CN116449655B - 一种纳米级硬质掩模的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米级硬质掩模的制备方法，包括以下步骤：A1、在基底表面依次涂覆第一光刻胶和第二光刻胶，在全息干涉光路下曝光处理后，进行第一次显影处理，制得带图案化的光刻胶结构的基板；其中，所述第一光刻胶为LOR光刻胶或LOL光刻胶；A2、在所述带图案化的光刻胶结构的基板上沉积硬质掩模层，制得预制模板；A3、对所述预制模板进行光刻胶结构的剥离工艺(lift‑off)，去除所述光刻胶结构及所述光刻胶结构上的硬质掩膜层，获得开口尺寸为1μm以下的纳米级硬质掩模。本发明制备的纳米级硬质掩模边缘十分光滑，且整个工艺过程时间较短，大大提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及纳米结构构造技术领域，具体涉及一种纳米级硬质掩模的制备方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)作为微电子产品的基本元件，在柔性显示、可穿戴电子、微传感器等领域都有广泛的应用前景。随着微电子技术的发展，TFT的性能与集成度越来越高，特征尺寸不断缩小，对其设计与制造提出了诸多挑战。
晶体管源极、漏极的制备方法主要是射频溅射或者热蒸镀，源漏极之间沟道长度对晶体管性能有着决定性的影响，同时也影响着晶体管的集成度。高性能、高集成度晶体管的制备对小沟道的加工提出了要求，需要达到纳米级别。小沟道的加工常规方法是光刻，光刻工艺能够生产纳米级的精细结构，但是需要掩模，所用设备昂贵，具有工艺复杂，生产成本高，难以大面积生产的缺点。
掩模最常见的制备方法为：以氮化硅和硅作为原材料，通过刻蚀的方法刻蚀出电极孔洞，从而得到想要的金属电极的硬质掩模。但该方法存在如下技术问题：氮化硅掩模在使用的过程中易碎，制备方法复杂；硅掩模刻蚀难度大，制备周期长。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种纳米级硬质掩模的制备方法，制备的纳米级硬质掩模边缘十分光滑，且整个工艺过程时间较短，大大提高了生产效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米级硬质掩模的制备方法，包括以下步骤：
A1、在基底表面依次涂覆第一光刻胶和第二光刻胶，在全息干涉光路下曝光处理后，进行第一次显影处理，制得带图案化的光刻胶结构的基板；其中，所述第一光刻胶为LOR光刻胶或LOL光刻胶；
A2、在所述带图案化的光刻胶结构的基板上沉积硬质掩模层，制得预制模板；
A3、对所述预制模板进行光刻胶结构的剥离工艺(lift-off)，优选地还进行第二次显影处理，去除所述光刻胶结构及所述光刻胶结构上的硬质掩膜层，获得开口尺寸为1μm以下的纳米级硬质掩模。
进一步地，所述第一光刻胶在显影液中的溶解速率大于所述第二光刻胶的溶解速率；优选地，所述第二光刻胶为紫外光刻胶。
进一步地，所述第一光刻胶层的厚度为200nm～300nm。
进一步地，所述第二光刻胶层的厚度为400nm～500nm。
进一步地，所述硬质掩模层厚度小于所述第一光刻胶层，优选地，所述硬质掩模层的厚度为40nm～100nm，更优选地，所述硬质掩模层的厚度为40nm～50nm。
进一步地，所述硬质模板层选自金属层、金属氧化物层、非金属氧化物层、氮化物层。
进一步地，步骤A1中所述曝光处理的波长为400nm～500nm。
进一步地，所述图案化的光刻胶结构中的所述第二光刻胶层的底部面积大于所述第一光刻胶层的顶部面积，优选地，所述图案化的光刻胶结构形成“T”字型的光刻胶结构阵列。
进一步地，所述剥离工艺包括将所述预制模板在丙酮中进行浸泡。
