一种用于芯片制造的刻蚀与沉积-剥离融合方法与流程

本发明涉及微纳米加工中的电子束直写图形转移技术领域，尤其是涉及一种用于芯片制造的刻蚀与沉积-剥离融合方法。

背景技术：

在当前微纳米加工领域中，复杂图形的制作常常需要将图形分解，多次使用“曝光-刻蚀”工艺和/或“曝光-沉积剥离”工艺来实现设计图形到实际样品的转化。

例如，在芯片加工领域中，常常需要在绝缘衬底上制备一层有图形要求的导电层，以实现导线和地线等功能，并在此基础上进一步制作更多精细的结构。其中，有图形要求的导电层一般采用在裸露衬底上直接蒸发一层金属，再经涂胶-曝光-显影-刻蚀-去胶的刻蚀工艺来获得；后续若需要制备纳米级的图形，常使用电子束曝光。为了保证后续图形转移的相对位置不变，通常需要使用涂胶-曝光标记图案-显影-沉积衬度不同的金属-溶脱剥离的沉积剥离工艺来制备定位标记。也就是说，为了获得具有沉积-剥离的图形(如标记图案)和刻蚀图形(如导电图案)的样品，一般需要进行两轮的涂胶-曝光-显影-沉积/刻蚀-去胶工艺。这样的工艺不仅需要考虑沉积-剥离图形与刻蚀图形间的对准误差对后续结构的影响，还因使用了较多的步骤，影响了样品的制备效率，增加了芯片被污染和损坏的概率。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的旨在提供一种用于芯片制造的刻蚀与沉积-剥离融合方法。本发明提供的方法减少了操作步骤，提高了样品的制备效率，并且有助于减小或消除因多次常规套刻工艺所产生的误差。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种用于芯片制造的刻蚀与沉积-剥离融合方法，所述方法包括以下步骤：

(1)在衬底上沉积导电层；

(2)在导电层上涂覆抗蚀剂胶膜，通过曝光和显影在所述抗蚀剂胶膜上形成沉积-剥离图形和刻蚀图形；

(3)通过刻蚀将抗蚀剂胶膜上的所述沉积-剥离图形和刻蚀图形转移到所述导电层；

(4)采用抗蚀剂或固体掩膜遮盖所述刻蚀图形，而不遮盖所述沉积-剥离图形；

(5)在所述抗蚀剂或固体掩膜上以及通过所述沉积-剥离图形而露出的衬底上沉积一层用于构成所述沉积-剥离图形的材料；和

(6)除去所述抗蚀剂或固体掩膜以及沉积在其上的材料。

根据本发明提供的方法，其中，所述衬底的实例包括但不限于：蓝宝石、硅、石英和金属衬底。

在一些实施方案中，所述导电层包括但不限于：金、银、铂、钛、铬、镍、铝、铌、钨、钌、锰、铁、钴、锌和铜中的一种或多种。

根据本发明提供的方法，其中，所述用于构成所述沉积-剥离图形的材料可以为半导体材料和/或金属材料，其中，所述半导体材料可以为硅、碳化硅和砷化镓等半导体材料中的一种或多种，所述金属材料可以为铂、钛、铬、镍、铝、钨、钌、锰、铁、钴、锌、铝、金、银、锗和铌等金属材料中的一种或多种。

根据本发明提供的方法，其中，所述导电层的厚度可以为1～2000nm，优选为100～500nm，更优选为100～200nm。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(1)中是采用电子束蒸发法、磁控溅射法、热蒸发法等物理气相沉积或热丝化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、金属-有机化学气相沉积等化学气相沉积方法在衬底上沉积导电层。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(1)还包括在衬底上沉积导电层之前清洗衬底的步骤。在一些实施方案中，所述的清洗衬底的步骤包括以下操作：将衬底依次浸于丙酮、酒精和水中进行超声清洗。

