專利名稱：納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)制備中電子束直寫版圖的圖形補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備。具體而言，涉及一種基于電子束直寫(EBL)工藝并通過靈活修改版圖設(shè)計(jì)來制備不同形狀納米點(diǎn)的方法。
背景技術(shù)：
納米點(diǎn)的尺寸和形狀的控制一直是微細(xì)加工領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。電子束直寫技術(shù)(EBL)作為作為微細(xì)加工領(lǐng)域中一種能直接獲得納米尺寸圖形的加工工藝，即可以用來制造用于光學(xué)光刻的掩模板，也可直接用來加工襯底上電子束抗蝕劑并將設(shè)計(jì)版圖轉(zhuǎn)移到電子束抗蝕劑。電子束直寫光刻工藝的一個(gè)重要指標(biāo)是經(jīng)過電子束曝光和顯影后電子束抗蝕劑上的圖形與所設(shè)計(jì)版形是否具有很好的一致性。實(shí)際情況是，顯影結(jié)果受到很多試驗(yàn)條件的影響，例如電子束抗蝕劑的分辨率大小，電子束束流和劑量的大小，前烘和后烘的溫度，以及顯影時(shí)間等。
一般來說，為了獲得納米尺寸的圖形，我們需要做大量的試驗(yàn)來確定最優(yōu)的試驗(yàn)條件，但對(duì)于很多特殊圖形不管我們?cè)趺锤淖兩厦娴臈l件也很難獲得好的顯影結(jié)果。理論上，電子束直寫曝光后抗蝕劑上的圖形是由電子束直寫在抗蝕劑中的電子能量沉積的分布決定的，在大小圖形混合曝光時(shí)，往往由于曝光大圖形時(shí)電子束的能量分布區(qū)域也包括了小尺寸圖形，而能量沉積是可以疊加的，所以對(duì)于固定的顯影時(shí)間，大小圖形很難同時(shí)顯好；同時(shí)，對(duì)于沒有大圖形連接部分的小圖形由于能量沉積不夠又很容易顯掉。一般情況是，圖形交疊處線條變寬，小圖形甚至完全融入大圖形，相反在非交疊處小圖形的邊角總是在很短顯影時(shí)間內(nèi)就會(huì)消失，尤其大小圖形混合曝光中的一些特殊形狀的小尺寸圖形很難把形狀控制好。例如設(shè)計(jì)一個(gè)正方形納米點(diǎn)，不管怎么改變束流和劑量大小依然很難達(dá)到好的顯影效果，正方形的幾個(gè)邊角總是容易顯去而變成圓弧狀。
為了解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)方法是對(duì)電子束進(jìn)行鄰近效應(yīng)矯正，但是這需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)來確定矯正參數(shù)。本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單的方法即利用鄰近效應(yīng)，通過對(duì)電子束直寫版圖進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)納米點(diǎn)等小尺寸圖形形狀的可控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種納米點(diǎn)的制備方法。本發(fā)明基于電子束直寫工藝，利用電子束鄰近效應(yīng)，通過靈活設(shè)計(jì)版圖實(shí)現(xiàn)大小圖形混合曝光中納米結(jié)構(gòu)的可控，其中所設(shè)計(jì)的納米結(jié)構(gòu)均位于大尺寸圖形之間。
一種不同形狀納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征包括以(100)晶向的SOI(Siliconon Insulator)為襯底；采用熱氧化和緩沖氫氟酸(BHF)對(duì)SOI表層硅處理以獲得需要的表層硅厚度；旋涂電子束抗蝕劑，設(shè)計(jì)一組電子束曝光劑量進(jìn)行電子束直寫工藝；在固定顯影時(shí)間內(nèi)顯影并定影，掃描電子顯微鏡(SEM)觀察結(jié)果以確定最優(yōu)的曝光劑量；根據(jù)顯影結(jié)果對(duì)原始的設(shè)計(jì)版圖進(jìn)行一系列圖形修補(bǔ)；固定電子束曝光劑量和顯影時(shí)間，第二次電子束直寫曝光；觀察顯影結(jié)果以確定最好的版形。根據(jù)確定的修改版圖電子束曝光，顯影后干法刻蝕，將圖形轉(zhuǎn)移到表層硅上，最后濕法去膠。
