CN115472492A - 超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法 - Google Patents

超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法，该制备方法包括：S1，在衬底(1)上形成介质层(2)；S2，在介质层(2)上沉积氧化石墨烯层；S3，对氧化石墨烯层进行烘烤退火，形成还原氧化石墨烯薄膜层(3)，还原氧化石墨烯薄膜层(3)作为第一硬掩模层；S4，在还原氧化石墨烯薄膜层(3)上涂覆含Si抗反射涂层(4)，含Si抗反射涂层(4)作为第二硬掩模层；S5，在含Si抗反射涂层(4)上依次沉积金属层(5)、涂覆感光层(6)，得到超分辨光刻结构。本公开的方法提高了还原氧化石墨烯薄膜层与介质层之间的刻蚀选择比，避免了超分辨光刻图形传递中因纵横比过高导致的图形坍塌、变形等问题。

Description

超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法
技术领域
本公开涉及超分辨光刻技术领域，具体涉及一种超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法。
背景技术
近年来，随着半导体器件小型化和集成化的发展，要求电子元器件的分辨率不断提升。而器件分辨率的提升，将带来光刻图形焦深的降低，进而在实际光刻过程中要求感光膜层的厚度逐渐变薄。而在图形结构转移过程中，薄的感光膜容易被消耗殆尽，而无法有效地实现图形的转移。为此，通用的方法是在感光膜层和被蚀刻层之间加入一种或一组具有优异耐蚀刻性的膜层结构，利用这种耐刻蚀的膜层结构与底层材料的高刻蚀选择性，实现图形的保形性转移，该膜层也被称为硬掩模层。
通常在先进制程工艺中采用的硬掩模层是含Si的抗反射层和旋涂的碳(Sibottom anti-reflection coating/Spin-on-carbon：SiBARC/SOC)组合膜层体系。由于SOC层和底部被刻蚀层的蚀刻选择比不足，需要相对较高的厚度才能实现图形的转移。但是，对于超分辨光刻的图形，线宽变得更窄，而SOC层的高度保持不变，使得图案的纵横比变高。基于此，SOC层作为硬掩模层在蚀刻工艺过程中会出现诸如扭曲(bowing)、倒塌(wiggling)等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本公开提供了一种超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法，用于解决传统硬掩模层在蚀刻工艺过程中易出现扭曲、倒塌等技术问题。
(二)技术方案
本公开一方面提供了一种超分辨光刻结构的制备方法，包括：S1，在衬底上形成介质层；S2，在介质层上沉积氧化石墨烯层；S3，对氧化石墨烯层进行烘烤退火，形成还原氧化石墨烯薄膜层，还原氧化石墨烯薄膜层作为第一硬掩模层；S4，在还原氧化石墨烯薄膜层上涂覆含Si抗反射涂层，含Si抗反射涂层作为第二硬掩模层；S5，在含Si抗反射涂层上依次沉积金属层、涂覆感光层，得到超分辨光刻结构。
进一步地，S2包括：S21，将氧化石墨烯粉末和溶剂混合，形成氧化石墨烯分散液；S22，将氧化石墨烯分散液滴加在介质层上，低速旋转使氧化石墨烯分散液均匀铺展；S23，高速旋转使溶剂蒸发，形成氧化石墨烯层。
进一步地，S21中的溶剂包括去离子水、乙醇、四氢呋喃、异丙醇、乙醇、N，N一二甲基甲酰胺、N一甲基吡咯烷酮中的一种；氧化石墨烯分散液的浓度为1～10mg/mL。
进一步地，S3包括：对氧化石墨烯层进行烘烤退火，烘烤退火在N2或H2气氛下进行，烘烤退火的温度为200～800℃，烘烤退火的时间为0.5～5小时。
进一步地，S3包括：形成还原氧化石墨烯薄膜层的厚度为1～50nm。
进一步地，S5中在含Si抗反射涂层上沉积金属层的方法包括电子束蒸镀或磁控溅射沉积；金属层的材料包括Ag、Al中的一种。
进一步地，S5涂覆感光层之后还包括：在感光层上沉积表层金属层。
