不同掩模材料对400nm沥青光栅蚀刻特性的影响

本文主要介绍了我们华林科纳研究了用聚合物、Cr、二氧化硅和Cr-单聚聚合物等各种蚀刻掩模材料对400nm沥青硅光栅的低温深蚀刻。研究发现，下切口是限制Cr和二氧化硅直接硬掩模可实现长径比的关键因素，而蚀刻选择性则响应了聚合物掩模的局限性。Cr对聚合物掩模具有与Cr相同的高选择性，减少了直接硬掩模引入的过度欠切割,通过优化蚀刻参数，我们将一个400nm的螺距光栅蚀刻到≈10.6μm的深度，对应的高宽比为≈53。

图1为相同周期为400nm的四种光栅掩模的横截面扫描电镜(SEM)图像,聚合物掩模(ZEP520)采用电子束光刻技术直接成型,受电子束光刻成本的限制，每个样品的光栅面积为3mm×20μm,硅表面正上方的光栅线宽度为≈160nm(图1a),光栅主模板是一个150mm硅片，通过光学干涉光刻和硅RIE图形,模板光栅具有≈深度为150nm的近似矩形沟槽。

在整个研究过程中，低温温度控制在−110±2°C,首先研究了不同掩模材料对400nm沥青光栅蚀刻特性的影响,优化后的蚀刻工艺参数为：ICP功率1000W，射频功率10W，压力8mT，六氟化硫流速52sccm，o2流速8sccm,蚀刻时间为2min。图2显示了各种掩模材料对应的蚀刻轮廓的SEM图像,聚合物、Cr、二氧化硅和Cr对聚合物掩模的沟槽深度分别为3.9、3.8、3.7和3.5μm，半深度的宽度分别为≈185、200、190和205nm。所有掩模的蚀刻下切图如图3所示。在最初的2min蚀刻过程中，聚合物掩模的宽度从≈160nm缩小到≈125nm，但在进一步的蚀刻过程中没有收缩太大,硅壁的最小宽度几乎与抗蚀剂的宽度相同，这表明聚合物掩模的底切可以忽略不计,在Cr和二氧化硅口罩的口罩材料下观察到更严重的凹陷,发现cr对聚合物掩模的下切接近2min蚀刻的聚合物掩模,我们研究了Cr、二氧化硅和Cr对聚合物掩模的蚀刻参数的关系，发现它对六氟化硫和o2流比最为敏感。

我们描述了用各种掩模材料对400nm沥青硅光栅进行深度蚀刻的低温过程,对于聚合物掩模，硅在抗蚀剂上的蚀刻选择性限制了可达到的长径比,对于Cr和二氧化硅的直接硬掩模，该削弱限制了可实现的长径比,聚合物上的cr掩模放宽了这两个约束条件,优化了cr对聚合物掩模的配方，产生了高宽比为53的光栅,优化过程主要以蚀刻和下差范围内钝化之间的平衡为指导,类似的方法可能可用于开发硅中其他高高宽比结构的配方。

使用cr对聚合物掩模，蚀刻深度仍然受到掩模下切口的限制,需要注意的是，低温过程的蚀刻轮廓高度依赖于特征的大小,例如这里描述的配方不适合200nm沥青光栅的蚀刻,在电极上增加一个低频偏置可能有助于减少过程的特征尺寸依赖性，这对于高纵横比结构需要进一步研究。
 

　　审核编辑：汤梓红