JP2008034843A - 基板の表面のナノ構造化のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面上の構造的なパターンの周期的なネットワークを高度な精密さで得る。
【解決手段】ここで考慮されるのは、基板（１０）を形成するためのボンディングによって組み合わせられた２つの部材（１，２）の結晶材料表面の間の界面（５）の近傍に位置する結晶領域（４）中に組み込まれた、転位の周期的なネットワークを呈する基板（１０）の、表面の１つの上に周期的なナノ構造を製造するための方法であって
・転位（３）において、結晶領域（４）以外の材料から作られたインプラント（６）を形成する段階と；
・インプラント（６）に局所化された電磁エネルギーの吸収を起こさせるために、電磁波（１１）によって基板（１０）を照射し、この吸収が基板（１０）の表面上に周期的なナノ構造（１２）の出現をもたらすようにする段階と；を有する。
【選択図】図２Ｄ

Description

本発明は、基板の表面のナノ構造化の方法に関する。ナノテクノロジーにおける多くの応用が、例えばマイクロエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、または生物学などの組織化されたナノ構造を使う。これらのナノ構造は、一般に基板の表面上への成長または堆積によって得られる。基板の表面上に分布されたこれらのナノ構造の密度および周期を可能な限り正確に制御するために試行が行なわれる。

基板上へのナノ粒子の成長の際に、例えばエピタキシャル成長によって得られる組織的なナノ構造を得ることが、例えば、非特許文献１または非特許文献２に記載されている。残念ながら、一般に、得られた空間的オーダーは多くの構造的な不具合、特に欠陥および方位ずれ(disorientation)を被る。他の方法は、成長または堆積の時点での配列を最適化するために受け側基板表面の周期的なナノ構造を事前に作ることを勧めている。このナノ構造は、非特許文献３、または例えば非特許文献４に記載のように、プリエッチング(pre-etching)でありうる。周期的な表面ナノ構造とは、受け側基板表面上にナノメートルスケールで周期的なパターンを作ることを意味する。受け側基板上にプリエッチングを作ることは、成長または堆積段階の時点においてナノ構造の空間的配列を制御する単純な手段である。このプリエッチングは、スタートの基板のトポグラフィ的（表面構造学的または表面形態学的）ナノ構造、すなわち浮き彫り状の周期的なパターンを作ることにつながる。

この周期的な表面ナノ構造化を行なう多数の方法が知られている。例えば、リソグラフィおよびイオン性エッチングのような標準的なマイクロエレクトロニクス技術を使うことが可能である。残念ながら、これらの方法は長時間を要し、数平方ミリメートルのオーダーの広い表面をエッチングする業界においては使用が難しい。

また、特許文献１、２および非特許文献５も知られており、その方法は、この周期的な表面ナノ構造を得るために、結晶欠陥、および／または、転位のネットワーク（網状組織）の拘束の場の優先的なエッチングを使う。転位のネットワークは、ある結晶基板を他の結晶基板にボンディング（付着）させることによって、例えば分子付着によって作られる。さらに好ましくは、上記の基板が典型的な厚さが数ナノメートルのオーダーであるような非常に薄い結晶薄膜の形式をとる。このボンディングは、組み合わせられる表面の２つの結晶ネットワークの間に共有結合を得るような方法で、行なわれる。ボンディングの界面において結晶粒界を備えた配列が得られ、それによってこの結晶粒界は転位のネットワークを出現させる。その転移の諸特性：方位、周期、転位と対称性のタイプ、と言った特性は、基板と薄膜の結晶メッシュの特性と、さらにボンディングの時点で導入されたねじれと屈曲の方位ずれ角度にのみ依存する。例えば、組み合わせられる表面が＜００１＞方向で、屈曲の方位ずれがなく０．８８°のねじれ方位ずれがあるような薄膜とシリコン基板から始めると、２５ナノメートル周期で振舞うようにされた２つの結晶の、平均の<０１１>方位に従って方向付けられたらせん転位と呼ばれる転位の正方形ネットワークが得られる。もしシリコン薄膜が十分に薄く、例えば約５ナノメートルより薄い厚さならば、らせん転位場は、シリコン薄膜の表面上に広がる。その時、拘束場に敏感なエッチング手段を使うことによって、優先的にその表面をエッチングすることが可能である。そして、内在する転位のネットワークに関連して得られる配列の周期的な表面ナノ構造が得られる。選択的なエッチング段階の終わりの時点で転位のネットワークを排除するために、得られた配列を薄くするように仕向けることができる。そして、このトポグラフィ（形態）は、ナノ構造の成長または堆積のための基礎としての役割を果たすことの可能な、局所化され、また周期的な核形成サイトの出現を自然ともたらすことができる。

