CN104465337A - 一种使用pmma/neb双层胶制作金属纳米狭缝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体纳米工艺技术领域，具体为一种使用双层胶制作金属纳米狭缝的方法。其步骤包括：在半导体衬底上旋涂上PMMA正胶光刻胶，再旋涂上NEB负胶光刻胶，接着光刻出线条，对NEB光刻胶显影成像，定义出狭缝的位置，然后进行刻蚀工艺，对PMMA光刻胶刻蚀到衬底的表面，在刻蚀掉的部份淀积金属，完成后进行最后一部剥离工艺，形成金属纳米狭缝的结构。本发明方法准确性高，可靠性高，重复性好；能达到更低的线宽，在蒸发金属和剥离工艺后，能达到10纳米的金属狭缝；使用本发明具有很高的效率和产率；在纳米光学结构制备中有着广泛的应用前景。

Description

一种使用PMMA/NEB双层胶制作金属纳米狭缝的方法
技术领域
本发明属于半导体纳米工艺技术领域，具体涉及一种使用双层胶制作金属纳米狭缝的方法。
背景技术
随着微电子技术的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，芯片器件密度不断增加。新的纳米制备工艺的改善需求也越来越大。而剥离是一个标准的创建金属图形的工艺步骤。在过去纳米尺度金属图形只通过使用电子束光刻在正性光刻胶上制作，特别是PMMA。
也有需要负性光刻胶的应用场合，主要是用于半导体衬底材料需要覆盖金属薄膜的情况，在这种情况下，负性光刻胶是在工艺中较好的选择，因为剥离正性光刻胶将需要大面积的曝光且很长的光刻时间造成工艺里面的困难。但是，如果只使用负性光刻胶会产生过度的底切度(Undercut) ，使剥离更加困难。
为了克服上述困难，为了克服正性光刻胶与负性光刻胶的缺点，同时结合两者的优点，有必要研发出新型的正负双层光刻胶组合来制作金属纳米狭缝，来克服当前集成电路尺寸缩小的演进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够获得良好的底切度(Undercut)，和更好的剥离结果的制作金属纳米狭缝的方法。
本发明提供的制备金属纳米狭缝的方法，使用PMMA/NEB双层光刻胶组合，具体步骤如下：
（1）选用合适半导体材料作为样品衬底，在衬底上依次旋涂PMMA和NEB光刻胶；
（2）使用电子束光刻机对NEB光刻胶进行光刻；
（3）对于经过上述步骤的样品用CD-26显影液对NEB光刻胶进行显影，形成线条图形；
（4）使用NEB光刻胶做阻挡层，用RIE刻蚀PMMA光刻胶，掏空未覆盖NEB光刻胶区域下的PMMA光刻胶；
（5）用蒸发设备于样品表面淀积金属，淀积于刻蚀后的区域；
（6）利用剥离工艺去除光刻胶，所述剥离工艺是将上述完成的基片置于有机溶剂里浸泡，使正性PMMA光刻胶溶解，PMMA光刻胶脱离基底在样品表面，仅留下金属结构。
上述方案中，步骤（1）中所述在衬底上旋涂PMMA和NEB光刻胶，其步骤为：在衬底上旋涂50-150纳米厚的PMMA胶，并烘烤使之硬化，烘烤温度为150-200℃，时间为40-60分钟；然后后再旋涂150-300纳米厚NEB光刻胶，并前烘，前烘温度为90-120℃，时间为2-3分钟；
上述方案中，步骤（2）中对样品光刻后需进行后烘，后烘温度为110℃，时间为2-3分钟。
上述方案中，步骤（3）中使用显影液CD-26显影时，需加热到50℃，显影时间为1-2分钟，随后使用去离子水来清洗样品。
上述方案中，步骤（4）中所述用RIE刻蚀PMMA光刻胶，处理气体为三氟甲烷或氧气。
上述方案中，步骤（5）中所述用蒸发设备淀积金属，其步骤为：先淀积一层10-20纳米的铬，做为一良好的黏附层，接着淀积金，厚度在50-100纳米之间。
上述方案中，步骤（6）中所述的有机溶剂为丙酮。
有益效果：
从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种PMMA/NEB双层胶制备金属狭缝的方法，采用下层的正胶光刻胶PMMA与上层的负胶NEB，与其它双层胶相比，主要有以下三方面的优点：
使用上层NEB光刻胶光刻时仅需要用到很小电子束的曝光剂量，而下层PMMA在小剂量时不会受影影响，所以进行工艺时对两种胶的操作是独立且互不干扰的，准确性高并且可靠性高，重复性好，在纳米光学结构制备中有着广泛的应用前景；
只需要对灵敏度很高的NEB光刻胶做电子束光刻，所以利用本发明具有很高的效率以及产率；做下层PMMA刻蚀时，由于横向扩散的影响，能达到更低的线宽，在蒸发金属和剥离工艺后，能达到10纳米的金属狭缝。
附图说明
图1为整个工艺步骤流程图。
图2为旋涂完PMMA/NEB双层光刻胶的顶面图与侧面结构图。
图3到图6为对双层光刻胶进行光刻显影刻蚀一系列步骤的流程图。
图7为金属纳米狭缝结构的完成图。
图中标号：1为半导体衬底（硅），2为半导体衬底（二氧化硅），3为PMMA光刻胶；4为NEB光刻胶，5为铬，6为金。
具体实施方式
本发明的主要目地在于解决负性光刻胶不好剥离情况，使用一种PMMA/NEB双层光刻胶组合，以获得良好的底切度(Undercut)，得到更好的剥离结果，以下结合附图并以具体实施方式为例，对本发明进行详细说明。
首先选用一硅片，上方生长厚度为300纳米的二氧化硅当作样品衬底。
旋涂一正性光刻胶PMMA，旋涂50到150纳米厚的PMMA胶，并烘烤使之硬化，烘烤温度为180℃，时间为60分钟，为图1中PMMA所示。
旋涂一负性光刻胶NEB，厚度150到300纳米之后进行前烘，温度为100℃，时间为2分钟。光刻后进行后烘，温度为110℃，时间为2分钟，为图1中PMMA所示。
之后如图2所示，使用CD26显影液来显影，显影液需加热50℃显影，显影时间为1分钟，随后使用去离子水来清洗样品。
使用RIE设备来刻蚀样品,得到图3的结果, 其中所述RIE处理气体包括三氟甲烷或氧气。
之后使用蒸发设备淀积金属，先淀积一层10纳米的铬做为一良好的黏附层，如图4，接着淀积金，厚度在50纳米到100纳米之间，如图5所示。
如图6所示，最后进行剥工艺，使用有机溶剂丙酮来使下层光刻胶PMMA剥离衬底表面，留下金属结构，形成金属纳米狭缝。
在本发明中，使用电子束光刻进行光刻，使用NEB做为顶层与PMMA做为底层，集合了负性光刻胶NEB的低曝光剂量为优点与PMMA的良好剥离特性，在PMMA/NEB双层光刻胶组合在进行剥离过程中，最佳的刻蚀情形下，底层PMMA的底切度(Undercut)能被良好的控制，剥离后产生优秀的金属纳米狭缝结构
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 (7)