本公开另一方面提供了一种根据前述的超分辨光刻结构的制备方法得到的超分辨光刻结构进行图形传递的方法，包括：S6，对感光层进行曝光显影，形成光刻图形结构；S7，依次刻蚀金属层和含Si抗反射涂层，并去除金属层；S8，在含氧气的等离子体气体下，以刻蚀后的含Si抗反射涂层作为第二硬掩模层并利用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀还原氧化石墨烯薄膜层，并去除含Si抗反射涂层；S9，以刻蚀后的还原氧化石墨烯薄膜层为第一硬掩模层刻蚀介质层，最终将光刻图形结构传递到介质层或者介质层和衬底，完成图形传递。
进一步地，S7中刻蚀金属层的方法包括离子束蚀刻，刻蚀的气体采用氩气；刻蚀含Si抗反射涂层的方法包括离子束蚀刻、反应离子刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀中的一种，刻蚀的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
进一步地，S9中刻蚀介质层的方法包括离子束蚀刻、反应离子刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀中的一种，刻蚀的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
本公开还有一方面提供了一种根据前述的超分辨光刻结构的制备方法得到的超分辨光刻结构进行图形传递的方法，包括：S6，对感光层进行曝光，去除表层金属层后再显影，形成光刻图形结构；S7，依次刻蚀金属层和含Si抗反射涂层，并去除金属层；S8，在含氧气的等离子体气体下，以刻蚀后的含Si抗反射涂层作为第二硬掩模层并利用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀还原氧化石墨烯薄膜层，并去除含Si抗反射涂层；S9，以刻蚀后的还原氧化石墨烯薄膜层为第一硬掩模层刻蚀介质层，最终将光刻图形结构传递到介质层或者介质层和衬底，完成图形传递。
本公开还有一方面提供了一种超分辨光刻结构，该超分辨光刻结构为根据前述的超分辨光刻结构的制备方法制备得到。
(三)有益效果
本公开的超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法，采用还原氧化石墨烯薄膜层作为第一硬掩模层、含Si抗反射涂层作为第二硬掩模层，通过具有较大刻蚀比差异的碳层和硅层的交替设置能够实现对下面一层的刻蚀，且还原氧化石墨烯薄膜层材料中含有大量的芳香环C原子，具有较高的能量势垒，对反应性气体存在较高的不渗透性，具有高抗刻蚀性。该还原氧化石墨烯薄膜层提高了还原氧化石墨烯薄膜层与介质层之间的刻蚀选择比，避免了超分辨光刻中因纵横比过高导致的图形坍塌、变形等问题，由此利用厚度较薄的硬掩模层即可实现将超分辨光刻图形结构传递至介质层。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例中超分辨光刻结构的制备方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例中对超分辨光刻结构进行图形传递的方法流程图；
图3示意性示出了根据本公开实施例中超分辨光刻图形传递的流程图；
图4示意性示出了根据本公开实施例1中超分辨光刻图形传递过程中的扫描电镜图；
图5示意性示出了根据本公开实施例1中得到的光刻图形结构的截面图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
针对现有的SOC层作为硬掩模层和被刻蚀层之间的刻蚀选择比低，且较厚的SOC层易造成图形结构出现诸如扭曲、倒塌现象的问题，本公开旨在提供一种超分辨光刻结构、制备方法及光刻的方法。
本公开提供了一种超分辨光刻结构的制备方法，请参见图1，包括：S1，在衬底1上形成介质层2；S2，在介质层2上沉积氧化石墨烯层；S3，对氧化石墨烯层进行烘烤退火，形成还原氧化石墨烯薄膜层3，还原氧化石墨烯薄膜层3作为第一硬掩模层；S4，在还原氧化石墨烯薄膜层3上涂覆含Si抗反射涂层4，含Si抗反射涂层4作为第二硬掩模层；S5，在含Si抗反射涂层4上依次沉积金属层5、涂覆感光层6，得到超分辨光刻结构。