ボンディング角の制御により、転位のネットワークの周期、従ってナノ構造の周期は制御される。このように、各核形成サイト間の距離、従って前記核形成サイトによってサポートされるナノ構造の周期と密度を調整することが可能である。この技術は、ボンディングによって得られる配列の全表面が選択的にエッチングされるので、速いという長所を持っており、この表面は、通常的に３００ミリメートル直径を有するマイクロエレクトロニクス基板のものと対応しうる。これの不利点は、選択的なエッチングが核形成サイトの表面を粗くする傾向を持つということである。そしてこの粗さは、ナノ構造の後の成長または堆積の時点で非常に厄介である。
フランス特許出願第２ ７６６ ６２０号明細書 フランス特許出願第２ ８１５ １２１号明細書 J.M. Moisonら著，「Seld-Organized Growth of Regular Nanometer-Scale InAs on GsAs」，Appl. Phys. Letter. No. 64 (Z), 10 １９９４年１月，第１９６〜１９８頁 L. Motteら著，「Self-Organization into 2D and 3D Superlattices of Nanosized Particles Differing by Their Size」，Journal Phys. Chem. B １９９７年, 101，第１３８〜１４４頁 G. Linら著，「Controlled Arrangement of Self-organized Ge Islands on Patterned Si (001) Substrates」，Applied Physics Letters, vol. 75, No. 18，第２７５２〜２７５４頁 Joy Y. Chengら著，「Templated Self-assembly of Block Copolymers : Effect of Substrate Topography」，Advanced Materials ２００３年, 15, No. 19, １０月２日，第１５９９〜１６０２頁 Rikard A. Windら著、「Fabrication of Nanoperiodic Surface Structures by Controlled Etching of Dislocations in Bicrystals」，Applied Physics Letters, volume 78, Number 15，２００１年４月９日，第２２０５〜２２０７頁

本発明は、まさに、上記のような不利点を与えることのない基板表面の周期的なナノ構造のための方法を提案するという目的を持っている。さらに正確には、本発明の方法は、基板表面上の構造的なパターンの周期的なネットワークを高度な精密さで得ること可能にする。このネットワークは、広い表面上に容易に作られ、そして核形成サイトの表面は可能な限り滑らかであり、パターン上へのナノ構造の成長または堆積に好都合である。

これらの目的を達成するために、本発明は、さらに明確には、基板を形成するためのボンディングによって組み立てられた２つの部材の結晶材料表面の間の界面の近傍に位置する結晶領域中に組み込まれた、転位の周期的なネットワークを呈する基板の、表面の１つの上に周期的なナノ構造を製造するための方法に関連する。それは、以下の段階、すなわち、
・転位において、結晶領域以外の材料のインプラントを形成する段階と；
・インプラントに局所化された電磁エネルギーの吸収を起こさせるために、電磁波によって基板を照射し、この吸収が基板の表面上に周期的なナノ構造の出現をもたらすようにする段階と、を有することを特徴とする。

前記周期的なナノ構造はトポグラフィ的または熱的である。

熱的影響を制限するような方法で短期間に基板を照射することにより、インプラントと基板の表面との間に、少なくともインプラントに面する結晶領域の結晶材料の剥離をもたらすインプラントの少なくとも一部のアブレーションを起こすことができ、このアブレーションと剥離がナノ構造の形成に寄与する。この状況では、短期間の照射とは、１フェムト秒以上のオーダーを意味する。

変形として、さらに長期間の方式で基板を照射することにより、熱的影響を通して表面の温度の上昇を起こすことができる。この温度の上昇はインプラントおよびインプラント間に位置する結晶領域で不均一でありうる。この状況で、さらに長期間の方式とは、１または数ピコ秒のオーダーを意味し、１または数ナノ秒のオーダーさえをも意味する。

不均一な温度の上昇が、インプラントと基板表面との間のインプラントに面して位置する結晶材料の塑性変形または剥離を起こさせ、この変形または剥離がナノ構造の形成に寄与する。

温度の上昇が、基板表面上に、インプラントと比較して熱的により多く影響を受けた領域の出現をもたらし、これらの領域がより高く加熱され、これらの領域が熱的により少なく影響を受けた領域、すなわち、より低く加熱された領域に隣接し、これらの、熱的により多く影響を受けた領域と熱的により少なく影響を受けた領域がナノ構造を形成しうる。

