專利名稱：一種制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米電子技術(shù)中的半導(dǎo)體微納加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用電子束曝光與干法刻蝕相結(jié)合的制作工藝，制備100nm以下形狀規(guī)則、邊緣光滑、排列緊密、最精細(xì)處可達(dá)30nm的硅納米結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
納米加工技術(shù)是納米技術(shù)中最重要的基礎(chǔ)技術(shù)。納米加工技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容是制備加工特征尺寸為0. 1 lOOnm范圍的納米結(jié)構(gòu)，以期獲得一定的納米效應(yīng)。由于傳統(tǒng)的加工方法難以滿足特征尺寸為0. 1 lOOnm范圍的加工要求，必須使用滿足新要求的設(shè)備方法來(lái)進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工。 其中電子束曝光技術(shù)是從掃描電子顯微鏡技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種高分辨率的光刻技術(shù)?，F(xiàn)在，電子束曝光的技術(shù)水平已經(jīng)推進(jìn)到納米級(jí)別，最先進(jìn)的電子束直寫曝光系統(tǒng)可以把電子束斑聚焦到2nm，曝光出的最細(xì)圖形為8nm。因此它完全滿足lOOnm以下的納米加工工藝要求。 Polymethyl methacrylate (PMMA)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)可以作為電子束膠的聚合物。PMMA最主要的特征是高分辨率，高對(duì)比度和低靈敏度。自20世紀(jì)60年代PMMA被首次用于電子束曝光以來(lái)，直到今天仍然是分辨率最高的電子束膠。迄今為止，30nm以下的電子束曝光圖形幾乎都是通過(guò)PMMA實(shí)現(xiàn)的。但PMMA有一個(gè)很大的缺陷就是其抗刻蝕性能較差，當(dāng)制作lOOnm以下尺寸的納米結(jié)構(gòu)的時(shí)候，由于圖形的精細(xì)需勻涂較薄的PMMA膠，這更是減弱了 PMMA的抗刻蝕性能，無(wú)法在干法刻蝕中完成掩蔽的效果。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問(wèn)題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，以達(dá)到制作lOOnm以下形狀規(guī)則、邊緣光滑、排列緊密、最精細(xì)處可達(dá)30nm的硅納米結(jié)構(gòu)的目的。 ( 二 )技術(shù)方案 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括 制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖； 對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片進(jìn)行清洗、烘干； 將基片熱氧化生成二氧化硅掩蔽層； 在基片上勻涂電子束曝光膠； 按要求劑量用電子束曝光圖形； 顯影和定影； 電子束二次曝光； 干法刻蝕二氧化硅； 干法刻蝕硅，形成硅納米結(jié)構(gòu)。
上述方案中，所述制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖的步驟中，將曝光后需保留的硅納米結(jié)構(gòu)區(qū)域的曝光劑量設(shè)定為12 20mC/cn^，將用于隔離硅納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域的曝光劑量設(shè)定為lOOii C/cm2。 上述方案中，所述對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片進(jìn)行清洗、烘干的步驟，具體包括對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片先用丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)清洗，再用過(guò)氧化氫溶液和濃硫酸以體積比為l : 1的混合溶液加熱到15(TC清洗20分鐘，放涼后用去離子水反復(fù)沖洗，接著烘干。 上述方案中，所述將基片熱氧化生成二氧化硅掩蔽層的步驟中，熱氧化生成的二氧化硅掩蔽層厚度為30nm。 上述方案中，所述在基片上勻涂電子束曝光膠的步驟中，電子束曝光膠是PMMA，涂敷厚度為65nm，勻涂后在180。C熱板上烘10分鐘。 上述方案中，所述按要求劑量用電子束曝光圖形的步驟中，要求劑量是所述制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖的步驟中設(shè)定的曝光劑量，該按要求劑量用電子束曝光圖形的步驟具體包括先將基片送入電子束曝光系統(tǒng)，接著調(diào)節(jié)電子束曝光系統(tǒng)使電子束在基片表面聚焦并根據(jù)束電流設(shè)定曝光參數(shù)，最后按照制作的版圖及版圖上所設(shè)定的曝光劑量進(jìn)行電子束曝光。 上述方案中，所述顯影和定影的步驟中，顯影液為MIBK和IPA的混合溶液，MIBK和IPA的體積比為1 : 3，定影液為IPA，顯影和定影的時(shí)間均為20s。 上述方案中，所述電子束二次曝光的步驟中，二次曝光的區(qū)域包括需保留的硅納米結(jié)構(gòu)部分，且曝光劑量為16 24mC/cm2。 上述方案中，所述干法刻蝕二氧化硅的步驟中，刻蝕深度為30nm。
