CN1531020A - 用于电子束投影式微影系统的发射器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于电子束投影式微影系统的发射器和其制造方法。该电子束发射器包括一基板，一覆盖在基板上的绝缘层，及一门电极，它包括一以均匀厚度形成在所述绝缘层上的基层和一以预定图案在所述基层上形成的电子束阻挡层。一种制造方法包括以下步骤：准备基板；在所述基板上形成绝缘层；以预定厚度在所述绝缘层上淀积导电金属而形成一所述门电极的基层；以预定厚度在所述基层淀积能够阳极化的金属而形成一所述门电极的电子束阻挡层；及通过刻蚀在所述电子束阻挡层上刻蚀出预定的图案。所述发射器能够提供均匀电场并提供简化的制造方法。

Description

用于电子束投影式微影系统的发射器及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子束投影式微影系统，特别是涉及一电子束发射器，在该发射器的绝缘层内能够确保电子场均匀，以及简化其的制造方法。

背景技术

在半导体制造过程中，使用各种印刷技术在一基板表面上形成所希望的图案。常规光微影使用如紫外线射线，当使用该技术会有线宽的限制。由此，下一代微影技术(NGL)最近已经提出，用该技术能够实现具有毫微量级线宽的更小型和集成的半导体。下一代微影术如包括电子束投影式微影(EPL)，离子投影式微影(IPL)，超紫外线微影术(EUVL)，及近X射线微影术。

在所述NGL系统中，由于EPL系统具有简单的结构且易于使用大面积电子束发射器，现在广泛地被使用；EPL系统是通过使用由发射器发出的电子束对覆在要处理的基板上的电子保护层进行加工而形成为所希望的图案。具有各种结构的电子束发射器都能够用于EPL系统，且其结构的两个例子如图1和图2所示。

参考图1，一常规金属绝缘半导体(MIS)型发射器10具有一绝缘层12和一门电极13按顺序叠在硅基板11上。该绝缘层12由氧化硅层形成，该门电极13由导电金属如金(Au)制成。

如图2所示，金属-绝缘-金属(MIM)型发射器具有一下部电极22，绝缘层23，及一门电极24，他们按顺序叠在硅基板21上。通常，下部电极22由铝(Al)-钕(Nd)合金制成，绝缘层23由阳极化的铝制成，一门电极24由导电金属如金(Au)制成。

常规MIS和MIM型发射器10和20中的绝缘层12和23分别以预定的图案制成包括薄的和厚的部分。在上述发射器结构中，通过绝缘层12和23的薄的部分发射电子。

图3A-3D是说明制造如图1所示MIS型发射器10方法的剖面图。参见图3A，在硅基板11的表面上经过热氧化而形成预定厚度的硅氧化层12。然后如图3B，硅氧化层12a要制成所希望的图案，且硅氧化层12b形成如图3C所示图案。这样，绝缘层12以预定的图案放在硅基板11上。最后如图3D所示，导电金属如金(Au)以预定厚度被淀积在整个绝缘层12上形成门电极13。在完成上述步骤后，MIS型发射器10的结构就完成了。

图2中常规MIM型发射器20也是同样方法制造。常规发射器10或20的制造过程包括通过两步形成一氧化层和一步在氧化层上形成图案而形成的绝缘层12或23和在分级的绝缘层12或23上形成门电极13或24。该过程过于复杂且由于其分级结构常规发射器10或20在绝缘层12或23内不能保证电场均匀。

发明内容

本发明提供一种能够保证发射器绝缘层内电场均匀的电子束发射器及其制造工艺和方法。

根据本发明的一个发方面，提供了用于电子束投影式微影(EPL)系统的发射器，其中包括：一基板，置于基板上的绝缘层；包括一基层的门电极，它在绝缘层上以均匀厚度形成，一以预定图案在基层上形成的电子束阻挡层。这里绝缘层由氧化硅层构成。

