專利名稱：使用無抗蝕劑電子束光刻制造亞微米抗蝕金屬/半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用無抗蝕劑的電子束光刻制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜，與制作印刻光刻(imprint 1ithography)用的模子的方法。
超小尺寸器件的制造需要有足夠高分辨率的光刻技術(shù)。在這些高分辨率光刻技術(shù)中十分頻繁地包括抗蝕劑底光刻處理，而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是最廣泛地用作電子束光刻應(yīng)用中的抗蝕劑的聚合物(S.P.Beaumont,P.G.Bower,T.Tamamura,C.D.W.Wikinson,Appl.Phys.Lett.,38,438(1991)與W.Chen,H.Ohmed,J.Vac.Sci.Technol.,Bll,2519(1993))。
這些類型的光刻處理在制造亞100nm器件時(shí)會(huì)受到成為極度約束的若干限制。這些限制包括不希望有的抗蝕劑中的臨近效應(yīng)與由聚合物分子尺寸強(qiáng)加的分辨率限制。當(dāng)暴露的圖案處于反向散射電子的范圍內(nèi)時(shí)產(chǎn)生屬近效應(yīng)。這些電子是一次電子，它們以大角度與襯底碰撞而以高能在一個(gè)可能顯著地大于電子束直徑的范圍內(nèi)逸出表面。這些高能電子使在一個(gè)不要求的區(qū)域內(nèi)的抗蝕劑暴露。光刻技術(shù)的當(dāng)前研究成果包括若干確定構(gòu)圖的無蝕刻劑工藝(關(guān)于電子束參看例如D.Wang,P.C.Hoyle,J.R.A.Cleaver,G.A.Porkolab,N.C.MacDonald,J.Vac.Sci.Technol.,B13,1984(1995)；關(guān)于掃描探測(cè)技術(shù)參看H.Sugimura與N.Nakagiri,J.Vac.Sci.Technol.,B13,1933(1995))。
硅化物層的形成常通過在含有受控的N2-H2氣氛的常規(guī)爐內(nèi)退火硅襯底上的薄金屬層試樣而實(shí)現(xiàn)。這個(gè)退火工藝要求延續(xù)幾分鐘以便將金屬薄膜轉(zhuǎn)換為硅化物(參看C.A.Chang,J.Appl.Phys.,58,3258,(1985)；C.A.Chang與A.Segmuller,J.Appl.Phys.,61,201(1987)；C.A.Chang與W.K.Chu,Appl.Phys.Lett.,37,3258(1980)；及C.A.Chang與J.M.Poate,Appl.Phys.Lett.,36,417(1980))。
包括快速熱退火(RTA)的新工藝改進(jìn)了硅化物形成的工藝。由于較短的處理時(shí)間(A.Torres,S.Kolodinski,R.A.Donaton,K.Roussel與H.Bender,SPIE,2554,185,(1995)),RTA硅化物薄膜大大地好于由常規(guī)退火形成的薄膜(C.A.Dimitriadis,Appl.Phys.Lett.,56,143(1990))。
新近，開發(fā)了幾種形成硅化物的新技術(shù)。這些工藝包括使用光子、電子與離子束加熱金屬一硅界面(J.M.Poate與J.W.Mayer,LaserAnnealing of Semiconductors,Academic Press,New York,1982；J.Narayan,W.L.Brown與R.A.Lemons,Laser-Solids Interactions andTransient Processing of Materials,Nort-Holland,New York,1983；及E.D’Anna,G.Leggieri與A.Luches,Thin Solids Films,129,93(1985))。所有這些工藝都以局部加熱表面附近使形成硅化物的概念為基礎(chǔ)。然而，這些工藝之中沒有一個(gè)打算用作光刻工藝或用于制作光刻用的掩膜。
紫外線(UV)光刻是用于大規(guī)模生產(chǎn)電子器件與電路的技術(shù)。然而，紫外線光的波長對(duì)使用此工藝的能得到的分辨率提供一個(gè)物理限制。正在評(píng)估替代工藝以取代用于工業(yè)生產(chǎn)電子器件與電路的UV光刻工藝。這些工藝之一是X射線光刻，因?yàn)閄射線有比UV短得多的波長。在此工藝，放置在X射線源與試樣之間的掩膜區(qū)域被一層吸收X射線的重原子(例如Ta、W與硅化鉭)覆蓋(J.Canning,Journal of Vacuum Science andTechnology,B15,2109(1997))。這種掩膜使用電子束光刻制成。這些掩膜制作中的一個(gè)主要困難在于使用電子束光刻要形成既具有高分辨率又對(duì)為清除無保護(hù)區(qū)域內(nèi)的重原子吸收層面使用的化學(xué)制品具有出色抗蝕性的結(jié)構(gòu)(蝕刻掩膜)。使用聚合抗蝕劑作為蝕刻掩膜的常規(guī)工藝或不提供足夠高的分辨率，或不提供對(duì)化學(xué)蝕刻足夠強(qiáng)的抗蝕性(J.P.Silverman,Journal of Vacuum Science and Technology,B15,2117(1997))。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)存技術(shù)的上述諸缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜的直接寫入的無抗蝕劑的光刻方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種構(gòu)造可用于印刻光刻的模子的直接寫入的無抗蝕劑光刻方法。