提供本發(fā)明的概述和目的是為了能夠揭示其本質(zhì)。通過參考本發(fā)明下列優(yōu)選實(shí)施方案，結(jié)合附圖，可以更充分地理解本發(fā)明。


圖1納米結(jié)構(gòu)制備工藝的流程示意2正方形納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)版3電子束直寫變劑量設(shè)計(jì)版4版圖設(shè)計(jì)為正方形的納米點(diǎn)不同劑量曝光時(shí)顯影后的掃描電子顯微鏡SEM觀察照片圖5修改后的正方形納米點(diǎn)的設(shè)計(jì)版圖和顯影后掃描電子顯微鏡SEM觀察照片圖6修改后的三角形納米點(diǎn)的設(shè)計(jì)版圖和顯影后掃描電子顯微鏡SEM觀察照片具體實(shí)施方式
從對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的更具體描述中，參考附圖，本發(fā)明的前述和其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將很明顯，在不同的圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部分。附圖不一定是按比例的，相反其重點(diǎn)在解釋本發(fā)明的原理上。在附圖中，為了清楚起見，放大了各層和區(qū)域的尺寸和和厚度。
圖1是本發(fā)明中制備納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的工藝流程圖，以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制備特殊形狀納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)一步詳細(xì)說明其中，具體工藝中主要包括以下步驟步驟(a)結(jié)合熱氧化和濕法腐蝕工藝減薄SOI襯底上的表層硅厚度；步驟(b)在SOI襯底上旋涂電子束抗蝕劑；步驟(c)設(shè)計(jì)原始版圖，設(shè)計(jì)一組曝光劑量對(duì)電子抗蝕劑進(jìn)行電子束直寫曝光；步驟(d)固定顯影時(shí)間進(jìn)行顯影和定影；步驟(e)觀察顯影后掃描電子顯微鏡(SEM)照片，確定最好的曝光劑量；步驟(F)比較顯影圖形與設(shè)計(jì)圖形差別，對(duì)第一次曝光版圖做圖形補(bǔ)償修正；步驟(g)電子束直寫，重復(fù)步驟(b)～(e)，不同的是同時(shí)固定顯影時(shí)間和曝光劑量；
步驟(h)觀察顯影后掃描電子顯微鏡(SEM)照片，確定最好的修補(bǔ)版圖；步驟(i)干法刻蝕將圖形轉(zhuǎn)移到表層硅上，濕法去膠上述步驟(a)中所述的熱氧化溫度控制在900～1100℃，濕法腐蝕液為氫氟酸和氨水的配比溶液，SOI襯底中二氧化硅埋氧層厚度為400nm左右，表層硅的厚度為50nm，減薄后在20～30nm左右。
上述步驟(b)中所述的電子抗蝕劑可以為正性電子抗蝕劑或負(fù)性電子抗蝕劑。正性電子抗蝕劑一般為PMMA、ZEP520、KRS、UV-III或P(SI-CMS)等，負(fù)性電子抗蝕劑一般為SAL601、HSQ或Calixarene等。此處采用SAL601負(fù)性電子束抗蝕劑，可以增加前烘的工藝流程，其溫度為105℃，時(shí)間為2分鐘。
步驟(c)中所述的原始版圖是指根據(jù)需要納米點(diǎn)的形狀做設(shè)計(jì)的版圖，其特征包括5～20μ的大圖形以及大圖形之間的納米結(jié)構(gòu)，如圖2；而電子束直寫曝光的特征在于固定電子束束流而改變其劑量。本例將電子束束流固定在50pA，電子束劑量變化為10，12，14，……，28，其單位為μC/cm2，如圖3所示。
步驟(d)所述的顯影時(shí)間需要根據(jù)所選擇的電子束抗蝕劑的種類決定。在本例中采用的是SAL601負(fù)性電子束抗蝕劑，顯影時(shí)間固定為2分30秒，同時(shí)需要增加后烘的工藝步驟，其溫度為105℃，時(shí)間為2分鐘，顯影液是CD-26，定影液是去離子水。
