專利名稱：一種納米尺度鎳金空氣橋的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣橋制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以電子束曝光技術(shù)為核 心制備納米尺度鎳金空氣橋的方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS集成電路中器件尺寸的不斷減小和集成密度的不斷提高， 電路中的布線策略已經(jīng)成為了一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。優(yōu)良的布線策略可以 提高電路的效率，減少線路上的功耗和延遲時(shí)間。相反，糟糕的布線策略 將會(huì)降低電路的效率，增加整個(gè)電路的功耗。
優(yōu)良的布線策略必須滿足的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是要有足夠的靈活性?？諝鈽?作為一種能夠連接兩個(gè)或多個(gè)器件的懸空的結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)這種靈活性提供 了一種可選方案。目前，空氣橋已經(jīng)在介觀輸運(yùn)，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)， 單片微波集成電路(MMIC)和納米器件等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
以往對(duì)納米尺度空氣橋的制備大都采用電子束曝光技術(shù)直接在電子 束曝光膠上定義出納米尺度的空氣橋，并通過(guò)金屬淀積和金屬剝離完成空 氣橋圖形的轉(zhuǎn)移[T. Borzenko， V. Hock， D. Supp, C. Gould, G. Schmidt, L. W. Molenkamp, Microelect. Eng. 78 (2005) 37]。這種方法的主要缺點(diǎn)是電子束 曝光環(huán)節(jié)的調(diào)校復(fù)雜，空氣橋幾何形狀的可重復(fù)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種納米尺度鎳金空氣橋的制 備方法，以簡(jiǎn)化電子束曝光環(huán)節(jié)的調(diào)校，提高工藝的可重復(fù)性。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，該方法包括以下步驟 引進(jìn)二氧化硅犧牲層；
用電子束曝光結(jié)合電感耦合等離子體(ICP)刻蝕所述二氧化硅犧牲層，
定義出空氣橋的橋墩；
再次用電子束曝光，在雙層電子束曝光膠上定義出空氣橋的橋梁； 用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底； 用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的鎳金空氣橋。 上述方案中，所述引進(jìn)二氧化硅犧牲層的步驟包括用等離子體增強(qiáng)
化學(xué)氣相淀積(PECVD)方法在晶向?yàn)?100)的Si襯底上淀積一層厚度為
250nm的二氧化硅犧牲層。
上述方案中，所述刻蝕二氧化硅犧牲層，定義空氣橋橋墩的步驟包括:
在所述二氧化硅犧牲層上用鬼膠機(jī)旋涂一層厚度為400nrn的PMMA膠； 接著用電子束曝光技術(shù)在所述PMMA膠上定義出用于電感耦合等離子體 (ICP)刻蝕的方孔，使得PMMA膠下的二氧化硅裸露出來(lái)；然后以所述 PMMA膠為掩膜，釆用電感耦合等離子體技術(shù)刻蝕所述二氧化硅犧牲層， 定義出空氣橋的橋墩。
上述方案中，所述用電子束曝光技術(shù)定義方孔時(shí)，對(duì)方孔的曝光劑量 設(shè)置為150pC/cm2，顯影時(shí)用體積比為MIBK: IPA二1: 3的顯影液顯影 30s，再用IPA定影30s;在刻蝕二氧化硅時(shí)，等離子體的啟輝功率設(shè)置為 IOOOW，射頻功率設(shè)置為200W,刻蝕氣體的組分為C4F8: He: H2= 12sccm: 174sccm: 12sccm，刻蝕時(shí)間為lmin。
上述方案中，所述定義空氣橋橋墩與再次用電子束曝光的步驟之間進(jìn)
一步包括用氧等離子體刻蝕技術(shù)清除刻蝕所述二氧化硅犧牲層時(shí)的殘
膠，再用甩膠機(jī)在二氧化硅層上依次甩上總厚度為400nm的雙層膠PMMA 一MAA禾口PMMA，作為圖形轉(zhuǎn)移的媒介。
上述方案中，所述再次用電子束曝光，定義空氣橋橋梁的步驟包括 進(jìn)行第二次電子束曝光，對(duì)用于定義橋墩的方孔將曝光劑量設(shè)置為 150)LiC/cm2，而對(duì)用于定義橋梁的矩形長(zhǎng)條曝光劑量設(shè)置為100^iC/cm2，顯 影所用的顯影液配比和第一次曝光相同，顯影時(shí)間為30s，但與第一次曝 光不同的是要在定影時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行超聲，總共的定影時(shí)間為30s，其中加 超聲的定影時(shí)間為5s，其余的定影時(shí)間為25s。
