KR100696870B1 - AFM cantilever having a quantum dot transistor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 마이크로 머시닝 기술과 반도체 소자 제작 공정을 응용하여 끝이 뾰족한 탐침을 제작하고 리프트 오프 공정을 이용하여 탐침의 첨두부에 금속 양자점을 형성함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum dot transistor atomic force microscope cantilever and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a quantum dot transistor atomic force microscope cantilever and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a quantum dot transistor atomic force microscopy cantilever that can be used in a tera-bit probe type information storage device and improves the sensing capability of information while lowering the manufacturing cost.
본 발명의 상기 목적은 (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상부에 포토레지스트를 도포하고 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (d) 상기 포토레지스트의 상부에 금속막을 형성하고 상기 포토레지스트를 제거하여 탐침의 첨두부에만 금속막을 남기는 단계; (f) 상기 탐침의 첨두부에 금속점을 증착시키는 단계; 및 (g) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하는 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조 방법에 의해 달성된다.The object of the invention (a) forming a probe on top of the cantilever support; (b) forming a multi-layered film on top of the cantilever support, forming a pattern twice, and forming a cantilever arm so that the probe is positioned in the channel region of the transistor and the source and drain regions are formed on both inclined surfaces of the probe; (c) applying and ashing a photoresist on the substrate to expose the tip of the probe; (d) forming a metal film on top of the photoresist and removing the photoresist to leave only a metal film on the tip of the probe; (f) depositing a metal point on the tip of the probe; And (g) removing a portion of the cantilever arm to float the cantilever arm.
따라서, 본 발명의 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조 방법은 마이크로 머시닝 기술과 반도체 소자 제작 공정을 응용하여 끝이 뾰족한 탐 침을 제작하고 리프트 오프 공정을 이용하여 탐침의 첨두부에 금속 양자점을 형성함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 효과가 있다.Accordingly, the quantum dot transistor atomic force microscope cantilever of the present invention and a method for manufacturing the same can be fabricated using a micromachining technique and a semiconductor device fabrication process to produce a pointed probe, and a metal quantum dot is formed at the tip of the probe using a lift-off process. By forming it, it can be used for terabit probe type information storage device and it has the effect of lowering the manufacturing cost while improving the sensing ability of information.
양자점, 원자간력, 현미경, 캔틸레버Quantum Dots, Atomic Force, Microscope, Cantilever
Description
도 1a 내지 1h는 본 발명에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조방법의 일부 공정도.1A to 1H are partial process diagrams of a method of manufacturing a cantilever for an atomic force microscope according to the present invention.
도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 원자간력 현미경 탐침 제조방법 일부공정의 사시도.Figure 2a to 2b is a perspective view of a partial process of the atomic force microscope probe manufacturing method according to the present invention.
도 3은 도 2b의 평면도.3 is a plan view of FIG. 2B.
도 4a 내지 4e는 도 3의 A-A'선 단면으로, 도 2b 이후의 극소 채널을 형성하기 위한 일부 공정도를 도시한 도면.4A-4E are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 3, showing some process diagrams for forming the microchannels after FIG. 2B;
도 5는 본 발명에 의한 탐침 부위에 소스와 드레인 영역이 형성된 공정도.5 is a process diagram in which a source and a drain region are formed in a probe region according to the present invention.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 양자점을 형성하기 위한 공정 단면도.6A to 6D are cross-sectional views for forming a quantum dot according to the present invention.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정 단면도. 7A to 7D are cross-sectional views of a cantilever shape forming process according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110,130 : 실리콘층 120,141,142,151,152 : 절연막110,130: silicon layer 120,141,142,151,152: insulating film
131a,204 : 탐침 153 : 폴리실리콘층131a, 204
145 : 도트 패턴 150 : 금속막145
140,154,900 : 포토레지스트막 157,161 : 마스크 패턴140,154,900 photoresist film 157,161 mask pattern
171 : 채널영역 203 : 채널171: channel area 203: channel
210 : 소스 220 : 드레인210: source 220: drain
본 발명은 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 이온 도핑과 같은 고가의 장비를 사용하지 않으면서 측정감도를 보다 극대화할 수 있는 실리콘 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum dot transistor atomic force microscope cantilever and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a silicon quantum dot transistor atomic force microscope cantilever, which can maximize measurement sensitivity without using expensive equipment such as ion doping, and It relates to a manufacturing method.
