[发明专利]用于制造纳电子机械系统探针的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月26日提交的、标题为“Systems and Methods for Manufacturing Nano-Electric-Mechanical-System Probes”的美国临时专利申请第62/121,208号的优先权，该申请的整个公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于制造用于扫描探针显微镜检查的多个集成尖端探针的系统和方法。

背景技术

为了实现低功率、高性能电子器件，形成超大规模集成(VLSI)电路的构建块的晶体管的大小大幅度地缩小。然而，工具分辨率和灵敏度一直仍是半导体器件故障隔离和分析的主要挑战。随着晶体管继续按比例缩小到10nm节点及更小，众所周知的光学显微镜检查技术由于波长限制不再起作用。例如，常规的故障分析方法涉及聚焦离子束(FIB)沉积垫或扫描电子显微镜(SEM)的使用。然而，来自FIB和SEM的微小电荷电流不利地影响测量结果。来自FIB和SEM的感应电荷甚至可能破坏超薄晶体管隧穿栅极氧化物层。除此之外，无源电压对比(PVC)技术缺乏识别有故障的通孔和触点的灵敏性。

单尖端扫描探针显微镜检查，比如原子力探测(AFP)和原子力显微镜检查(AFM)，是用于无损地确定IC芯片故障的根本原因的强有力的工具，包括扩展到亚10nm节点体制。然而，AFM有效性严重地受其单尖端设计的限制。结果，存在于薄膜材料和器件中的一系列基本现象是达不到的。仅作为一个例子，薄膜中的错位和颗粒边界的效应不能被表征，因为在纳米尺度上执行跨导(两个尖端之间的传导)测量的能力是关键的差距。跨导将通过提供对于局域态密度、尖端-样本耦合、输运机制、散射相移以及电子的非弹性平均自由程的了解来使得能够更丰富地理解电子如何输运和与它们的环境相互作用。

多尖端SPM已经被作为克服单尖端SPM的固有限制的一种方式提出。然而，建造合适的多尖端SPM一直存在重大挑战。以前的多尖端SPM的方法一直依赖于独立的宏观地制作的探针。这些平台是复杂的，难以致动，并且具有有限的按比例缩小。它们的制造也是极其昂贵的。

因此，在本领域中持续存在对既成本有效的、又容易针对它们将被用于的特定调查制造和功能化的多尖端SPM的需要。此外还需要制造多个集成尖端探针的高效的且成本有效的方法。

发明内容

本公开针对用于制造用于扫描探针显微镜检查的多个集成尖端(MiT)探针的系统和方法。MiT探针是将机械和电功能集成在针对特定调查定制和功能化的整体制作的纳米结构中的纳电子机械系统(NEMS)。MiT扫描探针显微镜提供可被放置在彼此纳米内的两个或更多个整体集成的悬臂尖端与用来放大信号的整体集成的晶体管。结果，MiT SPM能够在不需要激光尖端对齐的情况下执行原子力显微镜检查。此外，MiT SPM能够对其中集成的尖端中的至少两个与样本直接接触或紧邻的表面进行纳米探测。

根据一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括可移动探针尖端，其包括端子探针端，其中可移动探针尖端包括贴附到支撑层的金属层，该金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。

根据实施例，显微镜探针包括第一致动器和检测组件，第一致动器被构造成使可移动探针尖端沿着第一轴移置，检测组件被构造成响应于施加的信号来检测可移动探针尖端的运动。

根据实施例，金属是铂、金、钨或镍。

根据实施例，支撑层是硅、二氧化硅或氮化硅。

根据实施例，显微镜探针包括其中每个包括端子探针端的多个探针尖端，所述多个探针尖端中的每个进一步包括贴附到支撑层的金属层，该金属层在端子探针端处的至少部分延伸超过支撑层。

根据实施例，探针进一步包括定位在所述多个探针尖端中的每个之间的绝缘叉指式结构。

根据一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括多个探针尖端以及定位在所述多个探针尖端中的每个之间的绝缘叉指式结构。

根据实施例，探针包括第一致动器和检测组件，第一致动器被构造成使所述多个探针尖端中的至少一个沿着第一轴移置，检测组件被构造成响应于施加的信号来检测所述多个探针尖端中的所述至少一个的运动。

根据一方面，一种被构造成对样本进行分析的显微镜探针。该显微镜探针包括：(i)第一探针尖端；以及(ii)第二探针尖端，其定位在离第一探针尖端第一距离处，其中第二探针尖端垂直定位在第一探针尖端的下面。