[发明专利]一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气桥制备技术领域，尤其涉及一种以电子束曝光技术为核心制备纳米尺度镍金空气桥的方法。

背景技术

随着CMOS集成电路中器件尺寸的不断减小和集成密度的不断提高，电路中的布线策略已经成为了一个非常关键的问题。优良的布线策略可以提高电路的效率，减少线路上的功耗和延迟时间。相反，糟糕的布线策略将会降低电路的效率，增加整个电路的功耗。

优良的布线策略必须满足的一个标准就是要有足够的灵活性。空气桥作为一种能够连接两个或多个器件的悬空的结构，为实现这种灵活性提供了一种可选方案。目前，空气桥已经在介观输运，微机电系统(MEMS)，单片微波集成电路(MMIC)和纳米器件等领域都有着广泛的应用。

以往对纳米尺度空气桥的制备大都采用电子束曝光技术直接在电子束曝光胶上定义出纳米尺度的空气桥，并通过金属淀积和金属剥离完成空气桥图形的转移[T.Borzenko，V.Hock，D.Supp，C.Gould，G.Schmidt，L.W.Molenkamp，Microelect.Eng.78(2005)37]。这种方法的主要缺点是电子束曝光环节的调校复杂，空气桥几何形状的可重复性较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法，以简化电子束曝光环节的调校，提高工艺的可重复性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法，该方法包括以下步骤：

引进二氧化硅牺牲层；

用电子束曝光结合电感耦合等离子体(ICP)刻蚀所述二氧化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩；

再次用电子束曝光，在双层电子束曝光胶上定义出空气桥的桥梁；

用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬底；

用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空气桥。

上述方案中，所述引进二氧化硅牺牲层的步骤包括：用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法在晶向为(100)的Si衬底上淀积一层厚度为250nm的二氧化硅牺牲层。

上述方案中，所述刻蚀二氧化硅牺牲层，定义空气桥桥墩的步骤包括：在所述二氧化硅牺牲层上用甩胶机旋涂一层厚度为400nm的PMMA胶；接着用电子束曝光技术在所述PMMA胶上定义出用于电感耦合等离子体(ICP)刻蚀的方孔，使得PMMA胶下的二氧化硅裸露出来；然后以所述PMMA胶为掩膜，采用电感耦合等离子体技术刻蚀所述二氧化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩。

上述方案中，所述用电子束曝光技术定义方孔时，对方孔的曝光剂量设置为150μC/cm²，显影时用体积比为MIBK∶IPA＝1∶3的显影液显影30s，再用IPA定影30s；在刻蚀二氧化硅时，等离子体的启辉功率设置为1000W，射频功率设置为200W，刻蚀气体的组分为：C₄F₈∶He∶H₂＝12sccm∶174sccm∶12sccm，刻蚀时间为1min。

上述方案中，所述定义空气桥桥墩与再次用电子束曝光的步骤之间进一步包括：用氧等离子体刻蚀技术清除刻蚀所述二氧化硅牺牲层时的残胶，再用甩胶机在二氧化硅层上依次甩上总厚度为400nm的双层胶PMMA-MAA和PMMA，作为图形转移的媒介。

上述方案中，所述再次用电子束曝光，定义空气桥桥梁的步骤包括：进行第二次电子束曝光，对用于定义桥墩的方孔将曝光剂量设置为150μC/cm²，而对用于定义桥梁的矩形长条曝光剂量设置为100μC/cm²，显影所用的显影液配比和第一次曝光相同，显影时间为30s，但与第一次曝光不同的是要在定影时对样品进行超声，总共的定影时间为30s，其中加超声的定影时间为5s，其余的定影时间为25s。

上述方案中，所述用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬底的步骤包括：用金属电子束蒸发在样品上依次淀积50nm的Ni和200nm的Au，然后将淀积完Ni/Au的样品从蒸发炉中取出，浸入丙酮中进行金属剥离，将金属空气桥结构转移至衬底。