[发明专利]一种硅纳米线探针结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳器件制备与应用技术领域，涉及一种纳米探针结构的制作方法，特别是涉及一种硅纳米线探针结构的制作方法。

背景技术

纳米探针是随着纳米技术发展的新产物，高尖锐度特性使得其在扫描探针显微镜(SPM)领域有着极为广泛的应用。扫描探针显微镜的分辨率取决于探针尖端尺寸，探针尖端尺寸越小，扫描探针显微镜获得的图像清晰度也就更为精确。另外，利用纳米探针制作的生物传感器具有体积小，能在细胞内进行实时、无损伤或者微伤测量，是研究单细胞最基本技术。因此，纳米探针的研究具有着重要的意义。

目前。常用的商业探针多为金字塔结构，这种结构对制作工艺水平要求很高。如崔岩等提出一种基于(110)单晶硅的微悬臂梁探针制作方式(参见中国专利申请号：201110055371.6，公开号：CN 102279289A)，该方法采用了(110)单晶硅的各向异性腐蚀自停止的优点实现探针的制作。该方法工艺复杂、要求高，尤其是在制作悬臂梁氮化硅膜时，需要考虑热应力补偿，这给器件的制造带来较大的难度。利用硅的各向异性刻蚀制作探针尖端的方法确实能够降低生产成本，但是探针针尖尖锐度不够高。因此纳米线探针的制作方法也随着提出。其中最典型的代表是利用碳纳米管作为探针针尖的办法，由于碳管的直径很小，因此可以做出尖锐度很高的探针，(J.Martinez等“Length control and sharpening of atomic forcemicroscope carbon nanotube tips assisted by an electronbeam”，Nanotechnology16(2005)2493-2496)，但其高成本限制其使用范围。国际商业机器公司的G·M·科昂等人提出一种通过纳米线生长的单片高纵横比纳米尺寸扫描探针显微镜(SPM)尖端。该方法制造工艺繁琐，同时生长出的纳米线数量较多，需要特殊处理才能最终实现纳米线探针。尤其可见，低成本和小尺寸针尖间相互矛盾的问题追求一直是制约着探针的制作。如果提出一种工艺简单、制造成本低的纳米线探针的制造方法，必将具有重要的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅纳米线探针结构的制作方法，用于解决现有技术中纳米线探针低成本制造和小尺寸针尖间相互矛盾的问题，同时实现现有技术与CMOS技术相兼容，能有效降低制造工艺复杂程度、控制成本上升、避免环境污染等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种硅纳米线探针结构的制作方法，所述制作方法至少包括步骤：

1)提供一包括硅基体和顶绝缘层的基板，刻蚀所述顶绝缘层形成刻蚀窗口；

2)利用腐蚀液对所述刻蚀窗口以下的硅基体进行侧蚀，使所述硅基体表面形成金字塔状的探针底座；

3)在所述金字塔状的探针底座所对应的顶绝缘层表面制作微米铜图形；

4)进行退火处理，所述微米铜图形在退火过程中被消耗，同时控制硅纳米线从所述探针底座的尖端长出；

5)去除所述顶绝缘层。

可选地，所述步骤1)中采用反应离子刻蚀工艺刻蚀所述顶绝缘层形成刻蚀窗口。

可选地，所述顶绝缘层的厚度范围为100～600nm。

可选地，所述步骤2)中采用碱性腐蚀液对所述刻蚀窗口以下的硅基体进行侧蚀。

可选地，所述碱性腐蚀液为四甲基氢氧化铵或者氢氧化钾。

可选地，所述步骤3)制作微米铜图形的步骤包括：

3-1)采用溅射或者蒸发工艺在所述步骤2)获得的结构表面形成铜纳米薄膜；

3-2)通过光刻和等离子刻蚀工艺刻蚀所述铜纳米薄膜，在探针底座所对应的顶绝缘层表面制作出微米铜图形。

可选地，所述铜纳米薄膜的厚度范围为100～1000nm。

可选地，所述微米铜图形的尺寸范围为(1.5～5μm)*(1.5～5μm)。

可选地，所述步骤4)中的退火处理在氩气和氢气的混合气体中进行，所述氩气的流量范

围为500～1500sccm，所述氢气的流量范围为50～150sccm，退火处理的温度范围为1000℃～1200℃，退火的时间范围为10～120min。

可选地，所述基板还包括位于所述硅基体下表面的底绝缘层。

可选地，所述顶绝缘层和底绝缘层均为SiO₂。

可选地，所述步骤5)中采用HF气体刻蚀去除所述顶绝缘层。