专利名称：一种用混合技术制作x光光刻掩模的方法
技术领域：
本发明涉及一种制作含有深亚微米金吸收体图形的X光光刻掩模的方法，特别是涉及一种在掩模基片上制作三层结构，通过特殊设计的常规光刻掩模的套准光刻和垂直定向刻蚀，采用常规电镀和在图形侧面覆盖金膜相结合的混合技术，制备含有深亚微米线宽的金吸收体图形的X光光刻掩模的方法。
现在，0.5μm以下的深亚微米线宽图形，在器件研究和制作中具有越来越重要的作用。X光光刻是大量复制生产这种图形的重要工艺，X光光刻掩模的制作是实施X光光刻的关键工艺之一。X光光刻掩模是由Si、Si3N4、SiC，金钢石等X光和光学透明薄膜和由其支撑的高0.6μm以上的金、钽、钨等重金属精细吸收体图形构成，由于这种精细图形具有大的高宽比，所以制作难度大。通常采用高分辨率电子束曝光机、生产精细的光刻胶原始图形，再用不同的方法转换成吸收体图形。通常图形转换有二种方法，一种是在制作好的支撑膜基片上淀积钽或钨的薄膜层，在其上用电子束机产生精细的光刻胶图形，再以这种图形作掩蔽，用垂直定向刻蚀方法转换成吸收体图形;另一种方法是在合格的基片上淀积过渡金属层和底金导电层，在其上用电子束机产生精细光刻胶图形，再用这种图形作电镀模子，在其上电镀出金吸收体图形。
上述二种制作精细吸收体图形的方法，需要采用复杂昂贵的高分辨率的电子束曝光机，因而投资大，制作成本高。
本发明的目的是在X光光刻掩模图形的制作中，避免采用高分辨率电子束曝光机，而采用一种投资少、制作成本低的混合技术，提供一种制备含有深亚微米线宽吸收体图形的实用器件的X光光刻掩模方法。
本发明的方法是通过下述方案实现的，在制备合格的X光和光学透明支撑膜及电镀导电层基片上，制备三层结构，通过特殊设计的常规光刻掩模版的套准光刻和垂直定向刻蚀，采用常规电镀和在图形侧面覆盖金膜相结合的混合技术，制备含有深亚微米线宽吸收体图形的实用器件的X光光刻掩模版。主要步骤是a、设计和制作特殊的常规光刻掩模版，使用1-2块主掩模，其图形设计原则是，对互连线、引线点、对准标记等常规光刻分辨率范围以内的粗线条图形，其尺寸和位置，按实际使用的情况设计;对于深亚微米图形，把它设计成在一种特殊设计的常规光刻分辨率范围内的附加图形边界上，另外再设计必要的附加掩模版。b、在基片上制备X光和光学透明支撑膜和背面抗腐蚀窗口。c、在支撑膜上制备过渡金属层和底金导电层，并且在其上制备有机底膜层，无机中间层和常规光刻胶顶层的三层结构。d、用含常规粗线条图形的主掩模版，光刻出顶胶层图形，并用选择性垂直定向刻蚀方法，将其转换为具有垂直侧面的有机底膜层图形，接着用常规电镀方法，在窗口图形上电镀厚0.7μm以上的金层。e、用含特殊设计附加图形的另一主掩模版，在基片上套准和光刻出图形，并用选择性垂直定向刻蚀方法，把它转化为具有垂直侧面有机底层膜图形，然后在图形侧面覆盖一层厚度与所需深亚微米图形宽度相等的金膜。f、用附加掩模版套准光刻不需要的侧面覆盖金膜部分图形窗口，并且用湿法除去这部分金膜。g、用干法或湿法除去基片上保留的无机中间层和有机底膜层，再用离子束刻蚀除去图形外的导电底金层和过渡金属层。h、对基片背面窗口进行腐蚀、除去基片材料、得到由支撑膜支撑的含深亚微米吸收体图形的X光光刻掩模。
通过参照附图来详细地说明本发明的最佳实施例，本发明的上述目的以及其它优点就会更加明显，这些附图是
图1-1至图1-3是第一套特殊设计的常规光刻刻掩模版图。
图2-1至图2-9是工艺流程图，左边是剖面图，右边的是平面图。
图3-1至图3-3是第二套特殊设计的常规光刻掩模版图。
图4是制成的第二套X光掩模版平面图，实施例1实施例1是涉及用混合技术制作微波低噪声场效应器件栅极的X光光刻掩模版的方法。
短沟道的微波场效应器件的源漏和栅极引线的图形一般较粗，只有栅极要求深亚微米图形。实施例1要求制作的X光光刻掩模版为一条与栅极引出点相连的深亚微米栅极图形。根据使用要求，设计出三个可套准的常规光刻掩模版，如图1-1到图1-3所示。其中图1-1为栅极引线点图形掩模版，图中101为引线图形窗口，其尺寸和位置与X光版相同;图1-2为含特殊设计附加图形掩模版，附加图形边界102为深亚微米栅所处的位置;图1-3为除去不需要部分侧面金膜窗口的附加掩模，图中103为要除去部分的窗口。
