[发明专利]基于二氧化铪的电子束套刻标记及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件微纳制造领域，具体来说，涉及一种基于二氧化铪的电子束光刻套刻标记及其制作方法。

背景技术

以互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal OxideSemiconductor）工艺为主流的半导体技术继续沿着“摩尔定律”迅速发展，器件的特征尺寸已进入到纳米量级，芯片的集成度越来越高，这对半导体工艺的精度提出了越来越严格的要求，只有在工艺过程中尽量减少每一个环节的精度误差，才能减少因误差带来的器件失效。

电子束光刻系统以其精度高、不需要掩膜等优点在半导体器件的微纳制造过程中扮演着越来越重要的角色。在半导体器件微纳制造中，一个器件的制作往往需要用到几次甚至十几次的电子束曝光，而影响曝光工艺误差的因素除了电子束光刻机的分辨率和电子抗蚀剂的精度之外，还有套刻对准的精度。

传统电子束光刻系统的套刻工艺所用的标记有两种：凹陷型标记和金属标记。

（a）凹陷型标记因其工艺简单、制作成本低、精度较高在普通半导体衬底（如Si，InP，GaAs等）电子束套刻工艺中使用普遍。凹陷型对准标记要求标记深度大于2μm、标记侧壁陡直，从而使高能电子束能分辨并获得精确的对准信号。而对于在硅基集成电路和光电子集成领域应用广泛的SOI（Silicon On Insulator，结构分三层：顶层Si、埋层SiO₂和衬底Si，尤其是顶层Si厚度低于1μm的SOI）来说，为了达到需要的深度，制作凹陷型标记时需要在刻穿顶层Si后继续刻蚀埋层SiO₂。由于普通的电子抗蚀剂（如PMMA、ZEP520）对二氧化硅的刻蚀选择比很低，不适合做较深的SiO₂刻蚀；刻蚀中也很难保证Si与SiO₂界面处侧壁的陡直度，所以凹陷型标记在工艺上难以与SOI基片兼容。

（b）金属标记由金属蒸镀加剥离获得，金属薄膜的厚度一般大于70nm，最好选用重金属（如Au、W等）以获得高的信噪比。传统的套刻标记用金作为材料，但是由于金与硅的粘附性很差，故需要先镀一薄层钛，再镀一定厚度的金。

目前“钛+金”标记已经成为硅衬底和SOI衬底上电子束光刻套刻标记的主流选择。然而“钛+金”标记也有其缺点：金靶材的价格非常昂贵；金与硅衬底粘附性很差，需要镀钛来将金与硅粘附在一起；金的熔点为1063℃，如果样品需要用于高温热氧化或者外延生长等工艺，就会出现金属融化变形、金属扩散，继而污染氧化或者外延生长的腔体，带来非常严重的后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于新材料的电子束光刻套刻标记，以降低工艺成本，提高套刻标记对衬底的粘附性和高温承受能力。

一种基于二氧化铪的电子束光刻套刻标记，包括衬底和镀在衬底上的二氧化铪薄膜标记。

进一步地，所述二氧化铪薄膜标记为正方形、十字形或“L”形等规则图形。

进一步地，所述二氧化铪薄膜标记厚度为10~1000nm。

一种基于二氧化铪的电子束光刻套刻标记制作方法，具体为：

（1）清洗衬底；

（2）在衬底上旋涂电子抗蚀剂，通过电子束光刻工艺在正性电子抗蚀剂中形成套刻标记的图形阵列；

（3）在电子抗蚀剂和衬底上蒸镀二氧化铪薄膜；

（4）剥离附着在电子抗蚀剂的二氧化铪薄膜，得到二氧化铪薄膜标记。

进一步地，所述步骤（2）采用正性或负性电子抗蚀剂，优选正性电子抗蚀剂，例如PMMA或ZEP520。

进一步地，所述步骤（3）的蒸镀方法为电子束蒸发镀膜法，可获得边缘整齐、侧壁陡直的二氧化铪标记。

进一步地，所述步骤（4）的剥离试剂选用丙酮，交替使用丙酮超声清洗和去离子水冲洗以加快剥离速度。

步骤（1）、（2）、（3）、（4）优选在超净的环境（千级间）中进行，避免衬底上残留的灰尘、颗粒影响电子抗蚀剂的旋涂以至于降低电子束光刻的曝光质量。

和现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：

(1)采用二氧化铪材料代替传统的“钛+金”材料，降低了套刻标记的制作成本；

(2)二氧化铪标记熔点高，适用范围广；

(3)二氧化铪与硅衬底的粘附性强，镀在硅或SOI衬底表面的二氧化铪标记在超声清洗中不会脱落或移位；

(4)二氧化铪标记在电子扫描下的对准信号的信噪比高，能保证较高的对准精度（小于25nm）。

附图说明

图1为本发明的截面图；