熱的により少なく影響を受けた領域に比べて熱的により多く影響を受けた領域に、トポグラフィ的なナノ構造を得るような方法で優先的な攻撃を実行することができる。

熱的により少なく影響を受けた領域に比べて熱的により多く影響を受けた領域に、トポグラフィ的なナノ構造を得るような方法で優先的な堆積を実行することができる。

変形として、照射前の基板表面上に相転移材料ベースの堆積を作ることができ、この材料がナノ構造化につながる。

インプラントは、基板表面の１つの上に以前堆積された金属材料に、熱的に拡散を起こさせることによって得ることができる。

この方法は、電磁波による照射の前に、堆積を受けた表面上に残っている金属材料を除去することことにある。

インプラントの金属材料は、金、チタン、アルミニウム、白金、銅、タングステン、ニッケル、または銀をベースとして作られうる。

変形として、インプラントを得るために熱的に拡散するように作られた種類のイオン性のインプラントを基板に行うことができる。

インプラントされる種(species)は、金、チタン、アルミニウム、銅、白金、タングステン、ニッケル、銀、または結晶材料のドーピング物質から選択することができる。

照射、堆積または攻撃の前、および／またはその間に、前記種の移動を促進し、化学的攻撃を促進するために基板の均一な加熱のための段階を実施することができる。

剥離は、基板表面上に剥離された材料の堆積をもたらしうる。ブラッシング、化学的またはメガソニック的洗浄によって剥離された材料を除去するための段階を提供することができる。

変形として、剥離の時点で剥離された材料が犠牲層上に堆積され、それから犠牲層を排除し、さらにはその上に堆積された剥離された材料をも排除するような方法で、基板表面を犠牲層によりコーティングすることができる。

部材の結晶材料は、シリコンや、ガリウム砒素、インジウム砒素、または窒化アルミニウムのようなＩＩＩ−Ｖ材料や、カドミウムテルルまたは亜鉛セレン化物のようなＩＩ−ＶＩ材料や、あるいはゲルマニウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム−シリコンＳｉ_ｘＧｅ_ｙ、シリコンカーバイド、リン化インジウム、サファイア、石英、ざくろ石（ガーネット）、およびダイヤモンドから選択されうる。

部材の１つは、好ましくは薄膜であり、この部材はナノ構造が提供される基板表面の側にある。そしてそれは、転位が基板表面の１つに近い状態を可能にする。

電磁波はパルスまたは連続である。

電磁波は単色または準単色であり、あるいは１つ以上の波長を有する。いくつかの電磁波波長を有する場合に、それらは同時または連続的に発せられ、そして前記電磁波は、異なった波長に対応するいくつかの部分に細分され、これらの部分が等しいかまたは異なった強度を持つことができる。

周期的なナノ構造方法は、剥離を制御したり、および／または構成を容易にするような方法で、制御された雰囲気の下、または液体中で実行されうる。

本発明は、ナノ構造の製造のための方法であって、上記のように特徴付けられた方法によって得られたナノ構造を提供された材料の基板上への堆積のための段階を有することを特徴とする方法にも関連する。

熱的に影響を受けた領域、および熱的により少なく影響を受けた領域から形成されるナノ構造の場合に、ナノ構造の堆積は、例えば、前記領域間での異なった成長速度を利用する分子の噴出によって行なうことができる。

添付された図面を参照して純粋に情報として与えられ、そして決して限定するものではない実施形態の説明を読んだ際に、本発明は一層良く理解されるであろう。

以下で説明される様々な図面における同一の、類似の、または同等の部分は、一の図から他の図への進行を容易にするために同じ参照符号を有する。

図面で表された様々な部分は、図面を読み取りやすくするために必ずしも統一された縮尺に従っていない。

さて、図１Ａから図１Ｇを参照して、本発明の方法の一例を説明する。組み込まれた転位３のネットワークを有する基板１０から開始する。この基板１０は、例えば、特許文献１に記載されたようにして得ることができる。例えば、第２の部材２の単結晶材料表面の背後に第１の部材１の単結晶材料表面を分子付着することによるボンディングから始めることができる。これは、２つの表面が、回転および／または屈曲および／またはメッシュパラメータ不整合(mesh parameter discordance)でシフトした結晶ネットワークを示すような方法で行なわれ、ボンディング界面５の近傍に位置する結晶領域４の中で、この転位３のネットワークの出現を起こすような方法で行なわれる。開始時の基板１０を図１Ａに示す。一方の部材２は他方のものより薄くありうる。そしてそれは、より好ましくは、例えば約１０マイクロメートル未満の厚さの薄い結晶薄膜を含むことができる。ボンディングの時点では薄膜が存在しないが、対応する部材を薄くすることにより、これを後ほど得ることができる。

特にこの部材は、薄い結晶薄膜からなる薄肉化のための境界層により、サポートに積み重ねることから形成された複合基板とすることができる。特にそれは、ＳＯＩ（セミコンダクター・オン・インシュレータ(semiconductor on insulator)に対するアングロサクソン頭字語(Anglo-Saxon acronym)である）基板を含むことができる。それは、フランス特許出願第２ ８１９ ０９９号明細書のように、他方の部材を与えるサンプリングの後にベース基板上に残留する結晶ベース基板から予め薄膜をサンプリングすることを、有することができる。このサンプリングは、例えばベース基板内のイオン性インプラント（例えば水素による）と、そして弱められた領域での破砕により得られる弱い組み込み領域を作ることによって成すことができる。