本公开在衬底1上依次形成介质层2、还原氧化石墨烯薄膜层3(含碳硬掩模层)、含Si抗反射涂层4(SiBARC层)、金属层5和感光层6，采用抗刻蚀的还原氧化石墨烯(ReducedGraphene Oxide，RGO)材料代替了现有的SOC材料作为第一硬掩模层，同时含Si抗反射涂层作为第二硬掩模层，通过具有较大刻蚀比差异的碳层和硅层的交替设置能够实现对下面一层的刻蚀。石墨烯的分子结构中含有大量的芳香环C原子，具有较高的能量势垒，对反应性气体存在较高的不渗透性，具有高抗刻蚀性。因此，石墨烯被认为是一种很好的阻挡层候选材料。但在实际工艺中，很难在大尺寸基板上获得厚度均匀的石墨烯薄膜。
而氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)由于官能团的存在具有高溶解度，适用于基于溶液的工艺流程。GO膜层的制备工艺简单，该制备流程包括：取少量GO分散液滴在基板上浸润，先以较低的旋转速度使GO分散液均匀铺展在基板上，再以较高的旋转速度加快溶剂蒸发，使GO膜均匀铺展在基板上。然而，基于ohnishi参数，在干法蚀刻条件下C-C键比C-O和C＝O键更难分解，越高的C/O比例和C/H比例对应越高的抗刻蚀性能。所以，制备的GO薄膜需要经过高温还原降低含O官能团的比例，还原后的RGO具有高的C含量，这对提高抗蚀刻效果至关重要。
因此，RGO作为第一硬掩模层能够显著提高与介质层(被刻蚀层)之间的刻蚀比。以被刻蚀层为SiO2为例，研究结果表明，SOC/SiO2的刻蚀比为2，RGO/SiO2的刻蚀比为3～8，其中RGO的抗刻蚀性能随着退火温度的增加而增大。更重要的是，RGO材料在超分辨光刻中能够避免图形倒塌和变形。本公开中SiBARC/RGO多层结构的制备方法简单，不需要高温、高压等苛刻条件，也不需要高成本设备，制作成本低。
具体地，S1包括：通过热氧化、电子束蒸镀、磁控溅射沉积、化学气相沉积或涂覆的方法在衬底1上制备介质层2。介质层2的材料为SiO2、SiN、poly-Si、Al2O3中的一种或几种，介质层2的厚度为10～500nm。
在上述实施例的基础上，S2包括：S21，将氧化石墨烯粉末和溶剂混合，形成氧化石墨烯分散液；S22，将氧化石墨烯分散液滴加在介质层2上，低速旋转使氧化石墨烯分散液均匀铺展；S23，高速旋转使溶剂蒸发，形成氧化石墨烯层。其中，S21中的溶剂包括去离子水、乙醇、四氢呋喃、异丙醇、乙醇、N，N一二甲基甲酰胺、N一甲基吡咯烷酮中的一种；氧化石墨烯分散液的浓度为1～10mg/mL。
GO分散液是将一定量Hummers法制备的GO粉末与溶剂混合，经过超声，配置成GO分散液；与GO混合的溶剂为去离子水、乙醇、四氢呋喃、异丙醇、乙醇、N，N一二甲基甲酰胺、N一甲基毗咯烷酮中的一种。优选地，GO分散液的浓度为1～10mg/mL，GO分散液的浓度在该范围内具有分散均匀的技术效果，更易获得致密、均匀的GO薄膜。这是因为GO分散液的浓度过高易导致GO在溶剂中团聚。
配置GO分散液后，使用旋涂法沉积GO膜层。用移液器取GO分散液，滴在基板上浸润一定时间，如1分钟；以较低的旋转速度旋转一定时间，如1分钟，转速的范围如500rmp～700rmp，使GO分散液均匀铺展在基板上；再以较高的旋转速度转速旋转一定时间，如0.5分钟，转速的范围如1200rmp～3000rmp，以加快溶剂蒸发，使GO膜均匀铺展在衬底上，形成氧化石墨烯层。
在上述实施例的基础上，S3包括：对氧化石墨烯层进行烘烤退火在N2或H2气氛下进行，烘烤退火的温度为200～800℃，烘烤退火的时间为0.5～5小时。
烘烤退火步骤在200℃至800℃的温度下进行，时长为0.5～5小时。优选地，烘烤退火步骤在200～500℃时，时长优选地控制在3～5小时；烘烤退火步骤在500～800℃时，时长优选地控制在30分钟～2小时，并可选择在N2、H2等气氛下进行。
在上述实施例的基础上，S3包括：形成还原氧化石墨烯薄膜层3的厚度为1～50nm。
还原氧化石墨烯薄膜层3的厚度在该范围内即可实现超分辨光刻中的图形的转移，而SOC层的厚度需要在100～150nm范围内才能实现，可见还原氧化石墨烯薄膜层有利于避免因纵横比过高导致的图形坍塌、变形等问题。
在上述实施例的基础上，S5中在含Si抗反射涂层4上沉积金属层5的方法包括电子束蒸镀或磁控溅射沉积；金属层5的材料包括Ag、Al中的一种。
