CN102169287B

CN102169287B - 一种光刻掩膜版及其制备方法

Info

Publication number: CN102169287B
Application number: CN2011101448740A
Authority: CN
Inventors: 唐伟; 孟博; 张海霞
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN102169287A

Abstract

本发明提供一种光刻掩膜版及其制备方法，该光刻掩膜版包括衬底，在衬底的一面附着有通过等离子加强化学气相淀积方法生长而成SiC薄膜，在SiC薄膜上具有光刻模版图形，位于光刻模版图形下的衬底部分被去除，使光刻模版图形区域悬空。该掩膜版的应力在0～100MPa，且具有非常好的耐腐蚀性，将其应用于模版光刻技术，替代传统的光刻胶光刻工艺。

Description

一种光刻掩膜版及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用PECVD SiC制作的掩膜版，直接用于替代传统的光刻胶光刻的技术，属于微纳电子领域。

背景技术

从上世纪60年代开始，微纳米技术除了用于集成电路外，还开始应用于各种微机械的加工。近20～30年来，微机电系统(MEMS)蓬勃发展，涌现出大量微加工的传感器和执行器。随着这些微机械器件更多的应用于各种物理环境，如航空航天、国防导弹、生物医学等方面，器件对于材料种类的需求越来越高，包括钛(Aimi MF，Rao MP，Macdonald NC，et al，NATURE MATERIALS Vol.3 Iss.2：103-105，FEB 2004)，Parylene(Liu C，ADVANCEDMATERIALS Vol.19 Iss.22：3783-3790，Published：NOV 19 2007)，Polyimide(Ma H，Jen AKY，Dalton LR，ADVANCED MATERIALS Vol.14 Iss.19：1339-1365，OCT 2 2002)等。材料的改变导致加工工艺需要随着变化，比如在一些柔性衬底或作过单分子表面处理的材料上不能甩胶。如果完全依赖于传统的硅微加工工艺，加工的困难会越来越大。这就意味着，需要一些灵活的加工技术来与传统硅微加工工艺形成互补。另外，微加工器件的尺寸逐渐向纳米靠近，传统的紫外光刻工艺快走到尽头，必须求助于更精细，然而也更昂贵的设备，如深紫外光刻(DUV)(Silverman，P.J.Intel Technol.J.2002，06(2)，55-61.)，电子束光刻(EBL)(McCord，M.A.；Rooks，M.J.Electron Beam Lithography.In SPIE Handbook ofMicrolithography，Micromachining and Microfabrication；Rai-Choudhury，P.，Ed.；SPIE：Bellingham，WA，1997；Vol.1.)和聚焦离子束(FIB)(Reyntjens，S.；Puers，R.J.Micromech.Microeng.2001，(4)，287.)等针对纳米图形化开发的技术。不过，它们虽然解决了技术问题，却让产品的价格居高不下，带来了市场问题。综上所述，开发灵活、廉价且高效的加工技术已是迫在眉睫。

