PL233806B1 - Method for producing patterns in a Si<sub>x</sub>N layer by electron-beam lithography method - Google Patents
Method for producing patterns in a Si<sub>x</sub>N layer by electron-beam lithography method Download PDFInfo
- Publication number
- PL233806B1 PL233806B1 PL428894A PL42889419A PL233806B1 PL 233806 B1 PL233806 B1 PL 233806B1 PL 428894 A PL428894 A PL 428894A PL 42889419 A PL42889419 A PL 42889419A PL 233806 B1 PL233806 B1 PL 233806B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- layer
- sixn
- substrate
- electron beam
- illuminated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej, przeznaczonego do stosowania w technologii wytwarzania elementów nano- i mikroelektronicznych, optoelektronicznych, mikromechanicznych, czujników chemicznych czy biosensorów.The subject of the invention is a method of producing patterns in the SixN layer by electron lithography, intended for use in the technology of producing nano- and microelectronic, optoelectronic, micromechanical elements, chemical sensors or biosensors.
Sposób wykonania wzorów trójwymiarowych dla technologii przyrządów półprzewodnikowych znany z polskiego opisu patentowego nr PL222706, polega na tym, że najpierw podłoże pokrywa się warstwą nietransparentną dla promieniowania UV, następnie w warstwie znanymi technikami wykonuje się otwór o zadanych wymiarach i kształcie, po czym osadza się warstwę transparentną dla promieniowania UV i warstwę tę pokrywa się warstwą fotorezystu, w której nad otworem wykonuje się, drugi otwór o większych wymiarach przekroju poprzecznego, po czym otwór przenosi się do warstwy transparentnej dla promieniowania UV.The method of making three-dimensional patterns for the technology of semiconductor devices, known from the Polish patent description No. PL222706, consists in the fact that first the substrate is covered with a layer not transparent to UV radiation, then a hole of the given dimensions and shape is made in the layer using known techniques, and then the layer is deposited. transparent to UV radiation and this layer is covered with a photoresist layer in which a second opening with larger cross-sectional dimensions is made above the opening, then the opening is transferred to the layer transparent for UV radiation.
Sposób wytwarzania submikronowych struktur krzemkowych na krzemie za pomocą litografii znany z opisu patentowego USA nr US5918143, obejmuje etap osadzania na podłożu warstwy metalu zdolnej do reagowania z materiałem półprzewodnikowym w celu utworzenia odpornego na trawienie związku metalu/półprzewodnika i etap wytwarzania skupionej wiązki elektronowej. Skupiona wiązka elektronowa jest kierowana na warstwę metalu, aby miejscowo ogrzać metal i materiał półprzewodnikowy i spowodować wzajemną dyfuzję metalu i materiału półprzewodnikowego, tworząc odporny na trawienie związek metal/półprzewodnik. Skupiona wiązka elektronów jest przemieszczana po warstwie metalu, aby utworzyć strukturę odpornego na trawienie związku metalu/półprzewodnika. Na koniec warstwę metalu trawi się na mokro, pozostawiając na podłożu tylko strukturę związku metal/półprzewodnik. Po mokrym trawieniu warstwy metalu można przeprowadzić trawienie w plazmie tlenowej, w celu usunięcia osadu węglowego utworzonego na powierzchni struktury, odpornego na trawienie związku metalu/półprzewodnika. Jako półprzewodniki stosuje się krzemki wykorzystujące krzem lub arsenek galu i metale takie jak: Co, Cr, Hf, Ir, Mn, Ni, Pt, Pd, Rh, Ta, Ti, W, Zr. Metoda ta została opisana w zgłoszeniu patentowym CA2197400. Obszar podłoża, który nie został naświetlony, usuwany jest w procesie mokrego trawienia.The method for producing submicron silicon on silicon structures by lithography known from US Patent No. US5918143 includes the step of depositing on a substrate a metal layer capable of reacting with a semiconductor material to form an etch-resistant metal / semiconductor compound and the step of producing a focused electron beam. The focused electron beam is directed onto the metal layer to locally heat the metal and semiconductor material and cause the metal and semiconductor material to diffuse together to form an etch-resistant metal / semiconductor compound. The focused electron beam is moved across the metal layer to form an etch-resistant metal / semiconductor structure. Finally, the metal layer is wet etched leaving only the metal / semiconductor compound structure on the substrate. After wet etching of the metal layer, oxygen plasma etching may be performed to remove the carbon deposit formed on the surface of the structure of the etch-resistant metal / semiconductor compound. As semiconductors, silicides using silicon or gallium arsenide and metals such as Co, Cr, Hf, Ir, Mn, Ni, Pt, Pd, Rh, Ta, Ti, W, Zr are used. This method is described in the patent application CA2197400. The area of the substrate that has not been exposed to light is removed by the wet etching process.
