一種可提高圖形深寬比的納米壓印方法及其產品技術

本發明專利技術公開了一種可提高圖形深寬比的納米壓印方法，包括：（a）軟、硬模板的準備步驟；（b）對半導體基片清洗干燥處理后在其表面上涂覆底膠并執行固化處理，接著在該底膠層上鍍上硬掩膜層且底膠層與硬掩膜層之間的刻蝕選擇比為10以上；（c）在硬掩膜層上涂覆光刻膠并經烘烤處理，然后利用軟模板在壓印膠層上形成所需的納米圖形；（d）通過多次干法刻蝕處理，分別去除壓印膠層上的殘膠、刻蝕硬掩膜層和底膠層，將所需的納米圖形依次向下轉移；（e）利用底膠層上的圖形作為掩膜在半導體基片上形成最終的納米圖形產品。通過本發明專利技術，可以顯著提高底膠掩膜的深寬比并相應獲得高深寬比的納米圖形，同時進一步提高所獲得納米圖形的圖像精細程度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于圖像壓印
，更具體地，涉及一種可提高圖形深寬比的納米壓印方法及其產品。
技術介紹
隨著科技的不斷發展，微小化、集成化和低成本是半導體制造方向的產業趨勢。因此納米壓印(Nanoimprint Lithography)技術作為一種新型的圖形轉移技術，由于其分辨率高、成本低的優勢在半導體制造中得到越來越多的應用，相比于傳統的光刻技術，納米壓印可以制作出20nm以下的小線寬圖形，并相對于高精度的電子束曝光技術而言，納米壓印技術擁有極低的制作成本，適合于大規模的工業生產。傳統的納米壓印技術是通過溫度的控制使得基片上的壓印膠軟化流動，再與壓印 模板進行機械接觸通過壓力的控制將壓印模板上的圖形轉移到壓印膠上。這種直接機械接觸的壓印方式有以下缺點由于不能完全保證被壓印基片的平整度和清潔度，因此這種直接硬模板壓印在基片不平整區域會降低壓印的質量，使得周圍一部分區域因為沒有直接接觸到壓印模板而使得圖形不完整；此外，由于壓印模板成本較高，直接機械接觸式的壓印會降低模板使用壽命，相應提高納米壓印的成本。因此，現在越來越多地采用軟模板(Softmold)技術來執行模板的轉移，該技術首先是利用熱壓印方式將硬模板上的圖案轉移至軟模板上，之后再利用軟模板對基片執行紫外壓印，從而在獲得納米圖案的同時，能夠避免對硬壓印模板造成損傷。除了保護模板之夕卜，軟模板壓印還具有以下優勢首先，由于軟模板可彎曲形變的物理特性，在壓印中軟模板可以自適應成不平整的基片表面以及基片上的顆粒的形狀，從而大大降低不完全填充區域的面積，提高圖形的成品率；其次，在利用硬模板制作軟模板的脫模過程中，軟模板可以將硬模板表面的顆粒或其他污染物可以吸附下來，從而實現硬模板的清潔功能。鑒于軟模板納米壓印具有以上優勢，世界上各大公司和科研機構都對軟模板進行了多方面的研究。例如，EP2005/055729A中公開了一種采用中間轉移模板的圖像復制方法，其利用高分子聚合物構成的中間轉移模板作為軟模板，并成功實現對圖文復制的商用用途。另外，CN201110087571.X、CN200610125535. 7等專利申請中也分別公開了采用軟模板納米壓印技術來制備GaN基光子晶體LED和DFB激光器的方法。然而，對于現有技術中的軟模板納米壓印工藝而言，仍然存在以下的不足或缺陷第一、由于軟模板自身具備易形變彎曲的物理特性，這樣在壓印過程中，對于所加工圖形的深寬比不能過高，通常會限定為I.5以下，否則會造成軟模板上的圖形彎曲倒塌，從而影響壓印到基片上膠掩膜以及刻蝕之后的圖形深寬比，此現象在納米級細線寬圖形制作中體現得尤為明顯；第二，當執行納米壓印之后，干法刻蝕工藝會由于普通壓印膠掩膜的特性而形成正臺型掩膜，造成圖案線寬的損失并使得納米圖像線寬變小，相應會導致納米圖形失真的缺陷
技術實現思路
針對現有技術的缺陷或技術需求，本專利技術的目的在于提供一種可提高圖形深寬比的納米壓印方法及其產品，其通過對特定層刻蝕選擇比的限定以及膠掩膜與硬掩膜之間的多次轉移操作，可以提高膠掩膜的高度，并相應較大程度地提高底膠掩膜及刻蝕之后最終所形成圖形的深寬比，同時進一步提高所獲得納米圖形的圖像精細程度。按照本專利技術的一個方面，提供了一種可提高圖形深寬比的納米壓印方法，該方法包括下列步驟(a)軟、硬模板的準備步驟首先根據所需加工的納米圖形，通過電子束曝光的方式制作出硬模板，然后將該硬模板上的圖形予以轉移并制作出相應的軟模板； (b)底膠涂覆和硬掩膜層的形成步驟對半導體基片進行清洗和干燥處理后，在其表面上涂覆底膠并對底膠執行固化處理，由此在半導體基片上形成底膠層；接著，在所形成的底膠層上鍍上硬掩膜層，其中所述底膠層與硬掩膜層之間的刻蝕選擇比為10以上；Ce)納米壓印圖形的轉移步驟在所形成的硬掩膜層上涂覆光刻膠，經烘烤處理后獲得用于構成所需納米圖形的相應壓印膠層；然后，利用步驟(a)所制得的軟模板在所述壓印膠層上形成所需的納米圖形；(d)干法刻蝕處理步驟，該步驟具體包括以下子步驟(dl)利用干法刻蝕工藝并以壓印膠層上所形成的納米圖形為掩膜對所述壓印膠層執行刻蝕處理，由此去除多余的光刻膠并露出其下部的硬掩膜層；(d2)繼續利用干法刻蝕工藝并以納米圖形為掩膜對所述硬掩膜層執行刻蝕處理，由此在硬掩膜層上形成所需的納米圖形；(d3)再次利用干法刻蝕工藝并以硬掩膜層上所形成的納米圖形為掩膜對底膠層執行刻蝕處理，由此在底膠層上形成所需的納米圖形；(e)利用步驟(d)所形成的底膠層及其納米圖形，通過干法刻蝕工藝在半導體基片上形成相應的納米圖形，由此獲得最終的納米壓印產品。