直接沉积含金属的图案化膜的方法
2020-01-15

直接沉积含金属的图案化膜的方法

公开了一种制作金属氧化物、金属或其他含金属的材料的布线图案膜的无光刻胶的方法。该法包括将金属络合物的无定形膜涂覆到一种基材上。该膜可用标准的工业技术,用旋转涂布法很容易涂覆。所用的金属络合物是光反应性的,在适合波长的光存在下,可进行低温化学反应。反应的最终产物取决于进行反应的气氛。在空气中可制得金属氧化物膜。通过仅将膜的选择的部分暴露到光中,可制得布线图案的膜。通过将膜的不同部分在不同气氛中暴露到光中的方法可由相同的膜得到两种或两种以上材料的布线图案。生成的布线图案的膜通常是平面的。通常不需要单独的平整步骤。

为了达到后一要求,至少一个配体必需是反应性的,并通过一个键连接到配合物41上,当配合物通过吸收质子产生激发态时,配体被分裂出来。反应性基团在紫外线引发的光化学反应中优选从配合物中分离出来。为了使该法中的光化学步骤有效,特别优选当反应性基团分离出时生成的中间产物是不稳定的,并自发转变成所需的新材料70和挥发性副产物。

根据上述公开内容,熟悉本专业的技术人员很清楚,在不违背本发明的精神或范围的情况下,在实施本发明中,许多种供选择的实施方案和改进是可能的。这样的供选择的实施方案和改进中的一些上面已讨论。因此,本发明的范围要根据以下权利要求书规定的内容构成。

将所选择的区域暴露的步骤优选通过以下步骤来达到:将光刻掩模排放在基材上方;用电磁辐射、电子束、离子束或原子束照射远离所述基材一侧的光刻掩模的表面。

本发明方法进行光化学反应步骤的气氛可为惰性气体气氛、空气、含有反应性元素或化合物的气体或真空。

根据上述公开内容,熟悉本专业的技术人员很清楚,在不违背本发明的精神或范围的情况下,在实施本发明中,许多种供选择的实施方案和改进是可能的。这样的供选择的实施方案和改进中的一些上面已讨论。因此,本发明的范围要根据以下权利要求书规定的内容构成。

在许多情况下,将金属膜涂覆到半导体材料上制成或连接到电子元件上是必要的。先有技术通过蒸发法来涂覆这样的膜。蒸发使沉积膜的材料加热。在蒸发的金属和底层材料之间界面处产生的高温会使金属原子扩散到材料中,反之亦然。这样就在金属-半导体界面处形成一层金属和半导体混合层,它可能影响元件的性能。

通过将金属配合物41在化学相容的溶剂中的溶液滴到基材44上,然后转动基材44的方法进行旋转涂布。在另一方法中,可将金属配合物41在溶液中的液滴滴到旋转的基材上。金属配合物41旋转涂布到基材44上通常可用在先有技术方法中用于涂覆光刻胶膜的相同设备来完成。例如,可使用由Headway Research Inc.of 3713 Forest Lane,GarlandFexas购买的这类商业旋转涂布机。膜40的厚度可通过调节基材的旋转速度、溶液的粘度和溶液的浓度来调节,如在旋转涂布技术中已知的。在一些情况下,溶液的进料速率也是一个因素。旋转涂布可在室温下进行。例如,在金属配合物41为Ni(CO)2(PPh3)2(其中Ph表示苯基)的场合下,使用的溶剂可为二氯甲烷。当溶液的浓度为1.57×10-2M和旋转速度为725转/分时,可得到膜的厚度为约90纳米(90单层)。旋转涂布完成后,生成的膜40进行干燥。

在许多情况下,将金属膜涂覆到半导体材料上制成或连接到电子元件上是必要的。先有技术通过蒸发法来涂覆这样的膜。蒸发使沉积膜的材料加热。在蒸发的金属和底层材料之间界面处产生的高温会使金属原子扩散到材料中,反之亦然。这样就在金属-半导体界面处形成一层金属和半导体混合层,它可能影响元件的性能。

配体L可为相同的或不同的。配体L这样来选择,以致可形成配合物41,并有如下性质:1)它可以无定形膜的形式沉积在基材上;2)无定形膜是稳定的,或者至少是亚稳定的;3)在选择的气氛中吸收所需波长的光时,膜可通过光引发的化学反应转变成不同的含金属材料;以及4)由光引发的化学反应生成的任何副产物通常应是足够挥发性的,以致从膜中除去。为了前两个结果,金属配合物41应有低的极性和低的分子间力。因为有机基团通常有低的分子间力,在其外周有有机基团的配体有助于满足前两个要求。

这一公开内容已描述了这样一些方法,在这些方法中,光用来引发金属配合物中的光化学反应,得到金属或含金属的材料。所需射线的频率主要由所研究的金属配合物决定。就适合的金属配合物来说,可见光、红外光和紫外光都可用于实施本发明。其他引发剂,如电子束、离子束或原子束也可用来实施本发明,如果它们能提供所需要的激发状态的话,即如果它们能使金属配合物41达到这样一种能量状态的话,金属配合物41从这一能量状态通过所希望的光化学反应途径分解。

在许多情况下,将金属膜涂覆到半导体材料上制成或连接到电子元件上是必要的。先有技术通过蒸发法来涂覆这样的膜。蒸发使沉积膜的材料加热。在蒸发的金属和底层材料之间界面处产生的高温会使金属原子扩散到材料中,反之亦然。这样就在金属-半导体界面处形成一层金属和半导体混合层,它可能影响元件的性能。

例如,如果希望制得图案的Ni膜,那么可用有式Ni(CH3(H)NC2H4N(H)CH3)2(X)2的金属配合物41出发,式中X=NO2。虽然本发明人不希望受任何特定的理论的不利束缚,但可以认为光化学反应按如下进行:(1)(2)在步骤(1)中,当配合物吸收一个能量适合于断裂Ni-NO2键的光子后,就形成一种对热不稳定的反应性基团。在步骤(2)中,该基团迅速分解成金属镍;或在空气存在下,分解成氧化镍。分出的配体扩散出去。

对于加速引发与许多金属的光化学反应来说,叠氮化物基团特别适用作配体。亚乙基、乙炔类和水合物(H2O)配体通常适用于得到对热不稳定的光化学反应产物,因为这些基团不会牢固地键联到大多数金属上。

基材44的材料可为与本发明的膜40和金属配合物41相容的各种材料中任一种材料。基材44应为一种不破坏下述化学反应的材料,它能粘附膜40。如果制作的元件要暴露到大的温度变化下,那么基材44的膨胀系数应很好地与要沉积的材料相匹配。但是,因为本发明不需要高温工艺步骤,所以基材的膨胀系数与要沉积的材料相匹配就不象在先有技术方法中那样重要。例如,基材44可为可刻蚀或可有氧化物涂层的纯硅薄片,或者石英载片。

在本发明一实施方案中,所选择的气氛含有氧,新的含金属的材料为金属氧化物。含氧的气氛优选为空气。在另一实施方案中,剩留的金属络合物在将膜的所选择的区域暴露到电磁辐射或电子束、离子束或原子束的步骤以后被除去。在本发明另一实施方案中,按本发明生产的金属氧化物与适合的化学品在适合的气氛中反应,使金属氧化物还原成金属粘附到基材上。