一种硬掩膜板的制备方法及硬掩膜板

本发明具体涉及光刻工艺，尤其涉及一种硬掩膜板的制备方法及硬掩膜板。

背景技术：

1、硬掩模(hard mask)是一种无机薄膜材料，其主要成分通常有tin、sin、sio2、ta、tan等。通过硬掩模可以将光刻图形转移到目标材料上。硬掩模相比于光刻胶等有机聚合物掩膜具有更强的耐刻蚀性，能够承受更高温度的后续工艺等优势，因而在特定的图形转移工艺中能够发挥关键作用。

2、随着二维材料等对界面有序度敏感的材料不断发展和应用，对传统的硬掩模制造工艺提出了新的挑战。主要挑战为硬掩模材料沉积的过程中会对二维材料等的表面结构造成一定的损伤。通过在硬掩模材料沉积之前预沉积一层起到缓冲作用的牺牲层是一种有可能能够解决该挑战的方案。目前存在一些发明将牺牲层应用于硬掩模工艺中。专利号为cn202211310477.0的专利中记载了一种刻蚀聚酰亚胺牺牲层的方法及应用，其中公开了牺牲层在硬掩膜工艺中的应用，但是该专利中的牺牲层材料为聚酰亚胺，采用的是干刻蚀法去除牺牲层；专利号为cn202010018857.1的专利中记载了半导体结构及其形成方法，其中所公开的牺牲层材料为未掺杂有离子的硬掩膜材料层；专利号为202310872167.6的专利中记载了硬掩膜的制作方法及存储器，其牺牲层的材质为氧化硅或氮化硅，牺牲层通过干法刻蚀或溶液腐蚀去除。上述硬掩模工艺专利中引入牺牲层的主要目的是释放缓冲层之后形成特定的结构。其工艺设计(如牺牲层材料的选择、牺牲层的沉积、牺牲层的去除等)并不适用于二维材料等对界面有序度敏感的材料，会对该类材料层表面造成一定的破坏或者化学污染，降低其品质。

3、目前还没有适用于二维材料等对界面有序度有更高要求的硬掩模工艺，该工艺的主要难点在于在tin、sin、sio2、ta、tan等硬掩模材料的沉积过程中会对该类材料表面造成损伤。所以发展适用于该类材料的硬掩模工艺能够填补该领域的空白。

4、因此，现有技术还有待于优选的改进和提升。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种硬掩膜板的制备方法，该制备方法利用具有较低沉积温度和较低挥发温度的材料作为牺牲材料层。由于该牺牲材料层沉积温度较低，可减小牺牲层沉积对二维材料表面造成的损伤。该牺牲材料层充当硬掩模材料和衬底表面材料间的缓冲材料，可以减小硬掩模材料沉积过程中对二维材料表面的损伤。该牺牲材料层可以在较低的温度下通过热退火的方式去除，可以减小牺牲材料层去除过程中对二维材料表面的损伤以及化学污染。在牺牲材料层去除后实现硬掩模材料与衬底表面材料的无损接触。该方法可以减缓硬掩膜板材料沉积过程中对衬底表面上的材料表面的损伤，适用于二维材料等对界面有序度敏感的材料。