目前已出现了很多这样的新兴技术，如：步进-闪光压印法(Step-and-Flash ImprintLithography，简称SFIL)，纳米压印法(Nanoimprint Lithography，简称NIL)，复制模塑法(Replica Molding，简称RM)，电子微接触压印法(Electrical MicroContact Printing，简称e-μcp)，纳米图形压印法(Nanotransfer Printing，简称NTP)(Byron D.Gates，Qiaobing Xu，Michael Stewart，Declan Ryan，C.Grant Willson，and George M.Whitesides，Chem.Rev.2005，105，1171-1196)等等。这些技术都能很好地完成纳米图形加工的要求，加工精度从几百纳米到几十纳米不等。但这些技术对于待加工的材料和衬底存在较大限制，通常是柔性、聚合物或者有机衬底等，这在一定程度上限制了这些技术在传统微机械加工，尤其是针对传统微加工材料加工中的应用。此时，模版光刻技术(Stencil Lithography，简称SL)(J.Brugger，J.W.Berenschot，S.Kuiper，W.Nijdam，B.Otter，and M.Elwenspoek，MicroelectronicEngineering 53(2000)403-405；Marc A.F.van den Boogaart a，Maryna Lishchynska，Lianne M.Doeswijk，James C.Greer b，J¨urgen Brugger，Sensors and Actuators A 130-131(2006)568-574；G.Villanueva，O.Vazquez-Mena，M.A.F.van den Boogaart，K.Sidler，K.Pataky，V.Savu，J.Brugger，Microelectronic Engineering 85(2008)1010-1014；O.Va′zquez-Mena，G.Villanueva，M.A.F.van den Boogaart，V.Savu，J.Brugger，Microelectronic Engineering 85(2008)1237-1240；K.Sidler，O.Vazquez-Mena，V.Savu，G.Villanueva，M.A.F.van den Boogaart，J.Brugger，Microelectronic Engineering 85(2008)1108-1111；O.Vazquez-Mena，G.Villanueva，V.Savu，K.Sidler，M.A.F.van den Boogaart，and J.Brugger，Nano Lett.，2008，8(11)，3675-3682)则应运而生。它是用模版代替光刻胶的图形转移技术，不仅可以完成微米线条的加工，还能实现纳米尺寸的图形转移。模版光刻技术在较好地继承传统光刻技术的技术基础上，还可以兼容其它材料，由于是一种非光刻胶工艺，大大简化了加工工序，也降低了对衬底的要求，加工的成本也很低廉，同时它是一种并行的、批量生产的加工技术。因此，模版光刻技术受到了业内人士越来越多的关注。而在这项光刻技术中，模版材料的选择又是致关重要的。因为模版材料的应力小，才能保证光刻线条的精度；模版材料的耐腐蚀性强，模板的可重复利用率才高。目前，模版光刻中的模版材料主要是低应力氮化硅(Low-StressSilicon Nitride，LS SiN)，其应力大致在200Mpa左右(Dumas，C.；Grisolia，J.；Ressier，L.；Arbouet，A.；Paillard，V.；Ben Assayag，G.；Claverie，A.；van den Boogaart，M.A.F.；Brugger，J.Phys.Status Solidi A 2007，204(2)，487-491.)，也有着比较好的耐腐蚀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于模版光刻技术的掩膜版，以替代传统的光刻胶光刻工艺。该掩膜版的应力要能控制在100Mpa以内，且要有较好的耐腐蚀性。本发明的另一目的在于提供一种制作该掩膜版的方法。

本发明的技术方案如下：

一种光刻掩膜版，包括衬底，在衬底的一面附着有在模版光刻中用作掩膜的SiC薄膜，其中：所述SiC薄膜是通过等离子加强化学气相淀积(PECVD)方法生长而成；SiC薄膜上具有光刻模版图形，位于光刻模版图形下的衬底部分被去除，使光刻模版图形区域悬空。

上述衬底可以是硅片、玻璃片、陶瓷片等常用的衬底。

所述SiC薄膜的厚度为100纳米到10微米。

本发明的光刻掩膜版可以通过下述方法制备：在衬底正面通过PECVD生长SiC薄膜，并刻蚀该SiC薄膜形成光刻模版图形；对应于SiC薄膜的光刻模版图形区域，从衬底背面刻蚀衬底，释放出衬底正面的光刻模板图形。

具体的，可以包括下列步骤；

1)在衬底正面用PECVD方法生长SiC薄膜；

2)在衬底背面形成掩膜；

3)在衬底正面的SiC薄膜上刻蚀出光刻模版图形；

4)对应于SiC薄膜的光刻模版图形刻蚀衬底背面的掩膜，形成窗口；

5)通过窗口刻蚀或腐蚀衬底，释放出衬底正面的光刻模版图形。

上述方法中，所述衬底可以采用硅片、玻璃片、陶瓷片等常用衬底。

上述步骤1)中所述SiC薄膜的厚度为100纳米到10微米

步骤1)PECVD生长SiC薄膜的条件优选为：压力700～1200mTorr，温度200～400℃，SiH₄：20～60sccm，CH₄：200～400sccm，Ar：200～400sccm，每个周期HF(高频电源)作用时间为10～20s，LF(低频电源)作用时间为20～30s，功率200～400W。其中HF和LF的频率通常分别为13.56MHz和380kHz。

