專利名稱：基于電子束等離子刻印制備自旋顯微微懸臂探測器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共振自旋顯微微懸臂探測器，特別涉及在半導體集成 制造技術(shù)下共振自旋顯微微懸臂探測器的制備方法。
背景技術(shù)：
自旋顯微微懸臂探測器提供了磁場和原子核共振片段按特定頻率發(fā)射 電信號下，侵入三維物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，顯微掃描，探測物質(zhì)內(nèi)部顯微圖像的 技術(shù)。共振自旋顯微探測在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，它是顯微和核磁 成像的結(jié)合，不但對半導體集成、基因組序、生物蛋白、醫(yī)藥、工業(yè)催化 劑和資源勘探產(chǎn)生重要影響，而且對新型電子自旋器件、量子計算機及光
計算機意義重大。傳感顯微探測領(lǐng)域核磁壓力顯微優(yōu)于SEM/AFM可以實 現(xiàn)三維探測，并觀測固體自旋態(tài)及圖像。在計算機計算能力上其原理可以 產(chǎn)生一場科學革命，并在通信上有別于糾纏態(tài)通信方法。研制的自旋顯微 微懸臂探測器相比SEM、 AFM試驗探測具有探測參數(shù)優(yōu)良，顯微分辨率靈 敏度高，熱噪聲小特點。已有的STM掃描隧道顯微只能觀察物質(zhì)表面狀態(tài) 和表面電子行為，參數(shù)值低，振蕩頻率小，并只測導體和半導體樣品。AFM 振蕩器材料硬度高，品質(zhì)因數(shù)小，觀測受限于半導體絕緣體表面形貌測試。 因此自旋顯微微懸臂探測器設(shè)計和制備有著良好的應(yīng)用領(lǐng)域及前景。
自旋顯微微懸臂探測器對半導體集成、微納技術(shù)、納米光學、激光等 離子體微機械MEMS技術(shù)產(chǎn)生深遠的影響。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種自旋顯微微懸臂探測器制備方法，制備內(nèi)
容含電子束刻印10nm技術(shù)、RIE、濕刻干刻結(jié)合，MASK掩膜。制備的探 測器品質(zhì)因數(shù)高、分辨率高、倔強系數(shù)優(yōu)、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，制備具 有工作可靠參數(shù)優(yōu)的特點。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的-
首先，采用低溫低壓化學LPCVD方法在硅SOI基片上鍍制二氧化硅
膜；
其次，等離子體RIE刻蝕二氧化硅膜的SOI基片，刻蝕出基片窗口陣
列；
第三、濕刻基片堿性溶液腐蝕基片窗口，用50—250毫升摩爾濃度 為7—9X的NaOH溶液放入燒杯內(nèi)，燒杯放在磁性攪拌器上，基片浸沒在 8XNaOH溶液中，加熱，溫度在20—55^間，時間12—24小時，直到基 片表面外露出整齊基片10X50窗口陣列，窗口出現(xiàn)Si薄膜；
第四、在Si薄膜涂覆光阻膠；
第五、電子束EBL根據(jù)振蕩器的模板掩膜刻蝕光阻膠，形成振蕩器的 形狀；
最后、在HBr和Cl2氣氛中，等離子體RIE刻蝕去除無光阻膠部分的 Si，在02氣氛中，等離子體RIE刻蝕清除振蕩器表面的光阻膠，得到完整 的振蕩器微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用自旋顯微微懸臂探測器相比同類的商業(yè)SEM、 AFM試驗探 測Q值可達5000—20000，倔強系數(shù)K值10—2J/T，顯微分辨率靈敏度高， 較其他顯微探測無論在測試原理和試驗方法，測試的靈敏度等方面具有優(yōu)勢。
具體實施例方式
SOI基片分為大小5X4cm 兩面鍍制二氧化硅，采用低壓化學LPCVD 方法800^C，鍍制厚度2000 二氧化硅膜，進行后續(xù)的熱處理。
采用等離子體RIE刻蝕對鍍制二氧化硅SOI基片刻蝕窗口陣列。方法 為設(shè)計陣列窗口MASK， MASK為在4寸上等分4份，設(shè)計出10X50窗口 陣列，每個窗口5X4mm2。 MASK置于鍍制二氧化硅SOI基片上端，進行 等離子體刻蝕，速率選擇50/sec，時間120分鐘，完成基片的等離子體RIE 開窗。
