專利名稱：一種量子線超微細圖形的制作方法
技術領域：
本發明涉及量子線超微細圖形制作方法。
量子線和量子點是一類具有明顯量子效應的低維量子結構，其線寬一般為500埃以下，要制作具有量子尺寸精度的超微細圖形在工藝上是十分困難的。“半導體量子微結構及其研究進展”(《大自然探索》1993.3)一文對現有技術中已經出現的特殊結構生長法和圖形印刷技術方法分別作了描述，日本光子工廠年度報告(1991年)上介紹了另一種方法即相移方法。所述特殊結構生長法是在一定圖形的襯底上，利用外延技術生長量子線，這種方法有不受圖形分辨率限制的優點，但其初始的量子尺寸圖形很難得到。所述圖形印刷技術是利用電子束曝光技術形成量子微結構圖形，由于使用電子束曝光，不僅曝光時間太長，曝光面積小，而且圖形的清晰度受抗蝕劑層分辨率的限制，設備費用也十分昂貴，使其不能大批量生產。相移方法是利用光波在透過相鄰的二塊不同厚度的材料時，在接觸面處形成180°相位差的特性，來制備超微細結構，但這種方法需要極其嚴格控制材料的厚度，這在工藝操作時是很不方便且較難達到的。
本發明的目的正是為了克服以上不足，提供了一種工藝上較易實施的，并可制作較大面積的超微細圖形的方法。
本發明的目的由以下方式來實現。
本發明的量子超微細圖形的制作方法，包括1.制作陡側壁x光透射光柵作為初始的光柵光刻掩模，例如利用激光全息和離子束刻蝕以及同步輻射光刻制得的陡側壁x光透射光柵；2.將初始光柵光刻掩模上的光柵圖形轉換為刻蝕掩模圖形；3.把刻蝕掩模上的量子超微細圖形轉換到半導體基片上，其特征在于，將初始光柵光刻掩模上的光柵圖形轉換為刻蝕掩模圖形的步驟為(1)在襯底上涂支撐材料薄層；(2)利用x光光刻方法將初始光刻掩模上的光柵圖形轉換到支撐材料薄膜層上，即為支撐光柵；(3)在支撐光柵表面(含兩側壁表面)上均勻鍍金屬膜薄層；
(4)保留兩側壁上的金屬膜，將其余部分金屬膜層用干法刻蝕法刻去，即得到由依附在支撐光柵兩側壁上的金屬薄層構成的量子線掩模圖形；(5)去除支撐材料，即得到量子線超微細圖形。
在以上所述制作初始光刻掩模的過程中，所使用的陡側壁x光透射光柵是指該光柵側壁與襯底表面法線之間的夾角小于5°的x光透射光柵，例如由激光全息和離子束刻蝕及同步輻射x光光刻方法產生的x光透射光柵，其光柵密度根據所需圖形的密度進行選擇，例如每毫米1000線。
在將初始光柵掩模上的光柵圖形轉換為刻蝕掩模圖形的過程中，所述在襯底上涂支撐材料，一般情況下包括涂支撐層和過渡層，所使用的支撐層材料是透x射線的透明材料，例如聚酰亞胺(PI)或碳化硅(SiC)或氮化硅(SiN)等，所述的過渡層材料是x射線抗蝕劑，如光刻膠(PMMA或PBS)，首先將光柵圖形轉換到過渡層上，然后再轉換到支撐層上，形成支撐光柵，所述在支撐光柵表面上鍍金屬膜薄層，是指在真空狀態下，用濺射或蒸發的方法來鍍金屬膜層，其鍍層厚度即為所需超微細圖形中細線的寬度，通常在500埃以下，所使用的金屬是指不透x光的金屬材料，例如金、鉑等。
在實際制作量子超微細線刻蝕掩模圖形的過程中，也可以直接使用所需基片，例如半導體材料，作為襯底，此時只需要在基片上涂x射線抗蝕劑作為支撐材料層，如光刻膠PMMA、PBS等。然后直接將光柵圖形轉換到光刻膠層上，即得到支撐光柵，再進行鍍金屬薄層工序的操作，所使用的金屬為耐反應離子刻蝕的金屬，例如金、鉑、鉻、鎳等，得到量子線光刻掩模后，去除支撐光柵得到刻蝕掩模，這種做法省去了涂過渡層的工序，使操作過程簡化。
