CN101759140A - 一种制备硅纳米结构的方法 - Google Patents

一种制备硅纳米结构的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101759140A
CN101759140A CN200810240932A CN200810240932A CN101759140A CN 101759140 A CN101759140 A CN 101759140A CN 200810240932 A CN200810240932 A CN 200810240932A CN 200810240932 A CN200810240932 A CN 200810240932A CN 101759140 A CN101759140 A CN 101759140A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electron beam
exposure
silicon nanostructure
beam exposure
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200810240932A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101759140B (zh
Inventor
张仁平
张杨
杨富华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN 200810240932 priority Critical patent/CN101759140B/zh
Publication of CN101759140A publication Critical patent/CN101759140A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101759140B publication Critical patent/CN101759140B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

本发明涉及纳米电子技术中的半导体微纳加工技术领域，公开了一种制备硅纳米结构的方法，包括：制作进行电子束曝光所需的版图；对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干；将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层；在基片上匀涂电子束曝光胶；按要求剂量用电子束曝光图形；显影和定影；电子束二次曝光；干法刻蚀二氧化硅；干法刻蚀硅，形成硅纳米结构。利用本发明，采用电子束曝光和干法刻蚀技术能够制作出100nm以下形状规则、边缘光滑、排列紧密、最精细处可达30nm的硅纳米结构。

Description

一种制备硅纳米结构的方法
技术领域
本发明涉及纳米电子技术中的半导体微纳加工技术领域，尤其涉及一种采用电子束曝光与干法刻蚀相结合的制作工艺，制备100nm以下形状规则、边缘光滑、排列紧密、最精细处可达30nm的硅纳米结构的方法。
背景技术
纳米加工技术是纳米技术中最重要的基础技术。纳米加工技术的主要研究内容是制备加工特征尺寸为0.1～100nm范围的纳米结构，以期获得一定的纳米效应。由于传统的加工方法难以满足特征尺寸为0.1～100nm范围的加工要求，必须使用满足新要求的设备方法来进行纳米结构的加工。
其中电子束曝光技术是从扫描电子显微镜技术基础上发展起来的一种高分辨率的光刻技术。现在，电子束曝光的技术水平已经推进到纳米级别，最先进的电子束直写曝光系统可以把电子束斑聚焦到2nm，曝光出的最细图形为8nm。因此它完全满足100nm以下的纳米加工工艺要求。
Polymethyl methacrylate(PMMA)是第一个被发现可以作为电子束胶的聚合物。PMMA最主要的特征是高分辨率，高对比度和低灵敏度。自20世纪60年代PMMA被首次用于电子束曝光以来，直到今天仍然是分辨率最高的电子束胶。迄今为止，30nm以下的电子束曝光图形几乎都是通过PMMA实现的。但PMMA有一个很大的缺陷就是其抗刻蚀性能较差，当制作100nm以下尺寸的纳米结构的时候，由于图形的精细需匀涂较薄的PMMA胶，这更是减弱了PMMA的抗刻蚀性能，无法在干法刻蚀中完成掩蔽的效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制备硅纳米结构的方法，以达到制作100nm以下形状规则、边缘光滑、排列紧密、最精细处可达30nm的硅纳米结构的目的。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种制备硅纳米结构的方法，该方法包括：
制作进行电子束曝光所需的版图；
对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干；
将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层；
