CN101819219A - 一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法 - Google Patents

一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101819219A
CN101819219A CN 201010165067 CN201010165067A CN101819219A CN 101819219 A CN101819219 A CN 101819219A CN 201010165067 CN201010165067 CN 201010165067 CN 201010165067 A CN201010165067 A CN 201010165067A CN 101819219 A CN101819219 A CN 101819219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
hsq
mask
etching
probe array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201010165067
Other languages
English (en)
Inventor
王少伟
陆卫
陈效双
俞立明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Awangsai Coating Technology (Shanghai) Co., Ltd.
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CN 201010165067 priority Critical patent/CN101819219A/zh
Publication of CN101819219A publication Critical patent/CN101819219A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明提出一种直接以倍半氧硅氢化物(HSQ)电子束光刻胶作为刻蚀掩模的高密度、超尖硅探针(tip)阵列的制备方法。通过电子束光刻方法进行曝光后显影形成HSQ的点阵图形，然后直接以HSQ为掩模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，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。本发明方法克服了传统制备方法需要氧化物层作为掩膜进行二次图形转移和额外的氧化、刻蚀工艺来锐化探针的不便，以及制备亚微米周期高密度硅探针阵列的困难，可以很容易地实现2.5×107/mm2以上高密度硅探针阵列。

Description

一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法
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
首先，直接将HSQ2旋涂在硅片1上，以5000转速/分的转速维持约1分钟，转速越高形成的薄膜厚度越薄。通常情况下，厚度不宜超过相应的周期，否则显影后形成的光刻胶结构由于高宽比过大而容易倒下失败。
然后，在120℃(适用范围：80～200℃)的热板或烘箱中热处理5分钟(适用范围：1～60分钟)，使HSQ胶中大部分有机溶剂挥发，再通过电子束光刻进行曝光后置于40℃(适用范围：30～80℃)的三甲胺(TMA)系列显影液(本实施例为238WA)里显影约1分钟。接着，采用反应离子刻蚀(RIE)在200W(适用范围：100～250W)的功率和50mT(适用范围：10～100mT)的压强下，通过SF6、O2和Ar混合气体进行刻蚀，其流量范围分别为1～30sccm、0～50sccm和0～30sccm。刻蚀的时间由周期和掩膜的尺寸决定，通过调节功率、压强和气体间的比例可以控制获得不同形貌和高宽比的探针。对于本实施例，恰好达到HSQ掩膜脱落的时间为12分钟，如图2中的插图所示。此时探针的尖端非常尖锐，只有几个纳米，如图2所示，不需要任何额外的氧化和腐蚀工艺来进一步锐化探针。最后，用HF腐蚀掉剩余的HSQ掩膜，形成500nm周期的硅探针阵列器件，其密度为4×106个/mm2。这是一种非常简单有效的制备高密度、超尖硅探针阵列的方法。
实施例2：400nm周期的硅探针阵列
首先，直接将HSQ旋涂在硅片上，以6000转速/分的转速维持约1分钟。然后，在120℃(适用范围：80～200℃)的热板或烘箱中热处理5分钟(适用范围：1～60分钟)，使HSQ胶中大部分有机溶剂挥发，再通过电子束光刻进行曝光后置于40℃(适用范围：30～80℃)的三甲胺(TMA)系列显影液(本实施例为238WA)里显影约1分钟。接着，采用反应离子刻蚀(RIE)在200W(适用范围：100～250W)的功率和50mT(适用范围：10～100mT)的压强下，通过SF6、O2和Ar混合气体进行刻蚀，其流量范围分别为1～30sccm、0～50sccm和0～30sccm。刻蚀的时间由周期和掩膜的尺寸决定，通过调节功率、压强和气体间的比例可以控制获得不同形貌和高宽比的探针。对于本实施例，恰好达到HSQ掩膜脱落的时间为10分钟，此时探针的尖端非常尖锐，只有几个纳米，如图3所示，无需任何额外的氧化和腐蚀工艺来进一步锐化针尖。最后，用HF腐蚀掉剩余的HSQ掩膜，形成400nm周期的硅探针阵列器件，其密度为6.25×106个/mm2。
实施例3：200nm周期的硅探针阵列
首先，直接将HSQ旋涂在硅片上，以8000转速/分的转速维持约1分钟。然后，在120℃(适用范围：80～200℃)的热板或烘箱中热处理5分钟(适用范围：1～60分钟)，使HSQ胶中大部分有机溶剂挥发，再通过电子束光刻进行曝光后置于40℃(适用范围：30～80℃)的三甲胺(TMA)系列显影液(本实施例为238WA)里显影约1分钟。接着，采用反应离子刻蚀(RIE)在200W(适用范围：100～250W)的功率和50mT(适用范围：10～100mT)的压强下，通过SF6、O2和Ar混合气体进行刻蚀，其流量范围分别为1～30sccm、0～50sccm和0～30sccm。刻蚀的时间由周期和掩膜的尺寸决定，通过调节功率、压强和气体间的比例可以控制获得不同形貌和高宽比的探针。对于本实施例，恰好达到HSQ掩膜脱落的时间为6分钟，此时探针的尖端非常尖锐，只有几个纳米，如图4所示，无需任何额外的氧化和腐蚀工艺来进一步锐化针尖。最后，用HF腐蚀掉剩余的HSQ掩膜，形成200nm周期的硅探针阵列器件，其密度为2.5×107个/mm2。

