利用自對準工藝製造具有fet溝道結構的spm探針的方法
2023-07-10 18:58:16 1
專利名稱：利用自對準工藝製造具有fet溝道結構的spm探針的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造用於具有場效應電晶體(FET)溝道結構的掃描探針顯微鏡(SPM)的探針的方法，並尤其涉及製造SPM的探針的方法，以便容易製造納米器件。
背景技術：
當今，隨著對小型產品，如移動通信終端和電子筆記本的需求不斷增加，也增加了對小型且高度集成的非易失記錄介質的需求。由於難於減小現有硬碟的尺寸以及高度集成快閃記憶體，利用掃描探針的信息存儲設備及其方法得到研究。
探針可以用在各種SPM技術中，例如，用在掃描隧道顯微鏡(STM)中，來通過探測由於施加到探針上的電壓與施加到樣本上的電壓之間的差值而流動的電流，進行信息再現；用在原子力顯微鏡(AFM)中，該原子力顯微鏡(AFM)利用探針和樣本之間的原子力；用在磁力顯微鏡(MFM)上，該磁力顯微鏡(MFM)利用樣本的磁場和磁化的探針之間的力；用在掃描近場光學顯微鏡(SNOM)中，來改善由可見光線的波長造成的解析度的限制；以及用在靜電力顯微鏡(EFM)中，該靜電力顯微鏡(EFM)利用樣本和探針之間的靜電。
為了利用SPM技術高速記錄和再現高密度的信息，應該探測到數十納米的較小區域上存在的表面差異。另外，為了改善記錄和再現速度，應該製造分布形狀(array shape)的懸臂。
圖1A和1B是根據韓國專利2001-45981的具有FET溝道結構的SPM探針的透視圖和放大視圖。
參照圖1A，通過蝕刻半導體襯底20形成的杆狀探針10從襯底20突出，在探針10和襯底20相連接的端部兩側上布置電極焊點20a和20b。
參照圖1B，圖1B為圖1A中部分A的放大圖，在探針10的V形尖端的端部處，源極區11和漏極區13形成在一個傾斜的表面上。另外，在源極區11和漏極區13之間形成一個溝道區12。
由於探針的尖端位於懸臂的端部，因此，難於製造分布形狀的懸臂和數十納米半徑的尖端。在傳統方法中，數十納米半徑的尖端是通過利用各種工藝如氧化工藝製造的，使得在懸臂上垂直地形成尖端。
然而，在形成幾納米高度的尖端時，光刻工藝的精度惡化，因此，難於形成具有較短溝道長度的源極區和漏極區。另外，即使在利用擴散工藝形成短溝道長度的情況下，也由於在光刻工藝中的對準誤差而難於將短溝道的中心對準在尖端的端部處。
發明內容
本發明提供了一種利用自對準工藝製造具有場效應電晶體(FET)溝道結構的掃描探針顯微鏡(SPM)的探針的方法，以在端部處較短的溝道長度形成具有源極和漏極的尖端，並且使得溝道的中心在端部處對準。
根據本發明的一個方面，提供了一種製造探針的方法，包括第一步驟，在襯底上形成第一形狀的掩膜層，並在襯底中的除了由掩膜層所遮蓋的區域以外的區域中形成源極區和漏極區；第二步驟，沿垂直於掩膜層的方向構圖第一形狀的光阻材料，並進行蝕刻工藝，以形成第二形狀的掩膜層；以及第三步驟，蝕刻襯底中的除了由掩膜層遮蓋的區域以外的區域以形成探針。
優選的是，第一形狀的掩膜層為條形掩膜層。
優選的是，第二形狀的掩膜層是方形的掩膜層。
優選的是，第一步驟還包括執行熱擴散工藝，以減小源極區與漏極區之間的距離。
當離子為n型離子時，襯底是p型襯底。當離子為p型離子時，襯底為n型襯底。
