專(zhuān)利名稱(chēng)：一種懸臂梁微量檢測(cè)傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸臂梁微量檢測(cè)傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
微懸臂梁結(jié)構(gòu)是一種最簡(jiǎn)單的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于 大批量制造。近來(lái)，基于懸臂梁結(jié)構(gòu)的傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)和生物檢測(cè)領(lǐng)域。目 前，懸臂梁的信號(hào)讀出方式主要包括光學(xué)方法和壓阻方法兩種。光學(xué)讀出方法具有靈敏度 高、器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是光學(xué)讀出方法一般需要非常昂貴的設(shè)備，調(diào)試較為困難，而 且由于光路調(diào)試的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)陣列化的測(cè)試。壓阻讀出方法具有器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直接電 學(xué)輸出等優(yōu)點(diǎn)，使用方便，而且容易實(shí)現(xiàn)陣列化檢測(cè)，但是其靈敏度又比較低。因此，探求懸 臂梁傳感結(jié)構(gòu)的直接電學(xué)輸出且高靈敏度的讀出方法一直是人們感興趣、持續(xù)關(guān)注的重要 事情，是懸臂梁生物化學(xué)檢測(cè)傳感器的研究熱點(diǎn)之一。目前，一般是從懸臂梁材料的角度出 發(fā)，選擇楊氏模量較小的材料制備懸臂梁，比如二氧化硅，這使得懸臂梁靈敏度的提高受到 很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種懸臂梁微量檢測(cè)傳感器及其制備方法。本發(fā)明提供的懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，包括硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接 觸金屬層、離子注入層、貴金屬層和位于所述硅器件層之上的二氧化硅層組成；其中，所述 歐姆接觸金屬層、所述肖特基接觸金屬層和所述貴金屬層之間均不接觸，所述離子注入層 包埋在所述硅器件層中，所述歐姆接觸金屬層位于所述離子注入層之上并部分嵌入所述二 氧化硅層中，所述肖特基接觸金屬層部分嵌入所述二氧化硅層中，所述貴金屬層位于所述 二氧化硅層之上。上述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器中，構(gòu)成所述硅器件層的材料為硅；構(gòu)成所述歐姆接 觸金屬層的材料為鋁或鋁硅合金；所述鋁硅合金中，硅的質(zhì)量百分含量為；構(gòu)成所述肖 特基接觸金屬層的材料為鋁或鋁硅合金；所述鋁硅合金中，硅的質(zhì)量百分含量為；構(gòu)成 所述貴金屬層的材料為由與所述硅器件層之上的二氧化硅層接觸的鈦層或鉻層和位于所 述鈦層和鉻層之上的金層、鉬層或鈀層組成；所述鈦層或鉻層的厚度均為5-30nm，優(yōu)選均 為8nm，所述金層、鉬層或鈀層的厚度均為20-50nm，優(yōu)選均為30nm。所述歐姆接觸金屬層的厚度為0. 1 μ m 3 μ m，優(yōu)選1. 0 μ m ；所述肖特基接觸金屬 層的厚度為0. 05 μ m 3 μ m，優(yōu)選0. 8 μ m ；所述貴金屬層的厚度為5nm lOOnm，優(yōu)選38nm ； 所述歐姆接觸金屬層和所述肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為3 μ m 200 μ m，優(yōu) 選10 μ m 50 μ m ；所述肖特基接觸金屬層與所述貴金屬層相鄰邊界之間的距離為3 μ m 500 μ m，優(yōu)選20 μ m 100 μ m ；所述硅器件層的厚度為0. 1 μ m 10 μ m，優(yōu)選1 μ m 3 μ m ； 所述離子注入層的厚度為120 A 3ym;所述二氧化硅層的厚度為IOnm lOOnm，優(yōu)選 50nmo
所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器也可只由硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金 屬層、離子注入層、貴金屬層和位于所述硅器件層之上的二氧化硅層組成。本發(fā)明提供的制備上述所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的方法，為下述方法一至方法 四中的任意一種方法，所述方法一依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層上制備一層金屬層，再利用高溫?cái)U(kuò)散方法使所述金屬層中 的金屬擴(kuò)散到所述硅器件層中，腐蝕所述硅器件層表面剩余的所述金屬；2)在經(jīng)過(guò)所述步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層 乙后，進(jìn)行圖形化，以所述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露 出，再腐蝕作為掩膜的所述二氧化硅層乙；3)在所述步驟2)處理完畢的SOI片的正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，正面 光刻所述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，在所述硅器件層上得到離子注入層；所述離子注 入層占據(jù)部分所述硅器件層；4)在所述步驟幻處理完畢的SOI片的正面和背面各制備一層氮化硅層，光刻并刻 蝕該SOI片背面的氮化硅層及所述二氧化硅層丙至硅支撐層露出；5)腐蝕所述步驟4)處理完畢的硅支撐層，形成背腔；6)腐蝕所述步驟幻處理完畢的SOI片上的所有氮化硅層，光刻并圖形化腐蝕所述 二氧化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層用于制備所 述肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離子注入層用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；7)在所述步驟6)處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化 和高溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；8)在所述步驟6)處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后， 得到所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟7)得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸，所述 歐姆接觸金屬層和所述肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為3 μ m 200 μ m,優(yōu)選 10 μ m ~ 50 μ m ；9)在所述步驟6)處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；10)依次刻蝕所述背腔中的硅支撐層和所述二氧化硅層甲，完成所述懸臂梁微量 檢測(cè)傳感器的制備；所述方法二依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層上制備一層金屬層，再利用高溫?cái)U(kuò)散方法使所述金屬層中 的金屬擴(kuò)散到所述硅器件層中，腐蝕所述硅器件層表面剩余的所述金屬；2)在經(jīng)過(guò)所述步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層 乙后，進(jìn)行圖形化，以所述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露 出，再腐蝕作為掩膜的所述二氧化硅層乙；3)在所述步驟2)處理完畢的SOI層的正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，光刻 所述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，得到離子注入層；所述離子注入層占據(jù)部分所述硅器 件層；4)光刻并圖形化腐蝕所述步驟幻所得二氧化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層用于制備所述肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離 子注入的硅器件層用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；5)在所述步驟4)處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化 和高溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；6)在所述步驟4)處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后， 得到所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟幻得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸，所述 歐姆接觸金屬層和所述肖特基接觸金屬層之間的距離為3 μ m 200 μ m,優(yōu)選10 μ π! 50 μ m ；7)在所述步驟6)處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；8)光刻并圖形化所述步驟7)處理完畢的SOI片的背面，ICP刻蝕所述硅支撐層至
二氧化硅層甲；9)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕所述二氧化硅層甲至所述硅器件層，完成所述懸臂梁微 量檢測(cè)傳感器的制備；所述方法三依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化， 以所述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露出，再腐蝕作為掩膜 的所述二氧化硅層乙；2)在所述步驟1)處理完畢的SOI片的正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，正面 光刻所述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，在所述硅器件層上得到離子注入層；所述離子注 入層占據(jù)部分所述硅器件層；3)在所述步驟幻處理完畢的SOI片的正面和背面各制備一層氮化硅層，光刻并刻 蝕該SOI片背面的氮化硅層及所述二氧化硅層丙至硅支撐層露出；4)腐蝕所述步驟幻處理完畢的硅支撐層，形成背腔；5)腐蝕所述步驟4)處理完畢的SOI片上的氮化硅層，光刻并圖形化腐蝕所述二氧 化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層用于制備所述肖 特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離子注入層用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；6)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化 和高溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；7)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后， 得到所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟6)得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸，所述 歐姆接觸金屬層和所述肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為3 μ m 200 μ m,優(yōu)選 10 μ m ~ 50 μ m ；8)在所述步驟幻處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；9)刻蝕所述步驟4)剩下的硅支撐層至二氧化硅層甲；10)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕所述步驟9處理完畢的二氧化硅層甲至所述硅器件層， 得到所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，并將所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器置于伽馬射線源下進(jìn)行 輻照，完成所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備；
