专利名称：一种悬臂梁微量检测传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种悬臂梁微量检测传感器及其制备方法。
背景技术：
微悬臂梁结构是一种最简单的微电子机械系统(MEMS)器件，它结构简单且易于 大批量制造。近来，基于悬臂梁结构的传感器已经被广泛应用于化学和生物检测领域。目 前，悬臂梁的信号读出方式主要包括光学方法和压阻方法两种。光学读出方法具有灵敏度 高、器件结构简单等优点，但是光学读出方法一般需要非常昂贵的设备，调试较为困难，而 且由于光路调试的问题，难以实现阵列化的测试。压阻读出方法具有器件结构简单、直接电 学输出等优点，使用方便，而且容易实现阵列化检测，但是其灵敏度又比较低。因此，探求悬 臂梁传感结构的直接电学输出且高灵敏度的读出方法一直是人们感兴趣、持续关注的重要 事情，是悬臂梁生物化学检测传感器的研究热点之一。目前，一般是从悬臂梁材料的角度出 发，选择杨氏模量较小的材料制备悬臂梁，比如二氧化硅，这使得悬臂梁灵敏度的提高受到 很大的限制。
发明内容
本发明涉及一种悬臂梁微量检测传感器及其制备方法。本发明提供的悬臂梁微量检测传感器，包括硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接 触金属层、离子注入层、贵金属层和位于所述硅器件层之上的二氧化硅层组成；其中，所述 欧姆接触金属层、所述肖特基接触金属层和所述贵金属层之间均不接触，所述离子注入层 包埋在所述硅器件层中，所述欧姆接触金属层位于所述离子注入层之上并部分嵌入所述二 氧化硅层中，所述肖特基接触金属层部分嵌入所述二氧化硅层中，所述贵金属层位于所述 二氧化硅层之上。上述悬臂梁微量检测传感器中，构成所述硅器件层的材料为硅；构成所述欧姆接 触金属层的材料为铝或铝硅合金；所述铝硅合金中，硅的质量百分含量为；构成所述肖 特基接触金属层的材料为铝或铝硅合金；所述铝硅合金中，硅的质量百分含量为；构成 所述贵金属层的材料为由与所述硅器件层之上的二氧化硅层接触的钛层或铬层和位于所 述钛层和铬层之上的金层、钼层或钯层组成；所述钛层或铬层的厚度均为5-30nm，优选均 为8nm，所述金层、钼层或钯层的厚度均为20-50nm，优选均为30nm。所述欧姆接触金属层的厚度为0. 1 μ m 3 μ m，优选1. 0 μ m ；所述肖特基接触金属 层的厚度为0. 05 μ m 3 μ m，优选0. 8 μ m ；所述贵金属层的厚度为5nm lOOnm，优选38nm ； 所述欧姆接触金属层和所述肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为3 μ m 200 μ m，优 选10 μ m 50 μ m ；所述肖特基接触金属层与所述贵金属层相邻边界之间的距离为3 μ m 500 μ m，优选20 μ m 100 μ m ；所述硅器件层的厚度为0. 1 μ m 10 μ m，优选1 μ m 3 μ m ； 所述离子注入层的厚度为120 A 3ym;所述二氧化硅层的厚度为IOnm lOOnm，优选 50nmo
所述悬臂梁微量检测传感器也可只由硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接触金 属层、离子注入层、贵金属层和位于所述硅器件层之上的二氧化硅层组成。本发明提供的制备上述所述悬臂梁微量检测传感器的方法，为下述方法一至方法 四中的任意一种方法，所述方法一依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层上制备一层金属层，再利用高温扩散方法使所述金属层中 的金属扩散到所述硅器件层中，腐蚀所述硅器件层表面剩余的所述金属；2)在经过所述步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层 乙后，进行图形化，以所述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露 出，再腐蚀作为掩膜的所述二氧化硅层乙；3)在所述步骤2)处理完毕的SOI片的正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，正面 光刻所述二氧化硅层丙后进行离子注入，在所述硅器件层上得到离子注入层；所述离子注 入层占据部分所述硅器件层；4)在所述步骤幻处理完毕的SOI片的正面和背面各制备一层氮化硅层，光刻并刻 蚀该SOI片背面的氮化硅层及所述二氧化硅层丙至硅支撑层露出；5)腐蚀所述步骤4)处理完毕的硅支撑层，形成背腔；6)腐蚀所述步骤幻处理完毕的SOI片上的所有氮化硅层，光刻并图形化腐蚀所述 二氧化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的未进行离子注入的所述硅器件层用于制备所 述肖特基接触金属区域，该露出的所述离子注入层用于制备所述欧姆接触金属区域；7)在所述步骤6)处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化 和高温合金后，得到所述欧姆接触金属层；8)在所述步骤6)处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后， 得到所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤7)得到的欧姆接触金属层之间不接触，所述 欧姆接触金属层和所述肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为3 μ m 200 μ m,优选 10 μ m ~ 50 μ m ；9)在所述步骤6)处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；10)依次刻蚀所述背腔中的硅支撑层和所述二氧化硅层甲，完成所述悬臂梁微量 检测传感器的制备；所述方法二依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层上制备一层金属层，再利用高温扩散方法使所述金属层中 的金属扩散到所述硅器件层中，腐蚀所述硅器件层表面剩余的所述金属；2)在经过所述步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层 乙后，进行图形化，以所述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露 出，再腐蚀作为掩膜的所述二氧化硅层乙；3)在所述步骤2)处理完毕的SOI层的正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，光刻 所述二氧化硅层丙后进行离子注入，得到离子注入层；所述离子注入层占据部分所述硅器 件层；4)光刻并图形化腐蚀所述步骤幻所得二氧化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的未进行离子注入的所述硅器件层用于制备所述肖特基接触金属区域，该露出的所述离 子注入的硅器件层用于制备所述欧姆接触金属区域；5)在所述步骤4)处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化 和高温合金后，得到所述欧姆接触金属层；6)在所述步骤4)处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后， 得到所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤幻得到的欧姆接触金属层之间不接触，所述 欧姆接触金属层和所述肖特基接触金属层之间的距离为3 μ m 200 μ m,优选10 μ π! 50 μ m ；7)在所述步骤6)处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；8)光刻并图形化所述步骤7)处理完毕的SOI片的背面，ICP刻蚀所述硅支撑层至
二氧化硅层甲；9)利用RIE方法继续刻蚀所述二氧化硅层甲至所述硅器件层，完成所述悬臂梁微 量检测传感器的制备；所述方法三依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层乙后，进行图形化， 以所述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露出，再腐蚀作为掩膜 的所述二氧化硅层乙；2)在所述步骤1)处理完毕的SOI片的正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，正面 光刻所述二氧化硅层丙后进行离子注入，在所述硅器件层上得到离子注入层；所述离子注 入层占据部分所述硅器件层；3)在所述步骤幻处理完毕的SOI片的正面和背面各制备一层氮化硅层，光刻并刻 蚀该SOI片背面的氮化硅层及所述二氧化硅层丙至硅支撑层露出；4)腐蚀所述步骤幻处理完毕的硅支撑层，形成背腔；5)腐蚀所述步骤4)处理完毕的SOI片上的氮化硅层，光刻并图形化腐蚀所述二氧 化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的未进行离子注入的所述硅器件层用于制备所述肖 特基接触金属区域，该露出的所述离子注入层用于制备所述欧姆接触金属区域；6)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化 和高温合金后，得到所述欧姆接触金属层；7)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后， 得到所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤6)得到的欧姆接触金属层之间不接触，所述 欧姆接触金属层和所述肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为3 μ m 200 μ m,优选 10 μ m ~ 50 μ m ；8)在所述步骤幻处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；9)刻蚀所述步骤4)剩下的硅支撑层至二氧化硅层甲；10)利用RIE方法继续刻蚀所述步骤9处理完毕的二氧化硅层甲至所述硅器件层， 得到所述悬臂梁微量检测传感器，并将所述悬臂梁微量检测传感器置于伽马射线源下进行 辐照，完成所述悬臂梁微量检测传感器的制备；