进一步，利用涂覆的方法在RGO膜层上形成含Si抗反射涂层4，含Si抗反射涂层4起硬掩模的作用，设置在RGO膜层上是因为在超分辨光刻中采用薄的光刻胶，而薄的光刻胶在RGO层被完全刻蚀之前就已经消耗殆尽；通过电子束蒸镀或磁控溅射沉积的方法在上述含Si抗反射涂层4上沉积金属层5，优选地，金属层5的材料为Ag、Al中的一种；设置金属层5是因为由光子驱动金属导体表面的自由电子相干共振，从而在金属-介质交界面处形成表面等离子激元(SP)，当倏逝波波矢与SP波矢相同时，二者就会发生相干共振，使得携带亚波长空间信息的倏逝波得到增强，从而通过调控可以实现超分辨成像，最后利用涂覆的方法在上述金属层5上形成感光层6，得到完整的超分辨光刻结构。
在上述实施例的基础上，S5涂覆感光层6之后还包括：在感光层6上沉积表层金属层。
至此，该超分辨光刻结构自下而上包括衬底1、介质层2、还原氧化石墨烯薄膜层3、含Si抗反射涂层4、金属层5、感光层6和表层金属层，其中金属层5、感光层6和表层金属层构成金属/光刻胶/金属的共振腔成像结构，有利于获得更高分辨力和对比度的成像光刻效果。
本公开还提供一种根据前述的超分辨光刻结构的制备方法得到的超分辨光刻结构进行图形传递的方法，请参见图2～图3，包括：S6，对感光层6进行曝光显影，形成光刻图形结构；S7，依次刻蚀金属层5和含Si抗反射涂层4，并去除金属层5；S8，在含氧气的等离子体气体下，以刻蚀后的含Si抗反射涂层4作为第二硬掩模层并利用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀还原氧化石墨烯薄膜层3，并去除含Si抗反射涂层4；S9，以刻蚀后的还原氧化石墨烯薄膜层3为第一硬掩模层刻蚀介质层2，最终将光刻图形结构传递到介质层2或者介质层2和衬底1，完成图形传递。
本公开在衬底1上依次形成介质层2、还原氧化石墨烯薄膜层3、含Si抗反射涂层4、金属层5和感光层6后，首先在感光层6中形成光刻图形结构，再自上而下一层一层地向下刻蚀，上一层作为下一层的刻蚀掩蔽层，该下一层刻蚀完毕后，则去除该上一层，继续向下刻蚀，将感光层6中的光刻图形结构依次刻蚀传递到金属层5、含Si抗反射涂层4、还原氧化石墨烯薄膜层3和介质层2(或者介质层2和衬底1)，完成图形传递。这种通过多层结构进行刻蚀传递的方法具有制备工艺简单，制作成本低、产能高的优点。
在上述实施例的基础上，S7中刻蚀金属层5的方法包括离子束刻蚀(Ion BeamEtching，IBE)，刻蚀的气体采用氩气；刻蚀含Si抗反射涂层4的方法包括离子束刻蚀(IBE)、反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)或电感耦合等离子体刻蚀(InductiveCoupled Plasma，ICP)中的一种，刻蚀的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
S7中采用IBE刻蚀金属层5，将感光层6上的图形传递至金属层5；优选地，刻蚀气体采用氩气。采用IBE、RIE或ICP刻蚀含Si抗反射涂层4，将金属层5中的光刻图形结构传递至SiBARC层；刻蚀气体可以是SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。SiBARC层刻蚀完成后，采用湿法刻蚀或机械剥离的方法将金属层5去除。
S8中在含O2的等离子体气体下，采用RIE或ICP刻蚀RGO膜层，将SiBARC层中的光刻图形结构进一步传递至RGO层。RGO层刻蚀完成后，采用湿法腐蚀的方法将SiBARC层去除。优选地，腐蚀溶液为HF溶液。
在上述实施例的基础上，S9中刻蚀介质层2的方法包括离子束蚀刻、反应离子刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀中的一种，刻蚀的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
介质层2的材料包括SiO2、SiN、poly-Si、Al2O3，可采用RIE或ICP方法进行刻蚀，刻蚀的气体可采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种，也可采用CF4/O2、NF3/O2的组合气体。
