CN102650822B

CN102650822B - 双重图形化的纳米压印模具及其形成方法

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Publication number: CN102650822B
Application number: CN201110045414.2A
Authority: CN
Inventors: 张海洋; 洪中山
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN102650822A

Abstract

一种双重图形化的纳米压印模具的形成方法，包括：提供基底、第一图案层、第二图案层；在所述第二图案层表面形成图形化的第一牺牲层，所述图形化的第一牺牲层定义出第一凸台图形；以图形化的第一牺牲层为掩膜刻蚀第二图案层，暴露出所述第一图案层，去除第一牺牲层；形成覆盖所述第一图案层和第二图案层的第二牺牲层；在所述第二牺牲层表面形成图形化的第三牺牲层，所述图形化的第三牺牲层定义出第二凸台图形；以图形化的第三牺牲层为掩膜刻蚀第二牺牲层和第一图案层，暴露出所述基底；去除图形化的第三牺牲层和第二牺牲层，形成所述第一凸台和第二凸台。本发明的实施例解决了现有技术中纳米压印模具单一，多样图形的形成工艺复杂的问题。

Description

双重图形化的纳米压印模具及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及压印技术领域的一种双重图形化的纳米压印模具及其形成方法。

背景技术

半导体技术在摩尔定律的驱动下持续地朝更小的工艺节点迈进。随着半导体技术的不断进步，器件的功能不断强大，但是半导体制造难度也与日俱增。而光刻技术是半导体制造工艺中最为关键的生产技术，随着半导体工艺节点的越来越低，现有的193nm的ArF光源光刻技术已经无法满足半导体制造的需要，超紫外光光刻技术(EUV)、多波束无掩膜技术和纳米压印技术成为下一代光刻候选技术的研究热点。但是上述的下一代光刻候选技术仍然存在有不便与缺陷，亟待加以进一步的改进。

当摩尔定律继续向前延伸的脚步不可逆转的时候，采用纳米压印技术无疑成为了业界的最佳选择，压印模具也应运而生。然而，现有的纳米压印模具均为单图形化的结构，还没有出现双重图形化的纳米压印模具，纳米压印模具单一。因此，同一基底内，不能在同一步骤中形成具有不同形状和/或深度的开口。

美国专利号为“US 7819652B2”的专利中公开了一种纳米压印模具的结构及形成方法，请参考图1：提供基底101；在基底101表面形成图案层103，所述图案层103具有凸起104；在图案层103表面形成硬掩膜层105；在硬掩膜层105表面形成隔离层107。

关于更多纳米压印模具的结构及形成方法，请参考专利号为US7435074B2的美国专利。

发明内容

本发明的实施例解决的问题是提供一种能形成多种图形的双重图形化的纳米压印模具及其形成方法。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种双重图形化的纳米压印模具及其形成方法，包括：

提供基底、覆盖所述基底的第一图案层、以及覆盖所述第一图案层的第二图案层；

在所述第二图案层表面形成图形化的第一牺牲层，所述图形化的第一牺牲层定义出第一凸台图形；

以图形化的第一牺牲层为掩膜刻蚀第二图案层，暴露出所述第一图案层，并去除第一牺牲层；

形成覆盖所述第一图案层和第二图案层的第二牺牲层；

在所述第二牺牲层表面形成图形化的第三牺牲层，所述图形化的第三牺牲层定义出第二凸台图形；

以图形化的第三牺牲层为掩膜刻蚀第二牺牲层和第一图案层，暴露出所述基底；

去除图形化的第三牺牲层和第二牺牲层，形成所述第一凸台和第二凸台。

可选地，所述第一图案层的材料为GaAs。

可选地，所述第二图案层的材料为AlGaAs。

可选地，所述去除未被第一牺牲层覆盖的第二图案层的形成工艺为干法刻蚀。

可选地，所述干法刻蚀的气体为Cl₂和Ar。

可选地，刻蚀第二牺牲层和第一图案层的形成工艺为干法刻蚀。

可选地，所述干法刻蚀的气体为BCl₃、SF₆、N₂和He。

此外，本发明的实施例还提供了一种双重图形化的纳米压印模具，包括：各自独立的第一凸台、第二凸台和/或相互叠加的第一凸台和第二凸台。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

本发明的实施例分别以图形化的第一牺牲层和图形化的第三牺牲层为掩膜，逐步刻蚀形成具有第一凸台图形的第一凸台和具有第二凸台图形的第二凸台。采用此种方法可以形成双重图形化的纳米压印模具，解决了现有技术中纳米压印模具图形单一，无法采用现有纳米压印模具一次形成多样图形的缺陷。