所述方法四依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化， 以所述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露出，再腐蝕作為掩膜 的所述二氧化硅層乙；2)在所述步驟1)處理完畢的SOI片的正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，正面 光刻所述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，在所述硅器件層上得到離子注入層；所述離子注 入層占據(jù)部分所述硅器件層；3)光刻并圖形化腐蝕所述步驟2)所述二氧化硅層丙至所述硅器件層露出，該露 出的未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層區(qū)域用于制備所述肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所 述離子注入的硅器件層區(qū)域用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；4)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化 和高溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；5)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后， 得到所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟4)得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸，所述 歐姆接觸金屬層和所述肖特基接觸金屬層之間的距離為3 μ m 200 μ m,優(yōu)選10 μ π! 50 μ m ；6)在所述步驟幻處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；7)光刻并圖形化所述步驟6)處理完畢的SOI片的背面，ICP刻蝕硅支撐層至二氧 化硅層甲；8)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕所述步驟7)處理完畢的二氧化硅層甲至所述硅器件層， 得到所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，并將所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器置于伽馬射線源下進(jìn)行 輻照，完成所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備。所述方法一所述步驟1)中，所述金屬選自金和銅中的至少一種；所述SOI片由硅 器件層、位于所述硅器件層之下的二氧化硅層甲和位于所述二氧化硅層甲之下的硅支撐層 組成；所述金屬層的厚度為Inm 50歷，優(yōu)選Snm ；所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1 μ m 2μ ，優(yōu)選0. 5μπι Ιμ ;所述硅支撐層的厚度為300 μ m 500 μ m，優(yōu)選380 μ m 420 μ m;制備金屬層的方法為磁控濺射法和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，所述磁控濺射法 中，氣壓為1 IOmTorr,優(yōu)選lmTorr，電流密度為4 60mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2，功率密度 為1 40W/cm2，優(yōu)選20W/cm2 ；所述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為1 IOmTorr,優(yōu)選4mTorr，電 子束能量為8 IOKeV,優(yōu)選9KeV，電流強(qiáng)度為100-200mA，優(yōu)選120mA ；所述高溫?cái)U(kuò)散方法 中，溫度為100°C 1200°C，優(yōu)選350°C，時(shí)間為15分鐘 M小時(shí)，優(yōu)選30分鐘；所述腐蝕 步驟中，腐蝕液為由4g ΚΙ、Ig I2和40mL H2O組成的混合液；所述步驟2)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm 1000歷，優(yōu)選IOOnm ；所述二
氧化硅層乙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至 少一種，優(yōu)選濕氧氧化；所述濕氧氧化法中，溫度為900°C ；腐蝕步驟中，腐蝕二氧化硅層乙 的腐蝕液為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為 1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；腐蝕硅器件層的腐蝕液選自氫氧化鉀、四甲基氫氧 化胺和乙二胺鄰苯二酚中的至少一種；
所述步驟3)中，所述二氧化硅層丙的厚度為IOnm lOOnm，優(yōu)選50nm ；所述二氧 化硅層丙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少 一種，優(yōu)選干氧氧化；所述干氧氧化法中，溫度為1000°c ；光刻步驟中，各種常用的光刻膠 均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304，RZJ-306和Siipley Company 的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304 ；所述離子注入步 驟中，注入劑量為3E15cnT2 5E16cnT2，優(yōu)選lE16cm_2，注入能量為50KeV 140KeV,優(yōu)選 70KeV ；所述步驟4)中，所述氮化硅層的厚度為50nm 1000歷，優(yōu)選160nm ；制備氮化 硅層的方法為低壓化學(xué)氣相沉積法，所述低壓化學(xué)氣相沉積法中，溫度為650°C 800°C， 優(yōu)選 675 "C 695 "C，更優(yōu)選 685 °C，壓力為 100mTorr-300mTorr，優(yōu)選 250mtorr,時(shí)間為 65-75min，優(yōu)選70min;所述RIE反應(yīng)離子刻蝕方法中，刻蝕氣體為由流量比3 20 60 的SF6、He和CHF3組成的混合氣體，真空度為KT1 10_2Torr ；所述光刻步驟中，各種常用 的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304，RZJ-306和^ipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選瑞紅蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304 ；所 述刻蝕步驟中，刻蝕方法為RIE反應(yīng)離子刻蝕方法；所述步驟幻中，所述腐蝕步驟中，腐蝕液選自氫氧化鉀、四甲基氫氧化胺和乙二 胺鄰苯二酚中的至少一種；所述KOH水溶液的質(zhì)量百分濃度為15% 50%，優(yōu)選40% ；所 述TMAH水溶液的質(zhì)量百分濃度為5% 50%，優(yōu)選20% ；所述腐蝕完畢的硅支撐層的厚度 為 0 100 μ m, ^it 30ym ；所述步驟6)腐蝕步驟中，腐蝕液均為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟 化銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；光刻步驟中， 各種常用的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304，RZJ-306 和Siipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的 RZJ-304 ；所述步驟7)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射法 選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控 濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述 高溫合金步驟中，退火溫度為400°C 500°C，優(yōu)選450°C，退火時(shí)間為20 60分鐘，優(yōu)選 30分鐘；所述步驟8)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射法 選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控 濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟9)中，制備所述貴金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述 濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu) 選磁控濺射，所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟7) -9)所述磁控濺射中，氣壓為ImTorr IOmTorr,優(yōu)選lmTorr，電流密 度為 4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選 10mA/cm2，功率密度為 lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選 20W/cm2 ；所 述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr IOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV, 優(yōu)選9KeV，電流強(qiáng)度為100mA-200mA，優(yōu)選120mA ；
所述步驟10)中，所述二氧化硅層甲的厚度為0. Iym 2μπι，優(yōu)選0. 5μπι 1 μ m ；所述方法二的步驟1)中，所述金屬選自金和銅中的至少一種；所述SOI片由硅 器件層、位于所述硅器件層之下的二氧化硅層甲和位于所述二氧化硅層甲之下的硅支撐層 組成；所述金屬層的厚度為Inm 50歷，優(yōu)選Snm ；所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1 μ m 2μ ，優(yōu)選0. 5μπι Ιμπι，更優(yōu)選Ιμ ；所述硅支撐層的厚度為300 μ m 500 μ m，優(yōu)選 380 μ m 420 μ m,更優(yōu)選400 μ m ；制備金屬層的方法為磁控濺射法和電子束蒸發(fā)法中的至 少一種，優(yōu)選磁控濺射法，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr IOmTorr，優(yōu)選ImTorr，電流 密度為 4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選 10mA/cm2,功率密度為 lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選 20ff/cm2,所 述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr IOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV, 優(yōu)選9KeV，電流強(qiáng)度為100mA-200mA，優(yōu)選120mA ；所述高溫?cái)U(kuò)散方法中，溫度為100°C 1200°C，優(yōu)選350°C，時(shí)間為15分鐘 M小時(shí)，優(yōu)選30分鐘；所述腐蝕步驟中，腐蝕液為由 4g ΚΙ、Ig I2和40mL H2O組成的混合液；所述步驟2)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm 1000歷，優(yōu)選IOOnm ；所述二
