[发明专利]一种基于(110)单晶硅的微悬臂梁探针制作方法

摘要

本发明公开了一种基于(110)单晶硅的微悬臂梁探针制作方法，属于MEMS和测试技术领域。其特征在于采用基于(110)单晶硅，实现氮化硅微悬臂梁针尖制作的工艺。制作过程中，采用了(110)单晶硅的各向异性腐蚀自停止方法。本发明的有益效果是采用微机电(MEMS)加工工艺即可完成全部工艺流程，并且克服了普通单晶硅各向异性腐蚀溶液对(110)单晶硅表面粗糙度的影响，对工艺设备要求较低，可以批量生产，降低了产品成本。该方法制成的氮化硅纳米探针针尖具有形状极其规范，硬度高和耐磨性好等优点。该方法制作的微悬臂梁探针可用于原子力显微镜(AFM)探针、高密度存储装置探头以及微纳米加工装置。

主权项

1.一种基于(110)单晶硅的微悬臂梁探针制作方法，其特征在于以下步骤：①原始硅片为N型、双面抛光、(110)单晶硅，进行双面热氧化；②(110)单晶硅片背面处理：背面光刻，形成腐蚀用矩形掩膜窗口，使用干法刻蚀方法形成硅杯；③(110)单晶硅孔腔制作工艺：正面光刻，使用铬版做掩膜版，铬版上图形保持准确的晶向关系，保证腐蚀探针窗口为三角形，其三角形的位置由铬版的基准线定位。在(110)单晶硅上存在：面和面平行，面和面平行；面和面的夹角为70.53°，面和面夹角为70.53°；面和面的夹角为109.47°，面和面夹角为109.47°；可有四组组合：面和斜面(111)；面面和斜面面面和斜面面面和斜面可任取四组晶面中的一种或几种，其与(110)晶面的交线组成三角图形的位置，对应为铬版上的三角形窗口。湿法腐蚀出正面的二氧化硅掩膜图形后，再用湿法各向异性腐蚀，制作出由{111}晶面组成的孔腔；④制作氮化硅悬臂梁及氮化硅探针：利用三层氮化硅膜结构，首先淀积硬氮化硅，再淀积作为悬臂梁主体的氮化硅膜，然后淀积一层较硬氮化硅，选择适当的工艺实现悬臂梁氮化硅膜热应力的最佳补偿，最后生长成氮化硅薄膜；⑤加工正面U型沟槽：正面光刻，采用U型掩模窗口的掩模版，掩模版图形具有释放悬臂梁的沟槽图形，光刻胶作掩膜，干法刻蚀氮化硅U型沟槽，刻蚀深度为氮化硅薄膜的生长厚度；再正面光刻采用U型掩模窗口的掩模版，光刻胶作掩膜，湿法腐蚀二氧化硅U型沟槽，背面涂胶保护，腐蚀深度为二氧化硅薄膜厚度；⑥释放微悬臂梁：使用湿法腐蚀(110)单晶硅，直至氮化硅悬臂梁释放，得到氮化硅材料的探针针尖；