本申請屬于微納制造領(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)，是一種先進的微納加工方法，它通過使用具有精確定義孔洞的硬質(zhì)掩膜實現(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)以其無需使用光敏抗蝕劑、可重復(fù)使用性以及高吞吐量的特點，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，確保了良好的機械強度和化學(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，動態(tài)掩膜光刻技術(shù)的發(fā)展，進一步擴展了其在復(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、目前此類鏤空圖案的制備一般采用氮化硅或氧化硅作為硬掩膜層來承載圖形，通過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易的方法，為工業(yè)和生產(chǎn)上普遍使用，但是濕法刻蝕因為膜層長時間處于高溫液體中，液體的流動以及液體的干燥過程中，劇烈的液體流動和過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，鏤空圖案層的機械強度會急速下降，更易在濕法刻蝕過程中碎裂?，F(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)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請?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，并進行退火工藝，隨后通過刻蝕完成圖形轉(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，通過金屬和膜層材料的二次沉積可以進一步縮小鏤空圖案層的圖案尺寸，突破光刻限制。

2、本申請?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薄膜層上正面圖案對應(yīng)的預(yù)留的部分厚度的薄膜層進行完全刻蝕，所述完全刻蝕的方向為硅襯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行鍍膜。

9、本申請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、本申請的有益效果在于：

11、1.本申請可制作大面積，具有小尺寸圖案的超薄鏤空圖案層，通過兩步刻蝕的方法讓薄膜層在深硅刻蝕硅襯底過程中保持膜層的完整，避免濕法刻蝕硅襯底過程中薄膜層的碎裂。

12、2.本申請可以得到干凈整潔的鏤空圖案層，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前體進行清洗，可以有效清洗刻蝕過程中殘留的雜質(zhì)。

13、3.本申請通過鏤空硬掩膜進行正或反面鍍膜，以進一步縮小鏤空硬掩膜圖案尺寸，通過精確控制鍍膜工藝，可以突破光刻圖案的限制。

14、4.本申請通過對背面圖案的合理設(shè)計，使得整個工藝完成后可直接碎片，避免劃片流程。

15、本申請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的鏤空圖案、且所制得的超薄鏤空圖案層面積可達平方厘米級，具有大面積、低應(yīng)力、圖案密集度高、厚度低、且無形變、無坍塌、無破碎的優(yōu)勢，且其工藝簡單，耗時較短以及成本低廉。

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：對所述鏤空硬掩膜進行鍍膜。

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，還包括以下任一項或多項特征：

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，還包括以下任一項或多項特征：

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，還包括以下任一項或多項特征：

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

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

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，無掩膜激光直寫，步進式光刻，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任一項所述的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于微納制造領(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?zhí)峁┮环N高精度大面積超薄鏤空硬掩膜的制備方法，對硅襯底正面沉積的薄膜層進行多步刻蝕，通過在第一次刻蝕過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，防止薄膜層在濕法刻蝕過程中破裂。

技術(shù)研發(fā)人員：馮繼成,曹睿,劉仕榮,吳廷琪
受保護的技術(shù)使用者：上?？萍即髮W(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28