次に、基板において、転位３が見いだされる結晶領域４とは異なった材料におけるそれぞれの転位３にインプラント６が分布されることになる（図１Ｂ）。

その後、基板１０の表面は電磁波１１で照射されることになり、インプラント６によって強い相互作用となるようになり、その一方で、インプラント６の周りの結晶領域４の材料がより弱い相互作用を受けるようになる。図１Ｃを参照する。この相互作用は基板１０の表面上に周期的なナノ構造をもたらすことになる。電磁波はレーザ（図示せず）によって与えることができる。それは連続的であるか、または優先的にはパルスでありうる。そのパルスは、短期間、すなわち非常に好都合には１または数フェムト秒のオーダーであるか、あるいは時間的にさらに延長されて、１または数ピコ秒のオーダー、もしくは１または数ナノ秒のオーダーでありうる。連続モードでは、同じ機構が遅いパルスモードのように認められるようになる。

それは、単色または準単色であり、あるいはその代わりにいくつかの波長を有する。照射のために使われる電磁波がいくつかの波長を有する場合に、それらの波長は連続的、または同時に発するようにできる。照射のために使用される電磁波がいくつかの波長を有する場合、それらは、異なった波長に従ったいくつかの部分に細分され、これらの部分が等しいかまたは異なった強度を持つ。

表面上の周期的なナノ構造をどのように得ることができるかを、これからここで説明する。

照射の持続時間の作用としていくつかの現象が起こりうる。もしもこれが非常に短期間、例えばフェムト秒レーザによって供給されるならば、インプラント６のアブレーション（除去）が起こり、顕著な熱交換なしにインプラント６の基礎となっている材料の剥離をもたらす。周期的なナノ構造１２は、図１Ｄａ、図１Ｄｂに示したようにトポグラフィ的である。それは、熱影響を制限することの可能な短い照射持続時間である。

次に、基板１０の上に再度堆積されうる剥離された材料２０の除去のための段階を提供することができる。原則的には、インプラント６は粉々にされ、従って見えなくなる。しかしながら、インプラントの一部分のみが消失することが可能であり、上にあるものの剥離につながり、そしてインプラントの一部分を含めて上にあるものを無傷のままにする。

これの除去は、ブラッシング、化学的またはメガソニック的洗浄などの標準的なマイクロエレクトロニクス技術によって行なうことができる。

図１Ｄａに示す基板１０が清浄化段階の前に見られる状態であると想定される。清浄化後の結果を図１Ｄｂに示す。

基板１０の照射されることになるその表面の側に、但し照射前に、犠牲層３０を堆積するための段階を提供することができる（図３Ａ）。照射後、剥離された材料２０は犠牲層３０上に落ちることになる。リフトオフ段階によって、上に堆積される犠牲層３０と剥離された材料を除去することができる。図１Ｄｂと類似した形状が得られる。犠牲層３０の材料は、例えば酸化ケイ素でありうる。

もし照射が長期間で、パルスが１または数ピコ秒、もしくはナノ秒のオーダーの持続時間をもつならば、インプラント６による電磁波の局所化された吸収は、インプラント６中に温度の上昇を引き起こす。この局所化された温度の上昇が、同心円によって図１Ｅ中に概略的に示されている。表面ナノ構造１２は、インプラント６の材料、および／または、インプラント６を囲む結晶領域４の材料の拡張によって、その結果インプラント６の基礎となっている材料の変形によって、起こされうる。そしてナノ構造１２はトポグラフィ的ナノ構造となる。それはインプラント６に面する突起１２．１から形成される。この変形は、まず、説明した例におけるインプラントに最も近い基板の表面、薄膜側２上で起こる。なぜならば、その厚さはこの変形の伝播を可能にするからである。この形状は図１Ｆ中で示されている。特にこの変形は塑性的、すなわち永久または不可逆でありうる。それは、電磁波１１による照射の中止後もそのままである。

この変形は、図１Ｇに示すように、インプラント６の基礎となっている材料の剥離につながることさえありうる。その時それは、インプラント６に面するキャビティ１２．２から形成される。

温度の上昇は、インプラントの間のインプラント６および結晶領域４において不均一である。熱的により多く影響を受けた領域７（すなわちより高温の領域）は熱的により少なく影響を受けた領域８（すなわちより低温の領域）に隣接する。