所述方法四依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层乙后，进行图形化， 以所述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露出，再腐蚀作为掩膜 的所述二氧化硅层乙；2)在所述步骤1)处理完毕的SOI片的正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，正面 光刻所述二氧化硅层丙后进行离子注入，在所述硅器件层上得到离子注入层；所述离子注 入层占据部分所述硅器件层；3)光刻并图形化腐蚀所述步骤2)所述二氧化硅层丙至所述硅器件层露出，该露 出的未进行离子注入的所述硅器件层区域用于制备所述肖特基接触金属区域，该露出的所 述离子注入的硅器件层区域用于制备所述欧姆接触金属区域；4)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化 和高温合金后，得到所述欧姆接触金属层；5)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后， 得到所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤4)得到的欧姆接触金属层之间不接触，所述 欧姆接触金属层和所述肖特基接触金属层之间的距离为3 μ m 200 μ m,优选10 μ π! 50 μ m ；6)在所述步骤幻处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；7)光刻并图形化所述步骤6)处理完毕的SOI片的背面，ICP刻蚀硅支撑层至二氧 化硅层甲；8)利用RIE方法继续刻蚀所述步骤7)处理完毕的二氧化硅层甲至所述硅器件层， 得到所述悬臂梁微量检测传感器，并将所述悬臂梁微量检测传感器置于伽马射线源下进行 辐照，完成所述悬臂梁微量检测传感器的制备。所述方法一所述步骤1)中，所述金属选自金和铜中的至少一种；所述SOI片由硅 器件层、位于所述硅器件层之下的二氧化硅层甲和位于所述二氧化硅层甲之下的硅支撑层 组成；所述金属层的厚度为Inm 50歷，优选Snm ；所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1 μ m 2μ ，优选0. 5μπι Ιμ ;所述硅支撑层的厚度为300 μ m 500 μ m，优选380 μ m 420 μ m;制备金属层的方法为磁控溅射法和电子束蒸发法中的至少一种，所述磁控溅射法 中，气压为1 IOmTorr,优选lmTorr，电流密度为4 60mA/cm2，优选10mA/cm2，功率密度 为1 40W/cm2，优选20W/cm2 ；所述电子束蒸发法中，气压为1 IOmTorr,优选4mTorr，电 子束能量为8 IOKeV,优选9KeV，电流强度为100-200mA，优选120mA ；所述高温扩散方法 中，温度为100°C 1200°C，优选350°C，时间为15分钟 M小时，优选30分钟；所述腐蚀 步骤中，腐蚀液为由4g ΚΙ、Ig I2和40mL H2O组成的混合液；所述步骤2)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm 1000歷，优选IOOnm ；所述二
氧化硅层乙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至 少一种，优选湿氧氧化；所述湿氧氧化法中，温度为900°C ；腐蚀步骤中，腐蚀二氧化硅层乙 的腐蚀液为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液，优选由体积比为 1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；腐蚀硅器件层的腐蚀液选自氢氧化钾、四甲基氢氧 化胺和乙二胺邻苯二酚中的至少一种；
所述步骤3)中，所述二氧化硅层丙的厚度为IOnm lOOnm，优选50nm ；所述二氧 化硅层丙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少 一种，优选干氧氧化；所述干氧氧化法中，温度为1000°c ；光刻步骤中，各种常用的光刻胶 均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304，RZJ-306和Siipley Company 的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304 ；所述离子注入步 骤中，注入剂量为3E15cnT2 5E16cnT2，优选lE16cm_2，注入能量为50KeV 140KeV,优选 70KeV ；所述步骤4)中，所述氮化硅层的厚度为50nm 1000歷，优选160nm ；制备氮化 硅层的方法为低压化学气相沉积法，所述低压化学气相沉积法中，温度为650°C 800°C， 优选 675 "C 695 "C，更优选 685 °C，压力为 100mTorr-300mTorr，优选 250mtorr,时间为 65-75min，优选70min;所述RIE反应离子刻蚀方法中，刻蚀气体为由流量比3 20 60 的SF6、He和CHF3组成的混合气体，真空度为KT1 10_2Torr ；所述光刻步骤中，各种常用 的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304，RZJ-306和^ipley Company的SPR 220中的至少一种，优选瑞红苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304 ；所 述刻蚀步骤中，刻蚀方法为RIE反应离子刻蚀方法；所述步骤幻中，所述腐蚀步骤中，腐蚀液选自氢氧化钾、四甲基氢氧化胺和乙二 胺邻苯二酚中的至少一种；所述KOH水溶液的质量百分浓度为15% 50%，优选40% ；所 述TMAH水溶液的质量百分浓度为5% 50%，优选20% ；所述腐蚀完毕的硅支撑层的厚度 为 0 100 μ m, ^it 30ym ；所述步骤6)腐蚀步骤中，腐蚀液均为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟 化铵组成的混合液，优选由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；光刻步骤中， 各种常用的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304，RZJ-306 和Siipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子化学品有限公司的 RZJ-304 ；所述步骤7)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射法 选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控 溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述 高温合金步骤中，退火温度为400°C 500°C，优选450°C，退火时间为20 60分钟，优选 30分钟；所述步骤8)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射法 选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控 溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述步骤9)中，制备所述贵金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述 溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优 选磁控溅射，所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述步骤7) -9)所述磁控溅射中，气压为ImTorr IOmTorr,优选lmTorr，电流密 度为 4mA/cm2 60mA/cm2，优选 10mA/cm2，功率密度为 lW/cm2 40W/cm2，优选 20W/cm2 ；所 述电子束蒸发法中，气压为ImTorr IOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV, 优选9KeV，电流强度为100mA-200mA，优选120mA ；
所述步骤10)中，所述二氧化硅层甲的厚度为0. Iym 2μπι，优选0. 5μπι 1 μ m ；所述方法二的步骤1)中，所述金属选自金和铜中的至少一种；所述SOI片由硅 器件层、位于所述硅器件层之下的二氧化硅层甲和位于所述二氧化硅层甲之下的硅支撑层 组成；所述金属层的厚度为Inm 50歷，优选Snm ；所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1 μ m 2μ ，优选0. 5μπι Ιμπι，更优选Ιμ ；所述硅支撑层的厚度为300 μ m 500 μ m，优选 380 μ m 420 μ m,更优选400 μ m ；制备金属层的方法为磁控溅射法和电子束蒸发法中的至 少一种，优选磁控溅射法，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr IOmTorr，优选ImTorr，电流 密度为 4mA/cm2 60mA/cm2，优选 10mA/cm2,功率密度为 lW/cm2 40W/cm2，优选 20ff/cm2,所 述电子束蒸发法中，气压为ImTorr IOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV, 优选9KeV，电流强度为100mA-200mA，优选120mA ；所述高温扩散方法中，温度为100°C 1200°C，优选350°C，时间为15分钟 M小时，优选30分钟；所述腐蚀步骤中，腐蚀液为由 4g ΚΙ、Ig I2和40mL H2O组成的混合液；所述步骤2)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm 1000歷，优选IOOnm ；所述二