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwach SiO2 przy użyciu wiązki elektronowej bez wykorzystania rezystów, znany z publikacji Solid-State Electronics, 11, str. 261-266 (1968), polega na lokalnym wzroście pozornej gęstości warstwy SiO2, osadzonej metodą termiczną, poddanej ekspozycji wiązką elektronową o energii z zakresu 1 keV - 15 keV, w wyniku której uzyskano trzykrotną różnicę w prędkości trawienia materiału w roztworze: (15:10:300 49% HF:70% HNO3H2O). Modyfikację przytoczonej metody stanowi sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwach SiO2, osadzanych metodą termiczną, przy użyciu wiązki elektronowej bez wykorzystania rezystów, w zakresie energii wiązki elektronowej 100 keV - 350 keV oraz wykorzystania roztworów trawiących w postaci (5:20 KOH:H2O) i BHF opisanego w Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena 10 (6) str. 2855-2859 (1992). Kolejną modyfikacją wcześniej przytoczonych metod jest zastosowanie SiO2, wytworzonego metodą RPECVD, opisaną w Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 10, str. 965-969 (1992).The method of direct production of patterns in SiO2 layers using an electron beam without the use of resistors, known from the publication of Solid-State Electronics, 11, pp. 261-266 (1968), consists in a local increase in the apparent density of the SiO2 layer, deposited with the thermal method and exposed to the beam electron with an energy in the range of 1 keV - 15 keV, which resulted in a threefold difference in the etching speed of the material in the solution: (15: 10: 300 49% HF: 70% HNO3H2O). The modification of the cited method is a method of direct production of patterns in SiO2 layers, deposited by a thermal method, using an electron beam without the use of resistors, in the range of the electron beam energy of 100 keV - 350 keV, and the use of etching solutions in the form of (5:20 KOH: H2O) and BHF described in Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena 10 (6) pp. 2855-2859 (1992). Another modification of the previously cited methods is the use of SiO2, produced by the RPECVD method, described in Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films 10, pp. 965-969 (1992).
Znane jest bezpośrednie wytwarzanie wzorów metodą litografii elektronowej w halogenkach metali, w szczególności we fluorkach takich jak AIF3, FeF2, CsF, LaF3, BaF2, SrF2, czy CrF2 opisanych szeroko w Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics Processing and Phenomena 5, str. 369-373 (1987). Metoda według wynalazku podlega na ekspozycji wiązką elektronową napięciem przyspieszającym wiązkę elektronową o dużej wartości, np. 100 kV, wyżej wymienionych warstw, w celu lokalnego odparowania fluorków metali z warstwy i w zależności od wykorzystanego materiału, również dyfuzji metalu do materiału podłoża. Następnie podłoże z warstwą jest zanurzane w wodzie lub kwasie octowym z wodą w stosunku 1:3, w celu wywołania wytworzonego wzoru. Opisana metoda pozwala na wytworzenie wzorów pozytywowych i negatywowych.Direct generation of patterns by electron lithography in metal halides is known, in particular in fluorides such as AIF3, FeF2, CsF, LaF3, BaF2, SrF2, or CrF2 described widely in Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics Processing and Phenomena 5, pp. 369-373 (1987). The method according to the invention is subjected to exposure with an electron beam to a high electron beam accelerating voltage, e.g. 100 kV, of the above-mentioned layers in order to locally evaporate metal fluorides from the layer and, depending on the material used, also to diffuse the metal into the base material. Then the substrate with the layer is immersed in water or acetic acid with water in a ratio of 1: 3 to develop the pattern produced. The described method allows for the production of positive and negative patterns.
