一种透明无机热敏光刻胶及其光刻工艺制造技术

本发明专利技术公开一种透明无机热敏光刻胶，所述光刻胶为硫化锑化合物，其化学式为Sb2S3，该透明无机热敏光刻胶通过在激光直写曝光下获得潜影，继而在碱性显影液中呈现负性光刻胶特性。光刻胶图形经干法刻蚀技术转移到硅、石英和金属铬等功能衬底上，显示出在半导体、光电器件等领域的应用价值。基于该透明无机热敏光刻胶的光刻工艺，具有分辨率高、成本低、易操控等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种透明无机热敏光刻胶及其光刻工艺


[0001]本专利技术涉及光刻领域，具体涉及一种透明无机热敏光刻胶和基于该透明无机热敏光刻胶的光刻工艺。

技术介绍

[0002]光刻胶是芯片生产过程中核心材料之一，被誉为半导体材料皇冠上的明珠。其在光刻中主要起到两方面的作用，一是通过曝光实现空间图像在光刻胶上形成潜影，继而通过显影获得光刻胶图形；二是在图形转移过程中起到抗蚀剂的作用。在晶圆制造的光刻工艺中，光刻精度一般达到纳米量级，所以光刻胶的质量一致性、稳定性至关重要。目前主流的IC光刻胶主要包括G线、I线、Krf、Arf和EUV光刻胶等，上述各类光刻胶主要为有机光刻胶，特点是针对特定曝光波长进行研发，均需要较长的研发周期和巨额的研发费用；而随着半导体器件特征分辨率的逐渐缩减，有机大分子光刻胶在纳米尺度光刻中已不再适用，无机光刻胶因其具有原子级别的基本单元可以获得极高的分辨率，如目前正在研发的无机金属氧化物EUV光刻胶。
[0003]在众多无机光刻胶中，有一类应用于激光热敏光刻技术的热敏光刻胶，主要为硫系相变化合物薄膜，由于具有相变热阈值效应，结合激光光斑的高斯分布，可以有效提高光刻分辨率，实现超分辨微纳器件的加工。无机热敏光刻胶可以采用真空沉积设备进行制备，有利于获得大面积、薄膜厚度均匀可控的光刻材料，甚至可以在柔性衬底上沉积，在未来的可穿戴电子设备领域具有重要的应用价值。目前诸如Sb基硫系相变材料如GeSbTe、AgInSbTe、GeSbSnTe等无机材料，因其非晶态(非曝光区)和晶态(曝光区)在特定显影液中具有不同的腐蚀速率，即存在选择性腐蚀比，被广泛应用于激光热敏光刻。不过上述材料因光子穿透深度有限(～10nm)，极大地影响其热传导深度，从而限制了晶化深度，导致光刻图形结构深宽比较低，湿法显影中侧向腐蚀严重，结构陡直度差等问题，严重制约了工业化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的难点和不足，提供一种在蓝紫到可见光波段透明但又具有合适吸收的一种透明无机热敏光刻胶，和基于该透明无机热敏光刻胶的光刻工艺。
[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一种透明无机热敏光刻胶，是一种宽禁带透明半导体材料，即硫化锑化合物，其化学式为Sb2S3。
[0007]基于该透明无机热敏光刻胶的光刻工艺，其具体步骤如下：a、选取合适的基底材料；b、在所选基底上采用物理气相沉积镀制一层硫化锑光刻薄膜；c、采用激光直写在硫化锑薄膜上进行曝光，使曝光区发生晶化，从而在硫化锑薄膜上形成设计图形的潜影，继而在显影液中进行湿法显影获得所需的光刻胶图形；d、采用干法刻蚀技术，将光刻胶图形转移
至功能衬底上；e、将步骤d中刻蚀样品放入盐酸与过氧化氢混合溶液中去除残胶；
[0008]本专利技术的技术效果：所公开的硫化锑化合物薄膜作为一种透明无机热敏光刻胶，其组分简单，易于溅射靶材加工，且溅射镀膜时不易发生成分偏析，工艺一致性较强；在蓝紫光到可见光波段透明且具有合适的吸收，有利于提高曝光晶化深度，从而可以显著提高微纳图形结构的高宽比和陡直度；在干法刻蚀工艺中，表现出较高的对硅、石英和铬的抗刻蚀能力；其光刻工艺具有重复性好、工艺流程简单等优点。
附图说明
[0009]图1是实施例1和实施例2的光刻工艺流程图；
[0010]图2是本专利技术中硫化锑薄膜的吸收光谱；
[0011]图3是本专利技术实施例1中得到的硫化锑光刻胶图形的SEM形貌图；
[0012]图4是本专利技术中实施例1中以硫化锑光刻胶图形为掩膜，经感应耦合等离子体刻蚀在硅基底上获得的SEM形貌图；
具体实施方式
[0013]下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0014]实施例1