Claims (1)

1.一种高密度、超尖硅探针阵列的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A.将倍半氧硅氢化物旋涂在硅片上，转速≥3000rpm，其厚度不大于探针阵列周期；
B.在100～200℃的热板或烘箱中热处理1～30分钟，使倍半氧硅氢化物中大部分有机溶剂挥发；
C.通过电子束光刻进行曝光后，置于30～80℃的三甲胺系列显影液中显影约1分钟，形成单元尺寸≥10nm、周期≥20nm的HSQ点阵列；
D.采用反应离子刻蚀方法，通过SF6、O2和Ar混合气体进行刻蚀，其流量范围分别为1～30sccm、0～50sccm和0～30sccm，功率范围为100～250W，压强范围为：10～100mT，刻蚀的时间由周期和掩膜点阵单元的尺寸决定，为1～30min；
E.用HF腐蚀掉剩余的倍半氧硅氢化物掩膜，形成高密度、超尖硅探针阵列。
CN 201010165067 2010-04-29 2010-04-29 一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法 Pending CN101819219A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010165067 CN101819219A (zh) 2010-04-29 2010-04-29 一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010165067 CN101819219A (zh) 2010-04-29 2010-04-29 一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101819219A true CN101819219A (zh) 2010-09-01

Family

ID=42654389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010165067 Pending CN101819219A (zh) 2010-04-29 2010-04-29 一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101819219A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102012439A (zh) * 2010-10-12 2011-04-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 硅基自锐式afm探针的制备方法
CN103367561A (zh) * 2012-03-30 2013-10-23 清华大学 发光二极管的制备方法
CN108383078A (zh) * 2018-02-28 2018-08-10 清华大学 硅针阵列的制备方法
CN111943130A (zh) * 2020-07-10 2020-11-17 深圳市安瑞生物科技有限公司 纳米针阵列及其制备方法和应用
CN112162115A (zh) * 2020-09-04 2021-01-01 杭州探真纳米科技有限公司 一种大高宽比金刚石针尖afm探针的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1434461A (zh) * 2003-03-13 2003-08-06 东南大学 制备纳米管探针针尖的方法
US6696352B1 (en) * 2001-09-11 2004-02-24 Silicon Wafer Technologies, Inc. Method of manufacture of a multi-layered substrate with a thin single crystalline layer and a versatile sacrificial layer
CN101079331A (zh) * 2005-08-04 2007-11-28 中国科学院物理研究所 一种用于扫描隧道显微镜的隧道探针及其制备方法
CN101281795A (zh) * 2008-04-30 2008-10-08 大连理工大学 一种硅探针的制作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6696352B1 (en) * 2001-09-11 2004-02-24 Silicon Wafer Technologies, Inc. Method of manufacture of a multi-layered substrate with a thin single crystalline layer and a versatile sacrificial layer
CN1434461A (zh) * 2003-03-13 2003-08-06 东南大学 制备纳米管探针针尖的方法
CN101079331A (zh) * 2005-08-04 2007-11-28 中国科学院物理研究所 一种用于扫描隧道显微镜的隧道探针及其制备方法
CN101281795A (zh) * 2008-04-30 2008-10-08 大连理工大学 一种硅探针的制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Microelectronic Engineering》 20091231 M. Fleischer et al Nanocones on transparent substrates for investigations in scanning 1219-1221 1 第86卷, *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102012439A (zh) * 2010-10-12 2011-04-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 硅基自锐式afm探针的制备方法
