一种自对准双层图形结构及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201611021575.7 | 申请日 | 2016-11-15 | 公开(公告)号 | CN106531722A | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 中国科学院物理研究所; | 发明人 | 刘哲; 潘如豪; 杜硕; 李俊杰; 顾长志; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种自对准双层图形结构及其制备方法，属于二维微纳器件制造领域。该方法包括：提供一基底，分别在基底的上表面和下表面施加 光刻 胶 ，以形成第一和第二光刻胶层；按照预定图形用 选定 能量 束对第一光刻胶层进行曝光，其中，能量束选择成能穿过基底，从而在对第一光刻胶层进行曝光的同时对第二光刻胶层进行曝光，以在第一和第二光刻胶层中形成形状一致且相互对准的光刻胶图形；在基底的上表面和下表面分别沉积材料；去除第一和第二光刻胶层，以获得与光刻胶图形对应的自对准双层图形结构。本发明还提供了一种自对准双层图形结构。本发明方案可以获得精确对准的双层图形，为双层甚至多层纳米尺寸图形的制备提供了一种新的技术。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自对准双层图形结构的制备方法，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种自对准双层图形结构及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及二维微纳器件制造技术领域，特别是涉及自对准双层图形结构及其制备方法。 背景技术[0002] 随着微电子技术的发展，与微电子领域相关的微纳加工技术也得到了飞速发展。电子束光刻技术是推动微电子技术和微纳加工技术发展的关键技术，其以精度高、无需掩模等优点在半导体器件的微纳制造过程中扮演着越来越重要的角色。电子束曝光是利用电子束在涂有感光胶的晶片上直接描画或投影复印图形的技术。 [0003] 在半导体器件微纳制造中，制造过程中不同层光刻图形之间对准的精度是影响电子束光刻工艺误差的重要因素之一。提高不同图层之间的对准精度对于制备出精确对准的图形结构具有非常重要的意义。例如，在微电子领域中，晶体管的栅极位置会影响到栅极对源极和漏极的覆盖电容，从而影响到电路的开关速度，更严重的则会导致栅区与源区或漏区衔接不上，使得沟道断开，晶体管无法工作。目前，两层光刻图形之间的对准一般是通过套刻工艺实现的，即借助第一次曝光时制备的标记对第二次套刻进行校正，以实现两层图形之间尽可能高精度的对准。然而，这种方法获得的对准精度取决于多个方面，包括仪器成像的分辨率、操作者的人为误差等。 发明内容[0004] 本申请的发明人发现：无论如何改进套刻工艺中的对准技术，其都会受限于多种不确定的因素，例如寻找对准标记的耗时性、困难性以及在多个相同的对准标记存在的情况下，难以区分，出现认标失误等。上述不确定因素的存在导致在工艺特征尺寸逐渐缩小的情况下，套刻工艺中的对准技术已经不能满足纳米尺寸图形的精度需求。因此，寻求另一种两层图形之间的对准工艺以制备出高精确对准的图形结构势在必行。发明人发现聚焦电子束的高穿透性能够同时对两层光刻胶进行曝光。 [0006] 本发明提供的一种自对准双层图形结构的制备方法，包括如下步骤： [0007] 提供一基底，并分别在所述基底的上表面和下表面处施加光刻胶，以形成第一和第二光刻胶层； [0008] 按照预定图形用选定能量束对所述第一光刻胶层进行曝光，其中，所述能量束选择成能穿过所述基底，从而在对所述第一光刻胶层进行曝光的同时对所述第二光刻胶层进行曝光，以在所述第一和第二光刻胶层中分别形成形状一致且相互对准的光刻胶图形； [0009] 在所述基底的上表面和下表面分别沉积材料； [0010] 去除所述第一和第二光刻胶层，以获得由所述材料在所述基底的上表面和下表面形成的与所述光刻胶图形对应的所述自对准双层图形结构。 [0012] 进一步地，在所述基底的上表面和下表面处沉积的材料为不同的材料。 [0013] 进一步地，在所述基底的上表面和下表面处沉积的材料为相同的材料。 [0014] 进一步地，在所述基底的上表面和下表面分别沉积材料的方法为： [0015] 选择所述基底的上表面和下表面中的一个作为需要首先沉积材料的基底表面，所述基底的上表面和下表面中的另一个作为下一个需要沉积材料的基底表面。 [0016] 进一步地，在所述基底的上表面和下表面分别沉积材料的方法为： [0017] 同时在所述基底的上表面和下表面处沉积材料。 [0019] 进一步地，所述光刻胶为电子束光刻胶。 [0020] 特别地，本发明还提供了一种自对准双层图形结构，采用上述方法制备而成。 [0021] 本发明的方案，由于利用聚焦电子束的高穿透性使得两层光刻胶同时曝光，然后将曝光后的图形转移至其他材料，获得精确对准的双层图形，为双层甚至多层纳米尺寸图形的制备提供了一种新的技术。此外，本发明中只需一次曝光即可实现两层光刻胶图形的产生，与现有技术采用两次曝光的方法相比，一方面，本发明的方案将曝光时间缩短一半，提高了加工效率。另一方面，本发明所采用的工艺非常简单，无需制备对准标记、套刻等复杂步骤，也不需额外增加成本以增设其他设备，仅需采用普通的电子束曝光即可。另一方面，本发明的方案采用一次曝光实现了两层光刻胶的同时曝光，两层图形之间对准精度非常高，理论上不存在对准误差。 附图说明[0023] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中： [0024] 图1是根据本发明一个实施例的自对准双层图形结构的制备方法的流程图； [0025] 图2是根据本发明一个实施例的高加速电压和低加速电压下形成的光刻胶图形的对比图； [0026] 图3是根据本发明第一个实施例的自对准双层图形结构的制备方法的工艺流程图； [0027] 图4是根据本发明第一个实施例所制备出的自对准双层图形结构的扫描电子显微镜图。 具体实施方式[0028] 图1示出了根据本发明一个实施例的自对准双层图形结构的制备方法的流程图。如图1中所示，本发明的自对准双层图形结构的制备方法可以包括： [0029] S100、提供一基底10，并分别在基底10的上表面和下表面处施加光刻胶，以形成第一光刻胶层20和第二光刻胶层30。其中，基底10可以为自支撑介质薄膜。其可以是购买的氮化硅窗口或氧化硅窗口，也可以是利用微纳加工工艺制备出的其它自支撑绝缘介质薄膜。氮化硅窗口具有氮化硅薄膜和用于支撑部分氮化硅薄膜的硅支架11。在基底10的上表面和下表面处施加光刻胶之前还包括以下步骤：采用丙酮、酒精和去离子水对基底10进行清洗，以去除其表面处的污染物。在基底10的上表面和下表面处施加光刻胶可以是在基底10的上表面和下表面处旋涂光刻胶。其中，光刻胶可以为电子束光刻胶，例如PMMA(Polymethyl Methacrylate)胶和ZEP(modified PMMA)胶。 [0030] 本发明的自对准双层图形结构的制备方法可以还可以包括： [0031] S200、按照预定图形用选定能量束对第一光刻胶层20进行曝光，其中，能量束选择成能穿过基底10，从而在对第一光刻胶层20进行曝光的同时对第二光刻胶层30进行曝光，以在第一光刻胶层20和第二光刻胶层30中分别形成形状一致且相互对准的光刻胶图形40。例如能量束可以是电子束，可以理解，也可以使其他能量束，只要能够通过一次曝光使得其能够穿过基底10，在对第一光刻胶层20进行曝光的同时对第二光刻胶层30进行曝光即可。 例如，在一个实施例中，可以是采用常规电子束曝光工艺，并通过一次性曝光在步骤S100所得的第一光刻胶层20和第二光刻胶层30处形成光刻胶图形40。图2示出了根据本发明一个实施例的高加速电压和低加速电压下形成的光刻胶图形的对比图，其中，在电子束曝光工艺中，加速电压设定在30-100KV。这是发明人经过大量实验验证得到的范围值，并根据实验发现：图2①示出了在低加速电压下形成的光刻胶图形40，如图2①所示，低加速电压下电子束在穿过光刻胶和薄膜时被散射，因此光刻胶图形40的截面积会越来越大，侧壁发生倾斜，后续图形质量不好，尤其是下层的图形质量更为不好，即双层图形之间对准较差。