在基片上匀涂电子束曝光胶；
按要求剂量用电子束曝光图形；
显影和定影；
电子束二次曝光；
干法刻蚀二氧化硅；
干法刻蚀硅，形成硅纳米结构。
上述方案中，所述制作进行电子束曝光所需的版图的步骤中，将曝光后需保留的硅纳米结构区域的曝光剂量设定为12～20mC/cm2，将用于隔离硅纳米结构的区域的曝光剂量设定为100μC/cm2。
上述方案中，所述对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干的步骤，具体包括：对需要制作硅纳米结构的基片先用丙酮、乙醇、去离子水反复清洗，再用过氧化氢溶液和浓硫酸以体积比为1∶1的混合溶液加热到150℃清洗20分钟，放凉后用去离子水反复冲洗，接着烘干。
上述方案中，所述将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层的步骤中，热氧化生成的二氧化硅掩蔽层厚度为30nm。
上述方案中，所述在基片上匀涂电子束曝光胶的步骤中，电子束曝光胶是PMMA，涂敷厚度为65nm，匀涂后在180℃热板上烘10分钟。
上述方案中，所述按要求剂量用电子束曝光图形的步骤中，要求剂量是所述制作进行电子束曝光所需的版图的步骤中设定的曝光剂量，该按要求剂量用电子束曝光图形的步骤具体包括：先将基片送入电子束曝光系统，接着调节电子束曝光系统使电子束在基片表面聚焦并根据束电流设定曝光参数，最后按照制作的版图及版图上所设定的曝光剂量进行电子束曝光。
上述方案中，所述显影和定影的步骤中，显影液为MIBK和IPA的混合溶液，MIBK和IPA的体积比为1∶3，定影液为IPA，显影和定影的时间均为20s。
上述方案中，所述电子束二次曝光的步骤中，二次曝光的区域包括需保留的硅纳米结构部分，且曝光剂量为16～24mC/cm2。
上述方案中，所述干法刻蚀二氧化硅的步骤中，刻蚀深度为30nm。
(三)有益效果
本发明提供的这种制备硅纳米结构的方法，利用PMMA正型电子束胶在入射电子束剂量足够高时变为负型电子束胶和二次电子束辐照增强PMMA抗刻蚀性的特性，使得图形上起掩蔽作用的PMMA胶抗刻蚀性能有较大增强，干法刻蚀后获得100nm以下形状规则、边缘光滑、排列紧密、最精细处可达30nm的硅纳米结构。具体的优点如下：
1、利用PMMA正型电子束胶在入射电子束剂量足够高时变为负型电子束胶的特性，第一次曝光时用大剂量使曝光后需保留的硅纳米结构区域的PMMA胶变为负性从而保留。正性电子束曝光胶PMMA转变为负性后增强了其抗刻蚀性能，二次电子束曝光使得保留的转变为负性的电子束曝光胶PMMA抗刻蚀性能进一步增强，从而保证干法刻蚀后硅纳米结构形状规则、边缘光滑，提高了成品率；
2、正性电子束曝光胶PMMA较其他商业负性电子束曝光胶价格便宜，用正性电子束曝光胶PMMA实现负性胶的效果可以节约成本；
3、正性电子束曝光胶PMMA大剂量曝光后转变为负性从而保留，对于需要大部分刻蚀而小部分保留的图形此方法可以明显缩短曝光时间；
4、采用二次电子束曝光增强已转变为负性的电子束曝光胶PMMA抗刻蚀性能，克服了若第一次曝光时使用过大剂量的电子束辐照因临近效应而引起的图形扩展、变形以及密集图形粘连等缺点，实现图形密集——线条间距小于80nm、图形细小——最精细处可达30nm的硅纳米结构，提高了硅纳米结构制作的成品率；
5、该方法整个过程简单可控，重复性好，制作结果成品率高，降低了大规模应用的成本；
6、使用于法刻蚀具有各向异性刻蚀，较好地控制临界尺寸等优点。
附图说明
图1是本发明提供的制备硅纳米结构的方法流程图；
图2是制作过程中基片上的结构示意图；
图3是在SOI衬底上的制作的硅纳米结构的实施例照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明利用PMMA正型电子束胶在入射电子束剂量足够高时变为负型电子束胶和二次电子束辐照增强PMMA抗刻蚀性的特性，使得图形上起掩蔽作用的PMMA胶抗刻蚀性能有较大增强，干法刻蚀后完成硅纳米结构的制备。
如图1所示，图1是本发明提供的制备硅纳米结构的方法流程图，该方法包括：
步骤1：制作进行电子束曝光所需的版图；
步骤2：对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干；
步骤3：将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层；
步骤4：在基片上匀涂电子束曝光胶；
步骤5：按要求剂量用电子束曝光图形；
步骤6：显影和定影；
步骤7：电子束二次曝光；
步骤8：干法刻蚀二氧化硅；
步骤9：干法刻蚀硅，形成硅纳米结构。
请再次参照图1，本发明提供的制备硅纳米结构的方法，具体通过以下工艺流程实现的。
(1)、制作进行电子束曝光所需版图，其中设定曝光后需保留的硅纳米结构区域的曝光剂量为12～20C/cm2(优选16mC/cm2)，设定用于隔离硅纳米结构的区域的曝光剂量为100μC/cm2；
(2)、对需要制作硅纳米结构的基片先用丙酮、乙醇、去离子水反复清洗，再用过氧化氢溶液和浓硫酸以体积比为1∶1的混合溶液加热到150℃清洗20分钟，放凉后用去离子水反复冲洗，接着烘干；
(3)、将基片热氧化，氧化后二氧化硅掩蔽层的厚度为30nm；