현대의 전자 산업은 점점 더 고밀도화, 고집적화되어 가고 있다. 따라서, 이러한 고밀도화, 고집적화에 대응하기 위한 단전자 트랜지스터(SET : Single Electron Transistor)가 주목을 받고 있다. 단전자 트랜지스터는 소자 사이즈의 미세화로 인한 양자화 현상에 기초를 두고 있다. 즉, 기존의 전계효과 트랜지스터 소자가 극한으로 작아지는 경우 전하의 대전에너지(Charging Energy)가 열 요동(thermal fluctuation)보다 커지면서 전자 한 개에 해당하는 게이트 전압 변화로 드레인 전류를 온-오프할 수 있다. The modern electronics industry is becoming more and more dense and highly integrated. Therefore, a single electron transistor (SET) for addressing such high density and high integration has attracted attention. Single-electron transistors are based on quantization phenomena due to miniaturization of device size. That is, when the existing field effect transistor element is extremely small, the charging energy of the charge becomes larger than the thermal fluctuation, and the drain current can be turned on and off by changing the gate voltage corresponding to one electron. .
이러한 단전자 트랜지스터는 기존의 MOS(Metal Oxide Semiconductor)를 통한 채널 형성 대신 양자점(Quantum dot)에 의한 단전자 터널링을 이용하는 구조로 형성된다. 즉, 양쪽의 소스와 드레인 사이에 수 nm 크기의 양자점을 형성하여 이 양자점을 통과하는 전자를 수개 또는 수십개 형태로 알아낼 수 있어서 디바이스 소모 전력도 매우 낮추고 감도를 매우 높게 할 수 있는 구조를 가지고 있으며 전자빔 리소그래피 기술을 이용하여 2차원 평면상에서 구현을 한다. The single-electron transistor is formed in a structure using single-electron tunneling by a quantum dot instead of channel formation through a conventional metal oxide semiconductor (MOS). In other words, by forming a quantum dot of several nm size between the source and the drain of both sides, it is possible to find out the number of electrons passing through the quantum dots in the form of several or dozens, so the device power consumption is very low and the sensitivity is very high, and the electron beam Lithography techniques are used to implement the two-dimensional plane.
M.J. Yoo 등이 1997년 Science 논문지에 단전자 트랜지스터를 개발하여 이를 이용한 표면 전위를 측정한 결과가 있었다. 이 논문에서 만든 단전자 트랜지스터 캔틸레버의 경우 아주 뾰족한 광섬유에 선택적 금속 증착을 하여 소스와 드레인 영역을 형성하고, 금속 양자점을 소스와 드레인 사이에 수 십 nm 간격을 두어 형성하였다. 상기 논문의 경우 제조 방법이 매우 어렵고, 많은 수의 탐침을 만들 수 없는 문제를 가지고 있다. 따라서 같은 방법으로 재생산이 어렵다. 이러한 이유로 이들의 결과 발표 이후 현재까지 이 탐침을 이용한 어떤 논문도 발표되지 못하고 있는 실정이다.M.J. Yoo et al. Developed a single-electron transistor in the 1997 Science Journal and measured the surface potential using it. In the case of the single-electron transistor cantilever, the source and drain regions are formed by selective metal deposition on a very sharp optical fiber, and the metal quantum dots are formed several ten nm apart between the source and drain. In the case of the above paper, the manufacturing method is very difficult and has a problem that a large number of probes cannot be made. Therefore, reproduction is difficult in the same way. For this reason, no papers using the probes have been published since their publication.
