[發明專利]基于電子束等離子刻印制備自旋顯微微懸臂探測器方法

無效

• 申請號: 200810232551.5
• 申請日: 2008-12-02
• 公開（公告）號: CN101417784A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 任韌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳翠蘭

技術領域

本發明涉及一種共振自旋顯微微懸臂探測器，特別涉及在半導體集成制造技術下共振自旋顯微微懸臂探測器的制備方法。

背景技術

自旋顯微微懸臂探測器提供了磁場和原子核共振片段按特定頻率發射電信號下，侵入三維物質結構內部，顯微掃描，探測物質內部顯微圖像的技術。共振自旋顯微探測在許多領域都有著廣泛的應用，它是顯微和核磁成像的結合，不但對半導體集成、基因組序、生物蛋白、醫藥、工業催化劑和資源勘探產生重要影響，而且對新型電子自旋器件、量子計算機及光計算機意義重大。傳感顯微探測領域核磁壓力顯微優于SEM/AFM可以實現三維探測，并觀測固體自旋態及圖像。在計算機計算能力上其原理可以產生一場科學革命，并在通信上有別于糾纏態通信方法。研制的自旋顯微微懸臂探測器相比SEM、AFM試驗探測具有探測參數優良，顯微分辨率靈敏度高，熱噪聲小特點。已有的STM掃描隧道顯微只能觀察物質表面狀態和表面電子行為，參數值低，振蕩頻率小，并只測導體和半導體樣品。AFM振蕩器材料硬度高，品質因數小，觀測受限于半導體絕緣體表面形貌測試。因此自旋顯微微懸臂探測器設計和制備有著良好的應用領域及前景。

自旋顯微微懸臂探測器對半導體集成、微納技術、納米光學、激光等離子體微機械MEMS技術產生深遠的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自旋顯微微懸臂探測器制備方法，制備內容含電子束刻印10nm技術、RIE、濕刻干刻結合，MASK掩膜。制備的探測器品質因數高、分辨率高、倔強系數優、結構緊湊、靈敏度高，制備具有工作可靠參數優的特點。

實現本發明的技術方案是這樣解決的：

首先，采用低溫低壓化學LPCVD方法在硅SOI基片上鍍制二氧化硅膜；

其次，等離子體RIE刻蝕二氧化硅膜的SOI基片，刻蝕出基片窗口陣列；

第三、濕刻基片：堿性溶液腐蝕基片窗口，用50—250毫升摩爾濃度為7—9％的NaOH溶液放入燒杯內，燒杯放在磁性攪拌器上，基片浸沒在8％NaOH溶液中，加熱，溫度在20—55℃間，時間12—24小時，直到基片表面外露出整齊基片10×50窗口陣列，窗口出現Si薄膜；

第四、在Si薄膜涂覆光阻膠；

第五、電子束EBL根據振蕩器的模板掩膜刻蝕光阻膠，形成振蕩器的形狀；

最后、在HBr和Cl₂氣氛中，等離子體RIE刻蝕去除無光阻膠部分的Si，在O₂氣氛中，等離子體RIE刻蝕清除振蕩器表面的光阻膠，得到完整的振蕩器微結構。

本發明采用自旋顯微微懸臂探測器相比同類的商業SEM、AFM試驗探測Q值可達5000—20000，倔強系數K值10^-2J/T，顯微分辨率靈敏度高，較其他顯微探測無論在測試原理和試驗方法，測試的靈敏度等方面具有優勢。

具體實施方式

SOI基片分為大小5×4cm²，兩面鍍制二氧化硅，采用低壓化學LPCVD方法800℃，鍍制厚度2000二氧化硅膜，進行后續的熱處理。

采用等離子體RIE刻蝕對鍍制二氧化硅SOI基片刻蝕窗口陣列。方法為設計陣列窗口MASK，MASK為在4寸上等分4份，設計出10×50窗口陣列，每個窗口5×4mm²。MASK置于鍍制二氧化硅SOI基片上端，進行等離子體刻蝕，速率選擇50/sec，時間120分鐘，完成基片的等離子體RIE開窗。

濕刻NaOH溶液腐蝕上一步等離子體開窗的WAFER窗口。用150毫升燒杯盛50毫升8％的NaOH溶液，放在磁性攪拌器上，完成等離子體開窗的基片浸沒在8％NaOH溶液中，加熱，溫度維持在20—55℃間，從基片表面有大量氣泡產生，根據氣泡，調整刻蝕速度調節溫度，時間24小時，直到基片表面外露出整齊10×50窗口陣列，窗口出現Si薄膜。

對濕刻的窗口Si薄膜涂覆5209光刻膠。首先從NaOH溶液中取出開窗的WAFER，浸入乙醇(50％)和去離子水(50％)混合液，洗滌清洗，3小時，并消除表面張力。對清洗后的開窗基片脫水，用氮氣(99.99％)從側面吹干。將開窗基片放于旋轉平臺，Si窗口滴入少許5209光刻膠，以4000rpm旋轉，10分鐘。取出基片，放入烘干箱90℃，烘10分鐘，取出。按基片的晶向裁減每個窗口，一個窗口為一片。