本發(fā)明涉及二維微納器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，與微電子領(lǐng)域相關(guān)的微納加工技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。電子束光刻技術(shù)是推動(dòng)微電子技術(shù)和微納加工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其以精度高、無需掩模等優(yōu)點(diǎn)在半導(dǎo)體器件的微納制造過程中扮演著越來越重要的角色。電子束曝光是利用電子束在涂有感光膠的晶片上直接描畫或投影復(fù)印圖形的技術(shù)。

在半導(dǎo)體器件微納制造中，制造過程中不同層光刻圖形之間對(duì)準(zhǔn)的精度是影響電子束光刻工藝誤差的重要因素之一。提高不同圖層之間的對(duì)準(zhǔn)精度對(duì)于制備出精確對(duì)準(zhǔn)的圖形結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。例如，在微電子領(lǐng)域中，晶體管的柵極位置會(huì)影響到柵極對(duì)源極和漏極的覆蓋電容，從而影響到電路的開關(guān)速度，更嚴(yán)重的則會(huì)導(dǎo)致柵區(qū)與源區(qū)或漏區(qū)銜接不上，使得溝道斷開，晶體管無法工作。目前，兩層光刻圖形之間的對(duì)準(zhǔn)一般是通過套刻工藝實(shí)現(xiàn)的，即借助第一次曝光時(shí)制備的標(biāo)記對(duì)第二次套刻進(jìn)行校正，以實(shí)現(xiàn)兩層圖形之間盡可能高精度的對(duì)準(zhǔn)。然而，這種方法獲得的對(duì)準(zhǔn)精度取決于多個(gè)方面，包括儀器成像的分辨率、操作者的人為誤差等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：無論如何改進(jìn)套刻工藝中的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，其都會(huì)受限于多種不確定的因素，例如尋找對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的耗時(shí)性、困難性以及在多個(gè)相同的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記存在的情況下，難以區(qū)分，出現(xiàn)認(rèn)標(biāo)失誤等。上述不確定因素的存在導(dǎo)致在工藝特征尺寸逐漸縮小的情況下，套刻工藝中的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)已經(jīng)不能滿足納米尺寸圖形的精度需求。因此，尋求另一種兩層圖形之間的對(duì)準(zhǔn)工藝以制備出高精確對(duì)準(zhǔn)的圖形結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)聚焦電子束的高穿透性能夠同時(shí)對(duì)兩層光刻膠進(jìn)行曝光。

本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法，以解決套刻工藝中的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)受限于多種不確定因素所導(dǎo)致的對(duì)準(zhǔn)精度不高、耗時(shí)較長等缺陷。

本發(fā)明提供的一種自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

提供一基底，并分別在所述基底的上表面和下表面處施加光刻膠，以形成第一和第二光刻膠層；

按照預(yù)定圖形用選定能量束對(duì)所述第一光刻膠層進(jìn)行曝光，其中，所述能量束選擇成能穿過所述基底，從而在對(duì)所述第一光刻膠層進(jìn)行曝光的同時(shí)對(duì)所述第二光刻膠層進(jìn)行曝光，以在所述第一和第二光刻膠層中分別形成形狀一致且相互對(duì)準(zhǔn)的光刻膠圖形；

在所述基底的上表面和下表面分別沉積材料；

去除所述第一和第二光刻膠層，以獲得由所述材料在所述基底的上表面和下表面形成的與所述光刻膠圖形對(duì)應(yīng)的所述自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述能量束選擇為電子束，所述曝光的加速電壓為30-100KV。

進(jìn)一步地，在所述基底的上表面和下表面處沉積的材料為不同的材料。

進(jìn)一步地，在所述基底的上表面和下表面處沉積的材料為相同的材料。

進(jìn)一步地，在所述基底的上表面和下表面分別沉積材料的方法為：

選擇所述基底的上表面和下表面中的一個(gè)作為需要首先沉積材料的基底表面，所述基底的上表面和下表面中的另一個(gè)作為下一個(gè)需要沉積材料的基底表面。

進(jìn)一步地，在所述基底的上表面和下表面分別沉積材料的方法為：

同時(shí)在所述基底的上表面和下表面處沉積材料。

進(jìn)一步地，所述基底為自支撐介質(zhì)薄膜。

進(jìn)一步地，所述光刻膠為電子束光刻膠。

特別地，本發(fā)明還提供了一種自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)，采用上述方法制備而成。

