專利名稱：一種量子線超微細(xì)圖形的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子線超微細(xì)圖形制作方法。
量子線和量子點(diǎn)是一類具有明顯量子效應(yīng)的低維量子結(jié)構(gòu)，其線寬一般為500埃以下，要制作具有量子尺寸精度的超微細(xì)圖形在工藝上是十分困難的?！鞍雽?dǎo)體量子微結(jié)構(gòu)及其研究進(jìn)展”(《大自然探索》1993.3)一文對現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)生長法和圖形印刷技術(shù)方法分別作了描述，日本光子工廠年度報(bào)告(1991年)上介紹了另一種方法即相移方法。所述特殊結(jié)構(gòu)生長法是在一定圖形的襯底上，利用外延技術(shù)生長量子線，這種方法有不受圖形分辨率限制的優(yōu)點(diǎn)，但其初始的量子尺寸圖形很難得到。所述圖形印刷技術(shù)是利用電子束曝光技術(shù)形成量子微結(jié)構(gòu)圖形，由于使用電子束曝光，不僅曝光時(shí)間太長，曝光面積小，而且圖形的清晰度受抗蝕劑層分辨率的限制，設(shè)備費(fèi)用也十分昂貴，使其不能大批量生產(chǎn)。相移方法是利用光波在透過相鄰的二塊不同厚度的材料時(shí)，在接觸面處形成180°相位差的特性，來制備超微細(xì)結(jié)構(gòu)，但這種方法需要極其嚴(yán)格控制材料的厚度，這在工藝操作時(shí)是很不方便且較難達(dá)到的。
本發(fā)明的目的正是為了克服以上不足，提供了一種工藝上較易實(shí)施的，并可制作較大面積的超微細(xì)圖形的方法。
本發(fā)明的目的由以下方式來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的量子超微細(xì)圖形的制作方法，包括1.制作陡側(cè)壁x光透射光柵作為初始的光柵光刻掩模，例如利用激光全息和離子束刻蝕以及同步輻射光刻制得的陡側(cè)壁x光透射光柵；2.將初始光柵光刻掩模上的光柵圖形轉(zhuǎn)換為刻蝕掩模圖形；3.把刻蝕掩模上的量子超微細(xì)圖形轉(zhuǎn)換到半導(dǎo)體基片上，其特征在于，將初始光柵光刻掩模上的光柵圖形轉(zhuǎn)換為刻蝕掩模圖形的步驟為(1)在襯底上涂支撐材料薄層；(2)利用x光光刻方法將初始光刻掩模上的光柵圖形轉(zhuǎn)換到支撐材料薄膜層上，即為支撐光柵；(3)在支撐光柵表面(含兩側(cè)壁表面)上均勻鍍金屬膜薄層；
(4)保留兩側(cè)壁上的金屬膜，將其余部分金屬膜層用干法刻蝕法刻去，即得到由依附在支撐光柵兩側(cè)壁上的金屬薄層構(gòu)成的量子線掩模圖形；(5)去除支撐材料，即得到量子線超微細(xì)圖形。
在以上所述制作初始光刻掩模的過程中，所使用的陡側(cè)壁x光透射光柵是指該光柵側(cè)壁與襯底表面法線之間的夾角小于5°的x光透射光柵，例如由激光全息和離子束刻蝕及同步輻射x光光刻方法產(chǎn)生的x光透射光柵，其光柵密度根據(jù)所需圖形的密度進(jìn)行選擇，例如每毫米1000線。
在將初始光柵掩模上的光柵圖形轉(zhuǎn)換為刻蝕掩模圖形的過程中，所述在襯底上涂支撐材料，一般情況下包括涂支撐層和過渡層，所使用的支撐層材料是透x射線的透明材料，例如聚酰亞胺(PI)或碳化硅(SiC)或氮化硅(SiN)等，所述的過渡層材料是x射線抗蝕劑，如光刻膠(PMMA或PBS)，首先將光柵圖形轉(zhuǎn)換到過渡層上，然后再轉(zhuǎn)換到支撐層上，形成支撐光柵，所述在支撐光柵表面上鍍金屬膜薄層，是指在真空狀態(tài)下，用濺射或蒸發(fā)的方法來鍍金屬膜層，其鍍層厚度即為所需超微細(xì)圖形中細(xì)線的寬度，通常在500埃以下，所使用的金屬是指不透x光的金屬材料，例如金、鉑等。
在實(shí)際制作量子超微細(xì)線刻蝕掩模圖形的過程中，也可以直接使用所需基片，例如半導(dǎo)體材料，作為襯底，此時(shí)只需要在基片上涂x射線抗蝕劑作為支撐材料層，如光刻膠PMMA、PBS等。然后直接將光柵圖形轉(zhuǎn)換到光刻膠層上，即得到支撐光柵，再進(jìn)行鍍金屬薄層工序的操作，所使用的金屬為耐反應(yīng)離子刻蝕的金屬，例如金、鉑、鉻、鎳等，得到量子線光刻掩模后，去除支撐光柵得到刻蝕掩模，這種做法省去了涂過渡層的工序，使操作過程簡化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用適當(dāng)線密度的陡側(cè)壁x光透射光柵作為初始光刻掩模，利用同步輻射光刻將圖形轉(zhuǎn)換到襯底表面的支撐材料上，在其兩側(cè)壁上鍍具有量子尺寸厚度金屬膜的方法，得到超微細(xì)圖形的量子線光刻掩模，這種光刻掩模圖形穩(wěn)定性好，能重復(fù)使用，有利于得到清晰的量子線圖形，同時(shí)由于是在支撐光柵兩側(cè)壁鍍膜，使量子線圖形的密度倍增。本發(fā)明所述的制作方法，不受材料分辨率的限制，而且面積大(厘米量級)，工藝較為簡單。可做成多種超微細(xì)結(jié)構(gòu)圖形，如量子點(diǎn)、量子盒等。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖
作進(jìn)一步描述實(shí)施例1.制作初始光柵光刻掩模(1)以潔凈光滑的玻璃為襯底片，利用甩膠均勻地涂一層厚度約為2微米的聚酰亞胺薄層，在遠(yuǎn)紅外烘箱中300c烘2小時(shí)(2)在聚酰亞胺薄層表面處利用離子束鍍膜鍍厚約0.6微米的金膜(3)在金膜上均勻地涂上厚0.5微米的AZ-1350光刻膠，在遠(yuǎn)紅外烘箱中90℃烘25分鐘(4)在氬離子激光(波長為457.9nm)全息光路中曝光，顯影后便在AZ-1350光刻膠上形成了光柵圖形。光柵線密度為每毫米1000線，曝光量約為200毫焦耳/cm2，顯影時(shí)間約1分鐘，顯影液為0.6％的NaOH水溶液，顯影溫度為20-25℃(5)把已做好光柵圖形的基片放在離子束刻蝕機(jī)中刻蝕，便把光刻膠光柵圖形轉(zhuǎn)換到了金膜上?？涛g條件為離子能量500電子伏，離子束流密度0.6毫安/cm2，刻蝕時(shí)間約10分鐘(6)最后在有圖形的一面用環(huán)氧樹脂粘上大小合適的銅環(huán)作為支承，再用氫氟酸腐蝕掉玻璃基片，得到由透明的聚酰亞胺支撐的金透射光柵圖形(7)重復(fù)上述(1)和(2)的工藝(8)在金膜上均勻地涂上厚約1.0微米的PMMA光刻膠，在遠(yuǎn)紅外烘箱中130C烘30分鐘(9)在合肥國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室x光光刻站用x光曝光裝置將金透射光柵圖形轉(zhuǎn)換到PMMA上，曝光波長0.5-0.2nm，曝光量3000毫安分鐘，真空度為3.0*10-6Pa，濕法顯影，顯影液為4-甲基-戊酮-2∶異丙醇＝3∶1，顯影時(shí)間約25秒(10)重復(fù)(5)和(6)，便得到了光柵側(cè)壁陡直的同步輻射x光刻光柵掩模，即初始光柵光刻掩模實(shí)施例2.制作量子超微細(xì)圖形的x射線光刻掩模。
(1)利用甩膠法在光滑潔凈的玻璃片上均勻涂一層厚為2微米的聚酰亞胺薄層(支撐材料)，放在遠(yuǎn)紅外烘箱中300℃烘兩小時(shí)，然后再在其上均勻涂厚為0.25微米的PMMA光刻膠膜，室溫25℃，濕度小于50％，遠(yuǎn)紅外烘箱中130℃烘30分鐘；(2)在合肥國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室x光光刻站利用x光曝光裝置將初始光刻掩模圖形轉(zhuǎn)移到PMMA層上，曝光和顯影條件同1.(9)；(3)利用離子束刻蝕機(jī)將PMMA光柵轉(zhuǎn)移到聚酰亞胺層上，得到聚酰亞胺支撐光柵；(4)利用離子束刻蝕機(jī)，在支撐光柵所有表面上鍍金，兩側(cè)壁膜厚分別為50nm和100nm；(5)在離子束刻蝕機(jī)中垂直刻蝕掉支撐光柵表面和槽底上的金膜，即得到由側(cè)壁金膜層構(gòu)成的量子線掩模圖形；(6)粘支撐環(huán)，并在氫氟酸溶液中腐蝕掉玻璃襯底，即得量子線x光刻掩模，掩模尺寸為0.8cm實(shí)施例3.以所需硅片為襯底，制作量子線超微細(xì)圖形的反應(yīng)離子刻蝕掩模(1)利用甩膠法在光滑潔凈的硅片上均勻涂厚為0.25微米的PMMA光刻膠，室溫25℃，濕度小于50％，放在遠(yuǎn)紅外烘箱中130℃烘30分鐘；(2)在合肥國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室x光光刻站利用x光曝光裝置將初始光刻掩模圖形轉(zhuǎn)換到PMMA上，曝光和顯影條件同1.(9)(3)利用離子束刻蝕機(jī)在PMMA光柵所有表面鍍金。二側(cè)壁厚分別為50nm和100nm；(4)在離子束刻蝕機(jī)中垂直刻蝕掉PMMA光柵表面和槽底上的金膜，即得到由側(cè)壁金膜層構(gòu)成的量子線掩模圖形；(5)用等離子氧化法去掉PMMA光柵，去膠條件為真空度6.7Pa，電壓約75v，時(shí)間約為1小時(shí)，PMMA光柵去完后，在硅片上留下金的超微細(xì)圖形，即為反應(yīng)離子刻蝕掩模，掩模尺寸為0.8cm。
