包含具有硼层的硅衬底上的场发射器的多柱电子束光刻制造技术

本申请实施例涉及包含具有硼层的硅衬底上的场发射器的多柱电子束光刻。一种多柱电子束装置包含电子源，所述电子源包括制造在硅衬底的表面上的多个场发射器。为防止所述硅氧化，将薄的连续硼层直接安置在所述场发射器的输出表面上。所述场发射器可呈各种形状，包含锥体、圆锥或圆形晶须。可将任选栅极层放置在所述场发射器附近的所述输出表面上。所述场发射器可进行p型或n型掺杂。可将电路并入到晶圆中以控制发射电流。光源可经配置以照射所述电子源且控制所述发射电流。所述多柱电子束装置可为经配置以将图案写入在样本上的多柱电子束光刻系统。束光刻系统。束光刻系统。

【技术实现步骤摘要】
包含具有硼层的硅衬底上的场发射器的多柱电子束光刻
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本申请是申请日为2017年10月12日，申请号为“201780062665.7”，而专利技术名称为“包含具有硼层的硅衬底上的场发射器的多柱电子束光刻”的申请的分案申请。
[0003]相关申请案的交叉参考
[0004]本申请案主张2016年10月13日申请且让与第62/407,664号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述案的公开内容以引用方式并入本文。