與現有技術相比，本發明利用適當線密度的陡側壁x光透射光柵作為初始光刻掩模，利用同步輻射光刻將圖形轉換到襯底表面的支撐材料上，在其兩側壁上鍍具有量子尺寸厚度金屬膜的方法，得到超微細圖形的量子線光刻掩模，這種光刻掩模圖形穩定性好，能重復使用，有利于得到清晰的量子線圖形，同時由于是在支撐光柵兩側壁鍍膜，使量子線圖形的密度倍增。本發明所述的制作方法，不受材料分辨率的限制，而且面積大(厘米量級)，工藝較為簡單。可做成多種超微細結構圖形，如量子點、量子盒等。
下面結合實施例及附圖
作進一步描述實施例1.制作初始光柵光刻掩模(1)以潔凈光滑的玻璃為襯底片，利用甩膠均勻地涂一層厚度約為2微米的聚酰亞胺薄層，在遠紅外烘箱中300c烘2小時(2)在聚酰亞胺薄層表面處利用離子束鍍膜鍍厚約0.6微米的金膜(3)在金膜上均勻地涂上厚0.5微米的AZ-1350光刻膠，在遠紅外烘箱中90℃烘25分鐘(4)在氬離子激光(波長為457.9nm)全息光路中曝光，顯影后便在AZ-1350光刻膠上形成了光柵圖形。光柵線密度為每毫米1000線，曝光量約為200毫焦耳/cm2，顯影時間約1分鐘，顯影液為0.6％的NaOH水溶液，顯影溫度為20-25℃(5)把已做好光柵圖形的基片放在離子束刻蝕機中刻蝕，便把光刻膠光柵圖形轉換到了金膜上。刻蝕條件為離子能量500電子伏，離子束流密度0.6毫安/cm2，刻蝕時間約10分鐘(6)最后在有圖形的一面用環氧樹脂粘上大小合適的銅環作為支承，再用氫氟酸腐蝕掉玻璃基片，得到由透明的聚酰亞胺支撐的金透射光柵圖形(7)重復上述(1)和(2)的工藝(8)在金膜上均勻地涂上厚約1.0微米的PMMA光刻膠，在遠紅外烘箱中130C烘30分鐘(9)在合肥國家同步輻射實驗室x光光刻站用x光曝光裝置將金透射光柵圖形轉換到PMMA上，曝光波長0.5-0.2nm，曝光量3000毫安分鐘，真空度為3.0*10-6Pa，濕法顯影，顯影液為4-甲基-戊酮-2∶異丙醇＝3∶1，顯影時間約25秒(10)重復(5)和(6)，便得到了光柵側壁陡直的同步輻射x光刻光柵掩模，即初始光柵光刻掩模實施例2.制作量子超微細圖形的x射線光刻掩模。
(1)利用甩膠法在光滑潔凈的玻璃片上均勻涂一層厚為2微米的聚酰亞胺薄層(支撐材料)，放在遠紅外烘箱中300℃烘兩小時，然后再在其上均勻涂厚為0.25微米的PMMA光刻膠膜，室溫25℃，濕度小于50％，遠紅外烘箱中130℃烘30分鐘；(2)在合肥國家同步輻射實驗室x光光刻站利用x光曝光裝置將初始光刻掩模圖形轉移到PMMA層上，曝光和顯影條件同1.(9)；(3)利用離子束刻蝕機將PMMA光柵轉移到聚酰亞胺層上，得到聚酰亞胺支撐光柵；(4)利用離子束刻蝕機，在支撐光柵所有表面上鍍金，兩側壁膜厚分別為50nm和100nm；(5)在離子束刻蝕機中垂直刻蝕掉支撐光柵表面和槽底上的金膜，即得到由側壁金膜層構成的量子線掩模圖形；(6)粘支撐環，并在氫氟酸溶液中腐蝕掉玻璃襯底，即得量子線x光刻掩模，掩模尺寸為0.8cm實施例3.以所需硅片為襯底，制作量子線超微細圖形的反應離子刻蝕掩模(1)利用甩膠法在光滑潔凈的硅片上均勻涂厚為0.25微米的PMMA光刻膠，室溫25℃，濕度小于50％，放在遠紅外烘箱中130℃烘30分鐘；(2)在合肥國家同步輻射實驗室x光光刻站利用x光曝光裝置將初始光刻掩模圖形轉換到PMMA上，曝光和顯影條件同1.(9)(3)利用離子束刻蝕機在PMMA光柵所有表面鍍金。二側壁厚分別為50nm和100nm；(4)在離子束刻蝕機中垂直刻蝕掉PMMA光柵表面和槽底上的金膜，即得到由側壁金膜層構成的量子線掩模圖形；(5)用等離子氧化法去掉PMMA光柵，去膠條件為真空度6.7Pa，電壓約75v，時間約為1小時，PMMA光柵去完后，在硅片上留下金的超微細圖形，即為反應離子刻蝕掩模，掩模尺寸為0.8cm。
