[发明专利]一种无机相变光刻胶和基于无机相变光刻胶的光刻工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机相变光刻胶和基于无机相变光刻胶的光刻工艺。

背景技术

光刻是目前在半导体、微电子和纳米加工中广泛使用的主流工艺，而光刻胶是实现这种工艺的最重要的材料，其主要作用是通过曝光获得掩膜的图形并将其转移到基底材料上去。目前使用较多的光刻胶主要是有机材料光刻胶。

有机材料光刻胶仅对特定波长的光敏感，每更换一种波长的光，就需要投入大量的人力、物力去研制与之相配套的光刻胶。然而，并非与任何波长相配套的有机光刻胶都能找到，于是就极大程度地限制了光刻中使用的激光器波长。此外，随着特征尺度的不断缩小，对整个光刻工艺生产环境的要求也越来越高，一个最好的办法是采用全真空生产。而有机光刻胶由于其旋涂，烘干、刻蚀等环节都是在液态或湿环境下进行的，不能在真空环境下使用。

除了有机材料光刻胶，目前还有一种无机薄膜，由于其可以在真空中通过磁控溅射、电子束蒸镀、离子束蒸镀以及物理热蒸镀等手段制备，因此，无机材料被作为新型光刻胶的主要候选者。而且无机光刻胶可以使用真空沉积设备获得大面积、均匀、厚度可控的抗刻蚀薄膜，具有与未来全真空光刻工艺相兼容的优势。目前为止，研究发现双金属材料、金属氧化物和半导体相变材料均具有光刻胶特性。这其中，无机半导体相变材料由于其更加优异的特性被认为最有前景。比如，一些无机相变材料诸如As₂S₃，As₂Se₃，As₂Te₃，GeSbTe等，其晶态与非晶态在特定显影溶液中具有不同的溶解速度，原则上可以被用作光刻胶。此外，这类材料的相变图形可通过激光曝光或扫描加热实现，对激光波长的依赖很小，具有广谱性。但是，上述材料对硅化物基底的抗刻蚀比较低，达不到实用的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种对硅和二氧化硅具有高抗刻蚀比的无机相变光刻胶，和利用该无机相变光刻胶的光刻工艺，该光刻工艺生产流程周期短，成本低，产率高，工艺简单可控，易于实现工业化生产。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种无机相变光刻胶，其特征在于：所述无机相变光刻胶为锗锑锡碲化合物，其通式为Ge₂Sb_2(1-x)Sn_2xTe₅，并且0<x<0.3。

以及一种利用无机相变光刻胶的光刻工艺，其特征在于：所述无机相变光刻胶为锗锑锡碲化合物，其通式为Ge₂Sb_2(1-x)Sn_2xTe₅，并且0<x<0.3，所述光刻工艺包括如下步骤：a、选取基底；b、在所述基底上采用物理气相沉积法沉积一层锗锑锡碲化合物薄膜；c、采用激光对步骤b中所获得的锗锑锡碲化合物薄膜进行图形化刻写，使刻写或曝光的材料局部区域发生相变形成所需图案，再把图案化的样品放到显影溶液中显影刻蚀；d、取出步骤c显影刻蚀后的样品，采用去离子水洗涤，并得到带有特定结构的锗锑锡碲化合物掩膜；e、将步骤d中得到锗锑锡碲化合物掩膜的样品放到反应离子室中进行干法刻蚀，将图案最终转移到所述的基底上；f、对步骤e中获得的样品直接在反应离子室内用氩气进行干法去除残留的相变薄膜或采用浓度高于50％的硝酸湿法去除残胶。

此外，本发明还提供如下附属技术方案：

所述步骤a中的基底包括二氧化硅片或者单晶硅片。

所述步骤b中的锗锑锡碲化合物薄膜的厚度为20200纳米。

所述步骤b中的物理气相沉积法包括直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子溅射或者激光脉冲沉积。

所述步骤b中的物理气相沉积所用是所述锗锑锡碲化合物六角晶态靶材。

所述步骤c中的显影溶液为硝酸与双氧水的混合溶液。

相比于现有技术，本发明的优势在于：其所揭示的锗锑锡碲化合物光刻胶对单晶硅片和二氧化硅片具有高抗刻蚀比，该光刻胶(非晶态)上可以通过激光直写或者曝光获得晶态的图形，并在酸性溶液中呈现负的光刻胶特性。在光刻工艺中，其制备方法简单方便、无污染，制备出的薄膜厚度均匀、表面光滑，无曲翘，在薄膜厚度为100纳米时，表面粗糙度仅为2纳米。而且不需要有机光刻胶所需要的特殊光环境，无需使用特定波长激光，可在非真空或真空中实现。光刻工艺体现出了生产周期短，成本低，产率高，工艺简单可控，易于实现工业化生产等优点。

附图说明