本公开还提供一种根据前述的超分辨光刻结构的制备方法得到的超分辨光刻结构进行图形传递的方法，包括：
S6，对感光层6进行曝光，去除表层金属层后再显影，形成光刻图形结构；S7，依次刻蚀金属层5和含Si抗反射涂层4，并去除金属层5；S8，在含氧气的等离子体气体下，以刻蚀后的含Si抗反射涂层4作为第二硬掩模层并利用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀还原氧化石墨烯薄膜层3，并去除含Si抗反射涂层4；S9，以刻蚀后的还原氧化石墨烯薄膜层3为第一硬掩模层刻蚀介质层2，最终将光刻图形结构传递到介质层2或者介质层2和衬底1，完成图形传递。
若感光层6上制备有表层金属层，则S6中需去除该表层金属层后再进行显影步骤，后续步骤与无表层金属层的超分辨光刻结构图形传递的方法相同，此处不再赘述。
本公开还提供一种超分辨光刻结构，该超分辨光刻结构为根据前述的超分辨光刻结构的制备方法制备得到。
本公开的超分辨光刻结构具有耐刻蚀性，不仅可以应用在超分辨光刻的前沿逻辑芯片的制造工艺中，也可以应用在更高技术节点的CMOS工艺领域。
下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法进行具体说明。但是，下述实施例仅用于对本公开进行例示，本公开的范围不限于此。
本公开的超分辨光刻结构的制备方法及图形传递的方法，如图1～图3所示，包括依次执行以下的步骤：
步骤1：通过热氧化、电子束蒸镀、磁控溅射沉积、化学气相沉积或涂覆的方法在衬底1上制备介质层2。介质层2的材料为SiO2、SiN、poly-Si、Al2O3中的一种或几种，介质层2的厚度为10～500nm；相当于上述步骤S1。
步骤2：配置不同浓度的GO分散液利用旋涂法、喷涂法、旋涂喷涂相结合法、印刷法等方法在介质层2上沉积氧化石墨烯(GO)层；利用不同温度对GO膜层进行烘烤工艺，形成还原氧化石墨烯薄膜层3，该还原氧化石墨烯薄膜层3作为第一硬掩模层；相当于上述步骤S2～S3。
步骤3：利用涂覆的方法在还原氧化石墨烯薄膜层3上形成含Si抗反射涂层4，该含Si抗反射涂层4作为第二硬掩模层；相当于上述步骤S4；
步骤4：通过电子束蒸镀或磁控溅射沉积的方法在上述含Si抗反射涂层4上沉积金属层5，优选的，金属层5的材料为Ag、Al中的一种；
步骤5：利用涂覆的方法在上述金属层5上形成感光层6，至此完成超分辨光刻结构的制备；相当于上述步骤S5。
步骤6：对上述多层膜结构中的感光层6进行曝光、显影，得到所需要的光刻图形结构；相当于上述步骤S6；
步骤7：采用IBE刻蚀金属层5，将感光层6中的光刻图形结构传递至金属层5；优选地，刻蚀气体采用氩气。采用IBE、RIE或ICP刻蚀含Si抗反射涂层4，将金属层5中的光刻图形结构传递至含Si抗反射涂层4；刻蚀气体可以是SF6、CHF3和Ar中的一种或多种；再采用湿法刻蚀、机械剥离的方法将金属层5去除；相当于上述步骤S7；
步骤8：在含O2的等离子体气体下，利用RIE或ICP刻蚀还原氧化石墨烯薄膜层3，将含Si抗反射涂层4中的光刻图形结构传递至还原氧化石墨烯薄膜层3，并去除含硅抗反射涂层4；相当于上述步骤S8；
步骤9：利用IBE、RIE或ICP刻蚀底层介质层2或者介质层2和衬底1，将还原氧化石墨烯薄膜层3中的光刻图形结构传递至底层介质层2或者介质层2和衬底1；刻蚀气体可以采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种来实现；相当于上述步骤S9。
根据上述步骤1～步骤9，以下提供了3个具体实施例。
实施例1：
本实施例超分辨光刻结构的制备及其图形形成的实施步骤如下：
步骤1：利用电子束蒸发的方法在衬底1上沉积介质层2，该介质层2是厚度为200nm的SiO2；
步骤2：旋涂氧化石墨烯薄膜，转速为1500rmp，旋涂时长为30s，重复10次，在240℃下烘烤退火3小时，形成30nm厚的还原氧化石墨烯(RGO)；所采用的GO分散液浓度为5mg/mL，溶剂为乙醇。