1. 一种使用PMMA/NEB双层胶制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）选用合适半导体材料作为样品衬底，在衬底上依次旋涂PMMA和NEB光刻胶；
（2）使用电子束光刻机对NEB光刻胶进行光刻；
（3）对于经过上述步骤的样品用CD-26显影液对NEB光刻胶进行显影，形成线条图形；
（4）使用NEB光刻胶做阻挡层，用RIE刻蚀PMMA光刻胶，掏空未覆盖NEB光刻胶区域下的PMMA光刻胶；
（5）用蒸发设备于样品表面淀积金属，淀积于刻蚀后的区域；
（6）利用剥离工艺去除光刻胶，所述剥离工艺是将上述完成的基片置于有机溶剂里浸泡，使正性PMMA光刻胶溶解，PMMA光刻胶脱离基底在样品表面，仅留下金属结构。
2. 根据权利要求1所述的制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于步骤（1）中所述在衬底上旋涂PMMA和NEB光刻胶，其步骤为：在衬底上旋涂50-150纳米厚的PMMA胶，并烘烤使之硬化，烘烤温度为150-200℃，时间为40-60分钟；然后再旋涂150纳米-300纳米厚NEB光刻胶，并前烘，前烘温度为90-120℃，时间为2-3分钟。
3. 根据权利要求1所述的制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于步骤（2）中对样品光刻后进行后烘，后烘温度为110℃，时间为2-3分钟。
4. 根据权利要求1所述的制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于步骤（3）中使用显影液CD-26显影时，需加热到50℃，显影时间为1-2分钟，随后使用去离子水来清洗样品。
5. 根据权利要求1所述的制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于步骤（4）中所述用RIE刻蚀PMMA光刻胶，处理气体为三氟甲烷或氧气。
6. 根据权利要求1所述的制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于步骤（5）中所述用蒸发设备淀积金属，其步骤为：先淀积一层10-20纳米的铬，做为一良好的黏附层，接着淀积金，厚度在50-100纳米之间。
7. 根据权利要求1所述的制作金属纳米狭缝的方法，其特征在于步骤（6）中所述的有机溶剂为丙酮。
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