KR100695623B1 - 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 100㎚ 이하의 극소 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터가 내장된 원자간력 현미경용 캔틸레버를 구현할 수 있어, 바이오 분자를 분석할 수 있고, 극소 채널로 야기되는 쇼트 채널(Short channel) 효과의 발생을 방지할 수 있으며, 탐침의 종횡비를 크게 하여, 정보의 센싱도를 향상시키는 원자간력 현미경용 캔틸레버 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법은 (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 불순물 주입으로 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상부에 동일한 두께의 포지티브 포토레지스트를 도포하여 탐침의 첨두부만 보이도록 하거나 포지티브 포토레지스트를 두껍게 도포한 후에 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (d) 상기 포지티브 포토레지스트 상부에 네거티브 포토레지스트를 도포한 후에 마스크를 패터닝하여 탐침의 첨두부의 상기 네거티브 포토레지스트를 제거하는 단계; (e) 상기 네거티브 포토레지스트가 제거된 탐침의 첨두부에만 금속점을 증착하는 단계; 및 (e) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법은 바이오 분자들 간의 상호작용에 따른 전기적 효과를 측정함으로써 단일 분자를 탐침에 부착하는 장점이 있고, 수신 감도가 증대되는 효과가 있다.
AFM, 캔틸레버, 전하량 측정, 종횡비, 현미경, 트랜지스터
Description
도 1a 내지 1i은 본 발명에 따른 원자간력 현미경용 캔틸레버 제조방법의 일부 공정도.
도 2는 도 1h의 평면도.
도 3a 내지 3d는 도 2의 A-A'선 단면도.
도 4는 도 3e 공정이 완료된 상태의 평면도.
도 5는 도 3e의 이후 공정을 평면도로 도시한 도면.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정도.
도 7a 내지 7d는 본 발명에 의한 원자간력 현미경용 캔틸레버에 금속막을 형성하기 위한 공정 단면도.
도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 수직 종횡비가 큰 원자간력 현미경용 캔틸레버의 개략적인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110,130 : 실리콘층 120,141,142,151,152 : 절연막
131a,204,300 : 탐침 153 : 폴리실리콘층
154,910,920,930 : 포토레지스트막 157,161 : 마스크 패턴
171 : 채널영역 191 : 불순물 도핑영역
203 : 채널 210 : 소스
220 : 드레인 820 : 금속점
본 발명은 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 100 ㎚ 이하의 극소 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터가 내장된 원자간력 현미경용 캔틸레버를 구현할 수 있어, 바이오 분자를 분석할 수 있고, 극소 채널로 야기되는 쇼트 채널(Short channel) 효과의 발생을 방지할 수 있으며, 탐침의 종횡비를 크게 하여, 정보의 센싱도를 향상시키는 원자간력 현미경용 캔틸레버 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래에 원자간력 현미경을 이용하여 바이오 분자들을 연구할 때 중요한 센서 부분은 캔틸레버이다. 이 캔틸레버는 일반적으로 실리콘(Si), 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4)과 같은 재질을 갖는 것에 금(Au)을 코팅하여 사용한다.
바이오 물질들의 대부분은 금 표면에 아주 잘 붙는 성질이 있어서 어떠한 특정 기를 캔틸레버에 붙이기 위해서는 금이 코팅된 캔틸레버에 원하는 분자와 잘 결합할 수 있는 물질을 코팅하여 사용한다. 이러한 캔틸레버를 이용하여 여러 분자가 붙어 있는 캔틸레버를 이용하여 바이오 분자 분석에 사용하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0366701호에는 "전계 효과 트랜지스터 채널 구조가 형성된 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침 및 그 제작 방법"에 대하여 개시되어 있다. 이것은 소스와 드레인이 형성된 캔틸레버를 절연체가 형성된 시료에 수직으로 부착시킨 후 소스에 전압을 가하면 시료 표면의 전하 분포에 따라 드레인에 흐르는 전류의 양이 변한다는 것이다. 그러나, 제작된 소자의 특성을 측정한 결과 일반적인 MOSFET 디바이스 특성을 보여주었으나, 이를 이용하여 실제로 표면 전하 분포를 읽은 예는 없었다.