氧化硅層乙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至 少一種，優(yōu)選濕氧氧化法，所述濕氧氧化法中，氧化溫度為900°C ；腐蝕步驟中，腐蝕二氧化 硅層乙的腐蝕液為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液，優(yōu)選由體 積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；腐蝕硅器件層的腐蝕液選自氫氧化鉀、四甲 基氫氧化胺和乙二胺鄰苯二酚中的至少一種，優(yōu)選氫氧化鉀；所述步驟3)中，所述二氧化硅丙層的厚度為IOnm lOOnm，優(yōu)選50nm;所述二 氧化硅層丙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至 少一種，優(yōu)選干氧氧化法，所述干氧氧化法中，氧化溫度為1000°c ；光刻步驟中，各種常用 的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304，RZJ-306和Shipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304 ；所述 離子注入步驟中，注入劑量為3E15cnT2 5E16cnT2，優(yōu)選lE16cnT2，注入能量為50KeV 140KeV，優(yōu)選 70KeV ；所述步驟4)腐蝕步驟中，腐蝕液均為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟化 銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；所述光刻步驟 中，各種常用的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304，RZJ-306 和Siipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的 RZJ-304 ；所述光刻步驟中，各種常用的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限 公司的RZJ-304，RZJ-306和Shipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電 子化學(xué)品有限公司的RZJ-304;所述腐蝕步驟中，腐蝕液均為氫氟酸或由體積比為1 4的 氫氟酸和氟化銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；所述步驟幻中，制備金屬層的方法為濺射法；所述濺射法選自直流濺射、射頻濺 射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射；所述高溫合金步 驟中，退火溫度為400-500°C，優(yōu)選450°C，時(shí)間為20_60min，優(yōu)選30min ；所述步驟6)中，制備金屬層的方法為濺射法；所述濺射法選自直流濺射、射頻濺 射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射；
所述步驟7)中，制備所述貴金屬層的方法為蒸發(fā)法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電 子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟5) -6)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr IOmTorr,優(yōu)選lmTorr， 電流密度為4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2 ；功率密度為lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選20W/ cm2 ；所述步驟7)電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為 8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV,電流強(qiáng)度為 100mA_200mA，優(yōu)選 120mA ；所述步驟8)中，刻蝕完畢后所述硅支撐層的厚度為300 500μπι，優(yōu)選 380 420 μ m;所述光刻步驟中，各種常用的光刻膠均適用，如可選自AZ Electronic Materials(Japan)K. K 的 AZ 4620 和 AZ 9260 中的至少一種，優(yōu)選 AZ Electronic Materials(Japan)K. KAZ 4620 ；所述ICP刻蝕步驟中，刻蝕氣體為由為流量比15 1的SF6 與A組成的刻蝕氣體，真空度為10_4 KT2Torr ；所述步驟9)中，刻蝕完畢后所述二氧化硅層甲的厚度為0.1_2μπι，優(yōu)選 0. 5-1 μ m ；所述方法三的步驟1)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm lOOOnm，優(yōu)選 IOOnm ；所述二氧化硅層乙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕 氧氧化中的至少一種，優(yōu)選濕氧氧化法，所述濕氧氧化法中，氧化溫度為900°C ；腐蝕步驟 中，腐蝕液為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為 14的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；所述步驟2)中，所述二氧化硅丙層的厚度為lO-lOOnm，優(yōu)選50nm ；所述二氧化硅 層丙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種， 優(yōu)選干氧氧化法，所述干氧氧化法中，氧化溫度為1000°c ；光刻步驟中，各種常用的光刻膠 均適用，如可選自 Fujifilm Electronic Materials Co. LTD 的 HPR-204 和 HPR-207 中的至 少一種，優(yōu)選Fujifilm Electronic Materials Co. LTD 的 HPR-207 ；離子注入步驟中，注入 劑量為 3E15cnT2-5E16cnT2，優(yōu)選 lE16cnT2，注入能量為 50KeV_140KeV，優(yōu)選 70KeV ；所述步驟3)中，所述氮化硅層的厚度為IOnm lOOOnm，優(yōu)選160nm ；制備氮化硅 層的方法為低壓化學(xué)氣相沉積法，所述低壓化學(xué)氣相沉積法中，溫度為650°C 800°C，優(yōu) 選 675°C 695°C，更優(yōu)選 685°C，壓力為 100_300mTorr，優(yōu)選 250mTorr,時(shí)間為 65_75min， 優(yōu)選70min;所述RIE反應(yīng)離子刻蝕步驟中，刻蝕氣體為由流量比為3 20 60的SF6、He 和CHF3組成的刻蝕氣體，真空度為KT1 KT2Torr ；所述刻蝕步驟是采用RIE反應(yīng)離子刻 蝕方法；所述光刻步驟中，各種常用的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公 司的RZJ-304，RZJ-306和Shipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子 化學(xué)品有限公司的RZJ-304;所述步驟4)中，所述腐蝕步驟中，腐蝕液選自氫氧化鉀、四甲基氫氧化胺和乙二 胺鄰苯二酚的水溶液中的至少一種，優(yōu)選氫氧化鉀水溶液；所述KOH水溶液的質(zhì)量百分濃 度為15% 50%，優(yōu)選40% ；所述TMAH水溶液的質(zhì)量百分濃度為5% 50%，優(yōu)選20% ； 所述腐蝕完畢的硅支撐層的厚度為0 100 μ m,優(yōu)選30 μ m ；所述步驟5)腐蝕步驟中，腐蝕液選用磷酸，溫度為160 180°C，優(yōu)選170°C ；光 刻步驟中，各種常用的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304， RZJ-306和Siipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的 RZJ-304 ；所述步驟6)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射法 選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控 濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述 高溫合金步驟中，退火溫度為400°C 500°C，優(yōu)選450°C，退火時(shí)間為20 60分鐘，優(yōu)選 30分鐘；所述步驟7)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射法 選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控 濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟6) -8)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr IOmTorr,優(yōu)選lmTorr，
電流密度為4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2 ；功率密度為lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選20W/
2
cm ；所述步驟8)中，制備所述貴金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所 述濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種， 優(yōu)選磁控濺射法，所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā) 法；所述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV，電流強(qiáng)度為 100mA-200mA，優(yōu)選 120mA ；所述步驟9)中，刻蝕完畢后所述剩下的硅支撐層的厚度為0-100 μ m，優(yōu)選 30μ ；所述步驟10)中，刻蝕完畢后所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1-2 μ m,優(yōu)選 0. 5-1 μ m ；所述輻照步驟中，所述伽馬射線輻射的劑量為1. OX 107tad-15. OX 107tad，優(yōu)選 7. 0X107tad ；所述方法四的步驟1)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm lOOOnm，優(yōu)選 IOOnm ；所述二氧化硅層乙的制備方法為氧化法，所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕 氧氧化中的至少一種，優(yōu)選濕氧氧化法，所述濕氧氧化法中，氧化溫度為900°C ；腐蝕步驟 中，腐蝕液為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為 14的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；所述步驟2)中，所述二氧化硅丙層的厚度為lO-lOOnm，優(yōu)選50nm ；所述二氧化硅 層丙的制備方法為氧化法；所述氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種， 優(yōu)選干氧氧化法，所述干氧氧化法中，氧化溫度為1000°c ；所述步驟幻腐蝕步驟中，腐蝕液均為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟 化銨組成的混合液，優(yōu)選由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的混合液；光刻步驟中， 各種常用的光刻膠均適用，如可選自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的RZJ-304，RZJ-306 和Siipley Company的SPR 220中的至少一種，優(yōu)選蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司的 RZJ-304 ；所述步驟4)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射法 選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控 濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述 高溫合金步驟中，退火溫度為400°C 500°C，優(yōu)選450°C，退火時(shí)間為20 60分鐘，優(yōu)選30分鐘；所述步驟幻中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種；所述濺射法 選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控 濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟6)中，制備所述貴金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種；所述步驟5) -6)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr IOmTorr,優(yōu)選lmTorr， 電流密度為4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2 ；功率密度為lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選20W/ cm2 ；所述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr IOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV，電流強(qiáng)度為 100mA-200mA，優(yōu)選 120mA ；所述步驟7)中，所述硅支撐層的厚度為300 500 μ m，優(yōu)選380 420 μ m。