これらの領域を図１Ｅに示す。表面上の熱的により多く影響を受けた領域７と熱的により少なく影響を受けた領域８は、それら自体で周期的な表面ナノ構造を形成することが可能である。その時、このナノ構造１２は熱的なものであって、もはやトポグラフィ的ではない。この熱的ナノ構造を有する基板１０の表面上に堆積またはエッチング段階を直接実施することができる。エッチング段階は、後ほど説明する図３Ｂに示される。

堆積段階は分子の噴出（ジェット）によって行なうことができる。受け側基板１０の表面温度は、堆積される結晶材料の原子がそれら自体を再分配する方法に影響を与える。堆積は、受容体（受け側）領域の温度の関数とは異なる成長速度で行なわれる。この堆積により、図３Ｅで示したようなナノ構造１４の成長が得られる。もし、材料が、その材料と基板表面上の材料の間の親和力の関数として、トポグラフィ的なナノ構造を呈する基板の表面上に堆積されるならば、その材料は、必然的に、高い親和力があればキャビティ内に、わずかな親和力しかなければ系のエネルギーを最小にするように突起上に、局所化されるようになる。

変形として、照射が行われる時にナノ構造をもたらすことになる材料の層１３を、図３Ｃに示すように照射前に基板１０上に堆積することができる。この材料は、ＧｅＳｂＴｅ（ゲルマニウムアンチモンテルル）のような、温度の関数として相転移材料とすることができる。照射の後、図３Ｄに示すような並列したアモルファス領域１３．１と結晶領域１３．２が得られる。アモルファス領域の局所化は、実際には、場所の熱的履歴、および相転移材料の開始状態に依存する。一般に、温度上昇後の冷却が急速な時にアモルファス材料が得られ、冷却が遅い時には結晶材料が得られる。従って、例えば、結晶形態の相転移材料を堆積し、確実に転移するのに十分な温度にインプラント６の温度を局所的に引き上げ、インプラントにおけるアモルファス領域を得るための温度に急速に下げることができる。他の形態も勿論可能である。

成長、堆積、攻撃または照射の前、および／または、その間に、基板１０を均一に加熱することが可能である。これは、炉にて行なうことができ、例えば約１００℃から６００℃の間に温度上昇させることができる。この温度上昇は広く実施されている。照射によって引き起こされた局所的な温度勾配は、均一な加熱によって得られた温度を増やす。この段階は示すことができない。この段階は、例えば相転移材料のケースでは、それを照射の前に材料の転移温度の近傍に置くことを可能にする。これもまた攻撃を促進することを可能にする。

さて、本発明の方法のさらに詳細な実施形態の例を、図２Ａから図２Ｅを参照しながら見ることにする。

結晶材料表面をそれぞれ備えた２つの部材１から形成された基板１０から開始する。これらの表面は、その結晶ネットワークと屈曲の方位ずれの間に０．８８°の回転遅れ角を備える分子ボンディングによって組み合わされる。これら２つの部材の結晶材料は同じもの、例えばシリコンとすることができ、もしくは異なったものとすることができる。この基板１０は「ねじれている」として表すことができる。なぜならば、回転方位ずれ角はしばしば「ねじれ」角と呼ばれるからである。「ねじれた」基板１０を示す図２Ａを参照すると、ボンディング界面５の近傍に位置する結晶領域４の中に転位３の並んだネットワークを備える。記載した例において、２つの部材１、２の結晶表面がシリコンからなる、と仮定する。１つの部材１は分厚いシリコン基板であり、他方の部材２は薄膜でありうる。変形として、他方の部材２を、少なくとも組み立ての時点で、その組み合わせられる表面に結晶材料を有するようにして、より厚くできる。図２Ａに示したように、それは複合材料でありうる。厚さが例えば約１０ナノメートルであるような薄膜２のみを確保するように薄肉化（薄くする）段階を経験させることができる。薄膜２のみを確保するための薄肉化は、組み合わせ後すぐに行なうか、または後ほど、インプラント形成段階の後に行なうことができる。この薄肉化段階は、例えば矯正(rectification)によって、機械的研磨によって、または化学的研磨によってさえ行なうことができる。

シリコンは、部品１、２の一方または他方のための結晶材料として使用することができる。ガリウム砒素、インジウム砒素、または窒化アルミニウムのようなＩＩＩ−Ｖ材料や、カドミウムテルルまたは亜鉛セレン化物のようなＩＩ−ＶＩ材料や、あるいはゲルマニウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム−シリコンＳｉ_ｘＧｅ_ｙ、シリコンカーバイド、リン化インジウム、サファイア、石英、ざくろ石（ガーネット）、およびダイヤモンドのような他の材料を使用することも勿論できる。

