CN117092881A - 一种纳米压印母版的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米压印母版的制备方法,其中方法包括以下步骤:S1.制备多层待刻蚀层及停止层:以衬底为基础沉积多层待刻蚀层及停止层;S2.判断刻蚀深度:若刻蚀深度为第n目标深度,即第n待刻蚀层的厚度,则执行步骤S3;若刻蚀深度为第i目标深度,则执行步骤S4;S3.刻蚀第n目标深度:通过高选择比气体刻蚀第n待刻蚀层,形成具有第n目标深度的刻蚀区域;S4.刻蚀第i目标深度:先后通过低选择比和高选择比气体刻蚀第n待刻蚀层、第n停止层...及第i待刻蚀层,形成具有第i目标深度的刻蚀区域。本发明将单层待刻蚀层按不同的刻蚀深度分成多层,针对每一层待刻蚀层添加停止层,可提升压印母版的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种纳米压印母版的制备方法。
背景技术
纳米压印技术是通过压印胶辅助,将模板上的微纳结构转移到待加工材料的技术,因此具有特定结构的压印母版制作是纳米压印技术的关键所在。一般压印母版采用的是单层的硅或二氧化硅介质,尤其是有多种不同的刻蚀深度时,在刻蚀的时候由于负载效应的影响,不同大小图形区域刻蚀深度有偏差,整片硅片的不同区域受等离子体均匀性的影响也会有偏差。由于底部没有停止层,底部形貌比较难以控制,影响压印出来的结构效果。
例如,发明专利CN202011187636.3公开了一种半导体结构的刻蚀方法,包括提供半导体结构,半导体结构包括衬底及衬底上的UTM叠层,UTM叠层包括依次形成在衬底上的第一低介质氧化层、第二低介质氧化层及刻蚀停止层;在UTM叠层上形成图案化的光刻胶层,采集光刻胶层的透光率;对UTM叠层进行主刻蚀,刻蚀第二低介质氧化层并停止在第一低介质氧化层;将透光率代入过刻蚀方程,得到过刻蚀工艺参数并反馈至工艺腔,以对UTM叠层进行过刻蚀,使刻蚀停止在刻蚀停止层。该刻蚀方法有多种不同的刻蚀深度,在刻蚀的时候由于负载效应的影响,不同大小图形区域刻蚀深度会存在一定偏差,不同区域受等离子体均匀性的影响也会有偏差。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出一种纳米压印母版的制备方法,将单层待刻蚀层按不同的刻蚀深度分成多层,针对每一层待刻蚀层添加停止层,可提升压印母版的性能。
本发明采用的技术方案如下:
一种纳米压印母版的制备方法,包括以下步骤:
S1.制备多层待刻蚀层及停止层:以衬底为基础沉积多层待刻蚀层及停止层,包括由下至上沉积的第一停止层、第一待刻蚀层、第二停止层、第二待刻蚀层......第n停止层及第n待刻蚀层;
S2.判断刻蚀深度:若刻蚀深度为第n目标深度,即第n待刻蚀层的厚度,则执行步骤S3;若刻蚀深度为第i目标深度,0<i<n,即第i待刻蚀层......第n停止层及第n待刻蚀层的厚度,则执行步骤S4;
S3.刻蚀第n目标深度:在第n待刻蚀层上设置图案化光阻层并打开待刻蚀区域,通过高选择比气体刻蚀第n待刻蚀层,停在第n停止层上,形成具有第n目标深度的刻蚀区域,所述高选择比气体对待刻蚀层的刻蚀速率快于对停止层的刻蚀速率;
S4.刻蚀第i目标深度:在第n待刻蚀层上设置图案化光阻层并打开待刻蚀区域,通过低选择比气体刻蚀第n待刻蚀层、第n停止层......及第i待刻蚀层上半部分,所述低选择比气体对待刻蚀层的刻蚀速率接近对停止层的刻蚀速率;再通过高选择比气体刻蚀第i待刻蚀层下半部分,停在第i停止层上,形成具有第i目标深度的刻蚀区域。
进一步地,若待刻蚀层被沉积为多晶硅或单晶硅,则停止层能够被沉积为二氧化硅或氮化硅。
进一步地,若待刻蚀层被沉积为二氧化硅,则停止层能够被沉积为氮化硅。