根据本发明提供的方法，其中，所述抗蚀剂可以为电子束抗蚀剂或光致抗蚀剂，优选为电子束抗蚀剂。在一些实施方案中，所述电子束抗蚀剂优选为正性电子抗蚀剂，包括但不限于购自zeon的zep-520a、购自allresist的ar-p6200、ar-p630-670系列、购自microchem的pmma系列等。所述光致抗蚀剂包括但不限于购自microchem的s1800系列、spr系列、购自microchemicals的az系列等。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(2)中抗蚀剂胶膜的厚度可以为100nm～5000nm，优选为300nm～1500nm。

根据本发明提供的方法，其中，步骤(2)中所述的涂覆抗蚀剂胶膜可以包括以下操作：在导电层上旋涂抗蚀剂，然后置于90～200℃的热板上固干。优选地，采用匀胶机进行所述旋涂。其中，所述固干的时间可以为1～30分钟，优选为3～5分钟，以及在一些具体实施方案还可以为1～3分钟。

在一些实施方案中，所述步骤(2)中的曝光包括以下操作：将具有沉积-剥离图形和刻蚀图形的掩模版置于抗蚀剂胶膜上，然后对样品进行曝光。

在另一些实施方案中，所述步骤(2)中的曝光包括以下操作：采用直写方式，由图形发生器将沉积-剥离图形和刻蚀图形转换为点阵曝光到抗蚀剂胶膜上。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(2)中曝光的方式可以选自紫外线曝光、软x线曝光、电子束曝光和离子束曝光中的一种或多种。在一些实施方案中，所述步骤(2)中曝光的方式为电子束曝光。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(2)中基于抗蚀剂的类型和曝光方式选择显影的具体方法。本发明对具体的显影方法没有特殊要求，可以选用本领域中的常规显影方法。

在一些具体实施方案中，所述步骤(2)可以包括：

(a)在导电层上旋涂电子束抗蚀剂胶膜，并置于150～200℃的热板上固干；

(b)采用直写方式，由图形发生器将沉积-剥离图形和刻蚀图形转换为点阵，采用电子束曝光设备进行曝光；和

(c)将步骤(b)中制得的曝光后的样品置于乙酸丁酯中显影，然后在异丙醇中定影。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(3)中基于导电层的类型选择适当的刻蚀剂。例如，在一些实施方案中，所述导电层为al膜，则选用购自transene的a型铝刻蚀剂(aluminumetchanttypea)或碱性正胶显影液。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(3)还可以包括清洗刻蚀后的样品的步骤。在一些实施方案中，清洗所采用的试剂包括异丙醇和/或水。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(4)中遮盖刻蚀图形的步骤可以包括以下操作：在显微镜下用抗蚀剂涂盖刻蚀图形，然后置于90～200℃，优选140～160℃的热板上固干。在一些实施方案中，所述步骤(4)中固干的时间为1～30分钟，以及在一些具体实施方案为1～3分钟。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(4)还包括以下操作：检测刻蚀图形和沉积-剥离图形的完整性和抗蚀剂胶膜是否损坏，对刻蚀图形和沉积-剥离图形完好且抗蚀剂胶膜无损坏的样品进行遮盖刻蚀图形操作。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(5)中通过电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射来沉积用于构成所述沉积-剥离图形的材料。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(5)中沉积的材料可以优选为金膜、钛膜、银膜、铌膜或铂膜并且与导电层不同。

根据本发明提供的方法，其中，所述步骤(6)中采用的除去方法可以为溶脱和/或剥离的方法，其可以根据抗蚀剂的类型确定。本发明对除去所述抗蚀剂或固体掩膜以及沉积在其上的用于构成所述沉积-剥离图形的材料的具体方法没有特殊要求，可以选用本领域的常规方法。