步驟(e)中主要是對(duì)顯影結(jié)果進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，以確定最好的工藝條件。相對(duì)于固定的顯影時(shí)間，如果曝光劑量過大，那么納米點(diǎn)的尺寸會(huì)因?yàn)轱@影不完全而比設(shè)計(jì)尺寸大很多，反之若曝光劑量過小，圖形會(huì)因?yàn)轱@影時(shí)間過長(zhǎng)而顯干凈，即圖形比設(shè)計(jì)圖形小甚至消失。在本例中，當(dāng)顯影2分30秒后，劑量為14μC/cm2的正方形納米點(diǎn)完全顯掉，而劑量為20μC/cm2的正方形從大小圖形交疊處看是顯影時(shí)間不夠，但是其邊緣已經(jīng)消失成為線狀，如圖4所示。綜合考慮，本例中18μC/cm2是相對(duì)較好的劑量條件。
步驟(f)中所述的圖形補(bǔ)償是指對(duì)顯影后小尺寸納米結(jié)構(gòu)中容易缺失的部分設(shè)計(jì)一些特殊的附加圖形。對(duì)于步驟(e)中的正方形版圖，將邊緣沿(110)晶向的正方形兩側(cè)在疊加一個(gè)邊緣沿(100)的矩形，如圖5所示；對(duì)于三角形納米點(diǎn)，則將三角形納米點(diǎn)的版圖設(shè)計(jì)為一個(gè)正方形，再在正方形一側(cè)疊加一個(gè)邊緣沿(100)的矩形，如圖6所示。
步驟(g)是固定顯影時(shí)間和曝光劑量后，基于修改的版形進(jìn)行的第二次電子束直寫曝光，本例中曝光劑量為18μC/cm2，顯影時(shí)間為2分30秒。
步驟(h)中所述的掃描電子顯微鏡(SEM)觀察就是為了確定怎樣的版圖修改是最好的。本例中的正方形和三角形的納米點(diǎn)的版形在修改后，顯影效果好比原始版圖好很多，如圖5和圖6所示。
步驟(i)中所述的干法刻蝕一般采用ICP刻蝕、RIE刻蝕或ECR刻蝕等方法，利用上述方法刻蝕時(shí)采用的氣體可以為CF4、CHF3或SF6等。本例中采用ICP反應(yīng)離子刻蝕，以CHF3/02為反應(yīng)氣體，氣體流量為100/10SCCM，功率為50W，刻蝕時(shí)間1分鐘，刻蝕結(jié)果是將圖形轉(zhuǎn)移到表層硅。
根據(jù)試驗(yàn)表明，利用上述的技術(shù)方案能簡(jiǎn)單的制備不同形狀的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)，同時(shí)納米點(diǎn)的二維平面尺寸可以直接控制在100nm以下。這有利于制備不同形狀的納米器件，可對(duì)少電子輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行更深入的研究。
權(quán)利要求
1.一種納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)制備方法，其特征包括以(100)晶向的SOI為襯底；采用熱氧化和緩沖氫氟酸BHF對(duì)SOI表層硅處理以獲得需要的表層硅厚度；旋涂電子束抗蝕劑，設(shè)計(jì)原始版圖，設(shè)計(jì)一組電子束曝光劑量進(jìn)行電子束直寫工藝；在固定顯影時(shí)間內(nèi)顯影并定影，以掃描電子顯微鏡SEM觀察結(jié)果以確定最優(yōu)的曝光劑量；根據(jù)顯影結(jié)果，比較顯影圖形與設(shè)計(jì)圖形差別，對(duì)第一次曝光版圖做圖形補(bǔ)償修正；對(duì)原始的設(shè)計(jì)版圖進(jìn)行圖形修補(bǔ)，對(duì)于容易顯掉的邊角部分疊加其它圖形，對(duì)于不容易顯出的圖形交疊處減少版圖中圖形交疊部分甚至圖形分離；基于修改版圖第二次電子束直寫曝光，固定電子束曝光劑量和顯影時(shí)間；重復(fù)上述過程，觀察顯影結(jié)果以確定最好的修補(bǔ)版形，基于修改版圖進(jìn)行正式電子束曝光；固定顯影時(shí)間和曝光劑量，確定最好的修補(bǔ)版圖；干法刻蝕將電子束抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移到表層硅上，最后濕法去膠。
2.由權(quán)利要求1的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是電子束直寫曝光的特征在于固定電子束束流而改變其劑量，將電子束束流固定在50pA或20pA，電子束曝光劑量變化為10-28，其單位為μC/cm2。
