专利名称：使用无抗蚀剂电子束光刻制造亚微米抗蚀金属/半导体结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用无抗蚀剂的电子束光刻制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜，与制作印刻光刻(imprint 1ithography)用的模子的方法。
超小尺寸器件的制造需要有足够高分辨率的光刻技术。在这些高分辨率光刻技术中十分频繁地包括抗蚀剂底光刻处理，而聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是最广泛地用作电子束光刻应用中的抗蚀剂的聚合物(S.P.Beaumont,P.G.Bower,T.Tamamura,C.D.W.Wikinson,Appl.Phys.Lett.,38,438(1991)与W.Chen,H.Ohmed,J.Vac.Sci.Technol.,Bll,2519(1993))。
这些类型的光刻处理在制造亚100nm器件时会受到成为极度约束的若干限制。这些限制包括不希望有的抗蚀剂中的临近效应与由聚合物分子尺寸强加的分辨率限制。当暴露的图案处于反向散射电子的范围内时产生属近效应。这些电子是一次电子，它们以大角度与衬底碰撞而以高能在一个可能显著地大于电子束直径的范围内逸出表面。这些高能电子使在一个不要求的区域内的抗蚀剂暴露。光刻技术的当前研究成果包括若干确定构图的无蚀刻剂工艺(关于电子束参看例如D.Wang,P.C.Hoyle,J.R.A.Cleaver,G.A.Porkolab,N.C.MacDonald,J.Vac.Sci.Technol.,B13,1984(1995)；关于扫描探测技术参看H.Sugimura与N.Nakagiri,J.Vac.Sci.Technol.,B13,1933(1995))。
硅化物层的形成常通过在含有受控的N2-H2气氛的常规炉内退火硅衬底上的薄金属层试样而实现。这个退火工艺要求延续几分钟以便将金属薄膜转换为硅化物(参看C.A.Chang,J.Appl.Phys.,58,3258,(1985)；C.A.Chang与A.Segmuller,J.Appl.Phys.,61,201(1987)；C.A.Chang与W.K.Chu,Appl.Phys.Lett.,37,3258(1980)；及C.A.Chang与J.M.Poate,Appl.Phys.Lett.,36,417(1980))。
包括快速热退火(RTA)的新工艺改进了硅化物形成的工艺。由于较短的处理时间(A.Torres,S.Kolodinski,R.A.Donaton,K.Roussel与H.Bender,SPIE,2554,185,(1995)),RTA硅化物薄膜大大地好于由常规退火形成的薄膜(C.A.Dimitriadis,Appl.Phys.Lett.,56,143(1990))。
新近，开发了几种形成硅化物的新技术。这些工艺包括使用光子、电子与离子束加热金属一硅界面(J.M.Poate与J.W.Mayer,LaserAnnealing of Semiconductors,Academic Press,New York,1982；J.Narayan,W.L.Brown与R.A.Lemons,Laser-Solids Interactions andTransient Processing of Materials,Nort-Holland,New York,1983；及E.D’Anna,G.Leggieri与A.Luches,Thin Solids Films,129,93(1985))。所有这些工艺都以局部加热表面附近使形成硅化物的概念为基础。然而，这些工艺之中没有一个打算用作光刻工艺或用于制作光刻用的掩膜。
紫外线(UV)光刻是用于大规模生产电子器件与电路的技术。然而，紫外线光的波长对使用此工艺的能得到的分辨率提供一个物理限制。正在评估替代工艺以取代用于工业生产电子器件与电路的UV光刻工艺。这些工艺之一是X射线光刻，因为X射线有比UV短得多的波长。在此工艺，放置在X射线源与试样之间的掩膜区域被一层吸收X射线的重原子(例如Ta、W与硅化钽)覆盖(J.Canning,Journal of Vacuum Science andTechnology,B15,2109(1997))。这种掩膜使用电子束光刻制成。这些掩膜制作中的一个主要困难在于使用电子束光刻要形成既具有高分辨率又对为清除无保护区域内的重原子吸收层面使用的化学制品具有出色抗蚀性的结构(蚀刻掩膜)。使用聚合抗蚀剂作为蚀刻掩膜的常规工艺或不提供足够高的分辨率，或不提供对化学蚀刻足够强的抗蚀性(J.P.Silverman,Journal of Vacuum Science and Technology,B15,2117(1997))。
