CN1653620A - 利用自对准工艺制造具有fet沟道结构的spm探针的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用自对准工艺制造具有场效应晶体管(FET)沟道结构的扫描探针显微镜(SPM)的探针的方法。所提供的方法包括：第一步骤，在衬底上形成第一形状的掩膜层，并在衬底中的除了由掩膜层所遮盖的区域以外的区域中形成源极区和漏极区；第二步骤，沿垂直于掩膜层的方向构图第一形状的光阻材料，并进行蚀刻工艺，以形成第二形状的掩膜层；以及第三步骤，蚀刻衬底中的除了由掩膜层遮盖的区域以外的区域以形成探针。所提供的方法将尖端的中心与源极区和漏极区之间存在的沟道中心对准，以实现数十纳米大小的尖端。从而，利用具有尖端的这种探针可以轻易制造纳米器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造用于具有场效应晶体管(FET)沟道结构的扫描探针显微镜(SPM)的探针的方法，并尤其涉及制造SPM的探针的方法，以便容易制造纳米器件。
背景技术
当今，随着对小型产品，如移动通信终端和电子笔记本的需求不断增加，也增加了对小型且高度集成的非易失记录介质的需求。由于难于减小现有硬盘的尺寸以及高度集成闪存，利用扫描探针的信息存储设备及其方法得到研究。
探针可以用在各种SPM技术中，例如，用在扫描隧道显微镜(STM)中，来通过探测由于施加到探针上的电压与施加到样本上的电压之间的差值而流动的电流，进行信息再现；用在原子力显微镜(AFM)中，该原子力显微镜(AFM)利用探针和样本之间的原子力；用在磁力显微镜(MFM)上，该磁力显微镜(MFM)利用样本的磁场和磁化的探针之间的力；用在扫描近场光学显微镜(SNOM)中，来改善由可见光线的波长造成的解析度的限制；以及用在静电力显微镜(EFM)中，该静电力显微镜(EFM)利用样本和探针之间的静电。
为了利用SPM技术高速记录和再现高密度的信息，应该探测到数十纳米的较小区域上存在的表面差异。另外，为了改善记录和再现速度，应该制造分布形状(array shape)的悬臂。
图1A和1B是根据韩国专利2001-45981的具有FET沟道结构的SPM探针的透视图和放大视图。
参照图1A，通过蚀刻半导体衬底20形成的杆状探针10从衬底20突出，在探针10和衬底20相连接的端部两侧上布置电极焊点20a和20b。
参照图1B，图1B为图1A中部分A的放大图，在探针10的V形尖端的端部处，源极区11和漏极区13形成在一个倾斜的表面上。另外，在源极区11和漏极区13之间形成一个沟道区12。
由于探针的尖端位于悬臂的端部，因此，难于制造分布形状的悬臂和数十纳米半径的尖端。在传统方法中，数十纳米半径的尖端是通过利用各种工艺如氧化工艺制造的，使得在悬臂上垂直地形成尖端。
然而，在形成几纳米高度的尖端时，光刻工艺的精度恶化，因此，难于形成具有较短沟道长度的源极区和漏极区。另外，即使在利用扩散工艺形成短沟道长度的情况下，也由于在光刻工艺中的对准误差而难于将短沟道的中心对准在尖端的端部处。
发明内容
本发明提供了一种利用自对准工艺制造具有场效应晶体管(FET)沟道结构的扫描探针显微镜(SPM)的探针的方法，以在端部处较短的沟道长度形成具有源极和漏极的尖端，并且使得沟道的中心在端部处对准。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造探针的方法，包括：第一步骤，在衬底上形成第一形状的掩膜层，并在衬底中的除了由掩膜层所遮盖的区域以外的区域中形成源极区和漏极区；第二步骤，沿垂直于掩膜层的方向构图第一形状的光阻材料，并进行蚀刻工艺，以形成第二形状的掩膜层；以及第三步骤，蚀刻衬底中的除了由掩膜层遮盖的区域以外的区域以形成探针。
优选的是，第一形状的掩膜层为条形掩膜层。
优选的是，第二形状的掩膜层是方形的掩膜层。
优选的是，第一步骤还包括执行热扩散工艺，以减小源极区与漏极区之间的距离。
当离子为n型离子时，衬底是p型衬底。当离子为p型离子时，衬底为n型衬底。
附图说明
图1A是示出在韩国专利2001-45981中公开的用于扫描探针显微镜(SPM)的探针的透视图；
图1B是图1A中的部分A的放大视图；
图2A到2I是说明根据本发明实施例的制造用于SPM的探针的方法的透视图；
图3和4是说明通过利用根据本发明制造的用于SPM的探针来再现信息的方法的视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明。
图2A到2I是说明根据本发明实施例的制造具有场效应晶体管(FET)沟道结构的探针的方法的透视图。
该方法包括：形成源极区和漏极区，将掩膜蚀刻成预定形状，以及形成探针。在此，本发明利用自对准工艺，其中，用于形成源极区和漏极区的掩膜用作蚀刻工艺中的掩膜，从而形成探针。
为了形成源极区S和漏极区D，分别进行如图2A和2B所示的光刻工艺和离子注入工艺。
首先，如图2A所示，掩膜层33a形成在衬底31上，而光阻材料35a涂敷在掩膜层33a上。此后，条形掩膜28a布置在光阻材料35a上，并进行曝光、显影、蚀刻工艺。
接着，如图2B所示，在除了条形掩膜层33a的区域上进行离子注入工艺，从而形成源极区32和漏极区34。