2、具体来说，本发明提供的制备方法如下：一种硬掩膜板的制备方法，其中，包括如下步骤：

3、提供表面具有介质材料层的衬底；

4、在所述介质材料层的表面形成牺牲材料层；所述牺牲材料层材料具有较低的沉积温度，和较低的挥发温度，如硒材料、碲材料或聚碳酸亚丙酯等；

5、在所述牺牲材料层的表面形成硬掩膜材料层，得到中间体；

6、去除所述中间体中的牺牲材料层，使得硬掩模材料层与所述介质材料层之间无损接触，得到所述硬掩膜板。

7、在本发明中，衬底的材质和形状均为现有技术中的惯常衬底，在此不做限定，衬底表面上的介质材料层(可以是二维材料层，也可以是非二维材料层，本发明中主要以二维材料层为例)，可以是经转移到衬底上的或者是直接在衬底的表面生长得到的。材料的转移或直接生长均为本领域惯用技术，在此不做限定。示例性地，所述二维材料层所含二维材料可以为过渡金属二硫族化合物、石墨烯、六方氮化硼、层状金属氧化物等。通过在二维材料层的表面沉积一层牺牲材料层，利用牺牲材料层充当硬掩膜材料和二维材料之间的缓冲，避免了硬掩膜材料沉积过程中对二维材料受到的损伤(引入缺陷、晶格畸变等)，提升了后续二维材料器件的性能。

8、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

9、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，所述制备方法还包括：

10、在所述介质材料层的表面沉积牺牲材料，得到牺牲材料层的步骤之前，采用光刻工艺对所述介质材料层进行图形化处理；

11、在去除所述中间体中的牺牲材料层的步骤之前，对介质材料层上的光刻胶进行清除处理。

12、在本发明中，可以根据设计需要在已经转移或生长材料的衬底的特定位置上利用光刻胶和光刻工艺做好光刻图形或者采用纳米压印在材料的衬底的特定位置上做好光刻图形。光刻图形的具体形状可以根据实际的需要进行设置，具体的形状在此不做限定。在去除牺牲材料层之前需要对光刻胶进行清除，光刻胶的清除可以根据具体光刻工艺中所使用的光刻胶进行相应的处理。去除光刻胶露出光刻图形，此时，在衬底的表面还包含介质材料层、牺牲材料层以及硬掩膜材料层，将具有没有去除牺牲材料层的定义为中间体。

13、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，所述牺牲材料层的厚度为1-1000nm，通过将牺牲材料层的厚度设置在该范围内具有高平整度、易去除、无残留的好处。

14、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，所述的牺牲材料为具有较低的沉积温度、合适的挥发温度的材料，如硒材料、碲材料、聚碳酸亚丙酯等。上述材料因为其沉积温度相对较低，在沉积时不会对二维材料层造成破坏，又因为具有合适的挥发温度，使得其在去除时，比较容易，且去除的过程中也不会对硬掩膜层造成影响，也有利于其全部的去除。

15、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，所述硬掩膜材料层包含二氧化硅、氮化硅、氮化钽和氮化钛中的至少一种。

16、在本发明中，硬掩膜材料层的制备可以采用如热蒸发、磁控溅射、电子束蒸发等技术进行制备，具体的制备工艺以及制备所使用的仪器、设备在此不做限定。

17、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，所述去除所述中间体中的牺牲材料层，得到所述硬掩膜板，具体包括：对所述中间体采用真空或气氛退火，使所述牺牲材料挥发，所述硬掩膜材料层与所述材料层接触，得到所述硬掩膜板。

18、在本发明中，通过采用真空退火或者气氛退火将牺牲材料层进行去除，具体操作时，可以根据所使用的牺牲材料层材料的不同进行针对性的进行选择。牺牲材料层去除后，硬掩膜材料层与材料层相接触，得到所述硬掩膜板。

19、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，当采用真空退火时，真空度为小于10-2pa。

20、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，当采用气氛退火时，所用气体选自氮气、氩气和氢气中的任一种；退火温度为50-1000℃，具体温度根据牺牲材料层材料的挥发性质进行制定。

21、作为优选的技术方案，所述的硬掩膜板的制备方法，其中，所述硬掩膜材料层的厚度为1-5000nm

22、第二方面，一种硬掩膜板，其中，所述硬掩膜板采用上述所述的制备方法制备得到。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明通过引入se/te等牺牲层来保护二维材料等对表面结构敏感的衬底材料，消除了硬掩模工艺在沉积过程中对材料造成的损伤，使得更高的光刻精度、更好性能的材料器件的实现成为可能，扩大了硬掩模技术的应用范围。