专利名称：一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法
技术领域：
本发明涉及空气桥制备技术领域，尤其涉及一种以电子束曝光技术为核 心制备纳米尺度镍金空气桥的方法。
背景技术：
随着CMOS集成电路中器件尺寸的不断减小和集成密度的不断提高， 电路中的布线策略已经成为了一个非常关键的问题。优良的布线策略可以 提高电路的效率，减少线路上的功耗和延迟时间。相反，糟糕的布线策略 将会降低电路的效率，增加整个电路的功耗。
优良的布线策略必须满足的一个标准就是要有足够的灵活性。空气桥 作为一种能够连接两个或多个器件的悬空的结构，为实现这种灵活性提供 了一种可选方案。目前，空气桥已经在介观输运，微机电系统(MEMS)， 单片微波集成电路(MMIC)和纳米器件等领域都有着广泛的应用。
以往对纳米尺度空气桥的制备大都采用电子束曝光技术直接在电子 束曝光胶上定义出纳米尺度的空气桥，并通过金属淀积和金属剥离完成空 气桥图形的转移[T. Borzenko， V. Hock， D. Supp, C. Gould, G. Schmidt, L. W. Molenkamp, Microelect. Eng. 78 (2005) 37]。这种方法的主要缺点是电子束 曝光环节的调校复杂，空气桥几何形状的可重复性较差。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种纳米尺度镍金空气桥的制 备方法，以简化电子束曝光环节的调校，提高工艺的可重复性。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法，该方法包括以下步骤 引进二氧化硅牺牲层；
用电子束曝光结合电感耦合等离子体(ICP)刻蚀所述二氧化硅牺牲层，
定义出空气桥的桥墩；
再次用电子束曝光，在双层电子束曝光胶上定义出空气桥的桥梁； 用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬底； 用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空气桥。 上述方案中，所述引进二氧化硅牺牲层的步骤包括用等离子体增强
化学气相淀积(PECVD)方法在晶向为(100)的Si衬底上淀积一层厚度为
250nm的二氧化硅牺牲层。
上述方案中，所述刻蚀二氧化硅牺牲层，定义空气桥桥墩的步骤包括:
在所述二氧化硅牺牲层上用鬼胶机旋涂一层厚度为400nrn的PMMA胶； 接着用电子束曝光技术在所述PMMA胶上定义出用于电感耦合等离子体 (ICP)刻蚀的方孔，使得PMMA胶下的二氧化硅裸露出来；然后以所述 PMMA胶为掩膜，釆用电感耦合等离子体技术刻蚀所述二氧化硅牺牲层， 定义出空气桥的桥墩。
上述方案中，所述用电子束曝光技术定义方孔时，对方孔的曝光剂量 设置为150pC/cm2，显影时用体积比为MIBK: IPA二1: 3的显影液显影 30s，再用IPA定影30s;在刻蚀二氧化硅时，等离子体的启辉功率设置为 IOOOW，射频功率设置为200W,刻蚀气体的组分为C4F8: He: H2= 12sccm: 174sccm: 12sccm，刻蚀时间为lmin。
上述方案中，所述定义空气桥桥墩与再次用电子束曝光的步骤之间进
一步包括用氧等离子体刻蚀技术清除刻蚀所述二氧化硅牺牲层时的残
胶，再用甩胶机在二氧化硅层上依次甩上总厚度为400nm的双层胶PMMA 一MAA禾口PMMA，作为图形转移的媒介。
上述方案中，所述再次用电子束曝光，定义空气桥桥梁的步骤包括 进行第二次电子束曝光，对用于定义桥墩的方孔将曝光剂量设置为 150)LiC/cm2，而对用于定义桥梁的矩形长条曝光剂量设置为100^iC/cm2，显 影所用的显影液配比和第一次曝光相同，显影时间为30s，但与第一次曝 光不同的是要在定影时对样品进行超声，总共的定影时间为30s，其中加 超声的定影时间为5s，其余的定影时间为25s。
上述方案中，所述用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转
移至衬底的步骤包括用金属电子束蒸发在样品上依次淀积50nm的Ni 和200nm的Au，然后将淀积完Ni/Au的样品从蒸发炉中取出，浸入丙酮 中进行金属剥离，将金属空气桥结构转移至衬底。
