專利名稱:一種納米多臺(tái)階高度樣板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米測試技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種用于納米臺(tái)階高度測量和對(duì)納米計(jì)量系統(tǒng)中臺(tái)階高度的非實(shí)時(shí)標(biāo)定的納米多臺(tái)階高度樣板及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米多臺(tái)階高度樣板及其制備方法屬于微納米測量技術(shù)領(lǐng)域：
，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、平面顯示器、高密度存儲(chǔ)器、精密儀器和精密機(jī)械、超精密加工等領(lǐng)域。納米多臺(tái)階高度樣板可以用于納米臺(tái)階高度測量、微納米線寬的控制、薄膜厚度的測量，以及相關(guān)納米測量儀器的校準(zhǔn)與溯源等。在納米臺(tái)階高度測量中，納米多臺(tái)階高度樣板可以提供臺(tái)階高度基準(zhǔn)，通過該基準(zhǔn)可以對(duì)不同方法、不同儀器在不同位置上、不同模型和實(shí)驗(yàn)中所獲得的臺(tái)階高度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。納米計(jì)量系統(tǒng)中臺(tái)階高度標(biāo)定一般采用非實(shí)時(shí)標(biāo)定，非實(shí)時(shí)標(biāo)定是用已知臺(tái)階高度尺寸的標(biāo)準(zhǔn)多臺(tái)階高度樣板對(duì)所測臺(tái)階高度進(jìn)行測量后的標(biāo)定，該標(biāo)定方法的突出優(yōu)點(diǎn)是成本低，且能保證一定的精度。
納米臺(tái)階高度樣板一般用微細(xì)加工技術(shù)進(jìn)行制備，或者直接采用相應(yīng)等級(jí)的晶格結(jié)構(gòu)。用微細(xì)加工技術(shù)制備納米單臺(tái)階高度樣板，其水平依賴于制版技術(shù)、圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)、刻蝕技術(shù)等的發(fā)展，這些技術(shù)對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，加工條件苛刻，成本高昂。例如德國物理技術(shù)研究院在Si基底上熱生長SiO2薄膜，用SiO2的膜厚作為納米臺(tái)階高度樣板的公稱值，并配合光刻技術(shù)刻蝕出納米臺(tái)階高度樣板的形狀，該制備方法的特點(diǎn)是只能制備單臺(tái)階高度樣板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種制備工藝簡單，不僅適合于掃描電子顯微鏡等非接觸式納米測量儀器的測量、校準(zhǔn)和溯源，也適用于掃描探針顯微鏡等接觸式納米測量儀器的測量、校準(zhǔn)和溯源的納米多臺(tái)階高度樣板及其制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的納米多臺(tái)階高度樣板為包括基底硅片以及交替沉積在基底硅片上的由Si3N4薄膜和Cr薄膜組成的階梯形狀的矩形凸臺(tái)。
本發(fā)明的制備方法為1)清洗硅片，并采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝和射頻磁控濺射工藝在硅片上交替沉積多層Si3N4薄膜和Cr薄膜，其中Si3N4薄膜和Cr薄膜的厚度等于所需要的納米多臺(tái)階高度樣板的臺(tái)階高度；2)在交替沉積的多層Si3N4薄膜和Cr薄膜的硅片一側(cè)進(jìn)行涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去膠，在光刻膠上形成裸露的Si3N4的矩形窗口；3)采用各向異性干法刻蝕技術(shù)對(duì)矩形窗口中裸露的Si3N4薄膜進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Si3N4薄膜完全刻蝕掉后，形成了側(cè)壁陡直的第一個(gè)Si3N4矩形圖形，從而得到第一個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；4)對(duì)第一個(gè)Si3N4矩形圖形進(jìn)行涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去膠，在光刻膠上形成第一個(gè)裸露Cr的矩形窗口，該矩形窗口與第一個(gè)Si3N4矩形窗口中心相同，并嵌套于第一個(gè)Si3N4矩形窗口內(nèi)；5)對(duì)第一個(gè)裸露Cr薄膜的矩形窗口采用各向異性濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Cr薄膜完全刻蝕掉后，形成了側(cè)壁陡直的第一個(gè)Cr矩形圖形，從而得到第一個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；6)重復(fù)步驟2)在光刻膠上形成第二個(gè)裸露Si3N4的矩形窗口，該窗口與第一個(gè)Cr矩形窗口中心相同，并嵌套于第一個(gè)Cr矩形窗口內(nèi)；