대한민국 공개특허 제2003-0041725호에는 "원자간력 현미경용 단일/멀티 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법"은 일반적인 마이크로머시닝 기술에 반도체 소자 제작 공정을 응용하여 소스와 드레인 사이의 유효 채널 길이를 줄임으로써 감도를 높일 수 있었고, 한 몸체에 여러 개의 캔틸레버가 존재할 수 있는 어레이 타입으로 구성이 가능하게 되었다. 그러나, 상기 종래의 캔틸레버는 아주 국부 영역에 금이 코팅되어 있지 못하여 단일 분자에 대한 상호작용 등을 알아낼 수 없었다. 이러한 단일 분자 상호작용 연구는 신약 개발에 아주 중요한 역할을 할 수 있음에도 아직 까지는 정확한 단일 분자 상호작용을 볼 수 없는 문제를 가지고 있다.
종래기술인 대한민국 공개특허 제2003-0041726호에는 "원자간력 현미경용 고해상도 단일/멀티 캔틸레버 탐침 및 그의 제조방법"의 경우는 뾰족한 팁이 형성되어 보다 국부적인 영역에서도 시료 표면의 전하 분포를 읽을 수 있는 형태로 제안되었다. 또한, 상기 종래기술의 경우 캔틸레버가 액체 상태에서 구동을 할 경우 소스와 드레인 영역이 액체 상태에 노출이 되어 채널이 액체로 된다. 따라서 액체 상태에서 이러한 캔틸레버를 사용하기 위해서는 뾰족한 탐침부에서만 채널 효과가 이루어지도록 할 필요가 있다. 단일 바이오 분자들의 상호작용 또는 단일 바이오 분자와 셀(cell) 간의 상호 작용을 알기 위해서는 탐침부가 고 종횡비가 되어야만 하는데 이러한 고 종횡비를 가지면서 미세한 전류 변화를 전송할 수 있는 탐침부가 내재되어 있는 캔틸레버는 없었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오 분자들 간의 상호작용에 따른 전기적 효과를 측정함으로써 단일 분자를 탐침에 부착하는 장점이 있고, 수신 감도가 증대되는 효과가 나타나도록 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 캔틸레버 지지대; 상기 캔틸레버 지지대상에 위치하며 일측이 부상된 캔틸레버 아암; 상기 캔틸레버 아암 선단에 위치한 탐침; 상기 탐침 하부의 캔틸레버 아암에 위치한 채널; 상기 채널의 양측면에 각각 위치한 소스 및 드레인; 및 상기 탐침의 첨두부에 위치한 금속점을 포함하여 이루어지는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 다른 목적은 (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 불순물 주입으로 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상부에 동일한 두께의 포지티브 포토레지스트를 도포하여 탐침의 첨두부만 보이도록 하거나 포지티브 포토레지스트를 두껍게 도포한 후에 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (d) 상기 포지티브 포토레지스트 상부에 네거티브 포토레지스트를 도포한 후에 마스크를 패터닝하여 탐침의 첨두부의 상기 네거티브 포토레지스트를 제거하는 단계; (e) 상기 네거티브 포토레지스트가 제거된 탐침의 첨두부에만 금속점을 증착하는 단계; 및 (e) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에서 제시하는 캔틸레버는 액체 상태의 단일분자간 또는 단일분자와 셀과의 상호작용중에 일어나는 미세한 전류 변화를 측정할 수 있도록 전계효과 트랜지스터가 내장된 원자간력 현미경 캔틸레버이면서 캔틸레버에 단일 분자만을 붙일 수 있어서 보다 좋은 감도의 상호작용을 측정할 수 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1a 내지 1i는 본 발명에 따른 수직 종횡비가 큰 원자간력 현미경 탐침 제조방법의 일부 공정도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 실리콘층(110), 제 1 절연막(120)과 제 2 실리콘층(130)이 순차적으로 적층된 SOI(Silicon on Insulator) 기판의 상, 하부 각각에 제 1 상부 절연막(141), 제 1 하부 절연막(142)을 형성한다. 상기 절연막(141, 142)은, 예를 들어 실리콘 산화막으로서 물을 이용한 습식산화 공정을 통해 약 1 ㎛의 두께로 형성한다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 상부 절연막(141)의 상부에 포토레지스트막(150)을 형성하고 사진 식각(Photolithography)과 건식 식각을 통해 탐침을 형성하기 위한 패턴을 형성한다.
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 탐침을 형성하기 위한 패턴을 형성한 후에 상기 제 1 상부 절연막(141) 상부에 형성된 상기 포토레지스트막을 제거한 것이다. 상기 포토레지스트막을 제거하는 방법은 H2SO4와 H2O2를 4:1의 비율로 하여 120℃에 서 10분 이상 가열하는 것이 바람직하며, 상기 방법 외에도 상기 포토레지스트막이 제거되지 않을 경우에는 O2 플라즈마(Oxygen Plasma) 방법으로 감광막을 태워 제거할 수 있다.
