专利名称：避免zep520电子抗蚀剂产生裂纹的方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，具体地说，涉及具有纳米级加工能力的电子束直写光刻技术中一种常用的正性电子抗蚀剂ZEP520(化学成分为α-氯甲基丙烯酸酯(α-chloromethacrylate)和α-甲基苯乙烯(α-methyl styrene)的共聚物)的使用技巧，这直接影响最终的纳米级图形结构的加工效果。
背景技术：
在微电子技术领域，采用电子束直写光刻加工具有纳米级的高分辨率的图形结构，是纳米加工的重要手段，其原理是电子抗蚀剂中的高分子材料受到高能电子束的轰击发生断链(正性抗蚀剂)或交联(负性抗蚀剂)等反应，在显影液中的溶解性能发生改变，使曝光区域和未曝光区域的溶解速度产生差别，具有较大分子量的区域溶解速度要比具有较小分子量的区域慢，快速溶解的区域抗蚀剂被溶解掉，溶解速度较慢的区域抗蚀剂被保留下来，从而在后续刻蚀工艺中起到抗刻蚀的作用。为了用电子束曝光技术制作出纳米级精细图形，使用性能优良的电子抗蚀剂是十分必要的。ZEP520是当前应用较为普遍的电子抗蚀剂之一，它是一种性能十分优良的非化学放大正性抗蚀剂，不仅分辨率高，而且灵敏度高、抗刻蚀性能好；缺点是与衬底(尤其是砷化镓(GaAs)材料)的粘附性较差，其本身也容易产生裂纹(图1)，裂纹和曝光图形交织在一起会破坏图形，即使不与曝光图形交叠，在经过刻蚀或其它图形转移工艺之后，裂纹也会一并被转移，这都会对曝光产生严重的不良影响。
目前一般采用在涂胶前先进行粘附增强剂处理的办法解决粘附性差的问题，粘附增强剂的作用是在晶片表面起碱性催化反应，转移晶片表面的自由羟基，提高抗蚀剂与晶片表面的粘附性。通常是在晶片表面汽相沉积一分子层的增粘剂，比如六甲基二硅胺烷(HMDS)等，这种方法存在两个问题一是HMDS本身有毒，易造成人体伤害和环境污染，二是为了使HMDS起到好的增强粘附性的效果，需采用专用的熏蒸炉。而对于如何避免ZEP520产生裂纹的问题，目前还没有相应的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种避免ZEP520电子抗蚀剂产生裂纹同时避免HMDS的不利影响的方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种避免ZEP520电子抗蚀剂产生裂纹的方法，包括步骤a)将衬底进行热处理；b)然后立即快速涂敷ZEP520电子抗蚀剂；c)最后采用常规条件进行前烘(如用烘箱在180℃下烘烤30分钟)，自然冷却，得成品，供电子束直写光刻加工使用。
所述的方法，其所述热处理的条件，包括热处理温度(80～120℃)、热处理时间(1～3分钟)、热处理工具(热板)及退火应力释放法(热处理使衬底在涂胶之前就已经受热膨胀，从而削弱了前烘时衬底与ZEP520膨胀程度的明显差异，因而使ZEP520中的应力大大减小，裂纹的产生得以避免)。
所述的方法，其所述热处理与涂胶之间的时间间隔应尽量短，最好保持在5秒钟之内，减少晶片表面态的退化。
所述的方法，其在衬底与电子抗蚀剂之间不使用增粘剂。
所述的方法，其所述衬底，为砷化镓(GaAa)、硅(Si)或磷化铟(InP)。
本发明所述的方法具有以下优点1.完全是物理的方法，而且操作十分简单；2.可以避免使用有毒的HMDS增粘剂，避免其对人体的伤害和环境污染等不利影响；3.不需要专用设备，如熏蒸炉等，可以降低成本；4.可以避免ZEP520形成裂纹，避免其对电子束曝光的不利影响，对于提高电子束曝光的可靠性具有重大的意义；
5.该方法本身十分稳定、可靠，有利于提高电子束光刻的成品率。未采用该方法时，在砷化镓(GaAs)、硅(Si)上用ZEP520进行电子束曝光的成品率分别约为20％、80％，而采用该方法后，成品率均能提高到90％以上。
图1是在砷化镓(GaAs)衬底上的ZEP520电子抗蚀剂中广泛分布的裂纹的扫描电子显微镜(SEM)表面形貌照片；图2是在砷化镓(GaAs)衬底上的ZEP520电子抗蚀剂中没有裂纹的扫描电子显微镜(SEM)表面形貌照片。
具体实施例方式
本发明的具体方法是在涂ZEP520电子抗蚀剂之前不熏蒸HMDS，而是采用物理的方法对衬底的表面进行热处理，然后立即涂敷ZEP520电子抗蚀剂即可避免产生裂纹的现象(图2)。