氧化硅层乙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至 少一种，优选湿氧氧化法，所述湿氧氧化法中，氧化温度为900°C ；腐蚀步骤中，腐蚀二氧化 硅层乙的腐蚀液为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液，优选由体 积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；腐蚀硅器件层的腐蚀液选自氢氧化钾、四甲 基氢氧化胺和乙二胺邻苯二酚中的至少一种，优选氢氧化钾；所述步骤3)中，所述二氧化硅丙层的厚度为IOnm lOOnm，优选50nm;所述二 氧化硅层丙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至 少一种，优选干氧氧化法，所述干氧氧化法中，氧化温度为1000°c ；光刻步骤中，各种常用 的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304，RZJ-306和Shipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304 ；所述 离子注入步骤中，注入剂量为3E15cnT2 5E16cnT2，优选lE16cnT2，注入能量为50KeV 140KeV，优选 70KeV ；所述步骤4)腐蚀步骤中，腐蚀液均为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟化 铵组成的混合液，优选由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；所述光刻步骤 中，各种常用的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304，RZJ-306 和Siipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子化学品有限公司的 RZJ-304 ；所述光刻步骤中，各种常用的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限 公司的RZJ-304，RZJ-306和Shipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电 子化学品有限公司的RZJ-304;所述腐蚀步骤中，腐蚀液均为氢氟酸或由体积比为1 4的 氢氟酸和氟化铵组成的混合液，优选由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；所述步骤幻中，制备金属层的方法为溅射法；所述溅射法选自直流溅射、射频溅 射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控溅射；所述高温合金步 骤中，退火温度为400-500°C，优选450°C，时间为20_60min，优选30min ；所述步骤6)中，制备金属层的方法为溅射法；所述溅射法选自直流溅射、射频溅 射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控溅射；
所述步骤7)中，制备所述贵金属层的方法为蒸发法；所述蒸发法选自热蒸发和电 子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述步骤5) -6)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr IOmTorr,优选lmTorr， 电流密度为4mA/cm2 60mA/cm2，优选10mA/cm2 ；功率密度为lW/cm2 40W/cm2，优选20W/ cm2 ；所述步骤7)电子束蒸发法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为 8KeV IOKeV,优选 9KeV,电流强度为 100mA_200mA，优选 120mA ；所述步骤8)中，刻蚀完毕后所述硅支撑层的厚度为300 500μπι，优选 380 420 μ m;所述光刻步骤中，各种常用的光刻胶均适用，如可选自AZ Electronic Materials(Japan)K. K 的 AZ 4620 和 AZ 9260 中的至少一种，优选 AZ Electronic Materials(Japan)K. KAZ 4620 ；所述ICP刻蚀步骤中，刻蚀气体为由为流量比15 1的SF6 与A组成的刻蚀气体，真空度为10_4 KT2Torr ；所述步骤9)中，刻蚀完毕后所述二氧化硅层甲的厚度为0.1_2μπι，优选 0. 5-1 μ m ；所述方法三的步骤1)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm lOOOnm，优选 IOOnm ；所述二氧化硅层乙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿 氧氧化中的至少一种，优选湿氧氧化法，所述湿氧氧化法中，氧化温度为900°C ；腐蚀步骤 中，腐蚀液为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液，优选由体积比为 14的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；所述步骤2)中，所述二氧化硅丙层的厚度为lO-lOOnm，优选50nm ；所述二氧化硅 层丙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种， 优选干氧氧化法，所述干氧氧化法中，氧化温度为1000°c ；光刻步骤中，各种常用的光刻胶 均适用，如可选自 Fujifilm Electronic Materials Co. LTD 的 HPR-204 和 HPR-207 中的至 少一种，优选Fujifilm Electronic Materials Co. LTD 的 HPR-207 ；离子注入步骤中，注入 剂量为 3E15cnT2-5E16cnT2，优选 lE16cnT2，注入能量为 50KeV_140KeV，优选 70KeV ；所述步骤3)中，所述氮化硅层的厚度为IOnm lOOOnm，优选160nm ；制备氮化硅 层的方法为低压化学气相沉积法，所述低压化学气相沉积法中，温度为650°C 800°C，优 选 675°C 695°C，更优选 685°C，压力为 100_300mTorr，优选 250mTorr,时间为 65_75min， 优选70min;所述RIE反应离子刻蚀步骤中，刻蚀气体为由流量比为3 20 60的SF6、He 和CHF3组成的刻蚀气体，真空度为KT1 KT2Torr ；所述刻蚀步骤是采用RIE反应离子刻 蚀方法；所述光刻步骤中，各种常用的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公 司的RZJ-304，RZJ-306和Shipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子 化学品有限公司的RZJ-304;所述步骤4)中，所述腐蚀步骤中，腐蚀液选自氢氧化钾、四甲基氢氧化胺和乙二 胺邻苯二酚的水溶液中的至少一种，优选氢氧化钾水溶液；所述KOH水溶液的质量百分浓 度为15% 50%，优选40% ；所述TMAH水溶液的质量百分浓度为5% 50%，优选20% ； 所述腐蚀完毕的硅支撑层的厚度为0 100 μ m,优选30 μ m ；所述步骤5)腐蚀步骤中，腐蚀液选用磷酸，温度为160 180°C，优选170°C ；光 刻步骤中，各种常用的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304， RZJ-306和Siipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子化学品有限公司的 RZJ-304 ；所述步骤6)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射法 选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控 溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述 高温合金步骤中，退火温度为400°C 500°C，优选450°C，退火时间为20 60分钟，优选 30分钟；所述步骤7)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射法 选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控 溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述步骤6) -8)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr IOmTorr,优选lmTorr，
电流密度为4mA/cm2 60mA/cm2，优选10mA/cm2 ；功率密度为lW/cm2 40W/cm2，优选20W/
2
cm ；所述步骤8)中，制备所述贵金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所 述溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种， 优选磁控溅射法，所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发 法；所述电子束蒸发法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV,优选 9KeV，电流强度为 100mA-200mA，优选 120mA ；所述步骤9)中，刻蚀完毕后所述剩下的硅支撑层的厚度为0-100 μ m，优选 30μ ；所述步骤10)中，刻蚀完毕后所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1-2 μ m,优选 0. 5-1 μ m ；所述辐照步骤中，所述伽马射线辐射的剂量为1. OX 107tad-15. OX 107tad，优选 7. 