專利名稱：制造具有電阻尖端的半導體探針的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造具有均勻高度的電阻尖端(resistive tip)的半導體探針的方法。
背景技術：
隨著對于諸如便攜式通信終端的電子器件的需求增加，需要超小型和高度集成的非易失記錄介質(zhì)。常規(guī)的硬盤不能以緊湊的形式容易地制造而閃存的高度集成難于獲得。因此，已經(jīng)研究了利用掃描探針的信息存儲器件。
在各種掃描探針顯微鏡(SPM)技術中使用了掃描探針。例如，掃描探針用于掃描隧道顯微鏡(STM)，其通過探測在掃描探針和樣品之間流動的電流復制信息；用于原子力顯微鏡(AFM)，其利用的是掃描探針和樣品之間的原子力；用于磁力顯微鏡(MFM)，其利用的是磁場和磁化探針之間的力；用于掃描近場光學顯微鏡(SNOM)，改善了依據(jù)可見光的波長的分辨率的極限；和用于靜電力顯微鏡(EFM)，其利用的是探針和樣品之間的靜電力。
為了利用SPM技術記錄和復制具有高速和高密度的信息，必須探測在具有幾十納米的直徑的小區(qū)域上的表面電荷，且必須以陣列方式制造懸臂來改善記錄和復制的速度。
國際專利申請No.WO 03/096409公開了一種制造具有電阻尖端的半導體探針。該方法包括在基板上形成條狀的掩模，且通過離子注入和退火工藝在掩模下形成電阻區(qū)。之后，通過利用光掩模蝕刻該掩模形成矩形形狀的掩模，該光掩模具有垂直于該掩模的條形形狀，且通過利用矩形形狀掩模蝕刻基板形成其中的電阻區(qū)自對準的尖端。
圖1是說明利用矩形形狀的掩模形成電阻尖端的常規(guī)方法的附圖。
參考圖1，當利用具有大約2μm的寬度的矩形形狀掩模16蝕刻基板10的上表面時，形成由電極區(qū)11和12以及電阻區(qū)14組成的峰形成部分(peakforming portion)。此刻，在掩模16下形成的尖端頸部的寬度W依據(jù)蝕刻的程度改變。尖端頸部的寬度W是決定尖端高度的重要參數(shù)。當在去除矩形掩模16之后執(zhí)行用于形成尖銳峰的熱氧化工藝時，尖端的高度可以隨尖端頸部的寬度W而變化。在利用成為陣列的多個懸臂的掃描探針裝置中，尖端的高度必須均勻。如果尖端的高度不均勻，在采用懸臂同時讀和寫的時候就存在問題。為了調(diào)整尖端的高度到大約1μm，尖端頸部的寬度W可以控制到約300nm。蝕刻工藝期間的尖端頸部的寬度W利用光學顯微鏡通過掩模16由一黯淡的陰影(faint shadow)測量。
但是，由于尖端頸部的寬度W由黯淡的陰影估計，所以利用光學顯微鏡測量尖端頸部寬度W不準確。因此，存在尖端的高度沒有在期望的范圍內(nèi)制造的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種制造具有均勻高度的半導體探針的方法。
依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供有一種制造具有電阻尖端的半導體探針的方法，該方法包括依次在摻雜有第一摻雜劑的硅基板上形成第一和第二掩模膜(mask film)；在除了第一和第二掩模膜之外的硅基板的區(qū)域上通過高度摻雜第二摻雜劑形成第一和第二半導體電極區(qū)；在第一和第二半導體電極區(qū)的外圍區(qū)域上通過退火硅基板形成輕度摻雜第二摻雜劑的電阻區(qū)；以預定的形狀構圖第一和第二掩模膜；在第一掩模膜下通過蝕刻除了構圖的掩模膜之外的硅基板的上表面形成具有第一寬度的尖端頸部部分；通過蝕刻所暴露的第一掩模膜形成相應于尖端頸部部分的第三掩模膜；在去除第二掩模膜之后通過利用第三掩模膜作為掩模蝕刻硅基板將尖端頸部的寬度形成至預定的第二寬度；在去除第三掩模膜之后通過退火硅基板形成電阻尖端；和通過蝕刻硅基板形成懸臂來在懸臂的端部分上設置電阻尖端，其中第一和第二掩模膜具有不同的蝕刻選擇性。
形成電阻區(qū)可以包括通過從第一和第二半導體電極區(qū)擴散的電阻區(qū)彼此接觸來形成尖端的峰形成部分。
構圖第一和第二掩模膜可以包括在形成垂直于掩模膜的條狀光致抗蝕劑之后通過執(zhí)行蝕刻工藝形成矩陣形狀的掩模膜。