(三)有益效果 本發(fā)明提供的這種制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，利用PMMA正型電子束膠在入射電子束劑量足夠高時(shí)變?yōu)樨?fù)型電子束膠和二次電子束輻照增強(qiáng)PMMA抗刻蝕性的特性，使得圖形上起掩蔽作用的PMMA膠抗刻蝕性能有較大增強(qiáng)，干法刻蝕后獲得100nm以下形狀規(guī)則、邊緣光滑、排列緊密、最精細(xì)處可達(dá)30nm的硅納米結(jié)構(gòu)。具體的優(yōu)點(diǎn)如下
1、利用PMMA正型電子束膠在入射電子束劑量足夠高時(shí)變?yōu)樨?fù)型電子束膠的特性，第一次曝光時(shí)用大劑量使曝光后需保留的硅納米結(jié)構(gòu)區(qū)域的PMMA膠變?yōu)樨?fù)性從而保留。正性電子束曝光膠PMMA轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)性后增強(qiáng)了其抗刻蝕性能，二次電子束曝光使得保留的轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)性的電子束曝光膠PMMA抗刻蝕性能進(jìn)一步增強(qiáng)，從而保證干法刻蝕后硅納米結(jié)構(gòu)形狀規(guī)則、邊緣光滑，提高了成品率； 2、正性電子束曝光膠PMMA較其他商業(yè)負(fù)性電子束曝光膠價(jià)格便宜，用正性電子束曝光膠PMMA實(shí)現(xiàn)負(fù)性膠的效果可以節(jié)約成本； 3、正性電子束曝光膠PMMA大劑量曝光后轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)性從而保留，對(duì)于需要大部分刻蝕而小部分保留的圖形此方法可以明顯縮短曝光時(shí)間； 4、采用二次電子束曝光增強(qiáng)已轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)性的電子束曝光膠PMMA抗刻蝕性能，克服了若第一次曝光時(shí)使用過(guò)大劑量的電子束輻照因臨近效應(yīng)而引起的圖形擴(kuò)展、變形以及密集圖形粘連等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)圖形密集——線條間距小于80nm、圖形細(xì)小——最精細(xì)處可達(dá)30nm的硅納米結(jié)構(gòu)，提高了硅納米結(jié)構(gòu)制作的成品率；
5、該方法整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單可控，重復(fù)性好，制作結(jié)果成品率高，降低了大規(guī)模應(yīng)用的 成本； 6、使用于法刻蝕具有各向異性刻蝕，較好地控制臨界尺寸等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提供的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法流程圖； 圖2是制作過(guò)程中基片上的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是在SOI襯底上的制作的硅納米結(jié)構(gòu)的實(shí)施例照片。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明利用PMMA正型電子束膠在入射電子束劑量足夠高時(shí)變?yōu)樨?fù)型電子束膠和 二次電子束輻照增強(qiáng)PMMA抗刻蝕性的特性，使得圖形上起掩蔽作用的PMMA膠抗刻蝕性能 有較大增強(qiáng)，干法刻蝕后完成硅納米結(jié)構(gòu)的制備。 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法流程圖，該方法包括 步驟1 :制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖； 步驟2 :對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片進(jìn)行清洗、烘干； 步驟3 :將基片熱氧化生成二氧化硅掩蔽層； 步驟4 :在基片上勻涂電子束曝光膠； 步驟5 :按要求劑量用電子束曝光圖形； 步驟6:顯影和定影； 步驟7 :電子束二次曝光； 步驟8 :干法刻蝕二氧化硅； 步驟9 :干法刻蝕硅，形成硅納米結(jié)構(gòu)。 請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)Dl，本發(fā)明提供的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，具體通過(guò)以下工藝流程實(shí) 現(xiàn)的。 (1)、制作進(jìn)行電子束曝光所需版圖，其中設(shè)定曝光后需保留的硅納米結(jié)構(gòu)區(qū)域的 曝光劑量為12 20C/cm2(優(yōu)選16mC/cm2)，設(shè)定用于隔離硅納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域的曝光劑量為 100 ii C/cm2 ; (2)、對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片先用丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)清洗，再用過(guò)氧 化氫溶液和濃硫酸以體積比為1 : 1的混合溶液加熱到15(TC清洗20分鐘，放涼后用去離 子水反復(fù)沖洗，接著烘干； (3)、將基片熱氧化，氧化后二氧化硅掩蔽層的厚度為30nm ; (4)、在基片上勻涂電子束曝光膠PMMA，要求厚度為65nm，勻涂后立即放在180°C 熱板上烘10分鐘； (5)、將烘好的基片送入電子束曝光機(jī)器，并按要求劑量用電子束曝光圖形，高劑 量電子輻射使納米結(jié)構(gòu)區(qū)域的正性電子束曝光膠PMMA轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)性，顯定影后得以保留，并 且轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)性后電子束曝光膠PMMA的抗刻蝕性能要優(yōu)于未轉(zhuǎn)變時(shí)；