因此本发明的一个目的是克服现存技术的上述诸缺点。
本发明的另一个目的是提供一种能制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜的直接写入的无抗蚀剂的光刻方法。
本发明的再一个目的是提供一种构造可用于印刻光刻的模子的直接写入的无抗蚀剂光刻方法。
本发明涉及一种制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜的方法，包括提供一块由对X射线与/或紫外线辐射透明或对紫外线辐射反射的材料制成的衬底，在此衬底上沉积一个对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层，在此对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层上沉积2个叠加层包括一层半导体材料与一层能同此半导体材料反应以形成抗蚀性金属/半导体化合物的金属，产生一个聚焦的电子束，将此聚焦的电子束施加于金属与半导体的叠加层以局部加热金属与半导体材料从而引起它们互相扩散以形成抗蚀金属/半导体化合物，在此金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀金属/半导体化合物的结构，然后蚀刻金属层、半导体材料层和对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层使在衬底上留下抗蚀的金属/半导体化合物的结构和此结构下的对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层从而形成X射线与/或紫外线光刻用的掩膜。
根据一个优先的实施例，半导体材料层沉积在对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层上，而金属层沉积在半导体材料层上。或者，金属层沉积在对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层上，而半导体材料层沉积在金属层上。
根据掩膜制作方法的其它优先实施例-对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料包括玻璃、氮化硅、碳化硅、二氧化硅与金刚石薄膜；-对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料从包括下列材料的组中选择钽，硅化钽，钨，硅化钨，钛，铬，硅化镍，TaB4,WB4，硅化铬与镍；-上当掩膜为用于X射线光刻的掩膜时，对X射线辐射不透明的材料从包括下列材料的组中选择钽，硅化钽，钨，硅化钨，TaB4与WB4；
-当掩膜为用于紫外线光刻的掩膜时，对紫外线辐射不透明的材料从包括下列材料的组中选择钽，硅化钽，钛，铬，硅化镍，硅化铬与镍；-半导体材料包括硅而金属从包括下列金属的组中选择钴，铬，铪，铱，锰，镍，钯，铂，铑，钽，钛，钨，锆，铜与银；与-在金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀金属/半导体化合物的结构包括此结构的每一部分对聚焦电子束暴露一次或多次。
本发明还涉及一种制作印刻光刻用的模子的方法，包括提供一块机械耐抗衬底，在此衬底上沉积2个叠加层包括一层半导体材料与一层能同此半导体材料反应以形成抗蚀金属/半导体化合物的金属，产生一个聚焦的电子束，将此聚焦的电子束施加于金属与半导体材料的叠加层以局部加热此金属与半导体材料从而引起此金属与半导体材料互相扩散以形成抗蚀金属/半导体化合物，在此金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀金属/半导体化合物的结构，然后蚀刻金属与半导体材料层使在衬底上只留下抗蚀金属/半导体化合物的结构，其中抗蚀金属/半导体化合物的结构构成一个模子的印刻，且其中该结构与衬底构成印刻光刻用的模子。
