專利名稱：一種用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光刻工藝中使用的光刻掩膜材料，特別是涉及一種在光刻工藝中使用 的無機(jī)熱阻薄膜材料及制備方法。
背景技術(shù)：
目前，微納米加工技術(shù)在大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而 把一個(gè)設(shè)計(jì)掩模的圖形轉(zhuǎn)移到基片上，其主要過程包括晶圓表面處理、涂膠、前烘、曝光、 后烘、顯影、清除殘膠、堅(jiān)膜、圖形轉(zhuǎn)移、去膠等過程。在現(xiàn)行的曝光過程中主要采用有機(jī) 光刻膠，即一大類具有光敏化學(xué)作用的高分子聚合物材料作抗蝕劑。曝光時(shí)，有機(jī)光刻膠吸 收光子能量，高分子鏈長發(fā)生改變，導(dǎo)致曝光部分和未曝光部分對于一定的腐蝕劑表現(xiàn)出不 同的抗腐蝕性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)選擇性的刻蝕。隨著大規(guī)模集成電路加工和半導(dǎo)體器件制造行業(yè) 對微納米器件尺寸的縮小提出更高的要求，有機(jī)光刻膠曝露出以下缺點(diǎn)
1. 有機(jī)光刻膠對曝光光源的波長高度敏感，隨著微納米器件的特征尺度進(jìn)一步減小， 曝光光源的波長向短波長方向移動(dòng)，對應(yīng)的有機(jī)光刻膠結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，開發(fā)越來 越困難。
2. 有機(jī)光刻膠在微納米加工過程中易于造成污染，相關(guān)的清洗過程耗時(shí)、耗材、費(fèi)力， 而且容易造成加工器件的缺陷。
3. 為了減少加工過程中帶來的污染，減少加工成品中的缺陷，現(xiàn)有的微納米加工技術(shù)
朝干法流程發(fā)展，而目前與有機(jī)光刻膠相關(guān)的濕法流程不符合這一趨勢。
4. 有機(jī)光刻膠的曝光過程具有能量等易性，即多次低能量曝光的效果等同于一次總等 同能量曝光的效果，再加上光的高斯分布因素，不利于減小曝光圖形的鄰近效應(yīng)， 提高曝光圖形的分辨率。
相對于有機(jī)光刻膠，無機(jī)熱阻膜例如文獻(xiàn)1: G. H. Chapman, Patent No.: US 6641978 Bl 所介紹的，該無機(jī)熱阻膜采用兩層金屬薄膜，即為M/N，它體現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)
1.由于無機(jī)熱阻膜都是在熱作用下溫度升高至轉(zhuǎn)變溫度后才發(fā)生光學(xué)性質(zhì)和k刻蝕性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，所以無機(jī)熱阻膜對曝光光源波長的敏感性降低。
2. 無機(jī)熱阻膜能通過等離子濺射、磁控濺射、直流濺射、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉 積等干法過程制備，而且曝光后可采用干濕法聯(lián)合過程進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)整個(gè)微納米 加工工序的干法化，減少加工過程中的污染，減小加工成品的缺陷率。
3. 采用無機(jī)熱阻膜可用于全干法加工，或可減少濕法加工過程，有利于節(jié)省原材料、
能源，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。
4. 曝光時(shí)，曝光區(qū)的無機(jī)熱阻膜吸收能量后溫度升高至轉(zhuǎn)變溫度以上，光學(xué)性質(zhì)和抗蝕
性發(fā)生轉(zhuǎn)變。由于光強(qiáng)的高斯分布，曝光區(qū)附近部分溫度也升高，但在轉(zhuǎn)變溫度以 下時(shí)，無機(jī)熱阻膜冷卻后又恢復(fù)到曝光前的狀態(tài)。所以曝光時(shí)采用無機(jī)熱阻膜能減 小曝光圖形之間的鄰近效應(yīng)，提高曝光圖形的分辨率。
