увеличивает количество дефектов на рабочей поверхности в результате переосаждения нелетучих продуктов.
Известен также способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках, включающий подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение тонкой металлической пленки на рабочую поверхность подложки, нанесение резистивного слоя на тонкую металлическую пленку, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое и травление в плазме газов CH4, H2, Ar тонкой металлической пленки через маску в резистивном слое [Davidson М., Tokarz J., Gorrell J. Patterning thin metal films by dry reactive ion etching: US 2006/0035173 A1. - 2006]. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Первый недостаток этого способа заключается в том, что травление тонкой металлической пленкой осуществляют в смеси реактивных и инертных газов СН4. Н2, Ar, которые образуют нелетучие соединения на поверхности тонкой металлической пленки, что приводит к неравномерному травлению металла (микромаскированию) и увеличивает количество дефектов на поверхности в результате переосаждения нелетучих продуктов. Второй недостаток этого способа заключается в том, что процесс травления тонкой металлической пленки проводят без термостабилизации подложки, что приводит к деградации поверхности тонкой металлической пленки и разрушению резистивного слоя, что в свою очередь, также приводит к образованию дефектов на рабочей поверхности. Третий недостаток этого способа заключается в том, что использование данного способа приводит к формированию угла наклона профиля, значение которого выходит за пределы значения 90°±2°.
Задача изобретения заключается в создании универсальной технологии получения субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках.
Технический результат изобретения заключается в снижении привносимой дефектности на поверхности тонкой металлической пленки в результате переосаждения нелетучих соединений, образованных во время процесса травления тонких металлических пленок, и в получении значения 90°±2° угла наклона профиля субмикронных отверстий в массиве.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках, включающем подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение тонкой металлической пленки на рабочую поверхность подложки, нанесение резистивного слоя на тонкую металлическую пленку, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое и травление в плазме тонкой металлической пленки через маску в резистивном слое, травление тонкой металлической пленки осуществляют в два этапа, причем на первом этапе травления, при давлении Р1 и с ускоряющим напряжением U1, глубина травления А составляет величину 60%-90% от толщины тонкой металлической пленки, а на втором этапе травления, при давлении Р2 и с ускоряющим напряжением U2, глубина травления В составляет величину 40%-10% от толщины тонкой металлической пленки, при этом U2 лежит в диапазоне от 1,5*U1 до 5*U1, а Р2 лежит в диапазоне от Р1 до 4*Р1.
Существует вариант, в котором между первым и вторым этапами травления осуществляют остановку травления на время t1-2, находящееся в диапазоне от 1 минуты до 60 минут.
Существует также вариант, в котором травление осуществляют в плазме инертных газов.
Существует также вариант, в котором перед первым этапом травления проводят процесс поджига плазмы при давлении Р3, которое лежит в диапазоне отР1 до 10*Р1.
Существует также вариант, в котором в процессе травления используют высокочастотную индуктивно-связанную плазму.
Существует также вариант, в котором селективность травления металлической пленки по отношению к резистивному слою лежит в диапазоне от 0,1 до 5.
Существует также вариант, в котором во время процесса травления осуществляют обдув нерабочей поверхности подложки гелием.
Существует также вариант, в котором температуру подложки при травлении задают в диапазоне от -50°С до 200°С.
Существует также вариант, в котором после травления осуществляют пассивацию поверхности тонкой металлической пленки в плазме газов C4F8, CF4.
На фиг. 1 представлен вариант схемы установки для изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках.
На фиг. 2-6 представлен маршрут изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках:
- на фиг. 2 представлена подложка с тонкой металлической пленкой и резистивным слоем;
- на фиг. 3 представлена резистивная маска;
- на фиг. 4 представлен первый этап травления тонкой металлической пленки;
- на фиг. 5 представлен второй этап травления тонкой металлической пленки;
- на фиг. 6 представлена подложка с регулярными субмикронными отверстиями в тонкой металлической пленке.
На фиг. 7 представлено изображение со сканирующего электронного микроскопа (далее - СЭМ-изображение) результатов травления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках при увеличении 10000.