3.由權(quán)利要求1的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是對(duì)顯影結(jié)果進(jìn)行掃描電子顯微鏡SEM觀察，以確定最好的工藝條件相對(duì)于固定的顯影時(shí)間，如果曝光劑量過大，納米點(diǎn)的尺寸會(huì)因?yàn)轱@影不完全而比設(shè)計(jì)尺寸大很多，反之若曝光劑量過小，圖形會(huì)因?yàn)轱@影時(shí)間過長(zhǎng)而顯干凈，即圖形比設(shè)計(jì)圖形小甚至消失，根據(jù)上述方式確定電子束劑量條件。
4.由權(quán)利要求1的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是圖形補(bǔ)償是指對(duì)顯影后小尺寸納米結(jié)構(gòu)中容易缺失的部分設(shè)計(jì)附加圖形。對(duì)于正方形版圖，將邊緣沿(110)晶向的正方形兩側(cè)在疊加一個(gè)邊緣沿(100)的矩形；對(duì)于三角形納米點(diǎn)，則將三角形納米點(diǎn)的版圖設(shè)計(jì)為一個(gè)正方形，再在正方形一側(cè)疊加一個(gè)邊緣沿(100)的矩形。
5.由權(quán)利要求1的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是電子抗蝕劑為正性電子抗蝕劑或負(fù)性電子抗蝕劑。正性電子抗蝕劑為PMMA、ZEP520、KRS、UV-III或P(SI-CMS)，負(fù)性電子抗蝕劑一般為SAL601、HSQ或Calixarene。
6.由權(quán)利要求1的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是版圖設(shè)計(jì)中是大小圖形混合，同時(shí)包括5～20μ的大尺寸圖形和大圖形之間的小尺寸納米結(jié)構(gòu)圖形。
7.由權(quán)利要求1的不同形狀納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于第一次電子束直寫曝光的固定電子束束流和顯影時(shí)間而改變曝光劑量。
8.由權(quán)利要求1的不同形狀納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是第一次電子束曝光后需要比較設(shè)計(jì)版圖和顯影結(jié)果，然后對(duì)版圖進(jìn)行修改，利用電子束鄰近效應(yīng)，對(duì)于納米結(jié)構(gòu)中容易顯影缺失的的區(qū)域進(jìn)行圖形補(bǔ)償設(shè)計(jì)，即增加設(shè)計(jì)附加版形。
9.由權(quán)利要求1的不同形狀納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征通過第二次電子束曝光確定最好的版形修改方案，其曝光劑量由第一次電子束曝光的顯影結(jié)果決定。
10.由權(quán)利要求1的不同形狀納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征是最終表層硅納米點(diǎn)的結(jié)構(gòu)是通過干法刻蝕的方法得到的。
全文摘要
納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)制備中電子束直寫版圖的圖形補(bǔ)償方法，以(100)晶向的SOI為襯底；采用熱氧化和緩沖氫氟酸BHF對(duì)SOI表層硅處理以獲得需要的表層硅厚度；旋涂電子束抗蝕劑，以電子束曝光劑量進(jìn)行電子束直寫工藝；以掃描電子顯微鏡SEM觀察結(jié)果以確定最優(yōu)的曝光劑量；根據(jù)顯影結(jié)果，對(duì)第一次曝光版圖做圖形補(bǔ)償修正；對(duì)原始的設(shè)計(jì)版圖進(jìn)行圖形修補(bǔ)，確定最好的修補(bǔ)版圖；干法刻蝕將電子束抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移到表層硅上，最后濕法去膠。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1884043SQ20061008828
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者施毅, 陳杰智, 濮林, 鄭有炓, 龍世兵, 劉明 申請(qǐng)人:南京大學(xué)