专利名称：制造纳米器件的方法
技术领域：
本发明提供一种制造纳米器件的方法，特别是指采用微细加工的方法(有别于自组装的方法)制造纳米器件的方法。
背景技术：
光学曝光由于其高效率是目前集成电路制造的主流技术，但光学曝光的分辨率受曝光波长的限制很能达到纳米级分辨率。电子束曝光有很高的分辨率，高性能的电子束曝光机的分辨率可以达到几个纳米。但由于电子束曝光系统通常要采用较细的束斑进行超精细图形扫描曝光，图形精度要求越高，选择用于描绘图形的束斑要求越细，相应的束流密度越小，在同样感光灵敏度条件下就需要越长的曝光时间。束斑大小可从微米级到纳米级，束径跨度有一千倍，不同的抗蚀剂灵敏度也相差很大，比如负性电子束抗蚀剂CMS灵敏度为0.3μC/cm2，而高分辨率正性电子束抗蚀剂PMMA灵敏度是300μC/cm2，相差也达一千倍，同样的曝光面积，对于不同精度的要求，图形扫描所需的时间也会相差成千上万倍，因而精度和扫描效率的矛盾成为电子束光刻的主要矛盾，解决这个问题的关键技术就是解决电子束光刻系统和目前生产效率较高的光学光刻系统的匹配和混合光刻技术问题，办法是大部分工艺由投影光刻机曝光或接触式曝光，超精细图形和套刻精度要求特别高的图形层采用JBX-5000LS电子束直写曝光。
实现高效率制造纳米器件的新方法主要针对缺乏高级曝光设备的情况下采用的一种新的方法。利用光学STEPPER的高效率和电子束曝光机的高分辨率实现高效率制造纳米器件。其中的套刻检测标记掩膜版的制备；用电子束曝光机或光学曝光机在芯片上实现金属凸起标记或基底的刻槽标记；电子束曝光前分别对整个芯片的预对准检测和每一小管芯的精确对准检测，采用该方法，成功地研制出100nmPHEMT器件。它的源漏图形的精细部分由电子束曝光，其它部分由光学曝光，栅图形的栅条由电子束曝光，其它部分由光学曝光，这样同时利用了电子束的高分辨率和光学系统的高效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制造纳米器件的方法，其有效地利用了电子束的高分辨率和光学系统的高效率而实现本方法。
本发明一种制造纳米器件的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)制备电子束和光学曝光机的套刻检测标记掩膜版；(2)基片涂PMMA抗蚀剂；(3)前烘；(4)电子束曝光；(5)显影MIBK∶IPA＝1∶3，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；(6)蒸发或溅射金属；
(7)在丙酮溶液中进行剥离；(8)第二次涂电子束抗蚀剂，胶厚200-250nm；(9)前烘；(10)用电子束探测标记边缘的背散射电子的方法，检测基片上的整片标记和每个管芯的小标记，根据测量的值进行修正；(11)二次电子束曝光，加速电压50KV，剂量500uC/cm2，束流100PA；(12)显影MIBK∶IPA＝1∶3，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；(13)光学曝光制作器件的其它图形，最终形成纳米量级器件。
其中步骤2所述的涂PMMA抗蚀剂，其胶厚为450-500nm。
其中步骤3所述的前烘，温度为165℃，时间为40秒。
其中步骤4所述的电子束曝光，其加速电压为50KV，剂量380uC/cm2，束流2nA，由电子束曝光的标记图形边缘特性好。
其中步骤6所述的蒸发或溅射金属，金属的厚度为250nm。
其中步骤8所述的第二次涂电子束抗蚀剂，其胶厚为200-250nm。
其中步骤11所述的第二次电子束曝光，其加速电压50KV，剂量500uC/cm2，束流100PA。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明作一详细的描述，其中