Powszechnie znany ze stosowania sposób wytwarzania wzorów w warstwach azotku krzemu polega na wykorzystaniu warstwy rezystu, który jest naniesiony na uprzednio wytworzoną warstwę SixN na dowolnym podłożu planarnym. Zdefiniowany za pomocą różnych technik litograficznych wzór w rezyście wykorzystuje się jako maskę do selektywnego trawienia Si xN za pomocą: procesu suchego trawienia (RIE) w plazmie chlorowej czy fluorowej lub mokrego trawienia w roztworach HF, BHF, H3PO4, KOH, NaOH i innych. Następnie rezyst jest usuwany w specjalnych rozpuszczalnikach organicznych, pozostawiając selektywnie wytrawioną warstwę SixN. Tak przygotowana warstwa SixN możeA commonly known method of producing patterns in silicon nitride layers consists in using a resist layer that is applied to a previously produced SixN layer on any planar substrate. The formula in the resist, defined by various lithographic techniques, is used as a mask for selective Si xN etching by means of: dry etching (RIE) in chlorine or fluorine plasma or wet etching in HF, BHF, H3PO4, KOH, NaOH and others solutions. The resist is then removed in special organic solvents, leaving a selectively etched SixN layer. A SixN layer prepared in this way can
PL 233 806 B1 być następnie wykorzystana jako tzw. „twarda” maska do trawienia innych materiałów, znajdujących się pod SixN, w procesie RIE. W takim wypadku maskę SixN usuwa się po przeprowadzonych procesach technologicznych. SixN może też stanowić integralną część wytwarzanego przyrządu, np. w konstrukcji tranzystorów MOS lub jako warstwa, w której wytwarzany jest kryształ fotoniczny. W takim przypadku, warstwa SixN nie jest usuwana z podłoża po procesie selektywnego trawienia.PL 233 806 B1 can then be used as the so-called "Hard" mask for etching other materials under SixN in the RIE process. In this case, the SixN mask is removed after the technological processes carried out. SixN can also be an integral part of the manufactured device, e.g. in the construction of MOS transistors or as a layer in which the photonic crystal is produced. In this case, the SixN layer is not removed from the substrate after a selective etching process.
Istota sposobu według wynalazku, polega na tym, że naniesioną submikrometrową lub nanometrową warstwę SixN oświetla się wiązką elektronową o napięciu przyspieszającym nie większym niż 7 kV, wartością prądu wiązki elektronowej nie mniejszej niż 0,5 nA i dozą ładunku elektrycznego od 250 gC/cm2 do 1 000 000 gC/cm2, przy czym wiązkę elektronową prowadzi się po powierzchni warstwy SixN w obszarze wytwarzanego wzoru, po czym trawi się warstwę SixN, a trawienie przerywa się przy użyciu wody dejonizowanej.The essence of the method according to the invention consists in the fact that the applied submicrometer or nanometer SixN layer is illuminated with an electron beam with an accelerating voltage of no more than 7 kV, an electron beam current value of no less than 0.5 nA and an electric charge dose from 250 gC / cm 2 to 1,000,000 gC / cm 2 , whereby an electron beam is guided over the surface of the SixN layer in the area of the pattern to be produced, then the SixN layer is etched, and the etching is terminated with deionized water.
Korzystnie, powierzchnię warstwy SixN w obszarze wytwarzanego wzoru negatywowego oświetla się dozą wiązki elektronowej o wartości poniżej 680 gC/cm2 dla szybkości trawienia w 7% roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF 19 nm/min, zaś dozą powyżej 100 000 gC/cm2 dla szybkości trawienia w 7% BHF poniżej 20 nm/min do praktycznej odporności na trawienie.Preferably, the surface layer SixN areas produced a negative pattern is illuminated dose of the electron beam with a value of less than 680 gC / cm 2 for the etching rate of 7% solution of buffered hydrofluoric acid BHF 19 nm / min, and the degree of over 100 000 GC / cm 2 for a rate of etching in 7% BHF below 20 nm / min for practical digestion resistance.
Korzystnie, powierzchnię warstwy SixN w obszarze wytwarzanego wzoru pozytywowego oświetla się dozą wiązki elektronowej o wartości w zakresie od 680 gC/cm2 do 100 000 gC/cm2 dla szybkości trawienia w 7% roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF od 20 nm/min do 25 nm/min.Preferably, the surface of the SixN layer in the area of the positive pattern generated is illuminated with an electron beam dose ranging from 680 gC / cm 2 to 100,000 gC / cm 2 for an etching rate in 7% buffered BHF hydrofluoric acid solution from 20 nm / min to 25 nm / min.
Korzystnie, warstwę SixN trawi się w roztworze wybranym z grupy: buforowany kwas fluorowodorowy BHF, fluorek amonu NH4F i wodorofluorek amonu NH4HF2.Preferably, the SixN layer is digested in a solution selected from the group: buffered hydrofluoric acid BHF, ammonium fluoride NH4F and ammonium hydrofluoride NH4HF2.
Korzystnie, oświetla się warstwę SixN naniesioną na podłoże wybrane z grupy: podłoże Si, podłoże AI2O3, podłoże GaN, podłoże GaAs, podłoże InP, podłoże SiC, podłoże diamentowe lub podłoża pokryte warstwą metaliczną.Preferably, a SixN layer applied to a substrate selected from the group of: Si substrate, Al2O3 substrate, GaN substrate, GaAs substrate, InP substrate, SiC substrate, diamond substrate or metal coated substrates is illuminated.
Korzystnie, warstwę SixN oświetla się, tak że warstwa SixN absorbuje energię w zakresie od 30% do 90% wartości stosowanej energii wiązki elektronowej, przy czym absorpcja zachodzi w zdefiniowanej grubości warstwy SixN.Preferably, the SixN layer is illuminated such that the SixN layer absorbs energy in the range of 30% to 90% of the value of the electron beam energy used, the absorption taking place in the defined thickness of the SixN layer.
Sposób wytwarzania wzorów w warstwie SixN według wynalazku pozwala na wytwarzanie wzorów o nanometrowej rozdzielczości, którą potwierdzono eksperymentalnie za pomocą obrazów z mikroskopu sił atomowych. Zaletą jest prostota procesu wytwarzania warstw, polegająca na wykluczeniu etapu związanego z wykorzystaniem polimerów, tj. ich nakładania, ekspozycji, wywoływania, wielokrotnego wygrzewania, suszenia oraz usuwania, przez co ogranicza się zanieczyszczenia resztkowe po procesach litograficznych. Wzory wytwarza się bezpośrednio w dedykowanej warstwie SixN. Ponadto warstwy SixN charakteryzują się dużą czułością na trawienie mokre w dedykowanym kwasie, mające miejsce po procesie ekspozycji skupioną wiązką elektronową, które zależne jest od czasu trwania i temperatury wygrzewania warstw SixN. Sposób pozwala na bezpośrednie wytwarzanie wzorów w warstwach SixN azotku krzemu i polega na wykorzystaniu litografii elektronowej do ekspozycji warstwy SixN. W trakcie ekspozycji z wykorzystaniem wiązki elektronowej, w warstwie SixN osadzonej na dowolne podłoże nośne, dochodzi do lokalnej zmiany właściwości materiałowych warstwy SixN, mających wymierny wpływ na uzyskanie różnych szybkości trawienia w roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF, fluorku amonu NH4F czy w wodorofluorku amonu NH4HF2. W zależności od uzyskanej absorbcji energii w warstwie SixN, spowodowanej ekspozycją przy użyciu wiązki elektronowej, warstwa SixN może pracować jako materiał elektronoczuły o tonie pozytywowym lub tonie negatywowym.The method of producing patterns in the SixN layer according to the invention allows for the production of patterns with nanometer resolution, which was confirmed experimentally by means of images from an atomic force microscope. The advantage is the simplicity of the layer production process, consisting in the exclusion of the stage related to the use of polymers, i.e. their application, exposure, development, repeated annealing, drying and removal, which reduces the residual contamination after lithographic processes. Patterns are produced directly in the dedicated SixN layer. In addition, SixN layers are characterized by high sensitivity to wet etching in a dedicated acid, after the exposure process with a focused electron beam, which depends on the duration and temperature of annealing the SixN layers. The method allows for the direct production of patterns in SixN silicon nitride layers and consists in using electron lithography to expose the SixN layer. During exposure with the use of an electron beam, in the SixN layer deposited on any carrier substrate, a local change in the material properties of the SixN layer occurs, having a measurable impact on obtaining different etching rates in a solution of buffered hydrofluoric acid BHF, ammonium fluoride NH4F or ammonium hydrofluoride NH4HF2. Depending on the obtained energy absorption in the SixN layer, caused by exposure with an electron beam, the SixN layer can work as an electron-sensitive material with a positive tone or a negative tone.
Przedmiot wynalazku objaśniony jest na przykładach wykonania i uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podłoże z naniesioną warstwą SixN, fig. 2 - warstwę SixN po ekspozycji wiązką elektronową, fig. 3 - warstwę SixN po trawieniu, fig. 4 - wykres pomiaru wysokości wzoru w warstwie SixN w funkcji dozy ekspozycji, a fig. 5 - mapa powierzchni wytworzonych wzorów w warstwie SixN z mikroskopu sił atomowych.The subject matter of the invention is explained on the basis of exemplary embodiments and shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a substrate with a SixN layer applied, Fig. 2 - SixN layer after exposure to an electron beam, Fig. 3 - SixN layer after etching, Fig. 4 - measurement graph the height of the pattern in the SixN layer as a function of the exposure dose, and Fig. 5 - a map of the surface of the generated patterns in the SixN layer from the atomic force microscope.