图2-1至图2-9为本发明方法的掩模加工的工艺流程图，参照该流程图，具体说明如下(一)在图2-1中，在双面抛光的<100>面硅片2上，用LPCVD方法淀积一层厚1μm左右Si3N4膜3作为支撑膜。在背面淀积一层Si3N4膜1作为保护层，并且开窗口;接着在同一真空室内，在基片正面蒸发或溅射50-100 的铬膜4作为过渡金属层和500 -1000 的金膜5作为导电底金层，要求各层粘附牢固;再在其上涂覆1μm以上的AZ1350光刻胶或者聚酰亚胺等作为有机底膜层6，烘干后，再在其上溅射或PECVD生长一层Si3N4或SiO2，厚度为500-1000 ，作为中间层7，最后涂覆AZ1350光刻胶层8。完成三层结构制作，用图1-1掩模版光刻出栅极引线胶层图形窗口9。
(二)在图2-2中，用氟基等离子体腐蚀中间无机层图形，再在高真空条件下，用氧作反应剂，垂直定向反应离子刻蚀有机底膜层，将窗口图形转换成具有垂直侧面的有机底膜层图形10。
(三)在图2-3中，用常规电镀方法，在窗口图形上电镀厚0.7μm以上的金层11。
(四)在图2-4中，用图1-2掩模版，采用常规光刻方法，在其片上套准和光刻出含特殊设计附加图形的窗口13。12为常规的光刻胶。
(五)在图2-5中，应用工序(二)的工艺过程，将窗口图形转换为具有垂直侧面的有机底膜层图形，并且采用反应离子过刻蚀或者离子溅射方法，溅射出部分底金导电层原子，其部分附着在有机底膜层侧面上，形成侧向电镀导电层14。(图中用虚线表示)(六)在图2-6中，利用附着在图形侧面上的金原子作导电层，在图形侧面上电镀一层薄金层15，其厚度等于所需要的深亚微米图形的宽度，如0.2μm。
(七)在图2-7中，用图1-3掩模版，在基片上套准光刻出窗口17，用碘和碘化钾溶液，除去窗口内的金及镀在侧面上的金。16为光刻胶层。
(八)在图2-8中，用氟基等离子体除去基片上保留的Si3N4或者SiO2等无机中间层，并且用氧等离子体除去有机底膜层，再用离子束刻蚀除去图形外的底金导电层和过镀铬层，最后得到保存下来侧向电镀图形所构成深亚微米线宽的栅图形18以及与它连接的栅引线图形19，必要时可在基片上淀积一层Si3N4膜20<或SiO2膜20>作为保护膜，增加吸收体图形的机械强度。
(九)在图2-9中，用氢氧化钠或者氢氧化钾热溶液，对基片背面的窗口进行腐蚀，除去基片窗口硅材料，最后得到位于硅支架21上面的支撑膜和金吸收体图形组成的X光光刻掩模。
在上述工序中，也可以在工序(一)中先采用图1-2掩模版，光刻出含特殊设计附加图形的窗口，施行工序(五)和(六)的工艺过程，先在图形侧面进行薄层电镀，再用图1-1掩模光刻出栅极引线图形窗口，并且在窗口上电镀0.7μm以上的金层。这种流程可以减少一次有机底膜的垂直定向刻蚀工艺，但是用常规光刻胶图形作为电镀模，图形边界垂直性较差。若使用版图中深亚微米图形与常规光刻分辨率以上的粗线条图形没有相连部分，可以把常规图形和特殊设计附加图形设计在同一主掩模上，用它转换成有机底胶图形后进行侧面薄金层电镀，再通过套准光刻掩蔽基片上的特殊设计附加的图形后，在常规粗线条图形上进行电镀厚0.7μm以上的金层，这样不但可以减少一次刻蚀工序，也可以提高图形位置精度。
上述工序中所述的侧面电镀薄金层，原则上也可以在侧面蒸发或溅射薄金层代替，但在工序(八)中应先去除平面上的覆盖金膜。
实施例2实施例2是涉及微波场效应功率器件栅极X光光刻掩模版的制作方法。
微波场效应功率器件为多栅极结构，本实施例设计制造由与栅极引线点相连的4条平行的宽为深亚微米的金吸收体栅图形构成的X光光刻摸模。根据要求，特殊设计三块可套准的常规光刻掩模版如图3-1到图3-3所示。其中图3-1为栅引线掩模版，图中301为引线点窗口，其尺寸和位置与X光光刻版图相同。图3-2为含特殊设计附加图形掩模版，特殊设计的图形为2个长条302，其中边界所处位置为4条深亚微米栅所处的位置，图3-3为除去多余侧面薄金层附加掩模版，图中303为除去互连深亚微米图形的窗口。采用实施例1的工艺流程，使用图3-1至图3-3的三块特殊设计的常规光刻掩模版，制成与栅引线点图形相连的含有平行的4条深亚微米的金吸收体图形的X光光刻掩模版，其平面图如图4所示。
本发明的方法，适于制作MOS、MESFET、HEMT、HBT等微波器件及一些量子器件的X光光刻掩模版。按照上述单个晶体管管芯设计制作工艺，在版图的不同位置上设计多种管芯及相应连线，则可以制作集成电路X光光刻掩模版。