上述方案中，所述用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)
移至襯底的步驟包括用金屬電子束蒸發(fā)在樣品上依次淀積50nm的Ni 和200nm的Au，然后將淀積完Ni/Au的樣品從蒸發(fā)爐中取出，浸入丙酮 中進(jìn)行金屬剝離，將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底。
上述方案中，所述用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的
鎳金空氣橋的步驟包括將完成金屬剝離的樣品小心地浸入體積比為HF:
NH4F: H20=1: 2: 3的腐蝕液中，腐蝕60s，去除二氧化硅犧牲層，得到 最終的鎳金空氣橋，其中，腐蝕液配制時(shí)所采用的NH4F溶液的摩爾濃度 為40% 。
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明提供的這種納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，通過(guò)引進(jìn)二氧化 硅犧牲層，用電子束曝光結(jié)合電感耦合等離子體(ICP)刻蝕所述二氧化 硅犧牲層，定義出空氣橋的橋墩，再次用電子束曝光，在雙層電子束曝光 膠上定義出空氣橋的橋梁，用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底，用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的鎳金空 氣橋，大大簡(jiǎn)化了電子束曝光環(huán)節(jié)的調(diào)校，提高了工藝的可重復(fù)性，具有 電子束曝光環(huán)節(jié)調(diào)校簡(jiǎn)單，工藝重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的制備納米尺度鎳金空氣橋的方法流程圖2為本發(fā)明提供的在第一次電子束曝光前樣品的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明提供的在第一次電子束曝光和電感耦合等離子體(ICP)
刻蝕二氧化硅后樣品的俯視圖4為本發(fā)明提供的在第一次電子束曝光和電感耦合等離子體(ICP)
刻蝕二氧化硅后樣品的側(cè)視圖5為本發(fā)明提供的在第二次電子束曝光的曝光版圖設(shè)計(jì)； 圖6為本發(fā)明提供的在第二次電子束曝光后樣品的側(cè)視圖7為本發(fā)明提供的用濕法腐蝕去除二氧化硅后樣品的側(cè)視圖。 其中，
11:約400nm厚的PMMA膠；
12:約250nm厚的二氧化硅犧牲層；
13:襯底材料；
21:在二氧化硅犧牲層上刻蝕出的方孔，用來(lái)定義空氣橋的橋墩;
22:用來(lái)做刻蝕掩模的PMMA殘膠；
31:用來(lái)做刻蝕掩模的PMMA殘膠；
32:約250nm厚的有圖形的二氧化硅犧牲層；
33:襯底材料；
41:用于定義橋墩的曝光圖形； 42:用于定義橋梁的曝光圖形； 51:頂層PMMA膠；
52:底層PMMA—MAA膠；
53:約250nm厚的二氧化硅犧牲層；
54:襯底材料；
61:鎳金空氣橋的橋梁；
62:鎳金空氣橋的橋墩；
63:襯底材料。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的制備納米尺度鎳金空氣橋的方法流 程圖，該方法包括以下步驟
步驟101:引進(jìn)二氧化硅犧牲層；
步驟102:用電子束曝光結(jié)合電感耦合等離子體(ICP)刻蝕所述二氧 化硅犧牲層，定義出空氣橋的橋墩；
步驟103:再次用電子束曝光，在雙層電子束曝光膠上定義出空氣橋 的橋梁L
步驟104:用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯
底；
步驟105:用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的鎳金空 氣橋。
上述步驟101包括用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)方法在 晶向?yàn)?100)的Si襯底上淀積一層厚度約為250nm的二氧化硅犧牲層。
上述步驟102包括在所述二氧化硅犧牲層上用甩膠機(jī)旋涂一層厚度 為400nm的PMMA膠；接著用電子束曝光技術(shù)在所述PMMA膠上定義 出用于電感耦合等離子體ICP刻蝕的方孔，使得PMMA膠下的二氧化硅 裸露出來(lái)；然后以所述PMMA膠為掩膜，采用電感耦合等離子體技術(shù)刻 蝕所述二氧化硅犧牲層，定義出空氣橋的橋墩。
上述用電子束曝光技術(shù)定義方孔時(shí)，對(duì)方孔的曝光劑量設(shè)置為 150pC/cm2，顯影時(shí)用體積比為MIBK: IPA=1: 3的顯影液顯影30s，再 用IPA定影30s;在刻蝕二氧化硅時(shí)，等離子體的啟輝功率設(shè)置為IOOOW， 射頻功率設(shè)置為200W,刻蝕氣體的組分為C4F8: He: H2=12sccm: 174sccm: 12sccm，刻蝕時(shí)間為lmin。
