Способ формирования микропроводников высокой проводимости
Изобретение относится к технологии изготовления элементов интегральных схем, к способу формирования микропроводников высокой проводимости. Способ позволяет повысить технологичность за счет снижения температуры формирования микропроводников. Формируют микропроводники путем подачи постоянного напряжения между поверхностью подложки с эпоксидной смолой и погруженным в нее игольчатым электродом, отводят игольчатый электрод от подложки на длину формируемого микропроводника и проводят полимеризацию эпоксидной смолы до полной стабилизации микропроводника. 1 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления элементов интегральных схем и может использоваться для создания проводников высокой проводимости. Целью изобретения является повышение технологичности за счет снижения температуры формирования микропровод- ников. На чертеже представлена схема устройства для реализации заявляемого способа. Устройство для реализации заявляемого способа состоит из трехкоординатного пьезопривода 1, с помощью которого осуществляется пространственное перемещение игольчатого электрода 2 относительно подложки 3, на которую нанесена эпоксидная смола 4. Игольчатый электрод 2 через параллельно соединенные резистор 5 и вольтметр 6 подключен к вольтметру 7 и к движку потенциометра 8, один вывод которого через выключатель 9 подключен к источнику 10 питания, второй вывод которого соединен с вторым выводом потенциометра 8, вольтметром 7 и подложкой 3. В качестве трехкоординатного пьезопривода использован механизм перемещения туннельного микроскопа. Пример выполнения способа. Подложка 3 изготовлена из нержавеющей стали, диаметром 6 мм и толщиной 1 мм и отполирована с одной стороны. Высота выступа составляла Rr = 0,05-0,1 мкм. Игольчатый электрод 2 был изготовлен из вольфрамовой проволоки (ВРН) диаметром 1 мм, длиной 9 мм. Радиус острия около 2 нм получен электрохимическим травлением по известной методике. На подложку 3 была нанесена эпоксидная смола 4 марки ЭД-20 объемом 9-12 мм3 с отвердителем ПЭПА (полиэтилен полиамин) 8% от объема смолы. Эпоксидная смола была предварительно обеспечена в форвакууме и проведена электроочистка, после чего ее объемное сопротивление составило больше, чем 1012 Ом.см. На игольчатый электрод 2 и подложку 3 подано постоянное напряжение 0,4 В от источника 10 питания с помощью потенциометра 8, которое измеряется с помощью вольтметра 7. Далее, игольчатый электрод 2, погруженный в жидкую каплю эпоксидной смолы с отвердителем 4, подводится к подложке 3 до возникновения туннельного тока, появление которого и его величина регистрируется вольтметром 6. Расстояние устанав- ливается таким ( Формула изобретения РИСУНКИ MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе Дата прекращения действия патента: 21.11.1994 Номер и год публикации бюллетеня: 17-2001 Извещение опубликовано: 20.06.2001 
1,5 нм), чтобы вольтметр 6 показывал 0,1 В, что соответствует туннельному току 0,1 мкА в цепи подложка 3 - игольчатый электрод 2. При этом работает закономерность, чем меньше расстояние игольчатый электрод - подложка, тем больше туннельный ток. Затем, при неподвижном игольчатом электроде 2, повышают напряжение до появления тока короткого замыкания. При этом, показания вольтметра 6 практически совпадают с показаниями вольтметра 7, так как полное сопротивление участка цепи подложка - проводящий микроканал - игольчатый электрод составляет 5-10 Ом, что много меньше мегоомного резистора 5, включенного в цепь последовательно. Напряжение короткого замыкания, которое показывают вольтметром 7 или 6, не превышает обычно 15 В. Затем начинают формировать микропроводник. Для этого, игольчатый электрод 2 медленно отводят от подложки с помощью пьезопривода. Скорость должна удовлетворять следующему условию V 