本發(fā)明涉及一種制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜的方法，包括提供一塊由對(duì)X射線與/或紫外線輻射透明或?qū)ψ贤饩€輻射反射的材料制成的襯底，在此襯底上沉積一個(gè)對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層，在此對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層上沉積2個(gè)疊加層包括一層半導(dǎo)體材料與一層能同此半導(dǎo)體材料反應(yīng)以形成抗蝕性金屬/半導(dǎo)體化合物的金屬，產(chǎn)生一個(gè)聚焦的電子束，將此聚焦的電子束施加于金屬與半導(dǎo)體的疊加層以局部加熱金屬與半導(dǎo)體材料從而引起它們互相擴(kuò)散以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物，在此金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)，然后蝕刻金屬層、半導(dǎo)體材料層和對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層使在襯底上留下抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)和此結(jié)構(gòu)下的對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層從而形成X射線與/或紫外線光刻用的掩膜。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)先的實(shí)施例，半導(dǎo)體材料層沉積在對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層上，而金屬層沉積在半導(dǎo)體材料層上?；蛘?，金屬層沉積在對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層上，而半導(dǎo)體材料層沉積在金屬層上。
根據(jù)掩膜制作方法的其它優(yōu)先實(shí)施例-對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料包括玻璃、氮化硅、碳化硅、二氧化硅與金剛石薄膜；-對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料從包括下列材料的組中選擇鉭，硅化鉭，鎢，硅化鎢，鈦，鉻，硅化鎳，TaB4,WB4，硅化鉻與鎳；-上當(dāng)掩膜為用于X射線光刻的掩膜時(shí)，對(duì)X射線輻射不透明的材料從包括下列材料的組中選擇鉭，硅化鉭，鎢，硅化鎢，TaB4與WB4；
-當(dāng)掩膜為用于紫外線光刻的掩膜時(shí)，對(duì)紫外線輻射不透明的材料從包括下列材料的組中選擇鉭，硅化鉭，鈦，鉻，硅化鎳，硅化鉻與鎳；-半導(dǎo)體材料包括硅而金屬從包括下列金屬的組中選擇鈷，鉻，鉿，銥，錳，鎳，鈀，鉑，銠，鉭，鈦，鎢，鋯，銅與銀；與-在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)包括此結(jié)構(gòu)的每一部分對(duì)聚焦電子束暴露一次或多次。
本發(fā)明還涉及一種制作印刻光刻用的模子的方法，包括提供一塊機(jī)械耐抗襯底，在此襯底上沉積2個(gè)疊加層包括一層半導(dǎo)體材料與一層能同此半導(dǎo)體材料反應(yīng)以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的金屬，產(chǎn)生一個(gè)聚焦的電子束，將此聚焦的電子束施加于金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層以局部加熱此金屬與半導(dǎo)體材料從而引起此金屬與半導(dǎo)體材料互相擴(kuò)散以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物，在此金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)，然后蝕刻金屬與半導(dǎo)體材料層使在襯底上只留下抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)，其中抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)模子的印刻，且其中該結(jié)構(gòu)與襯底構(gòu)成印刻光刻用的模子。
根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例，在襯底上沉積半導(dǎo)體材料層，然后在半導(dǎo)體材料層上沉積金屬層?；蛘?，在襯底上沉積金屬層，然后在金屬層上沉積半導(dǎo)體材料層。
根據(jù)模子制作方法的優(yōu)選實(shí)施例-襯底由從包括下列材料的組中選擇的一個(gè)種材料制成潔凈硅，碳化硅，玻璃，石英，鉭，鈦，鎢，硅化鉭，硅化鎢，TaB4與WB4；-半導(dǎo)體材料包括硅而金屬從包括下列金屬的組中選擇鈷，鉻，鉿，銥，錳，鎳，鈀，鉬，銠，鉭，鈦，鎢，銑，銅與銀；-聚焦的電子束是一個(gè)高聚焦的電子束；-在蝕刻金屬層與半導(dǎo)體材料層之后，使用等離子體蝕刻以清除在抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物表面形成的碳沉積物；