대한민국 특허 제10-0366701호는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 전계 효과 트랜지스터 구조를 형성시킨 캔틸레버 탐침을 개시하고 있다. 소스와 드레인이 형성된 캔틸레버를 절연체가 형성된 시료에 수직으로 부착시킨 후 소스에 전압을 가하면 시료 표면의 전하 분포에 따라 드레인에 흐르는 전류의 양이 변한다. 제작된 소자의 특성을 측정한 결과 일반적인 MOS 전계효과 트랜지스터 디바이스 특성을 보여주었으나, 이를 이용하여 실제로 표면 전하 분포를 읽은 예는 없었다.Korean Patent No. 10-0366701 discloses a cantilever probe in which a field effect transistor structure is formed using micromachining technology. When the cantilever with the source and drain formed is vertically attached to the sample having the insulator, and a voltage is applied to the source, the amount of current flowing through the drain changes according to the charge distribution on the surface of the sample. As a result of measuring the characteristics of the fabricated device, the typical MOS field effect transistor device characteristics were shown, but no surface charge distribution was actually read using this.
L.H. Chen 등이 2001년도에 미국 Applied Physics Letters에 발표한 논문의 경우는 GaAs/AlGaAs 헤테로구조 위에 전계효과 트랜지스터를 형성하여 4.2 K 온도에서 표면 전위를 측정한 결과를 발표하였다. 상기 논문의 경우는 상온에서의 특성이 4.2 K 온도의 결과보다 매우 떨어질 것으로 보여진다. 또한, 기판상의 문제, 제조 공정의 문제와 뾰족한 팁이 없는 문제로 아주 작은 영역을 측정할 수 없는 문제를 가지고 있다.L.H. In a paper published in 2001 by Applied Physics Letters, Chen et al., Published a field-effect transistor on a GaAs / AlGaAs heterostructure and measured the surface potential at 4.2 K. In the case of this paper, it is shown that the characteristics at room temperature are much lower than the result of 4.2 K temperature. In addition, there is a problem in that a very small area cannot be measured due to problems on the substrate, a problem in the manufacturing process, and a problem without a sharp tip.
대한민국 공개특허 제2003-0041725호는 일반적인 마이크로머시닝 기술에 반도체 소자 제작 공정을 응용하여 소스와 드레인 사이의 유효 채널 길이를 줄임으로써 감도를 높일 수 있었다. 또한, 한 몸체에 여러 개의 캔틸레버가 존재할 수 있는 어레이 타입으로 구성이 가능하게 되었다.Republic of Korea Patent Publication No. 2003-0041725 was able to increase the sensitivity by reducing the effective channel length between the source and drain by applying a semiconductor device fabrication process to the general micromachining technology. In addition, it is possible to configure an array type in which several cantilevers can exist in one body.
대한민국 공개특허 제2003-0041726호의 경우는 뾰족한 팁이 존재하며, 병렬 방식의 캔틸레버 제작도 용이함을 보였다. 이를 이용하여 시료 표면의 전하 분포를 측정한 결과 200 ~ 300 nm의 해상도가 가능하였으나, 아직 테라비트급 탐침형 정보저장장치에 사용하기에는 미흡한 수준이다. In the case of Republic of Korea Patent Publication No. 2003-0041726 has a pointed tip, it was also easy to produce a parallel cantilever. As a result of measuring the charge distribution on the sample surface using this, resolution of 200 ~ 300 nm was possible, but it is still insufficient for use in the terabit probe type information storage device.
테라비트급 탐침형 정보저장장치에 사용하기 위해서는 반드시 테라비트급에 대응할 수 있도록 팁의 끝이 날카로와야 할 뿐 아니라 소자의 감도 및 안정성을 높이기 위해서 소스 영역과 드레인 영역 사이의 유효 채널 길이를 정확하게 100 nm 이하로 줄여야 한다. 또한 기본적으로 병렬 구조를 만들 수 있어야 한다. In order to use the terabit probe type information storage device, the tip of the tip must be sharp to meet the terabit scale, and the effective channel length between the source and drain regions must be precisely 100 nm to increase the sensitivity and stability of the device. Should be reduced to Basically, you should be able to create parallel structures.