도 1d는 상기 제 2 실리콘층(130)을 건식 식각한 것으로 SF6 가스 를 사용한다. 상기 제 2 실리콘층(130)이 4.0±0.5 마이크로미터(㎛) 두께로 적층되어 있을 경우 3.6±0.5 마이크로미터 높이의 탐침을 형성함이 바람직하다.
도 1e는 사진 공정을 거쳐 얻어진 상부의 제 1 상부 절연막(141)과 하부의 제 1 하부 절연막(142)을 식각한 것이다. 식각은 BHF(Buffered HF)와 H2O를 7:1의 부피 비율로 혼합한 용액을 사용하는 습식 식각 방법을 실시한다. 이 때 탐침 모양이 형성되며 콘 모양(Cone Type)으로 형성된다.
상기 탐침 모양은 콘 모양과 피라미드 모양(Pyramidal Type)으로 형성될 수 있다. 콘 모양과 피라미드 모양의 길이와 크기는 식각의 정도에 따라 달라질 뿐 두 형태에 차이점은 없다. 콘 모양은 플라즈마 식각 방법을 사용하여 형성되고, 피라미드 형태는 습식 식각을 사용하여 형성된다. 상기 콘 모양을 형성하기 위한 플라즈마 식각 방법은 웨이퍼 전체에서 균일하게 나오는 장점 때문에 본 발명에서 사용된다.
도 1f와 1g는 제 2 상부 절연막(131) 및 제 2 하부 절연막(132)을 형성하여 탐침 주변의 제 2 실리콘층(130)을 제거하는 것이다. 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에 습식 열 산화 방법(Wet Thermal Oxidation)으로 제 3 절연막(131, 132)을 형 성한다. 상기 형성된 제 2 상부 절연막(131) 및 제 2 하부 절연막(132)을 포함하여 탐침부 주변의 제 2 실리콘층(130)을 습식 식각한다. 습식 식각은 BHF와 H2O를 7:1의 부피 비율로 혼합한 용액을 사용한다. SOI를 구성하는 상기 제 1 절연막(120)의 밀도가 상기 제 2 상부 절연막(131)보다 높기 때문에 식각시 제 1 절연막은 거의 식각되지 않는다. 이 과정은 탐침부 주변의 상기 제 2 실리콘층(130)이 완전히 제거될 때까지 1회 이상 반복될 수 있다.
도 1g(가)는 탐침이 콘 형태인 경우의 모양이며 도 1g(나)는 탐침이 피라미드 형태인 경우의 모양이다. 상기 도 1e의 공정에서 플라즈마 식각을 사용하는가 습식 식각을 사용하는가에 따라 달라질 뿐 큰 차이점은 없다.
도 1h는 상기 탐침과 상기 제 1 절연막(120) 상부에 제 2 절연막(151), 제 3 절연막(152), 폴리 실리콘층(153) 및 포토레지스트막(154)을 순차적으로 적층하고, 사진 식각 공정을 수행하여 상기 포토레지스트막(154)으로 소스와 드레인 형성을 위한 패턴의 제 1 마스크 패턴(157)을 상기 폴리 실리콘층(153) 상부에 형성한 것이다. 상기 제 2 절연막(151)과 제 3 절연막(152)은 상호 이종 물질로 이루어지며, 각각은 실리콘 질화막과 TEOS(Tetraethoxysilane) 산화막 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 제 2 절연막(151)은 저 스트레스(Low Stress)를 갖는 실리콘 질화막으로 형성하였고, 상기 제 3 절연막(152)은 TEOS 산화막으로 형성하였다.
도 1i는 상기 포토레지스트막으로 이루어진 원자력 현미경용 캔틸레버의 제 1 마스크 패턴으로 마스킹하여, 상기 폴리실리콘층(153)에서 상기 제 2 절연막(151)까지 식각하여 상기 제 1 절연막(120) 상부에 원자력 현미경용 캔틸레버의 캔틸레버 마스크 패턴(161)을 형성한 것이다. 식각 공정이 완료된 후 포토레지스트막은 산소 플라즈마 방법으로 제거한다. 상기 캔틸레버 마스크 패턴(161)은 전계 효과 트랜지스터를 구비한 원자력 현미경용 캔틸레버의 소스와 드레인을 형성하기 위하여 불순물을 주입하기 위한 마스크로 사용된다.
