镀膜探针的圆片级制备方法及镀膜探针技术

本公开提供了一种镀膜探针的圆片级制备方法及镀膜探针，制备方法包括：在圆片级的衬底上形成针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜；形成针尖原胚结构和补偿结构；锐化针尖；背面各向异性深刻蚀体硅层；正面刻蚀埋氧层的裸露区域及体硅层；去除正面深刻蚀掩膜层和背面深刻蚀掩膜层，形成基座和悬臂梁；在针尖的表面镀膜，形成镀膜针尖，完成镀膜探针的圆片级制备。采用该种制备方法，实现了探针的可靠制备，该方法操作简单、可靠；通过优化薄膜沉积条件，实现三维结构中不同功能薄膜材料的保形沉积，可广泛应用于原子探针、纳米针尖阵列等的制作中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
镀膜探针的圆片级制备方法及镀膜探针


[0001]本公开涉及原子力显微镜领域，尤其涉及一种镀膜探针的圆片级制备方法及镀膜探针。

技术介绍

[0002]扫描探针显微镜(SPM，Scanning Probe Microscope)是一系列用于表征表面形貌、热、力、电、磁、光学等性能的具有原子级分辨率的分析仪器统称，被广泛应用于纳米技术、材料科学、表面科学、生物工程、高密度数据存储等领域。
[0003]SPM利用扫描探针获取信号，因此，扫描探针在SPM系统中至关重要。扫描探针由基座、微悬臂梁和固定在微悬臂梁自由端的纳米针尖组成，其中，纳米针尖为扫描探针的关键部件。首先，为准确反映样品表面信息，提高扫描探针显微镜的灵敏度，应保证纳米针尖尽量尖锐；其次，为使扫描探针可以对样品电、磁等特殊性能参数进行表征，纳米针尖表面需要沉积不同的功能层。
[0004]目前，制备特殊功能扫描探针的技术多种多样，例如，通过电镀等方法制备金属针尖，再通过粘结等方法与微悬臂梁结构结合制备探针或者通过聚焦离子束刻蚀、碳纳米管(Carbon Nano Tubes，CNT)沉积等结合镀膜工艺，实现具有特殊功能探针的制备。
[0005]但是，上述方法只能实现单个探针的制备，无法实现探针的规模化制备，且制备成本较高。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本公开提供了一种镀膜探针的制备方法及镀膜探针，以期至少部分地解决上述提及的技术问题之一。
[0007]本公开的一个方面提供了一种镀膜探针的圆片级制备方法，包括：r/>[0008]在圆片级的衬底上形成针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜；其中上述衬底自下而上依次包括体硅层、埋氧层和顶硅层；
[0009]以上述针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜为掩膜，刻蚀上述顶硅层，形成针尖原胚结构和补偿结构；
[0010]去除上述针尖图形掩膜和上述补偿结构图形掩膜，利用热氧化法锐化上述针尖原胚结构，形成针尖；
[0011]利用光刻技术刻蚀上述顶硅层至上述埋氧层；
[0012]在上述衬底的正面和上述衬底的背面形成正面深刻蚀掩膜层和背面深刻蚀掩膜层；
[0013]以上述背面深刻蚀掩膜层为掩膜，各向异性深刻蚀上述体硅层；其中，上述各向异性深刻蚀的刻蚀深度小于上述体硅层厚度；
[0014]以上述正面深刻蚀掩膜层为掩膜，刻蚀上述埋氧层的裸露区域及上述体硅层；
[0015]去除上述正面深刻蚀掩膜层、上述背面深刻蚀掩膜层和暴露的埋氧层；其中，带有
上述针尖和上述补偿结构的顶硅层相对于上述体硅层和上述埋氧层悬空的部分作为悬臂梁；其中，上述衬底的除所述悬臂梁和所述针尖以外的其它部分构成基座。
[0016]在上述针尖的表面镀膜，形成镀膜针尖，完成镀膜探针的制备。
[0017]根据本公开的实施例，上述以上述针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜为掩膜，刻蚀上述顶硅层，形成针尖原胚结构和补偿结构的步骤中，采用各向同性干法刻蚀或各向异性湿法腐蚀；其中，上述刻蚀或腐蚀的深度大于10μm，且小于上述顶硅层的厚度。
[0018]根据本公开的实施例，上述利用上述热氧化法锐化上述针尖原胚结构的步骤中，热氧化温度包括900℃～1100℃。
[0019]根据本公开的实施例，上述以背面深刻蚀掩膜层为掩膜，各向异性深刻蚀上述体硅层步骤中，上述各向异性深刻蚀包括湿法腐蚀或干法刻蚀。
[0020]根据本公开的实施例，上述在上述针尖的表面镀膜，形成镀膜针尖的步骤中，镀膜的方法包括：磁控溅射法或电子束蒸发法；
[0021]其中，上述磁控溅射法的溅射功率包括100W～300W；其中，上述磁控溅射法的上述衬底温度包括25℃～300℃。
[0022]根据本公开的实施例，上述镀膜探针的制备方法还包括：对镀膜后的器件进行退火处理；其中，上述退火温度包括200℃～700℃；其中上述退火时间包括0.5h～3h。
[0023]本公开的另一个方面提供了一种镀膜探针，包括：圆片级的衬底，自下而上依次包括体硅层、埋氧层、顶硅层；
[0024]镀膜针尖，包括由刻蚀上述顶硅层形成的针尖和上述针尖表面覆盖的镀膜；