所述步驟8)輻照步驟中，所述伽馬射線輻射的劑量為1. 0X107tad-15. 0X107tad, 優(yōu)選 7. 0X107tad。本發(fā)明通過(guò)在懸臂梁的一個(gè)表面(正面或者背面)淀積(蒸發(fā)或者濺射)薄的貴 金屬層，如金、鉬、鈀等，在該金屬層上通過(guò)自主裝的方法生長(zhǎng)上具有特異性吸附能力的單 分子敏感層，得到肖特基二極管嵌入式懸臂梁微量檢測(cè)傳感器。該傳感器將經(jīng)過(guò)重金屬擴(kuò) 散或者伽馬射線輻照處理過(guò)的金屬-硅肖特基二極管嵌入硅懸臂梁適當(dāng)位置的表面，實(shí)現(xiàn) 了力學(xué)信號(hào)到電學(xué)信號(hào)的高靈敏轉(zhuǎn)換，從根本上解決了硅壓阻靈敏度較低的問(wèn)題。當(dāng)懸臂 梁表面發(fā)生分子特異性吸附而產(chǎn)生表面應(yīng)力使懸臂梁發(fā)生彎曲時(shí)，會(huì)在懸臂梁的根部產(chǎn)生 集中的應(yīng)力分布。將肖特基二極管置于懸臂梁的根部以感知該區(qū)域的應(yīng)力變化，從而能夠 感知出懸臂梁彎曲的撓度，進(jìn)而完成微量物質(zhì)的檢測(cè)。本發(fā)明采用兩種方法提高肖特基二 極管的應(yīng)力靈敏度，一是在硅中擴(kuò)散入重金屬，比如金，銅等，從而在硅中產(chǎn)生深能級(jí)；二是 利用伽馬射線輻照的方法在肖特基二極管的半導(dǎo)體部分產(chǎn)生大量的復(fù)合中心。同時(shí)，本發(fā) 明采用SOI片并結(jié)合刻蝕自停止工藝，實(shí)現(xiàn)了超薄懸臂梁結(jié)構(gòu)加工的精確控制。本發(fā)明提 供的懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作簡(jiǎn)便、靈敏度高、分辨率高，可應(yīng)用于多種力學(xué) MEMS結(jié)構(gòu)，如力傳感器、掃描探針等，在環(huán)境檢測(cè)、食品安全、航天軍事等領(lǐng)域均有重要的應(yīng) 用價(jià)值。


圖1為肖特基二極管嵌入式懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的三維結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為 襯底支撐層，2為懸臂梁，3為肖特基接觸金屬層，4為歐姆接觸金屬層，5為貴金屬層。圖2為實(shí)施例1的工藝流程示意圖。圖3為實(shí)施例2的工藝流程示意圖。圖4為實(shí)施例3的工藝流程示意圖。圖5為實(shí)施例4的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所 述方法如無(wú)特別說(shuō)明，均為常規(guī)方法。本發(fā)明中構(gòu)成所述二氧化硅層甲、二氧化硅層乙和二 氧化硅層丙的材料均為二氧化硅。
實(shí)施例1、利用KOH溶液腐蝕背腔工藝制備經(jīng)重金屬擴(kuò)散的金屬-硅肖特基二極管 嵌入式懸臂梁圖2為本發(fā)明懸臂梁傳感器的制備流程圖，具體步驟如下1)在SOI片的硅器件層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電流密度為lOmA/cm2，功 率密度為20W/cm2)制備一層厚度為8nm的金金屬層(如圖2a)，再利用高溫?cái)U(kuò)散方法(溫 度為350°C，時(shí)間為30min)使金屬層中的金屬擴(kuò)散到硅器件層中，用由4g KIUg 12和40!^ H2O組成的腐蝕液腐蝕硅器件層表面剩余的金屬；該步驟中，SOI片由厚度為1.5μπι的硅器件層、位于該硅器件層之下且厚度為 l.Oym的二氧化硅層甲和位于二氧化硅層甲之下且厚度為400 μ m的硅支撐層組成；2)在經(jīng)過(guò)步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面都用濕氧氧化法(氧化溫度 為900°C)制備一層厚度為IOOnm的二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化，以二氧化硅層乙為掩膜， 用由體積比為14的氫氟酸和氟化銨組成的腐蝕液腐蝕硅器件層至二氧化硅層甲露出 (如圖2b)，再腐蝕作為掩膜的二氧化硅層乙(如圖2c)；3)在步驟幻處理完畢的硅器件層的正面和背面都用干氧氧化法(溫度為 IOO(TC)制備一層厚度為50nm的二氧化硅層丙(如圖2d)，用光刻膠(購(gòu)自蘇州瑞紅電子化 學(xué)品有限公司，型號(hào)為RZJ-304)光刻二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，注入劑量為lE16cm_2， 注入能量為70KeV，得到厚度為3μπι的離子注入層(如圖加)；該離子注入層占據(jù)部分硅器 件層；4)在步驟幻處理完畢的SOI片的正面和背面都用低壓化學(xué)氣相沉積法(溫度為 685°C，壓力為250mTorr)各制備一層厚度均為160nm的氮化硅層(如圖2f)，光刻(所用光 刻膠購(gòu)自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司，型號(hào)為RZJ-304)并用溫度為170°C的磷酸刻蝕該 SOI片背面的氮化硅層及二氧化硅層丙至硅支撐層露出；5)用質(zhì)量百分濃度為40%的KOH水溶液腐蝕步驟4)處理完畢的硅支撐層至厚度 為30 μ m，形成背腔(如圖2g)；6)用由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成的腐蝕液腐蝕步驟幻處理完畢的 SOI片上的氮化硅層(如圖池)，光刻(所用光刻膠購(gòu)自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司，型 號(hào)為RZJ-304)并圖形化腐蝕二氧化硅層丙至硅器件層(如圖2i)露出，該露出的未進(jìn)行離 子注入的硅器件層區(qū)域用于制備肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的離子注入的硅器件層區(qū)域 用于制備歐姆接觸金屬區(qū)域；7)在步驟6)處理完畢的露出的離子注入層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電 流密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為1. 0 μ m的金屬層，圖形化和高溫 合金(溫度為450°C，退火30min)后，得到歐姆接觸金屬層(如圖2j)；其中，構(gòu)成該金屬層的材料為鋁硅合金，硅的質(zhì)量百分含量為；8)在步驟6)處理完畢的露出的硅器件層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電流 密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為0. 8 μ m的鋁金屬層，圖形化后，得 到肖特基接觸金屬層(如圖2k)；肖特基接觸金屬層與步驟7)得到的歐姆接觸金屬層之間 不接觸，歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層之間的距離為15 μ m ；9)在步驟6)處理完畢的二氧化硅層丙上用電子束蒸發(fā)法(氣壓為4mT0rr，電子 束能量為9KeV，電流強(qiáng)度為120mA)制備一層貴金屬層(如圖21)；
其中，構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與硅器件層之上的二氧化硅層丙接觸且厚度為 Snm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的金層組成；10)利用ICP(感應(yīng)耦合等離子刻蝕)方法刻蝕步驟幻剩下的硅支撐層至二氧化 硅層甲(如圖2m)后，再利用RIE(反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕方法繼續(xù)刻蝕二氧化硅層甲至硅器 件層(如圖2η)，完成懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備。其中，ICP方法為在真空條件下，通入流量比15 1的由SF6與O2組成的混合刻蝕 氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為10_4Torr;RIE刻蝕方法是在真空條件下，通入流量比3 20 60 的由SF6、He和CHF3組成的混合刻蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為K^Torr。按照上述方法制備所得懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該傳 感器由硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層、離子注入層、貴金屬層和位于硅器 件層之上的二氧化硅層組成；其中，歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層和貴金屬層之間均 不接觸，離子注入層包埋在硅器件層中，歐姆接觸金屬層位于離子注入層之上并部分嵌入 二氧化硅層丙中，肖特基接觸金屬層部分嵌入二氧化硅層丙中，貴金屬層位于二氧化硅層 丙之上。構(gòu)成該硅器件層的材料為硅；構(gòu)成該歐姆接觸金屬層的材料均為鋁硅合金(硅的 質(zhì)量百分含量為)；構(gòu)成肖特基接觸金屬層的材料為鋁；構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與 硅器件層之上的二氧化硅層丙接觸且厚度為8nm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的 金層組成；歐姆接觸金屬層的厚度為1. 0 μ m ；肖特基接觸金屬層的厚度為0. 8 μ m ；貴金屬 層的厚度為38nm;歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為15μπι;肖 特基接觸金屬層與貴金屬層相鄰邊界之間的距離為20 μ m ；硅器件層的厚度為1. 5 μ m ；離 子注入層的厚度為120 A;二氧化硅層丙的厚度為50nm。實(shí)施例2、利用ICP干法刻蝕背腔工藝制備經(jīng)重金屬擴(kuò)散的金屬-硅肖特基二極管 嵌入式懸臂梁圖3為本發(fā)明懸臂梁傳感器的制備流程圖，具體步驟如下1)在SOI片的硅器件層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電流密度為lOmA/cm2，功 率密度為20W/cm2)制備一層厚度為8nm的金金屬層(如圖3a)，再利用高溫?cái)U(kuò)散方法(溫 度為350°C，時(shí)間為30min)使金屬層中的金屬擴(kuò)散到硅器件層中，用由4g KIUg 12和40!^ H2O組成的腐蝕液腐蝕硅器件層表面剩余的金屬；其中，該SOI片由厚度為1.5μπι的硅器件層、位于硅器件層之下且厚度為Ι.Ομπι 的二氧化硅層甲和位于二氧化硅層甲之下且厚度為400 μ m的硅支撐層組成；2)在經(jīng)過(guò)步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面都用濕氧氧化法(氧化溫度 為900°C)制備一層厚度為IOOnm的二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化，以二氧化硅層乙為掩膜， 用由體積比為14的氫氟酸和氟化銨組成的腐蝕液腐蝕硅器件層至二氧化硅層甲露出 (如圖北)，再腐蝕作為掩膜的二氧化硅層乙(如圖3c)；3)在步驟幻處理完畢的硅器件層的正面和背面都用干氧氧化法(氧化溫度為 IOO(TC)制備一層厚度為50nm的二氧化硅層丙(如圖3d)，光刻(所用光刻膠購(gòu)自Fujif ilm Electronic Materials Co. LTD，型號(hào)為HPR-207) 二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入(注入劑 量為lE16cm_2，注入能量為70KeV)，得到厚度為3μπι的離子注入層(如圖；^)；該離子注入 層占據(jù)部分硅器件層；
