[发明专利]一种制备硅纳米结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米电子技术中的半导体微纳加工技术领域，尤其涉及一 种采用电子束曝光与干法刻蚀相结合的制作工艺，制备100nm以下形状规 则、边缘光滑、排列紧密、最精细处可达30nm的硅纳米结构的方法。

背景技术

纳米加工技术是纳米技术中最重要的基础技术。纳米加工技术的主要 研究内容是制备加工特征尺寸为0.1～100nm范围的纳米结构，以期获得 一定的纳米效应。由于传统的加工方法难以满足特征尺寸为0.1～100nm 范围的加工要求，必须使用满足新要求的设备方法来进行纳米结构的加 工。

其中电子束曝光技术是从扫描电子显微镜技术基础上发展起来的一 种高分辨率的光刻技术。现在，电子束曝光的技术水平已经推进到纳米级 别，最先进的电子束直写曝光系统可以把电子束斑聚焦到2nm，曝光出的 最细图形为8nm。因此它完全满足100nm以下的纳米加工工艺要求。

Polymethyl methacrylate(PMMA)是第一个被发现可以作为电子束胶 的聚合物。PMMA最主要的特征是高分辨率，高对比度和低灵敏度。自20 世纪60年代PMMA被首次用于电子束曝光以来，直到今天仍然是分辨率最 高的电子束胶。迄今为止，30nm以下的电子束曝光图形几乎都是通过 PMMA实现的。但PMMA有一个很大的缺陷就是其抗刻蚀性能较差，当 制作100nm以下尺寸的纳米结构的时候，由于图形的精细需匀涂较薄的 PMMA胶，这更是减弱了PMMA的抗刻蚀性能，无法在干法刻蚀中完成 掩蔽的效果。

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制备硅纳米结构的方法， 以达到制作100nm以下形状规则、边缘光滑、排列紧密、最精细处可达 30nm的硅纳米结构的目的。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种制备硅纳米结构的方法，该方 法包括：

制作进行电子束曝光所需的版图；

对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干；

将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层；

在基片上匀涂电子束曝光胶；

按要求剂量用电子束曝光图形；

显影和定影；

电子束二次曝光；

干法刻蚀二氧化硅；

干法刻蚀硅，形成硅纳米结构。

上述方案中，所述制作进行电子束曝光所需的版图的步骤中，将曝光 后需保留的硅纳米结构区域的曝光剂量设定为12～20mC/cm²，将用于隔离 硅纳米结构的区域的曝光剂量设定为100μC/cm²

上述方案中，所述对需要制作硅纳米结构的基片进行清洗、烘干的步 骤，具体包括：对需要制作硅纳米结构的基片先用丙酮、乙醇、去离子水 反复清洗，再用过氧化氢溶液和浓硫酸以体积比为1∶1的混合溶液加热 到150℃清洗20分钟，放凉后用去离子水反复冲洗，接着烘干。

上述方案中，所述将基片热氧化生成二氧化硅掩蔽层的步骤中，热氧 化生成的二氧化硅掩蔽层厚度为30nm。

上述方案中，所述在基片上匀涂电子束曝光胶的步骤中，电子束曝光 胶是PMMA，涂敷厚度为65nm，匀涂后在180℃热板上烘10分钟。

上述方案中，所述按要求剂量用电子束曝光图形的步骤中，要求剂量 是所述制作进行电子束曝光所需的版图的步骤中设定的曝光剂量，该按要 求剂量用电子束曝光图形的步骤具体包括：先将基片送入电子束曝光系 统，接着调节电子束曝光系统使电子束在基片表面聚焦并根据束电流设定 曝光参数，最后按照制作的版图及版图上所设定的曝光剂量进行电子束曝 光。

上述方案中，所述显影和定影的步骤中，显影液为MIBK和IPA的混 合溶液，MIBK和IPA的体积比为1∶3，定影液为IPA，显影和定影的时间 均为20s。

上述方案中，所述电子束二次曝光的步骤中，二次曝光的区域包括需 保留的硅纳米结构部分，且曝光剂量为16～24mC/cm²。

上述方案中，所述干法刻蚀二氧化硅的步骤中，刻蚀深度为30nm。

(三)有益效果