上述步骤2)在衬底背面形成的掩膜可以是SiN、SiO₂、SiC等材料的非金属膜，也可以是Au、Cr、镍镉合金、铬金合金等材料的金属膜。

本发明淀积PECVD SiC制作SiC光刻掩膜版，应用到模版光刻技术中，替代传统的光刻胶光刻工艺。相比于LS SiN模版材料，用PECVD半导体工艺生长的SiC，其应力可以很好地控制在0～100Mpa以内。同时，SiC材料也具有非常好的耐腐蚀性(Katrin Sidlera，Nenad V.Cvetkovicb，Veronica Savua，Dimitrios Tsamadosb，Adrian M.Ionescub，JuergenBruggera，Proceedings of the Eurosensors XXIII conference(2009))，非常适合于应用到模版光刻技术中。

附图说明

图1为实施例光刻掩膜版制作的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图，对本发明作进一步说明。

原始材料：双面抛光的N型硅片10，电阻率2～4Ωcm晶向<100>，硅片厚度为400μm。

图1所示为模版光刻中模版制作的工艺流程，包括下列步骤：

1、用标准半导体工艺中的等离子加强化学气相淀积(PECVD)设备，在硅衬底10的双面生长SiC薄膜21和22，如图1(a)所示；

其中，PECVD淀积SiC薄膜的条件为：压力700～1200mTorr，温度200～400℃，SiH₄：20～60sccm，CH₄：200～400sccm，Ar：200～400sccm，HF(13.56MHz)：10～20s，LF(380kHz)：20～30s，功率200～400W。所形成的SiC薄膜厚度0.5μm。

2、在硅片的一面(正面)光刻，ICP刻蚀正面的SiC薄膜21，形成图形30，如图1(b)所示；

3、在硅片的另一面(背面)光刻，ICP刻蚀背面的SiC薄膜22，形成窗口40，用于KOH腐蚀，如图1(c)所示；

4、将硅片置于KOH溶液中，腐蚀Si衬底10，从而释放了正面的图形线条，从而得到光刻模版，如图1(d)所示。

所制备的光刻模版在应用时，将其置于待加工的衬底上方，并贴紧固定；然后将固定好的模版和待加工衬底一起置于PVD设备中，进行材料的淀积；材料淀积结束后，拆下模版，即可将模版上的图形转移到衬底上。

Claims

1.一种光刻掩膜版，包括衬底，在衬底的一面附着有通过等离子加强化学气相淀积方法生长而成的SiC薄膜，在该SiC薄膜上具有光刻模版图形，位于光刻模版图形下的衬底部分被去除，使光刻模版图形区域悬空，其中等离子加强化学气相淀积方法生长SiC薄膜的条件为：压力700～1200mTorr，温度200～400℃，SiH₄：20～60sccm，CH₄：200～400sccm，Ar：200～400sccm，每个周期高频电源作用时间为10～20s，低频电源作用时间为20～30s，功率200～400W。

2.如权利要求1所述的光刻掩膜版，其特征在于，所述衬底是硅片、玻璃片或陶瓷片。

3.如权利要求1所述的光刻掩膜版，其特征在于，所述SiC薄膜的厚度为100纳米到10微米。

4.一种光刻掩膜版的制备方法，在一衬底的正面利用等离子加强化学气相淀积方法生长SiC薄膜，并刻蚀该SiC薄膜形成光刻模版图形，其中等离子加强化学气相淀积方法生长SiC薄膜的条件为：压力700～1200mTorr，温度200～400℃，SiH₄：20～60sccm，CH₄：200～400sccm，Ar：200～400sccm，每个周期高频电源作用时间为10～20s，低频电源作用时间为20～30s，功率200～400W；对应于SiC薄膜的光刻模版图形区域，从衬底背面刻蚀衬底，释放出衬底正面的光刻模板图形。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1)在衬底正面用等离子加强化学气相淀积方法生长SiC薄膜；

2)在衬底背面形成掩膜；

3)在衬底正面的SiC薄膜上刻蚀出光刻模版图形；

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述衬底是硅片、玻璃片或陶瓷片。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)生长的SiC薄膜的厚度为100纳米到10微米。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)在衬底背面形成的掩膜材料是SiN、SiO₂、SiC、Au、Ni、镍镉合金或铬金合金。