4)光刻(所用光刻膠購(gòu)自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司，型號(hào)為RZJ-304)并圖形 化腐蝕步驟幻二氧化硅層丙至硅器件層(如圖3f)露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的硅器 件層區(qū)域用于制備肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的離子注入的硅器件層區(qū)域用于制備歐姆 接觸金屬區(qū)域；其中，腐蝕步驟所用腐蝕液由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成；5)在步驟4)處理完畢的露出的離子注入層上用磁控濺射法制備一層厚度為 1. Oym的金屬層，圖形化和高溫合金(溫度為450°C，退火30min)后，得到歐姆接觸金屬層 (如圖3g)；其中，構(gòu)成該金屬層的材料為鋁硅合金，硅的質(zhì)量百分含量為；6)在步驟4)處理完畢的露出的硅器件層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電流 密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為0. 8 μ m的鋁金屬層，圖形化后，得 到肖特基接觸金屬層(如圖3h)；肖特基接觸金屬層與步驟5)得到的歐姆接觸金屬層之間 不接觸，歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層之間的距離為15 μ m ；7)在步驟6)處理完畢的二氧化硅層丙上用電子束蒸發(fā)法(氣壓為4mT0rr，電子 束能量為9KeV，電流強(qiáng)度為120mA)制備一層貴金屬層(如圖3i)；其中，構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與硅器件層之上的二氧化硅層接觸且厚度為 Snm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的金層組成；8)光刻(所用光刻膠購(gòu)自 AZ Electronic Materials (Japan)K. K，型號(hào)為 AZ 4620)并圖形化步驟7)處理完畢的SOI片的背面，利用ICP方法刻蝕硅支撐層至二氧化硅 層甲(如圖3j)后，再利用RIE刻蝕方法繼續(xù)刻蝕二氧化硅層甲至硅器件層(如圖3k)，完 成懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備。其中，ICP方法為在真空條件下，通入流量比15 1的由SF6與仏組成的混合刻 蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為10_4Torr ；RIE刻蝕方法是在真空條件下，通入流量比3 20 60的由SF6、He和CHF3組成 的混合刻蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為IO-1Torr。按照上述方法制備所得懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該傳 感器由硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層、離子注入層、貴金屬層和位于硅器 件層之上的二氧化硅層組成；其中，歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層和貴金屬層之間均 不接觸，離子注入層包埋在硅器件層中，歐姆接觸金屬層位于離子注入層之上并部分嵌入 二氧化硅層丙中，肖特基接觸金屬層部分嵌入二氧化硅層丙中，貴金屬層位于二氧化硅層 丙之上。構(gòu)成該硅器件層的材料為硅；構(gòu)成該歐姆接觸金屬層的材料均為鋁硅合金(硅的 質(zhì)量百分含量為)；構(gòu)成肖特基接觸金屬層的材料為鋁；構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與 硅器件層之上的二氧化硅層丙接觸且厚度為8nm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的 金層組成；歐姆接觸金屬層的厚度為1. 0 μ m ；肖特基接觸金屬層的厚度為0. 8 μ m ；貴金屬 層的厚度為38nm;歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為15μπι;肖 特基接觸金屬層與貴金屬層相鄰邊界之間的距離為20 μ m ；硅器件層的厚度為1. 5 μ m ；離 子注入層的厚度為120 A;二氧化硅層丙的厚度為50nm。實(shí)施例3、利用KOH溶液腐蝕背腔工藝制備金屬-硅肖特基二極管嵌入式懸臂梁并對(duì)其進(jìn)行伽馬射線輻照?qǐng)D4為本發(fā)明懸臂梁傳感器的制備流程圖，具體步驟如下1)在SOI片(如圖如)的硅器件層的正面和背面都用濕氧氧化法(氧化溫度為 9000C )制備一層厚度為IOOnm的二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化，以二氧化硅層乙為掩膜腐 蝕硅器件層至二氧化硅層甲露出(如圖4b)，再用由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組成 的腐蝕液腐蝕作為掩膜的二氧化硅層乙(如圖4c)；其中，該SOI片由厚度為1.5μπι的硅器件層、位于硅器件層之下且厚度為Ι.Ομπι 的二氧化硅層甲和位于二氧化硅層甲之下且厚度為400 μ m的硅支撐層組成；2)在步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面都用干氧氧化法(氧化溫度為 IOO(TC)制備一層厚度為50nm的二氧化硅層丙(如圖4d)，光刻(所用光刻膠購(gòu)自Fujifilm Electronic Materials Co. LTD，型號(hào)為HPR-207) 二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入(注入劑 量為IEiecnT2，注入能量為70KeV)，得到厚度為3μπι的離子注入層(如圖如)；該離子注入 層占據(jù)部分硅器件層；3)在步驟2)處理完畢的SOI片的正面和背面都用低壓化學(xué)氣相沉積法(溫度為 685°C，壓力為250mTorr)各制備一層厚度為160nm的氮化硅層(如圖4f)，光刻(所用光 刻膠購(gòu)自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司，型號(hào)為RZJ-304)并用溫度為170°C的磷酸刻蝕該 SOI片背面的氮化硅層及二氧化硅層丙至硅支撐層露出；4)用質(zhì)量百分濃度為40%的KOH水溶液腐蝕步驟幻處理完畢的硅支撐層至厚度 為30 μ m，形成背腔(如圖4g)；5)腐蝕步驟4)處理完畢的SOI片上的氮化硅層(如圖4h)，光刻(所用光刻膠 購(gòu)自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司，型號(hào)為RZJ-304)并圖形化腐蝕(腐蝕液由體積比為 1 4的氫氟酸和氟化銨組成)二氧化硅層丙至硅器件層(如圖4i)露出，該露出的未進(jìn)行 離子注入的硅器件層區(qū)域用于制備肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的離子注入的硅器件層區(qū) 域用于制備歐姆接觸金屬區(qū)域；6)在步驟5)處理完畢的露出的離子注入層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電 流密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為1. 0 μ m的金屬層，圖形化和高溫 合金(溫度為450°C，退火30min)后，得到歐姆接觸金屬層(如圖4j)；其中，構(gòu)成該金屬層的材料為鋁硅合金，硅的質(zhì)量百分含量為；7)在步驟5)處理完畢的露出的硅器件層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電流 密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為0. 8 μ m的鋁金屬層，圖形化后，得 到肖特基接觸金屬層(如圖4k)；肖特基接觸金屬層與步驟6)得到的歐姆接觸金屬層之間 不接觸，歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層之間的距離為15 μ m ；8)在步驟幻處理完畢的二氧化硅層丙上用電子束蒸發(fā)法(氣壓為4mT0rr，電子 束能量為9KeV，電流強(qiáng)度為120mA)制備一層貴金屬層(如圖41)；其中，構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與硅器件層之上的二氧化硅層接觸且厚度為 Snm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的金層組成；9)利用ICP方法刻蝕步驟4)剩下的硅支撐層至二氧化硅層甲(如圖4m)；其中，ICP方法為在真空條件下，通入流量比15 1的由SF6與仏組成的混合刻 蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為KT4QTorr ；
10)利用RIE刻蝕方法繼續(xù)刻蝕二氧化硅層甲至硅器件層(如圖4η)后，置于伽馬 射線源下進(jìn)行輻照后，完成懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備。其中，伽馬射線輻射的劑量為7. OX 107tad ；RIE刻蝕方法是在真空條件下，通入流量比3 20 60的由SF6、He和CHF3組成 的混合刻蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為IO-1Torr。按照上述方法制備所得懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該傳 感器由硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層、離子注入層、貴金屬層和位于硅器 件層之上的二氧化硅層組成；其中，歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層和貴金屬層之間均 不接觸，離子注入層包埋在硅器件層中，歐姆接觸金屬層位于離子注入層之上并部分嵌入 二氧化硅層丙中，肖特基接觸金屬層部分嵌入二氧化硅層丙中，貴金屬層位于二氧化硅層 丙之上。構(gòu)成該硅器件層的材料為硅；構(gòu)成該歐姆接觸金屬層的材料均為鋁硅合金(硅的 質(zhì)量百分含量為)；構(gòu)成肖特基接觸金屬層的材料為鋁；構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與 硅器件層之上的二氧化硅層丙接觸且厚度為8nm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的 金層組成；歐姆接觸金屬層的厚度為1. 0 μ m ；肖特基接觸金屬層的厚度為0. 8 μ m ；貴金屬 層的厚度為38nm;歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為15μπι;肖 特基接觸金屬層與貴金屬層相鄰邊界之間的距離為20 μ m ；硅器件層的厚度為1. 5 μ m ；離 子注入層的厚度為120 A;二氧化硅層丙的厚度為50nm。實(shí)施例4、利用ICP干法刻蝕背腔工藝制備金屬-硅肖特基二極管嵌入式懸臂梁并 對(duì)其進(jìn)行伽馬射線輻照?qǐng)D5為本發(fā)明懸臂梁傳感器的制備流程圖，具體步驟如下1)在SOI片(如圖fe)的硅器件層的正面和背面都用濕氧氧化法(氧化溫度為 9000C )制備一層厚度為IOOnm的二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化，以二氧化硅層乙為掩膜腐 蝕腐蝕(腐蝕液由體積比為14的氫氟酸和氟化銨組成)硅器件層至二氧化硅層甲露出 (如圖恥)，再腐蝕作為掩膜的二氧化硅層乙(如圖5c)；其中，該SOI片由厚度為1.5μπι的硅器件層、位于硅器件層之下且厚度為Ι.Ομπι 的二氧化硅層甲和位于二氧化硅層甲之下且厚度為400 μ m的硅支撐層組成；2)在步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面都用干氧氧化法(氧化溫度為 IOO(TC)制備一層厚度為50nm的二氧化硅層丙(如圖5d)，光刻(所用光刻膠購(gòu)自Fujifilm Electronic Materials Co. LTD，型號(hào)為HPR-207) 二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入(注入劑 量為lE16cm_2，注入能量為70KeV)，得到厚度為3μπι的離子注入層(如圖k)；該離子注入 層占據(jù)部分硅器件層；3)光刻(所用光刻膠購(gòu)自蘇州瑞紅電子化學(xué)品有限公司，型號(hào)為RZJ-304)并圖形 化腐蝕(腐蝕液由體積比為14的氫氟酸和氟化銨組成)步驟幻二氧化硅層丙至硅器 件層(如圖5f)露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的硅器件層區(qū)域用于制備肖特基接觸金屬 區(qū)域，該露出的離子注入的硅器件層區(qū)域用于制備歐姆接觸金屬區(qū)域；4)在步驟3)處理完畢的露出的離子注入層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電 流密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為1. 0 μ m的金屬層，圖形化和高溫 合金(溫度為450°C，退火30min)后，得到歐姆接觸金屬層(如圖5g)；
