Формування маски для травлення алмазних плівок

 

Винахід відноситься до технології виготовлення інтегральних схем і може бути використане в технології виготовлення інтегральних схем на основі алмазних плівок.

В електроніці алмаз вважається матеріалом 21 століття [1], так як дозволяє розробити ряд пристроїв з унікальними характеристиками: потужні пристрої для НВЧ систем терагерцового діапазону [2], генератори пикосекундних зарядових імпульсів для лазерів на вільних електронах [3], високочутливі біосенсори для розшифровки генома людини [4] і т. д. В основі функціонування більшості цих пристроїв лежить здатність алмазу до емісії електронів. Автоэмиссия використовується для створення автоэмиттеров електронів, а вторинна емісія - для підсилення електронного потоку. При цьому виникає необхідність у проведенні літографії для додання поверхні алмазу потрібного малюнка.

Добре відомо, що якщо поверхня гладка, як це має місце для моноалмаза, то вся трудність виникає із-за невеликої поверхні, яка зараз не перевищує 25 мм2[5]. Якщо поверхня рельєфна, як це має місце для полікристалічних алмазних плівок [6, 7], то тоді розташовані на поверхні кристали не дозволяють пр�. �ероховатость поверхні при цьому становить 10% від товщини плівки [6]. З появою ультра-нанокристалічних алмазних плівок (UNCD) нерівність поверхні становить 20-50 нм, однак концентрація азоту в них досягає 1020-1021см-3, що обмежує їх застосування.

Для отримання малих розмірів на алмазних плівках найбільш близьким способом до пропонованого способу є спосіб, запропонований в роботі [6]. У цьому випадку літографія на полікристалічних алмазних плівках проводиться після трудомісткої операції шліфування і полірування, для чого необхідно вирощувати плівку завтовшки не менше 8-10 мкм [6]. Але і в цьому випадку невідомо, щоб літографія з мінімальним розміром 1 мкм і менше була здійснена на площі 104мм2.

Метою винаходу є розробка технології формування субмикронной маски для травлення алмазної плівки шляхом її формування до зростання плівки.

Поставлена мета досягається тим, що маска з діелектрика або металу виготовляється до зростання алмазної плівки на підкладці з рівною поверхнею, що забезпечує субмікронні розміри маски, з подальшим формуванням на масці алмазної плівки і розкриттям вікна з боку подложкедовательность технологічних операцій, за допомогою яких досягається поставлена мета, представлена на малюнках: а - нанесення матеріалу маски 2; b - проведення літографії для отримання маски 3; з-напилення SiO2і Si3N4і розтин вікна 4; d - нанесення на маску алмазних нанокристалів 5; е - вирощування алмазної плівки 6; f - витравлення вікна 7.

Характерною рисою представленої технології є те, що маска для травлення створюється до зростання алмазної плівки. Послідовність здійснюваних при цьому операцій представлена на малюнку.

1. На поверхню кремнієвої пластини 1 наноситься або вирощується плівка 2 з матеріалу, який підходить для маски при травленні алмазу. В якості матеріалу можна використовувати окис кремнію SiO2, нітрид кремнію Si3N4і титан Ti. Маски з цих матеріалів не руйнуються при температурі зростання алмазних плівок. Товщина плівки 2 визначається глибиною травлення алмазної плівки. Якщо травлення плівки здійснюється в ЭЦР плазмі (ЭЦР - електронний циклотронний резонанс) і для цього використовується аргон і кисень Ar:O2=6:20 sccm, то для визначення товщини маски можна скористатися даними про швидкостях травлення маски і алмазної плівки, наведеними в таблиці

Таблиця.
Швидкості травлення алмазу і маски
Матеріал маскиSF6(sccm)Швидкість травлення алмазу (nm/min)Швидкість травлення маски (nm/min)
Ti01149.6
Ti24145
SiO20749.3
SiO2212322.7
Si3N409614.8
Si3N4211322.7

2. З плівки 2 звичайними методами фото або элниевой пластини спочатку наносять шари SiO2і Si3N4відповідно з товщинами 0.3 µм та 0.1 µм, а потім в них розкривається вікно 4 для подальшого травлення кремнію (рис.з).

4. На маску 3 методом центрифугування наноситься суспензія нанокристалів алмазу. Після просушування на поверхні маски 3 і відкритих ділянках поверхні кремнію залишаються нанокристали 5, необхідні для стимуляції росту алмазної плівки (рис.d).

5. Одним з методів хіміко-газового CVD осадження [1] на верхній частині кремнієвої пластини вирощується полікристалічна або нанокристаллическая алмазна плівка 6 (рис.е).