-在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)包括此結(jié)構(gòu)的每一部分對(duì)聚焦的電子束暴露一次或多次；與-蝕刻金屬層與硅層包括等離子體或濕蝕刻金屬層，與等離子體或濕蝕刻硅層。
閱讀下面對(duì)只參考附圖以舉例方式給出的優(yōu)先實(shí)施例的非限制性描敘，本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)與其它特性將變?yōu)楦用黠@。
在下列附圖中

圖1a是一個(gè)上面沉積了一個(gè)金屬層或金屬薄膜的硅襯底的側(cè)剖視圖；圖1b是圖1a的硅襯底與金屬層的側(cè)剖視圖，表示使用一個(gè)受控與經(jīng)聚焦的電子束退火硅襯底與金屬層；圖1c是圖1a的硅襯底與金屬層的側(cè)剖視圖，表示一個(gè)形成在硅襯底上的硅化物結(jié)構(gòu)；圖1d是圖1a的硅襯底與金屬層的側(cè)剖視圖，其中金屬層的無反應(yīng)部分已被濕蝕刻掉，硅襯底上只留下硅化物結(jié)構(gòu)；圖2a是一個(gè)表示沉積在硅襯底上的一個(gè)鉑(Pt)層或鉑薄膜的俄歇電子能譜(AES)深度分布圖；圖2b是一個(gè)表示在使用電子束退火處理之后，沉積在硅襯底上的一個(gè)鉑(Pt)層或鉑薄膜的AES深度分布圖；圖3a是一個(gè)表示一塊襯底、一個(gè)沉積的能吸收X射線與/或紫外線輻射的襯底層、一個(gè)沉積的硅層與一個(gè)沉積的金屬層的側(cè)剖視圖；圖3b是一個(gè)圖3a的襯底、沉積的能吸收X射線與/或紫外線輻射的襯底層、沉積的硅層與沉積的金屬層的側(cè)剖視圖，表示在使用聚焦的電子束退火處理之后由硅層與金屬層反應(yīng)而形成的硅化物；圖3c是一個(gè)與圖3b側(cè)剖視圖相對(duì)應(yīng)的側(cè)剖視圖，其中金屬層已被蝕刻；圖3d是一個(gè)與圖3c側(cè)剖視圖相對(duì)應(yīng)的側(cè)剖視圖，其中硅層已被蝕刻；
圖3e是一個(gè)與圖3d側(cè)剖視圖相對(duì)應(yīng)的側(cè)剖視圖，其中沉積的能吸收X射線與/或紫外線輻射的襯底層已被蝕刻；圖3f是一個(gè)與圖3e的剖視圖相對(duì)應(yīng)的側(cè)剖視圖，其中沉積的能吸收X射線與/或紫外線輻射的襯底層被蝕刻，且其中襯底已被部分蝕刻；與圖4是一個(gè)在一塊玻璃襯底上覆蓋硅化鉑的鉭矩形物顯微照片，其中已使用聚焦的電子束使金屬與硅的薄層形成合金，其中在清除鉑層之后已使用含鹵素的碳化物等離子體蝕刻硅層與鉭層，且其中硅化鉑矩形物起蝕刻掩膜的作用。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例。
為此本發(fā)明涉及一個(gè)用于在各種襯底材料上產(chǎn)生抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)、可得到的線寬小于50nm的直接寫入工藝。得到的抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物對(duì)含鹵素的碳化物與氟里昂等離子體蝕刻具有極強(qiáng)的抗力，因而使它們成為出色的蝕刻掩膜。此技術(shù)意在用作光刻工藝或制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜。
本發(fā)明也可用作一種制作毫微(納米)印刻光刻用的模子的方法(參看S.Y.Chou,P.R.Krauss et al.,Journal of Vacuum Science andTechnology,B15,2897與S.Y.Chou的美國專利5772905,1998年6月)。此光刻工藝用的模子的制作要求一個(gè)既具有高分辨率又對(duì)用于蝕刻模子材料的化學(xué)制品具有出色抗力的蝕刻掩膜。例如，通過使用電子束光刻系統(tǒng)局部加熱金屬層與硅層而組成的硅化物提供這樣一個(gè)掩膜。
在各附圖的不同圖形中，相應(yīng)的部分用相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)記。
附圖1a、1b、1c與1d圖解說明根據(jù)本發(fā)明的方法在硅襯底1上制作硅化物結(jié)構(gòu)3的一個(gè)優(yōu)先實(shí)施例的各個(gè)步驟。此方法使用一個(gè)受控與聚焦的電子束4(圖1b)退火硅襯底1與沉積在襯底1上的金屬層或金屬薄膜2。
更準(zhǔn)確地說，根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，用于在襯底1上制作一個(gè)例如由導(dǎo)電硅化物的超窄線構(gòu)成的硅化物結(jié)構(gòu)3，可概括如下圖1a使用例如電子束蒸發(fā)工藝或在低真空室內(nèi)冷濺射工藝在預(yù)先清潔的硅襯底1上沉積一個(gè)能同硅反應(yīng)以形成硅化物的金屬層2(參看圖1a)；圖1b通過對(duì)金屬層2施加聚焦的電子束4退火金屬層2與襯底1以局部加熱金屬與硅從而引起金屬與硅互相擴(kuò)散以形成硅化物。已經(jīng)證明使用聚焦的電子束例如在一個(gè)掃描式電子顯微鏡(SEM)中產(chǎn)生的電子束可得到高于400℃的溫度(M.Yasuda,H.Kawata,K.Murata,K.Hashimoto,Y.Hirai與N.Nomura,J.Cac.Sci.Technol.,B12,1362(1994))。此電子束還在計(jì)算機(jī)控制下移動(dòng)，以暴露給予硅化物結(jié)構(gòu)的要求的圖案(參看圖1b)；圖1c暴露于聚焦的電子束下的區(qū)域內(nèi)由于上面提到的金屬與硅互相擴(kuò)散而轉(zhuǎn)換為硅化物結(jié)構(gòu)3；與圖1d將圖1c試樣浸入能蝕刻金屬薄膜2但不能蝕刻硅化物結(jié)構(gòu)3的酸溶液中。通常，王水溶液(H2O∶HCl∶HNO3=8∶7∶1)是執(zhí)行此任務(wù)的一種合適的酸溶液。在此濕蝕刻之后，只有曾暴露于電子束的區(qū)域(硅化物結(jié)構(gòu))將保留在襯底上。