[0025]补偿结构，由刻蚀上述顶硅层形成，用于提高刻蚀均匀性；其中，上述补偿结构呈脊型；其中，上述补偿结构与上述针尖间隔设置；
[0026]悬臂梁，由除上述针尖以外的处于悬空的上述顶硅层形成；
[0027]基座，由上述衬底的除上述悬臂梁和上述镀膜针尖以外的其它部分构成；其中，上述基座呈台阶型。
[0028]根据本公开的实施例，上述镀膜的材料包括金刚石、金、铂、钛、镍、金属合金、复合金属中的其中之一。
[0029]根据本公开的实施例，上述针尖的最细处的曲率半径小于10nm；
[0030]上述顶硅层的厚度包括：5μm～30μm；
[0031]上述埋氧层的厚度包括：0.5μm～2μm；
[0032]上述体硅层的厚度包括：200μm～600μm。
[0033]根据本公开的实施例，上述镀膜针尖的曲率半径小于30nm。
[0034]对于上述技术方案，相比于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中的一部分。
[0035](1)由于采用在衬底背面各向异性深刻蚀体硅层和衬底正面各向同性深刻蚀体硅层相结合的方法来形成悬臂梁的技术手段，使悬臂梁逐步悬空，应力缓慢释放，保证悬臂梁不会从根部发生断裂，因此，实现了探针的高可靠制备，该方法操作简单、可靠，可广泛应用于微机电系统悬空结构的制备中。
[0036](2)通过优化薄膜沉积条件，实现三维结构中不同功能薄膜材料的保形沉积，该方法操作简单、可靠性高，可广泛应用于原子探针、纳米针尖阵列等的制作中。
附图说明
[0037]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0038]图1示意性示出了根据本公开一实施例的镀膜探针的制备方法的流程示意图；
[0039]图2示意性示出了根据本公开一实施例的形成针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜的示意图；
[0040]图3示意性示出了根据本公开一实施例的形成针尖原胚结构和补偿结构的示意图；
[0041]图4示意性示出了根据本公开一实施例的形成二氧化硅层的示意图；
[0042]图5示意性示出了根据本公开一实施例的刻蚀掉部分顶硅层的示意图；
[0043]图6示意性示出了根据本公开一实施例的形成正面深刻蚀掩膜层和背面深刻蚀掩膜层的示意图；
[0044]图7示意性示出了根据本公开一实施例的正面刻蚀体硅层后衬底的示意图；
[0045]图8示意性示出了根据本公开一实施例的形成基座和悬臂梁的示意图；
[0046]图9示意性示出了根据本公开一实施例的形成镀膜针尖的示意图；以及
[0047]图10示意性示出了根据本公开一实施例的如图1中的制备方法得到的一种镀膜探针的示意图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镀膜探针的圆片级制备方法，其特征在于，包括：在圆片级的衬底上形成针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜；其中，所述衬底自下而上依次包括体硅层、埋氧层和顶硅层；以所述针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜为掩膜，刻蚀所述顶硅层，形成针尖原胚结构和补偿结构；去除所述针尖图形掩膜和所述补偿结构图形掩膜，利用热氧化法锐化所述针尖原胚结构，形成针尖；利用光刻、刻蚀技术刻蚀所述顶硅层至所述埋氧层；在所述衬底的正面和所述衬底的背面形成正面深刻蚀掩膜层和背面深刻蚀掩膜层；以所述背面深刻蚀掩膜层为掩膜，各向异性深刻蚀所述体硅层；其中，所述各向异性深刻蚀的刻蚀深度小于所述体硅层厚度；以所述正面深刻蚀掩膜层为掩膜，刻蚀所述埋氧层的裸露区域及所述体硅层；去除所述正面深刻蚀掩膜层、所述背面深刻蚀掩膜层和暴露的埋氧层；其中，带有所述针尖和所述补偿结构的顶硅层相对于所述体硅层和所述埋氧层悬空的部分作为悬臂梁；其中，所述衬底的除所述悬臂梁和所述针尖以外的其它部分构成基座。在所述针尖的表面镀膜，形成镀膜针尖，完成镀膜探针的制备。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述针尖图形掩膜和补偿结构图形掩膜为掩膜，刻蚀所述顶硅层，形成针尖原胚结构和补偿结构的步骤中，采用各向同性干法刻蚀或各向异性湿法腐蚀；其中，所述刻蚀或腐蚀的深度大于10μm，且小于所述顶硅层的厚度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述热氧化法锐化所述针尖原胚结构的步骤中，热氧化温度包括900℃～1100℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以背面深刻蚀掩膜层为掩膜，各向异性深刻蚀所述体硅层...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晋玲，刘美杰，朱银芳，杨富华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：