通過以上構思的方法，由于采用軟模板將所需圖形轉移到壓印膠層上，相應能夠更為完整地與壓印膠層相貼合，提高圖形的成品率，同時避免直接采用硬模板所導致的污染問題；此外，通過將底膠層與硬掩膜層之間的刻蝕選擇比設定為10以上，這樣在刻蝕處理的過程中，能夠在底膠層上得到比壓印膠層更深的掩膜圖形，并可利用該高深寬比的掩膜圖形來相應獲得深寬比更高的最終產品，經測試表明，按照本專利技術所獲得納米壓印圖形的深寬比可為2.0以上甚至高達5.0，遠遠超出現有技術的水平；此外，通過多次干法刻蝕處理來形成所需的納米圖形，可以避免線寬損失或圖像失真等現象，相應獲得更為精細的納米圖形轉印效果。作為進一步優選地，在步驟(b)中，所述底膠可選擇為SU-8或STU-2，并利用紫外曝光的方式來執行固化處理，其中紫外曝光的時間為O. 5分鐘 I. 5分鐘。通過采用SU-8或STU-2來制作底膠層，能夠利用其光敏性高的特性，經紫外曝光后形成機械強度高、化學性能穩定的立體交聯結構，并有效形成幾百微米厚度的器件；此夕卜，通過對紫外曝光的時間進行以上限定，較多試驗表明，能夠保證底膠獲得穩定的固化效果，防止底膠融化，并便于按照本專利技術的納米圖形的刻蝕掩膜后續操作。作為進一步優選地，所述硬掩膜層由二氧化硅、鋁或鉻制成，并且底膠層與硬掩膜層的刻蝕選擇比為15以上。通過對硬掩膜層的材料選擇為二氧化硅、鋁或鉻并將其與底膠層之間的刻蝕選擇比進一步設定為15以上，這樣處于下部的底膠層的刻蝕速率與處于其上部的硬掩膜層相比更快，由此在相同時間內所獲得的底膠圖形的深寬比更高，相應能夠形成與現有技術相比深寬比更高的納米圖形產品；此外，對于絕大多數的常規底膠層和硬掩膜層材料而言，以上設定都能保證得到所需的高深寬比納米圖案，因此可大大提高適用面。作為進一步優選地，在步驟(a)中，所述軟模板由聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯材料構成。通過將軟模板的構成材料選擇為聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯，相應可具備柔軟性和透明性好、耐候性高等特點，便于加工成型并且不含增塑劑，因而尤其適合作 為納米壓印過程中的軟模板的制備及使用。作為進一步優選地，在步驟(dl)中，所述干法刻蝕工藝的具體工藝參數包括采用氧氣作為刻蝕氣體，氧氣流量為2(T40sCCm，用于對氧離子執行加速的離子源的射頻功率為50w 70w，刻蝕機內部腔壓為IOmTorr,且刻蝕速度為4(T70nm/min ;在步驟(d2)中，所述干法刻蝕工藝的具體工藝參數包括采用氧氣和CHF3共同作為刻蝕氣體，其中氧氣流量為3 8SCCm，CHF3流量為8(Tl00sCCm，用于對刻蝕氣體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可提高圖形深寬比的納米壓印方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：（a）軟、硬模板的準備步驟：首先根據所需加工的納米圖形，通過電子束曝光的方式制作出硬模板，然后將該硬模板上的圖形予以轉移并制作出相應的軟模板；（b）底膠涂覆和硬掩膜層的形成步驟：對半導體基片進行清洗和干燥處理后，在其表面上涂覆底膠并對底膠執行固化處理，由此在半導體基片上形成底膠層；接著，在所形成的底膠層上鍍上硬掩膜層，其中所述底膠層與硬掩膜層之間的刻蝕選擇比為10以上；（c）納米壓印圖形的轉移步驟：在所形成的硬掩膜層上涂覆光刻膠，經烘烤處理后獲得用于構成所需納米圖形的相應壓印膠層；然后，利用步驟（a）所制得的軟模板在所述壓印膠層上形成所需的納米圖形；（d）干法刻蝕處理步驟，該步驟具體包括以下子步驟：（d1）利用干法刻蝕工藝并以壓印膠層上所形成的納米圖形為掩膜對所述壓印膠層執行刻蝕處理，由此去除多余的光刻膠并露出其下部的硬掩膜層；（d2）繼續利用干法刻蝕工藝并以納米圖形為掩膜對所述硬掩膜層執行刻蝕處理，由此在硬掩膜層上形成所需的納米圖形；（d3）再次利用干法刻蝕工藝并以硬掩膜層上所形成的納米圖形為掩膜對底膠層執行刻蝕處理，由此在底膠層上形成所需的納米圖形；（e）利用步驟（d）所形成的底膠層及其納米圖形，通過干法刻蝕工藝在半導體基片上形成相應的納米圖形，由此獲得最終的納米壓印產品。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王智浩，劉文，孫堂友，左強，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：