步骤3：采用旋涂的工艺制备含硅抗反射涂层4，转速为2000rmp，旋涂时长为30s，在210℃的热板上烘烤2min，含硅抗反射涂层4的厚度为30nm；
步骤4：利用磁控溅射的方法沉积厚度为40nm的金属层5，金属层5为Ag层，其中直流功率为50W；
步骤5：采用旋涂的方式制备感光层6，转速4000rmp，旋涂时间40s，在100℃的热板上烘烤3分钟，得到的光刻胶的厚度为30nm，至此完成超分辨光刻结构的制备。
步骤6：对感光层6进行曝光、显影，曝光的剂量为70mJ，得到半周期为200nm的光栅结构。
步骤7：利用IBE刻蚀将感光层6中的光刻图形结构传递到Ag层，选择的离子束流为260mA，入射角度为10°(基片的法线与离子束流的夹角)，采用14sccm的Ar气进行刻蚀；去除感光层6；
步骤8：通过RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至含硅抗反射涂层4，采用20W的射频功率、20sccm的CHF3气体进行刻蚀；
步骤9：配备1∶1的HNO3：DI水溶液，将上述样品浸泡30s，然后冲洗干净并用N2吹干，以去除Ag层；
步骤10：利用RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至还原氧化石墨烯薄膜层3，采用20W的射频功率、20sccm的O2气体进行刻蚀；利用HF溶液去除含硅抗反射涂层4；
步骤11：利用RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至SiO2层，采用20W的射频功率、20sccm的CHF3气体进行刻蚀。
图4为本实施例中感光层6中的光栅结构完整地、没有扭曲和变形地传递到含硅抗反射涂层4、还原氧化石墨烯薄膜层3和SiO2层的电镜图。图5为本实施例中得到的光刻图形结构的截面图。
本实施例提供的超分辨光刻结构、制备方法及图形传递的方法，基于高抗刻蚀性的RGO膜层，能够利用30nm厚的RGO层将光栅图形刻蚀传递到126nm的SiO2层(如图5所示)，刻蚀比达到4：1。与CVD工艺相比较，旋涂法的硬掩模工艺具有初期投资成本低、涂敷均匀、容易控制涂敷厚度以及能够缩短工艺时间的优点。
实施例2：
本实施例超分辨光刻结构的制备及其图形形成的实施步骤如下：
步骤1：利用电子束蒸发的方法在衬底1上沉积介质层2，该介质层2是厚度为100nm的SiO2；
步骤2：旋涂氧化石墨烯薄膜，转速为2000rmp，旋涂时长为30s，重复6次，在600℃下烘烤退火2小时，形成15nm厚的还原氧化石墨烯(RGO)；所采用的GO分散液浓度为8mg/mL，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
步骤3：采用旋涂的工艺制备含硅抗反射涂层4，转速为4000rmp，旋涂时长为30s，在210℃的热板上烘烤2min，含硅抗反射涂层4的厚度为20nm；
步骤4：利用磁控溅射的方法沉积厚度为40nm的底层金属层5，金属层5为Ag层，其中直流功率为50W；
步骤5：采用旋涂的方式制备感光层6，转速4000rmp，旋涂时间40s，在100℃的热板上烘烤3分钟，得到的光刻胶的厚度为30nm，至此完成超分辨光刻结构的制备。
步骤6：对感光层6进行曝光、显影，曝光的剂量为80mJ，得到半周期为120nm的光栅结构。
步骤7：利用IBE刻蚀将感光层6中的光刻图形结构传递到底层Ag层，选择的离子束流为260mA，入射角度为10°(基片的法线与离子束流的夹角)，采用14sccm的Ar气进行刻蚀；去除感光层6；
步骤8：通过RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至含硅抗反射涂层4，采用20W的射频功率、20sccm的CHF3气体进行刻蚀；
步骤9：配备1∶1的HNO3：DI水溶液，将上述样品浸泡30s，然后冲洗干净并用N2吹干，以去除Ag层；
步骤10：利用RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至还原氧化石墨烯薄膜层3，采用20W的射频功率、20sccm的O2气体进行刻蚀；利用HF溶液去除含硅抗反射涂层4；