衬底主要是针对砷化镓(GaAs)衬底，使用硅(Si)、磷化铟(InP)等衬底时，为防止产生裂纹，在涂ZEP520电子抗蚀剂之前最好也要热处理。
热处理和涂胶之间的时间间隔应尽量短，最好保持在5秒钟之内。
以下结合附图通过对具体实施例的描述，进一步详细说明本发明所述的具体方法及其原理，其中图1是砷化镓(GaAs)衬底上的ZEP520胶中广泛分布的尺寸很大的裂纹的扫描电子显微镜(SEM)表面形貌照片，其工艺条件为常规条件，即砷化镓(GaAs)衬底在涂胶之前未经过热处理，图中四个大方块及竖直细长线为ZEP520的凹槽图形；图2是砷化镓(GaAs)衬底上的ZEP520电子抗蚀剂中没有裂纹时的扫描电子显微镜(SEM)表面形貌照片，其相应的条件是在涂胶之前先将砷化镓(GaAs)衬底进行热处理，然后立即涂敷ZEP520电子抗蚀剂(可以不涂六甲基二硅胺烷(HMDS))，图2中ZEP520胶上的凹槽图形与图1中的完全相同。
通过实验可知，裂纹的产生与六甲基二硅胺烷(HMDS)的使用与否、前烘的温度、时间、工具(热板或烘箱)、方式(温度升到设定值后放入基片烘完后立即取出、室温下放入基片后升温至设定值烘完后先降温至室温再取出基片)、曝光剂量、显影时间等条件均无关。但是如果将砷化镓(GaAs)衬底进行热处理后立即涂胶(可以不涂六甲基二硅胺烷(HMDS))，就能防止曝光显影后抗蚀剂图形龟裂现象的产生。
砷化镓(GaAs)未经热处理时，ZEP520电子抗蚀剂在前烘后、在曝光后都没有胶裂现象，但在显影后大量的裂纹即显现出来，而且图1中裂纹的分布很有规律，并且裂纹的分布与图形的分布密切相关，这说明产生裂纹的原因是前烘时砷化镓(GaAs)比ZEP520电子抗蚀剂受热膨胀明显得多，从而在ZEP520电子抗蚀剂中积累了一定的应力，在曝光显影产生图形后这些应力得以释放，从而形成裂纹。热处理后立即涂ZEP520电子抗蚀剂即可避免产生裂纹(图2)，这是因为热处理使砷化镓(GaAs)在涂胶之前就已经受热膨胀，从而削弱了前烘时砷化镓(GaAs)与ZEP520电子抗蚀剂膨胀程度的明显差异，因而使ZEP520电子抗蚀剂中的应力大大减小，裂纹得以避免。ZEP520电子抗蚀剂在硅(Si)上不容易产生裂纹是因为硅(Si)的热膨胀系数比砷化镓(GaAs)低得多，而与有机聚合物(含聚酯、聚烯等)的热膨胀系数比较接近，硅(Si)、砷化镓(GaAs)的线性热膨胀系数分别为2.59×10-6K-1和5.75×10-6/K，而有机聚合物一般约为1×10-6/K量级。
权利要求
1.一种避免ZEP520电子抗蚀剂产生裂纹的方法，其特征在于，包括步骤a)将衬底进行热处理；b)然后立即快速涂敷ZEP520电子抗蚀剂；c)最后采用常规条件进行前烘，自然冷却，得成品，供电子束直写光刻加工使用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述a)步将衬底热处理，其采用热板，热处理温度为80～120℃，热处理时间为1～3分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述b)步立即快速涂敷电子抗蚀剂，是指在5秒钟之内涂敷电子抗蚀剂，热处理与涂胶之间的时间间隔尽量短，以减少晶片表面态的退化。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在衬底与电子抗蚀剂之间不使用增粘剂。
5.如权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，所述衬底，为砷化镓、硅或磷化铟。
全文摘要
目前，使用高分辨的ZEP520正性电子抗蚀剂运用电子束直写光刻可以制作出纳米级的精细图形，但采用常规工艺容易在抗蚀剂中产生裂纹，尤其是在砷化镓衬底上，对于这个问题还没有相应的解决办法。本发明避免ZEP520电子抗蚀剂产生裂纹的方法，是对晶片衬底进行热处理，然后立即涂敷ZEP520胶，这样就可以避免ZEP520产生裂纹，同时可以避免使用有毒的六甲基二硅胺烷(HMDS)增粘剂，这种方法操作简单、方便可靠，对于提高电子束曝光的可靠性具有重大的意义。
文档编号H01L21/00GK1815369SQ200510006189
公开日2006年8月9日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者龙世兵, 李志刚, 谢常青, 刘明, 陈宝钦 申请人:中国科学院微电子研究所