(4)、在基片上匀涂电子束曝光胶PMMA，要求厚度为65nm，匀涂后立即放在180℃热板上烘10分钟；
(5)、将烘好的基片送入电子束曝光机器，并按要求剂量用电子束曝光图形，高剂量电子辐射使纳米结构区域的正性电子束曝光胶PMMA转变为负性，显定影后得以保留，并且转变为负性后电子束曝光胶PMMA的抗刻蚀性能要优于未转变时；
(6)、显影：显影液为MIBK和IPA的混合溶液，其体积比为1∶3，显影时间为20s；
(7)、定影：定影液为IPA，定影时间为20s；
(8)、完成定影后立即用氮气枪吹干样品；
(9)、再次送入电子束曝光机器，进行二次曝光，曝光剂量为16～24C/cm2(优选20mC/cm2)，曝光区域须包括纳米结构区域，二次电子束辐照使已转变负性的电子束曝光胶PMMA的抗刻蚀性能进一步增强，这时获得如图2所示结构，1区域为未曝光的正性电子束曝光胶PMMA掩蔽层，2区域为高剂量曝光后变为负性胶的电子束曝光胶PMMA掩蔽层，3区域为正常曝光的电子束曝光胶PMMA已被显影的隔离区，4区域为热氧化生成的二氧化硅掩蔽层，5区域为硅基片；
(10)、干法刻蚀二氧化硅，刻蚀深度为30nm；
(11)、干法刻蚀硅，形成硅纳米结构。
如图3所示，在SOI衬底上，采用本发明制作了硅纳米级别的矩形柱，版图设计硅矩形柱长度为190nm，宽度为50nm，间距为100nm，制作完成后SEM观察测量实际硅矩形柱长度200nm，宽度65nm，间距85nm，且形状规则、边缘光滑。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备硅纳米结构的方法，其特征在于，该方法包括：
制作进行电子束曝光所需的版图；
对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干；
将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层；
在基片上匀涂电子束曝光胶；
按要求剂量用电子束曝光图形；
显影和定影；
电子束二次曝光；
干法刻蚀二氧化硅；
干法刻蚀硅，形成硅纳米结构。
2.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述制作进行电子束曝光所需的版图的步骤中，将曝光后需保留的硅纳米结构区域的曝光剂量设定为12～20mC/cm2，将用于隔离硅纳米结构的区域的曝光剂量设定为100μC/cm2。
3.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干的步骤，具体包括：
对需要制作硅纳米结构的基片先用丙酮、乙醇、去离子水反复清洗，再用过氧化氢溶液和浓硫酸以体积比为1∶1的混合溶液加热到150℃清洗20分钟，放凉后用去离子水反复冲洗，接着烘干。
4.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层的步骤中，热氧化生成的二氧化硅掩蔽层厚度为30nm。
5.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述在基片上匀涂电子束曝光胶的步骤中，电子束曝光胶是PMMA，涂敷厚度为65nm，匀涂后在180℃热板上烘10分钟。
6.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述按要求剂量用电子束曝光图形的步骤中，要求剂量是所述制作进行电子束曝光所需的版图的步骤中设定的曝光剂量，该按要求剂量用电子束曝光图形的步骤具体包括：
先将基片送入电子束曝光系统，接着调节电子束曝光系统使电子束在基片表面聚焦并根据束电流设定曝光参数，最后按照制作的版图及版图上所设定的曝光剂量进行电子束曝光。
7.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述显影和定影的步骤中，显影液为MIBK和IPA的混合溶液，MIBK和IPA的体积比为1∶3，定影液为IPA，显影和定影的时间均为20s。
8.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述电子束二次曝光的步骤中，二次曝光的区域包括需保留的硅纳米结构部分，且曝光剂量为16～24mC/cm2。
9.根据权利要求1所述的制备硅纳米结构的方法，其特征在于，所述干法刻蚀二氧化硅的步骤中，刻蚀深度为30nm。
CN 200810240932 2008-12-24 2008-12-24 一种制备硅纳米结构的方法 Expired - Fee Related CN101759140B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810240932 CN101759140B (zh) 2008-12-24 2008-12-24 一种制备硅纳米结构的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810240932 CN101759140B (zh) 2008-12-24 2008-12-24 一种制备硅纳米结构的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101759140A true CN101759140A (zh) 2010-06-30
