МАСКА ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ПЛАТИНЫ МЕТОДОМ ФИЗИЧЕСКОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно - к конструкции масок для изготовления тонкопленочных платиновых резисторов, интегральных схем с платиновой металлизацией.
Известна маска для травления тонких слоев платины методом взрывной литографии, состоящая из органического слоя, нанесенного на подложку в местах, где платина должна быть удалена (см., например, презентация фирмы Inostec «Manufacturing Technologyfor Platinum Resistance Temperature Detectors» слайд №8). Однако для использования данного метода необходимо обеспечить низкую температуру подложки при напылении платины, что является причиной низкой адгезии платины к нижележащим слоям, и последующего отшелушивания пленки платины от подложки. Для повышения адгезии пленок платины к подложке, между слоем платины и подложкой наносят тонкий адгезионный слой из титана, однако применение адгезионного слоя так же не позволяет устранить проблему отшелушивания пленки платины, связанную с низкой температурой напыления платины. Так же органическая маска должна иметь вертикальный либо обратный профиль границ, для того, чтобы растворитель органической маски легко проникал в щель между платиной, нанесенной на органический материал, и платиной, находящейся в окнах органического материала на подложке.
Так же известны маски для травления платины, содержащие на поверхности пленки платины слой органического материала (см. книгу У. Моро, Микролитография, часть 2. Пер. с англ. Д.Ю. Зарослова, К.Я. Мокроусова, В.А. Никитаева. / Под ред. Р.X. Тимерова М.: Мир 1990. стр. 887-897), а именно, светочувствительного лака (фоторезиста), в котором методом фотолитографии сформирован рисунок, позволяющий защитить необходимые участки платины от травления, однако использование жидких травителей не позволяет получить точные размеры, к тому же из-за больших подтравов, свойственных данному методу, зачастую происходит разрушение адгезионного слоя из титана, который наносится между слоем платины и подложкой, для повышения адгезии платины к подложке, вследствие разрушения адгезионного слоя происходит отрыв платины от подложки. Реактивное плазменное травление не позволяет получить ровные границы пленочных платиновых элементов, так как из-за протекания химических реакций при травлении возникают области локального повышения температуры, в которых скорость травления увеличивается. Поэтому для травления пленок платины используется физическое распыление. Процесс физического распыления платины осуществляется за счет бомбардировки поверхности пластины, на которой сформирована маска, защищающая необходимые участки пленки платины от распыления, ускоренными ионами аргона. Светочувствительные лаки (фоторезисты) для процесса физического распыления выбирают позитивными, т.к. они имеют большую разрешающую способность, по сравнению с негативными. Однако при использовании данного метода возникают определенные проблемы после операции физического распыления. Суть проблемы в том, что при проведении процесса физического распыления маска фоторезиста карбонизируется, вследствие чего появляются проблемы со снятием фоторезиста.
Прототипом данной полезной модели является маска, состоящая из верхнего маскирующего металлического слоя, и нижнего сплошного диэлектрического маскирующих слоев (см. книгу X. Риссел, И. Руге. Ионная имплантация. Пер. с нем. В.В. Клиямова, В.Н. Пальянова. / под ред. М.И. Гусевой. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983 стр. 61.), где верхний маскирующий слой повторяет топологический рисунок, который необходимо получить, а нижний маскирующий слой не имеет окон и служит защитой от распыленных частиц верхнего маскирующего слоя.
Однако, для травления слоя платины необходимо вначале протравить методом физического распыления еще и нижний маскирующий слой, что может значительно замедлить процесс травление из-за малого коэффициента распыления материала нижнего маскирующего слоя. Кроме этого, если коэффициент термического расширения нижнего слоя маски будет больше, чем коэффициент расширения платины, то отслоение слоя платины от подложки будет также происходить.
Целью данной полезной модели является получение воспроизводимых тонкопленочных платиновых элементов методом физического распыления за счет исключения отслоения платины от подложки.
Указанная цель достигается за счет того, что в отличие от известной маски, состоящей из верхнего маскирующего металлического слоя, и нижнего диэлектрического маскирующих слоя, верхний маскирующий слой состоит из титана толщиной 0,1-0,2 мкм, а в нижнем слое из нитрида кремния, толщиной 0,1-0,25 мкм, вытравлен рисунок, повторяющий верхний маскирующий слой.
В качестве верхнего маскирующего слоя используется металл с низким коэффициентом распыления - титан. Помимо низкого коэффициента распыления, пленки титана легко получить методами электронно-лучевого и магнетронного напыления, что упрощает технологический процесс. Расчет толщины верхнего маскирующего слоя ведется из учета, что коэффициент распыления титана в три раза ниже, чем у платины, к тому же толщина верхнего маскирующего слоя берется с запасом в 1,2-1,5 раза. Поэтому для травления пленки платины толщиной 0,3 мкм выбирают толщину верхнего маскирующего слоя из титана 0,15 мкм. Пленки титана толщиной ниже 0,1 мкм не используются, так как минимальная толщина пленки платины, используемой в тонкопленочной технологии равна 0,1 мкм.
Нижележащий слой из нитрида кремния обладает высокой твердостью. Помимо этого нитрид кремния имеет термический коэффициент расширения ниже, чем у платины, что позволяет избежать проблемы с отслаиванием и вздутием платины связанных с разницей коэффициентов термического расширения платины и верхнего маскирующего слоя. Данная маска легко удаляется стандартными технологическими приемами, в отличие от маски, где в качестве маскирующего слоя используется фоторезист. Еще одним преимуществом данного метода является хорошая адгезия полученных пленочных платиновых элементов, так как напыление платины в данном случае, происходит при высоких температурах, в отличии от метода взрывной литографии.
В качестве нижележащего маскирующего слоя используют пленку нитрида кремния, толщиной не больше 0,25 мкм, так как пленки с большей толщиной начинают трескаться. Использование слоев нитрида кремния толщиной ниже 0,1 мкм резко снижает эффективность нижнего маскирующего слоя.
На фиг. 1-10 приведены конструкция и этапы изготовления, платинового тонкопленочного элемента с использованием, описываемой маски. Где 1 - подложка, 2 - адгезионный слой титана, 3 - слой платины, 4 - нижний маскирующий слой из нитрида кремния, 5 - Верхний маскирующий слой из титана, 6 - слой фоторезиста.
6
На кремниевую пластину 1 (фиг. 1) наносят адгезионный слой 2 из титана, толщиной 150 Å, методом магнетронного распыления (фиг. 2). После чего методом магнетронного напыления, создают слой платины 3 необходимой толщины (фиг. 3). Далее создается нижний маскирующий слой из нитрида кремния 4, методом химического осаждения толщиной 0,1-0,25 мкм при температуре 800°C (фиг. 4). После чего создается верхний маскирующий слой 5 из титана, толщиной 0,1-0,2 мкм методом электроннолучевого напыления (фиг. 5). Затем на поверхность верхнего маскирующего слоя 5, наносится светочувствительный лак 6 (фоторезист) (фиг. 6). Далее производится фотолитография для вскрытия окон в фоторезисте 6 (фиг. 7), с последующим травлением верхнего 5 и нижнего 4 маскирующих слоев в плазме элегаза (SF) (фиг. 8). Затем производится снятие фоторезиста 6 в кислородной плазме и физическое распыление платины 3 ионами аргона (фиг. 9). Завершающим этапом создания тонкопленочного элемента является удаления двухслойной маски 4, 5.Верхния маскирующий слой удаляется в перекисноамиачной смеси, а нижний маскирующий слой удаляется в ортофосфорной кислоте (фиг. 10).