На фиг. 8 представлено СЭМ-изображение результатов травления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках при увеличении 61000.
На фиг. 9 представлено СЭМ-изображение скола массива регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках после травления.
Установка для изготовления массива регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках включает в себя шлюзовую камеру 1, сопряженную с процессной камерой 2. Манипулятор 3 с захватом 4 установлен на шлюзовой камере 1. При этом захват 4 расположен с возможностью сопряжения с подложкодержателем 5. Подложкодержатель 5 оснащен нагревателем 6 и сопряжен с клапаном гелиевого поддува 7. В качестве источников плазмы используют ВЧ катушку 8, подключенную к первому генератору 9, а также электрод 10, подключенный ко второму генератору 11. Для обеспечения и поддержания необходимого вакуума в процессной камере 2 и шлюзовой камере 1 используют соответственно первый механический форвакуумный насос 12 и второй механический форвакуумный насос 13. Для достижения в процессной камере 2 высокого вакуума используют турбомолекулярный насос 14. Установка оснащена первым затвором 15, для регулирования давления в процессной камере 2 и вторым затвором 16 между шлюзовой камерой 1 и процессной камерой 2, а также - клапанами 17 и клапаном напуска рабочего газа 18. На подложкодержатель 5 с помощью манипулятора 3 с захватом 4, устанавливают подложку 19 с рабочей поверхностью 20. Для создания избыточного давления под нерабочей поверхностью подложки 19 используют клапан гелиевого поддува 7.
Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках включает подготовку рабочей поверхности 20 подложки 19, нанесение тонкой металлической пленки 21 (фиг. 2) на рабочую поверхность 20 подложки 19, нанесение резистивного слоя 22 на тонкую металлическую пленку 21, лучевую литографию с формированием маски 23 (фиг. 3) в резистивном слое 21 и травление в плазме тонкой металлической пленки через маску 23 (фиг. 4, фиг. 5) в резистивном слое 22. В качестве материала тонкой металлической пленки можно использовать: серебро, золото, медь, алюминий. Указанные технологические операции подробно описаны в [Моро У. Микролитография. - М.: Мир, 1990. -Т. 1, 2. - 1240 с.]. При этом травление тонкой металлической пленки 21 осуществляют в два этапа. На первом этапе травления, при давлении P1 - 1 мТорр - 20 мТорр и с ускоряющим напряжением U1 - 50 Вт - 300 Вт, глубина травления А массива отверстий 24 (фиг. 4), составляет величину 60%-90% от толщины тонкой металлической пленки 19. На втором этапе травления, при давлении Р2 и с ускоряющим напряжением U2, глубина травления В массива отверстий 25 (фиг. 5), составляет величину 40%-10% от толщины тонкой металлической пленки, при этом U2 лежит в диапазоне от 1,5*U1 до 5*U1, а Р2 лежит в диапазоне от Р1 до 4*Р1.
Существует вариант, в котором между первым и вторым этапами травления осуществляют остановку травления на время t1-2, находящееся в диапазоне от 1 минуты до 60 минут. В наиболее предпочтительном варианте для тонких металлических пленок толщиной 50 нм - 200 нм, t1-2 может быть в диапазоне от 5 минут до 30 минут.
Существует также вариант, в котором травление осуществляют в плазме инертных газов, например, Не, Ar, Хе.
Существует также вариант, в котором перед первым этапом травления проводят процесс поджига плазмы при давлении Р3 которое лежит в диапазоне от P1 до 10*Р1. В наиболее предпочтительном варианте Р3 может быть в диапазоне от 5 мТорр до 50 мТорр для процессных камер, объем которых более 0,03 м3.
Существует также вариант, в котором в процессе травления используют индуктивно-связанную плазму, которая образуется при помощи подведения ВЧ мощности от первого генератора 9 на ВЧ катушку 8, тем самым возбуждая поле индукции. Использование данного источника создания плазмы обеспечивает повышение плотности плазмы и, как следствие, необходимую концентрацию активных радикалов и ионов.
Существует также вариант, в котором селективность травления металлической пленки 21 по отношению к резистивному слою 22 лежит в диапазоне от 0,1 до 5 при значении ускоряющего напряжения от 1,5*U1 до 5*U1.