但是在專利US 6641978 Bl中，由于雙金屬薄膜M/N的曝光為熱誘導(dǎo)過程，曝光時(shí)沿薄 膜表面存在熱擴(kuò)散，這也就意味著在獲得高分辨率的同時(shí)，不利于提高M(jìn)/N兩層金屬薄膜的 總曝光厚度，即不利于提高所得納米構(gòu)造的高度。在專利US 6641978 Bl中，雙金屬薄膜M/N 在曝光過程中形成二元共晶合金，即雙金屬薄膜中M、 N的摩爾配比遵循共晶點(diǎn)成分，這限 制了具有非共晶點(diǎn)成分摩爾配比的雙金屬薄膜M/N的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有的兩層金屬薄膜組成無機(jī)熱阻膜的缺陷，從而提供一種 采用三層金屬薄膜組成的三明治夾層結(jié)構(gòu)(A/B/A)的無機(jī)熱阻膜，該三明治夾層結(jié)構(gòu)的無 機(jī)熱阻膜充分利用熱傳導(dǎo)的雙向傳導(dǎo)過程(向上、向下同時(shí)進(jìn)行)，可以有效增加光刻后所得 納米構(gòu)造的高度或深度。同時(shí)，可通過調(diào)整二元合金AB中A、 B兩種金屬的摩爾比改變其 合金化溫度，即改變其曝光閾值功率，實(shí)現(xiàn)不同摩爾配比的三層金屬薄膜A/B/A的可控曝光。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的-
本發(fā)明提供的用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜，包括基底3、在基底3上依次生長的無機(jī)金 屬薄膜A1和無機(jī)金屬薄膜B;其特征在于還包括一層無機(jī)金屬薄膜A2，該無機(jī)金屬薄膜 A2生長在無機(jī)金厚薄膜B的另一面上，所述的無機(jī)金屬薄膜Al和無機(jī)金屬薄膜A2為相同 的金屬，并且無機(jī)金屬薄膜A1、無機(jī)金屬薄膜A2與無機(jī)金屬薄膜B三者是能夠一起生成二 元合金的金屬材料。
在上述的技術(shù)方案中，所述的無機(jī)金屬薄膜A1、無機(jī)金屬薄膜A2和無機(jī)金屬薄膜B厚 度分別為5nm-100nm。在上述的技術(shù)方案中，所述的無機(jī)金屬薄膜A1和無機(jī)金屬薄膜A2，包括以下金屬Bi、 Sn、 In、 Al、 Zn、 Sb、 Pb、 Pd、 Pt、 Ga、 Cd、 Mg;
在上述的技術(shù)方案中，所述的無機(jī)金屬薄膜B包括In、 Sn、 Zn、 Al、 Pb、 Pd、 Pt、 Cd、 Co、 Ga、 Mg、 Ti;
在一種無機(jī)熱阻薄膜中，所含的無機(jī)金屬薄膜A1、無機(jī)金屬薄膜A2與B金屬薄膜必須是 能夠生成二元合金的材料，例如金屬薄膜A1、 B、 A2三層金屬薄膜形成的二元合金AB為以下 任一種組合Biln， BiSn， BiZn， BiCd， BiCo, BiPb， InSn， InZn， InSb， Cdln, SnZn， AlZn， CdZn， CdPb， CdSb, CdSn， CdTi， Gain, GaMg， GaSn， GaZn， MgPb， MgSn, MgTi， PbPd， Pbln， PbPt， PbSb， PbSn， SbTi， SnTi。
在上述的技術(shù)方案中，所述的基底3采用Si02或Si基片。
本發(fā)明提供的無機(jī)熱阻薄膜的制備方法，依次采用雙氧水、丙酮、去離子水將基底3超 聲波清洗各10分鐘，每次清洗后用N2吹干基底3，清洗完畢于120'C真空干燥2小時(shí)后取 出制備薄膜。采用干法如磁控濺射、直流濺射、熱蒸鍍、電子束蒸鍍等物理氣相沉積方法， 在基底3上依次濺射沉積生長一層無機(jī)金屬薄膜A1、 一層無機(jī)金屬薄膜B、 一層無機(jī)金屬薄 膜A2。
本發(fā)明提供的具有三明治夾層結(jié)構(gòu)的無機(jī)熱阻薄膜，可在一定波長和超過曝光強(qiáng)度閾值 的曝光條件下，無機(jī)金屬薄膜Al、無機(jī)金屬薄膜A2和無機(jī)金屬薄膜B三層薄膜吸收了能量， 使溫度升高至發(fā)生合金化；曝光部分和未曝光部分在一定的刻蝕劑中比現(xiàn)出不同的刻蝕速度， 從而可以實(shí)現(xiàn)曝光部分和未曝光部分的選擇性刻蝕。
曝光后金屬薄膜Al、 A2和金屬薄膜B能形成二元合金AB，其熔點(diǎn)低于雙金屬薄膜中 任一種單金屬薄膜A和B的熔點(diǎn)，且AB的熔點(diǎn)低于500'C;
Al、 B、 A2三層金屬薄膜的曝光存在一定的閾值功率，當(dāng)在該閾值功率以下條件曝光時(shí)， 金屬薄膜層A1、 B、 A2不發(fā)生合金化反應(yīng)；而且，可通過調(diào)整二元合金中兩種金屬的摩爾比 (改變膜層厚度)而改變閾值功率，實(shí)現(xiàn)不同摩爾配比(不同膜層厚度)的三層金屬薄膜Al、 B、 A2的可控曝光。
曝光前后，金屬薄膜對光的透射率和折射系數(shù)均發(fā)生變化，可用于作光刻掩模材料和光 存儲(chǔ)介質(zhì)，而且所形成的二元合金其透光性隨曝光功率變化而變化，因此可用于作灰度掩模。
該發(fā)明應(yīng)用于微納米加工光刻技術(shù)領(lǐng)域，將有利于促進(jìn)整個(gè)微納米加工過程的干法化， 減小加工成品缺陷率，同時(shí)簡化了微納米加工工藝，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。而且，該發(fā)明還 能有效地降低光刻膠和掩模材料的開發(fā)成本。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于-本發(fā)明提供的無機(jī)熱阻薄膜具有三明治夾層結(jié)構(gòu)，該無機(jī)熱阻膜充分利用熱傳導(dǎo)的雙向 傳導(dǎo)過程(向上、向下同時(shí)進(jìn)行)，可以有效增加光刻后所得納米構(gòu)造的高度或深度。