濕刻NaOH溶液腐蝕上一步等離子體開窗的WAFER窗口。用150毫 升燒杯盛50毫升8X的NaOH溶液，放在磁性攪拌器上，完成等離子體開 窗的基片浸沒在8XNaOH溶液中，加熱，溫度維持在20—55。C間，從基 片表面有大量氣泡產(chǎn)生，根據(jù)氣泡，調(diào)整刻蝕速度調(diào)節(jié)溫度，時間24小時， 直到基片表面外露出整齊10X50窗口陣列，窗口出現(xiàn)Si薄膜。
對濕刻的窗口 Si薄膜涂覆5209光刻膠。首先從NaOH溶液中取出開 窗的WAFER,浸入乙醇(50%)和去離子水(50%)混合液，洗滌清洗， 3小時，并消除表面張力。對清洗后的開窗基片脫水，用氮氣(99.99%)從 側(cè)面吹干。將開窗基片放于旋轉(zhuǎn)平臺，Si窗口滴入少許5209光刻膠，以 4000rpm旋轉(zhuǎn)，IO分鐘。取出基片，放入烘干箱9()0c，烘10分鐘，取出。 按基片的晶向裁減每個窗口， 一個窗口為一片。
電子束EBL在Si薄膜表面(窗口涂覆5209光刻膠)刻蝕自旋顯微微 懸臂探測器。首先在EBL電子顯微刻蝕系統(tǒng)上，設(shè)計出振蕩器外貌形狀納米圖案。將窗口涂覆5209光刻膠的Si薄膜基片置于電子束EBL真空 CHAMBER,抽真空度到6X 10—6Torr,用EBL設(shè)備在旋涂一層電子束曝光 抗蝕劑的Si薄膜表面刻蝕，用電子束刻印術(shù)按設(shè)計振蕩器外形的刻制出納 米圖案，然后刻蝕、剝離振蕩器外貌形狀以外5209光刻膠，依次移動位置 刻出所有振蕩探測器。
等離子體RIE刻蝕刻除Si (無光刻膠部分)。氣氛采用HBr和<312進行， 調(diào)節(jié)離子密度和時間，直到去除Si，留下自旋顯微微懸臂探測器部分。
等離子體RIE刻蝕清除自旋顯微微懸臂探測器表面的光刻膠。RIE氣 氛用氧氣，調(diào)節(jié)時間和離子注入密度，直到去除自旋顯微微懸臂探測器表 面的光刻膠。完成制備自旋顯微微懸臂探測器過程。
權(quán)利要求
1、基于電子束等離子刻印制備自旋顯微微懸臂探測器方法，其特征在于，包括以下步驟首先，采用低溫低壓化學LPCVD方法在硅SOI基片上鍍制二氧化硅膜；其次，等離子體RIE刻蝕二氧化硅膜的SOI基片，刻蝕出基片窗口陣列；第三、濕刻基片堿性溶液腐蝕基片窗口，用50—250毫升摩爾濃度為7—9％的NaOH溶液放入燒杯內(nèi)，燒杯放在磁性攪拌器上，基片浸沒在8％NaOH溶液中，加熱，溫度在20—550C間，時間12—24小時，直到基片表面外露出整齊基片10×50窗口陣列，窗口出現(xiàn)Si薄膜；第四、在Si薄膜涂覆光阻膠；第五、電子束EBL根據(jù)振蕩器的模板掩膜刻蝕光阻膠，形成振蕩器的形狀；最后、在HBr和Cl2氣氛中，等離子體RIE刻蝕去除無光阻膠部分的Si，在O2氣氛中，等離子體RIE刻蝕清除振蕩器表面的光阻膠，得到完整的振蕩器微結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電子束等離子刻印制備自旋顯微微懸臂探測器方法，首先低溫低壓化學LPCVD方法基片鍍制二氧化硅膜。其次，等離子體RIE刻蝕鍍二氧化硅膜的SOI基片刻蝕窗口陣列。第三、濕刻基片。堿性溶液腐蝕等離子體開窗的WAFER窗口。第四、窗口Si薄膜涂覆光阻膠。第五、EBL制備了振蕩器的形狀，電子束曝光，電子顯微刻蝕系統(tǒng)MASH掩膜刻蝕。第六、等離子體RIE刻蝕刻除Si(無光刻膠部分)刻出振蕩器微結(jié)構(gòu)。最后等離子體RIE刻蝕清除探測器表面的光刻膠，刻出完全振蕩器微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的探測器品質(zhì)因數(shù)高、分辨率高、倔強系數(shù)優(yōu)、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，制備具有工作可靠參數(shù)優(yōu)的特點。
文檔編號B81C1/00GK101417784SQ20081023255
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者韌 任 申請人:西安交通大學