进一步地，所述浸泡的时间为10min～20min。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种纳米级硬质掩模的制备方法，采用全息干涉光路下曝光处理形成图案化的光刻胶结构，并通过对沉积硬质掩模层后的预制模板进行光刻胶结构剥离(lift-off)、显影处理，将光刻胶结构及其表面上的硬质掩模层从而预制模板上去除，实现硬质掩模层的图案化处理，从而制得纳米级金属掩模。全息干涉光路下的曝光处理是一种无掩模曝光方法，其曝光光路简单，曝光过程简便，且可大面积曝光，且全息干涉曝光能通过单次曝光，制作出周期约为半波长的光刻胶结构(即相连光刻胶结构之间的间隔为全息干涉曝光波长的一半)；本发明利用全息干涉曝光实现了快速的制作纳米级光刻胶结构，但全息干涉曝光制作出的光刻胶结构侧壁陡直度较低，不利于剥离工艺(lift-off)的进行，本发明通过第一光刻胶采用LOR光刻胶或LOL光刻胶，利用LOR光刻胶或LOL光刻胶的特点，大大提高了剥离工艺的成功率。从而，本发明得以结合全息干涉曝光和剥离工艺两种方法的优势，制作出大面积纳米级硬质掩模，用于基底材料的深刻蚀工艺。通过本发明制备方法制作出的硬质掩模边缘十分光滑，且整个工艺过程时间较短，大大提高了生产效率。
在优选的实施例中，本发明的第一光刻胶在显影液中的溶解速率大于上层的第二光刻胶，由此实现的光刻胶结构尤其是形成“T”字型的光刻胶结构阵列的构建，有利于剥离工艺的进行。
本发明的制备方法实现了大面积纳米级硬质掩模的制作，制作工艺简单，速度快，生产效率高；可使用任意材料作为掩模；可在任意基底上制作。
附图说明
图1为采用本发明实施例1中制备方法制得的光刻胶结构示意图。
图2为本发明实施例1中的工艺流程图。
图3为本发明实施例1中制得的光刻胶结构的TEM测试图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例提供一种纳米级硬质掩模的制备方法，包括以下步骤：
A1、在基底表面依次涂覆第一光刻胶和第二光刻胶，在全息干涉光路下曝光处理后，进行第一次显影处理，制得带图案化的光刻胶结构的基板；其中，所述第一光刻胶为LOR光刻胶或LOL光刻胶；
A2、在所述带图案化的光刻胶结构的基板上沉积硬质掩模层，制得预制模板；
A3、对所述预制模板进行光刻胶结构的剥离工艺(lift-off)，优选地还进行第二次显影处理，去除所述光刻胶结构及所述光刻胶结构上的硬质掩膜层，获得开口尺寸为1μm以下的纳米级硬质掩模。
在上述实施例中，利用LOR或者LOL光刻胶是不含光敏性的剥离胶这种特性，置于第二光刻胶之下，利用上层的第二光刻胶经曝光显影后开出窗口，底层的LOR或者LOL光刻胶在显影液中继续腐蚀，并产生横向拓展，形成“底切”结构，便于后续剥离工艺(lift-off)，能够获得边缘光滑的硬质掩膜，用于后续刻蚀使用。另外，本发明实施例中，通过剥离工艺后第二次显影，得以更好地清除掉LOR或LOL光刻胶。
在一些实施例中，所述第一光刻胶在显影液中的溶解速率大于所述第二光刻胶的溶解速率；优选地，所述第二光刻胶为紫外光刻胶。
在一些实施例中，所述第一光刻胶层的厚度为200nm～300nm。在一些实施例中，所述第一光刻胶层的厚度为300nm。第一光刻胶层的厚度过厚，会导致第一光刻胶层后续剥离过程中难度较大，导致第一光刻胶残留；同时，厚度过厚会导致生产成本变大；而第一光刻胶层的厚度过小，则会导致在光刻胶结构上的硬质掩膜层与基底表面的硬质掩膜层相连接，从而导致后续第一光刻胶无法剥离，从而无法形成金属掩模。
在一些实施例中，所述第二光刻胶层的厚度为400nm～500nm。在一些实施例中，所述第二光刻胶层的厚度为500nm。第二光刻胶层的厚度过厚，会导致基底与光刻胶结构之间高度落差大，从而影响到硬质掩膜层在基底上的生长，即部分基底表面无法形成硬质掩膜层，从而无法形成均一的纳米金属掩模导致；同时，厚度过厚会导致生产成本变大；而第二光刻胶层的厚度过小，则会导致在光刻胶结构上的硬质掩膜层与基底表面的硬质掩膜层相连接，从而导致后续第二光刻胶无法剥离，从而无法形成金属掩模。
在一些实施例中，所述硬质掩模层厚度小于所述第一光刻胶层，优选地，所述硬质掩模层的厚度为40nm～100nm，更优选地，所述硬质掩模层的厚度为40nm～50nm。硬质掩模层的厚度过小，则硬质掩模层的生长均一性较差，从而导致形成的纳米级金属掩模的均一性差；而硬质掩模层的厚度过厚，则会导致在光刻胶结构上的硬质掩膜层与基底表面的硬质掩膜层相连接，从而导致后续第二光刻胶难以剥离，从而无法形成金属掩模。
在一些实施例中，所述硬质模板层选自金属层、金属氧化物层、非金属氧化物层、氮化物层。