暴露于電子束4可能造成的硅化物結(jié)構(gòu)3的表面上沉積一些碳，這些碳可通過氧等離子體蝕刻加以清除。在蒸發(fā)處理期間，金屬層2的金屬可在室溫下同襯底1的硅反應(yīng)以形成一個(gè)富硅金屬薄層(未表示)。這個(gè)不希望有的薄層可通過濕蝕刻硅加以清除。為此可使用一種例如H2O∶NHO3∶HF=50∶49∶1的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)蝕刻溶液。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例可概括如下圖3a、3b、3c、3d、3e與3f圖解說明一種用于制作超小硅化物結(jié)構(gòu)與如何使用這些硅化物結(jié)構(gòu)作為一個(gè)蝕刻掩膜的方法。此工藝使用由計(jì)算機(jī)控制的電子束在襯底的表面上構(gòu)圖。本方法包括下列步驟圖3a在襯底6上沉積一個(gè)硅層5，然后在硅層5上沉積一個(gè)金屬層7。層5與層7的沉積可通過電子束蒸發(fā)工藝、熱蒸發(fā)工藝或通過在低真空室內(nèi)的冷濺射工藝?；蛘?，本方法也可通過顛倒沉積硅層5與金屬層7的順序完成；更準(zhǔn)確地說，首先在襯底6上沉積金屬層7，然后在金屬層7上沉種硅層5。此工藝可用在潔凈硅、碳化硅、玻璃、石英、鉭、鈦、鎢及任何其它對(duì)頂部金屬層7抗化學(xué)蝕刻的材料的各種襯底上。襯底6可包括一層或幾層由上述材料中之任一形成的沉積層8，沉積在可由任何材料制成的襯底6上。
圖3b使用聚焦的電子束9退火硅層5與金屬層7。已經(jīng)證明使用聚焦的電子束例如在一個(gè)掃描式電子顯微鏡(SEM)中產(chǎn)生的電子束可得到高于400℃的溫度[Yasuda,M.,Kawata,H.,Murata,K.,Hashimoto,K.,Hirai,Y.,Nomura,N.,Journal of Vacuum Science andTechnology,B12,1362(1994)]。形成幾種金屬硅化物的溫度，從200-700℃變化[Sze,S.M.,Physics of Semiconductor Devices，第2版，Willey,New York,(1990)]。在本方法中，電流密度必須足夠大以達(dá)到為形成硅化物所需要的能量。在襯底6上面的暴露于電子束9的區(qū)域內(nèi)形成硅化物10[Drouin,D.,Beauvais,J,Lemire,R.,Levallee,E.,Gauvin,R.,Caron,M.,Applied Physic Letters,70,3020,(1997)]。此電子束由計(jì)算機(jī)控制以形成經(jīng)構(gòu)圖的硅化物結(jié)構(gòu)10。
圖3c:(a)將試樣浸入一種能蝕刻頂部金屬薄膜7的酸溶液，留下完整的硅化物結(jié)構(gòu)10。通常，王水溶液(H2O∶HCl∶HNO3)是執(zhí)行此任務(wù)的一種合適的酸溶液。
(b)另一方法，使用一種含鹵素的碳化物等離子體蝕刻，去除頂硅層5，留下完整的硅化物結(jié)構(gòu)10。
圖3d:(a)使用一種含鹵素的碳化物等離子體蝕刻與清除硅層5。
(b)另一方法，將試樣浸入一種能蝕刻金屬薄膜7的酸溶液，留下完整的硅化物結(jié)構(gòu)10。通常，王水溶液(H2O∶HCl∶HNO3)是執(zhí)行此任務(wù)的一種合適的酸溶液。
在此蝕刻操作之后，襯底6或沉積層8的上面只留下由電子束9形成的硅化物結(jié)構(gòu)10。
圖3e-3f使用定向等離子體、不定向等離子體或濕蝕刻進(jìn)行對(duì)遺留的層8及最后對(duì)層8下面的一部分襯底6的蝕刻。在任何情況下，硅化物結(jié)構(gòu)10起蝕刻掩膜的作用，即硅化物結(jié)構(gòu)10下面的區(qū)域不被蝕刻掉。然而在濕蝕刻與不定向等離子體蝕刻的情況下，由于蝕刻作用的不定向性在硅化物結(jié)構(gòu)10下面可能出現(xiàn)一些底部切割現(xiàn)象。
電子束9可能在硅化物結(jié)構(gòu)10的表面上沉積一些碳，這些碳可通過氧等離子體蝕刻加以清除。
例1在此例中，將把根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于一種硅化鉑的形成。
首先形成Pt2Si的激活能約為1.4eV而溫度范圍在200-350℃之間。只有當(dāng)全部Pt都轉(zhuǎn)換為Pt2Si時(shí)才發(fā)生PtSi的生長，在這種情況下激活能增高至1.6eV而溫度范圍為300-450℃(E.G.Colgan,J.Mater Res.,10,1953(1995))。因此可通過使用標(biāo)準(zhǔn)的SEM執(zhí)行本發(fā)明的方法以形成經(jīng)構(gòu)圖的硅化物結(jié)構(gòu)。
