Способ изготовления тонких металлических пленок

Изобретение относится к области получения тонких металлических пленок и может быть использовано как для получения свободных сверхтонких металлических пленок, например, сусального золота, платины и др., так и последующего нанесения этих пленок на разнообразные подложки. Предложенный способ включает нанесение слоя благородного металла на пластины монокристаллического кремния приборного качества с последующим получением пленки путем ее отделения от подложки. Перед нанесением пленки осуществляют окисление монокристаллического кремния. Пленку наносят методом физического или химического осаждения. Отделение пленки от подложки осуществляют путем полного или частичного растворения подложки во флотационном для данного типа пленки растворе. В частных случаях выполнения изобретения процесс полного или частичного растворения подложки осуществляют при повышенных температурах или с использованием вибрации, или других способов перемешивания раствора. Процесс отделения пленки проводят с использованием катализаторов. После растворения подложки всплывшую металлическую пленку оставляют на поверхности флотационного раствора или помещают в другую жидкость до окончательного выравнивания металлической пленки силами поверхностного натяжения. Техническим результатом изобретения является упрощение процедуры отделения совершенных металлических пленок от технологической подложки, а также создание возможности многократного использования технологической подложки. 4 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии получения тонких металлических пленок и может быть использовано как для получения свободных сверхтонких металлических пленок, например, сусального золота, платины и др., так и последующего нанесения этих пленок на разнообразные подложки.

Известен способ изготовления тонкой металлической пленки [Patent US 6086729, МКИ С 23 С 014/34, July 11, 2000], в котором на технологической подложке с низкой шероховатостью вакуумным распылением изготавливают металлическую пленку с толщиной около 10,000 ангстрем. Затем пленку механически отделяют от технологической подложки и переносят на держатель мембраны. Для улучшения отрыва пленки от технологической подложки проводят химическую, термическую или механическую обработку подложки как перед осаждением, так и после осаждения металлической пленки с целью уменьшения адгезии пленки к подложке.

Однако такой процесс снятия сверхтонкой пленки с технологической подложки приводит к ухудшению качества пленки и существенно усложняет процесс. Кроме того, обработка подложки до нанесения пленки и системы пленка-подложка после нанесения пленки с целью снижения адгезии пленки к технологической подложке приводит к ухудшению свойств пленки.

Известен способ изготовления тонкой металлической пленки, принятый за прототип, в котором пленку, нанесенную путем напыления на очищенную подложку, отделяют от подложки путем растворения последней. Для чего предварительно перед напылением на подложку наносят водорастворимую полимерную пленку, которую после образования металлической пленки растворяют в воде, а остатки водорастворимой пленки удаляют термообработкой (патент RU 2034667, МКИ В 05 D 1/38, опубл. 10.05.95 г., бюл. №13).

Однако нанесение металлических пленок на органические подложки (или подложки, покрытые органической пленкой) ограничивает возможности современных методов формирования металлических пленок. В частности, органические материалы, как правило, не допускают применения высоких температур нанесения (до 1000°С, например, в CVD-процессах) и, как следствие, не позволяют создавать совершенных металлических пленок. Кроме того, получаемые пленки наследуют дефектную структуру как самой подложки, так и расположенной на ней органической пленки.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи создания простым и технологичным способом совершенных металлических пленок, которые могут быть использованы вне зависимости от технологической подложки, на которую они были нанесены.

Техническим эффектом изобретения является упрощение процедуры отделения совершенных металлических пленок от совершенной технологической положки за счет всплытия металлических пленок после растворения подложки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления тонкой металлической пленки, включающем нанесение ее на технологическую подложку с последующим отделением пленки от подложки путем полного или частичного растворения последней, новым является то, что в качестве подложки берут пластины монокристаллического кремния приборного качества, используемые для микроэлектроники, нанесение пленки осуществляют методами физического вакуумного осаждения, химического осаждения из газовой фазы, электрохимического или химического осаждения, а растворение подложки осуществляют во флотационном для данного типа пленки растворе.

Толщина такой металлической пленки может составлять от единиц нанометров до нескольких десятков микрон.

Термин «металлическая пленка» в данной заявке означает, что она может быть изготовлена из металлов, сплавов или металлических соединений на их основе.

Термин «монокристаллический кремний приборного качества, используемый для микроэлектроники» в данной заявке означает, что кремний получен с применением соответствующей микроэлектронной технологии подготовки совершенной поверхности монокристаллического кремния, используемого для изготовления интегральных схем.

Формирование на таких подложках металлических пленок различными методами физического вакуумного осаждения, химического осаждения из газовой фазы, электрохимического или химического осаждения обеспечивает наивысшее качество получаемых металлических пленок.

Термин «флотационный раствор для данного типа пленки» в данной заявке означает, что пленка данного типа всплывает в таком растворе после отделения ее от подложки в процессе растворения последней. Наиболее часто при растворении кремниевых подложек и окисного слоя, создаваемого на их поверхности, используют растворы на основе плавиковой кислоты.

Предварительное окисление монокристаллического кремния создает на поверхности подложки окисную пленку без изменения шероховатости поверхности подложки, что определяет совершенные свойства металлической пленки, создаваемые на такой поверхности. Это облегчает отделение металлической пленки от подложки и, кроме того, дает возможность использовать технологическую кремневую подложку для многократного нанесения металлической пленки.