転位３内にインプラント６を構成するために、基板１０の表面に、さらに好ましくは薄膜２の側に、薄膜２の結晶材料中に拡散して転位３のネットワークに達することができ、それに続いて使用される電磁波を強く吸収することができる金属材料層１９を堆積することができる。それは、気相における化学的な堆積（蒸着）、電解堆積、またはスプレーを含むことができる。図２Ｂを参照できる。この堆積は、堆積された金属材料が転位３のネットワークに拡散することができる程度に、分厚い基板１の側に完全に構成することができる。使用される金属材料は金ベースで成り立つことができるが、チタン、アルミニウム、白金、銅、タングステン、ニッケル、および銀のような他の材料も適切である。

層１９の厚さは、金を含む場合、約１５ナノメートルに等しいか、それ未満である。次に、結晶領域４の結晶材料に堆積された金属材料を、約１００℃から１０００℃の間の温度による熱量の適用、また例えば、５００℃のオーダーで約１分から１０時間、例えば５時間の間の適用によって転位６に達するように熱的に拡散させる。転位３への拡散によって、金属材料はインプラント６を形成する。

金属材料の拡散後に、図２Ｃに示すように、表面上の金属材料層１９の残留物を除去する。この除去は、例えば金または白金が含まれる時、王水による化学的攻撃によって行なうことができる。王水が塩酸と硝酸の混合物から形成された非常に酸化性の強い液体であることを思い出されたい。それは、金、および白金族のすべての金属を攻撃する特性を持っている。イオンタイプの乾式攻撃も使うことができる。

変形として、インプラント６は、それらを作るように選ばれた種の少なくとも１つのイオン性インプラントを実行し、続いて熱拡散することによっても得ることができる。インプラントは、より好ましくは薄膜２の側で実施される。インプラントされた種は、特に、金、チタン、アルミニウム、銅、白金、タングステン、ニッケル、銀、または薄膜２の材料（シリコンの例）のドープ剤、例えばホウ素および砒素のようなものから選択することができる。構造中での制限を分配するために、図４の例のように異なったエネルギーのいくつかの一連のインプラントを実行することによって、インプラントプロフィールを広げることが好都合にできる。同じ位置にインプラントが非常に多くなされるならば、それは、求められる目標ではない局所的なアモルファス材料を作ることができる。３ｋｅＶ、５ｋｅＶ、７ｋｅＶ、１０ｋｅＶ、および１２ｋｅＶのエネルギーを持った５つの一連の金のインプラントが、この図に示された。インプラントプロフィールは、転位３ほどに深くなく、または同じレベルに、あるいはより深くに位置しうる。次に、熱処理段階により、インプラントされた種を拡散させることができ、それは必然的に、インプラントを形成するように転位において局所化されることになる。無益に図の数を増やさないために、図２Ｃは、イオン性インプラントによって得られるインプラント６をまさに示すことができる。

その後、図２Ｄに示すように、基板１０を、その主表面の１つから、パルス持続時間が多少長くありうるパルス電磁波１１で照射する。

高いパルス持続時間（１または数ナノ秒のオーダーの）の連続またはパルス電磁波を使うことによって、レーザエネルギーの吸収と次のインプラント材料および結晶材料中のこのエネルギーの緩和が、標準的な吸収プロセスによって、そして「熱効果」の一般名で知られているピコ秒のオーダーのタイムスケールでの電子−フォノン弛緩によって行なわれる。これらの熱効果は、まさに結晶材料のインプラント材料の気化温度に達することができる温度の上昇をもたらす。材料のこの気化は、照射された材料の物理的および光学式特性と、使われたレーザビームの特性に応じて、数ナノ秒のタイムスケールの間で起こることができる。これらのインプラントと、該インプラント間の結晶材料との特性の相違の理由から、温度勾配は表面上で局所化されうる。表面のナノ構造は、これらの温度勾配、あるいはインプラントの気化によって誘発されうる。材料の表面での熱拡散の理由から、熱的に影響を受けた領域と熱的により少なく影響を受けた領域とを表面において区別するために、インプラント間にかなりの距離を持っていることが有利である。この距離は、通常、約０．１から１０マイクロメートルである。

