专利名称：基于电子束等离子刻印制备自旋显微微悬臂探测器方法
技术领域：
本发明涉及一种共振自旋显微微悬臂探测器，特别涉及在半导体集成 制造技术下共振自旋显微微悬臂探测器的制备方法。
背景技术：
自旋显微微悬臂探测器提供了磁场和原子核共振片段按特定频率发射 电信号下，侵入三维物质结构内部，显微扫描，探测物质内部显微图像的 技术。共振自旋显微探测在许多领域都有着广泛的应用，它是显微和核磁 成像的结合，不但对半导体集成、基因组序、生物蛋白、医药、工业催化 剂和资源勘探产生重要影响，而且对新型电子自旋器件、量子计算机及光
计算机意义重大。传感显微探测领域核磁压力显微优于SEM/AFM可以实 现三维探测，并观测固体自旋态及图像。在计算机计算能力上其原理可以 产生一场科学革命，并在通信上有别于纠缠态通信方法。研制的自旋显微 微悬臂探测器相比SEM、 AFM试验探测具有探测参数优良，显微分辨率灵 敏度高，热噪声小特点。已有的STM扫描隧道显微只能观察物质表面状态 和表面电子行为，参数值低，振荡频率小，并只测导体和半导体样品。AFM 振荡器材料硬度高，品质因数小，观测受限于半导体绝缘体表面形貌测试。 因此自旋显微微悬臂探测器设计和制备有着良好的应用领域及前景。
自旋显微微悬臂探测器对半导体集成、微纳技术、纳米光学、激光等 离子体微机械MEMS技术产生深远的影响。 发明内容本发明的目的在于提供一种自旋显微微悬臂探测器制备方法，制备内
容含电子束刻印10nm技术、RIE、湿刻干刻结合，MASK掩膜。制备的探 测器品质因数高、分辨率高、倔强系数优、结构紧凑、灵敏度高，制备具 有工作可靠参数优的特点。
实现本发明的技术方案是这样解决的-
首先，采用低温低压化学LPCVD方法在硅SOI基片上镀制二氧化硅
膜；
其次，等离子体RIE刻蚀二氧化硅膜的SOI基片，刻蚀出基片窗口阵
列；
第三、湿刻基片碱性溶液腐蚀基片窗口，用50—250毫升摩尔浓度 为7—9X的NaOH溶液放入烧杯内，烧杯放在磁性搅拌器上，基片浸没在 8XNaOH溶液中，加热，温度在20—55^间，时间12—24小时，直到基 片表面外露出整齐基片10X50窗口阵列，窗口出现Si薄膜；
第四、在Si薄膜涂覆光阻胶；
第五、电子束EBL根据振荡器的模板掩膜刻蚀光阻胶，形成振荡器的 形状；
最后、在HBr和Cl2气氛中，等离子体RIE刻蚀去除无光阻胶部分的 Si，在02气氛中，等离子体RIE刻蚀清除振荡器表面的光阻胶，得到完整 的振荡器微结构。
本发明采用自旋显微微悬臂探测器相比同类的商业SEM、 AFM试验探 测Q值可达5000—20000，倔强系数K值10—2J/T，显微分辨率灵敏度高， 较其他显微探测无论在测试原理和试验方法，测试的灵敏度等方面具有优势。
具体实施例方式
SOI基片分为大小5X4cm 两面镀制二氧化硅，采用低压化学LPCVD 方法800^C，镀制厚度2000 二氧化硅膜，进行后续的热处理。
采用等离子体RIE刻蚀对镀制二氧化硅SOI基片刻蚀窗口阵列。方法 为设计阵列窗口MASK， MASK为在4寸上等分4份，设计出10X50窗口 阵列，每个窗口5X4mm2。 MASK置于镀制二氧化硅SOI基片上端，进行 等离子体刻蚀，速率选择50/sec，时间120分钟，完成基片的等离子体RIE 开窗。
湿刻NaOH溶液腐蚀上一步等离子体开窗的WAFER窗口。用150毫 升烧杯盛50毫升8X的NaOH溶液，放在磁性搅拌器上，完成等离子体开 窗的基片浸没在8XNaOH溶液中，加热，温度维持在20—55。C间，从基 片表面有大量气泡产生，根据气泡，调整刻蚀速度调节温度，时间24小时， 直到基片表面外露出整齐10X50窗口阵列，窗口出现Si薄膜。
对湿刻的窗口 Si薄膜涂覆5209光刻胶。首先从NaOH溶液中取出开 窗的WAFER,浸入乙醇(50%)和去离子水(50%)混合液，洗涤清洗， 3小时，并消除表面张力。对清洗后的开窗基片脱水，用氮气(99.99%)从 侧面吹干。将开窗基片放于旋转平台，Si窗口滴入少许5209光刻胶，以 4000rpm旋转，IO分钟。取出基片，放入烘干箱9()0c，烘10分钟，取出。 按基片的晶向裁减每个窗口， 一个窗口为一片。
电子束EBL在Si薄膜表面(窗口涂覆5209光刻胶)刻蚀自旋显微微 悬臂探测器。首先在EBL电子显微刻蚀系统上，设计出振荡器外貌形状纳米图案。将窗口涂覆5209光刻胶的Si薄膜基片置于电子束EBL真空 CHAMBER,抽真空度到6X 10—6Torr,用EBL设备在旋涂一层电子束曝光 抗蚀剂的Si薄膜表面刻蚀，用电子束刻印术按设计振荡器外形的刻制出纳 米图案，然后刻蚀、剥离振荡器外貌形状以外5209光刻胶，依次移动位置 刻出所有振荡探测器。
等离子体RIE刻蚀刻除Si (无光刻胶部分)。气氛采用HBr和<312进行， 调节离子密度和时间，直到去除Si，留下自旋显微微悬臂探测器部分。
等离子体RIE刻蚀清除自旋显微微悬臂探测器表面的光刻胶。RIE气 氛用氧气，调节时间和离子注入密度，直到去除自旋显微微悬臂探测器表 面的光刻胶。完成制备自旋显微微悬臂探测器过程。
权利要求
1、基于电子束等离子刻印制备自旋显微微悬臂探测器方法，其特征在于，包括以下步骤首先，采用低温低压化学LPCVD方法在硅SOI基片上镀制二氧化硅膜；其次，等离子体RIE刻蚀二氧化硅膜的SOI基片，刻蚀出基片窗口阵列；第三、湿刻基片碱性溶液腐蚀基片窗口，用50—250毫升摩尔浓度为7—9％的NaOH溶液放入烧杯内，烧杯放在磁性搅拌器上，基片浸没在8％NaOH溶液中，加热，温度在20—550C间，时间12—24小时，直到基片表面外露出整齐基片10×50窗口阵列，窗口出现Si薄膜；第四、在Si薄膜涂覆光阻胶；第五、电子束EBL根据振荡器的模板掩膜刻蚀光阻胶，形成振荡器的形状；最后、在HBr和Cl2气氛中，等离子体RIE刻蚀去除无光阻胶部分的Si，在O2气氛中，等离子体RIE刻蚀清除振荡器表面的光阻胶，得到完整的振荡器微结构。
全文摘要
本发明公开了一种基于电子束等离子刻印制备自旋显微微悬臂探测器方法，首先低温低压化学LPCVD方法基片镀制二氧化硅膜。其次，等离子体RIE刻蚀镀二氧化硅膜的SOI基片刻蚀窗口阵列。第三、湿刻基片。碱性溶液腐蚀等离子体开窗的WAFER窗口。第四、窗口Si薄膜涂覆光阻胶。第五、EBL制备了振荡器的形状，电子束曝光，电子显微刻蚀系统MASH掩膜刻蚀。第六、等离子体RIE刻蚀刻除Si(无光刻胶部分)刻出振荡器微结构。最后等离子体RIE刻蚀清除探测器表面的光刻胶，刻出完全振荡器微结构。本发明制备的探测器品质因数高、分辨率高、倔强系数优、结构紧凑、灵敏度高，制备具有工作可靠参数优的特点。
文档编号B81C1/00GK101417784SQ20081023255
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者韧 任 申请人:西安交通大学