不同掩模材料對400nm瀝青光柵蝕刻特性的影響

本文主要介紹了我們?nèi)A林科納研究了用聚合物、Cr、二氧化硅和Cr-單聚聚合物等各種蝕刻掩模材料對400nm瀝青硅光柵的低溫深蝕刻。研究發(fā)現(xiàn)，下切口是限制Cr和二氧化硅直接硬掩?？蓪崿F(xiàn)長徑比的關(guān)鍵因素，而蝕刻選擇性則響應(yīng)了聚合物掩模的局限性。Cr對聚合物掩模具有與Cr相同的高選擇性，減少了直接硬掩模引入的過度欠切割,通過優(yōu)化蝕刻參數(shù)，我們將一個400nm的螺距光柵蝕刻到≈10.6μm的深度，對應(yīng)的高寬比為≈53。

圖1為相同周期為400nm的四種光柵掩模的橫截面掃描電鏡(SEM)圖像,聚合物掩模(ZEP520)采用電子束光刻技術(shù)直接成型,受電子束光刻成本的限制，每個樣品的光柵面積為3mm×20μm,硅表面正上方的光柵線寬度為≈160nm(圖1a),光柵主模板是一個150mm硅片，通過光學(xué)干涉光刻和硅RIE圖形,模板光柵具有≈深度為150nm的近似矩形溝槽。

在整個研究過程中，低溫溫度控制在?110±2°C,首先研究了不同掩模材料對400nm瀝青光柵蝕刻特性的影響,優(yōu)化后的蝕刻工藝參數(shù)為：ICP功率1000W，射頻功率10W，壓力8mT，六氟化硫流速52sccm，o2流速8sccm,蝕刻時間為2min。圖2顯示了各種掩模材料對應(yīng)的蝕刻輪廓的SEM圖像,聚合物、Cr、二氧化硅和Cr對聚合物掩模的溝槽深度分別為3.9、3.8、3.7和3.5μm，半深度的寬度分別為≈185、200、190和205nm。所有掩模的蝕刻下切圖如圖3所示。在最初的2min蝕刻過程中，聚合物掩模的寬度從≈160nm縮小到≈125nm，但在進(jìn)一步的蝕刻過程中沒有收縮太大,硅壁的最小寬度幾乎與抗蝕劑的寬度相同，這表明聚合物掩模的底切可以忽略不計,在Cr和二氧化硅口罩的口罩材料下觀察到更嚴(yán)重的凹陷,發(fā)現(xiàn)cr對聚合物掩模的下切接近2min蝕刻的聚合物掩模,我們研究了Cr、二氧化硅和Cr對聚合物掩模的蝕刻參數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)它對六氟化硫和o2流比最為敏感。

我們描述了用各種掩模材料對400nm瀝青硅光柵進(jìn)行深度蝕刻的低溫過程,對于聚合物掩模，硅在抗蝕劑上的蝕刻選擇性限制了可達(dá)到的長徑比,對于Cr和二氧化硅的直接硬掩模，該削弱限制了可實現(xiàn)的長徑比,聚合物上的cr掩模放寬了這兩個約束條件,優(yōu)化了cr對聚合物掩模的配方，產(chǎn)生了高寬比為53的光柵,優(yōu)化過程主要以蝕刻和下差范圍內(nèi)鈍化之間的平衡為指導(dǎo),類似的方法可能可用于開發(fā)硅中其他高高寬比結(jié)構(gòu)的配方。

使用cr對聚合物掩模，蝕刻深度仍然受到掩模下切口的限制,需要注意的是，低溫過程的蝕刻輪廓高度依賴于特征的大小,例如這里描述的配方不適合200nm瀝青光柵的蝕刻,在電極上增加一個低頻偏置可能有助于減少過程的特征尺寸依賴性，這對于高縱橫比結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步研究。
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