进一步地,所述高选择比气体包括主刻蚀气体和副刻蚀气体,所述主刻蚀气体包括八氟环丁烷,所述副刻蚀气体包括氩气,通过氩气产生离子轰击反应中的聚合物。
进一步地,所述低选择比气体包括主刻蚀气体,所述主刻蚀气体包括四氟化碳。
进一步地,所述沉积的方法包括等离子体增强化学气相沉积。
进一步地,所述沉积完成后,在炉管中高温退火。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明将单层待刻蚀层按不同的刻蚀深度分成多层,针对每一层待刻蚀层添加停止层,在待刻蚀层刻蚀后停在停止层上,加上一定量的过刻蚀更容易控制待刻蚀层底部形貌,可减少负载效应,改善不同大小的图形区域刻蚀深度一致性和整片硅片刻蚀深度一致性。本发明对小于0.5微米的线宽图形,尤其是对于制造多种不同刻蚀深度的压印母版更有优势。
(2)本发明充分利用目前工艺线上已有的PECVD机台沉积待刻蚀层和停止层,改善了纳米压印母版的多种不同深度的均匀性,显著提升了压印出来的结构效果。
附图说明
图1本发明实施例1的纳米压印母版制备方法流程图。
图2本发明实施例2的纳米压印母版制备方法第一步示意图。
图3本发明实施例2的纳米压印母版制备方法第二步示意图。
图4本发明实施例2的纳米压印母版制备方法第三步示意图之一。
图5本发明实施例2的纳米压印母版制备方法第三步示意图之二。
图6本发明实施例2的纳米压印母版制备方法第四步示意图之一。
图7本发明实施例2的纳米压印母版制备方法第四步示意图之二。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现说明本发明的具体实施方式。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明,即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,本实施例提供了一种纳米压印母版的制备方法,包括以下步骤:
S1.制备多层待刻蚀层及停止层:以衬底为基础沉积多层待刻蚀层及停止层,包括由下至上沉积的第一停止层S1、第一待刻蚀层T1、第二停止层S2、第二待刻蚀层T2......第n停止层Sn及第n待刻蚀层Tn;
S2.判断刻蚀深度:若刻蚀深度为第n目标深度Hn,即第n待刻蚀层Tn的厚度,则执行步骤S3;若刻蚀深度为第i目标深度Hi,0<i<n,即第i待刻蚀层Ti......第n停止层Sn及第n待刻蚀层Tn的厚度,则执行步骤S4;
S3.刻蚀第n目标深度:在第n待刻蚀层Tn上设置图案化光阻层并打开待刻蚀区域,通过高选择比气体刻蚀第n待刻蚀层Tn,停在第n停止层Sn上,形成具有第n目标深度的刻蚀区域,其中高选择比气体对待刻蚀层的刻蚀速率快于对停止层的刻蚀速率;
S4.刻蚀第i目标深度:在第n待刻蚀层Tn上设置图案化光阻层并打开待刻蚀区域,通过低选择比气体刻蚀第n待刻蚀层Tn、第n停止层Sn......及第i待刻蚀层Ti上半部分,其中低选择比气体对待刻蚀层的刻蚀速率接近对停止层的刻蚀速率;再通过高选择比气体刻蚀第i待刻蚀层Ti下半部分,停在第i停止层Si上,形成具有第i目标深度的刻蚀区域。
优选地,若待刻蚀层为多晶硅或单晶硅,则停止层可以为二氧化硅或氮化硅。
优选地,若待刻蚀层为二氧化硅,则停止层可以为氮化硅。
优选地,高选择比气体包括主刻蚀气体和副刻蚀气体,主刻蚀气体可以采用八氟环丁烷,副刻蚀气体可以采用氩气,通过氩气产生离子轰击反应中的聚合物。
优选地,低选择比气体包括主刻蚀气体,主刻蚀气体可以采用四氟化碳。
优选地,沉积的方法包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
优选地,沉积完成后在炉管中高温退火,从而增加二氧化硅和氮化硅的密度,减少后续刻蚀后湿法清洗的损失。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上:
本实施例提供了一种纳米压印母版的制备方法,将单层待刻蚀层按不同的刻蚀深度分成多层,针对每一层待刻蚀层添加停止层,下面以3种目标刻蚀深度(H1>H2>H3)举例说明,按照同样的原理可以制备多种不同刻蚀深度的压印母版。
第一步,在硅衬底上沉积第一停止层S1,其厚度与待刻蚀层T1的选择比(被刻蚀材料与另一种材料的刻蚀速率的比)有关,选择比越高,停止层越薄,一般为待刻蚀层厚度的5%左右。待刻蚀层选择多晶硅和单晶硅时,停止层可以选择二氧化硅或氮化硅;待刻蚀层为二氧化硅时,停止层可选择氮化硅。本实施例最优方案为停止层采用氮化硅,待刻蚀层采用二氧化硅,停止层和待刻蚀层可以在PECVD机台中一次全部生长完成。接着,沉积待刻蚀层T1,其厚度须精确控制,应为第一目标深度H1减去第二层和第三层待刻蚀层和停止层厚度(T1=H1-T3-S3-T2-S2);再依次沉积第二和第三刻蚀层和停止层,第三刻蚀层的厚度为第三目标刻蚀深度H3。PECVD沉积后在炉管中高温退火,增加二氧化硅和氮化硅的密度,减少后续刻蚀后湿法清洗的损失。然后,第一次图形化光阻,打开第三刻蚀深度目标区域,如图2所示。
第二步,干法刻蚀二氧化硅介质层T3,刻蚀采用对氮化硅高选择比气体,对停止层氮化硅选择比须大于10,C4F8(八氟环丁烷)做为主刻蚀气体,适量的氩气产生离子轰击反应中的聚合物,C4F8的量须精确控制,刻蚀后停在氮化硅停止层S3上,过刻蚀的量精确控制,并灰化去胶清洗,形成第三刻蚀目标深度H3,如图3所示。
第三步,第二次图形化光阻,打开第二刻蚀目标区域,并干法刻蚀二氧化硅介质层T3、氮化硅停止层S3和二氧化硅介质层T2,刻蚀后停在氮化硅停止层S2,形成第二刻蚀目标深度H2。本步刻蚀分成两步进行,首先采用低选择比气体配置刻蚀二氧化硅介质层T3、氮化硅停止层S3和大约一半的二氧化硅介质层T2,四氟化碳为主要刻蚀气体,适量的氧气提高刻蚀速率,二氧化硅对氮化硅刻蚀选择比接近1,本步刻蚀须确保不接触到停止层S2,如图4所示。其次,采用高选择比气体刻蚀剩余的二氧化硅介质层T2,对停止层选择比须大于10,可以采用第二步同样的气体配置,停在氮化硅停止层S2上,并灰化去胶清洗,形成第二目标深度H2,如图5所示。
第四步,第三次图形化光阻,打开第一刻蚀目标区域,可以采用第三步同样的刻蚀步骤,首先低选择比气体配置刻蚀第三层和第二层二氧化硅介质层、氮化硅停止层和大约一半的二氧化硅介质层T1,如图6所示。其次采用高选择比气体刻蚀剩余的二氧化硅介质层T1,停在停止层S1上,可以采用和第三步同样的气体配置,然后去胶清洗,形成第一刻蚀深度H1,如图7所示。
优选地,第一步中,PECVD沉积后在炉管中高温退火的工艺条件可以为:氮气为5-15升/分钟,温度为900-1200度,时间为1小时到3小时。
优选地,第二步中,干法刻蚀二氧化硅的工艺条件可以为:压力为30-50毫托,功率为1000-1800瓦,C4F8为15SCCM(标准立方厘米每分钟),氩气为100-250SCCM,二氧化硅对氮化硅刻蚀选择比大于10,二氧化硅的过刻蚀量控制在15%到40%。
优选地,第三步中,低选择比干法刻蚀二氧化硅的工艺条件可以为:压力为25-60毫托,功率为1000-1800瓦,四氟化碳为30-100SCCM,氧气为8-25SCCM,四氟化碳与氧气比例为3:1到6:1,二氧化硅对氮化硅刻蚀选择比接近于1。低选择比气体刻蚀到二氧化硅层T2的总厚度50%到70%,确保不刻蚀到第二停止层S2,剩余的二氧化硅层T1采用高选择比气体刻蚀,气体配比和第二步相同,过刻蚀量也控制在15%到40%。
