一种InP基纳米周期结构的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体微纳加工技术领域，具体涉及一种使用电子束光刻制备InP基纳米周期结构的方法。

背景技术

InP半导体材料具有高的电光转换效率和电子迁移率，在光电子领域应用广泛。在InP基芯片制备过程中，经常使用电子束光刻技术制备InP纳米周期结构。纳米周期结构的线宽、图形的边缘结构和洁净度，对半导体器件性能影响巨大。

在利用电子束光刻技术制备InP基纳米周期结构时，由于电子束的邻近效应，会使得电子束胶曝光条宽变大，造成图形失真。另外，在后续以电子束胶做掩模的等离子体刻蚀过程中，由于反应聚合物在胶掩模上的沉积，也会引起刻蚀图形失真和边缘结构的变形。

因此，亟需开发一种简单有效的防止电子束曝光图形失真和胶掩模聚合物积聚的InP基纳米结构的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种InP基纳米周期结构的制备方法，以解决电子束曝光后胶图形失真和等离子体刻蚀后胶光栅聚合物沉积的问题，从而得到目标占宽比的InP纳米周期结构。

为实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种InP基纳米周期结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：在硅基InP衬底上涂覆电子束胶；

步骤二：将涂覆电子束胶的晶片放在烘箱内进行前烘；

步骤三：利用版图设计工具按照理论曝光线条宽度减小一定倍数设计掩模图形；

步骤四：采用上述掩模图形对衬底进行电子束曝光和显影；

步骤五：利用感应耦合等离子体技术在甲烷和氢气混合气氛中刻蚀InP；

步骤六：利用湿法清洗去掉残胶后，得到目标线宽的InP纳米周期结构。

进一步的，步骤一中硅基InP衬底为InP外延片，采用化学气相沉积方法制备，InP厚度为200-600nm。

进一步的，步骤一中所述电子束胶为ZEP520或其稀释液，匀胶条件为2000-7000rpm，匀胶时间为30-60s。

进一步的，步骤二中所述前烘的条件为热板180℃，时间为3min。

进一步的，步骤三中所述理论曝光线条宽度是指按照指定占宽比，根据公式[周期×(1-占宽比)]计算得到的曝光线条宽度。

进一步的，步骤三中所述减小一定倍数是指减小理论曝光线条宽度的0.1-0.3倍。

进一步的，步骤四中所述对衬底进行电子束曝光所使用的电子束加速电压为100kV，束流大小为10-20nA，曝光剂量为100-400μC。

进一步的，步骤四中所述显影采用对二甲苯作为显影液，显影时间60s，采用异丙醇作为定影液，定影时间30-60s。

进一步的，步骤五中所述混合气体中甲烷和氢气的比值为1:4。

进一步的，步骤六中所述湿法清洗是指采用二甲基乙酰胺浸泡2h。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明的方法通过收缩掩模图形和降低刻蚀沉积两个步骤的协同耦合效应，既能抵消曝光过程中电子的邻近效应，提高电子束曝光均匀度，又可以减少等离子体刻蚀反应中的沉积物平铺堆积，改善纳米结构的边缘形貌，从而得到目标线宽的纳米周期结构。

具体实施方式

实施例1

一种周期为100nm，占宽比为0.5的InP基纳米周期结构的制备方法，包括以下步骤：

a.在硅基InP衬底上涂覆电子束胶

硅基InP衬底为InP外延片，采用化学气相沉积方法制备，InP厚度为200nm。电子束胶为ZEP520或其稀释液，匀胶条件为2000rpm，匀胶时间为30s。

b.将涂覆电子束胶的晶片放在烘箱内进行前烘，前烘的条件为热板180℃，时间为3min。

c.利用版图设计工具按照理论曝光线条宽度减小一定倍数设计掩模图形

版图设计工具是L-Edit，根据周期和占宽比，利用公式[周期×(1-占宽比)]计算得到的理论曝光线条宽度为50nm。设计掩膜图形的线条宽度减小0.1倍，即为45nm。

d.采用上述掩模图形对衬底进行电子束曝光和显影

对衬底进行电子束曝光所使用的电子束加速电压为100kV，束流大小为10nA，曝光剂量为100μC。显影采用对二甲苯作为显影液，显影时间60s，采用异丙醇作为定影液，定影时间30s。

e.利用感应耦合等离子体技术在甲烷和氢气混合气氛中刻蚀InP，甲烷和氢气的体积比为1:4。

f.利用湿法清洗去掉残胶后，得到目标线宽的InP纳米周期结构，湿法清洗是指采用二甲基乙酰胺浸泡2h。

实施例2

一种周期为200nm，占宽比为0.5的InP基纳米周期结构的制备方法，包括以下步骤：

a.在硅基InP衬底上涂覆电子束胶

硅基InP衬底为InP外延片，采用化学气相沉积方法制备，InP厚度为600nm。电子束胶为ZEP520或其稀释液，匀胶条件为7000rpm，匀胶时间为60s

b.将涂覆电子束胶的晶片放在烘箱内进行前烘，前烘的条件为热板180℃，时间为3min。

c.利用版图设计工具按照理论曝光线条宽度减小一定倍数设计掩模图形

版图设计工具是KLayout，根据周期和占宽比，利用公式[周期×(1-占宽比)]计算得到的理论曝光线条宽度为100nm。设计掩膜图形的线条宽度减小0.3倍，即为70nm。

d.采用上述掩模图形对衬底进行电子束曝光和显影

对衬底进行电子束曝光所使用的电子束加速电压为100kV，束流大小为20nA，曝光剂量为400μC。显影采用对二甲苯作为显影液，显影时间60s，采用异丙醇作为定影液，定影时间60s。

e.利用感应耦合等离子体技术在甲烷和氢气混合气氛中刻蚀InP，甲烷和氢气的体积比为1:4。

f.利用湿法清洗去掉残胶后，得到目标线宽的InP纳米周期结构，湿法清洗是指采用二甲基乙酰胺浸泡2h。