进一步的，本发明的实施例的第一凸台和第二凸台还可以相互叠加，利用本发明的第三实施例的双重图形化的纳米压印模具，能够形成双镶嵌图形，成型工艺简单。

进一步的，利用本发明实施例的双重图形化的纳米压印模具，所述双重图形化的纳米压印模具包括具有第一凸台图形的第一凸台和第二凸台图形的第二凸台，所述第一凸台和第二凸台具有不同的高度，可以在同一基底内，在同一步骤中形成具有不同形状和/或高度的开口，形成工艺简单。

附图说明

图1是现有技术压印模具的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例的双重图形化的纳米压印模具的形成方法的流程示意图；

图3～图13是本发明的第一实施例的双重图形化的纳米压印模具的剖面结构示意图；

图14～图15是本发明的第二实施例的双重图形化的纳米压印模具的剖面结构示意图；

图16～图17是本发明的第三实施例的双重图形化的纳米压印模具的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的实施例的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明的实施例，但是本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明的实施例不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有的纳米压印模具均为单图形化的结构，还没有出现双重图形化的纳米压印模具。因此，同一基底内，不能在同一步骤中形成具有不同形状和/或深度的开口。

针对上述问题，发明人提供了一种双重图形化的纳米压印模具及其形成方法。请参考图2：

步骤S201，提供基底、覆盖所述基底的第一图案层、以及覆盖所述第一图案层的第二图案层；

步骤S203，在所述第二图案层表面形成图形化的第一牺牲层，所述图形化的第一牺牲层定义出第一凸台图形；

步骤S205，以图形化的第一牺牲层为掩膜刻蚀第二图案层，暴露出所述第一图案层，并去除第一牺牲层；

步骤S207，形成覆盖所述第一图案层和第二图案层的第二牺牲层；

步骤S209，在所述第二牺牲层表面形成图形化的第三牺牲层，所述图形化的第三牺牲层定义出第二凸台图形；

步骤S211，以图形化的第三牺牲层为掩膜刻蚀第二牺牲层和第一图案层，暴露出所述基底；

步骤S213，去除第三牺牲层和第二牺牲层，形成所述第一凸台和第二凸台。

下面结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。为了更好的说明本发明实施例的技术方案，下面结合多个实施例来对本发明实施例的双重图形化的纳米压印模具及其形成方法进行说明。

图3～图11示出的本发明第一实施例的双重图形化的纳米压印模具的形成方法。

请参考图3，执行步骤S201，提供基底301、覆盖所述基底301的第一图案层303、以及覆盖所述第一图案层303的第二图案层305。

所述基底301用于支持后续过程中形成第一图案层303和第二图案层305。所述基底采用可以透过紫外线的材料，例如石英、玻璃、PET、PC等。

所述第一图案层303用于后续过程中形成第一凸台和第二凸台。所述第一图案层303的材料选择与第二图案层和基底的材料有关，所述第一图案层303既需要较大的硬度，又需要在后续刻蚀过程中具有较大的刻蚀选择比。在本实施例中，所述第一图案层303的材料优选为GaAs。

所述第二图案层305用于后续过程中形成第一凸台，所述第二图案层305需要选择具有较大硬度的材料，与此同时，还需要与第一图案层303之间具有较大的刻蚀选择比。在本实施例中，所述第二图案层305的材料优选为AlGaAs。

请同时参考图4和图5，图5为图4所示的具体实施例的双重图形化的纳米压印模具的俯视图。执行步骤S203，在所述第二图案层305表面形成图形化的第一牺牲层307，所述图形化的第一牺牲层307定义出第一凸台图形。

其中，与所述基底301平行的截面为横截面，与所述基底301垂直的截面为纵截面。

形成图形化的第一牺牲层307的具体步骤为：采用沉积工艺，例如化学气相沉积工艺在第二图案层305表面形成第一牺牲层，然后在第一牺牲层上形成掩膜层(该掩膜层可以为光刻胶)，之后图形化形成的掩膜层，然后以图形化的掩膜层为掩膜，刻蚀去除未被图形化的掩膜层覆盖的第一牺牲层，形成预定的图形化的第一牺牲层307。

所述图形化的第一牺牲层307的材料为非晶碳、非晶碳、非晶锗、光阻、氧化硅中的任一种。在本实施例中，所述图形化的第一牺牲层307的材料优选为光阻材料。结合图4和图5可知，所述图形化的第一牺牲层307为圆柱，其横截面形状为圆形。

所述图形化的第一牺牲层307定义出第一凸台图形，用于后续过程中以图形化的第一牺牲层307为掩膜，刻蚀第二图案层305。需要说明的是，在其他实施例中，所述图形化的第一牺牲层307的横截面形状可以为方形、菱形、椭圆形、圆形或其他任意图形中的任一种或多种组合。

请同时参考图6和图7，图7为图6所示的具体实施例的双重图形化的纳米压印模具的俯视图。执行步骤S205，以图形化的第一牺牲层为掩膜刻蚀第二图案层(未图示)，暴露出所述第一图案层303，并去除第一牺牲层(未图示)。