極端に短い持続時間のパルス（１または数フェムト秒のオーダー、あるいは１または数ピコ秒のオーダーでさえありうる）を使うことによって、金属のインプラントのケースでは、レーザエネルギーは自由電子によって吸収され、一方、インプラント間の半導体結晶材料については、電子は価電子帯から励起され、それは、レーザフォトンのエネルギーが、結晶材料の価電子帯と伝導帯の間のエネルギーギャップより大きいことを必要とする。極端に短いパルス持続時間のレーザ、特に、インプラント６間の半導体結晶材料中で電子−電子衝突での光電離またはイオン化のプロセスによって自由キャリアが作られないような、あまり高くない出力密度を使うことによる表面の照射に続いて、ホットエレクトロン、すなわち電子のプラズマがインプラント６に作られ、それはこれらインプラント６の優先的なアブレーションをもたらし、そこでは、自由キャリア密度が最も高く、従ってインプラント６の基礎となっている結晶領域の剥離をもたらす。レーザビームの出力密度の関数として、かなりの自由電子密度がもたらされる領域で優先的にプラズマが作られうる。続いて、イオン化雪崩現象(ionization avalanche)と、そして破壊(breakdown)を誘発するようなかなりの電荷密度が出現する。電子は、極端に短い持続時間の電磁波の吸収によって、このタイムスケールよりもはるかに吸収性が少ない結晶ネットワークと比較して非常に高い温度にされる。これはホットエレクトロンの衝撃波の形成につながり、従って、局所化された材料の電磁波が優先的に吸収された領域中への放出につながる。この技術が電子と基板のフォノンの結合を最小にすることを可能にする、ということに注目すべきである。従って、半導体基板の平均温度の上昇はわずかしか無いか、または全く無い。

そして、処理前の基板１０の転位３のネットワークと同じ周期および同じ対称性を有する表面ナノ構造１２が得られる。トポグラフィ的であるこのナノ構造１２を、図２Ｅに示す。これはインプラント６に面するキャビティ１２．２を有する。これは照射が非常に短期間のパルスで行なわれたケースに対応する。

例えば、インプラント６を作った後で照射の前に、図３Ａに示すように、基板１０の表面上に酸化ケイ素３０の層を堆積することが可能である。照射が適用され、そして剥離が得られると、キャビティ１２．２は酸化物がないが、酸化物１２．３で覆われた領域は残留する。例えばＴＭＡＨをベースとする溶液を使ったエッチングによって、図３Ｂに示すように、攻撃されない酸化物１２．３で覆われた領域に相対して得られたキャビティ１２の浮き彫りを強調することが可能である。そして、キャビティ１２．２によって分離された酸化物１２．３で覆われた領域を得る。特に、照射の時点で剥離された材料が酸化物１２．３で覆われた領域に堆積されるならば、酸化物は上に示したように除去することができる。

今説明したナノ構造を製造するための方法は、例えば、真空、酸素Ｏ_２、窒素Ｎ_２、アルゴンＡｒ、ヘリウムＨｅ、水素Ｈ_２に基づく制御された雰囲気の下、または、レーザ波長を吸収しない水または他の液体のような液体中で実行することができる。これは例えば、攻撃を促進し、剥離を制御することを可能にする。

本発明についてのいくつかの実施形態をここで示し、詳細に説明したが、本発明の枠組みを外れることなく、様々な変更と改良を導入しうる、ということを理解すべきである。これら様々な可能性（変形）は、相互に排他的でない、ということを理解しなければならない。

本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の一例における様々な段階を示す。 本発明による方法の他の例における段階を示す。 本発明による方法の他の例における段階を示す。 本発明による方法の他の例における段階を示す。 本発明による方法の他の例における段階を示す。 本発明による方法の他の例における段階を示す。 本発明による方法の一例におけるさらに他の段階を示す。 本発明による方法の一例におけるさらに他の段階を示す。 本発明による方法の一例におけるさらに他の段階を示す。 本発明による方法の一例におけるさらに他の段階を示す。 本発明による方法の一例におけるさらに他の段階を示す。 インプラントを実施するために使用されるインプラントプロフィールを示す。

符号の説明

２ 薄膜
３ 転位
４ 結晶領域
５ ボンディング界面
６ インプラント
７ 熱的により多く影響を受けた領域
８ 熱的により少なく影響を受けた領域
１０ 基板
１１ 電磁波
１２ ナノ構造
１２．１ 突起
１２．２ キャビティ
１２．３ 酸化物
１３ ナノ構造となる材料の層
１３．１ アモルファス領域
１３．２ 結晶領域
１４ ナノ構造
１９ 金属材料層
２０ 剥離された材料
３０ 犠牲層

Claims (25)