上述方案中，所述用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的
镍金空气桥的步骤包括将完成金属剥离的样品小心地浸入体积比为HF:
NH4F: H20=1: 2: 3的腐蚀液中，腐蚀60s，去除二氧化硅牺牲层，得到 最终的镍金空气桥，其中，腐蚀液配制时所采用的NH4F溶液的摩尔浓度 为40% 。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 本发明提供的这种纳米尺度镍金空气桥的制备方法，通过引进二氧化 硅牺牲层，用电子束曝光结合电感耦合等离子体(ICP)刻蚀所述二氧化 硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩，再次用电子束曝光，在双层电子束曝光 胶上定义出空气桥的桥梁，用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结 构转移至衬底，用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空 气桥，大大简化了电子束曝光环节的调校，提高了工艺的可重复性，具有 电子束曝光环节调校简单，工艺重复性好等优点。
图1为本发明提供的制备纳米尺度镍金空气桥的方法流程图2为本发明提供的在第一次电子束曝光前样品的结构示意图3为本发明提供的在第一次电子束曝光和电感耦合等离子体(ICP)
刻蚀二氧化硅后样品的俯视图4为本发明提供的在第一次电子束曝光和电感耦合等离子体(ICP)
刻蚀二氧化硅后样品的侧视图5为本发明提供的在第二次电子束曝光的曝光版图设计； 图6为本发明提供的在第二次电子束曝光后样品的侧视图7为本发明提供的用湿法腐蚀去除二氧化硅后样品的侧视图。 其中，
11:约400nm厚的PMMA胶；
12:约250nm厚的二氧化硅牺牲层；
13:衬底材料；
21:在二氧化硅牺牲层上刻蚀出的方孔，用来定义空气桥的桥墩;
22:用来做刻蚀掩模的PMMA残胶；
31:用来做刻蚀掩模的PMMA残胶；
32:约250nm厚的有图形的二氧化硅牺牲层；
33:衬底材料；
41:用于定义桥墩的曝光图形； 42:用于定义桥梁的曝光图形； 51:顶层PMMA胶；
52:底层PMMA—MAA胶；
53:约250nm厚的二氧化硅牺牲层；
54:衬底材料；
61:镍金空气桥的桥梁；
62:镍金空气桥的桥墩；
63:衬底材料。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的制备纳米尺度镍金空气桥的方法流 程图，该方法包括以下步骤
步骤101:引进二氧化硅牺牲层；
步骤102:用电子束曝光结合电感耦合等离子体(ICP)刻蚀所述二氧 化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩；
步骤103:再次用电子束曝光，在双层电子束曝光胶上定义出空气桥 的桥梁L
步骤104:用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬
底；
步骤105:用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空 气桥。
上述步骤101包括用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法在 晶向为(100)的Si衬底上淀积一层厚度约为250nm的二氧化硅牺牲层。
上述步骤102包括在所述二氧化硅牺牲层上用甩胶机旋涂一层厚度 为400nm的PMMA胶；接着用电子束曝光技术在所述PMMA胶上定义 出用于电感耦合等离子体ICP刻蚀的方孔，使得PMMA胶下的二氧化硅 裸露出来；然后以所述PMMA胶为掩膜，采用电感耦合等离子体技术刻 蚀所述二氧化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩。
上述用电子束曝光技术定义方孔时，对方孔的曝光剂量设置为 150pC/cm2，显影时用体积比为MIBK: IPA=1: 3的显影液显影30s，再 用IPA定影30s;在刻蚀二氧化硅时，等离子体的启辉功率设置为IOOOW， 射频功率设置为200W,刻蚀气体的组分为C4F8: He: H2=12sccm: 174sccm: 12sccm，刻蚀时间为lmin。
