[发明专利]利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米刻蚀方法，特别涉及零维纳米无机材料的电泳沉积技术，以及微电子中纳米球光刻和干法刻蚀技术。

背景技术

随着集成密度的增加和对灵敏度要求的提高，微电子领域中器件尺寸的进一步缩小向现有的光刻方法提出了更大的挑战。为满足深亚微米甚至纳米级的IC工艺需求，人们发明了众多新兴的图形曝光技术，如浸润式曝光、电子束图形曝光、极远紫外光图形曝光、X射线图形曝光及离子束图形曝光等。但这些方法通常需要昂贵的设备和化学品、及复杂的掩膜版制作，投资成本巨大。

纳米球光刻是非曝光光刻方法中的一种，由于其具有成本低廉、方法简单等优点，成为了近年来的一个研究热点。该方法是一种自上而下和自下而上相结合的以纳米颗粒为掩膜的刻蚀方法，利用纳米颗粒体系的物理化学特性，施加以热、光、电等作用，在衬底上形成具有特定间距或排列方式的图案，再以该图案为掩膜通过干法刻蚀实现图案向衬底的转移。Deckman等人在1982年首次发表了利用聚苯乙烯胶体颗粒沉积的单层薄膜作为刻蚀掩膜的方法，使纳米球光刻开始进入人们的视野(H.W.Deckman and J.H.Dunsmuir，Naturallithography，Appl.Phys.Lett.41(4)，15August 1982)。目前该方法主要采用有机聚合物纳米球为材料，如PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等，在衬底上自组装形成单层或多层膜作为刻蚀掩膜。

虽然目前PS等纳米球产品具有各种尺寸和化学性质，但价格较高，清洗去除不便，因此，如何改进现有PS等纳米球光刻技术存在的诸多问题，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法，其具有操作简单、成本低廉、参数可控、环境友好和去除方便等特点。

为了达到上述目的，本发明提供的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法，包括步骤：1)在待进行光刻的半导体材料结构上形成金属薄膜，其中，所述半导体材料结构为单层或多层结构；2)将两片形成有金属薄膜的半导体材料结构相对固定在预设浓度的金属化合物胶粒溶液中，并将两者分别连接到电源的正负两极，以使所述金属化合物胶粒在所述两半导体材料结构上发生单层电泳沉积，进而形成沉积胶粒纳米图案，其中，所述电源为脉冲电压源；3)将形成有沉积胶粒的半导体材料结构自金属化合物胶粒溶液中取出去除水分后，进行干法刻蚀以在半导体材料结构表面形成纳米颗粒图形，其刻蚀的深度至必要的材料层；4)将刻蚀后的半导体材料结构湿法化学腐蚀以去除沉积胶粒以及沉积胶粒下的其它材料层，以形成纳米岛图形。

其中，所述金属薄膜材料可为Al、Cu、Ag、Au或TiW等；所述半导体材料结构可包括硅层、砷化镓层、二氧化硅层、氮化硅层或金属氧化物层等；所述金属化合物可为氢氧化锌、氢氧化镍、氢氧化铁、或氢氧化铝等金属氢氧化物，也可为氧化锌、氧化铝、氧化镍、或氧化镁等金属氧化物。

此外，所述金属化合物胶粒的浓度和粒径可通过改变金属化合物胶粒溶液的组分比、浓度、温度或pH值来调控；所述沉积胶粒的粒径、颗粒间距及沉积数量可通过电源电压值和脉冲电压的周期数来进行调控。

较佳的，干法刻蚀时，离子束发射方向最好与所述半导体材料结构表面垂直，刻蚀过程最好采用刻蚀和暂停周期性交替方式进行。

再有，所述利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法可在步骤4)之后以所述纳米岛图形为掩模采用反应离子束刻蚀或深反应离子束刻蚀等干法刻蚀继续刻蚀进行以实现纳米岛图形向其下层材料层传递。

综上所述，本发明的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法利用电泳沉积在金属衬底上制作金属氢氧化物和金属氧化物的纳米球颗粒图案，再以此为掩膜通过干法刻蚀实现纳米图案的向下转移，其工艺操作简单、成本低廉、参数可控、环境友好、且去除方便。

附图说明

图1为本发明的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法实施例一工艺流程示意图。

图2为本发明的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法实施例一所形成的最终结构的金相显微照片。

图3为本发明的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法实施例二工艺流程示意图。

图4为本发明的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法实施例二所形成的最终结构的金相显微镜照片。

图5为本发明的利用金属化合物的电泳沉积图案进行光刻的方法的基本工艺流程示意图。

具体实施方式