(6)、顯影顯影液為MIBK和IPA的混合溶液，其體積比為1 : 3，顯影時(shí)間為20s ;
(7)、定影定影液為IPA，定影時(shí)間為20s ;
(8)、完成定影后立即用氮?dú)鈽尨蹈蓸悠罚?(9)、再次送入電子束曝光機(jī)器，進(jìn)行二次曝光，曝光劑量為16 24C/cm、優(yōu)選 20mC/cn^)，曝光區(qū)域須包括納米結(jié)構(gòu)區(qū)域，二次電子束輻照使已轉(zhuǎn)變負(fù)性的電子束曝光膠 PMMA的抗刻蝕性能進(jìn)一步增強(qiáng)，這時(shí)獲得如圖2所示結(jié)構(gòu)，1區(qū)域?yàn)槲雌毓獾恼噪娮邮?光膠P匪A掩蔽層，2區(qū)域?yàn)楦邉┝科毓夂笞優(yōu)樨?fù)性膠的電子束曝光膠PMMA掩蔽層，3區(qū)域 為正常曝光的電子束曝光膠PMMA已被顯影的隔離區(qū)，4區(qū)域?yàn)闊嵫趸傻亩趸柩诒?層，5區(qū)域?yàn)楣杌?(10)、干法刻蝕二氧化硅，刻蝕深度為30nm ;
(11)、干法刻蝕硅，形成硅納米結(jié)構(gòu)。 如圖3所示，在S0I襯底上，采用本發(fā)明制作了硅納米級(jí)別的矩形柱，版圖設(shè)計(jì)硅 矩形柱長(zhǎng)度為190nm，寬度為50nm，間距為100nm，制作完成后SEM觀察測(cè)量實(shí)際硅矩形柱長(zhǎng) 度200nm，寬度65nm，間距85nm，且形狀規(guī)則、邊緣光滑。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖；對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片進(jìn)行清洗、烘干；將基片熱氧化生成二氧化硅掩蔽層；在基片上勻涂電子束曝光膠；按要求劑量用電子束曝光圖形；顯影和定影；電子束二次曝光；干法刻蝕二氧化硅；干法刻蝕硅，形成硅納米結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述制作進(jìn)行電子 束曝光所需的版圖的步驟中，將曝光后需保留的硅納米結(jié)構(gòu)區(qū)域的曝光劑量設(shè)定為12 20mC/cm、將用于隔離硅納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域的曝光劑量設(shè)定為lOOy C/cm2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述對(duì)需要制作硅納 米結(jié)構(gòu)的基片進(jìn)行清洗、烘干的步驟，具體包括對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片先用丙酮、乙醇、去離子水反復(fù)清洗，再用過(guò)氧化氫溶液 和濃硫酸以體積比為l : 1的混合溶液加熱到15(TC清洗20分鐘，放涼后用去離子水反復(fù) 沖洗，接著烘干。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述將基片熱氧化生 成二氧化硅掩蔽層的步驟中，熱氧化生成的二氧化硅掩蔽層厚度為30nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述在基片上勻涂電 子束曝光膠的步驟中，電子束曝光膠是PMMA，涂敷厚度為65nm，勻涂后在18(TC熱板上烘10 分鐘。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述按要求劑量用電 子束曝光圖形的步驟中，要求劑量是所述制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖的步驟中設(shè)定的 曝光劑量，該按要求劑量用電子束曝光圖形的步驟具體包括先將基片送入電子束曝光系統(tǒng)，接著調(diào)節(jié)電子束曝光系統(tǒng)使電子束在基片表面聚焦并 根據(jù)束電流設(shè)定曝光參數(shù)，最后按照制作的版圖及版圖上所設(shè)定的曝光劑量進(jìn)行電子束曝 光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述顯影和定影的步 驟中，顯影液為MIBK和IPA的混合溶液，MIBK和IPA的體積比為1 : 3，定影液為IPA，顯 影和定影的時(shí)間均為20s。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述電子束二次曝光 的步驟中，二次曝光的區(qū)域包括需保留的硅納米結(jié)構(gòu)部分，且曝光劑量為16 24mC/cm2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述干法刻蝕二氧化 硅的步驟中，刻蝕深度為30nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米電子技術(shù)中的半導(dǎo)體微納加工技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種制備硅納米結(jié)構(gòu)的方法，包括制作進(jìn)行電子束曝光所需的版圖；對(duì)需要制作硅納米結(jié)構(gòu)的基片進(jìn)行清洗、烘干；將基片熱氧化生成二氧化硅掩蔽層；在基片上勻涂電子束曝光膠；按要求劑量用電子束曝光圖形；顯影和定影；電子束二次曝光；干法刻蝕二氧化硅；干法刻蝕硅，形成硅納米結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明，采用電子束曝光和干法刻蝕技術(shù)能夠制作出100nm以下形狀規(guī)則、邊緣光滑、排列緊密、最精細(xì)處可達(dá)30nm的硅納米結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101759140SQ20081024093
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者張仁平, 張楊, 楊富華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所