將尖端頸部的寬度形成至預定的第二寬度可以還包括利用內(nèi)嵌(in-line)掃描電子顯微鏡測量第一寬度，且當?shù)谝粚挾却蠹s第二寬度時，通過利用第三掩模作為掩模蝕刻硅基板的上表面將尖端頸部的寬度形成至預定的第二寬度。
形成電阻尖端可以包括在硅基板的表面處形成具有預定厚度的氧化物膜；通過退火已從其去除第三掩模膜的硅基板由電阻區(qū)的接觸形成尖端的峰形成部分；通過去除氧化物膜來尖銳化峰形成部分。
第一掩模膜可以是氧化硅且第二掩模膜可以是氮化硅。
第一掩模膜可以是氮化硅且第二掩模膜可以是氧化硅。


通過參考附圖的本發(fā)明的實施例的詳細描述，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是說明利用具有矩形形狀的掩模形成電阻尖端的常規(guī)方法的圖；圖2是示出依據(jù)本發(fā)明制造的具有電阻尖端的半導體探針的結構的透視圖；圖3A到3M是用于說明依據(jù)本發(fā)明的實施例制造半導體探針的方法的視圖；以及圖4和5是用于說明依據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的電阻尖端的運轉的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參考顯示本發(fā)明的實施例的附圖更加全面地描述本發(fā)明。在附圖中，層和區(qū)的厚度為了清晰被放大。
圖2是依據(jù)本發(fā)明制造的具有電阻尖端的半導體探針的結構的透視圖。
參考圖2，絕緣層44形成于硅基板31上且金屬電極46形成于絕緣層44上。懸臂42形成為從硅基板31的表面延伸，且形成在懸臂42的端表面的垂直方向上具有金字塔形狀的電阻尖端30。用第二摻雜劑高度摻雜的第一和第二半導體電極區(qū)32和34形成于電阻尖端30的坡面上，且用第二摻雜劑輕度摻雜的電阻區(qū)36形成于電阻尖端30的峰。第一和第二半導體電極區(qū)32和34電連接到電阻區(qū)36，且通過懸臂42連接到金屬電極46。
圖3A到3M是用于說明依據(jù)本發(fā)明的實施例制造半導體探針的方法的視圖。
首先，在用第一摻雜劑摻雜的硅基板31的表面上形成諸如氧化硅膜的第一掩模膜33，且在第一掩模膜33上形成諸如氮化硅膜的第二掩模膜35。第一和第二掩模膜33和35由具有不同蝕刻選擇性的材料形成。在第二掩模膜35上沉積光致抗蝕劑37。在光致抗蝕劑37的上方設置條狀掩模38(參考圖3A)。
接下來，通過利用掩模38的曝光、顯影和蝕刻工藝來構圖光致抗蝕劑37。如圖3B所示，形成具有條狀的第一掩模膜33a和第二掩模膜35a。第一掩模膜33a和第二掩模膜35a的寬度形成為大致2μm。如圖3B所示，通過在除了第一掩模膜33a之外的硅基板31上高度摻雜第二摻雜劑來形成第一和第二半導體電極區(qū)32和34。由于它們具有非常低的比電阻(specificresistance)，第一和第二半導體電極區(qū)32和34充當導體。
接下來，通過執(zhí)行退火工藝將第一和第二半導體電極區(qū)32和34之間的寬度減小到小于掩模膜33a的寬度。如圖3C所示，當用第二摻雜劑高度摻雜的第一和第二半導體電極區(qū)32和34擴展時，通過將第二摻雜劑擴散入相鄰于高度摻雜區(qū)的區(qū)域來形成輕度摻雜區(qū)，即，電阻區(qū)36。第一掩模膜33a下的電阻區(qū)36形成電阻尖端的峰形成部分，其在后描述?；蛘撸梢栽跓嵫趸に囍袌?zhí)行形成峰形成部分的工藝，其將在后描述。
接下來，在硅基板31上沉積光致抗蝕劑41來覆蓋第一和第二掩模膜33a和35a，且如圖3D所示，在第一和第二掩模膜33a和35a上方在垂直于掩模膜33a和35a的方向上設置條狀光掩模40。然后，通過執(zhí)行曝光、顯影和蝕刻工藝形成具有與光掩模40相同形狀的光致抗蝕劑層41a。
接下來，通過依次蝕刻沒有被光致抗蝕劑層41a覆蓋的第一和第二掩模膜33a和35a來形成具有矩形形狀的掩模膜33b和35b(參考圖3F)。