0X107tad ；所述方法四的步骤1)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm lOOOnm，优选 IOOnm ；所述二氧化硅层乙的制备方法为氧化法，所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿 氧氧化中的至少一种，优选湿氧氧化法，所述湿氧氧化法中，氧化温度为900°C ；腐蚀步骤 中，腐蚀液为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液，优选由体积比为 14的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；所述步骤2)中，所述二氧化硅丙层的厚度为lO-lOOnm，优选50nm ；所述二氧化硅 层丙的制备方法为氧化法；所述氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种， 优选干氧氧化法，所述干氧氧化法中，氧化温度为1000°c ；所述步骤幻腐蚀步骤中，腐蚀液均为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟 化铵组成的混合液，优选由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的混合液；光刻步骤中， 各种常用的光刻胶均适用，如可选自苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304，RZJ-306 和Siipley Company的SPR 220中的至少一种，优选苏州瑞红电子化学品有限公司的 RZJ-304 ；所述步骤4)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射法 选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控 溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述 高温合金步骤中，退火温度为400°C 500°C，优选450°C，退火时间为20 60分钟，优选30分钟；所述步骤幻中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种；所述溅射法 选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁控 溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述步骤6)中，制备所述贵金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种；所述步骤5) -6)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr IOmTorr,优选lmTorr， 电流密度为4mA/cm2 60mA/cm2，优选10mA/cm2 ；功率密度为lW/cm2 40W/cm2，优选20W/ cm2 ；所述电子束蒸发法中，气压为ImTorr IOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV,优选 9KeV，电流强度为 100mA-200mA，优选 120mA ；所述步骤7)中，所述硅支撑层的厚度为300 500 μ m，优选380 420 μ m。所述步骤8)辐照步骤中，所述伽马射线辐射的剂量为1. 0X107tad-15. 0X107tad, 优选 7. 0X107tad。本发明通过在悬臂梁的一个表面(正面或者背面)淀积(蒸发或者溅射)薄的贵 金属层，如金、钼、钯等，在该金属层上通过自主装的方法生长上具有特异性吸附能力的单 分子敏感层，得到肖特基二极管嵌入式悬臂梁微量检测传感器。该传感器将经过重金属扩 散或者伽马射线辐照处理过的金属-硅肖特基二极管嵌入硅悬臂梁适当位置的表面，实现 了力学信号到电学信号的高灵敏转换，从根本上解决了硅压阻灵敏度较低的问题。当悬臂 梁表面发生分子特异性吸附而产生表面应力使悬臂梁发生弯曲时，会在悬臂梁的根部产生 集中的应力分布。将肖特基二极管置于悬臂梁的根部以感知该区域的应力变化，从而能够 感知出悬臂梁弯曲的挠度，进而完成微量物质的检测。本发明采用两种方法提高肖特基二 极管的应力灵敏度，一是在硅中扩散入重金属，比如金，铜等，从而在硅中产生深能级；二是 利用伽马射线辐照的方法在肖特基二极管的半导体部分产生大量的复合中心。同时，本发 明采用SOI片并结合刻蚀自停止工艺，实现了超薄悬臂梁结构加工的精确控制。本发明提 供的悬臂梁微量检测传感器，结构简单、制作简便、灵敏度高、分辨率高，可应用于多种力学 MEMS结构，如力传感器、扫描探针等，在环境检测、食品安全、航天军事等领域均有重要的应 用价值。
图1为肖特基二极管嵌入式悬臂梁微量检测传感器的三维结构示意图，其中，1为 衬底支撑层，2为悬臂梁，3为肖特基接触金属层，4为欧姆接触金属层，5为贵金属层。图2为实施例1的工艺流程示意图。图3为实施例2的工艺流程示意图。图4为实施例3的工艺流程示意图。图5为实施例4的工艺流程示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。所 述方法如无特别说明，均为常规方法。本发明中构成所述二氧化硅层甲、二氧化硅层乙和二 氧化硅层丙的材料均为二氧化硅。
实施例1、利用KOH溶液腐蚀背腔工艺制备经重金属扩散的金属-硅肖特基二极管 嵌入式悬臂梁图2为本发明悬臂梁传感器的制备流程图，具体步骤如下1)在SOI片的硅器件层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电流密度为lOmA/cm2，功 率密度为20W/cm2)制备一层厚度为8nm的金金属层(如图2a)，再利用高温扩散方法(温 度为350°C，时间为30min)使金属层中的金属扩散到硅器件层中，用由4g KIUg 12和40!^ H2O组成的腐蚀液腐蚀硅器件层表面剩余的金属；该步骤中，SOI片由厚度为1.5μπι的硅器件层、位于该硅器件层之下且厚度为 l.Oym的二氧化硅层甲和位于二氧化硅层甲之下且厚度为400 μ m的硅支撑层组成；2)在经过步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面都用湿氧氧化法(氧化温度 为900°C)制备一层厚度为IOOnm的二氧化硅层乙后，进行图形化，以二氧化硅层乙为掩膜， 用由体积比为14的氢氟酸和氟化铵组成的腐蚀液腐蚀硅器件层至二氧化硅层甲露出 (如图2b)，再腐蚀作为掩膜的二氧化硅层乙(如图2c)；3)在步骤幻处理完毕的硅器件层的正面和背面都用干氧氧化法(温度为 IOO(TC)制备一层厚度为50nm的二氧化硅层丙(如图2d)，用光刻胶(购自苏州瑞红电子化 学品有限公司，型号为RZJ-304)光刻二氧化硅层丙后进行离子注入，注入剂量为lE16cm_2， 注入能量为70KeV，得到厚度为3μπι的离子注入层(如图加)；该离子注入层占据部分硅器 件层；4)在步骤幻处理完毕的SOI片的正面和背面都用低压化学气相沉积法(温度为 685°C，压力为250mTorr)各制备一层厚度均为160nm的氮化硅层(如图2f)，光刻(所用光 刻胶购自苏州瑞红电子化学品有限公司，型号为RZJ-304)并用温度为170°C的磷酸刻蚀该 SOI片背面的氮化硅层及二氧化硅层丙至硅支撑层露出；5)用质量百分浓度为40%的KOH水溶液腐蚀步骤4)处理完毕的硅支撑层至厚度 为30 μ m，形成背腔(如图2g)；6)用由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成的腐蚀液腐蚀步骤幻处理完毕的 SOI片上的氮化硅层(如图池)，光刻(所用光刻胶购自苏州瑞红电子化学品有限公司，型 号为RZJ-304)并图形化腐蚀二氧化硅层丙至硅器件层(如图2i)露出，该露出的未进行离 子注入的硅器件层区域用于制备肖特基接触金属区域，该露出的离子注入的硅器件层区域 用于制备欧姆接触金属区域；7)在步骤6)处理完毕的露出的离子注入层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电 流密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为1. 0 μ m的金属层，图形化和高温 合金(温度为450°C，退火30min)后，得到欧姆接触金属层(如图2j)；其中，构成该金属层的材料为铝硅合金，硅的质量百分含量为；8)在步骤6)处理完毕的露出的硅器件层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电流 密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为0. 8 μ m的铝金属层，图形化后，得 到肖特基接触金属层(如图2k)；肖特基接触金属层与步骤7)得到的欧姆接触金属层之间 不接触，欧姆接触金属层和肖特基接触金属层之间的距离为15 μ m ；9)在步骤6)处理完毕的二氧化硅层丙上用电子束蒸发法(气压为4mT0rr，电子 束能量为9KeV，电流强度为120mA)制备一层贵金属层(如图21)；
其中，构成该贵金属层的材料为由与硅器件层之上的二氧化硅层丙接触且厚度为 Snm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的金层组成；10)利用ICP(感应耦合等离子刻蚀)方法刻蚀步骤幻剩下的硅支撑层至二氧化 硅层甲(如图2m)后，再利用RIE(反应离子刻蚀)刻蚀方法继续刻蚀二氧化硅层甲至硅器 件层(如图2η)，完成悬臂梁微量检测传感器的制备。其中，ICP方法为在真空条件下，通入流量比15 1的由SF6与O2组成的混合刻蚀 气体进行刻蚀，真空度为10_4Torr;RIE刻蚀方法是在真空条件下，通入流量比3 20 60 的由SF6、He和CHF3组成的混合刻蚀气体进行刻蚀，真空度为K^Torr。按照上述方法制备所得悬臂梁微量检测传感器，其结构示意图如图1所示，该传 感器由硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接触金属层、离子注入层、贵金属层和位于硅器 件层之上的二氧化硅层组成；其中，欧姆接触金属层、肖特基接触金属层和贵金属层之间均 不接触，离子注入层包埋在硅器件层中，欧姆接触金属层位于离子注入层之上并部分嵌入 二氧化硅层丙中，肖特基接触金属层部分嵌入二氧化硅层丙中，贵金属层位于二氧化硅层 丙之上。构成该硅器件层的材料为硅；构成该欧姆接触金属层的材料均为铝硅合金(硅的 质量百分含量为)；构成肖特基接触金属层的材料为铝；构成该贵金属层的材料为由与 硅器件层之上的二氧化硅层丙接触且厚度为8nm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的 金层组成；欧姆接触金属层的厚度为1. 0 μ m ；肖特基接触金属层的厚度为0. 8 μ m ；贵金属 层的厚度为38nm;欧姆接触金属层和肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为15μπι;肖 特基接触金属层与贵金属层相邻边界之间的距离为20 μ m ；硅器件层的厚度为1. 5 μ m ；离 子注入层的厚度为120 A;二氧化硅层丙的厚度为50nm。实施例2、利用ICP干法刻蚀背腔工艺制备经重金属扩散的金属-硅肖特基二极管 嵌入式悬臂梁图3为本发明悬臂梁传感器的制备流程图，具体步骤如下1)在SOI片的硅器件层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电流密度为lOmA/cm2，功 率密度为20W/cm2)制备一层厚度为8nm的金金属层(如图3a)，再利用高温扩散方法(温 度为350°C，时间为30min)使金属层中的金属扩散到硅器件层中，用由4g KIUg 12和40!^ H2O组成的腐蚀液腐蚀硅器件层表面剩余的金属；其中，该SOI片由厚度为1.5μπι的硅器件层、位于硅器件层之下且厚度为Ι.Ομπι 的二氧化硅层甲和位于二氧化硅层甲之下且厚度为400 μ m的硅支撑层组成；2)在经过步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面都用湿氧氧化法(氧化温度 为900°C)制备一层厚度为IOOnm的二氧化硅层乙后，进行图形化，以二氧化硅层乙为掩膜， 用由体积比为14的氢氟酸和氟化铵组成的腐蚀液腐蚀硅器件层至二氧化硅层甲露出 (如图北)，再腐蚀作为掩膜的二氧化硅层乙(如图3c)；3)在步骤幻处理完毕的硅器件层的正面和背面都用干氧氧化法(氧化温度为 IOO(TC)制备一层厚度为50nm的二氧化硅层丙(如图3d)，光刻(所用光刻胶购自Fujif ilm Electronic Materials Co. LTD，型号为HPR-207) 二氧化硅层丙后进行离子注入(注入剂 量为lE16cm_2，注入能量为70KeV)，得到厚度为3μπι的离子注入层(如图；^)；该离子注入 层占据部分硅器件层；