其中，構(gòu)成該金屬層的材料為鋁硅合金，硅的質(zhì)量百分含量為；5)在步驟3)處理完畢的露出的硅器件層上用磁控濺射法(氣壓為lmTorr，電流 密度為lOmA/cm2，功率密度為20W/cm2)制備一層厚度為0. 8 μ m的鋁金屬層，圖形化后，得 到肖特基接觸金屬層(如圖5h)；肖特基接觸金屬層與步驟5)得到的歐姆接觸金屬層之間 不接觸，歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層之間的距離為15 μ m ；6)在步驟幻處理完畢的二氧化硅層丙上用電子束蒸發(fā)法(氣壓為4mT0rr，電子 束能量為9KeV，電流強(qiáng)度為120mA)制備一層貴金屬層(如圖5i)；其中，構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與硅器件層之上的二氧化硅層接觸且厚度為 Snm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的金層組成；7)光刻(所用光刻膠購(gòu)自 AZ Electronic Materials (Japan)K. K，型號(hào)為 AZ 4620)并圖形化步驟5)處理完畢的SOI片的背面，利用ICP方法刻蝕硅支撐層至二氧化硅 層甲(如圖5j)；其中，ICP方法為在真空條件下，通入流量比15 1的由SF6與仏組成的混合刻 蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為10_4Torr ；8)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕二氧化硅層甲至硅器件層(如圖5k)后，將其置于伽馬 射線源下進(jìn)行輻照，完成懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備。其中，伽馬射線輻射的劑量為7. OX 107tad ；RIE刻蝕方法是在真空條件下，通入流量比3 20 60的由SF6、He和CHF3組成 的混合刻蝕氣體進(jìn)行刻蝕，真空度為IO-1Torr。按照上述方法制備所得懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該傳 感器由硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層、離子注入層、貴金屬層和位于硅器 件層之上的二氧化硅層組成；其中，歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層和貴金屬層之間均 不接觸，離子注入層包埋在硅器件層中，歐姆接觸金屬層位于離子注入層之上并部分嵌入 二氧化硅層丙中，肖特基接觸金屬層部分嵌入二氧化硅層丙中，貴金屬層位于二氧化硅層 丙之上。構(gòu)成該硅器件層的材料為硅；構(gòu)成該歐姆接觸金屬層的材料均為鋁硅合金(硅的 質(zhì)量百分含量為)；構(gòu)成肖特基接觸金屬層的材料為鋁；構(gòu)成該貴金屬層的材料為由與 硅器件層之上的二氧化硅層丙接觸且厚度為8nm的鈦層和位于鈦層之上的厚度為30nm的 金層組成；歐姆接觸金屬層的厚度為1. 0 μ m ；肖特基接觸金屬層的厚度為0. 8 μ m ；貴金屬 層的厚度為38nm;歐姆接觸金屬層和肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為15μπι;肖 特基接觸金屬層與貴金屬層相鄰邊界之間的距離為20 μ m ；硅器件層的厚度為1. 5 μ m ；離 子注入層的厚度為120 A;二氧化硅層丙的厚度為50nm。
權(quán)利要求
1.一種懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，包括硅器件層、歐姆接觸金屬層、肖特基接觸金屬層、 離子注入層、貴金屬層和位于所述硅器件層之上的二氧化硅層組成；其中，所述歐姆接觸金屬層、所述肖特基接觸金屬層和所述貴金屬層之間均不接觸，所 述離子注入層包埋在所述硅器件層中，所述歐姆接觸金屬層位于所述離子注入層之上并部 分嵌入所述二氧化硅層中，所述肖特基接觸金屬層部分嵌入所述二氧化硅層中，所述貴金 屬層位于所述二氧化硅層之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于構(gòu)成所述硅器件層的材料為硅；構(gòu)成所述歐姆接觸金屬層的材料為鋁或鋁硅合金；所述鋁硅合金中，硅的質(zhì)量百分含 量為；構(gòu)成所述肖特基接觸金屬層的材料為鋁或鋁硅合金；所述鋁硅合金中，硅的質(zhì)量百分 含量為；構(gòu)成所述貴金屬層的材料為由與所述二氧化硅層接觸的鈦層或鉻層和位于所述鈦層 和鉻層之上的金層、鉬層或鈀層組成；所述鈦層或鉻層的厚度均為5-30nm，優(yōu)選均為8nm， 所述金層、鉬層或鈀層的厚度均為20-50nm，優(yōu)選均為30nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于所述歐姆接觸金屬層的厚度 為0. Iym 3μπι，優(yōu)選1. 0 μ m ；所述肖特基接觸金屬層的厚度為0. 05 μ m 3 μ m，優(yōu)選 0. 8ym ；所述貴金屬層的厚度為5nm lOOnm，優(yōu)選38nm ；所述歐姆接觸金屬層和所述肖特基接觸金屬層相鄰邊界之間的距離為3μπι 200 μ m, 10 μ m ~ 50 μ m ；所述肖特基接觸金屬層與所述貴金屬層相鄰邊界之間的距離為3 μ m 500 μ m，優(yōu)選 20ym~ IOOym ；所述硅器件層的厚度為0. 1 μ m 10 μ m，優(yōu)選1 μ m 3 μ m ；所述離子注入層的厚度為120 A 3 μ m ；所述二氧化硅層的厚度為IOnm lOOnm，優(yōu)選50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的傳感器，其特征在于所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器由 所述硅器件層、所述歐姆接觸金屬層、所述肖特基接觸金屬層、所述離子注入層、所述貴金 屬層和位于所述硅器件層之上的所述二氧化硅層組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的傳感器，其特征在于所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器是 按照權(quán)利要求6-10任一所述方法制備而得。
6.一種制備權(quán)利要求1-5任一所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的方法，為下述方法一至方 法四中的任意一種方法，所述方法一依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層上制備一層金屬層，再利用高溫?cái)U(kuò)散方法使所述金屬層中的金 屬擴(kuò)散到所述硅器件層中，腐蝕所述硅器件層表面剩余的所述金屬；2)在經(jīng)過(guò)所述步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層乙 后，進(jìn)行圖形化，以所述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露出， 再腐蝕作為掩膜的所述二氧化硅層乙；3)在所述步驟2)處理完畢的SOI片正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，正面光刻所述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，在所述硅器件層上得到離子注入層；所述離子注入層占 據(jù)部分所述硅器件層；4)在所述步驟幻處理完畢的SOI片正面和背面各制備一層氮化硅層，光刻并刻蝕該 SOI片背面的氮化硅層及所述二氧化硅層丙至硅支撐層露出；5)腐蝕所述步驟4)處理完畢的硅支撐層，形成背腔；6)腐蝕所述步驟幻處理完畢的SOI片上的所有氮化硅層，光刻并圖形化腐蝕所述二氧 化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層用于制備所述肖 特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離子注入層用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；7)在所述步驟6)處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化和高 溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；8)在所述步驟6)處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后，得到 所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟7)得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸；9)在所述步驟6)處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；10)依次刻蝕所述背腔中的硅支撐層和所述二氧化硅層甲，完成所述懸臂梁微量檢測(cè) 傳感器的制備；所述方法二依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層上制備一層金屬層，再利用高溫?cái)U(kuò)散方法使所述金屬層中的金 屬擴(kuò)散到所述硅器件層中，腐蝕所述硅器件層表面剩余的所述金屬；2)在經(jīng)過(guò)所述步驟1)處理完畢的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層乙 后，進(jìn)行圖形化，以所述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露出， 再腐蝕作為掩膜的所述二氧化硅層乙；3)在所述步驟2)處理完畢的SOI層正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，正面光刻所 述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，得到離子注入層；所述離子注入層占據(jù)部分所述硅器件 層；4)光刻并圖形化腐蝕所述步驟幻所得二氧化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的 未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層用于制備所述肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離子注 入的硅器件層用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；5)在所述步驟4)處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化和高 溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；6)在所述步驟4)處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后，得到 所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟幻得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸；7)在所述步驟6)處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；8)光刻并圖形化所述步驟7)處理完畢的SOI片的背面，ICP刻蝕所述硅支撐層至二氧 