圖1A是示出在韓國專利2001-45981中公開的用於掃描探針顯微鏡(SPM)的探針的透視圖；圖1B是圖1A中的部分A的放大視圖；
圖2A到2I是說明根據本發明實施例的製造用於SPM的探針的方法的透視圖；圖3和4是說明通過利用根據本發明製造的用於SPM的探針來再現信息的方法的視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細描述本發明。
圖2A到2I是說明根據本發明實施例的製造具有場效應電晶體(FET)溝道結構的探針的方法的透視圖。
該方法包括形成源極區和漏極區，將掩膜蝕刻成預定形狀，以及形成探針。在此，本發明利用自對準工藝，其中，用於形成源極區和漏極區的掩膜用作蝕刻工藝中的掩膜，從而形成探針。
為了形成源極區S和漏極區D，分別進行如圖2A和2B所示的光刻工藝和離子注入工藝。
首先，如圖2A所示，掩膜層33a形成在襯底31上，而光阻材料35a塗敷在掩膜層33a上。此後，條形掩膜28a布置在光阻材料35a上，並進行曝光、顯影、蝕刻工藝。
接著，如圖2B所示，在除了條形掩膜層33a的區域上進行離子注入工藝，從而形成源極區32和漏極區34。
當襯底31是n型襯底時，源極區32和漏極區34摻雜有p型離子。當襯底31是p型襯底時，源極區32和漏極區34摻雜有n型離子。
如圖2F所示，由於位於尖端30上的掩膜層33c將在形成尖端30時的蝕刻工藝中作為掩膜，所以圖2B的掩膜層33b的寬度應保持在預定尺寸。從而，在圖2A的光刻工藝中，對減小條形掩膜層33a的寬度存在限制。
另外，如圖2H所示，由於源極區32和漏極區34之間的溝道區域36的寬度取決於圖2G中的掩膜層33c的寬度，在圖2G中的離子注入工藝之後，進行額外的退火工藝，以便減小溝道區域36的寬度。於是，在源極區32和漏極區34之間的溝道區域36的長度減小，同時保持掩膜層33g的寬度。
此後，如圖2C和2D所示，進行光刻工藝和蝕刻工藝，以便將掩膜層33b的形狀改變成矩形。
參照圖2C，在襯底31上塗敷光阻材料35c，以覆蓋掩膜層33b，並且在其上以垂直於掩膜層33b的方向排布條形掩膜38c。此後，進行曝光、顯影和蝕刻工藝，以便光阻材料35c被構圖成垂直於掩膜層33b的條形光阻材料35d，如圖2D所示。
參照圖2D，掩膜層33b中未被條形光阻材料35d覆蓋的區域被幹法蝕刻。於是，掩膜層33b的曝光的部分被去除，從而形成矩形掩膜層33c，如圖2E所示。
此後，參照圖2E，進行蝕刻工藝，以形成矩形掩膜層33c，並去除條形光阻材料35d。
接著，通過利用矩形掩膜層33c進行溼法或幹法蝕刻來形成尖端，如圖2F所示，從而形成探針。
參照圖2G，源極區32和漏極區34形成在尖端30的傾斜表面上，而掩膜層33c位於尖端30的尖峰處。當去除掩膜層33c之後進行熱擴散工藝時，探針的尖端30的尖峰可以成尖銳的，並且溝道36的長度可以減小。
參照圖2H，摻雜在尖端30的溝道區域36的左側和右側上的矽層，以擴大源極區32和漏極區34。另外，絕緣層37連接到源極區32和漏極區34上，以便絕緣襯底31上表面的各部分。
參照圖2I，襯底31的背面被蝕刻，以便解脫(release)懸臂。
在此，絕緣層37沉積在矽襯底31的各部分上，而形成在絕緣層37上的電極39分別連接到源極區32和漏極區34上。懸臂41從襯底31上的矽層伸出，而尖端30沿垂直方向形成在懸臂41的表面上。
