一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法

本发明涉及一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，属于半导体器件及集成电路制造工艺。

背景技术：

1、随着氮化镓基高电子迁移率晶体管工作频率不断提高，器件需要进行等比例的缩小，因此器件制备面临极大的挑战尤其是光刻工艺。当栅长减小到0.4μm以下时，传统的步进式光刻已经不能满足分辨率的要求。电子束的波长非常小，从而理论上可以提高很高的分辨率。因此，电子束光刻技术的出现提供了一种可以继续缩小栅长的解决方法。在制作高频器件过程中，电子束光刻是整个工艺的核心。电子束光刻技术在推动器件特征尺寸缩小的过程中起到了关键性的作用。

2、然而在制备高频器件中，一般采用高质量的材料，材料的衬底多为蓝宝石和6h-sic；为了减小器件与衬底之间的漏电，衬底一般采用半绝缘称体材料；为了保证器件在使用过程中不会互相发生电信号的串扰，同片的器件之间会做电学隔离切断其导电通路。同时，器件各个部分的金属也会影响到样品表面积聚电荷的分布，增加了光刻过程中电子分布的复杂性。种种情况使得在制备纳米尺寸的窄线宽光刻时，电子会在图形边缘(特别是样品的无源区)产生积累，积聚的电子在未达到击穿临界时，表现为对入射电子的排斥作用，即使得图形产生严重的漂移；当电荷量达到一定规模时，会在图形的尖端部位发生击穿放电，这种放电在图形上表现为对未曝光区域产生微弱曝光效果，从图形的尖端产生两条“胡须”状天线；情节严重的会直接在材料表面发生电火花放电的现象。

3、综上所述，在非绝缘衬底上采用电子束光刻图形时，由于其表面的导电性差会存在电荷积累而带来光刻问题。于此同时，窄线条需要在高电压下光刻，但在高频器件中窄线条需求量非常大，往往需要光刻几个小时，从而使机器长时间处于高压状态下，这不仅仅会降低机器的使用寿命也会增加实验室的能耗。因此，研发一种简单实用且可以一直电荷积累效应的光刻工艺势在必行。

4、当前，虽有例如cn116884835a所展示的在基于碳化硅高阻衬底的氮化镓晶圆上制作t型栅的制作工艺，其虽然使用了磁控溅射技术在电子束光刻胶表面溅射了一层au导电层，但是其制备导电层的方法与传统镀单层导电层方法一致，其缺陷在于不能显著提高晶圆的导电性，并且需要高于40kv的电压来进行窄线宽的刻写，而且au在晶圆上的粘附性相对较差，在后续剥离中会出现图形过剥导致图形残缺的现象。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，包括如下步骤：

2、s1：去除样品表面的水汽，在衬底上旋涂pmma光刻胶；

3、s2：用电子束蒸发蒸镀一层厚度为第一厚度的al作为外场导电层；

4、s3：在所述外场导电层上旋涂一层az4210光刻胶；

5、s4：放入接触式光刻机进行曝光，然后显影露出内场导电层的区域；

6、s5：用tmah溶液去除光刻胶遮挡外的外场导电层；

7、s6：用电子束蒸发蒸镀一层厚度为第二厚度的al作为内场导电层；

8、s7：放入电子束光刻机中进行扫描曝光；

9、s8：放入tmah溶液中去除内场导电层，并进行显影。

10、进一步地，所述s1中，通过将样品放在150℃热板上烘烤10分钟以去除样品表面的水汽；在衬底上采用3000转/分钟的旋涂速度涂敷一层130nm厚度的分子量为950k的pmma光刻胶，然后在180℃的热板上烘烤2分钟。

11、在本发明的一种实施方式中，所述s2中，第一厚度为20nm。

12、在本发明的一种实施方式中，所述s3中，在所述外场导电层上采用3000转/分钟的旋涂速度涂敷一层2μm厚度的az4210光刻胶，然后放在100℃的热板上进行2分钟的前烘。