化硅層甲；9)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕所述二氧化硅層甲至所述硅器件層，完成所述懸臂梁微量檢 測(cè)傳感器的制備；所述方法三依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化，以所 述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露出，再腐蝕作為掩膜的所 述二氧化硅層乙；2)在所述步驟1)處理完畢的SOI片正面和背面各制備一層二氧化硅層丙，正面光刻所 述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，在所述硅器件層上得到離子注入層；所述離子注入層占 據(jù)部分所述硅器件層；3)在所述步驟2)處理完畢的SOI片表面和背面各制備一層氮化硅層，光刻并刻蝕該 SOI片背面的氮化硅層及所述二氧化硅層丙至硅支撐層露出；4)腐蝕所述步驟幻處理完畢的硅支撐層，形成背腔；5)腐蝕所述步驟4)處理完畢的SOI片上的所有氮化硅層，光刻并圖形化腐蝕所述二氧 化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層用于制備所述肖 特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離子注入層用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；6)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化和高 溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；7)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后，得到 所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟6)得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸；8)在所述步驟幻處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；9)刻蝕所述步驟4)剩下的硅支撐層至二氧化硅層甲；10)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕所述步驟9處理完畢的二氧化硅層甲至所述硅器件層，得 到所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，并將所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器置于伽馬射線源下進(jìn)行輻 照，完成所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備；所述方法四依次包括如下步驟1)在SOI片的硅器件層的正面和背面各制備一層二氧化硅層乙后，進(jìn)行圖形化，以所 述二氧化硅層乙為掩膜腐蝕所述硅器件層至所述二氧化硅層甲露出，再腐蝕作為掩膜的所 述二氧化硅層乙；2)在所述步驟1)處理完畢的SOI片的正面和背面制備一層二氧化硅層丙，正面光刻所 述二氧化硅層丙后進(jìn)行離子注入，在所述硅器件層上得到離子注入層；所述離子注入層占 據(jù)部分所述硅器件層；3)光刻并圖形化腐蝕所述步驟幻所述二氧化硅層丙至所述硅器件層露出，該露出的 未進(jìn)行離子注入的所述硅器件層區(qū)域用于制備所述肖特基接觸金屬區(qū)域，該露出的所述離 子注入的硅器件層區(qū)域用于制備所述歐姆接觸金屬區(qū)域；4)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述離子注入層上制備一層金屬層，圖形化和高 溫合金后，得到所述歐姆接觸金屬層；5)在所述步驟幻處理完畢的露出的所述硅器件層上制備一層金屬層，圖形化后，得到 所述肖特基接觸金屬層；所述肖特基接觸金屬層與所述步驟4)得到的歐姆接觸金屬層之間不接觸；6)在所述步驟幻處理完畢的所述二氧化硅層丙上制備一層貴金屬層；7)光刻并圖形化所述步驟6)處理完畢的SOI片的背面，ICP刻蝕硅支撐層至二氧化硅層甲；8)利用RIE方法繼續(xù)刻蝕所述步驟7)處理完畢的二氧化硅層甲至所述硅器件層，得 到所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器，并將所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器置于伽馬射線源下進(jìn)行輻 照，完成所述懸臂梁微量檢測(cè)傳感器的制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述方法一所述步驟1)中，所述金屬 選自金和銅中的至少一種；所述SOI片由硅器件層、位于所述硅器件層之下的二氧化硅層 甲和位于所述二氧化硅層甲之下的硅支撐層組成；所述金屬層的厚度為Inm 50nm，優(yōu)選 8nm ；所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1 μ m 2 μ m，優(yōu)選0. 5 μ m 1 μ m ；所述硅支撐層的厚 度為 300 μ m ~ 500 μ m, ^it 380 μ m ~ 420 μ m ；所述步驟2)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm lOOOnm，優(yōu)選IOOnm ； 所述步驟3)中，所述二氧化硅層丙的厚度為IOnm lOOnm，優(yōu)選50nm ； 所述步驟4)中，所述氮化硅層的厚度為50nm lOOOnm，優(yōu)選160nm ； 所述步驟幻中，所述腐蝕步驟中，腐蝕液選自氫氧化鉀、四甲基氫氧化胺和乙二胺鄰 苯二酚中的至少一種；所述步驟6)腐蝕步驟中，腐蝕液均為氫氟酸或由體積比為1 4的氫氟酸和氟化銨組 成的混合液；所述步驟10)中，所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1 μ m 2 μ m，優(yōu)選0. 5 μ m 1 μ m ； 所述方法二的步驟1)中，所述金屬選自金和銅中的至少一種；所述SOI片由硅器件層、 位于所述硅器件層之下的二氧化硅層甲和位于所述二氧化硅層甲之下的硅支撐層組成；所 述金屬層的厚度為Inm 50nm，優(yōu)選8nm ；所述二氧化硅層甲的厚度為0. Iym 2μπι，優(yōu) 選0. 5 μ m 1 μ m，更優(yōu)選1 μ m ；所述硅支撐層的厚度為300 μ m 500 μ m,優(yōu)選380 μ m 420 μ m,更優(yōu)選 400 μ m ；所述步驟2)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm lOOOnm，優(yōu)選IOOnm ； 所述步驟3)中，所述二氧化硅丙層的厚度為IOnm lOOnm，優(yōu)選50nm ； 所述步驟8)中，刻蝕完畢后所述硅支撐層的厚度為300 500 μ m，優(yōu)選380 420 μ m ；所述步驟9)中，刻蝕完畢后所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1-2 μ m,優(yōu)選0. 5-1 μ m ； 所述方法三的步驟1)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm lOOOnm，優(yōu)選IOOnm ； 所述步驟2)中，所述二氧化硅丙層的厚度為lO-lOOnm，優(yōu)選50nm; 所述步驟3)中，所述氮化硅層的厚度為IOnm lOOOnm，優(yōu)選160nm ； 所述步驟4)中，所述腐蝕步驟中，腐蝕液選自氫氧化鉀、四甲基氫氧化胺和乙二胺鄰 苯二酚中的至少一種，優(yōu)選氫氧化鉀；所述步驟9)中，刻蝕完畢后所述剩下的硅支撐層的厚度為0-100 μ m，優(yōu)選30 μ m ； 所述步驟10)中，刻蝕完畢后所述二氧化硅層甲的厚度為0. 1-2 μ m,優(yōu)選0. 5-1 μ m ； 所述方法四的步驟1)中，所述二氧化硅層乙的厚度為20nm lOOOnm，優(yōu)選IOOnm ； 所述步驟2)中，所述二氧化硅丙層的厚度為lO-lOOnm，優(yōu)選50nm; 所述步驟7)中，所述硅支撐層的厚度為300 500 μ m,優(yōu)選380 420 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述方法一的步驟1)中，制備金 屬層的方法為磁控濺射法和電子束蒸發(fā)法中的至少一種；所述高溫?cái)U(kuò)散方法中，溫度為100°C 1200°C，優(yōu)選350°C，時(shí)間為15分鐘 24小時(shí)，優(yōu)選30分鐘； 所述步驟幻中，所述二氧化硅層乙的制備方法為氧化法； 所述步驟幻中，所述二氧化硅層丙的制備方法為氧化法；所述步驟4)中，制備氮化硅層的方法為低壓化學(xué)氣相沉積法，所述刻蝕步驟中，刻蝕 方法為RIE反應(yīng)離子刻蝕方法；所述步驟5)中，所述KOH水溶液的質(zhì)量百分濃度為15 % 50 %，優(yōu)選40 % ；所述TMAH 水溶液的質(zhì)量百分濃度為5% 50%，優(yōu)選20% ；所述步驟7)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種；所述高溫合金步 驟中，退火溫度為400°C 500°C，優(yōu)選450°C，退火時(shí)間為20 60分鐘，優(yōu)選30分鐘； 所述步驟8)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種； 所述步驟9)中，構(gòu)成所述貴金屬層的材料為金、鉬和鈀中的任意一種與鈦和鉻中的任 意一種組成的兩種金屬層；所述方法二的步驟1)中，制備金屬層的方法為磁控濺射法和電子束蒸發(fā)法中的至少 一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述高溫?cái)U(kuò)散方法中，溫度為100°C 1200°C，優(yōu)選350°C，時(shí)間為 15分鐘 24小時(shí)，優(yōu)選30分鐘；所述步驟幻中，所述二氧化硅層乙的制備方法為氧化法； 所述步驟幻中，所述二氧化硅層丙的制備方法為氧化法； 所述步驟幻中，制備金屬層的方法為濺射法； 所述步驟6)中，制備金屬層的方法為濺射法； 所述步驟7)中，制備所述貴金屬層的方法為蒸發(fā)法；所述步驟8)中，所述ICP刻蝕步驟中，刻蝕氣體為由為流量比15 1的3&與02組成 的刻蝕氣體，真空度為10_4 KT2Torr ；所述方法三的步驟1)中，所述二氧化硅層乙的制備方法為氧化法； 所述步驟幻中，所述二氧化硅層丙的制備方法為氧化法；所述步驟幻中，制備氮化硅層的方法為低壓化學(xué)氣相沉積法，所述刻蝕步驟是采用 RIE反應(yīng)離子刻蝕方法；所述步驟4)中，所述KOH水溶液的質(zhì)量百分濃度為15 % 50 %，優(yōu)選40 % ；所述TMAH 水溶液的質(zhì)量百分濃度為5% 50%，優(yōu)選20% ；所述步驟6)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種；所述高溫合金步 驟中，退火溫度為400°C 500°C，優(yōu)選450°C，退火時(shí)間為20 60分鐘，優(yōu)選30分鐘； 所述步驟7)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種； 所述步驟10)輻照步驟中，所述伽馬射線輻射的劑量為1.0X107tad-15.0X107tad，優(yōu) 選 7. 0X107tad;所述方法四的步驟1)中，所述二氧化硅層乙的制備方法為氧化法； 所述步驟幻中，所述二氧化硅層丙的制備方法為氧化法；所述步驟4)中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種；所述高溫合金步 驟中，退火溫度為400°C 500°C，優(yōu)選450°C，退火時(shí)間為20 60分鐘，優(yōu)選30分鐘； 所述步驟幻中，制備金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種； 所述步驟6)中，制備所述貴金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種；所述步驟8)輻照步驟中，所述伽馬射線輻射的劑量為1.0X107tad-15.0X107tad，優(yōu) 選 7. 0X107tad。