上述步骤102与步骤103之间进一步包括用氧等离子体刻蚀技术清 除刻蚀所述二氧化硅牺牲层时的残胶，再用甩胶机在二氧化硅层上依次甩 上总厚度为400nm的双层胶PMMA—MAA和PMMA，作为图形转移的 媒介。
上述步骤103包括进行第二次电子束曝光，对用于定义桥墩的方孔 将曝光剂量设置为150pC/cni2，而对用于定义桥梁的矩形长条曝光剂量设 置为100pC/cm2，显影所用的显影液配比和第一次曝光相同，显影时间为 30s，但与第一次曝光不同的是要在定影时对样品进行超声，总共的定影 时间为30s，其中加超声的定影时间为5s，其余的定影时间为25s。
上述步骤104包括用金属电子束蒸发在样品上依次淀积50nm的Ni 和200nm的Au，然后将淀积完Ni/Au的样品从蒸发炉中取出，浸入丙酮 中进行金属剥离，将金属空气桥结构转移至衬底。
上述步骤105包括将完成金属剥离的样品小心地浸入体积比为HF: NH4F: H20=1: 2: 3的腐蚀液中，腐蚀60s，去除二氧化硅牺牲层，得到
最终的镍金空气桥，其中，腐蚀液配制时所采用的NH4F溶液的摩尔浓度 为40 % 。
基于图l所述的制备纳米尺度镍金空气桥的方法流程图，以下结合具 体的实施例对本发明制备纳米尺度镍金空气桥的方法进一步详细说明。 实施例
如图2所示，首先用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法在衬底 材料(13)上淀积一层厚度约250nm的二氧化硅牺牲层(12)。其中，衬 底材料(13)为晶向为100的Si衬底。再在其上用甩胶机旋涂一层厚度约 400nm的PMMA胶(11)。
如图3所示，用电子束曝光技术在PMMA胶(22)上定义出用于电 感耦合等离子体(ICP)刻蚀的方孔(21)，使得PMMA胶(22)下的二 氧化硅(12)裸露出来。刻蚀二氧化硅(12)时，等离子体的启辉功率设 置为IOOOW，射频功率设置为200W，刻蚀气体的组分为C4F8: He: H2 =12sccm: 174sccm: 12sccm，亥!j蚀时间为lmin。
如图4所示为第一次电子束曝光和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀二 氧化硅(12)后样品的侧视图。接着用氧等离子体(02 Plasma)刻蚀清除 刻蚀二氧化硅(12)后的残胶(31)，再用甩胶机在有图形的二氧化硅层
(32)上依次甩上PMMA—MAA胶和PMMA胶，总厚度约为400nm。 其中PMMA—MAA胶的灵敏度较高，PMMA胶的灵敏度较低，因此曝光 后胶的剖面将会形成所谓的倒台(undercut)结构，这种结构的形成将有 利于后续金属剥离工艺的进行。
接着进行第二次电子束曝光，如图5所示，对用于定义桥墩的方孔 (41)，将曝光剂量设置为150pC/cm2，而用于定义桥梁的矩形长条(42) 曝光剂量设置为100pC/cm2，显影所用的显影液配比和第一次曝光相同， 显影时间为30s，但与第一次曝光不同的是要在定影时对样品进行超声。 总共的定影时间为30s，加超声的定影时间为5s，其余的定影时间为25s。 加超声的主要目的是为了清除显影后在硅衬底(13)上留下的残胶，使得 淀积在其上的Ni/Au在硅衬底(13)上附着得更加牢固。如图6所示为第 二次电子束曝光后样品的侧视图。
接着用金属电子束蒸发在样品上依次淀积50nm的Ni， 200nm的Au。 将淀积完Ni/Au的样品从蒸发炉中取出，浸入丙酮中进行金属剥离。
最后用配比为HF: NH4F(40%): H20=1: 2: 3 (体积比)的腐蚀液， 腐蚀时间为60s，去除二氧化硅牺牲层(12)，便在衬底材料(13)上得到 了最终的宽度为200纳米左右的镍金空气桥结构(61 ) (62)，如图7所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤引进二氧化硅牺牲层；用电子束曝光结合电感耦合等离子体ICP刻蚀所述二氧化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩；再次用电子束曝光，在双层电子束曝光胶上定义出空气桥的桥梁；用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬底；用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空气桥。