接下來，如圖3G所示，在去除光致抗蝕劑層41a之后，利用掩模膜33b和35b濕法或干法蝕刻硅基板31。此刻，執(zhí)行第一蝕刻持續(xù)預定的時間來獲得大于目標寬度300nm的尖端頸部寬度。圖3H和3I分別是示出第一蝕刻結果產(chǎn)品的透視圖和橫截面圖。蝕刻的產(chǎn)品的尖端頸部的寬度W’可以利用光學顯微鏡觀察，但是尖端頸部的準確寬度W’不能由光學顯微鏡觀測。
接下來，通過選擇性蝕刻第一掩模膜33b來去除第一掩模膜33b所暴露的部分。如圖3J和3K所示，形成相應于尖端寬度的寬度W’的部分的第三掩模膜33c。
當蝕刻第二掩模膜35b時，如圖3L所示，只有相應于尖端頸部的第三掩模膜33c保留。
接下來，利用內(nèi)嵌掃描電阻顯微鏡(SEM)可以準確測量尖端頸部的寬度W’。當確認尖端頸部的寬度W’大約300nm時，二次蝕刻硅基板31的上表面。通過利用SEM觀測尖端基板的寬度W”可以重復二次蝕刻。因此，可以控制結果產(chǎn)品的尖端頸部的寬度W’接近于目標寬度300nm。
接下來，在去除第三掩模膜33c之后，當在氧化環(huán)境下退火硅基板31時，在硅基板31的上表面上形成具有預定厚度的氧化硅膜(未顯示)，且如果去除氧化硅膜，則峰形成部分變得漸細。即，形成了尖端30的峰。在執(zhí)行熱氧化工藝的同時，可以一起執(zhí)行通過交迭分開的電阻區(qū)36和尖銳化尖端30形成峰形成部分。
接下來，通過利用常規(guī)半導體工藝蝕刻硅基板31形成懸臂42，以將尖端30設置在一端。之后，通過連接第一和第二半導體電極區(qū)32和34到電極焊盤46來獲得如圖3M所示的半導體探針，電極焊盤46通過硅基板31上的絕緣層44來絕緣。
在依據(jù)本發(fā)明的實施例的制造半導體探針的方法中，在通過執(zhí)行離子注入來形成第一和第二半導體電極區(qū)32和34來制造尖端30之前，可以執(zhí)行好的光蝕刻工藝，且通過熱擴散工藝可以容易地形成電阻區(qū)36。
圖4示出依據(jù)本發(fā)明制造的具有電阻尖端的半導體探針的尖端部分。
參考圖4，半導體探針的尖端50包括用第一摻雜劑摻雜的尖端50的本體58、由輕度摻雜第二摻雜劑形成的且設置于尖端50的峰上的電阻區(qū)56、和用第二摻雜劑高度摻雜且形成于尖端50的坡表面上的第一和第二半導體電極區(qū)52和54，在坡表面之間具有電阻區(qū)56。這里，如果第一摻雜劑是p型摻雜劑，則第二摻雜劑是n型摻雜劑，而如果第一摻雜劑是n型摻雜劑，則第二摻雜劑是p型摻雜劑。
記錄介質(zhì)的表面電荷57的電荷差異導致電場的尺寸差異，且電場的尺寸差異導致電阻區(qū)56的電阻值的差異。電阻值的差異是探測表面電荷的極性和大小的基礎。
圖5是圖4中半導體探針的尖端50的放大的端部。
參考圖5，形成于電阻區(qū)56的耗盡區(qū)68通過由表面負電荷57產(chǎn)生的電場逐漸擴展入第一和第二半導體電極區(qū)52和54。即使因為耗盡區(qū)68為非導體，減小了電阻區(qū)56的電阻，引起電阻區(qū)56的電阻變化，耗盡區(qū)68未擴展入第一和第二半導體電極區(qū)52和54，電阻尖端50也可以探測表面電荷57的極性和大小。依據(jù)本發(fā)明的實施例的半導體探針與常規(guī)的探針相比具有卓越的靈敏度，因為與常規(guī)的FET尖端相比半導體探針的尖端具有低閾值電場值。
依據(jù)制造本發(fā)明的具有電阻尖端的半導體探針的方法，可以通過上述的自對準方法在尖端端部的中心形成設置于半導體電極區(qū)之間的電阻區(qū)。因為通過熱擴散工藝可以形成用摻雜劑輕度摻雜的電阻區(qū)，所以簡化了制造工藝。
而且，在利用具有不同蝕刻選擇性的雙掩模形成均勻的尖端頸部之后，可以通過執(zhí)行尖端尖銳化工藝形成均勻高度的尖端。因此，通過在懸臂陣列上均勻地形成尖端的高度，該尖端可以用于執(zhí)行多次讀和寫的信息裝置。
而且，當以上述方法制造的探針用于大容量且利用掃描探針技術的超微小信細存儲裝置時，該探針可以用作可以通過探測小區(qū)域中的電荷來記錄和復制信息的裝置。