当衬底31是n型衬底时，源极区32和漏极区34掺杂有p型离子。当衬底31是p型衬底时，源极区32和漏极区34掺杂有n型离子。
如图2F所示，由于位于尖端30上的掩膜层33c将在形成尖端30时的蚀刻工艺中作为掩膜，所以图2B的掩膜层33b的宽度应保持在预定尺寸。从而，在图2A的光刻工艺中，对减小条形掩膜层33a的宽度存在限制。
另外，如图2H所示，由于源极区32和漏极区34之间的沟道区域36的宽度取决于图2G中的掩膜层33c的宽度，在图2G中的离子注入工艺之后，进行额外的退火工艺，以便减小沟道区域36的宽度。于是，在源极区32和漏极区34之间的沟道区域36的长度减小，同时保持掩膜层33g的宽度。
此后，如图2C和2D所示，进行光刻工艺和蚀刻工艺，以便将掩膜层33b的形状改变成矩形。
参照图2C，在衬底31上涂敷光阻材料35c，以覆盖掩膜层33b，并且在其上以垂直于掩膜层33b的方向排布条形掩膜38c。此后，进行曝光、显影和蚀刻工艺，以便光阻材料35c被构图成垂直于掩膜层33b的条形光阻材料35d，如图2D所示。
参照图2D，掩膜层33b中未被条形光阻材料35d覆盖的区域被干法蚀刻。于是，掩膜层33b的曝光的部分被去除，从而形成矩形掩膜层33c，如图2E所示。
此后，参照图2E，进行蚀刻工艺，以形成矩形掩膜层33c，并去除条形光阻材料35d。
接着，通过利用矩形掩膜层33c进行湿法或干法蚀刻来形成尖端，如图2F所示，从而形成探针。
参照图2G，源极区32和漏极区34形成在尖端30的倾斜表面上，而掩膜层33c位于尖端30的尖峰处。当去除掩膜层33c之后进行热扩散工艺时，探针的尖端30的尖峰可以成尖锐的，并且沟道36的长度可以减小。
参照图2H，掺杂在尖端30的沟道区域36的左侧和右侧上的硅层，以扩大源极区32和漏极区34。另外，绝缘层37连接到源极区32和漏极区34上，以便绝缘衬底31上表面的各部分。
参照图2I，衬底31的背面被蚀刻，以便解脱(release)悬臂。
在此，绝缘层37沉积在硅衬底31的各部分上，而形成在绝缘层37上的电极39分别连接到源极区32和漏极区34上。悬臂41从衬底31上的硅层伸出，而尖端30沿垂直方向形成在悬臂41的表面上。
根据本发明制造探针的方法使用自对准工艺，该工艺将形成源极区32和漏极区34的掩膜层用作形成探针的尖端30的掩膜。另外，图2A到2I所示的工艺可以用来制造形状不同于图2I所示形状的探针。
此后，参照图3和图4描述利用由根据本发明的方法制造的探针再现和记录信息的方法。
参照图3，当探针30位于包括介电层47的记录介质40的正表面电荷之上时，少数载流子、电子的沟道由表面电荷所产生的电场形成在尖端30的端部。因此，可以从由源极区32的电压和漏极区34的电压之间的差造成流动的电流中探测到表面电荷。
参照图4，当探针30位于记录介质40的介电层47之上，且相同电压施加到源极区32、漏极区34和尖端30的主体部分上时，由于底部电极49和尖端30之间会聚的电场而造成介电层被极化。于是，信息记录在记录介质的表面上。
根据本发明的制造探针的方法利用自对准工艺实现了在尖端处具有较短沟道长度的晶体管，其中，该晶体管垂直地形成在探针悬臂的端部处，而自对准工艺将沟道的中心布置在尖端的中心处。因此，本发明的方法可以用来轻易制造利用扫描探针技术的纳米器件，该技术可以探测记录介质较小区域上存在的少量表面电荷。
另外，在使用根据本发明的探针、利用扫描探针技术，在大容量且小尺寸的记录设备上记录信息或从其上再现信息时，可以轻易再现由极化的铁电体产生的少量电荷，并可以通过产生极化来轻易记录(电荷)。
本发明的附图和说明书仅用来说明，而不用于限定所附权利要求书中陈述的本发明的范围。
例如，根据本发明，本领域技术人员可以利用各种形状的探针来制造记录和再现信息的设备。
工业应用性
如上所述，制造探针的方法使得尖端的中心与源极区和漏极区之间现存的沟道中心对准，从而实现数十纳米大小的尖端。因此，利用具有尖端的探针可以轻易制造纳米器件。
Claims (6)
1.一种制造探针的方法，该方法包括：
第一步骤，在衬底上形成第一形状的掩膜层，并且在衬底中的除了由掩膜层遮盖的区域以外的区域内形成源极区和漏极区；
第二步骤，沿着垂直于掩膜层的方向构图第一形状的光阻材料，并进行蚀刻工艺，以形成第二形状的掩膜层；以及
第三步骤，蚀刻衬底中的除了由掩膜层所遮盖的区域以外的区域，以形成探针。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第一形状的掩膜层是条形掩膜层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，第二形状的掩膜层是方形掩膜层。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第一步骤还包括进行热扩散工艺，以减小源极区和漏极区之间的距离。
5.如权利要求1所述的方法，其中，离子是n型离子，而衬底是p型衬底。
6.如权利要求1所述的方法，其中，离子是p型离子，而衬底是n型衬底。
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