根據本發明製造探針的方法使用自對準工藝，該工藝將形成源極區32和漏極區34的掩膜層用作形成探針的尖端30的掩膜。另外，圖2A到2I所示的工藝可以用來製造形狀不同於圖2I所示形狀的探針。
此後，參照圖3和圖4描述利用由根據本發明的方法製造的探針再現和記錄信息的方法。
參照圖3，當探針30位於包括介電層47的記錄介質40的正表面電荷之上時，少數載流子、電子的溝道由表面電荷所產生的電場形成在尖端30的端部。因此，可以從由源極區32的電壓和漏極區34的電壓之間的差造成流動的電流中探測到表面電荷。
參照圖4，當探針30位於記錄介質40的介電層47之上，且相同電壓施加到源極區32、漏極區34和尖端30的主體部分上時，由於底部電極49和尖端30之間會聚的電場而造成介電層被極化。於是，信息記錄在記錄介質的表面上。
根據本發明的製造探針的方法利用自對準工藝實現了在尖端處具有較短溝道長度的電晶體，其中，該電晶體垂直地形成在探針懸臂的端部處，而自對準工藝將溝道的中心布置在尖端的中心處。因此，本發明的方法可以用來輕易製造利用掃描探針技術的納米器件，該技術可以探測記錄介質較小區域上存在的少量表面電荷。
另外，在使用根據本發明的探針、利用掃描探針技術，在大容量且小尺寸的記錄設備上記錄信息或從其上再現信息時，可以輕易再現由極化的鐵電體產生的少量電荷，並可以通過產生極化來輕易記錄(電荷)。
本發明的附圖和說明書僅用來說明，而不用於限定所附權利要求書中陳述的本發明的範圍。
例如，根據本發明，本領域技術人員可以利用各種形狀的探針來製造記錄和再現信息的設備。
工業應用性如上所述，製造探針的方法使得尖端的中心與源極區和漏極區之間現存的溝道中心對準，從而實現數十納米大小的尖端。因此，利用具有尖端的探針可以輕易製造納米器件。
權利要求
1.一種製造探針的方法，該方法包括第一步驟，在襯底上形成第一形狀的掩膜層，並且在襯底中的除了由掩膜層遮蓋的區域以外的區域內形成源極區和漏極區；第二步驟，沿著垂直於掩膜層的方向構圖第一形狀的光阻材料，並進行蝕刻工藝，以形成第二形狀的掩膜層；以及第三步驟，蝕刻襯底中的除了由掩膜層所遮蓋的區域以外的區域，以形成探針。
2.如權利要求1所述的方法，其中，第一形狀的掩膜層是條形掩膜層。
3.如權利要求1所述的方法，其中，第二形狀的掩膜層是方形掩膜層。
4.如權利要求1所述的方法，其中，第一步驟還包括進行熱擴散工藝，以減小源極區和漏極區之間的距離。
5.如權利要求1所述的方法，其中，離子是n型離子，而襯底是p型襯底。
6.如權利要求1所述的方法，其中，離子是p型離子，而襯底是n型襯底。
全文摘要
本發明公開了一種利用自對準工藝製造具有場效應電晶體(FET)溝道結構的掃描探針顯微鏡(SPM)的探針的方法。所提供的方法包括第一步驟，在襯底上形成第一形狀的掩膜層，並在襯底中的除了由掩膜層所遮蓋的區域以外的區域中形成源極區和漏極區；第二步驟，沿垂直於掩膜層的方向構圖第一形狀的光阻材料，並進行蝕刻工藝，以形成第二形狀的掩膜層；以及第三步驟，蝕刻襯底中的除了由掩膜層遮蓋的區域以外的區域以形成探針。所提供的方法將尖端的中心與源極區和漏極區之間存在的溝道中心對準，以實現數十納米大小的尖端。從而，利用具有尖端的這種探針可以輕易製造納米器件。
文檔編號H01L29/78GK1653620SQ03810213
公開日2005年8月10日 申請日期2003年4月26日 優先權日2002年5月8日
發明者樸弘植, 辛鉉正, 丁柱煥 申請人:三星電子株式會社