[发明专利]一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体硅材料制造工艺技术，具体是指一种直接以倍半氧硅氢化物(HSQ)为刻蚀掩模的高密度、超尖硅探针(tip)阵列的制备方法。

背景技术

硅探针广泛应用于场发射体及原子力显微镜(AFM)、扫描探针显微镜(SPM)和相关探针扫描技术的探针(见文献【1】)，同时也被用作碳纳米管、GaN涂层、纳米级金刚石颗粒和类金刚石薄膜的生长模板(见文献【2】、【3】)。针尖尺寸在纳米量级的超尖硅在上述领域有着日益增长的需求(见文献【4】)。

然而，几乎所有现有的技术都需要氧化物层作掩膜进行二次图形转移，只能制备微米以上周期的探针阵列，对于亚微米周期的高密度探针阵列制备依然是一个挑战。通常硅探针的制作工艺如下：

首先，通过PECVD等方法在衬底上生长一层氧化硅或氮化硅。然后，在此氧化物或氮化物上旋涂一层UVN30等负胶。电子束曝光后显影形成UVN30等负胶的点阵图形，以UVN30等负胶为掩模对图形区域的氧化硅进行各向异性刻蚀，将UVN30等负胶的图形转移到氧化硅层上。接着以剩余的UVN30和氧化硅作为掩模，对硅进行各向同性刻蚀，在对硅进行纵向刻蚀的同时进行横向刻蚀，形成硅探针阵列(见文献【4】)。此时得到的探针针尖较粗，需通过进一步的氧化工艺和腐蚀工艺来锐化针尖，使其达到纳米量级(见文献【2】、【4】)。

上述背景技术中所引用的文献为：

【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

发明内容

为了克服上述高密度、超尖硅探针阵列的制备困难，本发明提出一种直接以HSQ为刻蚀掩模的高密度、超尖硅探针阵列的制备方法，此方法可以制备出百纳米周期的超尖硅探针阵列，尖宽只有几纳米，而且无需任何额外的氧化/腐蚀工艺来进一步锐化针尖。

本发明方法直接以倍半氧硅氢化物(HSQ)2为电子束光刻胶和刻蚀掩膜。首先，将HSQ2旋涂在硅片1上，如图1(b)所示，通过电子束光刻方法进行曝光后显影形成HSQ的点阵图形3。然后，以HSQ为掩模直接对硅进行各向同性刻蚀，通过控制刻蚀条件，可使针尖最尖、同时HSQ即将或自动脱落，形成硅探针阵列4，针尖达到几个纳米，无需任何额外的氧化和腐蚀等锐化工艺，非常简单。

本发明方法所采用的HSQ电子束光刻胶由H₂SiO₃的重复单元组成，经过热处理或电子束曝光后，会转变成SiO₂类结构，因此，可以同时直接用作硅的刻蚀掩模。这样，就省掉了电子束光刻胶的图形转移到氧化物掩模的过程。另外，HSQ的分辨率非常，可以达到6nm。由于掩模的厚度和尺寸均由HSQ控制，从而使得纳米周期的硅探针阵列制备成为可能，所以特别适合于高密度硅探针阵列的制备，其周期至少可以做到百纳米量级，它的密度比相关文献报道的密度大很多。这也是本发明方法的优势之一。

附图说明

图1为硅探针制备工艺过程示意图。

图2为实施例1周期为500nm的硅探针阵列的SEM图像，嵌入的插图为将HSQ掩膜用HF酸清洗掉之前的图像。

图3为实施例2周期为400nm的硅探针阵列的SEM图像。

图4为实施例3周期为200nm的硅探针阵列的SEM图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细介绍：

实施例1：500nm周期的硅探针阵列