CN105789044A - 一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微电子器件表面处理技术领域，具体为一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法。本发明利用高功率热源迅速提升样品表面温度，样品另一侧用恒温平台控制在室温；由于样品衬底位导热率极其高的硅片，温度梯度主要集中在几百纳米到几微米的光刻胶内，从而形成一个很大的温度梯度，使只有样品表面很薄的一层超过玻璃化温度，这一部分发生融化、回流现象，减小了粗糙度，而样品整体形貌则并没有发生改变。该方法简便、有效、兼容性好、适用度广，对于在某一特定温度能够熔融的几乎所有材料都有很好的效果。

Description

一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法
技术领域
本发明属于微电子器件表面处理技术领域，具体涉及一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法。
背景技术
随着微电子领域的迅速发展，表面粗糙度，线条粗糙度正在逐渐成为局限器件性能的主要因素之一。
传统的减小表面、线条粗糙度的方法是有两种：（1）从显影液，或者显影配方着手，这种方法只能针对某一种特定的光刻胶有效，使用面较窄，而且粗糙度减小的效果并不很显著；（2）从衬底处加热，使表面融化、回流，减小粗糙度。这种方法对整体形貌有严重的破坏性，并不可靠。
本发明使微结构样品有光刻胶图形的一侧进行加热处理，而在另一侧保持较低的温度，在很薄的一层中形成很大的温度梯度，这时只有表面的一层的温度达到玻璃化温度，而内部不发生任何的变化，从而在不改变整体形貌的同时减小表面粗糙度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种兼容性好、系统简单、高效、快速、低成本、使用面广的利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法。
本发明提供的利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法，具体步骤如下：
（1）准备利用各种方式制备的微纳结构样品，其表面为光刻胶图形；
（2）将样品置于强热源下，有图形的一侧面向热源，另一侧置于一恒温冷却片上，使之恒定在室温状态；
（3）较短时间后迅速取出，快速冷却；
（4）反复上述步骤（3）多次，直到达到预期的粗糙度等级。
本发明中，所述微纳结构样品的高度不超过10微米；光刻胶的玻璃化温度在90-120℃内。当然超出这个温度范围的光刻胶仍然有效，但是对热源会有更高的要求。
本发明中，所述强热源可以采用电阻丝炉（2000-3000W）、高热灯泡（250-350W）、激光器（250-1000mW）等，适用的样品大小依次变小，并且能使微纳结构样品表面快速达到玻璃化温度。
本发明中，所述恒温冷却片可以采用半导体制冷片。
本发明中，所述较短时间，一般为15秒到1分钟之间，由不同的光刻胶、不同的热源决定。
本发明利用高功率热源迅速提升样品表面温度，样品另一侧被恒温平台控制在室温，由于样品衬底位导热率极其高的硅片，温度梯度主要集中在几百纳米到几微米的光刻胶内，从而形成一个很大的温度梯度，使只有样品表面很薄的一层超过玻璃化温度，这一部分发生融化、回流现象，减小了粗糙度，而样品整体形貌则并没有发生改变。该方法有简便，有效，兼容性好，适用度广等优点，对于在某一特定温度能够熔融的几乎所有材料都有很好的效果。
本发明具有以下优点：
（1）适用范围广泛。对几乎所有的光刻胶都有显著的效果；
（2）效率高、重复性好。粗糙度减小的过程在1分钟以内，并且可以反复实验，持续高效地减小粗糙度；
（3）成本低廉、可大面积实现。需要的仅仅是一个足够强的热源与适用的背部冷却台，即可实现大规模的粗糙度减小作业；
（4）兼容性好，与现有的所有微电子工艺步骤都可以很好的兼容，可以实现产业化。
附图说明
图1为表面热回流的原理图。
图2为实施例1中样品用原子力显微镜（AFM）表征整体形貌和每一层的粗糙度。
图3为经本发明方法处理的样品由原子力显微镜（AFM）表征的整体形貌和每一层粗糙度。
图4为经本发明方法处理的样品由原子力显微镜（AFM）表征的粗糙度。其中，从左向右分别为不同层的粗糙度，从上之下为多次热回流处理之后的粗糙度形貌。
具体实施方式
实施例1
1.利用三维电子书光刻技术制作一个台阶结构，结构大小为100μm2，用原子力显微镜（AFM）表征整体形貌和每一层的粗糙度，如图2中所示；
2．将样品放置在冷却平台（半导体冷却片）表面，固定，冷却平台温度设置在23℃；
3.打开热源（激光器，功率为250mW），直射15-20s，取下样品，迅速冷却辐照表面；
4.重复步骤2、3，四次；
5.再次利用原子力显微镜（AFM）表征整体形貌和每一层粗糙度，如图3中所示。图4中则从左向右分别为不同层的粗糙度，从上之下为多次热回流处理之后的粗糙度形貌，可以明显看到粗糙度的减小。

Claims (5)

1.一种利用热处理减小微电子器件表面粗糙度的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）准备微纳结构样品，其表面为光刻胶图形；
（2）将样品置于强热源下，有图形的一侧面向热源，另一侧置于一恒温冷却片上，使之恒定在室温状态；
（3）热处理较短时间后迅速取出，快速冷却；
（4）反复上述步骤（3）多次，直到达到预期的粗糙度等级。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述微纳结构样品的高度不超过10微米；光刻胶的玻璃化温度在90-120℃内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述强热源采用功率为2000-3000W的电阻丝炉、250-350W的高热灯泡或250-1000mW的激光器，适用的样品大小依次变小，并且能使微纳结构样品表面快速达到玻璃化温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述恒温冷却片采用半导体制冷片。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述较短时间为15秒到1分钟，由不同的光刻胶、不同的热源决定。
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