本申請(qǐng)屬于微納制造領(lǐng)域，具體涉及一種高精度大面積超薄鏤空硬掩膜的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鏤空硬掩膜技術(shù)，是一種先進(jìn)的微納加工方法，它通過(guò)使用具有精確定義孔洞的硬質(zhì)掩膜實(shí)現(xiàn)材料的直接沉積或轉(zhuǎn)移，以形成微米至納米尺度的圖案。該技術(shù)以其無(wú)需使用光敏抗蝕劑、可重復(fù)使用性以及高吞吐量的特點(diǎn)，為微納制造領(lǐng)域提供了一種高效、低成本且環(huán)境友好的圖案化解決方案。鏤空硬掩膜通常采用硅碳化物、硅氮化物等硬質(zhì)材料制成，確保了良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。其應(yīng)用范圍廣泛，包括生物傳感器、柔性基底圖案化、光子晶體結(jié)構(gòu)、納米電子學(xué)、生物樣品圖案化以及帶電粒子的篩選及自組裝等眾多領(lǐng)域。此外，動(dòng)態(tài)掩膜光刻技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)展了其在復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用潛力，使其在微納制造技術(shù)中占據(jù)了重要地位。

2、目前此類鏤空?qǐng)D案的制備一般采用氮化硅或氧化硅作為硬掩膜層來(lái)承載圖形，通過(guò)深紫外光刻和干法刻蝕完成硬掩膜層的圖形轉(zhuǎn)移，再用深硅刻蝕工藝完成對(duì)硅襯底的刻蝕以獲得鏤空結(jié)構(gòu)。但在現(xiàn)有的深硅的刻蝕工藝中，濕法刻蝕作為最低廉和簡(jiǎn)易的方法，為工業(yè)和生產(chǎn)上普遍使用，但是濕法刻蝕因?yàn)槟娱L(zhǎng)時(shí)間處于高溫液體中，液體的流動(dòng)以及液體的干燥過(guò)程中，劇烈的液體流動(dòng)和過(guò)高的表面張力容易導(dǎo)致膜層的碎裂，尤其是當(dāng)膜層厚度較薄，面積較大，膜層圖案密集時(shí)，鏤空?qǐng)D案層的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)急速下降，更易在濕法刻蝕過(guò)程中碎裂。現(xiàn)亟需一種大面積、低應(yīng)力、圖案高密集度的超薄鏤空硬掩膜制備工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N大面積、低應(yīng)力、圖案高密集度的超薄鏤空硬掩膜的制備方法，具體為在硅襯底的雙面分別沉積薄膜層和硬掩膜層，如氮化硅層，并進(jìn)行退火工藝，隨后通過(guò)刻蝕完成圖形轉(zhuǎn)移，然后利用濕法刻蝕工藝刻蝕硅襯底，最后進(jìn)行金屬和膜層材料的二次沉積；其中薄膜層的正面圖案采用多步刻蝕，在第一次刻蝕過(guò)程中保留一部分厚度，使其在濕法刻蝕工藝環(huán)境中仍然保持薄膜層的完整，而后在濕法刻蝕工藝完成后再將薄膜層的圖案刻蝕完全；此外，通過(guò)金屬和膜層材料的二次沉積可以進(jìn)一步縮小鏤空?qǐng)D案層的圖案尺寸，突破光刻限制。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高精度大面積超薄鏤空硬掩膜的制備方法，包括下列步驟：

3、1)在硅襯底的正面沉積一層薄膜層，在硅襯底的背面沉積一層硬掩膜層，并進(jìn)行退火；

4、2)采用光刻工藝和干法刻蝕工藝將正面圖案轉(zhuǎn)移至薄膜層；其中，采用干法刻蝕工藝刻蝕薄膜層時(shí)預(yù)留部分厚度的薄膜層并保持薄膜層的完整；

5、3)采用光刻工藝和干法刻蝕工藝將背面圖案轉(zhuǎn)移至硬掩膜層，形成刻蝕硅襯底的窗口；

6、4)采用濕法刻蝕工藝將正面圖案和背面圖案之間的硅襯底完全刻蝕，形成刻蝕孔；

7、5)采用干法刻蝕工藝對(duì)薄膜層上正面圖案對(duì)應(yīng)的預(yù)留的部分厚度的薄膜層進(jìn)行完全刻蝕，所述完全刻蝕的方向?yàn)楣枰r底的正面至背面的方向，得到鏤空硬掩膜。