Vпред, где Vпред - предельная скорость формирования и равна для описываемых условий Vпред = =3 нм/с. При этом ток и напряжение в цепи подложка - игольчатый электрод остаются неизменными. Если игольчатый электрод отводится от подложки со скоростью большей Vпред, то он обрывается, не достигнув максимально возможной длины. Предельная скорость формирования Vпред зависит от состава и температуры среды, протекающего тока между подложкой и игольчатым электродом, от радиуса острия и определяется экспериментально путем многократного формирования проводящего микро- канала максимальной длины с последовательным увеличением скорости вытягивания. Длина проводника определяется по градуировке пьезопривода и поданному на него напряжению. В конкретном примере чувствительность пьезопривода равна 3 нм/В, при поданном на пьезопривод напряжении 300 В, перемещение пьезопривода, которое определяет длину сформированного микропроводника, составляет 3 нм/В х 300 В = 900 нм. На максимальную длину проводника влияет состав смолы, состав отвердителя, температура окружающей среды, приложенное напряжение, радиус острия игольчатого электрода. В частности, повышение температуры окружающей среды при прочих неизменных параметрах приводит к уменьшению максимальной длины микропроводника. Уменьшение радиуса острия при прочих неизменных параметрах приводит к увеличению длины микропроводника, однако менее 10 нм радиус острия игольчатого электрода обычными методами изготовить не удается. Поэтому перед формированием заданного размера целесообразно экспериментально определить предельную длину проводника, которую можно изготовить в данных условиях. Предельная длина проводника формируется при отводе игольчатого электрода 2 от подложки 3 с фиксированной скоростью и окончание этого процесса определяется как разрыв цепи тока, в результате вольтметр 6 показывает нулевое значение напряжения. Максимально гарантированная длина проводника составляет 0,9 от предельной длины. После формирования проводящего канала необходимо провести процесс полимеризации эпоксидной смолы. Для этого, при напряжении источника 15 В и тока 15 мкА, и расстоянии между игольчатым электродом и подложкой, равном длине сформированного проводника проводят полимеризацию смолы при комнатной температуре в течение 72 ч. Ток полимеризации Iо должен удовлетворять следующему условию: I 
Io, где Io - минимальный ток формирования, и выбирается, исходя из следующих условий. Iо - такой ток, который обеспечивает стабилизацию максимальной длины микропроводника при прочих неизменных условиях. При I<I
d 
T/I2, где Т - радиальный перепад температуры микропроводника, обусловленный его джоулевым нагревом; I - ток через проводник; d - его длина; - коэффициент теплопроводности эпоксидной смолы. При I = 0,2 А, d = 10-4 см, = 0,0084 Вт/см х х К, Т = 10 К, расчеты дают R < 2
10-3 Ом. Поскольку, при формировании микропроводника существенное значение имеет критическое электрическое поле, то радиус канала проводимости не может превышать радиуса острия игольчатого электрода ro = =20 нм. Тогда по формуле P = R ro2/d можно оценить удельное сопротивление микропроводника Р. Расчет дает Р < 2 10-10 Ом см, это, по крайней мере, на четыре порядка меньше удельного сопротивления серебра. Через такой микропроводник пропускались токи 0,2 в течение многих часов и не происходило никаких изменений. При этом плотность тока через микропроводник составляла по расчетам (ro = = 20 нм/1010 А/см). Из приведенных расчетов можно заключить, что микропроводники, сформированные в эпоксидной смоле предлагаемым способом, обладают высокой проводимостью, приближающейся по свойствам к сверхпроводникам. Так, помещение микропроводника в магнитное поле с индукцией 0,32 Тл не привело к изменению его проводимости. Применение способа по сравнению с прототипом дает следующие преимущества, обеспечивающие повышение технологичности: - снижение температуры формирования микропроводника до комнатной температуры повышает технологичность способа и расширяет возможности его использования за счет устранения термоупругих напряжений, например, между элементами микросхем; - исключается использование проводящего материала, поэтому нет необходимости в сложном оборудовании для подачи висмута на острие игольчатого электрода. Vпред,
где Vпред - предельная скорость формирования, определяемая экспериментально, исходя из предела прочности микропроводника, а полимеризацию смолы проводят при комнатной температуре и при постоянном токе между игольчатым электродом и поверхностью подложки, выбираемом из соотношения I I0, где I0 - минимальный ток формирования до полной стабилизации микропроводника.