1. 基板（１０）を形成するためのボンディングによって組み立てられた２つの部材（１，２）の結晶材料表面の間の界面（５）の近傍に位置する結晶領域（４）中に組み込まれた、転位の周期的なネットワークを呈する基板（１０）の、表面の１つの上に周期的なナノ構造を製造するための方法であって、以下の段階、すなわち、
   ・転位（３）において、結晶領域（４）以外の材料のインプラント（６）を形成する段階と；
   ・インプラント（６）に局所化された電磁エネルギーの吸収を起こさせるために、電磁波（１１）によって基板（１０）を照射し、この吸収が基板（１０）の表面上に周期的なナノ構造（１２）の出現をもたらすようにする段階と、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記周期的なナノ構造はトポグラフィ的または熱的であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 基板（１０）の照射は、インプラント（６）と基板の表面との間に、少なくともインプラント（６）に面する結晶領域（４）の結晶材料の剥離をもたらすインプラントの少なくとも一部のアブレーションを起こすような方法で、短期間の方式で実行され、このアブレーションと剥離がナノ構造（１２）の形成に寄与することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
4. 基板（１０）の照射は、照射された表面上で温度の上昇を起こすような方法で、長期間の方式で実行され、この温度の上昇はインプラント（６）およびインプラント間に位置する結晶領域（４）で不均一であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
5. 温度の上昇が、インプラント（６）と基板表面との間の、インプラント（６）に面して位置する結晶材料の塑性変形を起こさせ、この変形がナノ構造（１２）の形成に寄与することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 温度の上昇が、インプラント（６）と基板表面との間のインプラント（６）に面して位置する結晶材料の剥離を起こさせ、この剥離がナノ構造（１２）の形成に寄与することを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 温度の上昇が、基板表面上に、インプラント（６）と比較して熱的により多く影響を受けた領域（７）（１０）の出現を起こさせ、熱的により多く影響を受けたこれらの領域が熱的により少なく影響を受けた領域（８）に隣接し、これらの、熱的により多く影響を受けた領域と熱的により少なく影響を受けた領域（７，８）がナノ構造（１２）を形成しうることを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 熱的により少なく影響を受けた領域（８）に比べて熱的により多く影響を受けた領域（７）に、優先的な攻撃を有し、トポグラフィ的なナノ構造を得るようにすることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 熱的により少なく影響を受けた領域（８）に比べて熱的により多く影響を受けた領域（７）に、優先的な堆積を有し、トポグラフィ的なナノ構造を得るようにすることを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 照射前の基板上に相転移材料をベースとする堆積を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. インプラント（６）は、基板（１０）表面の１つの上に以前堆積された金属材料に、熱的に拡散を起こさせることによって得られることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 電磁波（１１）による照射の前に、堆積を受けた表面上に残っている金属材料を除去することを目的とする段階を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. インプラントの金属材料は、金、チタン、アルミニウム、白金、銅、タングステン、ニッケル、または銀をベースとして作られることを特徴とする請求項１１または１２のいずれか１項に記載の方法。
14. インプラントを得るために熱的に拡散するように作られた種類のイオン性のインプラントを基板に行う段階を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
15. インプラントされる種は、金、チタン、アルミニウム、銅、白金、タングステン、ニッケル、銀、または結晶材料のドーピング物質から選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 照射、堆積または攻撃の前、および／またはその間に、基板（１０）の均一な加熱のための段階を有することを特徴とする請求項１または８または９または１０に記載の方法。
17. 剥離は、基板（１０）表面上に剥離された材料の堆積をもたらし、ブラッシング、化学的またはメガソニック的洗浄によって剥離された材料を除去するための段階を有することを特徴とする請求項３または６のいずれか１項に記載の方法。
18. 剥離の時点で剥離された材料が犠牲層上に堆積され、それから犠牲層を排除し、さらにはその上に堆積された剥離された材料をも排除するような方法で、基板表面を犠牲層によりコーティングすることを目的とする段階を有することを特徴とする請求項３または６のいずれか１項に記載の方法。
19. 部材（１，２）の結晶材料は、シリコンや、ガリウム砒素、インジウム砒素、または窒化アルミニウムのようなＩＩＩ−Ｖ材料や、カドミウムテルルまたは亜鉛セレン化物のようなＩＩ−ＶＩ材料や、あるいはゲルマニウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム−シリコンＳｉ_ｘＧｅ_ｙ、シリコンカーバイド、リン化インジウム、サファイア、石英、ざくろ石（ガーネット）、およびダイヤモンドから選択されることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 部材の１つ（２)は薄膜であり、この部材はナノ構造が提供される基板表面の側にあることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 電磁波（１１）はパルスまたは連続であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 電磁波（１１）は単色または準単色であり、あるいは１つ以上の波長を有し、いくつかの電磁波波長を有する場合にそれらは同時または連続的に発せられ、そして前記電磁波（１１）は、異なった波長に従ったいくつかの部分に細分され、これらの部分が等しいかまたは異なった強度を持っていることを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 制御された雰囲気の下、または液体中で実行されることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の方法。
24. ナノ構造（１４）を製造するための方法であって、請求項１から２３のいずれか１項に記載の方法によって得られたナノ構造を提供された材料（９）の基板（１０）上への堆積のための段階を有することを特徴とする方法。
25. 熱的により多く影響を受けた領域（７）、および熱的により少なく影響を受けた領域（８）から形成されるナノ構造の場合に、ナノ構造の堆積は分子の噴出によって行なわれることを特徴とする請求項２４に記載の方法。

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