P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej polega na tym, że na krzemowe Si podłoże 1 osadza się metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmowym (PECVD) warstwę SixN o grubości 100 nm, po czym naniesioną warstwę SixN 2 oświetla się w ultrawysokiej próżni z wykorzystaniem napięcia przyspieszającego wiązkę EHT równą 4 kV, prądzie wiązki elektronowej 1 nA i zagęszczeniem punktów ekspozycji równym 0,016 gm. Wiązkę elektronową prowadzi się po powierzchni warstwy SixN 2 w obszarze wytwaThe method of directly producing patterns in the SixN layer by electron lithography is based on the fact that a layer of SixN with a thickness of 100 nm is deposited on the silicon Si substrate 1 by means of chemical vapor deposition with plasma aid (PECVD), and then the deposited SixN layer 2 is illuminated in ultrahigh vacuum using the EHT beam accelerating voltage equal to 4 kV, the electron beam current of 1 nA and the exposure point density equal to 0.016 gm. The electron beam is guided over the surface of the SixN 2 layer in the fabrication region
PL 233 806 B1 rżanego wzoru, a doza pozwalająca na uzyskanie wzorów pozytywowych 3b wynosi 25 000 LC/cm2. Pozwala to na absorpcję energii wiązki pierwotnej w 70% jej wartości w warstwie SixN 2. Naświetloną warstwę SixN 2 trawi się w 7% roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego (BHF) w temperaturze pokojowej przez 90 s. Trawienie przerywa się wodą dejonizowaną. Głębokość uzyskanych wzorów pozytywowych 3b w SixN wynosi 6 nm.The ratio of the positive pattern 3b is 25,000 LC / cm 2 . This allows 70% of the primary beam energy to be absorbed in the SixN 2 layer. The irradiated SixN layer 2 is etched in a 7% buffered hydrofluoric acid (BHF) solution at room temperature for 90 s. The etching is terminated with deionized water. The depth of the obtained positive patterns 3b in SixN is 6 nm.
P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej na podłoże 1 wykonane z azotku galu GaN w obszarze wytwarzanego wzoru negatywowego 3a, 3c oświetla się wiązką elektronową o napięciu przyspieszającym 7 kV, wartością prądu wiązki elektronowej 1 nA i dozą ładunku elektrycznego 250 LC/cm2, przy czym warstwa SixN 2 absorbuje 30% energii wiązki elektronowej. Ponadto szybkość trawienia w roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF wynosi 20 nm/min.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 deposited on the substrate 1 made of GaN gallium nitride in the area of the generated negative pattern 3a, 3c is illuminated by an electron beam with an accelerating voltage 7 kV, electron beam current value 1 nA and an electric charge dose of 250 LC / cm 2 , the SixN layer 2 absorbing 30% of the electron beam energy. In addition, the etching rate in BHF buffered hydrofluoric acid solution is 20 nm / min.
P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej na podłoże 1 diamentowe, w obszarze wytwarzanego wzoru negatywowego 3a, 3c oświetla się wiązką elektronową o napięciu przyspieszającym 6 kV, wartością prądu wiązki elektronowej 0,7 nA i dozą ładunku elektrycznego 1 000 000 LC/cm2, przy czym warstwa SixN 2 absorbuje 30% energii wiązki elektronowej. Ponadto szybkość trawienia w roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF wynosi ok. 4 nm/min.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 applied on the diamond substrate 1 in the area of the generated negative pattern 3a, 3c is illuminated by an electron beam with an accelerating voltage of 6 kV, with the value electron beam current of 0.7 nA and an electric charge dose of 1,000,000 LC / cm 2 , the SixN layer 2 absorbing 30% of the electron beam energy. In addition, the etching rate in BHF buffered hydrofluoric acid is approx. 4 nm / min.
P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej na podłoże 1 wykonane z arsenku galu GaAs w obszarze wytwarzanego wzoru negatywowego 3a, 3c oświetla się dozą wiązki elektronowej o wartości 680 LC/cm2, przy czym szybkość trawienia w roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF wynosi 20 nm/min. Pozwala to na absorpcję energii wiązki pierwotnej w wysokości 72% jej wartości.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 applied on the substrate 1 made of GaAs gallium arsenide in the area of the generated negative pattern 3a, 3c is illuminated with an electron beam dose of 680 LC / cm 2 , the digestion rate in BHF buffered hydrofluoric acid solution is 20 nm / min. This allows the absorption of the primary beam energy in the amount of 72% of its value.