2、 根据权利要求1所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述引进二氧化硅牺牲层的步骤包括用等离子体增强化学气相淀积PECVD方法在晶向为100的Si衬底上 淀积一层厚度为250nm的二氧化硅牺牲层。
3、 根据权利要求1所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述刻蚀二氧化硅牺牲层，定义空气桥桥墩的步骤包括在所述二氧化硅牺牲层上用甩胶机旋涂一层厚度为400nm的PMMA 胶；接着用电子束曝光技术在所述PMMA胶上定义出用于电感耦合等离 子体ICP刻蚀的方孔，使得PMMA胶下的二氧化硅裸露出来；然后以所述PMMA胶为掩膜，采用电感耦合等离子体技术刻蚀所述 二氧化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩。
4、 根据权利要求3所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述用电子束曝光技术定义方孔时，对方孔的曝光剂量设置为 15(HiC/cm2，显影时用体积比为MIBK: IPA=h 3的显影液显影30s，再 用IPA定影30s;在刻蚀二氧化硅时，等离子体的启辉功率设置为IOOOW，射频功率设 置为200W，刻蚀气体的组分为C4F8: He: H2=12sccm: 174sccm: 12sccm， 刻蚀时间为lmin。
5、 根据权利要求1所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述定义空气桥桥墩与再次用电子束曝光的步骤之间进一步包括 用氧等离子体刻蚀技术清除刻蚀所述二氧化硅牺牲层时的残胶，再用甩胶机在二氧化硅层上依次甩上总厚度为400nm的双层胶PMMA—MAA 和PMMA，作为图形转移的媒介。
6、 根据权利要求1所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述再次用电子束曝光，定义空气桥桥梁的步骤包括.-进行第二次电子束曝光，对用于定义桥墩的方孔将曝光剂量设置为 150pC/cm2，而对用于定义桥梁的矩形长条曝光剂量设置为100(iC/cm2，显 影所用的显影液配比和第一次曝光相同，显影时间为30s，但与第一次曝 光不同的是要在定影时对样品进行超声，总共的定影时间为30s，其中加 超声的定影时间为5s，其余的定影时间为25s。
7、 根据权利要求1所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬底的 步骤包括用金属电子束蒸发在样品上依次淀积50nm的Ni和200nm的Au,然 后将淀积完Ni/Au的样品从蒸发炉中取出，浸入丙酮中进行金属剥离，将 金属空气桥结构转移至衬底。
8、 根据权利要求1所述的纳米尺度镍金空气桥的制备方法，其特征 在于，所述用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空气桥 的步骤包括将完成金属剥离的样品小心地浸入体积比为HF: NH4F: H20=1: 2: 3的腐蚀液中，腐蚀60s，去除二氧化硅牺牲层，得到最终的镍金空气桥， 其中，腐蚀液配制时所采用的NH4F溶液的摩尔浓度为40% 。
全文摘要
本发明涉及空气桥制备技术领域，公开了一种纳米尺度镍金空气桥的制备方法，该方法包括引进二氧化硅牺牲层；用电子束曝光结合电感耦合等离子体刻蚀所述二氧化硅牺牲层，定义出空气桥的桥墩；再次用电子束曝光，在双层电子束曝光胶上定义出空气桥的桥梁；用金属电子束蒸发、金属剥离将金属空气桥结构转移至衬底；用湿法腐蚀去除二氧化硅牺牲层，得到纳米尺度的镍金空气桥。利用本发明，简化了电子束曝光环节的调校，提高了工艺的可重复性，具有电子束曝光环节调校简单，工艺重复性好等优点。
文档编号H01L21/70GK101373734SQ20071012060
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月22日 优先权日2007年8月22日
发明者剑 刘, 杨 张, 艳 李, 杨富华 申请人:中国科学院半导体研究所