Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения резистивной маски на полупроводниковой подложке для формирования микро- и наноструктур

Изобретение относится к области нанотехнологий и электронной техники, а именно к способам получения резистивной маски на полупроводниковой подложке для формирования микро- и наноструктур, и может быть использовано для изготовления устройств для обработки, передачи и хранения информации.

Известен способ получения резистивной маски на полупроводниковой подложке для формирования микро- и наноструктур (патент США № 4612274, приоритет 18.11.1985 г.). Сущность изобретения: на полупроводниковой подложке формируют первый слой позитивного фоторезиста, производят экспонирование первого слоя через шаблон методом электронной литографии, проявляют рисунок, подложку покрывают вспомогательным слоем титана, первый слой фоторезиста удаляют, формируют второй слой позитивного фоторезиста, производят экспонирование второго слоя через шаблон методом оптической литографии и проявляют рисунок.

Основным недостатком приведенного способа являются многостадийность и сложность проведения процесса.

Известен способ получения резистивной маски на полупроводниковой подложке для формирования микро- и наноструктур (патент США № 7296245, приоритет от 14.03.2005). Сущность изобретения: на полупроводниковой подложке формируют слой позитивного фоторезиста, производят экспонирование слоя фоторезиста через шаблон методом электронной литографии, производят экспонирование слоя фоторезиста через шаблон методом фотолитографии и проявляют рисунок.

Общим недостатком приведенных способов является их непригодность для получения специфической резистивной маски сложного профиля с нависающим над полупроводниковой подложкой резистом. Такая маска требуется для формирования у создаваемых устройств краев высокого качества, а это необходимое условие получения микро- и наноструктур с заданными и надежно воспроизводимыми свойствами. Кроме того, нависающая маска необходима для создания джозефсоновских контактов методом теневого напыления.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому решению является способ фотолитографии, в котором предлагается резистивная маска на полупроводниковой подложке для формирования микро- и наноструктур, имеющая сложный профиль с нависающим над полупроводниковой подложкой резистом (патент РФ № 2586400, приоритет от 28.04.2015). Сущность изобретения: на полупроводниковой подложке формируют первый слой позитивного фоторезиста проведением, по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, производят экспонирование первого слоя без шаблона методом фотолитографии, формируют второй слой позитивного фоторезиста проведением по меньшей мере, двух циклов нанесения на подложку слоя фоторезиста с последующей его сушкой, производят термообработку при температуре 120-150°С, экспонируют через шаблон методом фотолитографии и проявляют рисунок. Время экспозиции первого слоя меньше времени экспозиции второго слоя.

Основным недостатком приведенного способа является невозможность получения резистивной маски для формирования на одной полупроводниковой подложке одновременно как, микро-, так и наноструктур, что в значительной степени ограничивает его использование для изготовления широкого ряда устройств для обработки, передачи и хранения информации.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания универсальной резистивной маски на полупроводниковой подложке для формирования одновременно как микро-, так и наноструктуры с заданными и воспроизводимыми характеристиками.

Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, расширяет возможности изготовления микро- и наноструктур за счет создания резистивной маски, позволяющей размещать на одной и той же подложке одновременно как, микро- так и наноструктуры с воспроизводимыми характеристиками, пригодными для изготовления различных устройств обработки, передачи и хранения информации.

Для достижения указанного выше технического результата способ получения резистивной маски на полупроводниковой подложке для формирования микро- и наноструктур, имеющей сложный профиль с нависающим над полупроводниковой подложкой резистом, включает: создание на полупроводниковой подложке слоя электронных резистов, формируемого последовательным проведением циклов нанесения электронных резистов разных видов с последующей сушкой, экспонирование слоя электронных резистов методом электронной литографии, создание слоя позитивного фоторезиста с последующей его сушкой, экспонирование слоя фоторезиста методом фотолитографии, последовательное проявление фото- и электронного резистов.

От прототипа указанный способ отличается тем, что на полупроводниковой подложке первый слой формируется не нанесением на подложку фоторезиста, а с помощью двух электронных резистов различной контрастности, при этом экспонирование первого слоя производится методом электронной литографии. А на заключительной стадии последовательно проявляются оба слоя резиста.

Между совокупностью существенных признаков объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь. Указанный технический результат достигается благодаря тому, что использование электронного резиста и экспонирование методом электронной литографии позволяют изготавливать наноструктуры в широком диапазоне размеров (50-1000 нм). Проведение не менее двух циклов нанесения электронных резистов разной контрастности с последующей сушкой обеспечивает получение сложного профиля маски с нависанием верхнего слоя электронного резиста над нижним. Использование электронных резистов вместе с фоторезистом позволяет изготовить единую маску, как для нано-, так и для микроразмерных структур.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример

На кремниевой подложке создается первый слой электронных резистов последовательным проведением двух циклов нанесения электронного резиста ММА 8.5 МАА EL9 на скорости 3000 об/мин и одного цикла нанесения электронного резиста AR-P 6200.04 на центрифуге на скорости 4500 об/мин. Каждый цикл нанесения электронного резиста завершается сушкой в течение 5 минут при температуре 150°С. Далее проводится электронная литография наноразмерных структур подложки со слоем электронных резистов на установке электронно-лучевой литографии Crestec CABL-9000C. После чего на подложке создается второй слой, состоящий из фоторезиста S1813, наносимого на скорости 3000 об/мин. Далее этот фоторезист запекается при температуре 110°С. В установке безмаскового совмещения и литографии Heidelberg Instruments μΡG101 производится фотолитография подложки со слоями электронного и фоторезистов для формирования микроразмерных структур, фоторезист проявляется в Microposit MF CD-26 в течение 40 секунд и смывается водой. Электронный резист, непокрытый фоторезистом, в установке плазмохимического травления Corial 2001 удаляется индуктивно-связанной плазмой кислорода в течение 5 минут. Затем подложка с оставшимся фоторезистом засвечивается целиком безмасковым образом. Верхний слой электронного резиста проявляется в ARP-600-546 в течение 1 минуты. При проявлении также удаляется фоторезист, покрывающий электронный. Далее нижний слой электронного резиста проявляется в течение 3 минут в растворе IPA:H2O (93:7 в объемном соотношении) с последующей смывкой в воде. В силу меньшей контрастности нижний резист ММА 8.5 МАА EL9 проявляется шире, чем верхний, создавая нависание верхнего резиста над нижним.

На фиг.1 представлена фотография выполненной предлагаемым способом резистивной маски с нависающим верхним электронным резистом AR-P 6200.04 (поз.1) и вырезами в маске для последующего напыления микроразмерных подводов (поз.2). Такая резистивная маска на полупроводниковой подложке может использоваться для формирования одновременно как микро-, так и наноструктуры с заданными и воспроизводимыми характеристиками. Например, может быть получена структура, представленная на фиг.2, где приведены изображения, полученные на электронном микроскопе фирмы JOEL. На фиг.2А отчетливо видны элементы микроструктуры (для наглядности линейный размер в 1 μm расположен в середине строки внизу изображения). На фиг.2В приведен увеличенный фрагмент с фиг.2А, выделенный прямоугольником и обозначенный I. На нем отчетливо видны элементы наноструктуры (для наглядности линейный размер в 100 nm расположен в середине строки внизу изображения). Напыление производилось в одном вакуумном цикле с окислением в контролируемой атмосфере кислорода между напылениями.

Как видно (фиг.2), под областью нависания маски формируются элементы структуры с размерами, которые можно использовать для создания электронных компонент, способных использовать туннельный эффект, в том числе устройств обработки, передачи и хранения информации.