步骤11：利用RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至SiO2层，采用20W的射频功率、20sccm的CHF3气体进行刻蚀。
本实施例基于高抗刻蚀性的RGO膜层，能够利用15nm厚的RGO层将光栅图形刻蚀传递到100nm的SiO2层，刻蚀比达到6∶1。
实施例3：
本实施例对超分辨光刻图形的制备及刻蚀传递工艺进行说明，实施步骤如下：
步骤1：利用电子束蒸发的方法在衬底1上沉积介质层2，该介质层2是厚度为200nm的SiO2；
步骤2：旋涂氧化石墨烯薄膜，转速为1500rmp，旋涂时长为30s，重复15次，在600℃下烘烤退火2小时，形成30nm厚的还原氧化石墨烯(RGO)；所采用的GO分散液浓度为3mg/mL，溶剂为去离子水。
步骤3：采用旋涂的工艺制备含硅抗反射涂层4，转速为2000rmp，旋涂时长为30s，在210℃的热板上烘烤2min，含硅抗反射涂层4的厚度为30nm；
步骤4：利用磁控溅射的方法沉积厚度为40nm的金属层5，金属层5为Ag层，其中直流功率为50W；
步骤5：采用旋涂的方式制备感光层6，转速4000rmp，旋涂时间40s，在100℃的热板上烘烤3分钟，得到的光刻胶的厚度为30nm。
步骤6：利用真空蒸镀的方法沉积厚度为12nm的表层金属层，表层金属层为Ag，其中沉积速率为0.3nm/s；至此完成超分辨光刻的共振腔结构的制备。采用金属/光刻胶/金属的共振腔成像结构能够起到进一步提高分辨力的作用，是因为利用上下金属膜层SP相互耦合，有助于进一步提高SP激发效率、压缩SP波长，进而获得更高分辨力和对比度的SP成像光刻效果。
步骤7：对感光层6进行曝光，曝光的剂量为200mJ，HNO3去除表层Ag并显影，得到直径为65nm的通孔结构。
步骤8：利用IBE刻蚀将感光层6中的光刻图形结构传递到Ag层，选择的离子束流为260mA，入射角度为10°(基片的法线与离子束流的夹角)，采用14sccm的Ar气进行刻蚀；去除感光层6；
步骤9：通过RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至含硅抗反射涂层4，采用20W的射频功率、20sccm的CHF3气体进行刻蚀；
步骤10：配备1∶1的HNO3：DI水溶液，将上述样品浸泡30s，然后冲洗干净并用N2吹干，以去除Ag层；
步骤11：利用RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至还原氧化石墨烯薄膜层3，采用20W的射频功率、20sccm的O2气体进行刻蚀；利用HF溶液去除含硅抗反射涂层4；
步骤12：利用RIE刻蚀将光刻图形结构进一步传递至SiO2层，采用20W的射频功率、20sccm的CHF3气体进行刻蚀。
本实施例基于高抗刻蚀性的RGO膜层，能够实现半周期为65nm的超分辨光刻，并能够进一步将图形传递到RGO膜层和SiO2介质层，刻蚀选择比达到6∶1。
本光刻提供的刻蚀传递流程不仅能成功地将光刻图形结构传递到介质层或者介质层和衬底，而且明显提高了硬掩模层和介质层的刻蚀比，对于更精细尺寸的图形，避免了含C层在刻蚀介质层时发生倒塌、变形等问题，影响刻蚀结果，避免了器件性能恶化。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，包括：
S1，在衬底(1)上形成介质层(2)；
S2，在所述介质层(2)上沉积氧化石墨烯层；
S3，对所述氧化石墨烯层进行烘烤退火，形成还原氧化石墨烯薄膜层(3)，所述还原氧化石墨烯薄膜层(3)作为第一硬掩模层；
S4，在所述还原氧化石墨烯薄膜层(3)上涂覆含Si抗反射涂层(4)，所述含Si抗反射涂层(4)作为第二硬掩模层；
S5，在所述含Si抗反射涂层(4)上依次沉积金属层(5)、涂覆感光层(6)，得到超分辨光刻结构。
2.根据权利要求1所述的超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，所述S2包括：
S21，将氧化石墨烯粉末和溶剂混合，形成氧化石墨烯分散液；
S22，将所述氧化石墨烯分散液滴加在所述介质层(2)上，低速旋转使所述氧化石墨烯分散液均匀铺展；
S23，高速旋转使所述溶剂蒸发，形成氧化石墨烯层。