상기 종래기술의 경우 드레인에서 검출되는 전류신호의 양이 나노 암페어 이하이므로, 증폭을 하는 경우일지라도 신호대 잡음비가 불량하여 극미세 표면 전하 분포를 측정하기 어려우므로 적용 분야에 한계를 가진다.In the prior art, since the amount of current signal detected at the drain is less than nano amperes, even in amplification, the signal-to-noise ratio is poor and thus it is difficult to measure the ultra-fine surface charge distribution.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로 머시닝 기술과 반도체 소자 제작 공정을 응용하여 끝이 뾰족한 탐침을 제작하고 리프트 오프 공정을 이용하여 탐침의 첨두부에 금속 양자점을 형성함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by applying a micro-machining technique and a semiconductor device fabrication process to produce a pointed tip of the probe and a metal quantum dot on the tip of the probe using a lift-off process SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a quantum dot transistor atomic force microscope cantilever which can be used in a terabit probe type information storage device and which reduces production manufacturing cost while improving information sensing capability.
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 형성된 채널; 상기 채널의 양측면에 각각 형성된 소스 및 드레인; 및 상기 탐침의 첨두부에 형성되는 금속점을 포함하여 이루어지는 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버에 의해 달성된다.The object of the present invention is a cantilever support; A cantilever arm positioned on the cantilever support object and one side of which is injured; A probe located at the tip of the cantilever arm; A channel formed in the cantilever arm under the probe; Source and drain formed on both sides of the channel, respectively; And a quantum dot transistor atomic force microscope cantilever comprising a metal dot formed at the tip of the probe.
본 발명의 상기 다른 목적은 (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상부에 포토 레지스트를 도포하고 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (d) 상기 포토레지스트의 상부에 금속막을 형성하고 상기 포토레지스트를 제거하여 탐침의 첨두부에만 금속막을 남기는 단계; (f) 상기 탐침의 첨두부에 금속점을 증착시키는 단계; 및 (g) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하는 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버에 의해서도 달성된다.Another object of the present invention is to form a probe on top of (a) the cantilever support; (b) forming a multi-layered film on top of the cantilever support, forming a pattern twice, and forming a cantilever arm so that the probe is positioned in the channel region of the transistor and the source and drain regions are formed on both inclined surfaces of the probe; (c) applying and ashing photoresist over the substrate to expose the tip of the probe; (d) forming a metal film on top of the photoresist and removing the photoresist to leave only a metal film on the tip of the probe; (f) depositing a metal point on the tip of the probe; And (g) removing a portion of the cantilever arm to float the cantilever arm.
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.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도 1a 내지 1h는 본 발명에 따른 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 실리콘-온-절연체(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.1A to 1H are some process diagrams of a method for manufacturing an atomic force microscope probe according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a silicon on insulator (SOI) substrate in which a
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.Next, as shown in FIG. 1B, a
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℃에서 10분 이상 가열하는 것이 바람직하며, 상기 방법 외에도 상기 포토레지스트막이 제거되지 않을 경우에는 O2 플라즈마(Oxygen Plasma) 방법으로 감광막을 태워 제거할 수 있다.Next, as illustrated in FIG. 1C, after the pattern for forming the probe is formed, the photoresist layer formed on the first upper
도 1d는 상기 제 2 실리콘층(130)을 건식 식각한 것으로 SF6 가스를 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.1D illustrates a dry etching of the
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.In FIG. 1E, the upper first upper
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.The probe shape may be formed in a cone shape and a pyramidal type. The length and size of the cone and pyramid shape vary with the degree of etching, but there is no difference between the two types. The cone shape is formed using a plasma etching method, and the pyramid shape is formed using wet etching. The plasma etching method for forming the cone shape is used in the present invention because of the advantage of uniformly appearing throughout the wafer.
