[发明专利]通过纳米线生长形成的单片高纵横比纳米尺寸扫描探针显微镜（SPM）尖端

说明书

本申请是优先权日是2006年3月23日、2007年3月8日提交的、中国专利申请No.200780008800.6、发明名称是“通过纳米线生长形成的单片高纵横比纳米尺寸扫描探针显微镜(SPM)尖端”的分案申请

技术领域

本发明涉及扫描显微镜探针，更具体而言，涉及由蚀刻的硅锥体制造的单片集成硅探针，并且硅探针的尖端利用Si纳米线延伸。本发明还涉及制造硅探针和纳米线延伸的方法。

背景技术

对于表面研究，扫描探针显微镜(SPM)技术例如原子力显微镜(AFM)和近场扫描光学显微镜(NSOM)是非常有用的技术。获得的SPM图像提供了纳米尺度的表面特征(例如，形貌或粗糙度)。结果，通常使用SPM设备用于涉及小尺寸的工业测试。典型的实例是半导体工业，其中在膜淀积或化学机械抛光(CMP)步骤之后使用AFM评估表面粗糙度和形貌。在半导体工业中，AFM的另一重要应用是测量具有非常高的纵横比(高度与宽度的比率大于10.0)的深沟槽。该深沟槽用于制造电容器，其形成芯片的存储器缓冲。

大多数SPM设备使用尖锐的尖端记录表面特征，该尖端被制造在悬臂梁的末端。通常，表面图像是尖端与表面的特征(希望获得的数据)的卷积。因此，尖端越“尖锐”，将越近似空间delta函数，这会导致更精确地成像表面。

被考虑为影响成像的尖端的末端的实际的曲率半径取决于尖端与表面之间的相互作用的类型。许多尖端-表面相互作用以1/rⁿ衰减，其中r是距离，n是2到6之间的数。具体而言，并作为实例，对于表面和球形之间的Lennard Jones对势，在上述方程中的n等于3。这被认为是长范围的相互作用，其表明需要高纵横比的尖端以提高设备的分辨率。也就是说，由于相互作用具有长的范围，远离末端(但不一定远离表面，在尖端具有大曲率半径的情况下)的尖端体的部分同样对测量的相互作用有贡献。具有高的长度与宽度纵横比的尖端减小了这些贡献。此外，对于深沟槽的检查也需要高纵横比尖端。

通过硅，Si，的各向异性蚀刻制造常规AFM尖端。这些尖端形成在硅悬臂梁的末端并具有由Si(111)表面限制的三角形侧面的锥体形状。由于通过批(batch)硅处理技术(还称为微加工)制造这些尖端，因此以整个晶片出售它们并且它们的成本在美元的范围。这些现有技术的尖端的缺点是其成像精度差，这是因为现有技术的尖端的低纵横比和约5-30nm(最好情况)的大曲率半径。图1A示出了锥体硅尖端的实例。图1B图示了如何使用AFM尖端绘制表面形貌。在该附图中，参考标号103表示分析的表面，参考标号101表示Si尖端，以及参考标号102表示悬臂梁。图2示例了具有微加工的AFM探针的典型硅晶片。在该附图中，参考标号201表示具有微加工的AFM探针的晶片，参考标号203表示Si尖端以及参考标号202表示悬臂梁。

为了提高分辨率，将碳纳米管(CNT)附着到常规Si尖端的末端(参见，例如，J Martinez等的，“Length control and sharpening of atomic forcemicroscope carbon nanotube tips assisted by an electronbeam”，Nanotechnology 16(2005)2493-2496)。CNT的使用不仅提供了小曲率半径，而且提供了高纵横比探针。然而，由于它们的人工制造，具有安装的CNT尖端的探针的成本大概是常规微加工的AFM尖端的1000倍。

考虑到上述情况，需要这样的批制造方法，该批制造方法以常规微加工的AFM尖端的成本来获得类似CNT的AFM尖端(即，具有几纳米的曲率半径和1∶100的纵横比)。

发明内容

本发明提供了通过从常规微加工的Si AFM尖端的末端生长纳米线而制造的高纵横比纳米尺寸尖端。生长的纳米线(或纳米结构)是Si尖端的延伸而不是被附着到Si尖端上，而在现有技术的探针则是被附着到Si尖端上。因此，本发明的结构在Si尖端与纳米线之间没有缝，而缝却存在于CNT被附着到Si尖端的现有技术结构中。

在这里描述的本发明的结构和方法提供了优于现有技术的若干的优点。首先，尖端的制造是其中所有步骤都是常规硅处理步骤的批(batch)工艺。因此，在单晶硅晶片上能平行地制造许多尖端，如图2所示例的。结果，期望制造的尖端的成本将低于或近似于微加工的AFM尖端的制造成本。此外，在本发明中公开的尖端所表现出来的性能是高纵横比纳米尺寸范围的尖端的性能，当前高纵横比纳米尺寸范围的尖端的成本是常规微加工的尖端的1000倍。