本發(fā)明的方案，由于利用聚焦電子束的高穿透性使得兩層光刻膠同時(shí)曝光，然后將曝光后的圖形轉(zhuǎn)移至其他材料，獲得精確對(duì)準(zhǔn)的雙層圖形，為雙層甚至多層納米尺寸圖形的制備提供了一種新的技術(shù)。此外，本發(fā)明中只需一次曝光即可實(shí)現(xiàn)兩層光刻膠圖形的產(chǎn)生，與現(xiàn)有技術(shù)采用兩次曝光的方法相比，一方面，本發(fā)明的方案將曝光時(shí)間縮短一半，提高了加工效率。另一方面，本發(fā)明所采用的工藝非常簡單，無需制備對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記、套刻等復(fù)雜步驟，也不需額外增加成本以增設(shè)其他設(shè)備，僅需采用普通的電子束曝光即可。另一方面，本發(fā)明的方案采用一次曝光實(shí)現(xiàn)了兩層光刻膠的同時(shí)曝光，兩層圖形之間對(duì)準(zhǔn)精度非常高，理論上不存在對(duì)準(zhǔn)誤差。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高加速電壓和低加速電壓下形成的光刻膠圖形的對(duì)比圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例所制備出的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖。如圖1中所示，本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法可以包括：

S100、提供一基底10，并分別在基底10的上表面和下表面處施加光刻膠，以形成第一光刻膠層20和第二光刻膠層30。其中，基底10可以為自支撐介質(zhì)薄膜。其可以是購買的氮化硅窗口或氧化硅窗口，也可以是利用微納加工工藝制備出的其它自支撐絕緣介質(zhì)薄膜。氮化硅窗口具有氮化硅薄膜和用于支撐部分氮化硅薄膜的硅支架11。在基底10的上表面和下表面處施加光刻膠之前還包括以下步驟：采用丙酮、酒精和去離子水對(duì)基底10進(jìn)行清洗，以去除其表面處的污染物。在基底10的上表面和下表面處施加光刻膠可以是在基底10的上表面和下表面處旋涂光刻膠。其中，光刻膠可以為電子束光刻膠，例如PMMA(Polymethyl Methacrylate)膠和ZEP(modified PMMA)膠。

本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法可以還可以包括：

S200、按照預(yù)定圖形用選定能量束對(duì)第一光刻膠層20進(jìn)行曝光，其中，能量束選擇成能穿過基底10，從而在對(duì)第一光刻膠層20進(jìn)行曝光的同時(shí)對(duì)第二光刻膠層30進(jìn)行曝光，以在第一光刻膠層20和第二光刻膠層30中分別形成形狀一致且相互對(duì)準(zhǔn)的光刻膠圖形40。例如能量束可以是電子束，可以理解，也可以使其他能量束，只要能夠通過一次曝光使得其能夠穿過基底10，在對(duì)第一光刻膠層20進(jìn)行曝光的同時(shí)對(duì)第二光刻膠層30進(jìn)行曝光即可。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以是采用常規(guī)電子束曝光工藝，并通過一次性曝光在步驟S100所得的第一光刻膠層20和第二光刻膠層30處形成光刻膠圖形40。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高加速電壓和低加速電壓下形成的光刻膠圖形的對(duì)比圖，其中，在電子束曝光工藝中，加速電壓設(shè)定在30-100KV。這是發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到的范圍值，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：圖2①示出了在低加速電壓下形成的光刻膠圖形40，如圖2①所示，低加速電壓下電子束在穿過光刻膠和薄膜時(shí)被散射，因此光刻膠圖形40的截面積會(huì)越來越大，側(cè)壁發(fā)生傾斜，后續(xù)圖形質(zhì)量不好，尤其是下層的圖形質(zhì)量更為不好，即雙層圖形之間對(duì)準(zhǔn)較差。圖2②示出了在30-100KV加速電壓下形成的光刻膠圖形40，如圖2②所示，當(dāng)加速電壓在30-100KV時(shí)，電子受散射較小，側(cè)壁較為陡直，圖形質(zhì)量好，即雙層圖形之間對(duì)準(zhǔn)精度高。