上述步驟102與步驟103之間進(jìn)一步包括用氧等離子體刻蝕技術(shù)清 除刻蝕所述二氧化硅犧牲層時(shí)的殘膠，再用甩膠機(jī)在二氧化硅層上依次甩 上總厚度為400nm的雙層膠PMMA—MAA和PMMA，作為圖形轉(zhuǎn)移的 媒介。
上述步驟103包括進(jìn)行第二次電子束曝光，對(duì)用于定義橋墩的方孔 將曝光劑量設(shè)置為150pC/cni2，而對(duì)用于定義橋梁的矩形長(zhǎng)條曝光劑量設(shè) 置為100pC/cm2，顯影所用的顯影液配比和第一次曝光相同，顯影時(shí)間為 30s，但與第一次曝光不同的是要在定影時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行超聲，總共的定影 時(shí)間為30s，其中加超聲的定影時(shí)間為5s，其余的定影時(shí)間為25s。
上述步驟104包括用金屬電子束蒸發(fā)在樣品上依次淀積50nm的Ni 和200nm的Au，然后將淀積完Ni/Au的樣品從蒸發(fā)爐中取出，浸入丙酮 中進(jìn)行金屬剝離，將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底。
上述步驟105包括將完成金屬剝離的樣品小心地浸入體積比為HF: NH4F: H20=1: 2: 3的腐蝕液中，腐蝕60s，去除二氧化硅犧牲層，得到
最終的鎳金空氣橋，其中，腐蝕液配制時(shí)所采用的NH4F溶液的摩爾濃度 為40 % 。
基于圖l所述的制備納米尺度鎳金空氣橋的方法流程圖，以下結(jié)合具 體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制備納米尺度鎳金空氣橋的方法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例
如圖2所示，首先用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)方法在襯底 材料(13)上淀積一層厚度約250nm的二氧化硅犧牲層(12)。其中，襯 底材料(13)為晶向?yàn)?00的Si襯底。再在其上用甩膠機(jī)旋涂一層厚度約 400nm的PMMA膠(11)。
如圖3所示，用電子束曝光技術(shù)在PMMA膠(22)上定義出用于電 感耦合等離子體(ICP)刻蝕的方孔(21)，使得PMMA膠(22)下的二 氧化硅(12)裸露出來(lái)?？涛g二氧化硅(12)時(shí)，等離子體的啟輝功率設(shè) 置為IOOOW，射頻功率設(shè)置為200W，刻蝕氣體的組分為C4F8: He: H2 =12sccm: 174sccm: 12sccm，亥!j蝕時(shí)間為lmin。
如圖4所示為第一次電子束曝光和電感耦合等離子體(ICP)刻蝕二 氧化硅(12)后樣品的側(cè)視圖。接著用氧等離子體(02 Plasma)刻蝕清除 刻蝕二氧化硅(12)后的殘膠(31)，再用甩膠機(jī)在有圖形的二氧化硅層
(32)上依次甩上PMMA—MAA膠和PMMA膠，總厚度約為400nm。 其中PMMA—MAA膠的靈敏度較高，PMMA膠的靈敏度較低，因此曝光 后膠的剖面將會(huì)形成所謂的倒臺(tái)(undercut)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的形成將有 利于后續(xù)金屬剝離工藝的進(jìn)行。
接著進(jìn)行第二次電子束曝光，如圖5所示，對(duì)用于定義橋墩的方孔 (41)，將曝光劑量設(shè)置為150pC/cm2，而用于定義橋梁的矩形長(zhǎng)條(42) 曝光劑量設(shè)置為100pC/cm2，顯影所用的顯影液配比和第一次曝光相同， 顯影時(shí)間為30s，但與第一次曝光不同的是要在定影時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行超聲。 總共的定影時(shí)間為30s，加超聲的定影時(shí)間為5s，其余的定影時(shí)間為25s。 加超聲的主要目的是為了清除顯影后在硅襯底(13)上留下的殘膠，使得 淀積在其上的Ni/Au在硅襯底(13)上附著得更加牢固。如圖6所示為第 二次電子束曝光后樣品的側(cè)視圖。
接著用金屬電子束蒸發(fā)在樣品上依次淀積50nm的Ni， 200nm的Au。 將淀積完Ni/Au的樣品從蒸發(fā)爐中取出，浸入丙酮中進(jìn)行金屬剝離。