雖然參考其示范性實施例具體顯示和描述了本發(fā)明，然而本領域的一般技術人員可以理解在不脫離由權利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以做出形式和細節(jié)上的不同變化。
權利要求
1.一種制造具有電阻尖端的半導體探針的方法，包括依次在摻雜有第一摻雜劑的硅基板上形成第一和第二掩模膜，且在除了第一和第二掩模膜之外的硅基板的區(qū)域上通過高度摻雜第二摻雜劑形成第一和第二半導體電極區(qū)；通過退火所述硅基板在所述第一和第二半導體電極區(qū)的外圍區(qū)域上形成輕度摻雜第二摻雜劑的電阻區(qū)；以預定的形狀構圖第一和第二掩模膜；通過蝕刻除了構圖的所述掩模膜之外的所述硅基板的上表面在第一掩模膜下形成具有第一寬度的尖端頸部部分；通過蝕刻所暴露的第一掩模膜形成相應于所述尖端頸部部分的第三掩模膜；在去除第二掩模膜之后，通過利用第三掩模膜作為掩模蝕刻所述硅基板將尖端頸部的寬度形成至預定的第二寬度；在去除第三掩模膜之后，通過退火所述硅基板形成電阻尖端；和通過蝕刻所述硅基板形成懸臂以在懸臂的端部分上設置電阻尖端，其中，所述第一和第二掩模膜具有不同的蝕刻選擇性。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述電阻區(qū)的形成包括通過從第一和第二半導體電極區(qū)擴散的所述電阻區(qū)彼此接觸來形成所述尖端的峰形成部分。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二掩模膜的構圖包括在形成垂直于所述掩模膜的條狀光致抗蝕劑之后通過執(zhí)行蝕刻工藝形成矩陣形狀的掩模膜。
4.如權利要求1所述的方法，其中，將所述尖端頸部的寬度形成到預定的第二寬度還包括利用內(nèi)嵌掃描電子顯微鏡測量所述第一寬度；和當所測量的第一寬度大于第二寬度時，通過利用第三掩模作為掩模蝕刻所述硅基板的上表面將所述尖端頸部的寬度形成至預定的第二寬度。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述電阻尖端的形成包括在所述硅基板的表面處形成具有預定厚度的氧化物膜，且通過退火已從其去除第三掩模膜的所述硅基板由所述電阻區(qū)的接觸形成所述尖端的峰形成部分。
6.如權利要求2所述的方法，其中，所述電阻尖端的形成包括通過退火已從其去除第三掩模膜的所述硅基板，在所述硅基板的表面處形成具有預定厚度的氧化物膜；和通過去除所述氧化物膜尖銳化所述峰形成部分。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一掩模膜是氧化硅且第二掩模膜是氮化硅。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一掩模膜是氮化硅且第二掩模膜是氧化硅。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一摻雜劑是p型摻雜劑且第二摻雜劑是n型摻雜劑。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一摻雜劑是n型摻雜劑且第二摻雜劑是p型摻雜劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造具有電阻尖端的半導體探針的方法。該方法包括在硅基板上形成具有矩形形狀的第一和第二掩模膜；第一次蝕刻硅基板的上表面；通過蝕刻第一掩模膜形成相應于尖端頸部寬度的第三掩模膜；通過利用第三掩模膜作為掩模第二次蝕刻硅基板形成尖端頸部的寬度到預定的寬度；且在去除第三掩模膜之后通過退火硅基板形成峰形成部分?？梢灾圃炀哂芯鶆蚋叨群图舛祟i部具有均勻寬度的半導體探針。
文檔編號H01L21/66GK1755839SQ200510092308
公開日2006年4月5日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權日2004年8月27日
發(fā)明者樸哲民, 樸弘植, 高亨守, 洪承范 申請人:三星電子株式會社