도 2는 도 1g의 평면도로서, 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에는 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)이 형성되어 있고, 노출된 제 2 실리콘층은 불순물이 도핑된 영역(191)으로 존재한다.
도 3a 내지 3e는 도 2의 A-A'선 단면으로, 도 1g 이후의 트랜지스터의 극소 채널을 형성하기 위한 일부 공정도를 도시한 도면으로서, 도 3a는 도 1g의 단면도이며, 도 2의 a영역의 단면을 도시한 것이다.
먼저, 도 3b에 도시된 바와 같이, TEOS 산화막으로 이루어진 제 3 절연막(152)의 측면 일부를 습식식각으로 제거한다. 이때, 습식식각 용액은 희석된 HF 용액을 사용한다.
다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘층(153)을 제거한다.
다음, 도 3d와 같이, 저 스트레스 질화막으로 이루어진 제 2 절연막(151)의 측면 일부를 습식식각으로 제거한다. 여기서는, 상기 저 스트레스 질화막만 선택적으로 습식식각하기 위해 H3PO4 용액을 식각 용액으로 사용한다.
다음, 상기 제 3 절연막(152)을 제거하면, 도 3e와 같이, 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에 채널을 형성하기 위한 채널 마스크 패턴으로 사용될 제 2 절연막만 남게 된다.
도 4는 도 3e 공정이 완료된 상태의 평면도로서, 점선 M은 전술된 도 1f의 설명에서, 제 2 실리콘층의 상부에 형성된 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)의 윤곽선이고, 실선 m은 도 3b에서 도 3e까지 공정을 수행했을 때의 채널을 형성하기 위한 마스크 패턴으로 사용될 제 2 절연막의 윤곽선을 도시한 것이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 채널이 형성되는 영역에서 캔틸레버 아암 마스크 패턴의 폭(d1)보다 채널 마스크 패턴의 폭(d)은 상대적으로 대단히 작아진다.
이와 같이, 본 발명에서는 채널영역을 형성할 때, SOI 기판의 제 2 실리콘층 상부에 상호 이종물질로 이루어진 적어도 둘 이상의 절연막들을 적층하고, 이 적층된 절연막들의 상부에 폴리실리콘층을 형성한다. 그후, 상기 폴리실리콘층을 제외하고 순차적으로 절연막들의 측면 식각을 수행한 다음, 최종 남은 제 2 실리콘층 상부의 절연막의 폭을 줄인다. 따라서, 절연막을 마스킹으로 불순물을 주입하면, 소스와 드레인 사이에 100㎚ 이하의 극소채널을 형성할 수 있다.
도 5는 도 3e의 이후 공정을 평면도로 도시한 도면으로서, 도 3e의 공정 다음에, 불순물을 주입한다. 여기서, 상기 불순물의 주입은 불순물 농도가 대략 1×1016cm-2가 되도록 70 keV 에너지로 이온 주입 공정을 수행하여 불순물을 주입하고, 열처리를 실시한다.
이때, 채널 영역(171)에는 제 2 절연막이 형성되어 있어, 제 2 절연막 하부에 불순물 주입이 되지 않아 채널영역을 형성할 수 있다. 노출된 제 2 실리콘층(130)에만 불순물이 주입되며, 도 2의 불순물 도핑 영역(191)은 n+ 또는 p+가 된다. 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)의 윤곽선인 점선 'M'과 도 3e까지 공정을 수행했을 때의 채널을 형성하기 위한 마스크로 사용될 제 2 절연막의 윤곽선인 실선 'm' 사이의 영역(192)은 n++ 또는 p++가 된다.
이때, 전술된 SOI 기판의 제 2 실리콘층에 P형 불순물이 도핑되어 있으면 N형 불순물을 주입하고, 제 2 실리콘층에 N형 불순물이 도핑되어 있으면 P형 불순물을 주입한다.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 건식 열산화를 진행하여 제 2 실리콘층(130) 상부에 열 산화막(SiO2)(710)을 형성한다. 이때, 상기 열산화막(710)의 두께는 100 nm 보다 크거나 같아야 하며, 바람직하게는 100-110 nm 이다. 실리콘 질화막(750)이 있는 부분은 산화막 형성시 탐침이 뾰족하므로 산화막 형성이 되지 않는다. 상기 열산화막(710) 형성 후에 상기 실리콘 질화막(750)을 제거한다. 상기 실리콘 질화막(750)은 예를 들어 160℃의 H3PO4 용액에 침지함으로써 제거한다.