Отделение подложки в процессе ее растворения значительно ускоряется при:

а) осуществлении растворения подложки при повышенных температурах или давлении;

б) проведении процесса отделения пленки, используя вибрации или другие способы перемешивания раствора;

в) проведении процесса отделения пленки при дополнительном применении катализаторов.

Эффект ускорения увеличивается при совмещении вышеперечисленных операций.

После растворения подложки всплывшую металлическую пленку можно оставлять на поверхности раствора до окончательного выравнивания ее силами поверхностного натяжения.

Ниже приведенные примеры иллюстрируют, но не исчерпывают предлагаемый способ.

Пример 1. На поверхность пластины монокристаллического кремния приборного качества, используемой для микроэлектроники [изготовлена по техническим условиям ЕТО.035.206 ТУ], методом электронно-лучевого испарения наносят слой золота с толщиной пленки 0,1-0,5 микрона. Полученную структуру помещают в водный раствор плавиковой и азотной кислот, который является флотационным раствором для пленки золота. В результате травления кремния происходит отделение золотой пленки, которая остается на поверхности раствора. Свободная металлическая пленка извлекается из раствора, промывается в воде и помещается на держатель. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов, которые присутствуют при других методах формирования и отделения металлической пленки от подложки.

Пример 2. На полированной поверхности пластины монокристаллического кремния приборного качества, используемой для микроэлектроники [изготовлена по техническим условиям ЕТО.035.206 ТУ], термическим окислением выращивается пленка термического окисла кремния толщиной 0,2-0,3 микрона. Методом магнетронного вакуумного напыления на поверхность окисленного кремния наносится пленка состава: 84% палладия и 16% серебра. Толщина металлической пленки составляет 0,5 микрона. Полученная структура помещается в водный раствор 50% плавиковой кислоты, которая является флотационным раствором для пленки указанного состава. В результате взаимодействия с плавиковой кислотой окисел кремния удаляется, а плохо смачиваемая плавиковой кислотой металлическая пленка всплывает на поверхность раствора. Свободная металлическая пленка извлекается из раствора, промывается в воде и помещается на соответствующем держателе. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов, которые присутствуют при других методах формирования и отделения металлической пленки от подложки. Технологическая подложка из кремния извлекается из раствора и может быть использована повторно.

Пример 3. Процесс проводят в соответствии с Примером 2. Для ускорения отделения металлической пленки от технологической подложки флотационный раствор нагревают до температуры раствора 36-40°С. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов. Время отделения металлической пленки от технологической подложки при этом сократилось примерно в два раза.

Пример 4. Процесс проводят в соответствии с Примером 2. Для ускорения отделения пленки от технологической подложки используют ультразвуковое перемешивание раствора, мощность ультразвукового генератора составляет 0,1-0,25 ватт. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов. Время отделения металлической пленки от технологической подложки при этом сократилось примерно в два раза.

Пример 5. Процесс проводят в соответствии с Примером 2. Для ускорения отделения металлической пленки от технологической подложки флотационный раствор нагревают до температуры раствора 36-40°С и одновременно раствор перемешивается ультразвуком, мощность ультразвукового генератора составляет 0,1-0,25 ватт. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов. Время отделения металлической пленки от технологической подложки при этом сократилось примерно в четыре раза.

Пример 6. Процесс проводят в соответствии с Примером 2. Для более быстрого отделения пленки от технологической подложки и последующей флотации используется каталитический электрод, кратковременный контакт которого с поверхностью металлической пленки приводит к ускорению травления окисного слоя подложки. В качестве такого электрода может выступать алюминий, нержавеющая сталь или другой металл, имеющий меньшую электроотрицательность по сравнению с металлической пленкой в ряду нормальных электродных потенциалов элементов. Свободная металлическая пленка после отделения от подложки извлекается из раствора, промывается водой и размещается на интересуемой поверхности держателя пленки. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов. Время отделения металлической пленки от технологической подложки при этом сократилось примерно на порядок.

Пример 7. Процесс проводят в соответствии с Примером 2. Для дополнительного выравнивания металлической пленки (удаления с поверхности пленки складок соизмеримых с толщиной пленки) силами поверхностного натяжения металлическую пленку оставляют на поверхности флотационного раствора или воды на 10-120 минут. Затем свободная металлическая пленка извлекается из раствора, промывается в воде и помещается на держатель. Полученная пленка характеризуется отсутствием механических повреждений, проколов и других дефектов, а также является наиболее ровной и однородной по толщине.

1. Способ изготовления тонкой металлической пленки из благородных металлов, включающий нанесение слоя металла на технологическую подложку с последующим получением пленки путем ее отделения от подложки, отличающийся тем, что в качестве подложки используют пластины монокристаллического кремния приборного качества, используемые для микроэлектроники, перед нанесением пленки осуществляют окисление монокристаллического кремния, пленку наносят методом физического или химического осаждения, а отделение пленки от подложки осуществляют путем полного или частичного растворения подложки во флотационном для данного типа пленки растворе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс полного или частичного растворения подложки осуществляют при повышенных температурах.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс полного или частичного растворения подложки проводят с использованием вибрации или других способов перемешивания раствора.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс отделения пленки проводят с применением катализаторов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после растворения подложки всплывшую металлическую пленку оставляют на поверхности флотационного раствора или помещают в другую жидкость до окончательного выравнивания металлической пленки силами поверхностного натяжения.