CN101759140B CN101759140B (zh) 2013-03-20

Family

ID=42490549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200810240932 Expired - Fee Related CN101759140B (zh) 2008-12-24 2008-12-24 一种制备硅纳米结构的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101759140B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014015821A1 (zh) * 2012-07-26 2014-01-30 无锡华润上华半导体有限公司 去除具有场终止结构的igbt背面多晶硅保护层的方法
CN103676492A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 中国科学院微电子研究所 电子束光刻方法
CN103777466A (zh) * 2012-10-17 2014-05-07 中国科学院微电子研究所 降低线条粗糙度的光刻方法
CN104465326A (zh) * 2014-12-03 2015-03-25 复旦大学 一种采用Stencil光刻制备非损伤石墨烯纳米器件的方法
CN110244520A (zh) * 2019-05-22 2019-09-17 上海交通大学 用电子束光刻实现加工硅纳米圆柱的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1274870A (zh) * 1999-05-25 2000-11-29 日本电气株式会社 电子束曝光方法
CN1409376A (zh) * 2001-09-18 2003-04-09 株式会社日立制作所 半导体器件及其制造方法
CN1535915A (zh) * 2003-04-09 2004-10-13 中国科学院微电子中心 制造纳米器件的方法
WO2006063098A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 The President And Fellows Of Harvard College Lift-off patterning processes employing energetically-stimulated local removal of solid-condensed-gas layers
CN1818789A (zh) * 2005-02-07 2006-08-16 中国科学院微电子研究所 用电子束大小电流混合一次曝光制备x射线掩模的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1274870A (zh) * 1999-05-25 2000-11-29 日本电气株式会社 电子束曝光方法
CN1409376A (zh) * 2001-09-18 2003-04-09 株式会社日立制作所 半导体器件及其制造方法
CN1535915A (zh) * 2003-04-09 2004-10-13 中国科学院微电子中心 制造纳米器件的方法
WO2006063098A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 The President And Fellows Of Harvard College Lift-off patterning processes employing energetically-stimulated local removal of solid-condensed-gas layers
CN1818789A (zh) * 2005-02-07 2006-08-16 中国科学院微电子研究所 用电子束大小电流混合一次曝光制备x射线掩模的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张琨等: "电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用", 《电子显微学报》 *
杜伟等: "高质量二维光子晶体结构刻蚀掩膜版的制作方法", 《半导体学报》 *
韩伟华等: "微纳加工技术在光电子领域的应用", 《物理》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014015821A1 (zh) * 2012-07-26 2014-01-30 无锡华润上华半导体有限公司 去除具有场终止结构的igbt背面多晶硅保护层的方法
CN103578972A (zh) * 2012-07-26 2014-02-12 无锡华润上华半导体有限公司 具有场终止结构的igbt背面多晶硅保护层的去除方法
