[發明專利]一種高密度超尖硅探針陣列的制備方法

無效

• 申請號: 201010165067.2
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101819219A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 王少偉;陸衛;陳效雙;俞立明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01Q60/38
• 分類號: G01Q60/38
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及半導體硅材料制造工藝技術，具體是指一種直接以倍半氧硅氫化物(HSQ)為刻蝕掩模的高密度、超尖硅探針(tip)陣列的制備方法。

背景技術

硅探針廣泛應用于場發射體及原子力顯微鏡(AFM)、掃描探針顯微鏡(SPM)和相關探針掃描技術的探針(見文獻【1】)，同時也被用作碳納米管、GaN涂層、納米級金剛石顆粒和類金剛石薄膜的生長模板(見文獻【2】、【3】)。針尖尺寸在納米量級的超尖硅在上述領域有著日益增長的需求(見文獻【4】)。

然而，幾乎所有現有的技術都需要氧化物層作掩膜進行二次圖形轉移，只能制備微米以上周期的探針陣列，對于亞微米周期的高密度探針陣列制備依然是一個挑戰。通常硅探針的制作工藝如下：

首先，通過PECVD等方法在襯底上生長一層氧化硅或氮化硅。然后，在此氧化物或氮化物上旋涂一層UVN30等負膠。電子束曝光后顯影形成UVN30等負膠的點陣圖形，以UVN30等負膠為掩模對圖形區域的氧化硅進行各向異性刻蝕，將UVN30等負膠的圖形轉移到氧化硅層上。接著以剩余的UVN30和氧化硅作為掩模，對硅進行各向同性刻蝕，在對硅進行縱向刻蝕的同時進行橫向刻蝕，形成硅探針陣列(見文獻【4】)。此時得到的探針針尖較粗，需通過進一步的氧化工藝和腐蝕工藝來銳化針尖，使其達到納米量級(見文獻【2】、【4】)。

上述背景技術中所引用的文獻為：

【1】Ching-Hsiang?Tsai，Shi-Pu?Chen，Gen-Wen?Hsieh，Chao-Chiun?Liang，Wei-Chih?Lin，Shi-Jun?Tseng?and?Chuen-Horng?Tsai，Nanotechnology?16(2005)S296

【2】M.Hajra，N.N.Chubun，A.G.Chakhovskoi，C.E.Hunt，K.Liu，A.Murali，S.H.Risbud，T.Tyler?and?V.Zhirnov，J.Vac.Sci.Technol.B21(2003)458.

【3】I.W.Rangelow，St.Biehl，J.Vac.Sci.Technol.B19(2001)916.

【4】Jiarui?Tao，Yifang?Chen，Adnan?Malik，Ling?Wang，Xingzhong?Zhao，Hongwei?Li，Zheng?Cui，Microelectronic?Engineering?78(2005)147

發明內容

為了克服上述高密度、超尖硅探針陣列的制備困難，本發明提出一種直接以HSQ為刻蝕掩模的高密度、超尖硅探針陣列的制備方法，此方法可以制備出百納米周期的超尖硅探針陣列，尖寬只有幾納米，而且無需任何額外的氧化/腐蝕工藝來進一步銳化針尖。

本發明方法直接以倍半氧硅氫化物(HSQ)2為電子束光刻膠和刻蝕掩膜。首先，將HSQ2旋涂在硅片1上，如圖1(b)所示，通過電子束光刻方法進行曝光后顯影形成HSQ的點陣圖形3。然后，以HSQ為掩模直接對硅進行各向同性刻蝕，通過控制刻蝕條件，可使針尖最尖、同時HSQ即將或自動脫落，形成硅探針陣列4，針尖達到幾個納米，無需任何額外的氧化和腐蝕等銳化工藝，非常簡單。

本發明方法所采用的HSQ電子束光刻膠由H₂SiO₃的重復單元組成，經過熱處理或電子束曝光后，會轉變成SiO₂類結構，因此，可以同時直接用作硅的刻蝕掩模。這樣，就省掉了電子束光刻膠的圖形轉移到氧化物掩模的過程。另外，HSQ的分辨率非常，可以達到6nm。由于掩模的厚度和尺寸均由HSQ控制，從而使得納米周期的硅探針陣列制備成為可能，所以特別適合于高密度硅探針陣列的制備，其周期至少可以做到百納米量級，它的密度比相關文獻報道的密度大很多。這也是本發明方法的優勢之一。

附圖說明

圖1為硅探針制備工藝過程示意圖。

圖2為實施例1周期為500nm的硅探針陣列的SEM圖像，嵌入的插圖為將HSQ掩膜用HF酸清洗掉之前的圖像。

圖3為實施例2周期為400nm的硅探針陣列的SEM圖像。

圖4為實施例3周期為200nm的硅探針陣列的SEM圖像。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細介紹：

實施例1：500nm周期的硅探針陣列