本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法可以還可以包括：

S300、在步驟S200所得的第一光刻膠層20和第二光刻膠層30的光刻膠圖形40處，即在基底10的上表面和下表面分別沉積材料50。該材料50優(yōu)選與基底10的材料不同的材料。其中，在基底10的上表面和下表面沉積的材料可以為不同的材料，也可以為相同的材料。此外，可以選擇基底10的上表面和下表面中的一個(gè)表面作為需要首先沉積材料50的基底10表面，基底10的上表面和下表面中的另一個(gè)表面作為下一個(gè)需要沉積材料的基底10表面。也可以同時(shí)在基底10的上表面和下表面沉積材料50。

本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法可以還可以包括：

S400、將步驟S300得到的樣品置于去膠液中，去除第一光刻膠層20和第二光刻膠層30，以獲得自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)。

特別地，本發(fā)明還提供了一種自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是采用上述中的方法制備而成的。

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明有益效果。

實(shí)施例一：

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法的工藝流程圖。如圖3所示，該自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟：

S11、如圖3①所示，在厚度為100nm的氮化硅窗口上旋涂電子束光刻膠PMMA，轉(zhuǎn)速為4000r/min，然后置于180℃熱板上烘烤1min。

S12、如圖3②所示，利用電子束曝光工藝在步驟S11得到的樣品上曝光，加速電壓100kV，然后顯影，得到光刻膠圖形40，圖形為邊長700nm的U形結(jié)構(gòu)，U形線寬為100nm。

S13、如圖3③所示，利用電子束蒸發(fā)工藝在步驟S12得到的樣品的上表面蒸鍍50nm金薄膜，下表面蒸鍍50nm鋁薄膜。

S14、如圖3④所示，將步驟S13得到的樣品置于丙酮中浸泡1小時(shí)，用吸管輕輕吹去樣品表面的金屬，撈出樣品并用氮?dú)獯蹈?，在自支撐薄膜上制備得到自?duì)準(zhǔn)雙層金屬圖形。

圖4示出了本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例所制備出的自對(duì)準(zhǔn)雙層金屬圖形的掃描電子顯微鏡圖。圖4中示出了氮化硅窗口的一個(gè)表面處的金屬圖形，由圖可知，雙層金屬圖形的形狀為U形。在圖中可以看到每個(gè)U形金屬圖形都存在白色的陰影，這是氮化硅薄膜窗口的另一個(gè)表面處的金屬圖形產(chǎn)生的二次電子成像所致。

實(shí)施例二：

自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形結(jié)構(gòu)的制備方法包括如下步驟：

S21、在厚度為50nm的氧化硅窗口上旋涂電子束光刻膠ZEP，轉(zhuǎn)速為4000r/min，然后置于180℃熱板上烘烤1min；

S22、利用電子束曝光工藝在步驟S21得到的樣品上曝光，加速電壓50kV，然后顯影，得到光刻膠圖形40，圖形為邊長700nm的U形結(jié)構(gòu)，U形線寬為100nm；

S23、利用熱蒸發(fā)工藝在步驟S22得到的樣品的上、下表面分別蒸鍍70nm銀薄膜；

S24、將步驟S23得到的樣品置于N,N-二甲基乙酰胺中浸泡1小時(shí)，用吸管輕輕吹去樣品表面的金屬，撈出樣品并用氮?dú)獯蹈?，在自支撐薄膜上制備得到自?duì)準(zhǔn)雙層金屬圖形。

本發(fā)明的方案，由于利用聚焦電子束的高穿透性使得兩層光刻膠同時(shí)曝光，然后將曝光后的圖形轉(zhuǎn)移至其他材料，獲得精確對(duì)準(zhǔn)的雙層圖形，為雙層甚至多層納米尺寸圖形的制備提供了一種新的技術(shù)。此外，本發(fā)明中只需一次曝光即可實(shí)現(xiàn)兩層光刻膠圖形的產(chǎn)生，與現(xiàn)有技術(shù)采用兩次曝光的方法相比，一方面，本發(fā)明的方案將曝光時(shí)間縮短一半，提高了加工效率。另一方面，本發(fā)明所采用的工藝非常簡單，無需制備對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記、套刻等復(fù)雜步驟，也不需額外增加成本以增設(shè)其他設(shè)備，僅需采用普通的電子束曝光即可。另一方面，本發(fā)明的方案采用一次曝光實(shí)現(xiàn)了兩層光刻膠的同時(shí)曝光，兩層圖形之間對(duì)準(zhǔn)精度非常高，理論上不存在對(duì)準(zhǔn)誤差。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。