7)重復(fù)步驟3)，形成側(cè)壁陡直的第二個(gè)Si3N4矩形圖形，從而得到第二個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；8)重復(fù)步驟4)在光刻膠上形成第二個(gè)裸露Cr的矩形窗口，該矩形窗口與第二個(gè)Si3N4矩形窗口中心相同，并嵌套于第二個(gè)Si3N4矩形窗口內(nèi)；9)重復(fù)步驟5)，對(duì)第二個(gè)裸露Cr薄膜的矩形窗口采用各向異性干法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Cr薄膜完全刻蝕掉后，形成側(cè)壁陡直的第二個(gè)Cr矩形圖形，從而得到第二個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；10)重復(fù)步驟6)、7)，得到第三個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；11)重復(fù)步驟8)、9)，得到第三個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；12)從硅片背面沿矩形圖形的中心線進(jìn)行劃片，最后得到納米多臺(tái)階高度樣板。
本發(fā)明是一種基于多層薄膜制備技術(shù)和濕法套刻技術(shù)的納米多臺(tái)階高度樣板及其制備方法，將薄膜厚度轉(zhuǎn)換為納米多臺(tái)階高度樣板的臺(tái)階高度，通過控制薄膜厚度來控制納米多臺(tái)階高度樣板的公稱臺(tái)階高度，并通過干、濕法套刻技術(shù)刻蝕出臺(tái)階形狀，最終形成多臺(tái)階的納米臺(tái)階高度樣板。由于薄膜制備工藝易于實(shí)現(xiàn)10nm量級(jí)厚度的Si3N4薄膜和Cr薄膜的制備，而采用干、濕法套刻技術(shù)可以刻蝕出多臺(tái)階高度形狀，因此該發(fā)明降低了納米多臺(tái)階高度樣板的制備難度，而且還具有費(fèi)用低廉，工藝性好，納米多臺(tái)階高度樣板的材料選擇多樣等優(yōu)點(diǎn)；最后，該納米多臺(tái)階高度樣板不僅適合于掃描電子顯微鏡等非接觸式納米測量儀器的測量、校準(zhǔn)和溯源，也適用于掃描探針顯微鏡等接觸式納米測量儀器的測量、校準(zhǔn)和溯源。



圖1是本發(fā)明在硅片上交替淀積多層Si3N4和Cr薄膜結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2是本發(fā)明在硅片上進(jìn)行濕法套刻時(shí)的轉(zhuǎn)移圖形及其尺寸示意圖；圖3是本發(fā)明對(duì)硅片上多層薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行濕法套刻后形成的三維結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明對(duì)濕法套刻后形成的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃片后形成的多層納米多臺(tái)階高度樣板結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖4，本發(fā)明包括基底硅片以及交替沉積在基底硅片上的由Si3N4薄膜和Cr薄膜組成的階梯形狀的矩形凸臺(tái)。