該無機(jī)熱阻膜采用干法過程制備，在光刻過程中相關(guān)的干法過程有利于整個(gè)微納米加工 過程的干法化，有利于減少加工過程中的污染，減小加工成品的缺陷率，提高生產(chǎn)效率。
和現(xiàn)有的有機(jī)光刻膠的曝光過程不同，該無機(jī)熱阻膜曝光時(shí)存在功率閾值，故有利于減 小曝光圖形之間的鄰近效應(yīng)，提高曝光圖形的分辨率。
由于它在現(xiàn)有曝光系統(tǒng)條件下能實(shí)現(xiàn)光密度的梯度變化，因此可用于光刻掩模和光存儲(chǔ) 介質(zhì)領(lǐng)域。而且曝光前后其在一定刻蝕劑中具有很大的刻蝕選擇比，可在微納米加工技術(shù)領(lǐng) 域?qū)@得廣泛的應(yīng)用。
圖1是本發(fā)明的無機(jī)熱阻膜結(jié)構(gòu)示意圖 圖面說明
l-基底； 2-金屬薄膜Al; 3-金屬薄膜B;
4-金屬薄膜A2;
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
參照圖1，選擇Si片作為基底1，在基底1上采用磁控濺射法(室溫，濺射功率30w,背 景壓強(qiáng)2.5xl0—sp^氣體流速25sccm，濺射時(shí)間100s)制備一層20nm厚的Bi金屬薄膜作為第 一金屬薄膜A1，采用磁控濺射法在第一金屬薄膜Al上制備一層50nm厚的金屬In薄膜(室 溫，濺射功率30w，背景壓強(qiáng)2.5xl0-spa,氣體流速25sccm，濺射時(shí)間650s)作為金屬薄膜B， 在金屬薄膜B再生長一層30nm的金屬Bi薄膜(室溫，濺射功率30w,背景壓強(qiáng)2.5x10'5Pa, 氣體流速25sccm，濺射時(shí)間150s)。
實(shí)施例2
參照圖1，選擇Si片作為基底1，在基底1上采用磁控濺射法制備一層15nm厚的Sn 金屬薄膜作為第一金屬薄膜Al,采用磁控濺射法在第一金屬薄膜Al上制備一層50nm厚的 金屬In薄膜(室溫，濺射功率30w,背景壓強(qiáng)2.5xl0-spa,氣體流速25sccm)作為第二金屬薄 膜B，在金屬薄膜B再生長一層35nm的金屬Sn薄膜(室溫，濺射功率30w，背景壓強(qiáng)2.5xl(TSpa， 氣體流速25sccm)作為第一金屬薄膜A2。其中，第一金屬薄膜A1、第二金屬薄膜B、第一金屬薄膜A2三層金屬薄膜均在室溫， 濺射功率30w,背景壓強(qiáng)2.5xl0—spa,氣體流速25sccm條件下制得。
實(shí)施例3
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，其中從下往上依次為基底1為Si片，第一金屬薄膜 Al為金屬Zn薄膜30nm，第二金屬薄膜B為金屬Al薄膜20nm，第一金屬薄膜A2為金屬 Zn薄膜50nm;
其中，第一金屬薄膜A1、第二金屬薄膜B、第一金屬薄膜A2三層金屬薄膜均在室溫， 濺射功率30w,背景壓強(qiáng)2.5xl0'sp^氣體流速25sccm條件下制得。
實(shí)施例4
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，其中從下往上依次為基底1為Si片，第一金屬薄膜 Al為金屬Bi薄膜40nm，第二金屬薄膜B為金屬Zn薄膜20nm，第一金屬薄膜A2為金屬 Bi薄膜50nm;
其中，第一金屬薄膜A1、第二金屬薄膜B、第一金屬薄膜A2三層金屬薄膜均在室溫， 濺射功率30w,背景壓強(qiáng)2.5xl0-spa,氣體流速25sccm條件下制得。
實(shí)施例5
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，其中從下往上依次為基底1為Si片，第一金屬薄膜 Al為金屬In薄膜40nm，第二金屬薄膜B為金屬Zn薄膜10nm，第一金屬薄膜A2為金屬In 薄膜60nm;
其中，第一金屬薄膜A1、第二金屬薄膜B、第一金屬薄膜A2三層金屬薄膜均在室溫， 濺射功率30w,背景壓強(qiáng)2.5x10—sp^氣體流速25sccm條件下制得。
實(shí)施例6
本實(shí)施例結(jié)構(gòu).同實(shí)施例1相同，其中從下往上依次為基底1為Si片，第一金屬薄膜 Al為金屬Zn薄膜10nm，第二金屬薄膜B為金屬Sn薄膜100nm，第一金屬薄膜A2為金屬 Zn薄膜10nm;
其中，第一金屬薄膜A1、第二金屬薄膜B、第一金屬薄膜A2三層金屬薄膜均在室溫， 濺射功率30w，背景壓強(qiáng)2.5xl0—spa，氣體流速25sccm條件下制得。實(shí)施例7