Существует также вариант, в котором во время процесса травления осуществляют обдув нерабочей поверхности подложки 19 гелием. Это осуществляют при помощи клапана подачи гелия 7 и включении регулятора расхода газа (не показан).
Существует также вариант, в котором температуру подложки 19 при травлении задают в диапазоне от -50°С до 200°С. В наиболее предпочтительном варианте эта температуры может быть в диапазоне от -25°С до 50°С для материалов тонкой металлической пленки, таких как: серебро, золото, медь, алюминий.
Существует также вариант, в котором после травления осуществляют пассивацию поверхности тонкой металлической пленки 21 в плазме. Это осуществляют подачей пассирующих газов C4F8, CF4 после процесса травления с использованием клапана 18 и регулятора расхода газа (не показан).
То, что в способе изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках, включающем подготовку рабочей поверхности 20 подложки 19, нанесение тонкой металлической пленки 21 (фиг. 2) на рабочую поверхность 20 подложки 19, нанесение резистивного слоя 22 на тонкую металлическую пленку 21, лучевую литографию с формированием маски 23 (фиг. 3) в резистивном слое 22 и травление в плазме (фиг. 4, фиг. 5) тонкой металлической пленки 21 через маску 23 в резистивном слое 22, травление тонкой металлической пленки 21 осуществляют в два этапа, причем на первом этапе травления, при давлении Р1 и с ускоряющим напряжением U1, глубина травления А массива отверстий 24 (фиг. 4) составляет величину 60%-90% от толщины тонкой металлической пленки, а на втором этапе травления, при давлении Р2 и с ускоряющим напряжением U2, глубина травления В массива отверстий 25 (фиг. 5), составляет величину 40%-10% от толщины тонкой металлической пленки, при этом U2 лежит в диапазоне от 1,5*U1 до 5*U1, а Р2 лежит в диапазоне от Р1 до 4*Р1, приводит к упрощению процесса и снижению привнесенной дефектности массивов регулярных субмикронных отверстий. Это достигается тем, что увеличение энергии заряженных частиц в плазме позволяет распылять материал тонкой металлической пленки 21 на большей глубине, предотвращая переосаждение материала на стенках и рабочей поверхности 20 подложки 19. При этом изменение давления в процессе травления позволяет получить значение 90°±2° угла наклона профиля субмикронных отверстий в массиве, за счет изменения траектории заряженных частиц в плазме.
То, что между первым и вторым этапами травления осуществляют остановку травления на время t1-2, находящееся в диапазоне от 1 минуты до 60 минут, приводит к термостабилизации поверхности тонкой металлической пленки 21, предотвращает деградацию металла и изменение его кристаллической структуры, тем самым уменьшая дефектность на поверхности тонкой металлической пленки 21.
То, что травление осуществляют в плазме инертных газов, приводит к физическому распылению материала тонкой металлической пленки 21, не образуя химических соединений, что уменьшает дефектность поверхности тонкой металлической пленки 21 и позволяет проводить травление химически инертных металлов, включая благородные металлы.
То, что перед первым этапом травления проводят процесс поджига плазмы при давлении Р3, которое лежит в диапазоне от Р1 до 10*Р1, приводит к более стабильному горению плазмы, без изменения параметров плазмы во время процесса травления. Это ведет к уменьшению дефектов и повышению воспроизводимости процесса.
То, что в процессе травления используют источник высокочастотной индуктивно-связанной плазмы, приводит к повышению равномерности процесса травления, уменьшая дефектность поверхности, и обеспечивает значение 90°±2° угла наклона профиля субмикронных отверстий в массиве.
То, что селективность травления тонкой металлической пленки 21 по отношению к резистивному слою 22 лежит в диапазоне от 0,01 до 5, приводит к использованию более тонких масок, что влияет на угол профиля субмикронных отверстий в массиве и упрощает процесс травления.
То, что во время процесса травления осуществляют обдув нерабочей поверхности 20 подложки 19 гелием, приводит к улучшению теплоотвода от подложки 19 к охлаждаемому подложкодержателю 5 во время процесса травления, предотвращая ее перегрев и деградацию материала тонкой металлической пленки 21 на рабочей поверхности 20 подложки 19, тем самым уменьшая ее дефектность.
То, что температуру подложки 19 при травлении задают в диапазоне от -50°С до 200°С, приводит к минимизации дефектности тонкой металлической пленки 21 во время процесса травления.
То, что после травления осуществляют пассивацию поверхности тонкой металлической пленки 21 в плазме, приводит к образованию на поверхности тонкой металлической пленки 21 слоя, который защищает металл от взаимодействия со средой и предотвращает ее старение и дефектность.
Пример реализации способа.
Для изготовления массива регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках предварительно осуществляют химическую обработку рабочей поверхности 20 подложки 19, с последующим осаждением тонкой металлической пленки 21 (фиг. 2) в установке осаждения тонких пленок в условиях вакуума ниже 1×10-7 мбар со скоростью 5 
при температуре подложки 293 К толщиной 100 нм, после чего на поверхность тонкой металлической пленки 21 методом центрифугирования наносят резистивный слой 22 толщиной 150 нм. Далее помещают подложку с тонкой металлической пленкой 21 и резистивным слоем 22 в установку лучевой литографии, где облучают поверхность резистивного слоя 22 с дозой D -1000 мкКл/см2. После проявления резистивного слоя 22 (фиг. 3), подложку 19 помещают в установку изготовления массива регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках и осуществляют травление в два этапа, причем на первом этапе травления, при давлении Р1 - 5 мТорр и с ускоряющим напряжением U1, которое обеспечивается мощностью генератора равной 150 Вт (значение даны для установки Oxford PlasmaPro 110), глубина травления А массива отверстий 24 (фиг. 4) равна 100 нм, далее проводят термостабилизацию подложки при температуре, равной -25°С на протяжении времени, равном 15 мин. На втором этапе травления, при давлении Р2, равном 5 мТорр и с ускоряющим напряжением U2, которое обеспечивается мощностью генератора равной 300 Вт, глубина травления В массива отверстий 25 (фиг. 5) составляет величину 50 нм. После процесса травления осуществляют удаление оставшегося резистивного слоя 22 в растворителях. После удаления резистивного слоя 22 осуществляют пассивацию тонкой металлической пленки 21 в установке изготовления массива регулярных субмикронных отверстий в плазме пассирующих газов C4F8, CF4. Ha СЭМ-изображениях (фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9) представлен результат полученного массива субмикронных отверстий в тонких металлических пленках с отсутствием дефектов в виде переосажденных продуктов труднолетучих соединений, деградации поверхности тонкой металлической пленки 21, остатков резистивного слоя 22 и угол наклона профиля с значением 90°±2°.
Claims (9)
1. Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках, включающий подготовку рабочей поверхности подложки, нанесение тонкой металлической пленки на рабочую поверхность подложки, нанесение резистивного слоя на тонкую металлическую пленку, лучевую литографию с формированием маски в резистивном слое и травление в плазме тонкой металлической пленки через маску в резистивном слое, отличающийся тем, что травление тонкой металлической пленки осуществляют в два этапа, причем на первом этапе травления, при давлении Р1 и с ускоряющим напряжением U1, глубина травления А составляет 60-90% от толщины тонкой металлической пленки, а на втором этапе травления, при давлении Р2 и с ускоряющим напряжением U2, глубина травления В составляет 40-10% от толщины тонкой металлической пленки, при этом U2 лежит в диапазоне от 1,5*U1 до 5*U1, а Р2 лежит в диапазоне от Р1 до 4*Р1.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между первым и вторым этапами травления осуществляют остановку травления на время t1-2, находящееся в диапазоне от 1 минуты до 60 минут.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление осуществляют в плазме инертных газов.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед первым этапом травления проводят процесс поджига плазмы при давлении Р3, которое лежит в диапазоне от Р1 до 10*Р1.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе травления используют высокочастотную индуктивно-связанную плазму.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что селективность травления металлической пленки по отношению к резистивному слою лежит в диапазоне от 0,01 до 5.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время процесса травления осуществляют обдув нерабочей поверхности подложки гелием.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру подложки при травлении задают в диапазоне от -50°С до 200°С.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после травления осуществляют пассивацию поверхности тонкой металлической пленки в плазме газов C4F8, CF4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019109702A RU2703773C1 (ru) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019109702A RU2703773C1 (ru) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2703773C1 true RU2703773C1 (ru) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019109702A RU2703773C1 (ru) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703773C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2094902C1 (ru) * | 1994-02-11 | 1997-10-27 | Институт физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления субмикронных и нанометровых элементов твердотельных приборов |
| RU2096865C1 (ru) * | 1995-12-15 | 1997-11-20 | Владимир Анатольевич Хаустов | Способ изготовления кремний на изоляторе структур |
| US20060005173A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-05 | Coherent Logix Incorporated | Execution of hardware description language (HDL) programs |
| RU2300158C1 (ru) * | 2005-09-29 | 2007-05-27 | Институт микроэлектроники и информатики РАН | Способ формирования субмикронной и нанометровой структуры |
| CN105655233A (zh) * | 2014-12-02 | 2016-06-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种亚微米双台阶图形的制备方法 |
-
2019
- 2019-04-02 RU RU2019109702A patent/RU2703773C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2094902C1 (ru) * | 1994-02-11 | 1997-10-27 | Институт физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления субмикронных и нанометровых элементов твердотельных приборов |
| RU2096865C1 (ru) * | 1995-12-15 | 1997-11-20 | Владимир Анатольевич Хаустов | Способ изготовления кремний на изоляторе структур |
| US20060005173A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-05 | Coherent Logix Incorporated | Execution of hardware description language (HDL) programs |
| RU2300158C1 (ru) * | 2005-09-29 | 2007-05-27 | Институт микроэлектроники и информатики РАН | Способ формирования субмикронной и нанометровой структуры |
| CN105655233A (zh) * | 2014-12-02 | 2016-06-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种亚微米双台阶图形的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201945797A (zh) | 光柵構件及其形成方法、增強實境/虛擬實境裝置 | |
| TWI410744B (zh) | 用於處理光微影倍縮光罩的方法 | |
| JPWO2003007357A1 (ja) | ドライエッチング方法 | |
| JPS6175529A (ja) | ドライエツチング方法及び装置 | |
| WO2007044035A2 (en) | Patterning by energetically-stimulated local removal of solid-condensed-gas layers and solid state chemical reactions produced with such layers | |
| TWI594320B (zh) | 形成圖案之方法 | |
| JP2008294461A (ja) | 液相エッチング装置 | |
| RU2703773C1 (ru) | Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках | |
| US10607835B2 (en) | Etching method | |
| JP2007235138A (ja) | 大きい深さ対幅アスペクト比をもつホールからポリマーを制御下にかつ急速に除去するための大気内プロセスおよびシステム | |
| US11367591B2 (en) | Composite plasma modulator for plasma chamber | |
| JP4346417B2 (ja) | 超微細パターン凹構造の形成方法 | |
| JP2006324691A (ja) | 加工方法及び装置 | |
| JP3948295B2 (ja) | 加工装置 | |
| JP2007012763A (ja) | エッチング方法およびエッチング装置 | |
| RU2700231C1 (ru) | Способ формирования трехмерных структур топологических элементов функциональных слоев на поверхности подложек | |
| JP2005298283A (ja) | ドライエッチング方法並びにマイクロレンズアレイ及びその作製方法 | |
| US20240353751A1 (en) | Optical elements patterning | |
| JP2012126113A (ja) | 金属デポジションを用いたナノインプリント金型の製造方法 | |
| JP4350120B2 (ja) | ダイヤモンドのエッチング方法 | |
| JP3412780B2 (ja) | 回路パターンの製造装置 | |
| JP2623672B2 (ja) | エッチング加工方法 | |
| JPH04360526A (ja) | 微細パターン形成方法 | |
| JP3686563B2 (ja) | 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 | |
| JP2024048470A (ja) | 基板の加工方法及びチップの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210403 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20211215 |