CN102012439B (zh) * 2010-10-12 2013-08-07 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 硅基自锐式afm探针的制备方法
CN103367561A (zh) * 2012-03-30 2013-10-23 清华大学 发光二极管的制备方法
CN108383078A (zh) * 2018-02-28 2018-08-10 清华大学 硅针阵列的制备方法
CN111943130A (zh) * 2020-07-10 2020-11-17 深圳市安瑞生物科技有限公司 纳米针阵列及其制备方法和应用
CN111943130B (zh) * 2020-07-10 2021-06-29 深圳市安瑞生物科技有限公司 纳米针阵列及其制备方法和应用
CN112162115A (zh) * 2020-09-04 2021-01-01 杭州探真纳米科技有限公司 一种大高宽比金刚石针尖afm探针的制造方法
CN112162115B (zh) * 2020-09-04 2024-02-13 杭州探真纳米科技有限公司 一种大高宽比金刚石针尖afm探针的制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200118818A1 (en) Stretchable crystalline semiconductor nanowire and preparation method thereof
CN101819219A (zh) 一种高密度超尖硅探针阵列的制备方法
CN100593015C (zh) 一种表面纳米锥阵列及其制作方法
Yin et al. A soft lithography approach to the fabrication of nanostructures of single crystalline silicon with well‐defined dimensions and shapes
CN103359719B (zh) 石墨烯纳米窄带的制备方法
Dams et al. Homogeneous field emission cathodes with precisely adjustable geometry fabricated by silicon technology
CN101117208A (zh) 一种制备一维硅纳米结构的方法
JP4837465B2 (ja) シリコン微粒子含有液の製造方法およびシリコン微粒子の製造方法
CN102409399A (zh) 一种高质量石墨烯的制法
CN1215530C (zh) 一种硅纳米线的制作方法
CN101794072B (zh) 制备具有20纳米线宽以下纳米结构基质的方法
CN104743507B (zh) 一种在微器件表面区域性生长氧化锌纳米线阵列的方法
CN102328925A (zh) 高密度碳纳米管束的制备工艺
Makihara et al. Self-assembling formation of Ni nanodots on SiO2 induced by remote H2 plasma treatment and their electrical charging characteristics
CN100503883C (zh) 一种金刚石锥尖及其制作方法
CN101017778A (zh) 一种用负性电子抗蚀剂制备纳米电极的方法
CN102502605A (zh) 一种退化石墨烯氧化物的电诱导还原方法
JP2007182349A (ja) ナノチューブと量子ドットの製造方法
JP2004182537A (ja) ナノカーボン材料配列構造の形成方法
CN1326214C (zh) 基于半导体材料的纳米线制作方法
CN105019030B (zh) 石墨烯/六方氮化硼的高度晶向匹配堆叠结构及其制备方法
CN100367467C (zh) 常温下构筑高密度均匀分布硅纳米点、纳米线的方法
CN102241390B (zh) 一种制备悬浮纳米结构的方法
CN104401936B (zh) 一种在基片水平方向可控生长碳纳米管束的方法
JP2009120929A (ja) 基板への種付け処理方法、ダイヤモンド微細構造体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SHANGHAI SIZHENG AUTOMATIC CONTROL SYSTEM CO., LTD

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20101214

Address after: 200083 No. 500, Yutian Road, Shanghai

Applicant after: Shanghai Inst. of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences

Co-applicant after: Shanghai vision automatic control system Co., Ltd.

Co-applicant after: Awangsai Coating Technology (Shanghai) Co., Ltd.

Address before: 200083 No. 500, Yutian Road, Shanghai

Applicant before: Shanghai Inst. of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20100901