4)光刻(所用光刻胶购自苏州瑞红电子化学品有限公司，型号为RZJ-304)并图形 化腐蚀步骤幻二氧化硅层丙至硅器件层(如图3f)露出，该露出的未进行离子注入的硅器 件层区域用于制备肖特基接触金属区域，该露出的离子注入的硅器件层区域用于制备欧姆 接触金属区域；其中，腐蚀步骤所用腐蚀液由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成；5)在步骤4)处理完毕的露出的离子注入层上用磁控溅射法制备一层厚度为 1. Oym的金属层，图形化和高温合金(温度为450°C，退火30min)后，得到欧姆接触金属层 (如图3g)；其中，构成该金属层的材料为铝硅合金，硅的质量百分含量为；6)在步骤4)处理完毕的露出的硅器件层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电流 密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为0. 8 μ m的铝金属层，图形化后，得 到肖特基接触金属层(如图3h)；肖特基接触金属层与步骤5)得到的欧姆接触金属层之间 不接触，欧姆接触金属层和肖特基接触金属层之间的距离为15 μ m ；7)在步骤6)处理完毕的二氧化硅层丙上用电子束蒸发法(气压为4mT0rr，电子 束能量为9KeV，电流强度为120mA)制备一层贵金属层(如图3i)；其中，构成该贵金属层的材料为由与硅器件层之上的二氧化硅层接触且厚度为 Snm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的金层组成；8)光刻(所用光刻胶购自 AZ Electronic Materials (Japan)K. K，型号为 AZ 4620)并图形化步骤7)处理完毕的SOI片的背面，利用ICP方法刻蚀硅支撑层至二氧化硅 层甲(如图3j)后，再利用RIE刻蚀方法继续刻蚀二氧化硅层甲至硅器件层(如图3k)，完 成悬臂梁微量检测传感器的制备。其中，ICP方法为在真空条件下，通入流量比15 1的由SF6与仏组成的混合刻 蚀气体进行刻蚀，真空度为10_4Torr ；RIE刻蚀方法是在真空条件下，通入流量比3 20 60的由SF6、He和CHF3组成 的混合刻蚀气体进行刻蚀，真空度为IO-1Torr。按照上述方法制备所得悬臂梁微量检测传感器，其结构示意图如图1所示，该传 感器由硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接触金属层、离子注入层、贵金属层和位于硅器 件层之上的二氧化硅层组成；其中，欧姆接触金属层、肖特基接触金属层和贵金属层之间均 不接触，离子注入层包埋在硅器件层中，欧姆接触金属层位于离子注入层之上并部分嵌入 二氧化硅层丙中，肖特基接触金属层部分嵌入二氧化硅层丙中，贵金属层位于二氧化硅层 丙之上。构成该硅器件层的材料为硅；构成该欧姆接触金属层的材料均为铝硅合金(硅的 质量百分含量为)；构成肖特基接触金属层的材料为铝；构成该贵金属层的材料为由与 硅器件层之上的二氧化硅层丙接触且厚度为8nm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的 金层组成；欧姆接触金属层的厚度为1. 0 μ m ；肖特基接触金属层的厚度为0. 8 μ m ；贵金属 层的厚度为38nm;欧姆接触金属层和肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为15μπι;肖 特基接触金属层与贵金属层相邻边界之间的距离为20 μ m ；硅器件层的厚度为1. 5 μ m ；离 子注入层的厚度为120 A;二氧化硅层丙的厚度为50nm。实施例3、利用KOH溶液腐蚀背腔工艺制备金属-硅肖特基二极管嵌入式悬臂梁并对其进行伽马射线辐照图4为本发明悬臂梁传感器的制备流程图，具体步骤如下1)在SOI片(如图如)的硅器件层的正面和背面都用湿氧氧化法(氧化温度为 9000C )制备一层厚度为IOOnm的二氧化硅层乙后，进行图形化，以二氧化硅层乙为掩膜腐 蚀硅器件层至二氧化硅层甲露出(如图4b)，再用由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组成 的腐蚀液腐蚀作为掩膜的二氧化硅层乙(如图4c)；其中，该SOI片由厚度为1.5μπι的硅器件层、位于硅器件层之下且厚度为Ι.Ομπι 的二氧化硅层甲和位于二氧化硅层甲之下且厚度为400 μ m的硅支撑层组成；2)在步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面都用干氧氧化法(氧化温度为 IOO(TC)制备一层厚度为50nm的二氧化硅层丙(如图4d)，光刻(所用光刻胶购自Fujifilm Electronic Materials Co. LTD，型号为HPR-207) 二氧化硅层丙后进行离子注入(注入剂 量为IEiecnT2，注入能量为70KeV)，得到厚度为3μπι的离子注入层(如图如)；该离子注入 层占据部分硅器件层；3)在步骤2)处理完毕的SOI片的正面和背面都用低压化学气相沉积法(温度为 685°C，压力为250mTorr)各制备一层厚度为160nm的氮化硅层(如图4f)，光刻(所用光 刻胶购自苏州瑞红电子化学品有限公司，型号为RZJ-304)并用温度为170°C的磷酸刻蚀该 SOI片背面的氮化硅层及二氧化硅层丙至硅支撑层露出；4)用质量百分浓度为40%的KOH水溶液腐蚀步骤幻处理完毕的硅支撑层至厚度 为30 μ m，形成背腔(如图4g)；5)腐蚀步骤4)处理完毕的SOI片上的氮化硅层(如图4h)，光刻(所用光刻胶 购自苏州瑞红电子化学品有限公司，型号为RZJ-304)并图形化腐蚀(腐蚀液由体积比为 1 4的氢氟酸和氟化铵组成)二氧化硅层丙至硅器件层(如图4i)露出，该露出的未进行 离子注入的硅器件层区域用于制备肖特基接触金属区域，该露出的离子注入的硅器件层区 域用于制备欧姆接触金属区域；6)在步骤5)处理完毕的露出的离子注入层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电 流密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为1. 0 μ m的金属层，图形化和高温 合金(温度为450°C，退火30min)后，得到欧姆接触金属层(如图4j)；其中，构成该金属层的材料为铝硅合金，硅的质量百分含量为；7)在步骤5)处理完毕的露出的硅器件层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电流 密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为0. 8 μ m的铝金属层，图形化后，得 到肖特基接触金属层(如图4k)；肖特基接触金属层与步骤6)得到的欧姆接触金属层之间 不接触，欧姆接触金属层和肖特基接触金属层之间的距离为15 μ m ；8)在步骤幻处理完毕的二氧化硅层丙上用电子束蒸发法(气压为4mT0rr，电子 束能量为9KeV，电流强度为120mA)制备一层贵金属层(如图41)；其中，构成该贵金属层的材料为由与硅器件层之上的二氧化硅层接触且厚度为 Snm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的金层组成；9)利用ICP方法刻蚀步骤4)剩下的硅支撑层至二氧化硅层甲(如图4m)；其中，ICP方法为在真空条件下，通入流量比15 1的由SF6与仏组成的混合刻 蚀气体进行刻蚀，真空度为KT4QTorr ；
10)利用RIE刻蚀方法继续刻蚀二氧化硅层甲至硅器件层(如图4η)后，置于伽马 射线源下进行辐照后，完成悬臂梁微量检测传感器的制备。其中，伽马射线辐射的剂量为7. OX 107tad ；RIE刻蚀方法是在真空条件下，通入流量比3 20 60的由SF6、He和CHF3组成 的混合刻蚀气体进行刻蚀，真空度为IO-1Torr。按照上述方法制备所得悬臂梁微量检测传感器，其结构示意图如图1所示，该传 感器由硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接触金属层、离子注入层、贵金属层和位于硅器 件层之上的二氧化硅层组成；其中，欧姆接触金属层、肖特基接触金属层和贵金属层之间均 不接触，离子注入层包埋在硅器件层中，欧姆接触金属层位于离子注入层之上并部分嵌入 二氧化硅层丙中，肖特基接触金属层部分嵌入二氧化硅层丙中，贵金属层位于二氧化硅层 丙之上。构成该硅器件层的材料为硅；构成该欧姆接触金属层的材料均为铝硅合金(硅的 质量百分含量为)；构成肖特基接触金属层的材料为铝；构成该贵金属层的材料为由与 硅器件层之上的二氧化硅层丙接触且厚度为8nm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的 金层组成；欧姆接触金属层的厚度为1. 0 μ m ；肖特基接触金属层的厚度为0. 8 μ m ；贵金属 层的厚度为38nm;欧姆接触金属层和肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为15μπι;肖 特基接触金属层与贵金属层相邻边界之间的距离为20 μ m ；硅器件层的厚度为1. 5 μ m ；离 子注入层的厚度为120 A;二氧化硅层丙的厚度为50nm。实施例4、利用ICP干法刻蚀背腔工艺制备金属-硅肖特基二极管嵌入式悬臂梁并 对其进行伽马射线辐照图5为本发明悬臂梁传感器的制备流程图，具体步骤如下1)在SOI片(如图fe)的硅器件层的正面和背面都用湿氧氧化法(氧化温度为 9000C )制备一层厚度为IOOnm的二氧化硅层乙后，进行图形化，以二氧化硅层乙为掩膜腐 蚀腐蚀(腐蚀液由体积比为14的氢氟酸和氟化铵组成)硅器件层至二氧化硅层甲露出 (如图恥)，再腐蚀作为掩膜的二氧化硅层乙(如图5c)；其中，该SOI片由厚度为1.5μπι的硅器件层、位于硅器件层之下且厚度为Ι.Ομπι 的二氧化硅层甲和位于二氧化硅层甲之下且厚度为400 μ m的硅支撑层组成；2)在步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面都用干氧氧化法(氧化温度为 IOO(TC)制备一层厚度为50nm的二氧化硅层丙(如图5d)，光刻(所用光刻胶购自Fujifilm Electronic Materials Co. LTD，型号为HPR-207) 二氧化硅层丙后进行离子注入(注入剂 量为lE16cm_2，注入能量为70KeV)，得到厚度为3μπι的离子注入层(如图k)；该离子注入 层占据部分硅器件层；3)光刻(所用光刻胶购自苏州瑞红电子化学品有限公司，型号为RZJ-304)并图形 化腐蚀(腐蚀液由体积比为14的氢氟酸和氟化铵组成)步骤幻二氧化硅层丙至硅器 件层(如图5f)露出，该露出的未进行离子注入的硅器件层区域用于制备肖特基接触金属 区域，该露出的离子注入的硅器件层区域用于制备欧姆接触金属区域；4)在步骤3)处理完毕的露出的离子注入层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电 流密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为1. 0 μ m的金属层，图形化和高温 合金(温度为450°C，退火30min)后，得到欧姆接触金属层(如图5g)；
