阅读说明：本技术 一种用于snspd器件纳米线结构的双层胶剥离方法 (Double-layer adhesive stripping method for nanowire structure of SNSPD (single-wire quantum device) ) 是由 汤演 刘晓宇 李�浩 尤立星 于 2020-04-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于SNSPD器件纳米线结构的双层胶剥离方法,采用ZEP-520A电子束抗蚀剂作为双层胶的底层胶,AR-P 6200型电子束抗蚀剂作为双层胶的顶层胶。本发明采用的两种抗蚀剂均可在邻二甲苯中显影,且去胶过程可于相同步骤中同时进行,工艺更为简单,通过与多种溶剂配合实现曲折纳米线结构的溶胶剥离；同时,利用两种抗蚀剂中心剂量的差距实现底切结构,具有流程简单、重复性好等优点。(The invention relates to a double-layer glue stripping method for a nanowire structure of an SNSPD (single crystal silicon device) device, which adopts ZEP-520A electron beam resist as bottom glue of the double-layer glue and AR-P6200 electron beam resist as top glue of the double-layer glue. The two resists adopted by the invention can be developed in o-xylene, and the photoresist removing process can be simultaneously carried out in the same step, so that the process is simpler, and the sol stripping of the zigzag nanowire structure is realized by matching with various solvents; meanwhile, the undercut structure is realized by utilizing the difference of the central doses of the two resists, and the method has the advantages of simple process, good repeatability and the like.)

一种用于SNSPD器件纳米线结构的双层胶剥离方法

技术领域

本发明属于集成电路工程领域，特别涉及一种用于SNSPD器件纳米线结构的双层胶剥离方法。

背景技术

SNSPD自首次实验报道以来，作为一种高性能SPD，其具有高探测效率、低暗计数、低时间抖动等优势，在量子通信、激光雷达、卫星激光测距、量子随机数产生等方面已得到广泛的应用。单光子探测器的出现给众多与微弱信号探测相关的研究领域带来了革命性变化。中红外探测技术在基础科学、医学、日常生活以及军事等广泛领域都有着极为重要的应用。由于目前高性能SNSPD的结构越来越复杂，波导耦合等耦合方式的出现提高了纳米线结构的制备难度，由刻蚀方式转移纳米线结构体现出了较大的局限性。且由于纳米线的尺度通常在百纳米级别，新工艺的研究也成为当前热点领域。

CN101430503A公开了一种用于电子束光刻剥离的去除双层胶的方法，其是采用LOR型抗蚀剂作为双层胶的底层胶，ZEP520型电子束抗蚀剂作为顶层胶。主要解决了高深宽比结构剥离问题，但是由于ZEP-520电子束抗蚀剂作为顶层胶对曝光剂量敏感，在结构尺度较小的情况下会出现胶体倒塌，导致工艺失败的问题。若将其直接应用于SNSPD器件，由于LOR抗蚀剂对电子束不敏感，如果使用LOR胶进行一百纳米左右的纳米线剥离时，需要额外使用LOR腐蚀剂对LOR胶进行腐蚀，不能通过显影直接形成内切结构，导致工艺复杂，极大影响SNSPD器件的制备效率。即使牺牲曝光时间，补偿后仍有制备线条倒塌粘连的情况。因此，需要开发一种新的方法用于SNSPD器件纳米线结构的双层胶剥离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于SNSPD器件纳米线结构的双层胶剥离方法，该方法解决了现有技术利用LOR胶进行双层胶剥离或是利用RIE设备刻蚀加工NbN纳米线存在的工艺复杂，成品率低，无法控制刻蚀速率等问题。

本发明提供了一种用于SNSPD器件纳米线结构的双层胶剥离方法，包括：

(1)清洗基片后烘干，在基片上旋涂ZEP-520A电子束抗蚀剂作为双层胶的底层胶，烘干；随后在底层胶上旋涂AR-P 6200型电子束抗蚀剂作为双层胶的顶层胶，烘干；

(2)电子束曝光SNSPD器件纳米线结构，对双层胶进行曝光；对曝光后的双层胶利用邻二甲苯同时显影、定影、吹干，得到底切结构光刻图形；

(3)然后在上述得到的底切结构光刻图形上生长超导材料；最后利用多种溶剂同时去除顶层胶与底层胶，完成剥离工艺，得到所需曲折纳米线图形。

所述步骤(1)中的旋涂速度均为4000rpm。

所述步骤(1)中烘干底层胶时温度为180℃，时间为5min；烘干顶层胶时温度为150℃，时间为1min。

所述步骤(2)中的显影时间为49秒；定影时间为90秒，定影采用异丙醇定影液；吹干为使用高纯氮气吹干。

所述步骤(3)中的超导材料为NbN、Nb、NbTiN中的一种或几种。

所述步骤(3)中的生长方法为磁控溅射、电子束蒸发。

所述步骤(3)中的利用多种溶剂同时去除顶层胶与底层胶具体为：首先采用N-甲基吡咯烷酮于90℃加热30分钟，随后采用洁净的新N-甲基吡咯烷酮浸泡2小时，最后去离子水超声5分钟、丙酮超声5分钟以及异丙醇超声5分钟。

本发明采用的AR-P 6200(ALLRESIST.Corp.)电子束抗蚀剂中心剂量350μC/cm²，灵敏度比PMMA系列电子束抗蚀剂高，并且与ZEP-520A电子束抗蚀的中心剂量差距为100μC/cm²左右。AR-P 6200与ZEP-520A两款电子束抗蚀剂经验证均可于邻二甲苯中显影，且去胶方法近似，因此用于电子束双层胶中的顶层胶和底层胶，是一种理想的选择。由于AR-P6200中心剂量较ZEP-520A高，底层胶ZEP-520A由于中心剂量较小会出现过曝光。本发明采用AR-P6200作为顶层胶，ZEP-520A作为底层胶，具有较高的创新意义及实用价值。

有益效果

本发明采用的两种抗蚀剂均可在邻二甲苯中显影，且去胶过程可于相同步骤中同时进行，工艺更为简单，通过与多种溶剂配合实现曲折纳米线结构的溶胶剥离；由于AR-P6200是一种灵敏度很高的电子束抗蚀剂，中心剂量350μC/cm²，与PMMA系列电子束抗蚀剂的800μC/cm²相比有显著降低，所以本发明可以极大缩短电子束曝光时间；与LOR作底层胶的双层胶工艺相比，只需对双层胶进行单次显影，单次去胶，具有更高的效率以及产率；同时，利用两种抗蚀剂中心剂量的差距实现底切结构，降低了剥离工艺难度，提高了剥离成品率，具有流程简单、重复性好等优点。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为实施例1制备得到的NbN超导纳米线结构的SEM图像。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

步骤1、依照微电子标准清洗工艺清洗硅衬底，烘干；

步骤2、在硅衬底上以4000rpm的转速旋涂一层80nm厚的ZEP-520A电子束抗蚀剂作为双层胶的底层胶，烤台180℃5分钟烘干；

步骤3、在ZEP-520A层上以4000rpm的转速旋涂80nm厚的AR-P 6200电子束抗蚀剂作为双层胶的顶层胶，烤台150℃1分钟烘干；

步骤4、电子束曝光，对双层胶进行曝光，剂量350μC/cm²，得到曲折纳米线图形，线宽120nm，周期200nm，底层ZEP-520A电子束抗蚀剂出现过曝；

步骤5、采用邻二甲苯对上述样品显影49秒、异丙醇定影90秒，使两种电子束抗蚀剂同时完成显影，高纯氮气吹干，得到具有内切结构的图形；

步骤6、磁控溅射超导材料层即8nm的NbN；

步骤7、首先采用N-甲基吡咯烷酮NMP于90℃加热30分钟，然后采用洁净的新NMP浸泡2小时，最后去离子水超声5分钟、丙酮超声5分钟以及异丙醇超声5分钟，同时完成顶层胶与底层胶的去胶，完成剥离工艺，得到NbN超导纳米线结构图形。

由图2可以看出，依照此方法剥离制备的8nm厚120nm线宽的NbN超导纳米线结构清晰，线条边缘清楚。剥离去胶效果良好，无明显残胶现象。制备的结构可应用于后续工艺。

实施例2

步骤1、依照微电子标准清洗工艺清洗1550nm高反衬底，烘干；

步骤2、在高反衬底上以4000rpm的转速旋涂一层80nm厚的ZEP-520A电子束抗蚀剂作为双层胶的底层胶，烤台180℃5分钟烘干；

步骤3、在ZEP-520A层上以4000rpm的转速旋涂80nm厚的AR-P 6200电子束抗蚀剂作为双层胶的顶层胶，烤台150℃1分钟烘干；

步骤4、电子束曝光，对双层胶进行曝光，考虑到1550nm高反衬底的多层结构，剂量采用400μC/cm²，得到曲折纳米线图形，线宽80nm，周期160nm，底层ZEP-520A电子束抗蚀剂出现过曝；

步骤5、采用邻二甲苯对上述样品显影49秒、异丙醇定影90秒，使两种电子束抗蚀剂同时完成显影，高纯氮气吹干，得到具有内切结构的图形；

步骤6、磁控溅射超导材料层即6.5nm的NbN；

步骤7、首先采用N-甲基吡咯烷酮NMP于90℃加热30分钟，然后采用洁净的新NMP浸泡2小时，最后去离子水超声5分钟、丙酮超声5分钟以及异丙醇超声5分钟，同时完成顶层胶与底层胶的去胶，完成剥离工艺，得到NbN超导纳米线结构图形。

综上所述，本发明有效解决现有电子束双层胶剥离技术中显影去胶工艺复杂，材料易粘连导致去胶困难，刻蚀工艺制备纳米线刻蚀速率难以控制等问题。