[發(fā)明專利]圓片級納米針尖及其制作方法

有效

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• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112986622B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 劉美杰;楊晉玲;朱銀芳;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01Q70/08
• 分類號: G01Q70/08;G01Q70/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發(fā)明提供一種圓片級納米針尖及其制作方法，方法包括：刻蝕硅基襯底，得到第一針尖原胚，其中，第一針尖原胚的最細處尺寸為微米或者亞微米尺度；對第一針尖原胚進行第一熱氧化，去除第一針尖原胚的表面缺陷，刻蝕第一熱氧化后的第一針尖原胚得到第二針尖原胚；對第二針尖原胚進行至少一次第二熱氧化，使第二針尖原胚進入自限制熱氧化階段，直到第二針尖原胚的針尖曲率半徑達到一臨界值，得到圓片級納米針尖，其中，每次第二熱氧化后均對第二針尖原胚進行刻蝕。本發(fā)明通過高溫熱氧化工藝和低溫熱氧化工藝相結合的方法，先去除納米針尖原胚的表面缺陷，再對圓片范圍內的納米針尖尺寸進行精確控制，實現(xiàn)了納米針尖的高成品率規(guī)模化制作。

技術領域

本發(fā)明涉及MEMS(微機電系統(tǒng))制造及工程領域技術領域，尤其涉及一種圓片級納米針尖及其制作方法。

背景技術

隨著材料科學、生物工程、高密度數(shù)據(jù)存儲、納米技術等領域不斷發(fā)展，掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等一系列掃描探針顯微鏡(SPM)相繼誕生。人類實現(xiàn)了對導體、半導體及絕緣材料表面的原子級觀察。

SPM系統(tǒng)通過檢測掃描探針針尖與掃描樣品之間的相互作用力成像，其中，掃描探針是SPM系統(tǒng)的核心部件，直接決定成像質量。掃描探針由基座、微懸臂梁和固定在微懸臂梁自由端的納米針尖組成，其中，納米針尖為掃描探針的最關鍵部件。為準確反映樣品表面形貌，提高掃描探針顯微鏡的靈敏度，應保證納米針尖盡量尖銳。

目前，制備納米探針的技術多種多樣，例如，通過干法刻蝕、濕法腐蝕等微納加工工藝，可以實現(xiàn)納米級針尖制作，但是針尖尺度一致性和成品率依然不高，導致制作成本高；通過聚焦離子束刻蝕或碳納米管(CNT)沉積等工藝只能實現(xiàn)單個納米針尖的制備，無法實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

針對于現(xiàn)有的技術問題，本發(fā)明提供一種圓片級納米針尖及其制作方法，用于至少部分解決以上技術問題。

(二)技術方案

本發(fā)明提供一種圓片級納米針尖制作方法，包括：刻蝕硅基襯底1，得到第一針尖原胚4，其中，第一針尖原胚4的最細處尺寸為微米或者亞微米尺度；對第一針尖原胚4進行第一熱氧化，去除第一針尖原胚4的表面缺陷，刻蝕第一熱氧化后的第一針尖原胚4得到第二針尖原胚5；對第二針尖原胚5進行至少一次第二熱氧化，使第二針尖原胚5進入自限制熱氧化階段，直到第二針尖原胚5的針尖曲率半徑達到一臨界值，得到圓片級納米針尖9，其中，每次第二熱氧化后均對第二針尖原胚5進行刻蝕。

可選地，第一熱氧化的溫度高于或等于第二熱氧化的溫度。

可選地，在刻蝕硅基襯底1之前，圓片級納米針尖制作方法還包括：在硅基襯底1上制備掩膜層2，刻蝕掩膜層2形成掩膜圖形3和掩膜補償圖形10。

可選地，從圓片的邊緣到中心，刻蝕尺寸漸變的掩膜圖形3。

可選地，刻蝕掩膜層2形成掩膜補償圖形10包括：獲取硅基襯底1不同區(qū)域刻蝕速率變化規(guī)律，計算刻蝕速率變化規(guī)律與刻蝕暴露比的關系，得到圓片不同位置的掩膜補償圖形10的尺寸。

可選地，刻蝕掩膜層2形成掩膜圖形3包括：形成圓形、方形或者多邊形中任意一種形狀的掩膜圖形3。

可選地，在硅基襯底1上制備掩膜層2包括：制備光刻膠層，氧化硅層或者氮化硅層中的任意一種。

可選地，第一熱氧化的溫度范圍為1000℃～1200℃，第二熱氧化的溫度范圍為900℃～1100℃。

可選地，刻蝕硅基襯底1，得到第一針尖原胚4包括：通過干法刻蝕或者濕法腐蝕硅基襯底1，得到第一針尖原胚4；刻蝕第一熱氧化后的第一針尖原胚4得到第二針尖原胚5包括：通過干法刻蝕或者濕法腐蝕第一針尖原胚4得到第二針尖原胚5。