本發(fā)明的制備方法如下1)清洗硅片，將硅片依次浸入甲苯、丙酮、去離子水中超聲波清洗10分鐘，每次超聲波洗滌后均用大量去離子水反復(fù)清洗，最后用氮?dú)獯蹈桑蝗缓蟀压杵湃隤iranha溶液中80℃處理60分鐘，取出后用去離子水大量充分沖洗，高純氮?dú)獯蹈?；Piranha溶液含體積比為4∶1的質(zhì)量濃度為98％的硫酸和30％的過氧化氫；2)參見圖1，采用射頻磁控濺射工藝在Si基底上制備厚度為10nm的第一層Cr薄膜，工作氣體為氬氣，濺射時(shí)襯底溫度為室溫，工作氣壓為1.0帕，射頻功率為120W；3)采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在第一層Cr薄膜上沉積厚度為10nm的第一層Si3N4薄膜，反應(yīng)氣體為氮?dú)庀♂尩墓柰楹透呒儼睔?，氨氣的流量?0±5sccm，射頻頻率13.56MHz，襯底溫度為300℃±10℃，射頻功率60±20W；3)重復(fù)步驟2，在第一層Si3N4薄膜上制備厚度為10nm的第二層Cr薄膜；4)重復(fù)步驟3，在第二層Cr薄膜上沉積厚度為10nm的第二層Si3N4薄膜；5)重復(fù)步驟2，在第二層Si3N4薄膜上制備厚度為10nm的第三層Cr薄膜；6)重復(fù)步驟3，在第三層Cr薄膜上沉積厚度為10nm的第三層Si3N4薄膜；7)參見圖2，3，在交替沉積多層Si3N4薄膜和Cr薄膜的硅片一側(cè)，進(jìn)行涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去膠，在光刻膠上形成裸露Si3N4的矩形窗口，窗口大小為20um×20um；8)采用各向異性干法刻蝕技術(shù)對(duì)矩形窗口中裸露的Si3N4薄膜進(jìn)行刻蝕。設(shè)備為三電極等離子刻蝕裝置，射頻功率源為13.56MHz(離化作用)和100kHz(加速作用)，CF4流量40sccm；O2流量2.5sccm；13.56MHz功率源100W；氣壓40Pa；刻蝕時(shí)間15s。待窗口內(nèi)的Si3N4薄膜完全刻蝕掉后，就形成了側(cè)壁陡直的第一個(gè)Si3N4矩形圖形，從而得到第一個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；9)對(duì)第一個(gè)Si3N4矩形圖形進(jìn)行涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去膠，在光刻膠上形成第一個(gè)裸露Cr的矩形窗口，窗口大小為18um×18um，該矩形窗口與第一個(gè)Si3N4矩形窗口中心相同，并嵌套于第一個(gè)Si3N4矩形窗口內(nèi)；10)對(duì)第一個(gè)裸露Cr薄膜的矩形窗口采用各向異性濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕，腐蝕液配方如下高錳酸鉀8g，NaOH4g，水100ml，腐蝕溫度50～60℃，時(shí)間約為30s。待窗口內(nèi)的Cr薄膜完全刻蝕掉后，就形成了側(cè)壁陡直的第一個(gè)Cr矩形圖形，從而得到第一個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；11)重復(fù)步驟7)，在光刻膠上形成第二個(gè)裸露Si3N4的矩形窗口，窗口大小為16um×16um，窗口與第一個(gè)Cr矩形窗口中心相同，并嵌套于第一個(gè)Cr矩形窗口內(nèi)；12)重復(fù)步驟8)，形成側(cè)壁陡直的第二個(gè)Si3N4矩形圖形，從而得到第二個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；13)重復(fù)步驟9)，在光刻膠上形成第二個(gè)裸露Cr的矩形窗口，窗口大小為14um×14um，矩形窗口與第二個(gè)Si3N4矩形窗口中心相同，并嵌套于第二個(gè)Si3N4矩形窗口內(nèi)；14)重復(fù)步驟10)，對(duì)第二個(gè)裸露Cr薄膜的矩形窗口采用各向異性濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Cr薄膜完全刻蝕掉后，就形成了側(cè)壁陡直的第二個(gè)Cr矩形圖形，從而得到第二個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；11)重復(fù)步驟7)、8)，得到第三個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度(第三個(gè)Si3N4薄膜窗口大小為12um×12um)，并用HF進(jìn)行漂洗；12)重復(fù)步驟9)、10)，得到第三個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度(第三個(gè)Cr薄膜矩形窗口大小為10um×10um)，并用去離子水超聲清洗；13)采用劃片機(jī)在硅片未沉積薄膜的表面上沿矩形圖形的中心線進(jìn)行劃片，最后得到納米多臺(tái)階高度樣板。