根据第一优选实施例，在衬底上沉积半导体材料层，然后在半导体材料层上沉积金属层。或者，在衬底上沉积金属层，然后在金属层上沉积半导体材料层。
根据模子制作方法的优选实施例-衬底由从包括下列材料的组中选择的一个种材料制成洁净硅，碳化硅，玻璃，石英，钽，钛，钨，硅化钽，硅化钨，TaB4与WB4；-半导体材料包括硅而金属从包括下列金属的组中选择钴，铬，铪，铱，锰，镍，钯，钼，铑，钽，钛，钨，铣，铜与银；-聚焦的电子束是一个高聚焦的电子束；-在蚀刻金属层与半导体材料层之后，使用等离子体蚀刻以清除在抗蚀金属/半导体化合物表面形成的碳沉积物；
-在金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀金属/半导体化合物结构包括此结构的每一部分对聚焦的电子束暴露一次或多次；与-蚀刻金属层与硅层包括等离子体或湿蚀刻金属层，与等离子体或湿蚀刻硅层。
阅读下面对只参考附图以举例方式给出的优先实施例的非限制性描叙，本发明的目的、优点与其它特性将变为更加明显。
在下列附图中
图1a是一个上面沉积了一个金属层或金属薄膜的硅衬底的侧剖视图；图1b是图1a的硅衬底与金属层的侧剖视图，表示使用一个受控与经聚焦的电子束退火硅衬底与金属层；图1c是图1a的硅衬底与金属层的侧剖视图，表示一个形成在硅衬底上的硅化物结构；图1d是图1a的硅衬底与金属层的侧剖视图，其中金属层的无反应部分已被湿蚀刻掉，硅衬底上只留下硅化物结构；图2a是一个表示沉积在硅衬底上的一个铂(Pt)层或铂薄膜的俄歇电子能谱(AES)深度分布图；图2b是一个表示在使用电子束退火处理之后，沉积在硅衬底上的一个铂(Pt)层或铂薄膜的AES深度分布图；图3a是一个表示一块衬底、一个沉积的能吸收X射线与/或紫外线辐射的衬底层、一个沉积的硅层与一个沉积的金属层的侧剖视图；图3b是一个图3a的衬底、沉积的能吸收X射线与/或紫外线辐射的衬底层、沉积的硅层与沉积的金属层的侧剖视图，表示在使用聚焦的电子束退火处理之后由硅层与金属层反应而形成的硅化物；图3c是一个与图3b侧剖视图相对应的侧剖视图，其中金属层已被蚀刻；图3d是一个与图3c侧剖视图相对应的侧剖视图，其中硅层已被蚀刻；
图3e是一个与图3d侧剖视图相对应的侧剖视图，其中沉积的能吸收X射线与/或紫外线辐射的衬底层已被蚀刻；图3f是一个与图3e的剖视图相对应的侧剖视图，其中沉积的能吸收X射线与/或紫外线辐射的衬底层被蚀刻，且其中衬底已被部分蚀刻；与图4是一个在一块玻璃衬底上覆盖硅化铂的钽矩形物显微照片，其中已使用聚焦的电子束使金属与硅的薄层形成合金，其中在清除铂层之后已使用含卤素的碳化物等离子体蚀刻硅层与钽层，且其中硅化铂矩形物起蚀刻掩膜的作用。
下面详细描述本发明的各优选实施例。
为此本发明涉及一个用于在各种衬底材料上产生抗蚀的金属/半导体化合物结构、可得到的线宽小于50nm的直接写入工艺。得到的抗蚀的金属/半导体化合物对含卤素的碳化物与氟里昂等离子体蚀刻具有极强的抗力，因而使它们成为出色的蚀刻掩膜。此技术意在用作光刻工艺或制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜。
本发明也可用作一种制作毫微(纳米)印刻光刻用的模子的方法(参看S.Y.Chou,P.R.Krauss et al.,Journal of Vacuum Science andTechnology,B15,2897与S.Y.Chou的美国专利5772905,1998年6月)。此光刻工艺用的模子的制作要求一个既具有高分辨率又对用于蚀刻模子材料的化学制品具有出色抗力的蚀刻掩膜。例如，通过使用电子束光刻系统局部加热金属层与硅层而组成的硅化物提供这样一个掩膜。
在各附图的不同图形中，相应的部分用相同的参考标号标记。
附图1a、1b、1c与1d图解说明根据本发明的方法在硅衬底1上制作硅化物结构3的一个优先实施例的各个步骤。此方法使用一个受控与聚焦的电子束4(图1b)退火硅衬底1与沉积在衬底1上的金属层或金属薄膜2。