最后用配比為HF: NH4F(40%): H20=1: 2: 3 (體積比)的腐蝕液， 腐蝕時(shí)間為60s，去除二氧化硅犧牲層(12)，便在襯底材料(13)上得到 了最終的寬度為200納米左右的鎳金空氣橋結(jié)構(gòu)(61 ) (62)，如圖7所示。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟引進(jìn)二氧化硅犧牲層；用電子束曝光結(jié)合電感耦合等離子體ICP刻蝕所述二氧化硅犧牲層，定義出空氣橋的橋墩；再次用電子束曝光，在雙層電子束曝光膠上定義出空氣橋的橋梁；用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底；用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的鎳金空氣橋。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述引進(jìn)二氧化硅犧牲層的步驟包括用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積PECVD方法在晶向?yàn)?00的Si襯底上 淀積一層厚度為250nm的二氧化硅犧牲層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述刻蝕二氧化硅犧牲層，定義空氣橋橋墩的步驟包括在所述二氧化硅犧牲層上用甩膠機(jī)旋涂一層厚度為400nm的PMMA 膠；接著用電子束曝光技術(shù)在所述PMMA膠上定義出用于電感耦合等離 子體ICP刻蝕的方孔，使得PMMA膠下的二氧化硅裸露出來(lái)；然后以所述PMMA膠為掩膜，采用電感耦合等離子體技術(shù)刻蝕所述 二氧化硅犧牲層，定義出空氣橋的橋墩。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述用電子束曝光技術(shù)定義方孔時(shí)，對(duì)方孔的曝光劑量設(shè)置為 15(HiC/cm2，顯影時(shí)用體積比為MIBK: IPA=h 3的顯影液顯影30s，再 用IPA定影30s;在刻蝕二氧化硅時(shí)，等離子體的啟輝功率設(shè)置為IOOOW，射頻功率設(shè) 置為200W，刻蝕氣體的組分為C4F8: He: H2=12sccm: 174sccm: 12sccm， 刻蝕時(shí)間為lmin。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述定義空氣橋橋墩與再次用電子束曝光的步驟之間進(jìn)一步包括 用氧等離子體刻蝕技術(shù)清除刻蝕所述二氧化硅犧牲層時(shí)的殘膠，再用甩膠機(jī)在二氧化硅層上依次甩上總厚度為400nm的雙層膠PMMA—MAA 和PMMA，作為圖形轉(zhuǎn)移的媒介。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述再次用電子束曝光，定義空氣橋橋梁的步驟包括.-進(jìn)行第二次電子束曝光，對(duì)用于定義橋墩的方孔將曝光劑量設(shè)置為 150pC/cm2，而對(duì)用于定義橋梁的矩形長(zhǎng)條曝光劑量設(shè)置為100(iC/cm2，顯 影所用的顯影液配比和第一次曝光相同，顯影時(shí)間為30s，但與第一次曝 光不同的是要在定影時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行超聲，總共的定影時(shí)間為30s，其中加 超聲的定影時(shí)間為5s，其余的定影時(shí)間為25s。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底的 步驟包括用金屬電子束蒸發(fā)在樣品上依次淀積50nm的Ni和200nm的Au,然 后將淀積完Ni/Au的樣品從蒸發(fā)爐中取出，浸入丙酮中進(jìn)行金屬剝離，將 金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，其特征 在于，所述用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的鎳金空氣橋 的步驟包括將完成金屬剝離的樣品小心地浸入體積比為HF: NH4F: H20=1: 2: 3的腐蝕液中，腐蝕60s，去除二氧化硅犧牲層，得到最終的鎳金空氣橋， 其中，腐蝕液配制時(shí)所采用的NH4F溶液的摩爾濃度為40% 。
全文摘要
本發(fā)明涉及空氣橋制備技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種納米尺度鎳金空氣橋的制備方法，該方法包括引進(jìn)二氧化硅犧牲層；用電子束曝光結(jié)合電感耦合等離子體刻蝕所述二氧化硅犧牲層，定義出空氣橋的橋墩；再次用電子束曝光，在雙層電子束曝光膠上定義出空氣橋的橋梁；用金屬電子束蒸發(fā)、金屬剝離將金屬空氣橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至襯底；用濕法腐蝕去除二氧化硅犧牲層，得到納米尺度的鎳金空氣橋。利用本發(fā)明，簡(jiǎn)化了電子束曝光環(huán)節(jié)的調(diào)校，提高了工藝的可重復(fù)性，具有電子束曝光環(huán)節(jié)調(diào)校簡(jiǎn)單，工藝重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101373734SQ20071012060
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者劍 劉, 楊 張, 艷 李, 楊富華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所