在一些实施例中，步骤A1中所述曝光处理的波长为400nm～500nm。通过控制曝光处理的波长，实现了对光刻胶结构进行了控制，从而实现了对金属掩模的开口进行控制；波长过长，则光刻胶结构的底部面积过大，从而导致最终形成的金属掩模的开口过大，从而无法形成纳米级金属掩模；而波长过小，则会导致相邻光刻胶结构的间隔过小，导致基底表面的硬质掩膜层的均一性较差，从而无法形成均一的纳米级金属掩模。
在一些实施例中，步骤A1中曝光处理的曝光功率为1mW～3mW。在一些实施例中，步骤A1中曝光处理的曝光功率为2mW。
在一些实施例中，步骤A1中曝光处理的曝光时间为30s～40s。在一些实施例中，步骤A1中曝光处理的曝光时间为35s。
在一些实施例中，所述图案化的光刻胶结构中的所述第二光刻胶层的底部面积大于所述第一光刻胶层的顶部面积。在一些实施例中，所述图案化的光刻胶结构形成“T”字型的光刻胶结构阵列，如图1所示。将光刻胶结构设计为上述结构，有利于后续剥离过程中将光刻胶结构整体去除。
在一些实施例中，所述剥离工艺包括将所述预制模板在丙酮中进行浸泡。利用丙酮对第一光刻层的溶解性好的特点，实现了对第一光刻胶层的快速去除。在一些实施例中，所述浸泡的时间为10min～20min。
在一些实施例中，所述沉积的方法包括电子束蒸镀、磁控溅射和PECVD中的一种。
在一些实施例中，所述第一次显影的时间为5s～10s。
在一些实施例中，所述第二次显影的时间为5s～10s。
在一些实施例中，在基底表面涂覆第一光刻胶层，先进行第一次烘胶；再在第一光刻层表面涂覆第二光刻胶层，然后进行第二次烘胶。
在一些实施例中，所述第一光刻胶层的涂覆过程中涂胶机转速为3000r/min～5000r/min。
在一些实施例中，所述第一次烘胶的温度为160℃～180℃。
在一些实施例中，所述第一次烘胶的时间为3min～5min。
在一些实施例中，所述第二光刻胶层的涂覆过程中涂胶机转速为3000r/min～4000r/min。
在一些实施例中，所述第二次烘胶的温度为100℃～180℃。
在一些实施例中，所述第二次烘胶的温度为100℃～110℃。
在一些实施例中，所述第二次烘胶的时间为1min～5min。
在一些实施例中，所述第二次烘胶的时间为1min～2min。
以下进一步描述本发明的具体实施例。
实施例1
本实施例为一种纳米级硬质掩模的制备方法，如图2所示，由以下步骤组成：
S1、在基底上旋涂LOR光刻胶(LOR 3A，Microchem)，旋涂过程中涂胶机的转速为4000r/min；涂胶的厚度为300nm(对应于图2中1)；
旋涂完成后在170℃下烘胶5min(对应于图2中2)。
S2、在步骤S1处理后的LOR光刻胶表面旋涂紫外光刻胶(S1805，Microchem)，旋涂过程中涂胶机的转速为3000r/min；涂胶的厚度为500nm(对应于图2中3)；
旋涂完成后在115℃下烘胶2min(对应于图2中4)。
S3、将步骤S2处理后的基底放置在全息干涉曝光光路中进行曝光(使用441.6nm连续激光光源)，光路的曝光功率为2mW，曝光时间为35s(对应于图2中5)。
S4、将步骤S3曝光后的基底浸没在显影液(ZX-238)内显影时间8s，得到如图1所示的“T”字型光刻胶结构，用去离子水清洗，氮气吹干(对应于图2中6)。
S5、在步骤S4处理后的基底表面采用电子束蒸镀沉积50nm的Cr层(Cr层沉积在光刻胶结构一侧)，制得带硬质掩膜层的基底(对应于图2中7)。
S6、将步骤S5制得的带硬质掩膜层的基底浸没在丙酮中进行lift-off工艺，工艺时间为10min；丙酮处理后，用去离子水冲洗，氮气吹干。
再将处理后的基底放置在显影液(ZX-238)中，洗掉LOR光刻胶层，再用去离子水清洗，氮气吹干，即可得到纳米级硬质掩模(对应图2中8)。
实施例2
本实施例为一种纳米级硬质掩模的制备方法，与实施例1的差异在于：
将LOR光刻胶替换为LOL光刻胶。
实施例3
本实施例为一种纳米级硬质掩模的制备方法，与实施例1的差异在于：
将Cr层替换为二氧化硅层，二氧化硅层采用PECVD的方法沉积。
实施例4
本实施例为一种纳米级硬质掩模的制备方法，与实施例1的差异在于：
将Cr层替换为氮化硅层，氮化硅层采用PECVD的方法沉积。
对比例1
本对比例为一种纳米级硬质掩模的制备方法，与实施例1的差异在于：
将LOR光刻胶替换为紫外光刻胶。