本发明可以制作出0.1-0.5μm线宽的深亚微米图形，若在掩模中要求具有不同线宽的深亚微米图形，可特殊设计附加图形，光刻出窗口，控制不同的侧面电镀厚度而得到。
由本发明工艺方法制得的深亚微米金线条，在X光光刻中，若使用正性光刻胶，得到的为正线条图形，若使用负性光刻胶，则得到负窗口图形。
尽管参照最佳实施例来具体地表示和说明本发明，但本领域的技术人员应懂得，在不背离权利要求所规定的本发明的精神和范围的前提下，可以对其在形式上的细节上作各种不同的改变。
权利要求
1.一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，其特征在于，在制备合格的X光和光学透明支撑膜及导电层基片上，制作三层结构，通过用按一定规则特殊设计的掩模版，进行常规光刻和垂直定向刻蚀，采用常规电镀和在图形垂直侧面覆盖金膜相结合的混合技术，制备含有深亚微米线宽金吸收体图形X光光刻掩模版；主要步骤是a、特殊设计和制作常规光刻掩模版，使用1-2块主掩模版，其图形设计原则是，对于如互连线、引线点、对准标记等常规光刻分辨率范围以内的粗线条图形，其尺寸和位置按实际使用的需要设计，对于深亚微米图形，把它设计成在一种特殊设计的常规光刻分辨率范围内的附加图形的边界上，另外再设计必要的附加掩模版；b、在基片上制备合格的X光和光学透明支撑膜及背面腐蚀保护膜窗口；c、在支撑膜上制备过渡金属层和导电底金层，并在其上制备有机底膜层，无机中间层和光刻胶顶层的三层结构；d、在顶胶层上，用含粗图形的主掩模版光刻出窗口图形，并用选择性垂直定向刻蚀方法转化为具有垂直侧面底层有机膜图形，用常规电镀方法，在窗口上电镀厚0.7μm以上的金层；e、在基片上用含特殊设计附加图形掩模版，套准和光刻出窗口图形，并用选择性垂直定向刻蚀方法，转化为具有垂直侧面底层有机膜图形，并且在图形侧面覆盖一层等于所需深亚微米图形宽度的金膜；f、用附加掩模版，套准和光刻出无用的侧面覆盖金膜窗口，用湿法除去这部分覆盖膜；g、用干法或湿除去基片上保留的无机中间层和有机底膜层，用离子束刻蚀除去图形外底金导电层和过渡金属层，得到了由常规电镀粗线条和保留下来侧面金覆盖膜构成深亚微米金吸收体图形；h、对基片背面窗口进行腐蚀，除去基片材料，制成由支撑膜和金吸收体图形构成的X光光刻掩模版。
2.根据权利要求1的一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，其中所述制作的掩模为栅极线宽为深亚微米的MOS、MESFET、HEMT等场效应器件，以及发射极线宽为深亚微米的双极型器件的X光光刻掩模。
3.根据权利要求1的一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，其中所述的侧面金覆盖膜，是在对底金层进行反应离子过刻或离子束溅射出的金原子附着在有机底膜层图形侧面形成导电层，再在图形侧面电镀一层薄金层得到的。
4.根据权利要求1的一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，其中所述的侧面金覆盖膜的无用部分，通过套准光刻窗口，用碘和碘化钾溶液除去。
5.根据权利要求1的一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，其中所述制作的深亚微米金吸收体图形线宽为0.1-0.5μm，高为0.6μm以上。
6.根据权利要求1的一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，其中所述的金吸收体图形，在其背面材料腐蚀前，在基片上覆盖一层Si3N4，SiO2等抗碱腐蚀透明薄膜，以便增加吸收体图形的机械强度。
全文摘要
一种用混合技术制作X光光刻掩模的方法，涉及一种制作含有深亚微米金吸体图形的X光光刻掩模的方法，特别是涉及一种在掩模基片上制作三层结构，通过特殊设计的常规光刻掩模版的套准光刻和垂直定向刻蚀，采用常规电镀和在图形侧面覆盖金膜相结合的混合技术，制备含有深亚微米线宽的金吸收体图形的X光光刻掩模的方法。
文档编号G03F7/00GK1110793SQ9410351
公开日1995年10月25日 申请日期1994年4月19日 优先权日1994年4月19日
发明者高士平, 孙宝银, 程秀玲 申请人:中国科学院微电子中心