本發(fā)明采用微電子工業(yè)中的薄膜制備工藝在硅片上交替沉積多層Si3N4薄膜和Cr薄膜，其中Si3N4薄膜和Cr薄膜的厚度分別作為納米多臺(tái)階高度樣板的臺(tái)階高度，其厚度數(shù)值分別為納米多臺(tái)階高度樣板的公稱臺(tái)階高度；其次，從沉積有多層Si3N4薄膜和Cr薄膜的一側(cè)分別用光刻工藝和干、濕法刻蝕工藝對(duì)Si3N4薄膜和Cr薄膜進(jìn)行濕法套刻，依次形成中心位置相同，大小不同且相互嵌套的階梯矩形凹坑，階梯矩形凹坑的高度分別等于相應(yīng)的Si3N4薄膜或Cr薄膜的厚度；最后沿階梯狀凹坑的中線從背面對(duì)硅片進(jìn)行劃片，形成納米多臺(tái)階高度樣板形狀，從而得到所需公稱值的納米多臺(tái)階高度樣板。
權(quán)利要求
1.一種納米多臺(tái)階高度樣板，包括基底硅片，其特征在于在硅片上交替沉積有Si3N4薄膜和Cr薄膜組成的階梯形狀的矩形凸臺(tái)。
2.一種納米多臺(tái)階高度樣板的制備方法，其特征在于包括下述步驟1)清洗硅片，并采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝和射頻磁控濺射工藝在硅片上交替沉積多層Si3N4薄膜和Cr薄膜，其中Si3N4薄膜和Cr薄膜的厚度等于所需要的納米多臺(tái)階高度樣板的臺(tái)階高度；2)在交替沉積的多層S3N4薄膜和Cr薄膜的硅片一側(cè)進(jìn)行涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去膠，在光刻膠上形成裸露的Si3N4的矩形窗口；3)采用各向異性干法刻蝕技術(shù)對(duì)矩形窗口中裸露的Si3N4薄膜進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Si3N4薄膜完全刻蝕掉后，形成了側(cè)壁陡直的第一個(gè)Si3N4矩形圖形，從而得到第一個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；4)對(duì)第一個(gè)Si3N4矩形圖形進(jìn)行涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、去膠，在光刻膠上形成第一個(gè)裸露Cr的矩形窗口，該矩形窗口與第一個(gè)Si3N4矩形窗口中心相同，并嵌套于第一個(gè)Si3N4矩形窗口內(nèi)；5)對(duì)第一個(gè)裸露Cr薄膜的矩形窗口采用各向異性濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Cr薄膜完全刻蝕掉后，形成了側(cè)壁陡直的第一個(gè)Cr矩形圖形，從而得到第一個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；6)重復(fù)步驟2)在光刻膠上形成第二個(gè)裸露Si3N4的矩形窗口，該窗口與第一個(gè)Cr矩形窗口中心相同，并嵌套于第一個(gè)Cr矩形窗口內(nèi)；7)重復(fù)步驟3)，形成側(cè)壁陡直的第二個(gè)Si3N4矩形圖形，從而得到第二個(gè)S3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；8)重復(fù)步驟4)在光刻膠上形成第二個(gè)裸露Cr的矩形窗口，該矩形窗口與第二個(gè)Si3N4矩形窗口中心相同，并嵌套于第二個(gè)Si3N4矩形窗口內(nèi)；9)重復(fù)步驟5)，對(duì)第二個(gè)裸露Cr薄膜的矩形窗口采用各向異性干法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕，待窗口內(nèi)的Cr薄膜完全刻蝕掉后，形成側(cè)壁陡直的第二個(gè)Cr矩形圖形，從而得到第二個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；10)重復(fù)步驟6)、7)，得到第三個(gè)Si3N4薄膜臺(tái)階高度，并用HF進(jìn)行漂洗；11)重復(fù)步驟8)、9)，得到第三個(gè)Cr薄膜臺(tái)階高度，并用去離子水超聲清洗；12)從硅片背面沿矩形圖形的中心線進(jìn)行劃片，最后得到納米多臺(tái)階高度樣板。
專利摘要
一種納米多臺(tái)階高度樣板及其制備方法，將薄膜厚度轉(zhuǎn)換為納米多臺(tái)階高度樣板的臺(tái)階高度，通過控制薄膜厚度來控制納米多臺(tái)階高度樣板的公稱臺(tái)階高度，并通過干、濕法套刻技術(shù)刻蝕出臺(tái)階形狀，最終形成多臺(tái)階的納米臺(tái)階高度樣板。由于薄膜制備工藝易于實(shí)現(xiàn)10nm量級(jí)厚度的Si
文檔編號(hào)G01Q30/20GKCN1920476SQ200610043075
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年6月30日
發(fā)明者景蔚萱, 蔣莊德, 趙鳳霞, 朱明智, 韓國強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan