[发明专利]用于深紫外光刻的纳米级厚度的掩膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于单晶硅表面深紫外光刻的纳米级厚度的掩膜及其制备技术，该掩膜是通过利用一种链状有机分子与羟基化的硅表面发生化学缩合反应而形成的。

背景技术

自发地形成在固体基底上的自组装单层膜由于其对界面的修饰作用而引起研究者们的普遍关注。这是因为它们在界面浸润性研究、表面摩擦润滑、防腐、传感技术以及纳米和分子电子器件设计等方面均具有潜在的应用价值。最具代表性并被广泛使用的用于构造自组装单层膜结构的有机前驱体材料是有机硫醇和有机硅烷分子。这些分子的共同特点是：它们都是由一个易于与固体界面发生化学相互作用的头部基团和一个能自身发生相互作用的尾部基团构成。例如，具有长链烷烃结构的硫醇分子主要是依靠强的金-硫化学相互作用先将分子铆钉在金基底上，然后，再通过分子链与分子连之间的疏水相互作用将分子推起。这些分子最终以与基底法线成一定角度的方式站立在金表面上而形成自组装单层膜。有机硅烷分子则是先通过水合作用在头部形成硅羟基，然后与羟基化的单晶硅表面发生缩合反应，形成硅氧化学键，将分子牢牢地固定在硅的表面。有机硅烷分子的尾部基团起的作用与硫醇分子的类似。与传统的化学气相沉积技术和分子束外延技术相比，液相自组装膜制备技术不仅仅能制备高密度、高有序性和取向性的纳米级乃至分子级膜结构，而且最重要的是该制备技术简单、快速、成本低。此外，还可以针对具有不同官能团和功能的分子，选择适当的溶剂进行组装。最近，基于自组装单层膜的有序膜板在位置选择的量子点和纳米线的组装、生物大分子的定位固定和识别以及纳米电路的设计方面正在得到应用。目前，最典型的制备技术包括微接触印技术和光刻技术。微接触印技术主要使用一个印章将吸附于其上的有机分子转移到固体基底上，分子膜板的图案依赖于印章的设计花样。虽然，微接触印方法简单、快速、成本极低，但是，目前，微接触印方法还很难制备工业级规模化的有序纳米图案。其中，一个最难解决的问题是分子在界面的吸附扩散问题。在膜板的印制过程中，有机分子将首先从印章纵向向固体表面迁徙，同时到达固体表面的分子也会横向沿着固体表面迁移。这一过程会造成原有印章膜板图案的失真。这种问题虽然可以通过控制一定的制备条件加以弱化(例如：印章上分子数量的控制、压印力的大小控制)，但不可能彻底消除。相比之下，传统光刻技术仍然是制备工业级别有序膜板最实际的方法，它能保证掩膜板上所设计的图案完全地转移到存在于固体基底上的光刻胶上。为了制备纳米级尺寸和分辨率的图案，首先需要考虑的问题是光刻胶掩膜问题。传统的光刻胶一般是由特殊的高分子材料组成，光刻胶掩膜主要利用旋转涂膜的方法加以实现。传统光刻胶一般较厚，很难做到几个纳米的厚度。因此，为了实现纳米级厚度和精度的掩膜，则需要发明新的掩膜及其构造方法。基于这样一个研发背景，我们发明了一种新的掩膜及其构造方法。该掩膜厚度在0.5-2.6纳米，主要利用硅烷分子在单晶硅表面的自组装过程来实现。由于强的碳-碳化学键，一般紫外光(波长为365nm)很难刻蚀这种膜，必须使用波长低于300nm的深紫外光(例如172nm)进行刻蚀。

发明内容

本发明的目的之一：提供一种用于深紫外光刻技术用的纳米级厚度的掩膜。

本发明的目的之二：提供一种用于深紫外光刻技术用的纳米级厚度的掩膜构造方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的用于深紫外光刻的纳米级厚度的掩膜，其为由链状烷烃类硅烷化有机分子与羟基化的单晶硅基片表面发生化学缩合反应，并沉积于所述羟基化的单晶硅基片表面上的硅烷基化分子构成的岛状结构膜。其厚度约为硅烷基化分子的链长；所述硅烷基化分子的烷基长链垂直于其附着的单晶硅表面；所述硅烷化有机分子的分子式为：C_nH_2n+1SiCl₃或C_nH_2n+1Si(OCH₃)₃或C_nH_2n+1Si(OC₂H₅)₃

所述硅烷基化分子的碳链长度在0.5纳米-2.4纳米范围内。

所述的链状硅烷化有机分子为：从已到十八烷基链长的三甲氧基(或三乙氧基)硅烷或从已到十八烷基链长的三氯硅烷。

所述的单晶硅基片为p-型单晶硅(111)基片、p-型单晶硅(100)基片、n-型单晶硅(111)基片或n-型单晶硅(100)基片。

本发明提供的用于深紫外光刻的纳米级厚度的掩膜的制备方法，其步骤如下：

1)对单晶硅基片进行羟基化处理：