图2②示出了在30-100KV加速电压下形成的光刻胶图形40，如图2②所示，当加速电压在30-100KV时，电子受散射较小，侧壁较为陡直，图形质量好，即双层图形之间对准精度高。 [0032] 本发明的自对准双层图形结构的制备方法可以还可以包括： [0033] S300、在步骤S200所得的第一光刻胶层20和第二光刻胶层30的光刻胶图形40处，即在基底10的上表面和下表面分别沉积材料50。该材料50优选与基底10的材料不同的材料。其中，在基底10的上表面和下表面沉积的材料可以为不同的材料，也可以为相同的材料。此外，可以选择基底10的上表面和下表面中的一个表面作为需要首先沉积材料50的基底10表面，基底10的上表面和下表面中的另一个表面作为下一个需要沉积材料的基底10表面。也可以同时在基底10的上表面和下表面沉积材料50。 [0034] 本发明的自对准双层图形结构的制备方法可以还可以包括： [0035] S400、将步骤S300得到的样品置于去胶液中，去除第一光刻胶层20和第二光刻胶层30，以获得自对准双层图形结构。 [0036] 特别地，本发明还提供了一种自对准双层图形结构，该结构是采用上述中的方法制备而成的。 [0037] 下面结合具体实施例，进一步说明有益效果。 [0038] 实施例一： [0039] 图3示出了根据本发明第一个实施例的自对准双层图形结构的制备方法的工艺流程图。如图3所示，该自对准双层图形结构的制备方法包括如下步骤： [0040] S11、如图3①所示，在厚度为100nm的氮化硅窗口上旋涂电子束光刻胶PMMA，转速为4000r/min，然后置于180℃热板上烘烤1min。 [0041] S12、如图3②所示，利用电子束曝光工艺在步骤S11得到的样品上曝光，加速电压100kV，然后显影，得到光刻胶图形40，图形为边长700nm的U形结构，U形线宽为100nm。 [0043] S14、如图3④所示，将步骤S13得到的样品置于丙酮中浸泡1小时，用吸管轻轻吹去样品表面的金属，捞出样品并用氮气吹干，在自支撑薄膜上制备得到自对准双层金属图形。 [0044] 图4示出了本发明第一个实施例所制备出的自对准双层金属图形的扫描电子显微镜图。图4中示出了氮化硅窗口的一个表面处的金属图形，由图可知，双层金属图形的形状为U形。在图中可以看到每个U形金属图形都存在白色的阴影，这是氮化硅薄膜窗口的另一个表面处的金属图形产生的二次电子成像所致。 [0045] 实施例二： [0046] 自对准双层图形结构的制备方法包括如下步骤： [0047] S21、在厚度为50nm的氧化硅窗口上旋涂电子束光刻胶ZEP，转速为4000r/min，然后置于180℃热板上烘烤1min； [0048] S22、利用电子束曝光工艺在步骤S21得到的样品上曝光，加速电压50kV，然后显影，得到光刻胶图形40，图形为边长700nm的U形结构，U形线宽为100nm； [0049] S23、利用热蒸发工艺在步骤S22得到的样品的上、下表面分别蒸镀70nm银薄膜； [0050] S24、将步骤S23得到的样品置于N,N-二甲基乙酰胺中浸泡1小时，用吸管轻轻吹去样品表面的金属，捞出样品并用氮气吹干，在自支撑薄膜上制备得到自对准双层金属图形。 [0051] 本发明的方案，由于利用聚焦电子束的高穿透性使得两层光刻胶同时曝光，然后将曝光后的图形转移至其他材料，获得精确对准的双层图形，为双层甚至多层纳米尺寸图形的制备提供了一种新的技术。此外，本发明中只需一次曝光即可实现两层光刻胶图形的产生，与现有技术采用两次曝光的方法相比，一方面，本发明的方案将曝光时间缩短一半，提高了加工效率。另一方面，本发明所采用的工艺非常简单，无需制备对准标记、套刻等复杂步骤，也不需额外增加成本以增设其他设备，仅需采用普通的电子束曝光即可。另一方面，本发明的方案采用一次曝光实现了两层光刻胶的同时曝光，两层图形之间对准精度非常高，理论上不存在对准误差。 [0052] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。 |
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