图1是电子束直写光刻芯片和接触光学对准标记图，其中M1、M2、M3为电子束识别标记，而M4为接触式曝光机识别标记；图2是投影光学曝光机ASM硅片标记和台面掩膜标记图；图3是电子束探测标记原理图；图4是标记及检测扫描类型图；图5是PMMA曝光出30nm图形的扫描电镜SEM照片；图6是100nm GaAs PHEMT器件的扫描电镜SEM照片。
具体实施例方式
本发明一种制造纳米器件的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)制备电子束和光学曝光机的套刻检测标记掩膜版；(2)基片涂PMMA抗蚀剂，其胶厚为450-500nm；(3)前烘，温度为165℃，时间为40秒；(4)电子束曝光，其加速电压为50KV，剂量380uC/cm2，束流2nA，由电子束曝光的标记图形边缘特性好；(5)显影MIBK∶IPA＝1∶3，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；(6)蒸发或溅射金属，其金属的厚度为250nm；(7)在丙酮溶液中进行剥离；(8)第二次涂电子束抗蚀剂(PMMA)，其胶厚200-250nm；(9)前烘；(10)用电子束探测标记边缘的背散射电子的方法，检测基片上的整片标记和每个管芯的小标记，根据测量的值进行修正；(11)二次电子束曝光，加速电压50KV，剂量500uC/cm2，束流200PA；(12)显影(MIBK∶IPA＝1∶3)，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；(13)光学曝光制作器件的其它图形，最终形成纳米量级器件。
请结合参阅各附图，本发明所说的一种制造纳米器件的方法，包括1、电子束和光学曝光机的套刻检测标记掩膜版的制备在检测标记图形设计时，同时考虑电子束曝光机检测用标记和接触式投影光学曝光机的标记。图1、2分别给出了电子束直写光刻芯片和接触光学对准标记及投影光学曝光机ASM硅片标记和台面掩模标记。由电子束曝光机制作一块同时有这些标记的掩膜，确保定位精度。
2、用电子束曝光机曝光制作或光学曝光机在芯片上实现金属凸起标记或基底的刻槽标记。
a、电子束曝光机曝光制作金属凸起标记。
(1)将电子束用和接触式曝光机用的标记(如图1)和源、漏图形的精细部分的图形同时输入作为电子束曝光的图形文件。
(2)基片上涂PMMA电子束抗蚀剂，165℃烘炕40min。
(3)电子束曝光写图形，在MIBK∶IPA＝1∶3的溶液内显影60’后，在IPA溶液中浸30’。为有利于其后的剥离，用烘低温(800C左右)烘炕30min.，在MIBK∶IPA＝1∶5的溶液中飘20’。
(4)蒸发或溅射2000A-2500A的金属，在丙酮溶液中剥离。形成供电子束和接触光学曝光的标记。
b、投影光学曝光机制作基底的刻标记。
(1)在电子束曝光前，用光学STEPPER曝光电子束检测用整片标记和每个管芯标记。
(2)刻蚀标记，要求刻蚀标记深度在1μm左右，陡度大于85℃，形成供电子束曝光用的标记。电子束曝光前分别对整个芯片的预对准检测和每一小管芯的精确对准检测。电子束可识别二种标记1.凹槽标记，2.金属凸起标记。电子束扫描相应标记时，分别用探测器A、B(见图3)探测标记边缘的背散射电子，探测信号的波形决定了标记边缘的位置。用检测器A、B检测从标记边缘Ma、Mb探测的背散射电子信号。对凹槽标记，用检测信号A、B的差分信号(SUB)，对凸槽标记，用检测信号A、B的叠加信号。由增益放大器将信号放大，使得在显示器上的波形有合适的峰高。放大信号存入波形存储器和绝对值(absolute-value)放大器。存入波形存储器的数据用作自动调整，波形发生器产生的脉冲波形的宽度等于绝对值放大器输出波形两峰之间距离。计算机读取A、B、C、D的数值，由这些读数，计算机确定标记中心位置为Mx=Ax+Bx+Cx+Dx4]]>My=Ay+By+Cy+Dy4]]>扫描模式和类型见图4，为减少边缘不均匀引起的误差，扫描类型选用光栅扫描。