實施例4.制作量子點圖形在已經有量子線的硅片上，重復實施例2的全過程，將初始光柵掩模上的光柵方向與已有量子線垂直放置，則最后得到垂直相交于點的量子點圖形。
以下給出操作工序中的示意1是具有陡壁的初始光柵掩模的結構示意圖。圖中(1)足聚酰亞胺膜層；(2)是銅支承環，(3)陡壁光柵金線。
圖2是量子線光刻掩模的結構示意圖。圖中量子金屬線(4)依附在支撐光柵(5)的兩個側壁上，支柵光柵由透明的聚酰亞胺構成。
權利要求
1.一種量子線超微細圖形的制作方法，包括1)制作陡側壁x光透射光柵初始的光柵光刻掩模；2)將初始光柵上的光柵圖形轉換為量子線刻蝕掩模上的圖形；3)把量子線刻蝕掩模上的圖形轉換到半導體基片上，其特征在于，將光柵光刻掩模上的圖形轉換為刻蝕掩模圖形的步驟為1)在襯底上涂支撐材料薄層；2)利用X光光刻技術將初始光柵掩模圖形轉換到上述支撐材料薄層上，即支撐光柵；3)在支撐光柵表面(含兩側壁表面)上均勻鍍金屬膜薄層；4)保留兩側壁上的金屬膜，將其余部分金屬膜層用干法刻蝕法刻去，即得到由依附在支撐光柵兩側壁上的金屬鍍層構成的量子線光刻掩模；5)去除支撐光柵，即得到刻蝕掩模。
2.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于所述陡側壁x光透射光柵是指光柵側壁與襯底表面法線之間夾角小于5°的X光透射光柵。
3.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于所述的支撐材料包括支撐層和過渡層，其中支撐層材料是透x射線透明材料，過渡層材料是x射線抗蝕劑。
4.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于在支撐光柵表面上均勻鍍金屬膜薄層是指在真空狀態下，用濺射或蒸發的方法鍍金屬薄層。
5.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于所述鍍金屬薄層的厚度等于所需超微細圖形中細線的寬度。
6.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于所述鍍金屬薄層時所用的金屬是指不透x光的金屬。
7.如權利要求1所述的制作方法，其特征在于所述透明襯底能夠由半導體基片代替。
8.如權利要求1或7所述的制作方法，其特征在于所述在半導體基片上的支撐材料涂層是x射線抗蝕劑。
9.如權利要求1或7或8所述的制作方法，其特征在于所述以x射線抗蝕劑作的支撐光柵上鍍金屬膜薄層中用金屬是指耐反應離子刻蝕的金屬。
10.如權利要求1所述的制作方法中用的量子線光刻掩模，包括有透明襯底和量子金屬線圖形，其特征在于所述襯底上設有陡側壁的支撐光柵圖形，所述量子金屬線圖形依附在支撐光柵的兩個側壁上。
全文摘要
本發明涉及量子線超微細圖線的制作方法，包括利用陡側壁x光柵制造初始光柵光刻掩模圖形，將其轉換為刻蝕掩模圖形后再轉換到所需基片上，其特征在于將初始光柵圖形轉換到為刻蝕掩模的過程中，先將圖形轉換到支撐材料薄層上，形成支撐光柵，然后在光柵表面涂金屬薄層，得到由依附在支撐光柵垂直側壁上的量子金屬線構成的量子線光刻掩模，去除支撐光即柵成為刻蝕掩模圖形，本發明方法具有工藝較為簡單，制作面積大，不受材料分辨率限制的優點。
文檔編號H01L21/308GK1130263SQ9510046
公開日1996年9月4日 申請日期1995年2月28日 優先權日1995年2月28日
發明者付紹軍, 夏安東, 洪義麟, 田楊超, 胡一貫, 陶曉明, 闞婭, 張新夷 申請人:中國科學技術大學