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) 상 부에 습식 열 산화 방법(Wet Thermal Oxidation)으로 제 3 절연막(131, 132)을 형성한다. 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. 1F and 1G form the second upper insulating
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.Figure 1g (a) is a shape when the probe is in the form of a cone, Figure 1g (b) is a shape when the probe is in the form of a pyramid. In the process of FIG. 1E, there is no significant difference depending on whether plasma etching or wet etching is used.
도 1h는 탐침이 형성된 제 2 실리콘층(130) 상부에 건식 열산화 방법으로 열산화막(SiO2)(710)을 형성하는 것을 나타낸다. 이때, 상기 열산화막(710)의 두께는 100 nm 보다 크거나 같아야 하며, 바람직하게는 100-110 nm 이다.FIG. 1H illustrates forming a thermal oxide film (SiO 2 ) 710 on the
도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 원자간력 현미경 탐침 제조방법 일부공정의 사시도이다. 도 2a는 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. Figure 2a to 2b is a perspective view of a partial process of the atomic force microscope probe manufacturing method according to the present invention. FIG. 2A illustrates a method of sequentially stacking a second
도 2b는 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 양자점 트랜지스터를 구비한 원자력 현미경용 캔틸레버의 소스와 드레인을 형성하기 위하여 불순물을 주입하기 위한 마스크로 사용된다.FIG. 2B is a mask of a first mask pattern of a cantilever for atomic force microscopy made of the photoresist film, and is etched from the
도 3은 도 2b의 평면도로서, 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에는 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)이 형성되어 있고, 노출된 제 2 실리콘층이 존재하게 된다.FIG. 3 is a plan view of FIG. 2B, wherein the cantilever
도 4a 내지 4e는 도 3의 A-A'선 단면으로, 도 1g 이후의 트랜지스터의 극소 채널을 형성하기 위한 일부 공정도를 도시한 도면으로서, 도 4a는 도 2b의 단면도이며, 도 3의 a영역의 단면을 도시한 것이다.4A to 4E are cross-sectional views taken along the line A-A 'of FIG. 3 and show some process diagrams for forming the microchannels of the transistor after FIG. 1G, and FIG. 4A is a cross-sectional view of FIG. The cross section of the is shown.
먼저, 도 4b에 도시된 바와 같이, TEOS 산화막으로 이루어진 제3 절연막(152)의 측면 일부를 습식식각으로 제거한다. 이때, 습식식각 용액은 희석된 HF 용액을 사용한다.First, as shown in FIG. 4B, a portion of the side surface of the third insulating
다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘층(153)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 4C, the
다음, 도 4d와 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.Next, as shown in FIG. 4D, a portion of the side surface of the second insulating
다음, 상기 제3 절연막(152)을 제거하면, 도 4e와 같이, 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에 채널을 형성하기 위한 채널 마스크 패턴으로 사용될 제 2 절연막만 남게 된다.Next, when the third insulating
도 5는 본 발명에 의한 탐침 부위에 소스(210)와 드레인(220) 영역이 형성된 공정도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 실리콘층(130) 상부에 열산화막(710)이 형성되어 있다. 또한, 제 2 절연막(151)인 질화막이 탐침 부위에 형성되고, 상기 열산화막(710)으로는 SiO2을 사용하는 것이 바람직하다.5 is a process diagram in which a
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 양자점을 형성하기 위한 공정 단면도이다. 먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 열산화막(710) 상부에 금속막(800)을 증착한다. 상기 금속막(800)은, 예를 들어 금(Au), 철, 니켈, 크롬 등이 바람직하며 스퍼터링, 진공증착, 졸-겔 공정 등을 통해 형성한다. 그 후에, 제 2 절연막을 제거하여 탐침의 첨두부를 노출시킨다. 상기 제 2 절연막은 예를 들어 160℃의 H3PO4 용액에 침지함으로써 제거한다.6A to 6D are cross-sectional views of a process for forming a quantum dot according to the present invention. First, as shown in FIG. 6A, a