更准确地说，根据本发明方法的优选实施例之一，用于在衬底1上制作一个例如由导电硅化物的超窄线构成的硅化物结构3，可概括如下图1a使用例如电子束蒸发工艺或在低真空室内冷溅射工艺在预先清洁的硅衬底1上沉积一个能同硅反应以形成硅化物的金属层2(参看图1a)；图1b通过对金属层2施加聚焦的电子束4退火金属层2与衬底1以局部加热金属与硅从而引起金属与硅互相扩散以形成硅化物。已经证明使用聚焦的电子束例如在一个扫描式电子显微镜(SEM)中产生的电子束可得到高于400℃的温度(M.Yasuda,H.Kawata,K.Murata,K.Hashimoto,Y.Hirai与N.Nomura,J.Cac.Sci.Technol.,B12,1362(1994))。此电子束还在计算机控制下移动，以暴露给予硅化物结构的要求的图案(参看图1b)；图1c暴露于聚焦的电子束下的区域内由于上面提到的金属与硅互相扩散而转换为硅化物结构3；与图1d将图1c试样浸入能蚀刻金属薄膜2但不能蚀刻硅化物结构3的酸溶液中。通常，王水溶液(H2O∶HCl∶HNO3=8∶7∶1)是执行此任务的一种合适的酸溶液。在此湿蚀刻之后，只有曾暴露于电子束的区域(硅化物结构)将保留在衬底上。
暴露于电子束4可能造成的硅化物结构3的表面上沉积一些碳，这些碳可通过氧等离子体蚀刻加以清除。在蒸发处理期间，金属层2的金属可在室温下同衬底1的硅反应以形成一个富硅金属薄层(未表示)。这个不希望有的薄层可通过湿蚀刻硅加以清除。为此可使用一种例如H2O∶NHO3∶HF=50∶49∶1的标准化学蚀刻溶液。
根据本发明方法的另一个优选实施例可概括如下图3a、3b、3c、3d、3e与3f图解说明一种用于制作超小硅化物结构与如何使用这些硅化物结构作为一个蚀刻掩膜的方法。此工艺使用由计算机控制的电子束在衬底的表面上构图。本方法包括下列步骤图3a在衬底6上沉积一个硅层5，然后在硅层5上沉积一个金属层7。层5与层7的沉积可通过电子束蒸发工艺、热蒸发工艺或通过在低真空室内的冷溅射工艺。或者，本方法也可通过颠倒沉积硅层5与金属层7的顺序完成；更准确地说，首先在衬底6上沉积金属层7，然后在金属层7上沉种硅层5。此工艺可用在洁净硅、碳化硅、玻璃、石英、钽、钛、钨及任何其它对顶部金属层7抗化学蚀刻的材料的各种衬底上。衬底6可包括一层或几层由上述材料中之任一形成的沉积层8，沉积在可由任何材料制成的衬底6上。
图3b使用聚焦的电子束9退火硅层5与金属层7。已经证明使用聚焦的电子束例如在一个扫描式电子显微镜(SEM)中产生的电子束可得到高于400℃的温度[Yasuda,M.,Kawata,H.,Murata,K.,Hashimoto,K.,Hirai,Y.,Nomura,N.,Journal of Vacuum Science andTechnology,B12,1362(1994)]。形成几种金属硅化物的温度，从200-700℃变化[Sze,S.M.,Physics of Semiconductor Devices，第2版，Willey,New York,(1990)]。在本方法中，电流密度必须足够大以达到为形成硅化物所需要的能量。在衬底6上面的暴露于电子束9的区域内形成硅化物10[Drouin,D.,Beauvais,J,Lemire,R.,Levallee,E.,Gauvin,R.,Caron,M.,Applied Physic Letters,70,3020,(1997)]。此电子束由计算机控制以形成经构图的硅化物结构10。
图3c:(a)将试样浸入一种能蚀刻顶部金属薄膜7的酸溶液，留下完整的硅化物结构10。通常，王水溶液(H2O∶HCl∶HNO3)是执行此任务的一种合适的酸溶液。
(b)另一方法，使用一种含卤素的碳化物等离子体蚀刻，去除顶硅层5，留下完整的硅化物结构10。
图3d:(a)使用一种含卤素的碳化物等离子体蚀刻与清除硅层5。
(b)另一方法，将试样浸入一种能蚀刻金属薄膜7的酸溶液，留下完整的硅化物结构10。通常，王水溶液(H2O∶HCl∶HNO3)是执行此任务的一种合适的酸溶液。
在此蚀刻操作之后，衬底6或沉积层8的上面只留下由电子束9形成的硅化物结构10。
图3e-3f使用定向等离子体、不定向等离子体或湿蚀刻进行对遗留的层8及最后对层8下面的一部分衬底6的蚀刻。在任何情况下，硅化物结构10起蚀刻掩膜的作用，即硅化物结构10下面的区域不被蚀刻掉。然而在湿蚀刻与不定向等离子体蚀刻的情况下，由于蚀刻作用的不定向性在硅化物结构10下面可能出现一些底部切割现象。
电子束9可能在硅化物结构10的表面上沉积一些碳，这些碳可通过氧等离子体蚀刻加以清除。
例1在此例中，将把根据本发明的方法应用于一种硅化铂的形成。