优选地,第四步中,低选择比干法刻蚀二氧化硅的工艺条件和第三步相同,低选择比气体刻蚀到二氧化硅层T1的总厚度50%到70%,确保不刻蚀到第一停止层S1,剩余的二氧化硅层T1采用高选择比气体刻蚀,气体配比和第二步相同,过刻蚀量也控制在15%到40%。
需要说明的是,对于前述的方法实施例,为了简便描述,故将其表述为一系列的动作组合,但是本领域技术人员应该知悉,本申请并不受所描述的动作顺序的限制,因为依据本申请,某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次,本领域技术人员也应该知悉,说明书中所描述的实施例均属于优选实施例,所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
Claims (7)
1.一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.制备多层待刻蚀层及停止层:以衬底为基础沉积多层待刻蚀层及停止层,包括由下至上沉积的第一停止层(S1)、第一待刻蚀层(T1)、第二停止层(S2)、第二待刻蚀层(T2)......第n停止层(Sn)及第n待刻蚀层(Tn);
S2.判断刻蚀深度:若刻蚀深度为第n目标深度(Hn),即第n待刻蚀层(Tn)的厚度,则执行步骤S3;若刻蚀深度为第i目标深度(Hi),0<i<n,即第i待刻蚀层(Ti)......第n停止层(Sn)及第n待刻蚀层(Tn)的厚度,则执行步骤S4;
S3.刻蚀第n目标深度:在第n待刻蚀层(Tn)上设置图案化光阻层并打开待刻蚀区域,通过高选择比气体刻蚀第n待刻蚀层(Tn),停在第n停止层(Sn)上,形成具有第n目标深度的刻蚀区域,所述高选择比气体对待刻蚀层的刻蚀速率快于对停止层的刻蚀速率;
S4.刻蚀第i目标深度:在第n待刻蚀层(Tn)上设置图案化光阻层并打开待刻蚀区域,通过低选择比气体刻蚀第n待刻蚀层(Tn)、第n停止层(Sn)......及第i待刻蚀层(Ti)上半部分,所述低选择比气体对待刻蚀层的刻蚀速率接近对停止层的刻蚀速率;再通过高选择比气体刻蚀第i待刻蚀层(Ti)下半部分,停在第i停止层(Si)上,形成具有第i目标深度的刻蚀区域。
2.根据权利要求1所述的一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,若待刻蚀层被沉积为多晶硅或单晶硅,则停止层能够被沉积为二氧化硅或氮化硅。
3.根据权利要求1所述的一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,若待刻蚀层被沉积为二氧化硅,则停止层能够被沉积为氮化硅。
4.根据权利要求1所述的一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,所述高选择比气体包括主刻蚀气体和副刻蚀气体,所述主刻蚀气体包括八氟环丁烷,所述副刻蚀气体包括氩气,通过氩气产生离子轰击反应中的聚合物。
5.根据权利要求1所述的一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,所述低选择比气体包括主刻蚀气体,所述主刻蚀气体包括四氟化碳。
6.根据权利要求1所述的一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,所述沉积的方法包括等离子体增强化学气相沉积。
7.根据权利要求1所述的一种纳米压印母版的制备方法,其特征在于,所述沉积完成后,在炉管中高温退火。
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