使用一個(gè)電子槍沉積系統(tǒng)以0.5nm/S的蒸發(fā)速率將幾種厚度(20至100nm)的鉑層蒸發(fā)到純凈的N型高電阻率硅<100>襯底上。為實(shí)施本發(fā)明，電子束光刻系統(tǒng)包括一個(gè)配備一個(gè)鎢燈絲與一個(gè)電子束消隱裝置并受NPGS(J.C.Nabity光刻系統(tǒng)的7.5版毫微米圖案發(fā)生系統(tǒng))光刻軟件控制的JEOL JSM-6300掃描式電子顯微鏡(SEM)。SEM產(chǎn)生一個(gè)適于生產(chǎn)亞微米硅化物結(jié)構(gòu)的高聚焦電子束。在幾種低能(1keV至5keV)下進(jìn)行暴光并使用H2O∶HCL∶HNO3=8∶7∶1的王水溶液從硅表面上清除不暴露的鉑。使用80℃下蝕刻時(shí)間4分鐘。對(duì)不暴露的鉑與硅化物的蝕刻速率的差別足以得到一個(gè)選定的蝕刻。然而，延長時(shí)間的蝕刻能清除硅化物結(jié)構(gòu)。
圖2a表示當(dāng)沉積一個(gè)50nm厚的Pt薄膜時(shí)俄歇電子能譜(AES)深度分布。如同預(yù)料情況，可觀測(cè)到從沉積層至襯底的平穩(wěn)過渡。在圖2b中，包括一個(gè)20μm×20μm結(jié)構(gòu)的待分析試樣暴露于電子束下。用于產(chǎn)生矩形體的線劑量為17μC/cm。硅化鉑的表面受到來自SEM室的碳的污染。對(duì)應(yīng)于一個(gè)Pt2Si區(qū)域可觀測(cè)到一個(gè)臺(tái)階。從這個(gè)譜結(jié)果可清楚看到聚焦的電子束的加熱效應(yīng)足以使硅能擴(kuò)散通過金屬層(R.Pretaurius,M.A.E.Wandt和J.E.Mcloed,J.Electrochem.Soc.,136,839(1989))并形成比純Pt有較慢蝕刻速率的硅化鉑。在蝕刻速率方面的這個(gè)差別提供一個(gè)構(gòu)圖具有亞微米分辨率的金屬層的手段。
硅化物的形成與幾個(gè)因素有關(guān)。沉積層的厚度確定電子束的加速電壓值。當(dāng)電子的最大消耗能發(fā)生在接近于與硅接合的金屬層內(nèi)時(shí)觀測(cè)到較好的結(jié)果。確定溫升的另一重要因素是電流密度。進(jìn)行了配有鎢燈絲與與電流密度對(duì)1keV電子束約為100mA/cm2的實(shí)驗(yàn)(J.I.GoldStein,D.E.Newbury,P.Echlin,D.C.Joy,A.D.Romig Jr.,C.E.Lyman,C.Fiori,E.Lifshin,Scanning Electron Microscopy and X-Ray Micro-analysis，第2版，Plenum Press,New York,1994,pp820)對(duì)于小于100pA的電流比值略減小。此外，由于較小的探頭尺寸，電流密度隨著電子束能量的增高而增大。電流密度越大，在Pt-Si界面得到的熱度越高。確定硅化物形成的最后參數(shù)是電子束暴露時(shí)間或線劑量。為形成硅化物要求一個(gè)門限線劑量；當(dāng)暴露時(shí)間短于此門限值時(shí)，圖案將不抗?jié)裎g刻。
例2作為一個(gè)使用20nm蒸發(fā)在硅襯底上的Pt以形成微小結(jié)構(gòu)的例子，一個(gè)3KeV的電子束將是合適的。事實(shí)上，使用一個(gè)100pA電子束(≈200mA/cm2)、1.5μC/cm劑量，得到了大于50nm的線寬。在此情況下，為減弱碳污染與局部充電效應(yīng)，通過多次暴露以獲得全部劑量(J.Fujita,H.Watanab,Y.Ochiai,S.Manako,J.S.Tsai與S.matsui,Appl.Phys.Lett.,66,3065(1995))。更準(zhǔn)確地說，使用一個(gè)減小到0.075μC/cm的線劑量對(duì)每部分微小結(jié)構(gòu)暴露了20次。碳污染的結(jié)果是吸收部分電子能量，從而減少在金屬層內(nèi)損耗的能量并降低溫升。這種多次暴露技術(shù)通過減慢碳沉積的速率從而減小了門限要求的總劑量。多次重復(fù)還顯著地減小了在門限值時(shí)的線寬。對(duì)于一個(gè)給定的線劑量，多次重復(fù)意味著為構(gòu)圖進(jìn)行一系列較短時(shí)間的暴露。在此情況下，由于電子束的高斯分布，可能只在電子束的中心達(dá)到為形成硅化物所需要的溫度，因而在一個(gè)比電子束直徑更窄小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生硅化物。
在濕蝕刻之后，不暴露區(qū)域可能受到Pt的污染。事實(shí)上，第一次蒸發(fā)的幾毫微米Pt能在室溫下同硅反應(yīng)以形成約2nm厚的硅化物(L.Ley,Y.Wang,V.Nhuyen Van,S.Fisson,D.Soche,G.Vuye與J.Rivory,Thin Solid film,270,561(1995))，從而降低了硅的表面電阻率。通過在H2O∶HNO3∶HF=50∶49∶1溶液中進(jìn)行一個(gè)持續(xù)時(shí)間6分鐘的第二次濕蝕刻，使硅的表面電阻率恢復(fù)至它的初始值。此外，為清除由于在SEM室內(nèi)延長時(shí)間的暴露而沾染的表面碳雜質(zhì)，可將硅化物結(jié)構(gòu)的表面暴露于氧等離子體下蝕刻20分鐘。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法可顯著地減弱臨近效應(yīng)。事實(shí)上，用此方法，只是在電子束直徑范圍內(nèi)觀測(cè)到臨近效應(yīng)。為此，通過使用高性能SEM，將減小電子束直徑與增大電流密度。然后通過使用更小的線劑量將得到具有較輕微的臨近效應(yīng)的微小結(jié)構(gòu)。