首先形成Pt2Si的激活能约为1.4eV而温度范围在200-350℃之间。只有当全部Pt都转换为Pt2Si时才发生PtSi的生长，在这种情况下激活能增高至1.6eV而温度范围为300-450℃(E.G.Colgan,J.Mater Res.,10,1953(1995))。因此可通过使用标准的SEM执行本发明的方法以形成经构图的硅化物结构。
使用一个电子枪沉积系统以0.5nm/S的蒸发速率将几种厚度(20至100nm)的铂层蒸发到纯净的N型高电阻率硅<100>衬底上。为实施本发明，电子束光刻系统包括一个配备一个钨灯丝与一个电子束消隐装置并受NPGS(J.C.Nabity光刻系统的7.5版毫微米图案发生系统)光刻软件控制的JEOL JSM-6300扫描式电子显微镜(SEM)。SEM产生一个适于生产亚微米硅化物结构的高聚焦电子束。在几种低能(1keV至5keV)下进行暴光并使用H2O∶HCL∶HNO3=8∶7∶1的王水溶液从硅表面上清除不暴露的铂。使用80℃下蚀刻时间4分钟。对不暴露的铂与硅化物的蚀刻速率的差别足以得到一个选定的蚀刻。然而，延长时间的蚀刻能清除硅化物结构。
图2a表示当沉积一个50nm厚的Pt薄膜时俄歇电子能谱(AES)深度分布。如同预料情况，可观测到从沉积层至衬底的平稳过渡。在图2b中，包括一个20μm×20μm结构的待分析试样暴露于电子束下。用于产生矩形体的线剂量为17μC/cm。硅化铂的表面受到来自SEM室的碳的污染。对应于一个Pt2Si区域可观测到一个台阶。从这个谱结果可清楚看到聚焦的电子束的加热效应足以使硅能扩散通过金属层(R.Pretaurius,M.A.E.Wandt和J.E.Mcloed,J.Electrochem.Soc.,136,839(1989))并形成比纯Pt有较慢蚀刻速率的硅化铂。在蚀刻速率方面的这个差别提供一个构图具有亚微米分辨率的金属层的手段。
硅化物的形成与几个因素有关。沉积层的厚度确定电子束的加速电压值。当电子的最大消耗能发生在接近于与硅接合的金属层内时观测到较好的结果。确定温升的另一重要因素是电流密度。进行了配有钨灯丝与与电流密度对1keV电子束约为100mA/cm2的实验(J.I.GoldStein,D.E.Newbury,P.Echlin,D.C.Joy,A.D.Romig Jr.,C.E.Lyman,C.Fiori,E.Lifshin,Scanning Electron Microscopy and X-Ray Micro-analysis，第2版，Plenum Press,New York,1994,pp820)对于小于100pA的电流比值略减小。此外，由于较小的探头尺寸，电流密度随着电子束能量的增高而增大。电流密度越大，在Pt-Si界面得到的热度越高。确定硅化物形成的最后参数是电子束暴露时间或线剂量。为形成硅化物要求一个门限线剂量；当暴露时间短于此门限值时，图案将不抗湿蚀刻。
例2作为一个使用20nm蒸发在硅衬底上的Pt以形成微小结构的例子，一个3KeV的电子束将是合适的。事实上，使用一个100pA电子束(≈200mA/cm2)、1.5μC/cm剂量，得到了大于50nm的线宽。在此情况下，为减弱碳污染与局部充电效应，通过多次暴露以获得全部剂量(J.Fujita,H.Watanab,Y.Ochiai,S.Manako,J.S.Tsai与S.matsui,Appl.Phys.Lett.,66,3065(1995))。更准确地说，使用一个减小到0.075μC/cm的线剂量对每部分微小结构暴露了20次。碳污染的结果是吸收部分电子能量，从而减少在金属层内损耗的能量并降低温升。这种多次暴露技术通过减慢碳沉积的速率从而减小了门限要求的总剂量。多次重复还显著地减小了在门限值时的线宽。对于一个给定的线剂量，多次重复意味着为构图进行一系列较短时间的暴露。在此情况下，由于电子束的高斯分布，可能只在电子束的中心达到为形成硅化物所需要的温度，因而在一个比电子束直径更窄小的区域内产生硅化物。
在湿蚀刻之后，不暴露区域可能受到Pt的污染。事实上，第一次蒸发的几毫微米Pt能在室温下同硅反应以形成约2nm厚的硅化物(L.Ley,Y.Wang,V.Nhuyen Van,S.Fisson,D.Soche,G.Vuye与J.Rivory,Thin Solid film,270,561(1995))，从而降低了硅的表面电阻率。通过在H2O∶HNO3∶HF=50∶49∶1溶液中进行一个持续时间6分钟的第二次湿蚀刻，使硅的表面电阻率恢复至它的初始值。此外，为清除由于在SEM室内延长时间的暴露而沾染的表面碳杂质，可将硅化物结构的表面暴露于氧等离子体下蚀刻20分钟。