3.由分辨率在纳米量级的电子束曝光出整个纳米器件各不同层中最细图形—栅图形，其它层图形由效率很高的光学曝光机完成。针对抗蚀剂的类型和设计版形的尺寸选择不同的曝光条件。如对PMMA抗蚀剂曝光剂量选择380-500μC/cm2，在20℃的温度下用MIBK∶IPA＝1∶3的显影液显影1分钟，再用IPA冲洗30秒，在80℃低温下烘烤30分钟以去除残余物质。采用以上条件曝光出线宽30nm，的图形，其SEM照片见图5。
本新方法在缺乏昂贵设备的情况下实现了高效率制备纳米器件，成功应用在研制纳米量级CMOS器件和纳米量级GaAS的PHEMT器件。图6是采用该方法研制的100nm栅长度的GaAS PHEMT器件的扫描电镜(SEM)照片。
权利要求
1.一种制造纳米器件的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)制备电子束和光学曝光机的套刻检测标记掩膜版；(2)基片涂PMMA抗蚀剂；(3)前烘；(4)电子束曝光；(5)显影MIBK∶IPA＝1∶3，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；(6)蒸发或溅射金属；(7)在丙酮溶液中进行剥离；(8)第二次涂电子束抗蚀剂，胶厚200-250nm；(9)前烘；(10)用电子束探测标记边缘的背散射电子的方法，检测基片上的整片标记和每个管芯的小标记，根据测量的值进行修正；(11)二次电子束曝光，加速电压50KV，剂量500uC/cm2，束流100PA；(12)显影MIBK∶IPA＝1∶3，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；(13)光学曝光制作器件的其它图形，最终形成纳米量级器件。
2.根据权利要求1所述的制造纳米器件的方法，其特征在于，其中步骤2所述的涂PMMA抗蚀剂，其胶厚为450-500nm。
3.根据权利要求1所述的制造纳米器件的方法，其特征在于，其中步骤3所述的前烘，温度为165℃，时间为40秒。
4.根据权利要求1所述的制造纳米器件的方法，其特征在于，其中步骤4所述的电子束曝光，其加速电压为50KV，剂量380uC/cm2，束流2nA，由电子束曝光的标记图形边缘特性好。
5.根据权利要求1所述的制造纳米器件的方法，其特征在于，其中步骤6所述的蒸发或溅射金属，金属的厚度为250nm。
6.根据权利要求1所述的制造纳米器件的方法，其特征在于，其中步骤8所述的第二次涂电子束抗蚀剂，其胶厚为200-250nm。
7.根据权利要求1所述的制造纳米器件的方法，其特征在于，其中步骤11所述的第二次电子束曝光，其加速电压50KV，剂量500uC/cm2，束流100PA。
全文摘要
一种制造纳米器件的方法，其特征在于，包括制备电子束和光学曝光机的套刻检测标记掩膜版；基片涂PMMA抗蚀剂；前烘；电子束曝光；显影MIBK∶IPA＝1∶3，时间为1分钟，再在IPA溶液中定影30秒；蒸发或溅射金属；在丙酮溶液中进行剥离；第二次涂电子束抗蚀剂，胶厚200－250nm；前烘；用电子束探测标记边缘的背散射电子的方法，检测基片上的整片标记和每个管芯的小标记，根据测量的值进行修正；二次电子束曝光，加速电压50KV，剂量500uC/cm
文档编号B82B3/00GK1535915SQ03109529
公开日2004年10月13日 申请日期2003年4月9日 优先权日2003年4月9日
发明者刘明, 陈宝钦, 徐秋霞, 郑英葵, 刘 明 申请人:中国科学院微电子中心