如本发明的发射器进一步包括一下部电极，它置于基板和绝缘层之间，绝缘层由可阳极化的金属构成。

当基层由常规金属如金(Au)，铂(Pt)，铝(Al)，钛(Ti)或钽(Ta)，电子束阻挡层由能够阳极化的金属如钛(Ti)，铝(Al)，或钌(Ru)构成。基层和门电极的电子束阻挡层同样可以由硅构成。

根据本发明的另一方面，提供了制造用于电子束投影式微影(EPL)系统的发射器的方法，其中包括：(a)准备一基板；(b)在基板上形成绝缘层；(c)通过在绝缘层以预定厚度淀积导电金属形成门电极的基层；(d)通过在基层以预定厚度淀积可阳极化的金属形成门电极的电子束阻挡层；及(e)通过阳极化以预定图案对电子束阻挡层进行构图。

这里，基板是硅晶体，绝缘层通过在该硅晶体进行热氧化形成一硅氧化层构成绝缘层。

在步骤(b)之前，该方法可进一步包括一在基板上形成一下部电极。这时，通过淀积能阳极化的金属到下部电极并对该金属阳极化而形成绝缘层。

步骤(e)包括用扫描探针显微镜微影术(SPM)以预定模式对电子束阻挡层进行阳极化；并通过刻蚀去掉电子束阻挡层的阳极化部分的步骤。

步骤(e)也包括如下步骤：在电子束阻挡层表面覆以保护层；以预定图案对保护层进行加工；对从保护层模型露出的电子束阻挡层部分进行阳极化；并通过刻蚀去掉电子束阻挡层的阳极化部分并清除保护层。

本发明的另一EPL系统的发射器的制造方法包括：(a)准备一基板；(b)在基板上形成绝缘层；(c)在绝缘层上以均匀厚度淀积第一硅层；(d)以预定图案对该第一硅层进行构图；及(e)在第一硅层和经过步骤(d)而露出的绝缘层上淀积一第二硅层并有所述第一和第二硅层构成门电极。

在此，步骤(d)包括在所述第一硅层表面覆以保护层；以预定图案对保护层进行构图；将保护层用作刻蚀模具刻蚀去掉第一硅层的步骤。

附图说明

通过对实施例的详细描述并参见附图，本发明上述目的和优点会更明显。

图1是用在一电子束投影式微影(EPL)系统中的常规金属半导体型发射器(MIS)结构的剖面图。

图2是用在一(EPL)系统中的常规金属-绝缘-金属型发射器(MIM)结构的剖面图。

图3A-3D是制造图1所示常规MIS型发射器方法的按步骤的剖面图。

图4是根据本发明第一实施例使用一MIS发射器的EPL系统的示意图。

图5是门电极厚度与电子传导速率之间关系的曲线图。

图6是根据本发明第二实施例中MIM型发射器的结构剖面图。

图7A-7H是按步骤制造根据图1所示本发明第一实施例的MIS型发射器方法的剖面图。

图8A-8D是按步骤制造根据图4所示本发明第二实施例的MIS型发射器方法的剖面图；及

图9A-9C是按步骤制造根据图6所示本发明一优选实施例的MIM型发射器方法的剖面图。

具体实施方式

如图4，一电子束投影式微影(EPL)系统包括一金属-半导体(MIS)型发射器100，该发射器向要处理的基板150上的电子保护层151发射电子束，电源161和162在发射器100和要处理基板150之间产生电场，磁铁171和172放在发射器100和要处理基板150的外侧，在发射器100和要处理基板150之间产生磁场。对于磁铁171和172，可以用永磁或电磁铁。

该MIS型发射器100包括一基板110，一置于基板110上的绝缘层120，和一置于绝缘层120上的门电极130。门电极130包括一基层131一致地置于绝缘层120上及以预定图案在基层131上形成的电子束阻挡层132。

对于基板110可以用硅基板。绝缘层120可以包括通过在硅基板110上进行热氧化形成的硅氧化层。不象常规技术，绝缘层120是以均匀厚度形成的，所以在绝缘层120内可产生均匀的电场。

