[发明专利]一种在表面上印刻分子级图形的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种通过引发吸附剂分子与固体表面之间的局部化学反应，从而在该固体表面进行原子或分子级图形印刻(patternimprinting)的方法，

背景技术

数千亿美元的半导体工业中的进步有一部分是依靠在控制的间隔用很小的特征在表面上进行标记(即写，掺杂(doping)或蚀刻)的能力。现有技术制作的标记的极限是被十分之几纳米隔开(一般为0.3微米，即3000A，大约为一千个原子的距离)。这些尺寸的图形形成了使用传统标记方法所能达到的最低限度。传统方法包括使用一种有图形的掩膜遮盖部分的表面以挡住用来标记表面的试剂(电子，光或化学试剂)。已经证实制作具有小于十分之几微米的特征的有图形的掩膜是不可能的，而且具有如此小特征的掩膜是难以重现的。

美国专利No．5，645，897公开了Andra的一种表面改性的方法，对将要蚀刻或涂布的表面部分的正前方的表面或区域进行离子轰击。所选择的离子源产生的离子是高带电的并具有足以使离子接近表面的高动能，但又具有防止穿透表面的足够低的能量。该专利所述过程的一个优点是离子的高带电状态和低动能导致了非常定位的能量沉积，从而在蚀刻或涂布表面时导致了用带有图形的掩膜进行印刻时提高的空间分辨率。该专利还公开了将传统平版印刷掩膜技术与使用离子束定位能量沉积的特征相结合制作微细蚀刻图形的方法。

授予Licoppe等的美国专利No.5，405，481公开了用一种气体光纳米刻划设备(gas photonanograph device)来制作纳米级表面图形的方法。这种设备包括带有纤维光缆的头，其终端呈针尖状，微毛细管通道也在其尖端，从气体储存器输送反应性的气体。这个尖端与被光激发的支持体表面相隔一定的距离。通过扫描该设备，可以得到纳米图形，如同人使用钢笔书写一样，这里的笔尖是聚焦的光源。

授予Higashiteb的美国专利No.4，701，347特别提到的一种通过光解吸附在表面上的分子从而在半导体上形成带有图形的金属层的方法。但是，与这里较早提到的专利：1966年9月6号公告的美国专利No.3，271，180一致的是：对吸附剂的照射引发的光解和热反应的图形是由光源和吸附层之间掩膜的存在而得到的。

美国专利No.5，322，988同上所述的No.4，701，347一样，都使用了激光辐照，以在吸附层和下层基体之间产生光化学和热反应，但是该反应与其说是写不如说是蚀刻(蚀刻的定义是“纹刻(texturing)”)。这里所述的反应只是在激光以足够的积分通量撞击时才发生，即图形照射(patterned illumination)(如同下面的“掩膜”)是图形蚀刻的来源。

D.J.Ehrlich等人在Appl.Phys.Lett.36卷，698页(1980)描述了一种基于气态甲基卤的紫外光解进行半导体无掩膜蚀刻的方法。图形掩膜的位置被由一种干涉图形取代，也即，它再一次是由对表面的图形辐照产生的。

授予Ehrilich等人的美国专利No.4，608，117和4，615，904公开了形成图形膜层的无掩膜生长方法。这种方法描述了两个步骤。第一步，使用聚焦的光束或电子束作为笔在表面记录图形，光分解作为记录的试剂(墨水)。一旦金属或半导体的1-2个单层图形依照这种方式记录完毕，第二步用气态反应剂均衡辐射，并使表面材料在“预核化的区域”，即在第一步沉积形成的图形附近聚集。因此，该第二生长阶段是无掩膜的。在无掩膜膜层生长阶段“原子主要由气相有机金属分子的直接光解作用提供…”(美国专利No.4，608，117，第2栏、12和13行)。所述膜层的生长有选择地在预核化的区域发生，在那里，气相中产生的撞击原子在表面具有较高的粘着常数。

授予Gilton的美国专利No.5，129，991公开了另外一种无掩膜蚀刻的方案。一种被吸附的蚀刻气体(氯气或氟气)存在于有使用不同材料制造的肉眼可见的区域的基体上，这些材料具有不同的释放电子的光发射阈值。选用一种光波对这种基体进行照射，可以使某些区域而不是其他区域产生电子发射。发射的电子引起仅发生在基体的那些区域上的蚀刻，那些区域是由具有足够低的发射电子的光发射阈值，即反应被定位，但定位于肉眼可见的面积。