그 후, 도 6b와 같이, 제 2 절연막(151)을 제거하고, 포토레지스트를 상기 제 2 실리콘층의 상부에 형성하고, 사진식각공정으로 포토레지스트로 이루어진 캔틸레버 패턴을 형성하고, 이 포토레지스트로 이루어진 캔틸레버 패턴을 마스크로 이용하여 제 2 실리콘층을 제거함으로써, 제 2 실리콘층의 캔틸레버 아암을 형성한다. 여기서, 상기 캔틸레버 아암은 전술된 소스(210), 드레인(220), 채널(203)과 탐침(204)이 포함되어 있어야 한다.
도 6c는 도 5b의 'K'의 확대도로서, 캔틸레버의 선단에는 탐침(204)이 형성되어 있고, 이 탐침(204)의 하부에는 채널(203)이 형성되어 있으며, 이 채널(203)을 기준으로 좌, 우측부에는 소스(210)와 드레인(220)이 형성되어 있다.
상기 소스(210)와 드레인(220)은 각각 채널(203)에 접하여 공통적으로 n++ 또는 p++ 불순물이 도핑된 영역(212, 222)이 각각 형성되어 있고, 상기 n++ 또는 p++ 불순물이 도핑된 영역(212, 222)의 각각에 인접하여 n+ 또는 p+ 불순물이 도핑된 영역(211, 221)이 형성되어 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 금속점을 형성하기 위한 공정 단면도이다. 도 7a(가)에 도시된 바와 같이, 열산화막(710)이 형성된 제 2 실리콘층(130) 상부에 동일한 두께로 포지티브(Positive) 포토레지스트막(910, 920)을 순차적으로 도포한 후 포토레지스트막(920)의 일부를 제거하여, 탐침부가 보이도록 한다. 또는, 도 7a(나)에 도시된 바와 같이, 두꺼운 포토레지스트막(910)을 한 번에 도포한 후에, PE 타입의 산소 플라즈마 애싱을 하여 탐침부가 보이도록 한다.
다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 네거티브(Negative) 포토레지스트막(930)을 도포한 후에 탐침부가 보이도록 사진 식각공정을 실시한다.
또한, 도 7c은 상기 네거티브 포토레지스트막의 상부에 금속막을 형성한 후, 도 7b의 탐침부 부분을 확대한 것이다. 상기 금속막은, 예를 들어 금(Au)이 바람직 하며 스퍼터링, 진공증착, 졸-겔 공정 등을 통해 형성한다.
다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 네거티브 포토레지스트막을 리프트 오프하여 탐침의 첨두부에만 상기 금속막을 남김으로써 금속점(820)을 형성한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정 단면도이다. 도 8a는 상기 메탈라인과 탐침을 포함하는 제 2 실리콘층이 제거된 SOI 기판 상부에 AZ 4620 포토레지스트막(900)을 적층한 것이다. 상기 포토레지스트막(900)은 상기 제 1 실리콘층(110)을 식각할 때 상부에 형성된 디바이스를 충분히 보호하기 위한 보호막의 역할을 하게 되며, 전기로를 이용하여 110℃에서 20분, 130℃에서 10분간 열처리를 실시한다.
8b는 상기 제 1 실리콘층(110)을 건식 식각한 것이다. 만약 제 1 실리콘층(110)을 습식 식각을 하게 되면 습식 식각에 사용되는 용액에서 충분히 버틸 수 있도록 포토레지스트막을 형성해야 하는데, 후에 이 막을 제거하는 데 문제점이 있다. 또한 습식 식각을 할 경우에는 캔틸레버 칩의 취급시 몸체에 약하게 붙어 있는 캔틸레버 아암이 쉽게 부러질 수 있기 때문에 건식 식각 방법을 이용한다. 도 8c는 상기 도 8b의 공정이 완료된 후의 상태를 측면에서 본 모습이다.
도 8d는 상기 도 8b의 공정이 완료된 후 제 1 절연막을 식각하고 포토레지스트막을 제거하는 것이다. 상기 제 1 절연막(120)은 초순수 BHF 용액이 7:1로 희석된 용액을 이용하여 습식 식각한 후 산소 플라즈마 방법을 이용하여 상기 포토레지스트막(900)을 태워버린다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법은 바이오 분자들 간의 상호작용에 따른 전기적 효과를 측정함으로써 단일 분자를 탐침에 부착하는 장점이 있고, 수신 감도가 증대되는 효과가 있다.