[0015]参照图1，为基于透明无机热敏光刻胶的光刻工艺流程图。
[0016]步骤a：选用单晶硅片作为基底，经丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗10分钟后，氮气吹干待用；
[0017]步骤b：在经上述步骤a处理的单晶硅片基底上采用射频磁控溅射沉积一层厚度100nm的非晶态硫化锑薄膜，以下简称Sb2S3。溅射工艺：本底真空为5
×
10
‑4Pa，溅射功率为60W，氩气(Ar)流量为80sccm，溅射气压为0.8Pa，溅射速率为20nm/min。图2是Sb2S3薄膜的吸收光谱，可见在300
‑
800nm波段，Sb2S3薄膜具有合适的光子吸收能力。
[0018]步骤c：采用激光直写光刻机在上述步骤b制备的Sb2S3薄膜样品表面进行曝光，曝光功率设置为0.8mW。
[0019]步骤d：将上述步骤c获得曝光样品放入浓度为2.38％的TAMH显影液中，显影温度为25℃，经3min湿法显影。图3为显影后获得光栅结构SEM形貌图，可见非晶态区域去除，晶化区域保留，形成矩形凸起结构，高度约100nm，说明Sb2S3热敏光刻胶适配TMAH显影液可以获得优良的负性胶特性。
[0020]步骤e：将上述步骤d中获得的Sb2S3光刻胶图形经ICP刻蚀转移到单晶硅片上。所述刻蚀气体为(CF4)和氩气(Ar)，比例为200∶15，其中刻蚀气压设置为2Pa，ICP功率设置为500W，RF功率设置为200W，刻蚀时间为150s。图4为刻蚀后的SEM截面图，可见结构表面光滑，边界清晰陡直，图形保真度高。Sb2S3作为掩膜与单晶硅的刻蚀选择比达1∶8。
[0021]步骤f：将上述步骤e中获得的刻蚀样品放入盐酸与双氧水的混合溶液(HCl∶H2O2＝2∶1)中进行去胶处理。
[0022]实施例2
[0023]步骤a：选用石英作为基底，经丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗10分钟后，氮气
吹干待用；
[0024]步骤b：在经上述步骤a处理的石英基底上采用射频磁控溅射沉积一层厚度100nm的非晶态硫化锑薄膜，以下简称Sb2S3。溅射工艺均同实施例1的步骤b。
[0025]步骤c：采用激光直写光刻机在上述步骤b制备的Sb2S3薄膜样品进行曝光，曝光流程及参数均同实施例1的步骤c。
[0026]步骤d：将上述步骤c获得曝光样品放入2.38％的TAMH显影液中，显影步骤及参数均同实施例1的步骤d。
[0027]步骤e：将上述步骤d中获得的Sb2S3光刻胶图形经ICP刻蚀转移到石英基底上。所述刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)和氩气(Ar)，比例为200∶30，其中刻蚀气压设置为2Pa，ICP功率设置为600W，RF功率设置为200W，刻蚀时间为100s，获得陡直度、保真度较高的转移图形。
[0028]步骤f：去胶流程及参数均同实施例1的步骤f。
[0029]综上所述，本专利技术公开的一种透明无机热敏光刻胶即硫化锑化合物(Sb2S3)，经光刻工艺验证可知，其晶态与非晶态之间在碱性显影液中具有较高的腐蚀性选择比，呈现出优良的负性胶特性，制备的微纳结构边缘清晰，陡直度较高，且对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透明无机热敏光刻胶，其特征在于：所述光刻胶为硫化锑化合物，宽禁带透明半导体材料，其化学式为Sb2S3。2.一种基于透明无机热敏光刻胶的光刻工艺，其特征在于，包括：a)选取基底材料；b)在所述基底上采用物理气相沉积方法镀制一层非晶态硫化锑薄膜；c)采用激光直写对步骤b中镀制的硫化锑薄膜进行曝光，使曝光区发生由非晶态到晶态的相态转变，获取设计图形的潜影，再在相关显影液中进行湿法显影，获得光刻胶图形；d)采用干法刻蚀技术，以步骤c中获得的光刻胶图形作为掩膜，进行干法刻蚀，将光刻胶图形转移至功能衬底上；e)将步骤d中刻蚀样品放入盐酸与双氧水的混合溶液中进行去胶处理。3.根据权利要求2所述的一种透明无机热敏光刻胶的光刻工艺，其特征在于：所选基底为单晶硅片、石英、铬、氮化镓。4.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张奎，赵培均，王阳，魏劲松，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：