應(yīng)指出的第二個(gè)要點(diǎn)是這里如同在基于抗蝕劑的處理情況下不需要拆離。那種拆離處理會(huì)顯著地降低分辨率與降低生產(chǎn)率。
例3本例中提供的方法的細(xì)節(jié)將強(qiáng)調(diào)使用硅化鉑制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜的詳細(xì)情況。形成第一類硅化鉑(Pt2Si)的激活能約為1.4eV而使Pt全部變換為Pt2Si的溫度范圍為200-350℃[Colgan,E.G.,Journal of Material Resistance,10,1953,(1995)]。盡管材料內(nèi)有熱散失，一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的掃描式電子顯微鏡(SEM)的聚焦的電子束在低能(1至3KeV)下提供足以局部形成此硅化物的能量。
使用一個(gè)電子槍沉積系統(tǒng)，將一個(gè)450nm厚的鉑層蒸發(fā)到一塊清潔材料襯底上，此襯底對(duì)X射線與/或紫外線輻射透明(例如玻璃)或?qū)ψ贤饩€輻射反射(例如制作紫外線掩膜用的襯底包括在硅層之間一系列的鉬薄層)。對(duì)于X射線光刻，對(duì)X射線輻射不透明的材料可以是鉭、鎢、硅化鉭與硅化鎢。對(duì)于紫外線光刻，鉭、硅化鉭、鈦、鉻與硅化鎳可用作對(duì)紫外線輻射不透明的材料。使用相同的沉積系統(tǒng)，在鉭層上沉積一個(gè)40nm厚的硅層然后在硅層上沉積一個(gè)20nm厚的鉑層。另一方法，可在鉭層上沉積鉑層然后在鉑層上沉積硅層。電子束光刻系統(tǒng)包括配備一個(gè)鎢燈絲與一個(gè)電子束消隱裝置并受NPGS(J.C.Na bity光刻系統(tǒng)的7.6版毫微米圖案發(fā)生系統(tǒng))光刻軟件控制的JEOL JSM-6300掃描式電子顯微鏡(SEM)。暴露在1.4KeV下進(jìn)行。
使用稀釋的H2O∶HCl∶HNO3=8∶7∶1王水溶液在80℃下從硅表面清除不暴露的鉑。使用1分鐘蝕刻時(shí)間。在這些條件下，通過濕蝕刻留下完整的硅化物。
然后使用CF4∶O2等離子體消除硅層與鉭層。硅化物結(jié)構(gòu)起蝕刻掩膜的作用，不受等離子體蝕刻的影響，從而使硅化物結(jié)構(gòu)下面的區(qū)域受到保護(hù)而完整地留下。雖然此處理在目前情況下使用不定向的等離子體蝕刻系統(tǒng)進(jìn)行，使用定向的等離子體蝕刻系統(tǒng)例如反應(yīng)離子蝕刻器(RIE)可獲得相似的結(jié)果。在我們的例子中，由于使用不定向的等離子蝕刻，造成側(cè)壁與表面不垂直。使用反應(yīng)離子蝕刻或其它非各向同性的蝕刻系統(tǒng)可獲得垂直的側(cè)壁，從而有較高的分辨率。圖4表示一個(gè)用此方法在最后的等離子體蝕刻之后得到的結(jié)構(gòu)的例子。
使用此方法，制成的硅化物結(jié)構(gòu)的分辨率與化學(xué)抗蝕性都足以滿足制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜的工業(yè)要求。硅化鉑對(duì)許多化學(xué)蝕刻具有出色的抗蝕力，尤其是對(duì)用于蝕刻鉭層的含鹵素的碳化物等離子體。在此情況下，由于鉭出色的機(jī)械性與良好的化學(xué)抗蝕力(這些性能是工業(yè)中使用的為定期清潔掩膜所必要的)，因而選用鉭。鉭還有高的原子序數(shù)，這使它成為良好的X射線與紫外線輻射的吸收劑。
例4本方法的另一個(gè)例子是制作用于超小型印刻光刻的模子。這些模子必須抵抗為把圖案從模子轉(zhuǎn)移到一個(gè)機(jī)械上可印的表面上面施加的機(jī)械約束。模子的制作需要一個(gè)既具有高分辨率又對(duì)用于蝕刻模子襯底的化學(xué)制品具有出色抗蝕力的蝕刻掩膜。按我們的工藝，在機(jī)械抗蝕襯底(例如鉭或碳化硅)上覆蓋一薄層硅，接著覆蓋一薄層能形成硅化物的金屬。另一方法，可先在襯底覆蓋一薄層金屬，然后在此薄層金屬上覆蓋一薄層硅。電子束光刻系統(tǒng)通過在表面上形成硅化物區(qū)域轉(zhuǎn)移圖案。強(qiáng)酸中的濕蝕刻用于清除不暴露區(qū)域內(nèi)的薄金屬層。與此相似，等離子體蝕刻或濕蝕刻中用于清除不暴露區(qū)域內(nèi)的薄硅層。然后可使用反應(yīng)離子蝕刻或任何定向的等離子體蝕刻處理來蝕刻襯底。襯底的暴露區(qū)域被硅化物覆蓋從而受到保護(hù)，而別處被蝕刻成槽，從而建立一個(gè)可用于超小型印刻光刻的模子。
例5本方法的最后一個(gè)例子是制作MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)。使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積系統(tǒng)(PECVD)在一塊純凈的硅襯底上沉積一個(gè)50nm厚的硅酸鹽(SiO2)層。然后使用電子槍沉積系統(tǒng)蒸發(fā)20nm厚的鉑層與硅層，硅層在頂面。使用與前面例子中相同的SEM與軟件進(jìn)行光刻。用CF4∶O2等離子體清除頂面的薄硅層。之后，使用稀釋的H2O∶HCl∶HNO3=8∶7∶1王水溶液在80℃下清除鉑層。上述2個(gè)蝕刻都不腐蝕由電子束形成的硅化物結(jié)構(gòu)。然后這些硅化物結(jié)構(gòu)在CF4∶O2等離子體蝕刻石英層期間用作蝕刻的掩膜。硅酸鹽層除了硅化物結(jié)構(gòu)下面的區(qū)域之外全部被除去。