P r z y k ł a d 5P r z k ł a d 5
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym albo trzecim, z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej na podłoże 1 wykonane z fosforku indu InP w obszarze wytwarzanego wzoru negatywowego 3a, 3c oświetla się dozą 110 000 LC/cm2, przy czym szybkość trawienia w roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF wynosi 18 nm/min dla EHT = 4 kV i 19 nm/min dla EHT = 6 kV.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first or third example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 applied to the substrate 1 made of indium phosphide InP in the area of the generated negative pattern 3a, 3c is illuminated with a dose of 110,000 LC / cm 2 , the etching rate in BHF buffered hydrofluoric acid solution is 18 nm / min for EHT = 4 kV and 19 nm / min for EHT = 6 kV.
P r z y k ł a d 6P r z k ł a d 6
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej na podłoże 1 wykonane z węglika krzemu SiC metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmowym (PECVD) oświetla się pozwalającą na uzyskanie wzorów negatywowych 3a, 3c dozą wiązki elektronowej o wartości 500 000 LC/cm2. Głębokość uzyskanych wzorów pozytywowych 3b w SixN wynosi 16 nm.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 applied on the substrate 1 made of silicon carbide SiC by chemical vapor deposition with plasma assisted (PECVD) is illuminated to allow for obtaining the negative patterns 3a, 3c with an electron beam dose of 500,000 LC / cm 2 . The depth of the obtained positive patterns 3b in SixN is 16 nm.
P r z y k ł a d 7P r z k ł a d 7
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej na podłoże 1 pokryte warstwą metaliczną oświetla się pozwalającą na uzyskanie wzorów negatywowych 3a, 3c dozą wiązki elektronowej o wartości 250 LC/cm2. Wysokość uzyskanych wzorów negatywowych 3a, 3c w SixN wynosi około 1 nm.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 applied on the substrate 1 covered with a metallic layer is illuminated with a way to obtain negative patterns 3a, 3c with an electron beam dose of 250 LC / cm 2 . The height of the obtained negative patterns 3a, 3c in SixN is about 1 nm.
P r z y k ł a d 8P r z k ł a d 8
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 naniesionej metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmowym (PECVD), o grubości 100 nm oświetla się pozwalającą na uzyskanie wzorów negatywowych 3a, 3c dozą wiązki elektronowej o wartości 494 250 LC/cm2 na podłożu AI2O3.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 applied by chemical vapor deposition with plasma assisted (PECVD), 100 nm thick, is illuminated to obtain negative patterns 3a , 3c with an electron beam dose of 494 250 LC / cm 2 on the Al2O3 substrate.
P r z y k ł a d 9P r z k ł a d 9
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 oświetla sięThe method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 is illuminated
PL 233 806 B1 wiązką elektronową EHT o napięciu przyspieszającym 3 kV i dozą wiązki elektronowej o wartości 25 900 gC/cm2 pozwalającą na wytworzenie wzorów pozytywowych 3b. Pozwala to na absorpcję energii wiązki pierwotnej w wysokości 90% jej wartości.With an electron beam EHT with an accelerating voltage of 3 kV and an electron beam dose of 25,900 gC / cm 2 allowing for the generation of positive patterns 3b. This allows the absorption of the primary beam energy in the amount of 90% of its value.
P r z y k ł a d 10P r z k ł a d 10
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 oświetla się wiązką elektronową EHT o napięciu przyspieszającym 5 kV i dozą wiązki elektronowej o wartości 28 800 gC/cm2. Pozwala to na absorpcję energii wiązki pierwotnej w wysokości 50% jej wartości.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN layer 2 is illuminated with an EHT electron beam with an accelerating voltage of 5 kV and an electron beam dose of 28,800 gC / cm 2 . This allows the absorption of the primary beam energy in the amount of 50% of its value.
P r z y k ł a d 11P r x l a d 11
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 oświetla się wiązką elektronową EHT o napięciu przyspieszającym 6 kV i dozą wiązki elektronowej o wartości 34 000 gC/cm2. Pozwala to na absorpcję energii wiązki pierwotnej w wysokości 35% jej wartości.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN 2 layer is illuminated with an EHT electron beam with an accelerating voltage of 6 kV and an electron beam dose of 34,000 gC / cm 2 . This allows the absorption of the primary beam energy in the amount of 35% of its value.