[0005]本专利技术涉及电子束光刻系统。

技术介绍

[0006]光刻过程包含抗蚀剂的图案化曝光，使得可选择性地移除抗蚀剂的部分以使下伏区域曝光以例如通过蚀刻、材料沉积、植入等进行选择性处理。传统光刻过程利用呈紫外光形式的电磁能来进行抗蚀剂的选择性曝光。随着过程节点持续收缩，光刻(optical lithography)(或光刻(photolithography))已因其绕射极限而变得日益不足。波长减小、掩膜及照射优化、数值孔径增大及近接校正仅可在一定程度上改进分辨率。半导体产业正寻求光刻的替代方案。带电粒子束已用于高分辨率光刻抗蚀剂曝光。特定来说，已使用电子束，这是因为低电子质量允许在相对低电力下准确地控制电子束。电子束光刻系统可被分类为电子束直写(EBDW)光刻系统及电子束投影光刻系统。
[0007]在EBDW光刻中，衬底通过聚焦电子束循序曝光，其中射束以线的形式在整个样品上方扫描且通过对应地消隐射束而将所期望结构写入在目标上，或如在向量扫描方法中，在要曝光的区上方引导聚焦电子束。可通过光阑整形射束点。EBDW因电路几何结构储存在计算机中且可容易变化而以高灵活性著称。此外，由于可用电子光学成像系统获得具有小直径的电子焦点，因此可通过电子束写入获得高分辨率。然而，由于循序、逐点写入，所述过程是费时的。因此，EBDW通常用于生产投影光刻中所需的掩膜。甚至对于图案化掩模(其尺寸通常为晶片尺寸的4倍)，电子束光刻仍花费数小时来写入整个掩膜。
[0008]在电子束投影光刻中，类似于光刻，同时照射掩膜的较大部分且通过投影光学器件按缩减比例将其成像在晶片上。由于在电子束投影光刻中同时成像整个场，因此与电子束写入器相比，可获得产量可能明显较高。然而，在常规电子束投影光刻系统中，对应掩膜对于每一要曝光结构是必需的。由于与掩膜生产相关联的高成本，少量制备客户特定电路并不经济。
[0009]基于上文论述，与电子束投影光刻相比，EBDW光刻可为低成本电子束光刻的更佳候选者。EBDW并未使用掩膜(即，其是无掩膜的)，这消除了掩膜成本且加速了半导体制造过程。EBDW光刻还可能实现改进的分辨率。然而，EBDW具有与其低产量相关的问题。例如，使用EBDW光刻可能要花费约10小时到100小时来将图案写入在整个晶片上方。一种试图增大产量的先前方法是增大射束电流。然而，当电流密度超过某个阈值时，电子间相互作用(例如，
电子之间的排斥库伦力)引起射束模糊且使点大小增大。此限制进一步限制现存电子束光刻系统的产量。
[0010]一种降低电子间相互作用的解决方案是使用同时写入的多个电子束使电流在掩模、光罩或晶片上方散布。多射束写入通过在衬底上并列使用多次电子束写入而非一个单电子束来改进EBDW光刻的产量。此大规模并列性可规避电子束光刻系统的物理限制，且可使EBDW符合成本及扩展性需求。然而，多射束光刻存在若干挑战。一个挑战是在个别射束放置、覆盖区、剂量及模糊方面同时控制多个电子束。通过使用现存市售的庞大电子源(例如通常由钨或六硼化镧(LaB6)制成的热离子发射器；或通常由具有涂布有氧化锆(ZrO
x
)层的尖端的钨丝制成的肖特基发射器)来实现紧凑型多射束设计甚至更具挑战性。
[0011]电子束光刻系统需要电子源来生成引导朝向样本的电子束。电子源可划分为两个广泛群组：热离子源及场发射源。热离子源是最常见的市售电子发射器，且通常由钨或六硼化镧(LaB6)制成。在热离子发射中，当电子热能足够高以克服表面势垒时，电子从材料表面蒸发。虽然热离子发射器被广泛使用，但其通常需要高温(>1300K)来操作且可具有若干缺点，例如低效电力消耗、广能量散布、短寿命、低电流密度及有限亮度。对更高效电子源的需求已驱使肖特基发射器及冷电子源(例如电子场发射器)的研究与开发。
[0012]在肖特基发射器中，热离子发射通过由于有效势垒在经施加外部电场下的图像电荷效应降低而增强。肖特基发射器通常由具有涂布有氧化锆(ZrO
x
)层的尖端的钨丝制成，其展现低得多的功函数(～2.9eV)。肖特基发射器当前用于一些电子束系统中。尽管相当成功，但热辅助肖特基发射器仍需要在高温(>1000K)及高真空(～10
‑9mbar)下操作，且由于高操作温度而具有比所期望更广的电子发射能量散布。与肖特基发射器相比，半导体晶片及掩膜检验、审查及光刻可期望具有较低能量散布、较高亮度(例如，辐照度)及较高电流密度的电子源，这是因为其将实现更快及因此更具成本效益的检验、审查及光刻。
[0013]所属领域中已知冷电子源，尤其是电子场发射器。此类发射器已用于场发射显示器、气体离子化器、x射线源、电子束光刻及电子显微镜以及其它应用中。
[0014]场发射在经施加电场足够高以降低尖端
‑
真空界面上的势垒使得电子可在接近室温的温度下隧穿此势垒(例如，量子力学隧穿)时发生。典型场发射器包括具有圆形栅极孔径的圆锥形发射器尖端。在经施加外场下，跨发射器阴极、栅极及阳极建立电势差，从而导致尖端的表面处的高电场。电子隧穿窄表面势垒且朝向阳极行进，所述阳极经偏压到高于栅极的电势。可通过福勒
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诺德汉理论的修改版本估计发射电流密度，所述修改版本考虑由于场发射器的场增强因子。
[0015]因为场发射器可接近于室温而操作，所以其具有低于肖特基及热离子发射器的能量散布，且可具有高于热离子发射器的亮度及电子流。然而，在实际使用中，场发射器的输出电流不太稳定，这是因为污染物可能容易粘附到发射器的尖端且提高其功函数，且因此降低亮度及电流。需要周期性闪光(即，暂时提高尖端温度)以移除那些污染物。当尖端正闪光时，仪器不可用于操作。在半导体产业中，需要仪器持续地且稳定地操作而无中断，因此通常优先于冷场发射器使用肖特基发射器。
[0016]先前场发射器阵列(FEA)具有布置成二维周期性阵列的多个圆锥形状电子发射器。这些场发射器阵列可按用于制造的材料广义地分类为两个广泛类别：金属场发射器及半导体场发射器。
[0017]早期工作致力于开发金属场发射器。例如，已因为钼具有低电阻率(在20℃下为53.4nΩ
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m)及高熔点(2896K)而开发Spindt型钼场发射器。然而，金属发射器有若干缺点，例如由于金属沉积技术而缺乏均匀性，且更严重的是发射电流主要由于氧化而降级。
[0018]随着现代半导体制造技术的出现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束光刻系统，其包括：多个柱，所述柱中的每一者具有电子光学器件，其中所述电子光学器件经配置以缩小电子束且将其聚焦到样本上；电子源，其经配置以生成引导朝向所述样本的所述电子束中的至少两者，其中所述电子源包含：硅衬底，其具有顶表面；至少两个场发射器，其直接形成在所述硅衬底的所述顶表面上，其中所述场发射器中的两者在所述硅衬底上隔开10μm到500μm的间距，并且所述间距为所述场发射器的高度的至少三倍，其中每一场发射器包括锥体、圆锥或圆形晶须，其中所述硅衬底上的所述场发射器中的每一者与所述柱中的一者对准，其中所述场发射器各自经配置以将所述电子束中的一者发射到所述柱中的一者中；电介质层，其邻近所述场发射器安置在所述硅的所述顶表面上；导电栅极，其安置在所述电介质层的顶部上，其中所述电介质层的厚度大约等于或小于所述场发射器的所述高度以使得所述导电栅极接近或略低于所述场发射器的尖端的高度；及硼层，其安置在每一场发射器上以提高发射电流，其中所述硼层是大于90％的硼；载台，其经配置以固持所述样本，其中所述电子束光刻系统经配置以用所述至少两个电子束将图案写入在所述样本上；浸没透镜，其用于所述柱中的每一者，所述浸没透镜经配置以将原电子束聚焦在所述样本上；及反向散射电子检测器，其经配置以检测来自所述样本的表面的反向散射电子。2.根据权利要求1所述的电子束光刻系统，其中所述场发射器中的至少四者直接形成在所述硅衬底的所述顶表面上，且其中所述场发射器中的所述至少四者以规则网格图案安置在所述硅衬底的所述顶表面上。3.根据权利要求1所述的电子束光刻系统，其中所述柱中的每一者中的所述电子源进一步包含：多个引出及聚焦电极，其经配置以引出且聚焦所述柱中的所述原电子束；多个孔径；及对准偏转器。4.根据权利要求1所述的电子束光刻系统，其中所述柱中的每一者中的所述电子光学器件进一步包含：旋转器；加速柱板，其经配置以增大所述柱中的所述原电子束的能量；及主场及子场偏转器。5.根据权利要求1所述的电子束光刻系统，其中所述柱中的每一者进一步包括消隐系统，所述消隐系统包含消隐电极及消隐孔径。...

【专利技术属性】
技术研发人员：勇霍，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：