綜上所述，公開了一種在各種各樣的襯底上產(chǎn)生用作薄導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或甚至用作蝕刻掩膜的亞50nm金屬線的新穎制作方法。這種方法能減弱基于抗蝕劑的光刻中存在的臨近效應(yīng)并提供一個(gè)優(yōu)于由使用鎢絲SEM得到的50nm線寬的分辨率限值。此外，本方法適用于制作X射線與/或紫外線輻射光刻用的在材料抗蝕力與分辨率方面都滿足工業(yè)要求的掩膜，并適用于制作超小型印刻光刻用的模子與制作MOS結(jié)構(gòu)。
雖然上面已參考各優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但可在附加的權(quán)利要求書范圍內(nèi)隨意修改這些實(shí)施例而不背離本發(fā)明的精神與性質(zhì)。非限制性的例子如-可使用硅(Si)以外例如砷化鍺(GaAS)等半導(dǎo)體材料；-在硅(Si)襯底情況下，金屬可從包括下列金屬的組中選擇鈷(Co)，鉻(Cr)，鉿(Hf)，銥(Ir)，錳(Mn)，鎳(Ni)鈀(Pd)，鉑(Pt)，銠(Rh)，鉭(Ta)，鈦(Ti)，鎢(W)，鋯(Zr)，銅(Cu)與銀(Ag)；與-在砷化鍺(GaAS)襯底情況下，至少可使用鉑(Pt)作為金屬。
權(quán)利要求
1．一種制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜的方法，包括提供一塊由對(duì)X射線與/或紫外線輻射透明的或?qū)ψ贤饩€輻射反射的材料制成的襯底；在襯底上沉積一個(gè)對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層；在對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層上沉積2個(gè)疊加層，所述2個(gè)疊加層包括一層半導(dǎo)體材料層與一層能同此半導(dǎo)體材料反應(yīng)而形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的金屬層；產(chǎn)生一個(gè)聚焦的電子束；將聚焦的電子束施加于金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上以局部加熱金屬與半導(dǎo)體材料從而引起金屬與半導(dǎo)體材料互相擴(kuò)散以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物；在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)；與蝕刻金屬層，半導(dǎo)體材料層及對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層使在襯底上留下抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)與此結(jié)構(gòu)下面的對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層從而形成所述X射線與/或紫外線光刻用的掩膜。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中沉積2個(gè)疊加層包括在對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層上沉積半導(dǎo)體材料層；與在半導(dǎo)體材料層上沉積金屬層。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中沉積2個(gè)疊加層包括在對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層上沉積金屬層；與在金屬層上沉積半導(dǎo)體材料層。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中對(duì)X射線與/或紫外線輻射透明的材料包括玻璃、氮化硅、碳化硅、二氧化硅，和金剛石薄膜。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料從包括下列材料的組中選擇鉭，硅化鉭，鎢，硅化鎢，鈦，鉻，硅化鎳，TaB4,WB4，硅化鉻與鎳。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中掩膜為X射線光刻用的掩膜，并且其中對(duì)X射線輻射不透明的材料從包括下列材料的的組中選擇鉭，硅化鉭，鎢，硅化鎢，TaB4與WB4。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中掩膜為紫外線光刻用的掩膜，并且其中對(duì)紫外線輻射不透明的材料從包括下列材料的組中選擇鉭，硅化鉭，鈦，鉻，硅化鎳，硅化鉻與鎳。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中半導(dǎo)體材料包括硅，并且其中金屬從包括鈷、鉻、鉿、銥、錳、鎳、鈀、鉑、銠、鉭、鈦、鎢、鋯、銅與銀的組中選擇。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中產(chǎn)生一個(gè)聚焦的電子束包括產(chǎn)生一個(gè)高聚焦的電子束；與移動(dòng)聚焦的電子束包括在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)高聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)包括將此抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)的每一部分對(duì)聚焦的電子束暴露一次或多次。