而门电极130中的基层131是由导电金属如金(Au)，铂(Pt)，铝(Al)，钛(Ti)或钽(Ta)，电子束阻挡层132由能够阳极化的金属如钛(Ti)，铝(Al)，或钌(Ru)构成。基层131和门电极的电子束阻挡层132同样可以由硅构成。

在发射器100中，基层131以均匀厚度形成，且电子束阻挡层132具有预定图案。由此基层131有被电子束阻挡层132盖住和未盖住的部分。也就是门电极130包括具有厚度的基层131和以预定图案制成具有不同厚度的电子束阻挡层132。

发射器100的电子发射特性通常对门电极130的厚度和材料特性非常敏感。特别当门电极130变厚通过门电极130的电子发射明显减少。门电极13的厚度与电子传导率之间的关系如图5所示。该曲线图由KuniyoshiYokoo等人的论文所公开(见J.Vac.Sci.Technol.B(真空科学与社会杂志)，Vol，12，No.2，Mar/Apr 1994)。

由图5的曲线图证明当门电极厚度增加时电子传导率会大幅下降。例如，如果由铝制成的门电极厚度由10纳米加倍到20纳米时，电子传导率由10^-4下降到10^-6，有100倍之差。当门电极曲硅(Si)制成时也具有同样特性。

回到图4，在发射器100中，当在硅基板110和门电极130之间施加门电压V_G时，根据对应门电极130厚度的电子发射特性，发射器100通过未被电子束阻挡层132盖住部分，也就是薄的部分的门电极130透射而发射电子束。但是，电子束几乎不能从门电极130的厚的部分，如从被电子束阻挡层132盖住的部分发射。由于增加在门电极130和要处理加倍150之间的电压VA，发射器100所发射的电子束被加速，直接碰撞到覆在要处理基板150表面上的电子保护层151上。由此保护层151也形成电子束阻挡层132一样的图案。在此处，由外部磁铁171和172在发射器100和要处理基板150之间产生磁场，用于集中电子束。

图6是根据本发明第二实施例中MIM型发射器的结构剖面图。参考图6，根据本发明的MIM型发射器200包括：一置于基板210上的下部电极215，置于下部电极215上的绝缘层220，置于绝缘层220上的门电极230。门电极230包括一置于绝缘层220上的基层231和一以预定图案在基层231上制成的电子束阻挡层232。这样，MIM型发射器200除了在基板210和绝缘层220之间有下部电极215外，其余都相同。由此，只对MIM型发射器的不同部分进行说明。

基板210可以使用硅基板。下部电极215有铝(Al)钕(Nd)合金形成。绝缘层220有具有均匀厚度的阳极化铝形成。

门电极230包括基层231和电子束阻挡层232，根据两层的不同材料及结构，与在MIS型发射器中的门电极130相同。由于MIM型发射器200的操作和效果与MIS型发射器100相同，省略对其的说明。

参考图7A-7H对图4所示MIS型发射器的制造方法进行说明。

首先，参见图7A，准备基板110，在基板110上形成绝缘层120。特别是，硅晶体可以用作基板110。在准备的基板110表面上经过热氧化处理形成厚度均匀的硅氧化层。该硅氧化层用作绝缘层120。

图7B示出在绝缘层120上形成基层131的状况。特别地，为形成基层131，利用真空蒸发或喷溅装置在所述绝缘层120上以预定厚度淀积常规金属如金(Au)，铂(Pt)，铝(Al)，钛(Ti)或钽(Ta)。

图7C表示基层131由电子束阻挡层132覆盖的状况。其中，利用真空蒸发或喷溅装置在基层131上淀积能够阳极化的金属，如钛(Ti)，铝(Al)，或钌(Ru)，以形成电子束阻挡层132。

图7D和图7E表示以所希望的形式形成电子束阻挡层132的方法。如图7D所示，要让电子束发射的一部分电子束阻挡层132由扫描探针显微镜(SPM)微影术进行阳极化。由此，如图7E所示，通过刻蚀将阳极化部分的电子束阻挡层132去掉。在此情况下，由于被阳极化的氧化层具有比未阳极化部分电子束阻挡层132高的刻蚀选择性，通过刻蚀，阳极化的氧化层很容易去掉。