使用根据本发明的方法可显著地减弱临近效应。事实上，用此方法，只是在电子束直径范围内观测到临近效应。为此，通过使用高性能SEM，将减小电子束直径与增大电流密度。然后通过使用更小的线剂量将得到具有较轻微的临近效应的微小结构。
应指出的第二个要点是这里如同在基于抗蚀剂的处理情况下不需要拆离。那种拆离处理会显著地降低分辨率与降低生产率。
例3本例中提供的方法的细节将强调使用硅化铂制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜的详细情况。形成第一类硅化铂(Pt2Si)的激活能约为1.4eV而使Pt全部变换为Pt2Si的温度范围为200-350℃[Colgan,E.G.,Journal of Material Resistance,10,1953,(1995)]。尽管材料内有热散失，一台标准的扫描式电子显微镜(SEM)的聚焦的电子束在低能(1至3KeV)下提供足以局部形成此硅化物的能量。
使用一个电子枪沉积系统，将一个450nm厚的铂层蒸发到一块清洁材料衬底上，此衬底对X射线与/或紫外线辐射透明(例如玻璃)或对紫外线辐射反射(例如制作紫外线掩膜用的衬底包括在硅层之间一系列的钼薄层)。对于X射线光刻，对X射线辐射不透明的材料可以是钽、钨、硅化钽与硅化钨。对于紫外线光刻，钽、硅化钽、钛、铬与硅化镍可用作对紫外线辐射不透明的材料。使用相同的沉积系统，在钽层上沉积一个40nm厚的硅层然后在硅层上沉积一个20nm厚的铂层。另一方法，可在钽层上沉积铂层然后在铂层上沉积硅层。电子束光刻系统包括配备一个钨灯丝与一个电子束消隐装置并受NPGS(J.C.Na bity光刻系统的7.6版毫微米图案发生系统)光刻软件控制的JEOL JSM-6300扫描式电子显微镜(SEM)。暴露在1.4KeV下进行。
使用稀释的H2O∶HCl∶HNO3=8∶7∶1王水溶液在80℃下从硅表面清除不暴露的铂。使用1分钟蚀刻时间。在这些条件下，通过湿蚀刻留下完整的硅化物。
然后使用CF4∶O2等离子体消除硅层与钽层。硅化物结构起蚀刻掩膜的作用，不受等离子体蚀刻的影响，从而使硅化物结构下面的区域受到保护而完整地留下。虽然此处理在目前情况下使用不定向的等离子体蚀刻系统进行，使用定向的等离子体蚀刻系统例如反应离子蚀刻器(RIE)可获得相似的结果。在我们的例子中，由于使用不定向的等离子蚀刻，造成侧壁与表面不垂直。使用反应离子蚀刻或其它非各向同性的蚀刻系统可获得垂直的侧壁，从而有较高的分辨率。图4表示一个用此方法在最后的等离子体蚀刻之后得到的结构的例子。
使用此方法，制成的硅化物结构的分辨率与化学抗蚀性都足以满足制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜的工业要求。硅化铂对许多化学蚀刻具有出色的抗蚀力，尤其是对用于蚀刻钽层的含卤素的碳化物等离子体。在此情况下，由于钽出色的机械性与良好的化学抗蚀力(这些性能是工业中使用的为定期清洁掩膜所必要的)，因而选用钽。钽还有高的原子序数，这使它成为良好的X射线与紫外线辐射的吸收剂。
例4本方法的另一个例子是制作用于超小型印刻光刻的模子。这些模子必须抵抗为把图案从模子转移到一个机械上可印的表面上面施加的机械约束。模子的制作需要一个既具有高分辨率又对用于蚀刻模子衬底的化学制品具有出色抗蚀力的蚀刻掩膜。按我们的工艺，在机械抗蚀衬底(例如钽或碳化硅)上覆盖一薄层硅，接着覆盖一薄层能形成硅化物的金属。另一方法，可先在衬底覆盖一薄层金属，然后在此薄层金属上覆盖一薄层硅。电子束光刻系统通过在表面上形成硅化物区域转移图案。强酸中的湿蚀刻用于清除不暴露区域内的薄金属层。与此相似，等离子体蚀刻或湿蚀刻中用于清除不暴露区域内的薄硅层。然后可使用反应离子蚀刻或任何定向的等离子体蚀刻处理来蚀刻衬底。衬底的暴露区域被硅化物覆盖从而受到保护，而别处被蚀刻成槽，从而建立一个可用于超小型印刻光刻的模子。
例5本方法的最后一个例子是制作MOS(金属氧化物半导体)结构。使用等离子体增强化学蒸气沉积系统(PECVD)在一块纯净的硅衬底上沉积一个50nm厚的硅酸盐(SiO2)层。然后使用电子枪沉积系统蒸发20nm厚的铂层与硅层，硅层在顶面。使用与前面例子中相同的SEM与软件进行光刻。用CF4∶O2等离子体清除顶面的薄硅层。之后，使用稀释的H2O∶HCl∶HNO3=8∶7∶1王水溶液在80℃下清除铂层。上述2个蚀刻都不腐蚀由电子束形成的硅化物结构。然后这些硅化物结构在CF4∶O2等离子体蚀刻石英层期间用作蚀刻的掩膜。硅酸盐层除了硅化物结构下面的区域之外全部被除去。