其中，构成该金属层的材料为铝硅合金，硅的质量百分含量为；5)在步骤3)处理完毕的露出的硅器件层上用磁控溅射法(气压为lmTorr，电流 密度为lOmA/cm2，功率密度为20W/cm2)制备一层厚度为0. 8 μ m的铝金属层，图形化后，得 到肖特基接触金属层(如图5h)；肖特基接触金属层与步骤5)得到的欧姆接触金属层之间 不接触，欧姆接触金属层和肖特基接触金属层之间的距离为15 μ m ；6)在步骤幻处理完毕的二氧化硅层丙上用电子束蒸发法(气压为4mT0rr，电子 束能量为9KeV，电流强度为120mA)制备一层贵金属层(如图5i)；其中，构成该贵金属层的材料为由与硅器件层之上的二氧化硅层接触且厚度为 Snm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的金层组成；7)光刻(所用光刻胶购自 AZ Electronic Materials (Japan)K. K，型号为 AZ 4620)并图形化步骤5)处理完毕的SOI片的背面，利用ICP方法刻蚀硅支撑层至二氧化硅 层甲(如图5j)；其中，ICP方法为在真空条件下，通入流量比15 1的由SF6与仏组成的混合刻 蚀气体进行刻蚀，真空度为10_4Torr ；8)利用RIE方法继续刻蚀二氧化硅层甲至硅器件层(如图5k)后，将其置于伽马 射线源下进行辐照，完成悬臂梁微量检测传感器的制备。其中，伽马射线辐射的剂量为7. OX 107tad ；RIE刻蚀方法是在真空条件下，通入流量比3 20 60的由SF6、He和CHF3组成 的混合刻蚀气体进行刻蚀，真空度为IO-1Torr。按照上述方法制备所得悬臂梁微量检测传感器，其结构示意图如图1所示，该传 感器由硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接触金属层、离子注入层、贵金属层和位于硅器 件层之上的二氧化硅层组成；其中，欧姆接触金属层、肖特基接触金属层和贵金属层之间均 不接触，离子注入层包埋在硅器件层中，欧姆接触金属层位于离子注入层之上并部分嵌入 二氧化硅层丙中，肖特基接触金属层部分嵌入二氧化硅层丙中，贵金属层位于二氧化硅层 丙之上。构成该硅器件层的材料为硅；构成该欧姆接触金属层的材料均为铝硅合金(硅的 质量百分含量为)；构成肖特基接触金属层的材料为铝；构成该贵金属层的材料为由与 硅器件层之上的二氧化硅层丙接触且厚度为8nm的钛层和位于钛层之上的厚度为30nm的 金层组成；欧姆接触金属层的厚度为1. 0 μ m ；肖特基接触金属层的厚度为0. 8 μ m ；贵金属 层的厚度为38nm;欧姆接触金属层和肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为15μπι;肖 特基接触金属层与贵金属层相邻边界之间的距离为20 μ m ；硅器件层的厚度为1. 5 μ m ；离 子注入层的厚度为120 A;二氧化硅层丙的厚度为50nm。
权利要求
1.一种悬臂梁微量检测传感器，包括硅器件层、欧姆接触金属层、肖特基接触金属层、 离子注入层、贵金属层和位于所述硅器件层之上的二氧化硅层组成；其中，所述欧姆接触金属层、所述肖特基接触金属层和所述贵金属层之间均不接触，所 述离子注入层包埋在所述硅器件层中，所述欧姆接触金属层位于所述离子注入层之上并部 分嵌入所述二氧化硅层中，所述肖特基接触金属层部分嵌入所述二氧化硅层中，所述贵金 属层位于所述二氧化硅层之上。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于构成所述硅器件层的材料为硅；构成所述欧姆接触金属层的材料为铝或铝硅合金；所述铝硅合金中，硅的质量百分含 量为；构成所述肖特基接触金属层的材料为铝或铝硅合金；所述铝硅合金中，硅的质量百分 含量为；构成所述贵金属层的材料为由与所述二氧化硅层接触的钛层或铬层和位于所述钛层 和铬层之上的金层、钼层或钯层组成；所述钛层或铬层的厚度均为5-30nm，优选均为8nm， 所述金层、钼层或钯层的厚度均为20-50nm，优选均为30nm。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于所述欧姆接触金属层的厚度 为0. Iym 3μπι，优选1. 0 μ m ；所述肖特基接触金属层的厚度为0. 05 μ m 3 μ m，优选 0. 8ym ；所述贵金属层的厚度为5nm lOOnm，优选38nm ；所述欧姆接触金属层和所述肖特基接触金属层相邻边界之间的距离为3μπι 200 μ m, 10 μ m ~ 50 μ m ；所述肖特基接触金属层与所述贵金属层相邻边界之间的距离为3 μ m 500 μ m，优选 20ym~ IOOym ；所述硅器件层的厚度为0. 1 μ m 10 μ m，优选1 μ m 3 μ m ；所述离子注入层的厚度为120 A 3 μ m ；所述二氧化硅层的厚度为IOnm lOOnm，优选50nm。
4.根据权利要求1-3任一所述的传感器，其特征在于所述悬臂梁微量检测传感器由 所述硅器件层、所述欧姆接触金属层、所述肖特基接触金属层、所述离子注入层、所述贵金 属层和位于所述硅器件层之上的所述二氧化硅层组成。
5.根据权利要求1-4任一所述的传感器，其特征在于所述悬臂梁微量检测传感器是 按照权利要求6-10任一所述方法制备而得。
6.一种制备权利要求1-5任一所述悬臂梁微量检测传感器的方法，为下述方法一至方 法四中的任意一种方法，所述方法一依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层上制备一层金属层，再利用高温扩散方法使所述金属层中的金 属扩散到所述硅器件层中，腐蚀所述硅器件层表面剩余的所述金属；2)在经过所述步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层乙 后，进行图形化，以所述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露出， 再腐蚀作为掩膜的所述二氧化硅层乙；3)在所述步骤2)处理完毕的SOI片正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，正面光刻所述二氧化硅层丙后进行离子注入，在所述硅器件层上得到离子注入层；所述离子注入层占 据部分所述硅器件层；4)在所述步骤幻处理完毕的SOI片正面和背面各制备一层氮化硅层，光刻并刻蚀该 SOI片背面的氮化硅层及所述二氧化硅层丙至硅支撑层露出；5)腐蚀所述步骤4)处理完毕的硅支撑层，形成背腔；6)腐蚀所述步骤幻处理完毕的SOI片上的所有氮化硅层，光刻并图形化腐蚀所述二氧 化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的未进行离子注入的所述硅器件层用于制备所述肖 特基接触金属区域，该露出的所述离子注入层用于制备所述欧姆接触金属区域；7)在所述步骤6)处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化和高 温合金后，得到所述欧姆接触金属层；8)在所述步骤6)处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后，得到 所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤7)得到的欧姆接触金属层之间不接触；9)在所述步骤6)处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；10)依次刻蚀所述背腔中的硅支撑层和所述二氧化硅层甲，完成所述悬臂梁微量检测 传感器的制备；所述方法二依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层上制备一层金属层，再利用高温扩散方法使所述金属层中的金 属扩散到所述硅器件层中，腐蚀所述硅器件层表面剩余的所述金属；2)在经过所述步骤1)处理完毕的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层乙 后，进行图形化，以所述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露出， 再腐蚀作为掩膜的所述二氧化硅层乙；3)在所述步骤2)处理完毕的SOI层正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，正面光刻所 述二氧化硅层丙后进行离子注入，得到离子注入层；所述离子注入层占据部分所述硅器件 层；4)光刻并图形化腐蚀所述步骤幻所得二氧化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的 未进行离子注入的所述硅器件层用于制备所述肖特基接触金属区域，该露出的所述离子注 入的硅器件层用于制备所述欧姆接触金属区域；5)在所述步骤4)处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化和高 温合金后，得到所述欧姆接触金属层；6)在所述步骤4)处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后，得到 所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤幻得到的欧姆接触金属层之间不接触；7)在所述步骤6)处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；8)光刻并图形化所述步骤7)处理完毕的SOI片的背面，ICP刻蚀所述硅支撑层至二氧 化硅层甲；9)利用RIE方法继续刻蚀所述二氧化硅层甲至所述硅器件层，完成所述悬臂梁微量检 测传感器的制备；所述方法三依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层乙后，进行图形化，以所 