在进行上述步骤后，如图7E所示，所示MIS型发射器100具有包括厚度均匀的基层131和所述形成图案的电子束阻挡层132组成的门电极130。

同时，图7F-7H表示以所希望的图案制成电子束阻挡层132的方法。首先，参考图7F，在如图7C所示电子束阻挡层132整个表面上覆以保护层R并形成所希望的图案。在此，可以用照相微影术或光微影术如EPL来完成保护层的制图，然后如图7G所示对电子束阻挡层132进行阳极化。此时，电子束阻挡层132露出部分被阳极化而被保护层R盖住部分则不被阳极化。然后通过刻蚀去掉电子束阻挡层被阳极化的部分，并清除保护层R。此时，保护层可以在刻蚀过程前或后清除。经过上述步骤，完成的MIS型发射器100如图7H所示。

图8A-8D是按步骤制造根据图4所示本发明第二实施例的MIS型发射器方法的剖面图。该实施例涉及到由硅制造门电极的状况。

参见图8A，准备基板110并在该基板110上形成绝缘层120。如以前实施例所示，硅晶体通过预定厚度处理后可用作基板110，且绝缘层120由氧化硅形成。利用化学蒸发淀积(CVD)以预定厚度在绝缘层120上淀积硅形成一第一硅层141。

然后，如图8B所示，第一硅层141整个表面上覆以保护层R并制成所希望的图案。在此，可以用照相微影术或光微影术如EPL来完成保护层的制图，然后如图8C所示，将保护层R用作刻蚀模具刻蚀去掉第一硅层141的露出部分，并去掉其余的保护层R。

图8D表示形成图案的第一硅层141已被第二硅层覆盖下的状态。特别地，利用化学蒸发淀积(CVD)以预定厚度在整个如图8C所示的制成的图案表面淀积硅形成第二硅层142，因此形成了包括制成图案的第一硅层141和淀积在第一硅层141上的第二硅层1组成的门电极140。由此门电极140在制成图案的每个部分具有不同的厚度。

与图4所示发射器100的结构相比，发射器100′具有包括直接淀积在绝缘层120和第一硅层141上的第二硅层1组成的门电极140，而这两层相当于图4所示发射器100的基层131；而淀积在第一硅层141上的第二硅层142相当于发射器100中的电子束阻挡层132。

图9A-9C是解释按步骤制造根据图6所示本发明一优选实施例的MIM型发射器200方法的剖面图。在本实施例中于前实施例中相同的制造步骤将被省略。

参考图9A，准备基板210并在该基板210上形成下部电极215。特别地，硅晶体通过预定厚度处理后可用作基板210。在基板210表面上以预定厚度淀积铝(Al)-钕(Nd)合金而形成下部电极215。结果，如图9B所示，能够阳极化的金属，如铝(Al)被淀积到下部电极215上并进行阳极化而形成氧化层如氧化铝。氧化铝用作绝缘层220。

下面，如图9C所示，门电极230包括在绝缘层22上形成的基层231和电子束阻挡层232，由此完成MIM型发射器200的制造。在此情况下，门电极230可以用于前例相同方法形成。也就是门电极230的基层231和电子束阻挡层232有导电金属和能阳极化金属过构成，以与图7B-7E所述步骤或图7B，7C，及图7F-7H所述步骤相同的方法形成门电极230。

同时，如门电极230由硅构成，可以用与图8A-8D所述方法形成。

如上所述，根据本发明的发射器具有一均匀厚度的绝缘层和一制成图案的门电极。与常规方法比较，在发射器绝缘层内能够提供均匀电场并提供简化的制造方法。

因此，本发明只是参考优选的实施例进行说明，应该需要明白的是，本领域普通技术人员在不违背本发明的精神和范围所作出的各种形式的变型都限定在所附的权利要求中。

Claims (23)