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的制作掩膜的方法，其中對(duì)X射線與/或紫外線輻射透明的材料包括玻璃；對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料包括鉭；半導(dǎo)體材料包括硅；能同半導(dǎo)體材料反應(yīng)以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的金屬包括鉑；抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物包括硅化鉑。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的制作掩膜的方法，其中蝕刻鉑層、硅層與鉭層包括濕蝕刻鉑層；與等離子體蝕刻硅層與鉭層。
13．一種制作印刻光刻用的模子的方法，包括提供一個(gè)機(jī)械抗性襯底；在襯底上沉積2個(gè)疊加層，所述2個(gè)疊加層包括一層半導(dǎo)體材料層與一層能同此半導(dǎo)體材料反應(yīng)以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的金屬層；產(chǎn)生一個(gè)聚焦的電子束；對(duì)金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層施加聚焦的電子束以局部加熱所述金屬與半導(dǎo)體材料從而引起所述金屬與半導(dǎo)體材料互相擴(kuò)散以形成抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物；在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)；與蝕刻金屬層與半導(dǎo)體材料層使襯底上只留下抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)或抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物構(gòu)成所述模子的印刻，并且其中所述結(jié)構(gòu)與襯底構(gòu)成印刻光刻用的所述模子。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的制作模子的方法，其中沉積2個(gè)疊加層包括在襯底上沉積半導(dǎo)體材料層；與在半導(dǎo)體材料層上沉積金屬層。
15．根據(jù)權(quán)利要求13的制作模子的方法，其中沉積2個(gè)疊加層包括在襯底上沉積金屬層；與在金屬層上沉積半導(dǎo)體材料層。
16．根據(jù)權(quán)利要求13的制作模子的方法，其中襯底由從包括下列材料的組中選擇的一種材料制成潔凈硅，碳化硅，玻璃，石英，鉭，鈦，鎢，硅化鉭，硅化鎢，TaB4與WB4。
17．根據(jù)權(quán)利要求13的制作模子方法，其中半導(dǎo)體材料包括硅，并且其中金屬從包括鈷、鉻、鉿、銥、錳、鎳、鈀、鉑、銠、鉭、鈦、鎢、鋯、銅與銀的組中選擇。
18．根據(jù)權(quán)利要求13的制作模子的方法，其中產(chǎn)生一個(gè)聚焦的電子束包括產(chǎn)生一個(gè)高聚焦的電子束；與移動(dòng)聚焦的電子束包括在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)高聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物的亞微米結(jié)構(gòu)。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的制作模子的方法，其中在金屬與半導(dǎo)體材料的疊加層上移動(dòng)聚焦的電子束以形成一個(gè)抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)包括將此抗蝕金屬/半導(dǎo)體化合物結(jié)構(gòu)的每一部分對(duì)聚焦的電子束暴露一次或多次。
全文摘要
為制作X射線與/或紫外線光刻用的掩膜，在一塊對(duì)X射線與/或紫外線輻射透明或?qū)ψ贤饩€輻射反射的襯底上首先沉積一個(gè)對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層。然后在此不透明的材料層上沉積2個(gè)疊加層，一層為硅一層為金屬。接著在此疊加層上施加并移動(dòng)一個(gè)聚焦的電子束以局部加熱金屬與硅從而引起金屬與硅互相擴(kuò)散以形成一個(gè)抗蝕的金屬/半導(dǎo)體化合物的結(jié)構(gòu)。蝕刻金屬層與硅層使襯底上只留下抗蝕的金屬硅化物的結(jié)構(gòu)與在此結(jié)構(gòu)下面的對(duì)X射線與/或紫外線輻射不透明的材料層以形成X射線與/或紫外線光刻用的掩膜。一種類似的處理用于制作毫微印刻光刻用的模子。
文檔編號(hào)H01L21/44GK1318157SQ99811009
公開日2001年10月17日 申請(qǐng)日期1999年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月17日
發(fā)明者雅克·比奧維斯, 德米尼庫·焦因, 埃里克·拉瓦利 申請(qǐng)人:寬蒂斯瑞普特公司