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一所述的方法，其特征在于所述方法一的步驟1)中，所述磁 控濺射法中，氣壓為1 IOmTorr,優(yōu)選lmTorr，電流密度為4 60mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2， 功率密度為1 40W/cm2，優(yōu)選20W/cm2 ；所述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為1 lOmTorr，優(yōu)選 4mTorr，電子束能量為8 IOKeV,優(yōu)選9KeV，電流強(qiáng)度為100_200mA，優(yōu)選120mA ；所述步驟幻氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選濕氧氧 化；所述濕氧氧化法中，溫度為900°C ；所述步驟幻氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選干氧氧 化；所述干氧氧化法中，溫度為1000°C ；所述步驟4)所述低壓化學(xué)氣相沉積法中，溫度為650°C 800°C，優(yōu)選675°C 695°C， 更優(yōu)選 685°C，壓力為 100mTorr-300mTorr，優(yōu)選 250mtorr,時(shí)間為 65_75min，優(yōu)選 70min ； 所述RIE反應(yīng)離子刻蝕方法中，刻蝕氣體為由流量比3 20 60的SF6、He和CHF3組成的 混合氣體，真空度為10—1 KT2Torr ；所述步驟幻中，所述腐蝕完畢的硅支撐層的厚度為0 100 μ m，優(yōu)選30 μ m ； 所述步驟7)中，濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺 射中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種， 優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟8)中，濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺 射中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種， 優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟9)中，制備所述貴金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射 法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁 控濺射，所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述方法二的步驟1)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr IOmTorr，優(yōu)選lmTorr， 電流密度為4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選10mA/cm2，功率密度為lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選20W/ cm2，所述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr 1 OmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV，電流強(qiáng)度為 100mA-200mA，優(yōu)選 120mA ；所述步驟2~)氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選濕氧氧化 法，所述濕氧氧化法中，氧化溫度為900°C ；所述步驟幻氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選干氧氧化 法，所述干氧氧化法中，氧化溫度為1000°C ；所述步驟幻中，所述濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏 壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射；所述高溫合金步驟中，退火溫度為400-500°C，優(yōu)選 450°C，時(shí)間為 20-60min，優(yōu)選 30min ；所述步驟6)中，所述濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏 壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射；所述步驟7)所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述步驟8)所述ICP刻蝕步驟中，刻蝕氣體為由流量比15 1的SF6與&組成的刻 蝕氣體，真空度為10_4 KT2Torr ；所述方法三的步驟1)氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選 濕氧氧化法，所述濕氧氧化法中，氧化溫度為900°C ；所述步驟2、氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選干氧氧化 法，所述干氧氧化法中，氧化溫度為1000°C ；所述步驟幻所述低壓化學(xué)氣相沉積法中，溫度為650°C 800°C，優(yōu)選675°C 695°C， 更優(yōu)選685°C，壓力為100-300mTorr，優(yōu)選250mTorr，時(shí)間為65_75min，優(yōu)選70min ；所述 RIE反應(yīng)離子刻蝕步驟中，刻蝕氣體為由流量比為3 20 60的SF6、He和01&組成的刻 蝕氣體，真空度為10—1 KT2Torr ；所述步驟4)中，所述腐蝕完畢的硅支撐層的厚度為O 100 μ m，優(yōu)選30 μ m ； 所述步驟6)濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射 中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu) 選電子束蒸發(fā)法；所述步驟7)濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射 中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu) 選電子束蒸發(fā)法；所述步驟8)中，制備所述貴金屬層的方法為濺射法和蒸發(fā)法中的至少一種，所述濺射 法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射中的至少一種，優(yōu)選磁 控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu)選電子束蒸發(fā)法；所述方法四的步驟1)氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選 濕氧氧化法，所述濕氧氧化法中，氧化溫度為900°C ；所述步驟2、氧化法選自干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化中的至少一種，優(yōu)選干氧氧化 法，所述干氧氧化法中，氧化溫度為1000°C ；所述步驟4)濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射 中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu) 選電子束蒸發(fā)法；所述步驟幻濺射法選自直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)離子束濺射和偏壓濺射 中的至少一種，優(yōu)選磁控濺射法；所述蒸發(fā)法選自熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)法中的至少一種，優(yōu) 選電子束蒸發(fā)法。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一所述的方法，其特征在于所述方法一的步驟3)所述離子 注入步驟中，注入劑量為3E15cnT2 5E16cnT2，優(yōu)選lE16cnT2，注入能量為50KeV 140KeV， 優(yōu)選70KeV ；所述步驟7)-9)所述磁控濺射中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選lmTorr，電流密度為 4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選 10mA/cm2，功率密度為 lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選 20W/cm2 ；所述電 子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr IOmTorr,優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV,電流強(qiáng)度為 100mA-200mA，優(yōu)選 120mA ；所述方法二的步驟3)所述離子注入步驟中，注入劑量為3E15cm_2 5E16cm_2，優(yōu)選 lE16cnT2，注入能量為 50KeV 140KeV，優(yōu)選 70KeV ；所述步驟5)-6)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選lmTorr，電流 密度為 4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選 10mA/cm2 ；功率密度為 lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選 20W/cm2 ； 所述步驟7)電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為 8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV,電流強(qiáng)度為 100mA_200mA，優(yōu)選 120mA ；所述方法三步驟幻離子注入步驟中，注入劑量為3E15CnT2-5E16CnT2，優(yōu)選lE16cnT2，注 入能量為 50KeV-140KeV，優(yōu)選 70KeV ；所述步驟6)-7)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選lmTorr，電流 密度為 4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選 10mA/cm2 ；功率密度為 lW/cm2 40W/cm2，優(yōu)選 20ff/cm2 ；所 述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr IOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為8KeV IOKeV, 優(yōu)選9KeV，電流強(qiáng)度為100mA-200mA，優(yōu)選120mA ；所述方法四的所述步驟5)-6)中，所述磁控濺射法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選 lmTorr,電流密度為 4mA/cm2 60mA/cm2，優(yōu)選 10mA/cm2 ；功率密度為 lW/cm2 40W/cm2，優(yōu) 選20W/cm2 ；所述電子束蒸發(fā)法中，氣壓為ImTorr lOmTorr，優(yōu)選4mTorr，電子束能量為 8KeV IOKeV,優(yōu)選 9KeV,電流強(qiáng)度為 100mA-200mA，優(yōu)選 120mA。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種懸臂梁微量檢測(cè)傳感器及其制備方法。該傳感器是將經(jīng)過(guò)重金屬擴(kuò)散或者伽馬射線輻照處理過(guò)的金屬-硅肖特基二極管嵌入硅懸臂梁適當(dāng)位置的表面，用以將力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)。在懸臂梁的一個(gè)表面淀積薄的貴金屬層，在該金屬層上通過(guò)自主裝的方法生長(zhǎng)上具有特異性吸附能力的單分子敏感層。被檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)與敏感層分子結(jié)合時(shí)在懸臂梁上下表面產(chǎn)生表面應(yīng)力差，致使懸臂梁發(fā)生彎曲，從而在懸臂梁根部產(chǎn)生集中的彎曲應(yīng)力，該應(yīng)力由嵌入懸臂梁表面的肖特基二極管檢測(cè)。本發(fā)明提供的傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作簡(jiǎn)便、靈敏度高、分辨率高，可應(yīng)用于力傳感器和掃描探針等，在環(huán)境檢測(cè)、食品安全、航天軍事等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102079499SQ20101059504
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者吳文剛, 王建, 王陽(yáng)元, 郝一龍 申請(qǐng)人:北京大學(xué)