6. У 40% водному розчині КОН при температурі 85°C через вікно 4 проводиться травлення кремнію. Процес автоматично закінчується, коли фронт травлення досягає маску 3. В результаті в пластині кремнію утворюється порожнина 7 у вигляді усіченої піраміди або конуса, основою яких є вікно 4, а верх закрите маскою 3 з алмазної плівкою 6 на ній (рис.f).

Утворенням порожнини 7 в основному завершується процес формування маски для травлення алмазної плівки. Провести процес травлення через маску можна за допомогою плазми Ar+O2+CF4.

Розглянута технологія може забезпечити розробку низки унікальних прилад�я посилити електронний потік при збереженні роздільної здатності зображення, стерпного цим потоком, більше 100 лін/мм Із робіт [8, 9] випливає, що для цього можна використовувати пористу алмазну мембрану. Пропонована технологія дозволяє довести щільність пір в алмазній мембрані до 500 отворів на мм, тобто довести роздільну здатність до 500 лін/мм

2. У роботі [10] показано, що матриця конусів з полікристалічного алмазу є хорошим автоэмиттером. Використовувана в цій роботі технологія дозволяє отримати на площі 50×50 мкм2матрицю конусів з кроком ~4-5 мкм, при цьому щільність струму автоэмиссии досягає ~20-25 А/см2. Зменшивши крок до 2 мкм, щільність струму можна довести до 100 А/см2.

3. Нарешті, використовуючи літографію, що забезпечує мінімальні розміри 20 нм-50 нм, можна виготовити алмазну мембрану з отворами розміром ~20-50 нм, розташованими у вигляді матриці 103×103. Така матриця є чутливим елементом біосенсора для аналізу ДНК і розшифровки генома людини [11, 12]. Виготовлення такого елемента можна представити наступним чином. Спочатку, використовуючи матеріали SiO2, Si3N4і Ti, виготовляють на поверхні кремнієвої пластини матрицю, кожний елемент якої являє два ізольованих електрода �а і формується алмазна мембрана з наноотверстиями. Щоб між стоком і витоком виник канал p-типу провідності, алмазну плівку піддають гідрогенізації [2].

Джерела інформації

1. May P. W. // Phil. Trans. R. Soc. bond. A. 2000 V. 358. P. 473-495.

2. Gurbur Y., Esame O., Tekin I. et al. // Solid - State Electronics. 2005. V. 49. P. 1005-1070.

3. Jensen K. L., Yater J. E., Shaw J. L. et al. // Journal of Applied Physics. 2010. V. 108. P. 044509 (1-12).

4. Zou Y. S., Tyang Y., Zhang W. J. et al. // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 053105 (1-3).

5. Doering P., Genis A. and Linares R. // Large Area Single Crystal Diamond Wafers; Applications, Status, and Future Perspectives CS. Mantech Conference. Austin, Texas, USA. May 14-17. 2007. P. 127-128.

6. Robarot M., Widiez J., Algiers S. et al. // Diamond Relat. Mater. 2010. V. 19. P. 796-805.

7. Tran D. T., Grotjohn T. A., Reinhard D. K., Asmussen J. // Diamond Relat. Mater. 2008. P. 5.

8. Гаврилов С. А., Дзбановський H. H., Іллічов Е. А. та ін // ЖТФ. 2004. Т. 74. Ст. 1. С. 108-114.

9. Dvorkin V. V., Dzbanovsky N. N., Suetin N. V. et al. // Diamond Relat. Mater. 2003. V. 12. P. 2208-2218.

10. Tatsumi N., Ueda A., Seki Y. et al. // SEI Technical Review. 2007. N. 64. P. 15-20.

11. Smirnov W., Hees J. J., Brink D. et al. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. P. 073117 (1-3).

12. Kriele A., Williams O. A., Wobfer M. et al. // Chemical Physics Letters. 2011. V. 507. N. 4-6. P. 253-259.

Спосіб формування маски з металу або діелектрика за допомогою технології виготовлення інтегральних схем для травлення алмазних плівок, відрізняється тим, що з метою отримання субмікронних розмірів елементів з алмазної плівки маска формується на підкладці з рівною поверхнею, що забезпечує субмікронні розмір�ающей доступ з боку підкладки реагентів для травлення плівки через маску.



 

Схожі патенти:

Спосіб локального травлення підкладок з твердих розчинів телуриду свинцю-телуриду олова

Винахід відноситься до галузі оптоелектроніки, може бути використане в технології виготовлення лазерів і фотоприймальних пристроїв ІНФРАЧЕРВОНОГО діапазону
Up!