刻蚀第二图案层的方法为干法刻蚀。在所述干法刻蚀过程中，所述第一图案层用于充当刻蚀阻挡层，阻止刻蚀的进一步进行，即需要刻蚀第二图案层的速度较快，而刻蚀第一图案层的速度较慢。因此，第一图案层和第二图案层之间具有较小的刻蚀选择比的材料。在本实施例中，干法刻蚀的气体优选为Cl₂和Ar。

去除第一牺牲层的方法为化学机械抛光、灰化作用或者湿法腐蚀等。在本实施例中，去除所述第一牺牲层的方法为灰化作用。

请参考图8，执行步骤S207，形成覆盖所述第一图案层303和第二图案层305的第二牺牲层311。

所述第二牺牲层311用于保护第一凸台309在后续过程中不被损害。所述第二牺牲层311的材料为非晶碳、非晶碳、非晶锗、光阻、氧化硅中的任一一种。在本实施例中，所述第二牺牲层311的材料优选为光阻材料。所述第二牺牲层311的形成工艺为沉积工艺，例如物理或化学气相沉积。由于沉积工艺已为本领域的技术人员所熟知，在此不再赘述。

请同时参考图9和图10，图10为图9所示的具体实施例的双重图形化的纳米压印模具的俯视图。执行步骤S209，在所述第二牺牲层表面形成图形化的第三牺牲层313，所述图形化的第三牺牲层313定义出第二凸台图形。

形成图形化的第三牺牲层313的具体步骤为：采用沉积工艺，例如化学气相沉积工艺在第二牺牲层311表面形成第三牺牲层，然后在第三牺牲层上形成掩膜层(该掩膜层可以为光刻胶)，之后图形化形成的掩膜层，然后以图形化的掩膜层为掩膜，刻蚀去除未被图形化的掩膜层覆盖的第三牺牲层，形成预定的图形化的第三牺牲层313。

图形化的第三牺牲层313用于定义第二凸台图形，用于后续过程中以图形化的第三牺牲层313为掩膜，刻蚀第二牺牲层311和第一图案层303。由于图形化的第三牺牲层313在后续过程中会被去除，因此所述第三牺牲层313的材料为非晶碳、非晶碳、非晶锗、光阻、氧化硅中的任一种。在本实施例中，所述图形化的第三牺牲层313的材料优选为光阻材料。

在本实施例中，所述图形化的第三牺牲层313的纵截面为方形。

需要说明的是，在其他实施例中，所述图形化的第三牺牲层313的图形可以为方形、菱形、椭圆形、圆形或其他任意图形中的任一种或多种组合。

请参考图11，执行步骤S211，以图形化的第三牺牲层313为掩膜刻蚀第二牺牲层311和第一图案层303，暴露出所述基底301；

请参考图11，以图形化的第三牺牲层313为掩膜去除第二牺牲层311和第一图案层303，暴露出所述基底301。

去除第二牺牲层311和第一图案层303的方法为干法刻蚀。由于第二图案层的图形已经形成，不用进一步刻蚀，所述干法刻蚀过程中，需要刻蚀第一图案层的速率较快，而刻蚀第二图案层的速率较慢，即第一图案层和第二图案层之间具有较大的刻蚀选择比。为使第一图案层和第二图案层之间具有较大的刻蚀选择比，在本实施例中，所述干法刻蚀的气体优选为BCl₃、SF₆、N₂和He。

请同时参考图12～图13，执行步骤S213，去除图形化的第三牺牲层313和第二牺牲层311，形成所述第一凸台309和第二凸台315。

图13为图12所示的具体实施例的双重图形化的纳米压印模具的俯视图。

去除图形化的第三牺牲层和第二牺牲层的方法为化学机械抛光、灰化作用或者湿法腐蚀等。在本实施例中，去除所述去除图形化的第三牺牲层和第二牺牲层的方法为灰化作用。

在本实施例中，所述第一凸台309具有第一凸台图形，所述第一凸台309的形状与图形化的第一牺牲层的形状一致。在本实施例中，所述第一凸台309为圆柱，其横截面为椭圆形。

所述第一凸台309由刻蚀第二图案层之后得到的，或者由依次刻蚀第二图案层和第一图案层之后得到的。因此，所述第一凸台309的材料由第二图案层和第一图案层的材料决定。在本实施例中，有的第一凸台在刻蚀第二图案层之后已经形成，所述第一凸台309的材料为AlGaAs，而有的第一凸台在依次刻蚀第二图案层和第一图案层之后才形成，所述第一凸台309的材料为AlGaAs和GaAs。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第一凸台309的横截面形状可以为方形、菱形、椭圆形、圆形或其他任意图形中的任一种或多种组合。