1.一用于电子束投影式微影术系统的发射器，其中包括：

一基板；

一覆盖在基板上的绝缘层；及

一门电极，包括一以均匀厚度形成在所述绝缘层上的基层和一以预定图案在所述基层上形成的电子束阻挡层。

2.如权利要求1所述发射器，其中所述绝缘层由硅氧化层形成。

3.如权利要求1所述发射器，在所述基板和所述绝缘层之间进一步还有一下部电极。

4.如权利要求3所述发射器，其中所述绝缘层由可阳极化的金属形成。

5.如权利要求1或3所述发射器，其中基层由导电金属形成，且电子束阻挡层由能够阳极化的金属形成。

6.如权利要求5所述发射器，其中所述基层是由如金，铂，铝，钛或钽一组中选出的金属形成。

7.如权利要求5所述发射器，其中电子束阻挡层是由如钛，铝，或钌一组中选出的金属形成。

8.如权利要求1或3所述发射器，其中门电极的基层和电子束阻挡层是由硅形成的。

9.一种制造用在电子束投影式微影系统的发射器的方法，其中包括以下步骤：

(a)准备一基板；

(b)在所述基板上形成绝缘层；

(c)以预定厚度在所述绝缘层上淀积导电金属而形成一所述门电极的基层；

(d)以预定厚度在所述基层淀积能够阳极化的金属而形成一所述门电极的电子束阻挡层；及

(e)通过阳极化处理在所述电子束阻挡层上形成预定的图案。

10.如权利要求9所述方法，其中所述基板是硅晶片。

11.如权利要求10所述方法，其中在所述硅晶片上通过热氧化形成的硅氧化层形成所述绝缘层。

12.如权利要求9所述方法，其中，在步骤(b)之前，还进一步包括在所述基板上形成下部电极。

13.如权利要求12所述方法，其中，在步骤(b)中，通过在所述下部电极淀积能够阳极化的金属并将该金属阳极化形成所述绝缘层。

14.如权利要求9所述方法，其中，在步骤(c)之前，导电金属是从如金，铂，铝，钛或钽一组中选择的。

15.如权利要求9所述方法，其中在步骤(d)之前，能够阳极化的金属是从如钛，铝，或钌一组中选出的。

16.如权利要求9所述方法，其中步骤(e)包括：

利用扫描探针显微镜(SPM)微影以预定图案对所述电子束阻挡层进行阳极化；及

利用刻蚀去掉所述电子束阻挡层的阳极化的部分。

17.如权利要求9所述方法，其中步骤(e)包括：

在所述电子束阻挡层表面涂覆保护层；以预定图案给保护层形成图案；

对被所述制成图案的保护层露出的所述电子束阻挡层部分进行阳极化；及

利用刻蚀将电子束阻挡层阳极化的部分去掉并清除所述保护层。

18.一种制造用在电子束投影式微影系统的发射器的方法，其中包括以下步骤：

(a)准备一基板；

(b)在所述基板上形成绝缘层；

(c)以均匀厚度在所述绝缘层上淀积第一硅层；

(d)以预定图案在所述第一硅层形成图案；及

(e)在所述绝缘层中通过步骤(d)露出的部分上和所述第一硅层上淀积一第二硅层，并由所述第一硅层和所述第二硅层构成一门电极。

19.如权利要求18所述方法，其中所述基板是一硅晶片。

20.如权利要求18所述方法，其中在所述硅晶片上通过热氧化形成的硅氧化层形成所述绝缘层。

21.如权利要求18所述方法，其中，在所述步骤(b)之前，进一步包括在所述基板上形成一下部电极。

22.如权利要求20所述方法，其中，在所述步骤(b)中，在所述下部电极淀积能够阳极化的金属并将该金属阳极化以便形成所述绝缘层。

23.如权利要求20所述方法，其中，在所述步骤(d)中，包括以下步骤：

在所述第一硅层表面涂覆保护层；

以预定图案对所述保护层形成图案；及

用所述保护层作为刻蚀掩模对所述第一硅层进行刻蚀。

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