综上所述，公开了一种在各种各样的衬底上产生用作薄导电结构或甚至用作蚀刻掩膜的亚50nm金属线的新颖制作方法。这种方法能减弱基于抗蚀剂的光刻中存在的临近效应并提供一个优于由使用钨丝SEM得到的50nm线宽的分辨率限值。此外，本方法适用于制作X射线与/或紫外线辐射光刻用的在材料抗蚀力与分辨率方面都满足工业要求的掩膜，并适用于制作超小型印刻光刻用的模子与制作MOS结构。
虽然上面已参考各优选实施例说明了本发明，但可在附加的权利要求书范围内随意修改这些实施例而不背离本发明的精神与性质。非限制性的例子如-可使用硅(Si)以外例如砷化锗(GaAS)等半导体材料；-在硅(Si)衬底情况下，金属可从包括下列金属的组中选择钴(Co)，铬(Cr)，铪(Hf)，铱(Ir)，锰(Mn)，镍(Ni)钯(Pd)，铂(Pt)，铑(Rh)，钽(Ta)，钛(Ti)，钨(W)，锆(Zr)，铜(Cu)与银(Ag)；与-在砷化锗(GaAS)衬底情况下，至少可使用铂(Pt)作为金属。
权利要求
1．一种制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜的方法，包括提供一块由对X射线与/或紫外线辐射透明的或对紫外线辐射反射的材料制成的衬底；在衬底上沉积一个对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层；在对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层上沉积2个叠加层，所述2个叠加层包括一层半导体材料层与一层能同此半导体材料反应而形成抗蚀金属/半导体化合物的金属层；产生一个聚焦的电子束；将聚焦的电子束施加于金属与半导体材料的叠加层上以局部加热金属与半导体材料从而引起金属与半导体材料互相扩散以形成抗蚀金属/半导体化合物；在金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀金属/半导体化合物的结构；与蚀刻金属层，半导体材料层及对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层使在衬底上留下抗蚀的金属/半导体化合物结构与此结构下面的对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层从而形成所述X射线与/或紫外线光刻用的掩膜。
2．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中沉积2个叠加层包括在对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层上沉积半导体材料层；与在半导体材料层上沉积金属层。
3．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中沉积2个叠加层包括在对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层上沉积金属层；与在金属层上沉积半导体材料层。
4．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中对X射线与/或紫外线辐射透明的材料包括玻璃、氮化硅、碳化硅、二氧化硅，和金刚石薄膜。
5．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料从包括下列材料的组中选择钽，硅化钽，钨，硅化钨，钛，铬，硅化镍，TaB4,WB4，硅化铬与镍。
6．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中掩膜为X射线光刻用的掩膜，并且其中对X射线辐射不透明的材料从包括下列材料的的组中选择钽，硅化钽，钨，硅化钨，TaB4与WB4。
7．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中掩膜为紫外线光刻用的掩膜，并且其中对紫外线辐射不透明的材料从包括下列材料的组中选择钽，硅化钽，钛，铬，硅化镍，硅化铬与镍。