8、所述方法還包括：在所述鏤空硬掩膜的表面進(jìn)行鍍膜。

9、本申請(qǐng)第二方面提供一種硬掩膜，由上述第一方面的制備方法制備得到。

10、本申請(qǐng)的有益效果在于：

11、1.本申請(qǐng)可制作大面積，具有小尺寸圖案的超薄鏤空?qǐng)D案層，通過(guò)兩步刻蝕的方法讓薄膜層在深硅刻蝕硅襯底過(guò)程中保持膜層的完整，避免濕法刻蝕硅襯底過(guò)程中薄膜層的碎裂。

12、2.本申請(qǐng)可以得到干凈整潔的鏤空?qǐng)D案層，兩步刻蝕的方法在濕法刻蝕硅襯底完成后薄膜層依然處于完整狀態(tài)，因此允許使用食人魚溶液等清洗溶液對(duì)前體進(jìn)行清洗，可以有效清洗刻蝕過(guò)程中殘留的雜質(zhì)。

13、3.本申請(qǐng)通過(guò)鏤空硬掩膜進(jìn)行正或反面鍍膜，以進(jìn)一步縮小鏤空硬掩膜圖案尺寸，通過(guò)精確控制鍍膜工藝，可以突破光刻圖案的限制。

14、4.本申請(qǐng)通過(guò)對(duì)背面圖案的合理設(shè)計(jì)，使得整個(gè)工藝完成后可直接碎片，避免劃片流程。

15、本申請(qǐng)能夠在亞微米厚度的氮化硅，氧化硅，碳化硅，氧化鋁等薄層上制備出微米和納米級(jí)的鏤空?qǐng)D案、且所制得的超薄鏤空?qǐng)D案層面積可達(dá)平方厘米級(jí)，具有大面積、低應(yīng)力、圖案密集度高、厚度低、且無(wú)形變、無(wú)坍塌、無(wú)破碎的優(yōu)勢(shì)，且其工藝簡(jiǎn)單，耗時(shí)較短以及成本低廉。

技術(shù)特征：

1.一種高精度大面積超薄鏤空硬掩膜的制備方法，包括下列步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述方法還包括：對(duì)所述鏤空硬掩膜進(jìn)行鍍膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，還包括以下任一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，還包括以下任一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，還包括：所述背面圖案為窗口圖案；優(yōu)選的，所述背面圖案不包括版圖結(jié)理槽中間的十字，所述背面圖案的槽寬度為200～300μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，還包括以下任一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，對(duì)所述鏤空硬掩膜進(jìn)行鍍膜的方法為，在硬掩膜層的表面和刻蝕孔的內(nèi)壁進(jìn)行金屬沉積，獲得金屬層；分別在薄膜層和金屬層表面進(jìn)行膜層材料沉積。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，對(duì)所述鏤空硬掩膜進(jìn)行鍍膜的方法具有以下任一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述光刻工藝選自深紫外光刻，極紫外光刻，無(wú)掩膜激光直寫，步進(jìn)式光刻，電子束光刻，納米壓印中的任一種或多種；和/或，所述干法刻蝕工藝選自反應(yīng)離子刻蝕，電感耦合等離子刻蝕，離子束刻蝕中的任一種或多種；

10.一種硬掩膜，由權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于微納制造領(lǐng)域，具體涉及一種高精度大面積超薄鏤空硬掩膜的制備方法。本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N高精度大面積超薄鏤空硬掩膜的制備方法，對(duì)硅襯底正面沉積的薄膜層進(jìn)行多步刻蝕，通過(guò)在第一次刻蝕過(guò)程中保留部分厚度的薄膜層，在濕法刻蝕硅襯底完成后再將薄膜層刻蝕完全，能夠在圖案尺寸更小或薄膜層更薄時(shí)，防止薄膜層在濕法刻蝕過(guò)程中破裂。

技術(shù)研發(fā)人員：馮繼成,曹睿,劉仕榮,吳廷琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28