13、进一步地，所述s4中，放入接触式光刻机曝光4s，然后放在100℃的热板上进行2分钟的后烘；待后烘结束后放入显影液中显影80s；显影结束将样品放在110℃的热板上进行3分钟的坚膜，随后放入等离子去胶机中用200w的o2进行5分钟的去胶，以去除底部残留光刻胶。

14、进一步地，所述s5中，通过将样品放入到tmah溶液中浸泡1分钟以去除外层导电层，tmah溶液中tmah浓度为2.38％。

15、在本发明的一种实施方式中，所述s6中，所述第二厚度为2nm。

16、在本发明的一种实施方式中，所述s7中，电子束光刻机的工艺条件为：10kv的加速电压，43pa电流，剂量为240uc/cm2。

17、进一步地，所述s8中，将样品放入电子束光刻胶显影液，所述电子束光刻胶显影液中mibk和ipa比例为1：3，待样品显影35s后立即放入ipa中定影15s，接着再用水将残留的ipa冲走，最后用氮气吹干。

18、在本发明中，所述“第一”、“第二”仅用于区分不同位置或不同特征的同类组件/部件，并无其他限定含义。

19、本发明的有益效果：

20、本发明利用电子束光刻技术与镀内、外层导电层的技术手段结合以制备纳米尺度的精细图案，不仅能够通过外层导电层的设置防止电荷积累的情况发生，而且还能够通过内层导电层的设置使得电子束易于穿透导电层达到电子束光刻胶从而防止图形漂移现象出现，提高了样品的导电性，同时也使得需求电压大大降低；另外，本发明使用的al相比于au在晶圆上的粘附性相对较好，在后续剥离中能够避免出现图形过剥导致图形残缺的现象，从而提高良品率。

技术特征：

1.一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s1中，通过将样品放在150℃热板上烘烤10分钟以去除样品表面的水汽。

3.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s1中，在衬底上采用3000转/分钟的旋涂速度涂敷一层130nm厚度的分子量为950k的pmma光刻胶，然后在180℃的热板上烘烤2分钟。

4.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s2中，第一厚度为20nm。

5.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s3中，在所述外场导电层上采用3000转/分钟的旋涂速度涂敷一层2μm厚度的az4210光刻胶，然后放在100℃的热板上进行2分钟的前烘。

6.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s4中，放入接触式光刻机曝光4s，然后放在100℃的热板上进行2分钟的后烘；待后烘结束后放入显影液中显影80s；显影结束将样品放在110℃的热板上进行3分钟的坚膜，随后放入等离子去胶机中用200w的o2进行5分钟的去胶，以去除底部残留光刻胶。

7.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s5中，通过将样品放入到tmah溶液中浸泡1分钟以去除外层导电层，

8.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s6中，所述第二厚度为2nm。

9.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s7中，电子束光刻机的工艺条件为：10kv的加速电压，43pa电流，剂量为240uc/cm2。

10.根据权利要求1所述的一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，其特征在于，所述s8中，将样品放入电子束光刻胶显影液，所述电子束光刻胶显影液中mibk和ipa比例为1：3，待样品显影35s后立即放入ipa中定影15s，接着再用水将残留的ipa冲走，最后用氮气吹干。

技术总结本发明涉及一种在绝缘衬底使用低电压实现电子束光刻窄线条的方法，属于半导体器件及集成电路制造工艺技术领域。本发明利用电子束光刻技术与镀内、外层导电层的技术手段结合以制备纳米尺度的精细图案，不仅能够通过外层导电层的设置防止电荷积累的情况发生，而且还能够通过内层导电层的设置使得电子束易于穿透导电层达到电子束光刻胶从而防止图形漂移现象出现，提高了样品的导电性，同时也使得需求电压大大降低。技术研发人员：刘澎博,李杨,李秋璇,姚俊超,黄韧频,朱霞,周溢辉,张逸然,王霄,陈治伟,敖金平受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2