P r z y k ł a d 12P r z k ł a d 12
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 oświetla się wiązką elektronową EHT o napięciu przyspieszającym 2 kV i dozą wiązki elektronowej o wartości 39 000 gC/cm2. Pozwala to na absorpcję energii wiązki pierwotnej w wysokości 90% jej wartości, a definiowany obszar penetracji warstwy SiN wynosi w tym wypadku 50% grubości warstwy.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN 2 layer is illuminated with an EHT electron beam with an accelerating voltage of 2 kV and an electron beam dose of 39,000 gC / cm 2 . This allows the absorption of the primary beam energy in the amount of 90% of its value, and the defined penetration area of the SiN layer is in this case 50% of the layer thickness.
P r z y k ł a d 13P r z l a d 13
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że powierzchnię warstwy SixN 2 o grubości 50 nm, w ultrawysokiej próżni oświetla się wiązką elektronową EHT o napięciu przyspieszającym 3 kV i dozą wiązki elektronowej o wartości 20 200 gC/cm2. Zdefiniowany obszar penetracji warstwy SiN wynosi w tym wypadku 100% grubości warstwy.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first example, with the difference that the surface of the SixN 2 layer with a thickness of 50 nm, in ultra-high vacuum, is illuminated with an EHT electron beam with an accelerating voltage of 3 kV and an electron beam dose of 20 200 gC / cm 2 . The defined area of penetration of the SiN layer is in this case 100% of the layer thickness.
P r z y k ł a d 14P r z k ł a d 14
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie od pierwszego do piątego z tą różnicą, że naświetloną warstwę SixN 2 trawi się w 7% roztworze fluorku amonu NH4F.The method of direct production of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first to fifth examples, with the difference that the irradiated SixN layer 2 is etched in a 7% NH4F ammonium fluoride solution.
P r z y k ł a d 15P r z k ł a d 15
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN metodą litografii elektronowej przebiega jak w przykładzie od pierwszego do piątego z tą różnicą, że naświetloną warstwę SixN 2 trawi się w 7% roztworze wodorofluorku amonu NH4HF2.The method of direct generation of patterns in the SixN layer by electron lithography is as in the first to fifth examples, with the difference that the irradiated SixN layer 2 is etched in a 7% NH4HF2 ammonium hydrofluoride solution.
Sposób bezpośredniego wytwarzania wzorów w warstwie SixN wyjaśniono w kolejnych etapach. W pierwszym etapie wytwarza się układ litograficzny składający się z podłoża 1, na które osadza się warstwę SixN 2 (fig. 1). W drugim etapie warstwę SixN 2 poddaje się ekspozycji wiązką elektronową, w obszarach wytwarzanego wzoru 3a, 3b i 3c (fig. 2), przy czym wykonano trzy obszary, poddane różnym charakterystycznym wartościom doz wiązki elektronowej, pozwalającym na uzyskanie, w obszarach wytwarzanego wzoru 3a, 3b, 3c wzoru negatywowego 3a, 3c i w obszarze wytwarzanego wzoru 3a, 3b, 3c wzoru pozytywowego 3b. W trzecim etapie trawi się warstwę SixN 2 w roztworze buforowanego kwasu fluorowodorowego BHF, w wyniku czego wytwarza się struktury o różnej wysokości 4 (fig. 3), na jednym podłożu 1 z wykorzystaniem różnych szybkości trawienia warstwy SixN 2 w roztworze BHF. Przeprowadzone badania wysokości wzorów w warstwie SixN 2 w funkcji zastosowanej dozy wiązki elektronowej w trakcie oświetlania wiązką elektronową, dla różnych wartości napięcia przyspieszającego wiązki elektronowej, wyraźnie wskazują na pracę w tonie: negatywowym obszarów i pozytywowym obszaru trawionej warstwy SixN 2. Przejście w tryb pracy azotku krzemu w ton negatywowy i w ton pozytywowy definiuje wartość absorbcji energii w warstwie SixN 2 (fig. 4). Nanometrową rozdzielczość wytworzonych wzorów w warstwie SixN 2 potwierdza mapa powierzchni wytworzonych struktur, wykonana z wykorzystaniem mikroskopu sił atomowych (fig. 5).The method of directly producing patterns in the SixN layer is explained in the next steps. In the first step, a lithographic system is produced consisting of the substrate 1 on which the SixN layer 2 is deposited (Fig. 1). In the second stage, the SixN layer 2 is exposed to an electron beam in the areas of the pattern 3a, 3b and 3c (Fig. 2), whereby three areas were made, subjected to different characteristic electron beam dose values, allowing to obtain, in the areas of the pattern 3a generated, , 3b, 3c of the negative pattern 3a, 3c and in the area of the generated pattern 3a, 3b, 3c of the positive pattern 3b. In the third step, the SixN layer 2 is etched in a buffered hydrofluoric acid solution BHF, resulting in the production of structures of different height 4 (Fig. 3) on one substrate 1 using different etching rates of the SixN layer 2 in the BHF solution. The studies of the height of the patterns in the SixN 2 layer as a function of the electron beam dose applied during illumination with the electron beam, for different values of the electron beam accelerating voltage, clearly indicate work in the following tone: negative areas and positive areas of the etched layer SixN 2. Switching to the nitride operating mode silicon in negative tone and in positive tone define the value of the energy absorption in the SixN layer 2 (Fig. 4). The nanometer resolution of the patterns produced in the SixN 2 layer is confirmed by the surface map of the produced structures, made with the use of an atomic force microscope (Fig. 5).