實(shí)施例4.制作量子點(diǎn)圖形在已經(jīng)有量子線的硅片上，重復(fù)實(shí)施例2的全過程，將初始光柵掩模上的光柵方向與已有量子線垂直放置，則最后得到垂直相交于點(diǎn)的量子點(diǎn)圖形。
以下給出操作工序中的示意1是具有陡壁的初始光柵掩模的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)足聚酰亞胺膜層；(2)是銅支承環(huán)，(3)陡壁光柵金線。
圖2是量子線光刻掩模的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中量子金屬線(4)依附在支撐光柵(5)的兩個(gè)側(cè)壁上，支柵光柵由透明的聚酰亞胺構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種量子線超微細(xì)圖形的制作方法，包括1)制作陡側(cè)壁x光透射光柵初始的光柵光刻掩模；2)將初始光柵上的光柵圖形轉(zhuǎn)換為量子線刻蝕掩模上的圖形；3)把量子線刻蝕掩模上的圖形轉(zhuǎn)換到半導(dǎo)體基片上，其特征在于，將光柵光刻掩模上的圖形轉(zhuǎn)換為刻蝕掩模圖形的步驟為1)在襯底上涂支撐材料薄層；2)利用X光光刻技術(shù)將初始光柵掩模圖形轉(zhuǎn)換到上述支撐材料薄層上，即支撐光柵；3)在支撐光柵表面(含兩側(cè)壁表面)上均勻鍍金屬膜薄層；4)保留兩側(cè)壁上的金屬膜，將其余部分金屬膜層用干法刻蝕法刻去，即得到由依附在支撐光柵兩側(cè)壁上的金屬鍍層構(gòu)成的量子線光刻掩模；5)去除支撐光柵，即得到刻蝕掩模。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述陡側(cè)壁x光透射光柵是指光柵側(cè)壁與襯底表面法線之間夾角小于5°的X光透射光柵。
3.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述的支撐材料包括支撐層和過渡層，其中支撐層材料是透x射線透明材料，過渡層材料是x射線抗蝕劑。
4.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于在支撐光柵表面上均勻鍍金屬膜薄層是指在真空狀態(tài)下，用濺射或蒸發(fā)的方法鍍金屬薄層。
5.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述鍍金屬薄層的厚度等于所需超微細(xì)圖形中細(xì)線的寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述鍍金屬薄層時(shí)所用的金屬是指不透x光的金屬。
7.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于所述透明襯底能夠由半導(dǎo)體基片代替。
8.如權(quán)利要求1或7所述的制作方法，其特征在于所述在半導(dǎo)體基片上的支撐材料涂層是x射線抗蝕劑。
9.如權(quán)利要求1或7或8所述的制作方法，其特征在于所述以x射線抗蝕劑作的支撐光柵上鍍金屬膜薄層中用金屬是指耐反應(yīng)離子刻蝕的金屬。
10.如權(quán)利要求1所述的制作方法中用的量子線光刻掩模，包括有透明襯底和量子金屬線圖形，其特征在于所述襯底上設(shè)有陡側(cè)壁的支撐光柵圖形，所述量子金屬線圖形依附在支撐光柵的兩個(gè)側(cè)壁上。
全文摘要
本發(fā)明涉及量子線超微細(xì)圖線的制作方法，包括利用陡側(cè)壁x光柵制造初始光柵光刻掩模圖形，將其轉(zhuǎn)換為刻蝕掩模圖形后再轉(zhuǎn)換到所需基片上，其特征在于將初始光柵圖形轉(zhuǎn)換到為刻蝕掩模的過程中，先將圖形轉(zhuǎn)換到支撐材料薄層上，形成支撐光柵，然后在光柵表面涂金屬薄層，得到由依附在支撐光柵垂直側(cè)壁上的量子金屬線構(gòu)成的量子線光刻掩模，去除支撐光即柵成為刻蝕掩模圖形，本發(fā)明方法具有工藝較為簡單，制作面積大，不受材料分辨率限制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01L21/308GK1130263SQ9510046
公開日1996年9月4日 申請日期1995年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月28日
發(fā)明者付紹軍, 夏安東, 洪義麟, 田楊超, 胡一貫, 陶曉明, 闞婭, 張新夷 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)