Claims (15)
- 캔틸레버 지지대;상기 캔틸레버 지지대상에 위치하며 일측이 부상된 캔틸레버 아암;상기 캔틸레버 아암 선단에 위치한 탐침;상기 탐침 하부의 캔틸레버 아암에 위치한 채널;상기 채널의 양측면에 각각 위치한 소스 및 드레인; 및상기 탐침의 첨두부에 위치한 금속점을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 1항에 있어서,상기 캔틸레버 지지대는 제 1 실리콘층 및 상기 제 1 실리콘층 상부의 제 1 절연막을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 1항에 있어서,상기 캔틸레버 아암은 서로 일정한 간격을 유지하면서 일정한 폭으로 평행하 게 연장된 제 1 및 제 2 아암으로 구성되며 그 선단부에서 상기 제 1 및 제 2 아암이 V자형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 1항에 있어서,상기 탐침은 콘형 또는 피라미드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 1항에 있어서,상기 탐침은상기 캔틸레버 아암 선단 상부에 위치한 실리콘;첨두부를 제외한 상기 실리콘 상부에 위치한 열산화막; 및상기 첨부두에 위치한 금속점을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 1항에 있어서,상기 금속점은 금으로 구성됨을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 1항에 있어서,상기 탐침의 높이는 3.6±0.5 마이크로미터임을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 제 5항에 있어서,상기 제 2 실리콘층이 상부에 형성된 열산화막의 두께는 100 nm 내지 110 nm 임을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버.
- 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조 방법에 있어서,(a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계;(b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 불순물 주입으로 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계;(c) 상기 기판 상부에 포지티브 포토레지스트를 형성하여 탐침의 첨두부만 노출시키는 단계;(d) 상기 포지티브 포토레지스트 상부에 네거티브 포토레지스트를 도포한 후 패터닝하여 탐침의 첨두부의 상기 네거티브 포토레지스트를 제거하는 단계;(e) 상기 네거티브 포토레지스트가 제거된 탐침의 첨두부에만 금속점을 증착하는 단계; 및(f) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (a) 단계는제 1 실리콘층, 제 1 절연막과 제 2 실리콘층이 순차적으로 적층된 SOI 기판의 제 2 실리콘층 상부에 탐침을 형성하기 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계;상기 마스크 패턴으로 마스킹하여 상기 제 2 실리콘층의 일부를 식각하여 실리콘층으로 이루어진 탐침 형상을 형성하는 단계;상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및상기 제 2 실리콘층 상부에 열산화막을 형성하고 습식식각공정으로 상기 열산화막을 제거하여 제 2 실리콘층 상부에 뾰족한 형상의 탐침을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (b) 단계는상기 탐침을 포함하여 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 제 2 절연막, 제 3 절연막, 폴리실리콘층과 포토레지스트를 순차적으로 적층한 후 폴리실리콘층에서 제 2 절연막까지 식각하여 캔틸레버 아암 마스크 패턴을 형성하는 단계;상기 캔틸레버 아암 마스크 패턴으로 마스킹하여 상기 캔틸레버 지지대에 제 1 불순물을 주입하고, 열처리하는 단계;상기 캔틸레버 아암 마스크 패턴의 일부를 식각하여 채널 마스크 패턴을 형성하는 단계;상기 채널 마스크 패턴으로 마스킹하여 제 2 불순물을 주입하고, 열처리하는 단계; 및상기 탐침, 제 1과 제 2 불순물이 주입된 영역들을 포함하는 형상을 갖는 제 2 실리콘층의 캔틸레버 아암을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (c) 단계는 탐침의 첨두부만 노출되도록 포지티브 포토레지스트를 수회 도포하거나 또는 포지티브 포토레지스트를 두껍게 도포한 후 애싱하여 탐침부의 첨두부를 노출하는 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조 방법.
- 제 12항에 있어서,상기 (c) 단계의 애싱은 PE 타입의 애셔를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (d)단계의 금속막은 금, 철, 니켈 및 크롬 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 (d)단계의 포토레지스트 제거는 리프트 오프 공정을 통해 수행함을 특징으로 하는 액체에서 사용가능한 고 종횡비 단전자 트랜지스터 구조를 갖는 원자간력 현미경 캔틸레버 제조 방법.
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