다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트막(900)을 도포한 후 상기 포토레지스트막(900)의 일부를 제거하여 탐침의 첨두부만 노출되도록 한다. 상기 포 토레지스트막(900) 제거는 PE(Plasma Enhanced) 타입의 산소 애셔(O2 Asher)를 사용한 산소 플라즈마 애싱을 통해 수행하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 6B, after the
다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트막의 상부에 금속막을 형성한 후, 포토레지스트막을 리프트 오프하여 탐침의 첨두부에만 상기 금속막을 남김으로써 금속 양자점(820)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 6C, after the metal film is formed on the photoresist film, the
다음, 도 6d는 도 6c 첨두부 영역의 확대도이다. 상기 금속 양자점(820)과 소스, 드레인 전극간 간격(810)이 바람직하게는 수 nm ~ 수십 nm가 되도록 한다. 또한, 양자역학적 개념에 의해 상기 금속 양자점(820)의 크기에 따라 전자의 갯수를 조절할 수 있다.6D is an enlarged view of the peak region of FIG. 6C. An
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정 단면도이다.7A to 7D are cross-sectional views of a cantilever shape forming process according to the present invention.
도 7a는 반도체 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.FIG. 7A illustrates a stacked AZ 4620
도 7b는 상기 제 1 실리콘층을 건식식각한 것이다. 상기 제 1 실리콘층(110) 하부면에 포토레지스트막(910)을 형성하고 패터닝한 후 상기 제 1 실리콘층(110)을 건식식각한다. 만약 상기 제 1 실리콘층(110)을 습식식각을 하게 되면 습식식각에 사용되는 용액에서 충분히 버틸 수 있도록 포토레지스트막(910)을 형성해야 하는데, 후에 이 막을 제거하는 데 문제점이 있다. 또한 습식식각을 할 경우에는 캔틸 레버 칩의 취급시 몸체에 약하게 붙어 있는 캔틸레버 아암이 쉽게 부러질 수 있기 때문에 건식식각 방법을 이용한다. 도 7c는 상기 도 7a의 공정이 완료된 후의 상태를 측면에서 본 모습이다.7B illustrates a dry etching of the first silicon layer. After forming and patterning the
도 7d는 상기 도 7b의 공정이 완료된 후 제 1 절연막을 식각하고 포토레지스트막을 제거하는 것이다. 상기 제 1 절연막(120)은 BHF와 초순수를 7:1의 부피 비율로 혼합한 용액을 이용하여 습식식각하여 캔틸레버 아암을 부상시킨 후에, 산소 플라즈마 방법을 이용하여 상기 제 1 실리콘층(110) 상부에 형성된 포토레지스트막을 태워버린다.FIG. 7D illustrates etching the first insulating film and removing the photoresist film after the process of FIG. 7B is completed. The first insulating
완성된 원자간력 현미경 캔틸레버는 제 1 실리콘층(110) 및 상기 제 1 실리콘층 상부의 제 1 절연막(120)으로 구성된 캔틸레버 지지대, 열산화막(710)으로 형성된 캔틸레버 아암, 금속 양자점(820), 탐침 등을 포함한다.The completed atomic force microscope cantilever is a cantilever support consisting of a
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명의 양자점 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조 방법은 배치 프로세스를 통해 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 정확히 수직 배양된 양자점가 형성된 탐침을 포함하는 캔틸레버를 제공함으로써 테라 비트급 탐침 형 정보 저장기기에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 효과가 있다.Accordingly, the quantum dot transistor atomic force microscope cantilever of the present invention and a method of manufacturing the same are provided in a terabit probe type information storage device by providing a cantilever including a probe having a quantum dot cultured exactly vertically in the channel region of the field effect transistor through a batch process. It can be used to reduce production and manufacturing costs while improving the sensing capability of information.
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GRNT | Written decision to grant | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |