Способ изготовления проводящих микроструктур

 

Использование: в микроэлектронике, в частности, в технологии изготовления сверхбольших интегральных схем. Сущность: острийный электрод перемещают вдоль подложки, подложку покрывают алмазоподобной пленкой, а на острийный электрод подают импульсное напряжение отрицательной полярности.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии изготовления сверхбольших интегральных схем.

В технологии микроэлектроники для создания проводящих микроструктур интегральных схем широко используется способ, при котором на подложку наносят слой проводящего материала, поверх которого наносят слой резиста. Методами фотолитографии, электронолитографии и др. в слое резиста формируют изображение топологического рисунка микроструктуры. Затем, путем проявления формируют из слоя резиста защитную маску, копирующую топологический рисунок, через которую методами плазмо-химического травления удаляют проводящий материал с поверхности подложки в местах расположения "окон" в резистивной маске. После этого удаляют резистивную маску. Все эти процессы подробно описаны в литературе (например, Таруи Я. Основы технологии СВИС. Пер. с япон. - М.: Радио и связь, 1985, стр. 326-332). Этому способу, кроме большого количества используемых технологических операций, присуще низкое разрешение, ограничивающее степень интеграции и технические характеристики изготавливаемых интегральных схем.

В последнее время в технологии микроэлектроники начинают использовать способ создания микроструктур, при котором металл на подложку осаждают из органометаллических пленок, для чего их экспонируют электронным лучом, после чего неэкспонированные участки пленки удаляют, нагревая их до достаточно высоких температур (Graidhead H.G., Z.M.Shiavone. Metall deposition by electron beam exposure of an organometallic film. // Appl. Phys. Lett., 18 (25), 23 june 1986. p. 1748-1750).

Кроме низкого разрешения этому способу присуще нарушение структуры и деградация материала формируемых микроструктур, т.е. используемая технология сложна и не обеспечивает необходимой надежности.

Известен также способ изготовления проводящих микроструктур, при котором проводящий материал на подложку осаждают из газовой фазы, для чего в рабочий объем, в котором размещают острийный электрод и подложку с нанесенной на нее пленкой диэлектрика, подают газ, на острийный электрод относительно подложки подают напряжение положительной полярности, достаточное для ионизации используемого газа в промежутке между острийным электродом и подложкой, после чего перемещают острийный электрод относительно подложки, осаждая на пленке диэлектрика полученные из газа ионы образуют проводящую микроструктуру (см. R. M. Silver, E. E.Ehrichs, A.L. de Lozanne. Direct. Writing on submicron metallic features. With a scanning tunelling microscope. // Appl. Phys. Lett. 51(4). 27 jule, 1987, p. 242-247).

Этот способ наиболее близок по своей сущности к предлагаемому, однако достаточно сложен, так как требует операции напуска газа со строго контролируемым составом и порциальным давлением в рабочем объеме. Кроме того, необходимо оперативное удаление прореагировавшего газа из рабочего объема. Необходимо также отметить низкую радиационную и химическую стойкость микроструктур, изготавливаемых таким способом.

Целью предложенного изобретения является упрощение технологического процесса изготовления проводящих микроструктур и повышения их радиационной стойкости.

Достигается указанная цель тем, что в способе, при котором острийный электрод перемещают относительно подложки, подавая при этом между ними напряжение, подложку покрывают алмазоподобной пленкой, а на острийный электрод подают импульсное напряжение отрицательной полярности.

Сущность предложенного способа изготовления проводящих микроструктур заключается в следующем. На проводящую или полупроводниковую подложку с помощью пучка ионов углерода наносят алмазоподобную пленку (Чайковский Э.Ф. , Пузиков В. М. , Семенов А.В. Осаждение алмазных пленок из ионных пучков углерода. "Кристаллография", т.26, N 1, 1981 г. с.219-222), представляющую собой алмазоподобный диэлектрик с тетраэдрической электронной структурой и удельным сопротивлением 10¹⁰ Ом/см. Пленка имеет аморфную структуру, представляет собой однофазный конденсат, хорошо повторяющий рельеф подложки. Подложку с нанесенной на нее алмазоподобной пленкой помещают в рабочую камеру туннельного литографа (аналога туннельного микроскопа). После откачки атмосферного воздуха из рабочей камеры приводами управляемого перемещения острийный электрод перемещают в направлении подложки на расстояние до 20-50 А. Затем на острийный электрод подают импульсное напряжение отрицательной полярности относительно подложки. При этом с острийного электрода начинает течь туннельный ток. Под действием этого потока электронов, имеющего высокую удельную плотность, в алмазоподобной пленке выделяется энергия, приводящая к фазовому переходу алмаз-графит. Таким образом в поверхностном слое алмазоподобной пленки образуют вкрапления графита. С помощью приводов управляемого перемещения острийный электрод перемещают по программе вдоль поверхности алмазоподобной пленки, образуя при этом проводящую микроструктуру из графита в ее поверхностном слое.

Такой способ существенно отличается от известных, так как для создания проводящей микроструктуры используют сам материал диэлектрической пленки, преобразуемый под действием потока электронов с острийного электрода. Во всех других известных способах изготовления проводящих микроструктур материал этих микроструктур привносился на поверхность диэлектрической пленки извне и существенно отличается по своему составу от состава диэлектрической пленки. Кроме того, весь способ изготовления проводящей микроструктуры заключается, по сути дела, только в одной операции воздействия на диэлектрик электронным пучком.

Другим существенным отличием предложенного способа является подача на острийный электрод импульсного напряжения отрицательной полярности, в то время, как в известных способах на острийный электрод подают постоянное напряжение положительной полярности.

П р и м е р. На проводящую подложку из меди пучком ионов углерода с энергией 50 эВ при давлении 1,3 10^-6 тор нанесли алмазоподобную пленку толщиной 30 . В качестве исходного вещества для источника ионов использовали графит марки ГАЛ-2. Затем эту подложку поместили в рабочую камеру туннельного литографа. После откачки атмосферного воздуха из рабочей камеры до давления 1 10^-6 тор острийный электрод из WSi₂ был перемещен к поверхности алмазоподобной пленки на расстояние 15 , после чего на острийный электрод подали импульсное напряжение 1,5 В отрицательной полярности по отношению к подложке. Туннельный ток с острийного электрода на подложку составил 60 нА, что при радиусе скругления вершины острийного электрода 30 соответствовало плотности выделяемой в алмазоподобной пленке мощности 2 10⁵ Вт/см². При этом за время 10^-5 с область размером 15 нагревается до температуры 1 10^{3 о}С, что обеспечивает необходимую температуру фазового перехода алмаза в графит (Физические свойства алмазов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1987) и обеспечивает необходимую энергию активации этого фазового перехода (Ормонт В.Ф. Введение в физическую и кристаллохимию полупроводников. М.: Высшая школа, 1982). Перемещая острийный электрод с помощью приводов управляемого перемещения вдоль поверхности алмазоподобной пленки, образовали дорожку графита длиной 5 мкм, шириной 20 и толщиной 10 . Кристаллическая структура гексагональная с ориентацией (012). Удельное электросопротивление графита 1300 108 Ом/м.

Таким образом показан простой способ изготовления проводящих микроструктур с высоким разрешением. Получаемые таким способом микроструктуры БИС отличаются химической и диффузионной устойчивостью, так как состоят из материалов одного и того же химического состава, что дает возможность создавать БИС с высокой плотностью компоновки элементов. Размещение проводящих микроструктур в объеме диэлектрических пленок, а не на их поверхности, позволит изготавливать высококачественные многослойные структуры БИС с большой степенью интеграции, что представляет в настоящее время серьезную техническую проблему. Использование в качестве диэлектрика алмазоподобной пленки, имеющей большую ширину запрещенной зоны, а в качестве проводника - графита, т. е. материала того же химического состава, что и диэлектрик, обеспечивает высокую радиационную стойкость изготавливаемых предложенным способом микроструктур и БИС на их основе.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОДЯЩИХ МИКРОСТРУКТУР, включающий нанесение алмазоподобной пленки на подложку, воздействие на нее направленным потоком энергии по рисунку посредством электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения радиационной стойкости и разрешающей способности микроструктур, в качестве электрода используют острийный электрод, на который подают импульсное напряжение отрицательной полярности, причем в процессе воздействия острийный электрод приближают к алмазоподобной пленке на расстояние 10 - 50 .