[发明专利]一种氧化硅化合物溶液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及采用具有包含模板凹凸图案的冲压表面的模具来形成凹凸层的方法。本发明还涉及通过该方法制备的凹凸层以及这种凹凸层在半导体、光学和微机械装置中的应用。

背景技术

提供具有凹凸图案的材料层可以使用诸如压印光刻（imprinting lithography）这样的压花或压印方法来达成。在US2004/0264019A1中披露了一种示例性方法。在该方法中，较软的溶胶凝胶层被提供到硬表面基板并经历压花方法以在该层的表面内形成图案。为此，具有包含期望图案的互补图案的冲压表面的模具用于压花，即模制该较软的溶胶凝胶层的上表面内的期望图案。

还披露，在前述方法中例如使用旋涂来提供该溶胶凝胶层的合适溶胶凝胶溶液可以通过将醇盐（例如，诸如四乙氧基硅烷（TEOS）或四甲氧基硅烷（TMOS）的四烷氧基硅烷）、水和硝酸按照TEOS或TMOS/水/硝酸＝1/4-30/>0.05的摩尔比例混合来制备。硝酸用作TEOS或TMOS转变为氧化硅溶胶的催化剂，该氧化硅溶胶为氧化硅化合物。在完成反应之后，按照TEOS或TMOS/水/硝酸/丁醇＝1/4-30/0.05/>4的摩尔比例，作为干燥和阻滞剂来添加丁醇。

旋涂工艺例如通过蒸发实现从初始应用的溶胶凝胶溶液的一部分溶剂的去除。得到的部分干燥的溶胶凝胶层是多孔的且类似玻璃，主要由硅土分子簇以及仍存在于微孔中的各种溶剂组成。

所述方法的问题在于，部分干燥的溶胶凝胶层类似玻璃而导致有问题的压花且所得的凹凸层是多孔的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以通过压花方法充分地制备的低孔隙度的凹凸层。

本发明由独立权利要求界定。从属权利要求界定优选实施例。

在本发明的第一方面，该目的通过提供如权利要求1所述的方法来实现。

用于解决该问题的本发明是基于下述发现和考虑。待制备的凹凸层必须具有低孔隙度从而能够应用于例如装置的功能层或者在制造工艺中用作刻蚀掩模。过去认为这可通过使待压花层内具有高无机质量含量来实现。这要求该部分干燥的氧化硅化合物层具有高浓度的氧化硅化合物。此外，氧化硅化合物必须在压花期间具有高无机交联程度，即高Si-O-Si化学键合程度。这防止在压花期间或之后不得不挤出有机物质，导致最终凹凸层内的较低的孔隙度。然而这些要求致使该部分干燥的氧化硅化合物层形成高度粘稠溶液。由此导致特别是使用挠性或脆性模具（stamp）时无法图案化该层。

本发明的方法组合了具有同时解决这些问题的成分的氧化硅化合物。因此，该方法提供了一种氧化硅化合物，其具有适于获得期望高质量含量和粘稠度的Si-O-Si化学交联程度，其中该交联程度通过添加仅具有用于形成无机交联的三价而不是四价氧化硅前驱体化合物而被控制。得到的氧化硅化合物在部分干燥的氧化硅化合物层中具有高的溶解度，而仍允许该层的压花藉此根据模板凹凸层来模制该层，使得该层以适当的方式适应该互补凹凸层。因此，该方法形成具有期望属性的凹凸层。

该方法的另一优点为，在夹置时通过进一步干燥该层，即，除去该溶剂以及在进一步干燥时引起的由附加Si-O-Si交联形成的附加反应产物，实现固化。因此，在夹置时无需采用附加固化步骤来固化该压花层。

在该方法中，干燥时间有利地缩短，因为氧化硅化合物内的无机交联已经很高。因此，到达形成固化的氧化硅层的交联程度所需的时间缩短。Si-O-Si交联程度以及网络形成范围通过添加氧化硅化合物前驱体来控制，该氧化硅化合物前驱体包含硅原子，该硅原子化学键合到三个氧原子和一个不同于氧的原子，该硅原子和该一个不同于氧的原子之间的化学键在该方法中是化学惰性的。因此，与具有化学键合到四个氧原子的硅原子的氧化硅化合物前驱体相比，该氧化硅化合物前驱体少一个化合价用于形成Si-O-Si化学键。

在该方法的实施例中，该氧化硅化合物包含纳米颗粒。纳米颗粒指平均直径小于200nm的颗粒。在任何情形下，所指的颗粒可以以溶胶形式形成稳定的氧化硅化合物，如溶胶－凝胶溶液的情形。优选在该方法中使用纳米颗粒，因为纳米颗粒为氧化硅溶液提供用于构建凹凸层的无机质量含量，该质量含量可以溶解在溶剂中而得到足以压花的可成型氧化硅化合物溶液，该纳米颗粒已经包含该凹凸层内期望的足够的无机化学结构，且因此在夹置步骤时不需要大量反应来转变该化合物且仍允许形成小尺寸的凹凸图案。颗粒的平均直径越小，则可以形成越小的凹凸图案特征。