述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露出，再腐蚀作为掩膜的所 述二氧化硅层乙；2)在所述步骤1)处理完毕的SOI片正面和背面各制备一层二氧化硅层丙，正面光刻所 述二氧化硅层丙后进行离子注入，在所述硅器件层上得到离子注入层；所述离子注入层占 据部分所述硅器件层；3)在所述步骤2)处理完毕的SOI片表面和背面各制备一层氮化硅层，光刻并刻蚀该 SOI片背面的氮化硅层及所述二氧化硅层丙至硅支撑层露出；4)腐蚀所述步骤幻处理完毕的硅支撑层，形成背腔；5)腐蚀所述步骤4)处理完毕的SOI片上的所有氮化硅层，光刻并图形化腐蚀所述二氧 化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的未进行离子注入的所述硅器件层用于制备所述肖 特基接触金属区域，该露出的所述离子注入层用于制备所述欧姆接触金属区域；6)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化和高 温合金后，得到所述欧姆接触金属层；7)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后，得到 所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤6)得到的欧姆接触金属层之间不接触；8)在所述步骤幻处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；9)刻蚀所述步骤4)剩下的硅支撑层至二氧化硅层甲；10)利用RIE方法继续刻蚀所述步骤9处理完毕的二氧化硅层甲至所述硅器件层，得 到所述悬臂梁微量检测传感器，并将所述悬臂梁微量检测传感器置于伽马射线源下进行辐 照，完成所述悬臂梁微量检测传感器的制备；所述方法四依次包括如下步骤1)在SOI片的硅器件层的正面和背面各制备一层二氧化硅层乙后，进行图形化，以所 述二氧化硅层乙为掩膜腐蚀所述硅器件层至所述二氧化硅层甲露出，再腐蚀作为掩膜的所 述二氧化硅层乙；2)在所述步骤1)处理完毕的SOI片的正面和背面制备一层二氧化硅层丙，正面光刻所 述二氧化硅层丙后进行离子注入，在所述硅器件层上得到离子注入层；所述离子注入层占 据部分所述硅器件层；3)光刻并图形化腐蚀所述步骤幻所述二氧化硅层丙至所述硅器件层露出，该露出的 未进行离子注入的所述硅器件层区域用于制备所述肖特基接触金属区域，该露出的所述离 子注入的硅器件层区域用于制备所述欧姆接触金属区域；4)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述离子注入层上制备一层金属层，图形化和高 温合金后，得到所述欧姆接触金属层；5)在所述步骤幻处理完毕的露出的所述硅器件层上制备一层金属层，图形化后，得到 所述肖特基接触金属层；所述肖特基接触金属层与所述步骤4)得到的欧姆接触金属层之间不接触；6)在所述步骤幻处理完毕的所述二氧化硅层丙上制备一层贵金属层；7)光刻并图形化所述步骤6)处理完毕的SOI片的背面，ICP刻蚀硅支撑层至二氧化硅层甲；8)利用RIE方法继续刻蚀所述步骤7)处理完毕的二氧化硅层甲至所述硅器件层，得 到所述悬臂梁微量检测传感器，并将所述悬臂梁微量检测传感器置于伽马射线源下进行辐 照，完成所述悬臂梁微量检测传感器的制备。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述方法一所述步骤1)中，所述金属 选自金和铜中的至少一种；所述SOI片由硅器件层、位于所述硅器件层之下的二氧化硅层 甲和位于所述二氧化硅层甲之下的硅支撑层组成；所述金属层的厚度为Inm 50nm，优选 8nm ；所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1 μ m 2 μ m，优选0. 5 μ m 1 μ m ；所述硅支撑层的厚 度为 300 μ m ~ 500 μ m, ^it 380 μ m ~ 420 μ m ；所述步骤2)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm lOOOnm，优选IOOnm ； 所述步骤3)中，所述二氧化硅层丙的厚度为IOnm lOOnm，优选50nm ； 所述步骤4)中，所述氮化硅层的厚度为50nm lOOOnm，优选160nm ； 所述步骤幻中，所述腐蚀步骤中，腐蚀液选自氢氧化钾、四甲基氢氧化胺和乙二胺邻 苯二酚中的至少一种；所述步骤6)腐蚀步骤中，腐蚀液均为氢氟酸或由体积比为1 4的氢氟酸和氟化铵组 成的混合液；所述步骤10)中，所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1 μ m 2 μ m，优选0. 5 μ m 1 μ m ； 所述方法二的步骤1)中，所述金属选自金和铜中的至少一种；所述SOI片由硅器件层、 位于所述硅器件层之下的二氧化硅层甲和位于所述二氧化硅层甲之下的硅支撑层组成；所 述金属层的厚度为Inm 50nm，优选8nm ；所述二氧化硅层甲的厚度为0. Iym 2μπι，优 选0. 5 μ m 1 μ m，更优选1 μ m ；所述硅支撑层的厚度为300 μ m 500 μ m,优选380 μ m 420 μ m,更优选 400 μ m ；所述步骤2)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm lOOOnm，优选IOOnm ； 所述步骤3)中，所述二氧化硅丙层的厚度为IOnm lOOnm，优选50nm ； 所述步骤8)中，刻蚀完毕后所述硅支撑层的厚度为300 500 μ m，优选380 420 μ m ；所述步骤9)中，刻蚀完毕后所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1-2 μ m,优选0. 5-1 μ m ； 所述方法三的步骤1)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm lOOOnm，优选IOOnm ； 所述步骤2)中，所述二氧化硅丙层的厚度为lO-lOOnm，优选50nm; 所述步骤3)中，所述氮化硅层的厚度为IOnm lOOOnm，优选160nm ； 所述步骤4)中，所述腐蚀步骤中，腐蚀液选自氢氧化钾、四甲基氢氧化胺和乙二胺邻 苯二酚中的至少一种，优选氢氧化钾；所述步骤9)中，刻蚀完毕后所述剩下的硅支撑层的厚度为0-100 μ m，优选30 μ m ； 所述步骤10)中，刻蚀完毕后所述二氧化硅层甲的厚度为0. 1-2 μ m,优选0. 5-1 μ m ； 所述方法四的步骤1)中，所述二氧化硅层乙的厚度为20nm lOOOnm，优选IOOnm ； 所述步骤2)中，所述二氧化硅丙层的厚度为lO-lOOnm，优选50nm; 所述步骤7)中，所述硅支撑层的厚度为300 500 μ m,优选380 420 μ m。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于所述方法一的步骤1)中，制备金 属层的方法为磁控溅射法和电子束蒸发法中的至少一种；所述高温扩散方法中，温度为100°C 1200°C，优选350°C，时间为15分钟 24小时，优选30分钟； 所述步骤幻中，所述二氧化硅层乙的制备方法为氧化法； 所述步骤幻中，所述二氧化硅层丙的制备方法为氧化法；所述步骤4)中，制备氮化硅层的方法为低压化学气相沉积法，所述刻蚀步骤中，刻蚀 方法为RIE反应离子刻蚀方法；所述步骤5)中，所述KOH水溶液的质量百分浓度为15 % 50 %，优选40 % ；所述TMAH 水溶液的质量百分浓度为5% 50%，优选20% ；所述步骤7)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种；所述高温合金步 骤中，退火温度为400°C 500°C，优选450°C，退火时间为20 60分钟，优选30分钟； 所述步骤8)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种； 所述步骤9)中，构成所述贵金属层的材料为金、钼和钯中的任意一种与钛和铬中的任 意一种组成的两种金属层；所述方法二的步骤1)中，制备金属层的方法为磁控溅射法和电子束蒸发法中的至少 一种，优选磁控溅射法；所述高温扩散方法中，温度为100°C 1200°C，优选350°C，时间为 15分钟 24小时，优选30分钟；所述步骤幻中，所述二氧化硅层乙的制备方法为氧化法； 所述步骤幻中，所述二氧化硅层丙的制备方法为氧化法； 所述步骤幻中，制备金属层的方法为溅射法； 所述步骤6)中，制备金属层的方法为溅射法； 所述步骤7)中，制备所述贵金属层的方法为蒸发法；所述步骤8)中，所述ICP刻蚀步骤中，刻蚀气体为由为流量比15 1的3&与02组成 的刻蚀气体，真空度为10_4 KT2Torr ；所述方法三的步骤1)中，所述二氧化硅层乙的制备方法为氧化法； 所述步骤幻中，所述二氧化硅层丙的制备方法为氧化法；所述步骤幻中，制备氮化硅层的方法为低压化学气相沉积法，所述刻蚀步骤是采用 RIE反应离子刻蚀方法；所述步骤4)中，所述KOH水溶液的质量百分浓度为15 % 50 %，优选40 % ；所述TMAH 水溶液的质量百分浓度为5% 50%，优选20% ；所述步骤6)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种；所述高温合金步 骤中，退火温度为400°C 500°C，优选450°C，退火时间为20 60分钟，优选30分钟； 所述步骤7)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种； 所述步骤10)辐照步骤中，所述伽马射线辐射的剂量为1.0X107tad-15.0X107tad，优 选 7. 0X107tad;所述方法四的步骤1)中，所述二氧化硅层乙的制备方法为氧化法； 所述步骤幻中，所述二氧化硅层丙的制备方法为氧化法；所述步骤4)中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种；所述高温合金步 骤中，退火温度为400°C 500°C，优选450°C，退火时间为20 60分钟，优选30分钟； 所述步骤幻中，制备金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种； 所述步骤6)中，制备所述贵金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种；所述步骤8)辐照步骤中，所述伽马射线辐射的剂量为1.0X107tad-15.0X107tad，优 选 7. 0X107tad。