3.根据权利要求2所述的超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，所述S21中的溶剂包括去离子水、乙醇、四氢呋喃、异丙醇、乙醇、N，N一二甲基甲酰胺、N一甲基吡咯烷酮中的一种；
所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～10mg/mL。
4.根据权利要求1所述的超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，所述S3包括：
对所述氧化石墨烯层进行烘烤退火，所述烘烤退火在N2或H2气氛下进行，所述烘烤退火的温度为200～800℃，所述烘烤退火的时间为0.5～5小时。
5.根据权利要求4所述的超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，所述S3还包括：
形成所述还原氧化石墨烯薄膜层(3)的厚度为1～50nm。
6.根据权利要求1所述的超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，所述S5中在所述含Si抗反射涂层(4)上沉积金属层(5)的方法包括电子束蒸镀或磁控溅射沉积；
所述金属层(5)的材料包括Ag、Al中的一种。
7.根据权利要求1所述的超分辨光刻结构的制备方法，其特征在于，所述S5涂覆感光层(6)之后还包括：
在所述感光层(6)上沉积表层金属层。
8.一种根据权利要求1～6中任意一项所述的超分辨光刻结构的制备方法得到的超分辨光刻结构进行图形传递的方法，其特征在于，包括：
S6，对所述感光层(6)进行曝光显影，形成光刻图形结构；
S7，依次刻蚀所述金属层(5)和所述含Si抗反射涂层(4)，并去除所述金属层(5)；
S8，在含氧气的等离子体气体下，以刻蚀后的含Si抗反射涂层(4)作为第二硬掩模层并利用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀所述还原氧化石墨烯薄膜层(3)，并去除所述含Si抗反射涂层(4)；
S9，以刻蚀后的还原氧化石墨烯薄膜层(3)为第一硬掩模层刻蚀所述介质层(2)，最终将所述光刻图形结构传递到所述介质层(2)或者所述介质层(2)和衬底(1)，完成图形传递。
9.根据权利要求8所述的图形传递的方法，其特征在于，所述S7中刻蚀所述金属层(5)的方法包括离子束蚀刻，所述刻蚀的气体采用氩气；
刻蚀所述含Si抗反射涂层(4)的方法包括离子束蚀刻、反应离子刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀中的一种，所述刻蚀的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的图形传递的方法，其特征在于，所述S9中刻蚀所述介质层(2)的方法包括离子束蚀刻、反应离子刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀中的一种，所述刻蚀的气体采用SF6、CHF3和Ar中的一种或多种。
11.一种根据权利要求7所述的超分辨光刻结构的制备方法得到的超分辨光刻结构进行图形传递的方法，其特征在于，包括：
S6，对所述感光层(6)进行曝光，去除所述表层金属层后再显影，形成光刻图形结构；
S7，依次刻蚀所述金属层(5)和所述含Si抗反射涂层(4)，并去除所述金属层(5)；
S8，在含氧气的等离子体气体下，以刻蚀后的含Si抗反射涂层(4)作为第二硬掩模层并利用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀所述还原氧化石墨烯薄膜层(3)，并去除所述含Si抗反射涂层(4)；
S9，以刻蚀后的还原氧化石墨烯薄膜层(3)为第一硬掩模层刻蚀所述介质层(2)，最终将所述光刻图形结构传递到所述介质层(2)或者所述介质层(2)和衬底(1)，完成图形传递。
12.一种超分辨光刻结构，其特征在于，所述超分辨光刻结构为根据权利要求1～7中任意一项所述的超分辨光刻结构的制备方法制备得到。
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