8．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中半导体材料包括硅，并且其中金属从包括钴、铬、铪、铱、锰、镍、钯、铂、铑、钽、钛、钨、锆、铜与银的组中选择。
9．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中产生一个聚焦的电子束包括产生一个高聚焦的电子束；与移动聚焦的电子束包括在金属与半导体材料的叠加层上移动高聚焦的电子束以形成一个抗蚀的金属/半导体化合物的结构。
10．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中在金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成抗蚀金属/半导体化合物结构包括将此抗蚀金属/半导体化合物结构的每一部分对聚焦的电子束暴露一次或多次。
11．根据权利要求1的制作掩膜的方法，其中对X射线与/或紫外线辐射透明的材料包括玻璃；对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料包括钽；半导体材料包括硅；能同半导体材料反应以形成抗蚀金属/半导体化合物的金属包括铂；抗蚀金属/半导体化合物包括硅化铂。
12．根据权利要求11的制作掩膜的方法，其中蚀刻铂层、硅层与钽层包括湿蚀刻铂层；与等离子体蚀刻硅层与钽层。
13．一种制作印刻光刻用的模子的方法，包括提供一个机械抗性衬底；在衬底上沉积2个叠加层，所述2个叠加层包括一层半导体材料层与一层能同此半导体材料反应以形成抗蚀金属/半导体化合物的金属层；产生一个聚焦的电子束；对金属与半导体材料的叠加层施加聚焦的电子束以局部加热所述金属与半导体材料从而引起所述金属与半导体材料互相扩散以形成抗蚀金属/半导体化合物；在金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀金属/半导体化合物的结构；与蚀刻金属层与半导体材料层使衬底上只留下抗蚀的金属/半导体化合物结构，其中所述结构或抗蚀的金属/半导体化合物构成所述模子的印刻，并且其中所述结构与衬底构成印刻光刻用的所述模子。
14．根据权利要求13的制作模子的方法，其中沉积2个叠加层包括在衬底上沉积半导体材料层；与在半导体材料层上沉积金属层。
15．根据权利要求13的制作模子的方法，其中沉积2个叠加层包括在衬底上沉积金属层；与在金属层上沉积半导体材料层。
16．根据权利要求13的制作模子的方法，其中衬底由从包括下列材料的组中选择的一种材料制成洁净硅，碳化硅，玻璃，石英，钽，钛，钨，硅化钽，硅化钨，TaB4与WB4。
17．根据权利要求13的制作模子方法，其中半导体材料包括硅，并且其中金属从包括钴、铬、铪、铱、锰、镍、钯、铂、铑、钽、钛、钨、锆、铜与银的组中选择。
18．根据权利要求13的制作模子的方法，其中产生一个聚焦的电子束包括产生一个高聚焦的电子束；与移动聚焦的电子束包括在金属与半导体材料的叠加层上移动高聚焦的电子束以形成一个抗蚀的金属/半导体化合物的亚微米结构。
19．根据权利要求17的制作模子的方法，其中在金属与半导体材料的叠加层上移动聚焦的电子束以形成一个抗蚀的金属/半导体化合物的结构包括将此抗蚀金属/半导体化合物结构的每一部分对聚焦的电子束暴露一次或多次。
全文摘要
为制作X射线与/或紫外线光刻用的掩膜，在一块对X射线与/或紫外线辐射透明或对紫外线辐射反射的衬底上首先沉积一个对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层。然后在此不透明的材料层上沉积2个叠加层，一层为硅一层为金属。接着在此叠加层上施加并移动一个聚焦的电子束以局部加热金属与硅从而引起金属与硅互相扩散以形成一个抗蚀的金属/半导体化合物的结构。蚀刻金属层与硅层使衬底上只留下抗蚀的金属硅化物的结构与在此结构下面的对X射线与/或紫外线辐射不透明的材料层以形成X射线与/或紫外线光刻用的掩膜。一种类似的处理用于制作毫微印刻光刻用的模子。
文档编号H01L21/44GK1318157SQ99811009
公开日2001年10月17日 申请日期1999年9月17日 优先权日1998年9月17日
发明者雅克·比奥维斯, 德米尼库·焦因, 埃里克·拉瓦利 申请人:宽蒂斯瑞普特公司