在一些具体实施方案中，抗蚀剂为zep-520a，则所述步骤(6)包括：将步骤(5)制得的沉积有用于构成所述沉积-剥离图形的材料的样品置于n,n-二甲基甲酰胺中进行溶脱剥离，然后用异丙醇冲洗，气枪吹干，从而制得目标产品。

根据本发明提供的方法，按照本发明的融合方法的原理，还可以对本发明方法制得的产品进一步套刻其它结构。

在本发明中，所述沉积-剥离图形用于后续制备精细结构时曝光如电子束曝光的定位。

在本发明中，在衬底上沉积导电层之后，涂覆抗蚀剂胶膜，将期望刻蚀的图形(刻蚀图形)和期望沉积的图形(沉积-剥离图形)合并为一个图形，经曝光和显影后，合并的图形(沉积-剥离图形和刻蚀图形)完整地转移到抗蚀剂胶膜上，然后进行刻蚀，将沉积-剥离图形和刻蚀图形转移到导电层；然后采用抗蚀剂遮盖住需要刻蚀的图形，露出沉积-剥离图形，再沉积用于构成所述沉积-剥离图形的材料；最后溶脱剥离抗蚀剂和附着在其上的材料，从而得到期望沉积的图形和期望刻蚀的图形。

本发明提供的方法采用了融合工艺，将期望刻蚀的图形(刻蚀图形)和期望沉积的沉积-剥离图形同时曝光，并同时进行刻蚀，然后通过遮盖保护刻蚀图形，沉积得到沉积-剥离图形，减少了操作步骤，提高了样品的制备效率，并且消除了常规套刻工艺所产生的误差。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明的一种实施方案的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

实施例1

常规的超导约瑟夫森器件制备过程中，采用蓝宝石作为衬底，采用钛和金形成定位用的沉积-剥离图形，在al膜上刻蚀出传输线，再套刻形成更精细的约瑟夫森等结构。以下参照图1说明采用本发明方法制备带有金沉积-剥离图形以及带有刻蚀图形的al膜的样品。

(1)将蓝宝石衬底依次置于丙酮、酒精和水中，分别超声清洗5分钟，取出后用异丙醇冲洗并用气枪吹干；

(2)将蓝宝石衬底放入plassys生产的meb550s3电子束蒸发设备中，用电子束蒸发设备在蓝宝石衬底上沉积厚度为100nm的al膜；

(3)将带有al膜的样品放置在kw-4a型的匀胶机上，旋涂电子束抗蚀剂zep-520a胶膜，其厚度为300nm；

(4)将涂有电子束抗蚀剂胶膜的样品放在170℃的热板上烘烤3分钟；

(5)将待刻蚀图形和定位用的十字形沉积-剥离图形并合在掩模版上；

(6)用raith生产的ebpg5000+型电子束曝光设备对样品进行曝光，曝光的图形是刻蚀图形和沉积-剥离图形合并的图形；

(7)将曝光后的样品放在乙酸丁酯中显影，然后在异丙醇中定影；

(8)将定影后的样品泡在购自transene的刻蚀剂aluminumetchanttypea中，观察al膜的状态，至图形在al膜上完全显现后取出样品，用水和异丙醇冲洗后吹干；

(9)将样品放在显微镜下观察，检查刻蚀图形和沉积-剥离图形的完整性及抗蚀剂是否损坏；

(10)对刻蚀图形和沉积-剥离图形完好且抗蚀剂胶膜无损坏的样品，在显微镜下用抗蚀剂盖住刻蚀图形，露出定位用的沉积-剥离图形部分；

(11)将抗蚀剂涂好后放在170℃的热板上烘烤3分钟使胶坚固；

(12)将样品放入电子束蒸发设备中，沉积厚度为50～100nm的金膜；

(13)将样品置于n,n二甲基甲酰胺中，进行溶脱剥离，剥离后用异丙醇冲洗，气枪吹干，得到了带有金沉积-剥离图形和具有刻蚀图形的al膜的样品。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的一个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。