在对比例1中采用全息干涉曝光制作出的掩模陡直度不高，当使用lift-off工艺制作硬质掩模时，会产生大量的残留，甚至无法剥离。而本发明实施例1～4中通过选用LOR或LOL光刻胶，克服了全息干涉曝光的缺点，从而实现了大面积纳米级的硬质掩模的制备。
本发明利用全息干涉曝光实现了快速的制作纳米级光刻胶结构，针对全息干涉曝光制作出的光刻胶结构侧壁陡直度较低，不利于剥离工艺(lift-off)的情况，通过第一光刻胶采用LOR光刻胶或LOL光刻胶，利用LOR光刻胶或LOL光刻胶的特点，大大提高了剥离工艺的成功率。从而，本发明得以结合全息干涉曝光和剥离工艺两种方法的优势，制作出大面积纳米级硬质掩模，用于基底材料的深刻蚀工艺。在优选的实施例中，本发明通过配置第一光刻胶在显影液中的溶解速率大于上层的第二光刻胶，由此形成“T”字型的光刻胶结构阵列的构建，有利于剥离工艺的进行。
通过本发明制备方法制作出的硬质掩模边缘十分光滑，且整个工艺过程时间较短，大大提高了生产效率。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (15)
1.一种纳米级硬质掩模的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、在基底表面依次涂覆第一光刻胶和第二光刻胶，在全息干涉光路下曝光处理后，进行第一次显影处理，制得带图案化的光刻胶结构的基板；其中，所述第一光刻胶为LOR光刻胶或LOL光刻胶；
A2、在所述带图案化的光刻胶结构的基板上沉积硬质掩模层，制得预制模板；
A3、对所述预制模板进行光刻胶结构的lift-off剥离工艺，去除所述光刻胶结构及所述光刻胶结构上的硬质掩膜层，获得开口尺寸为1μm以下的纳米级硬质掩模。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A3中，在剥离工艺后还进行第二次显影处理。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一光刻胶在显影液中的溶解速率大于所述第二光刻胶的溶解速率。
4.如权利要求1所述的制备方法，所述第二光刻胶为紫外光刻胶。
5.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一光刻胶层的厚度为200nm～300nm。
6.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二光刻胶层的厚度为400nm～500nm。
7.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硬质掩模层厚度小于所述第一光刻胶层。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述硬质掩模层的厚度为40nm～100nm。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硬质掩模层的厚度为40nm～50nm。
10.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硬质掩模层选自金属层、金属氧化物层、非金属氧化物层、氮化物层。
11.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤A1中所述曝光处理的波长为400nm～500nm。
12.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述图案化的光刻胶结构中的所述第二光刻胶层的底部面积大于所述第一光刻胶层的顶部面积。
13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述图案化的光刻胶结构形成“T”字型的光刻胶结构阵列。
14.如权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述剥离工艺包括将所述预制模板在丙酮中进行浸泡。
15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为10min～20min。
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