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，基底為Si02，其它同實(shí)施例l; 實(shí)施例8
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l相同，基底為Si02，其它同實(shí)施例2; 實(shí)施例9
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，基底為Si02,其它同實(shí)施例3; 實(shí)施例10
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，基底為Si02，其它同實(shí)施例4; 實(shí)施例11
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1相同，基底為Si02，其它同實(shí)施例5;
實(shí)施例12
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l相同，基底為Si02，其它同實(shí)施例6;
以上實(shí)施例中各金屬薄膜層均可采用其它方法如離子濺射、直流濺射、化學(xué)氣相沉積、
物理氣相沉積等干法過程制備，采用普通光學(xué)曝光系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)曝光，曝光過程如圖2所示。
當(dāng)采用無掩模直寫曝光技術(shù)時(shí)，不斷改變曝光功率即可制得灰度掩模，可以實(shí)現(xiàn)三維圖形的 光刻。
權(quán)利要求
1. 一種用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜，包括基底(3)、在基底(3)上依次生長的無機(jī)金屬薄膜(A1)和無機(jī)金屬薄膜(B)；其特征在于還包括一層無機(jī)金屬薄膜(A2)，該無機(jī)金屬薄膜(A2)生長在無機(jī)金屬薄膜(B)的另一面上，所述的無機(jī)金屬薄膜(A1)和無機(jī)金屬薄膜(A2)為相同的金屬，并且無機(jī)金屬薄膜(A1)、無機(jī)金屬薄膜(A2)與無機(jī)金屬薄膜(B)三者是能夠一起生成二元合金的金屬材料。
2. 按權(quán)利要求1所述的用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜；其特征在于，所述的無機(jī)金屬薄膜 (Al)、無機(jī)金屬薄膜(A2)和無機(jī)金屬薄膜(B)厚度分別為5nm-100nm。
3. 按權(quán)利要求1所述的用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜；其特征在于，所述的無機(jī)金屬薄膜 (Al)和無機(jī)金屬薄膜(A2)，包括以下金屬Bi、 Sn、 In、 Al、 Zn、 Sb、 Pb、 Pd、 Pt、 Ga、Cd或Mg。
4. 按權(quán)利要求1所述的用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜；其特征在于，所述的無機(jī)金屬薄膜 (B)包括In、 Sn、 Zn、 Al、 Pb、 Pd、 Pt、 Cd、 Co、 Ga、 Mg或Ti。
5. 按權(quán)利要求1所述的用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜；其特征在于，所述的基底(1)采 用Si或Si02。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光刻技術(shù)的無機(jī)熱阻膜，包括基底、在基底上依次生長的無機(jī)金屬薄膜A1和無機(jī)金屬薄膜B；還包括在無機(jī)金屬薄膜B的另一面上再生長一層相同的無機(jī)金屬薄膜A2；所述的無機(jī)金屬薄膜A1和無機(jī)金屬薄膜A2為相同的金屬，并且與無機(jī)金屬薄膜B是三者能夠一起生成二元合金的材料。本發(fā)明的無機(jī)熱阻薄膜具有三明治夾層結(jié)構(gòu)，該無機(jī)熱阻膜充分利用熱傳導(dǎo)的向上、向下同時(shí)進(jìn)行的雙向傳導(dǎo)過程，可以有效增加光刻后所得納米構(gòu)造的高度或深度。該無機(jī)熱阻膜采用干法過程制備，在光刻過程中相關(guān)的干法過程有利于整個(gè)微納米加工過程的干法化，有利于減少加工過程中的污染，減小加工成品的缺陷率，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號G03F7/004GK101286004SQ20071006529
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者前 劉, 曹四海, 李曉軍, 郭傳飛 申請人:國家納米科學(xué)中心