CN103578972B (zh) * 2012-07-26 2016-06-29 无锡华润上华半导体有限公司 具有场终止结构的igbt背面多晶硅保护层的去除方法
US9607851B2 (en) 2012-07-26 2017-03-28 Cmsc Technologies Fab1 Co., Ltd. Method for removing polysilicon protection layer on a back face of an IGBT having a field stop structure
CN103676492A (zh) * 2012-09-21 2014-03-26 中国科学院微电子研究所 电子束光刻方法
CN103777466A (zh) * 2012-10-17 2014-05-07 中国科学院微电子研究所 降低线条粗糙度的光刻方法
CN104465326A (zh) * 2014-12-03 2015-03-25 复旦大学 一种采用Stencil光刻制备非损伤石墨烯纳米器件的方法
CN104465326B (zh) * 2014-12-03 2017-05-31 复旦大学 一种采用Stencil光刻制备非损伤石墨烯纳米器件的方法
CN110244520A (zh) * 2019-05-22 2019-09-17 上海交通大学 用电子束光刻实现加工硅纳米圆柱的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101759140B (zh) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7341939B2 (en) Method for patterning micro features by using developable bottom anti-reflection coating
CN101430503B (zh) 用于电子束光刻剥离的去除双层胶的方法
CN101759140B (zh) 一种制备硅纳米结构的方法
CN103176354B (zh) 一种绝缘衬底上的电子束曝光图形化方法
TW200525304A (en) Enhancing photoresist performance using electric fields
TW200402760A (en) Lithographic template and method of formation and use
CN111564363B (zh) 基于hsq的电子束光刻制备套刻标记的方法
US20240295817A1 (en) Photolithography method based on bilayer photoresist
CN101090134A (zh) 一种硅基平面侧栅单电子晶体管及其制作方法
CN102096316B (zh) 一种利用岛型结构掩模提高超衍射光刻分辨力和光刻质量的方法
CN101598645A (zh) 一种扫描电镜放大倍率校准标准样品的制作方法
CN100492664C (zh) 一种soi基顶栅单电子晶体管的制备方法
CN1884043B (zh) 纳米点结构制备中电子束直写版图的图形补偿方法
Zhao et al. Critical dimension prediction of metal oxide nanoparticle photoresists for electron beam lithography using a recurrent neural network
CN101382733B (zh) 一种纳米尺度图形的制作方法
Fukui et al. Development of transmission grating for EUV interference lithography of 1X nm hp
CN101625522B (zh) 在厚负性高分辨率电子束抗蚀剂hsq上制作密集图形的方法
Zeng et al. Dimension and process effects on the mechanical stability of ultra-small HSQ nanopillars
CN100533768C (zh) 一种硅基侧栅单电子晶体管的制作方法
KR100909138B1 (ko) 반도체 소자의 금속패턴 형성방법
JP2010073899A (ja) 基板処理方法および基板処理装置
CN104483814A (zh) 一种利用光子纳米喷射造成聚焦效应的超分辨纳米光刻方法
Noma et al. Selective edge lithography for fabricating imprint molds with mixed scale patterns
CN101123274A (zh) 一种soi基顶栅单电子晶体管及其制备方法
Hilleringmann Lithography

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130320

Termination date: 20131224