9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于所述方法一的步骤1)中，所述磁 控溅射法中，气压为1 IOmTorr,优选lmTorr，电流密度为4 60mA/cm2，优选10mA/cm2， 功率密度为1 40W/cm2，优选20W/cm2 ；所述电子束蒸发法中，气压为1 lOmTorr，优选 4mTorr，电子束能量为8 IOKeV,优选9KeV，电流强度为100_200mA，优选120mA ；所述步骤幻氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选湿氧氧 化；所述湿氧氧化法中，温度为900°C ；所述步骤幻氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选干氧氧 化；所述干氧氧化法中，温度为1000°C ；所述步骤4)所述低压化学气相沉积法中，温度为650°C 800°C，优选675°C 695°C， 更优选 685°C，压力为 100mTorr-300mTorr，优选 250mtorr,时间为 65_75min，优选 70min ； 所述RIE反应离子刻蚀方法中，刻蚀气体为由流量比3 20 60的SF6、He和CHF3组成的 混合气体，真空度为10—1 KT2Torr ；所述步骤幻中，所述腐蚀完毕的硅支撑层的厚度为0 100 μ m，优选30 μ m ； 所述步骤7)中，溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅 射中的至少一种，优选磁控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种， 优选电子束蒸发法；所述步骤8)中，溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅 射中的至少一种，优选磁控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种， 优选电子束蒸发法；所述步骤9)中，制备所述贵金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射 法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁 控溅射，所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述方法二的步骤1)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr IOmTorr，优选lmTorr， 电流密度为4mA/cm2 60mA/cm2，优选10mA/cm2，功率密度为lW/cm2 40W/cm2，优选20W/ cm2，所述电子束蒸发法中，气压为ImTorr 1 OmTorr，优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV,优选 9KeV，电流强度为 100mA-200mA，优选 120mA ；所述步骤2~)氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选湿氧氧化 法，所述湿氧氧化法中，氧化温度为900°C ；所述步骤幻氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选干氧氧化 法，所述干氧氧化法中，氧化温度为1000°C ；所述步骤幻中，所述溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏 压溅射中的至少一种，优选磁控溅射；所述高温合金步骤中，退火温度为400-500°C，优选 450°C，时间为 20-60min，优选 30min ；所述步骤6)中，所述溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏 压溅射中的至少一种，优选磁控溅射；所述步骤7)所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述步骤8)所述ICP刻蚀步骤中，刻蚀气体为由流量比15 1的SF6与&组成的刻 蚀气体，真空度为10_4 KT2Torr ；所述方法三的步骤1)氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选 湿氧氧化法，所述湿氧氧化法中，氧化温度为900°C ；所述步骤2、氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选干氧氧化 法，所述干氧氧化法中，氧化温度为1000°C ；所述步骤幻所述低压化学气相沉积法中，温度为650°C 800°C，优选675°C 695°C， 更优选685°C，压力为100-300mTorr，优选250mTorr，时间为65_75min，优选70min ；所述 RIE反应离子刻蚀步骤中，刻蚀气体为由流量比为3 20 60的SF6、He和01&组成的刻 蚀气体，真空度为10—1 KT2Torr ；所述步骤4)中，所述腐蚀完毕的硅支撑层的厚度为O 100 μ m，优选30 μ m ； 所述步骤6)溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射 中的至少一种，优选磁控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优 选电子束蒸发法；所述步骤7)溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射 中的至少一种，优选磁控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优 选电子束蒸发法；所述步骤8)中，制备所述贵金属层的方法为溅射法和蒸发法中的至少一种，所述溅射 法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射中的至少一种，优选磁 控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优选电子束蒸发法；所述方法四的步骤1)氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选 湿氧氧化法，所述湿氧氧化法中，氧化温度为900°C ；所述步骤2、氧化法选自干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化中的至少一种，优选干氧氧化 法，所述干氧氧化法中，氧化温度为1000°C ；所述步骤4)溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射 中的至少一种，优选磁控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优 选电子束蒸发法；所述步骤幻溅射法选自直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应离子束溅射和偏压溅射 中的至少一种，优选磁控溅射法；所述蒸发法选自热蒸发和电子束蒸发法中的至少一种，优 选电子束蒸发法。
10.根据权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于所述方法一的步骤3)所述离子 注入步骤中，注入剂量为3E15cnT2 5E16cnT2，优选lE16cnT2，注入能量为50KeV 140KeV， 优选70KeV ；所述步骤7)-9)所述磁控溅射中，气压为ImTorr lOmTorr，优选lmTorr，电流密度为 4mA/cm2 60mA/cm2，优选 10mA/cm2，功率密度为 lW/cm2 40W/cm2，优选 20W/cm2 ；所述电 子束蒸发法中，气压为ImTorr IOmTorr,优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV,优选 9KeV,电流强度为 100mA-200mA，优选 120mA ；所述方法二的步骤3)所述离子注入步骤中，注入剂量为3E15cm_2 5E16cm_2，优选 lE16cnT2，注入能量为 50KeV 140KeV，优选 70KeV ；所述步骤5)-6)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选lmTorr，电流 密度为 4mA/cm2 60mA/cm2，优选 10mA/cm2 ；功率密度为 lW/cm2 40W/cm2，优选 20W/cm2 ； 所述步骤7)电子束蒸发法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为 8KeV IOKeV,优选 9KeV,电流强度为 100mA_200mA，优选 120mA ；所述方法三步骤幻离子注入步骤中，注入剂量为3E15CnT2-5E16CnT2，优选lE16cnT2，注 入能量为 50KeV-140KeV，优选 70KeV ；所述步骤6)-7)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选lmTorr，电流 密度为 4mA/cm2 60mA/cm2，优选 10mA/cm2 ；功率密度为 lW/cm2 40W/cm2，优选 20ff/cm2 ；所 述电子束蒸发法中，气压为ImTorr IOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为8KeV IOKeV, 优选9KeV，电流强度为100mA-200mA，优选120mA ；所述方法四的所述步骤5)-6)中，所述磁控溅射法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选 lmTorr,电流密度为 4mA/cm2 60mA/cm2，优选 10mA/cm2 ；功率密度为 lW/cm2 40W/cm2，优 选20W/cm2 ；所述电子束蒸发法中，气压为ImTorr lOmTorr，优选4mTorr，电子束能量为 8KeV IOKeV,优选 9KeV,电流强度为 100mA-200mA，优选 120mA。
全文摘要
本发明公开了一种悬臂梁微量检测传感器及其制备方法。该传感器是将经过重金属扩散或者伽马射线辐照处理过的金属-硅肖特基二极管嵌入硅悬臂梁适当位置的表面，用以将力学信号转化为电学信号。在悬臂梁的一个表面淀积薄的贵金属层，在该金属层上通过自主装的方法生长上具有特异性吸附能力的单分子敏感层。被检测化学物质与敏感层分子结合时在悬臂梁上下表面产生表面应力差，致使悬臂梁发生弯曲，从而在悬臂梁根部产生集中的弯曲应力，该应力由嵌入悬臂梁表面的肖特基二极管检测。本发明提供的传感器，结构简单、制作简便、灵敏度高、分辨率高，可应用于力传感器和扫描探针等，在环境检测、食品安全、航天军事等领域有重要应用。
文档编号B81C1/00GK102079499SQ20101059504
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者吴文刚, 王建, 王阳元, 郝一龙 申请人:北京大学