所述第二凸台315由刻蚀第一图案层之后得到的，因此，所述第二凸台315的材料与第二图案层的材料相同。在本实施例中，所述第二凸台315的材料为GaAs。

所述第二凸台315具有第二凸台图形，所述第二凸台315的形状与图形化的第三牺牲层313的形状一致。在本实施例中，所述第二凸台315的横截面为方形。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第二凸台315的横截面可以为方形、菱形、椭圆形、圆形或其他任意图形中的任一种或多种组合。

所述第一凸台309和第二凸台315具有不同的形状和/或高度。在本实施例中，有的第一凸台309和第二凸台315相互独立，有的第一凸台309和第二凸台315相互叠加，构成双图形结构317。

因此，本实施例的双重图形化的纳米压印模具包括相互独立的第一凸台309、第二凸台315，还包括相互叠加的第一凸台309和第二凸台315。

请参考图14～图15，图14～图15为本发明的第二实施例的双重图形化的纳米压印模具，其中图15为图14的俯视图。与第一实施例不同，所述双重图形化的纳米压印模具形成的第一凸台409和第二凸台415各自独立。

在本实施例中，形成所述双重图形化的纳米压印模具的形成方法与第一实施例的方法相同，具体请参考步骤S201～S213，在此不再赘述。

所述第一凸台409具有第一凸台图形，所述第一凸台409的形状与图形化的第一牺牲层(未图示)的形状一致；所述第一凸台409由第一图案层403和第二图案层405共同形成，所述第一凸台409的材料为GaAs和AlGaAs。

所述第二凸台415具有第二凸台图形，所述第二凸台415的形状与图形化(未图示)的第三牺牲层的形状一致；所述第二凸台415由第一图案层403形成，所述第二凸台415的材料为GaAs。

本实施例的双重图形化的纳米压印模具，所述第一凸台409和第二凸台415具有不同的高度和/或形状。

请参考图16～图17，图16～图17为本发明的第三实施例的双重图形化的纳米压印模具，其中图17为图16的俯视图。与第一实施例和第二实施例不同，所述双重图形化的纳米压印模具形成的第一凸台509和第二凸台515相互叠加形成双图形结构517。

所述第一凸台509具有第一凸台图形，所述第一凸台509的形状与图形化的第一牺牲层(未图示)的形状一致；所述第一凸台509由第二图案层505形成，所述第一凸台509的材料为AlGaAs。

所述第二凸台515具有第二凸台图形，所述第二凸台515的形状与图形化(未图示)的第三牺牲层的形状一致；所述第二凸台515由第一图案层503形成，所述第二凸台515的材料为GaAs。

所述第一凸台509和第二凸台515相互叠加形成双图形结构517。

本实施例的双重图形化的纳米压印模具，所述第一凸台509和第二凸台515具有不同的高度和/或形状。

综上，本发明的实施例分别以图形化的第一牺牲层和图形化的第三牺牲层为掩膜，逐步刻蚀形成具有第一凸台图形的第一凸台和具有第二凸台图形的第二凸台。采用此种方法可以形成双重图形化的纳米压印模具，解决了现有技术中纳米压印模具图形单一，无法采用现有纳米压印模具一次形成多样图形的缺陷。

进一步的，本发明实施例的第一凸台和第二凸台还可以相互叠加，利用本发明第三实施例的双重图形化的纳米压印模具，能够形成双镶嵌图形，成型工艺简单。

本发明的实施例虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明的实施例，任何本领域技术人员在不脱离本发明实施例的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明实施例的技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明实施例的技术方案的内容，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明实施例的技术方案的保护范围。

Claims

1.一种双重图形化的纳米压印模具的形成方法，包括：

提供基底、覆盖所述基底的第一图案层、以及覆盖所述第一图案层的第二图案层，所述第一图案层的材料为GaAs，所述第二图案层的材料为AlGaAs；

形成覆盖所述第一图案层和第二图案层的第二牺牲层，所述第二牺牲层的材料为非晶碳、非晶锗、光阻、氧化硅中的任一种；

以图形化的第三牺牲层为掩膜，采用BCl₃、SF₆、N₂和He作为刻蚀气体刻蚀第二牺牲层和第一图案层，暴露出所述基底；

去除图形化的第三牺牲层和第二牺牲层，形成第一凸台和第二凸台。

2.如权利要求1所述的双重图形化的纳米压印模具的形成方法，其特征在于，所述去除未被第一牺牲层覆盖的第二图案层的形成工艺为干法刻蚀。

3.如权利要求2所述的双重图形化的纳米压印模具的形成方法，其特征在于，所述干法刻蚀的气体为Cl₂和Ar。

4.如权利要求1所述的双重图形化的纳米压印模具的形成方法，其特征在于，刻蚀第二牺牲层和第一图案层的形成工艺为干法刻蚀。