Zastrzeżenia patentowePatent claims
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428894A PL233806B1 (en) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | Method for producing patterns in a Si<sub>x</sub>N layer by electron-beam lithography method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428894A PL233806B1 (en) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | Method for producing patterns in a Si<sub>x</sub>N layer by electron-beam lithography method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL428894A1 PL428894A1 (en) | 2019-07-29 |
| PL233806B1 true PL233806B1 (en) | 2019-11-29 |
Family
ID=67384423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL428894A PL233806B1 (en) | 2019-02-13 | 2019-02-13 | Method for producing patterns in a Si<sub>x</sub>N layer by electron-beam lithography method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL233806B1 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4028647C2 (en) * | 1989-09-09 | 1997-02-06 | Fraunhofer Ges Forschung | Procedure for copying shadow masks |
| WO2008075599A1 (en) * | 2006-12-18 | 2008-06-26 | Tokyo Electron Limited | Electron lithography method |
-
2019
- 2019-02-13 PL PL428894A patent/PL233806B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL428894A1 (en) | 2019-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lercel et al. | Self‐assembled monolayer electron‐beam resists on GaAs and SiO2 | |
| US10571803B2 (en) | Sequential infiltration synthesis for enhancing multiple-patterning lithography | |
| KR102532238B1 (en) | A patterning approach to improve EUV resist and hard mask selectivity | |
| JP2553078B2 (en) | Mask formation method | |
| US4919749A (en) | Method for making high resolution silicon shadow masks | |
| TWI313394B (en) | Method for photomask plasma etching using a protected mask | |
| US8084365B2 (en) | Method of manufacturing a nano structure by etching, using a substrate containing silicon | |
| JP2006209126A (en) | Method for etching molybdenum layer suitable for photomask fabrication | |
| Tiron et al. | Pattern density multiplication by direct self assembly of block copolymers: toward 300mm CMOS requirements | |
| US7144680B2 (en) | Electron beam lithography method using new material | |
| CA1241863A (en) | Lithographic process for producing devices | |
| TWI246714B (en) | Resistless lithography method for fabricating fine structures | |
| US6855646B2 (en) | Plasma polymerized electron beam resist | |
| PL233806B1 (en) | Method for producing patterns in a Si<sub>x</sub>N layer by electron-beam lithography method | |
| TW200401946A (en) | Process for etching photomasks | |
| Hilleringmann | Silicon Semiconductor Technology: Processing and Integration of Microelectronic Devices | |
| US20090302000A1 (en) | Pattern forming method | |
| Alyobi et al. | Electron beam lithography and plasma etching to fabricate supports for studying nanomaterials | |
| KR101094953B1 (en) | Method of forming fine pattern of semiconductor device | |
| EP0268595B1 (en) | Pattern transfer process for fabricating integrated-circuit devices | |
| Sheu et al. | Fabrication of intermediate mask for deep x-ray lithography | |
| KR100596606B1 (en) | Method of forming a fine pattern, and method of manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device having a fine pattern | |
| US20030118948A1 (en) | Method of etching semiconductor material to achieve structure suitable for optics | |
| KR0131729B1 (en) | Method for forming metal connection layer | |
| Suzuki et al. | Half Micron Cmos Device Fabrication Using Hybrid Lithography With X-Ray And Optical Steppers |