【技术实现步骤摘要】
本申请涉及测量，尤其涉及一种纳米分辨扫描探针及其制作方法。
技术介绍
1、原子力显微镜(atomic force microscope，afm)具有纳米级分辨率，可获取样品表面的三维形貌并可进行纳牛或皮牛量级的表面力测量，因而被广泛应用于纳米测量等应用中。随着对样品表面微小区域形貌信息的定量化表征需求以及对微纳结构力学性能表征需求的增多，传统afm已逐渐无法满足需求。
2、目前，afm与扫描电子显微镜(scanning electron microscope，sem)联用，可以借助sem为afm提供纳米级的视觉导航与定位，实现对微小区域的三维形貌定量表征和对微纳结构力学性能的测量。但是传统afm的光学检测机构结构复杂、体积庞大，难以集成在sem的真空腔室内。而压敏电阻检测方式凭借其结构简单、体积小和工艺兼容等优势成为了主流的集成方法，但是目前压敏电阻检测还存在着灵敏度低的问题。此外，在真空环境下存在散热困难，温度上升对压敏电阻检测的影响问题也亟待解决。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提供了一种纳米分辨扫描探针及其制作方法，旨在提高采用压敏电阻检测方式的灵敏度，以及减少温度上升对压敏电阻检测的影响。
2、第一方面，本申请提供了一种纳米分辨扫描探针，包括探针基座、悬臂梁和探针针尖；
3、所述探针基座临近于所述悬臂梁的第一端设置，所述探针针尖临近所述悬臂梁的第二端设置，所述第二端为所述悬臂梁的自由端；
4、沿着所述悬臂梁长度方向的中线对
5、可选的，所述两个惠斯通电桥设置于所述悬臂梁的应变最大处。
6、可选的，在所述悬臂梁上对应所述压敏电阻设置金属热敏电阻，所述压敏电阻与所述金属热敏电阻之间设有钝化层。
7、可选的，所述探针针尖是采用各项异性低温干法刻蚀工艺得到的。
8、第二方面，本申请还提供了一种纳米分辨扫描探针制作方法，包括：
9、选用soi晶圆片，所述soi晶圆片包括顶层器件硅层、中间氧化层和衬底硅层；
10、采用电子束光刻工艺在所述顶层器件硅层上形成电子束光刻胶掩膜，利用各向异性低温干法刻蚀工艺刻蚀顶层器件硅层形成锥形的探针针尖；
11、通过在顶层器件硅层表面沉积氧化硅、采用光刻和干法刻蚀形成离子注入的氧化硅掩膜、以及通过离子注入掺杂和退火激活掺杂层，形成压敏电阻区域和压敏电阻连接区域；
12、在顶层器件硅层表面依次沉积氧化硅和多晶硅作为钝化层；
13、利用光刻套刻和蒸镀、剥离金属的方式，形成金属热敏电阻，同时在针尖表面沉积金属层；
14、采用光刻和干法刻蚀去除钝化层，使所述压敏电阻连接区域和金属电极引线之间形成互联通孔，对应所述互联通孔蒸镀金属并剥离多余金属，形成所述互联通孔的金属填充，再采用光刻和蒸镀金属、剥离工艺形成金属电极引线，并对互联通孔内填充的金属和所述金属电极引线进行退火处理；所述金属电极引线的输入端通过互联通孔连接压敏电阻连接区域，压敏电阻连接区域连接压敏电阻区域，所述压敏电阻区域形成的压敏电阻用于构建惠斯通电桥，所述金属电极引线的输出端用于输出压敏电阻的感应的信号；
15、采用光刻和干法刻蚀技术依次刻蚀钝化层和顶层器件硅层至埋氧层，形成预设的悬臂梁；所述悬臂梁临近第二端设有所述探针针尖，所述悬臂梁临近第一端设置探针基座，所述第二端为悬臂梁的自由端，所述惠斯通电桥沿所述悬臂梁长度方向对称设置有两个；
16、利用光刻套刻工艺暴露出所述探针针尖，利用干法刻蚀去除针尖表面的金属层和多晶硅钝化层；
17、采用光刻胶对顶层器件硅层表面的所述悬臂梁和所述探针针尖、以及衬底硅层需要保留的探针基座对应部分进行保护，并采用双面对准光刻和各向异性干法刻蚀依次刻蚀衬底硅层一侧的多晶硅、氧化硅和衬底硅层直至露出氧化层，去除顶层器件硅层表面和衬底硅层表面的光刻胶；
18、利用气态hf释放所述探针针尖表面的氧化硅层、衬底硅层表面的多晶硅钝化层和悬臂梁下表面露出的氧化层，生成所述纳米分辨扫描探针。
19、可选的，所述探针针尖是利用sf6和o2混合气在液氮低温工艺环境下通过各向异性干法刻蚀方法得到的。
20、可选的，所述通过在顶层器件硅层表面沉积氧化硅、采用光刻和干法刻蚀形成离子注入的氧化硅掩膜、以及通过离子注入掺杂和退火激活掺杂层，形成压敏电阻区域和压敏电阻连接区域，包括：
21、采用等离子增强化学气相沉积技术在顶层器件硅层表面沉积氧化硅；
22、将光刻胶旋涂于顶层器件硅层表面，利用激光直写技术进行高分辨率曝光套刻，形成目标区域的光刻胶掩膜；
23、采用反应离子刻蚀技术去除未被光刻胶掩膜覆盖的氧化硅，形成目标区域的离子注入的氧化硅掩膜；
24、采用nmp水浴去除光刻胶，对应所述目标区域采用离子注入技术进行硼离子注入掺杂形成掺杂层；
25、采用高温退火以激活掺杂层，形成目标区域；所述目标区域为压敏电阻区域或压敏电阻连接区域。
26、可选的，所述金属热敏电阻为铂pt或钼mo的金属材料。
27、可选的，所述采用光刻和干法刻蚀去除钝化层，使所述压敏电阻连接区和金属电极引线之间形成互联通孔，对应所述互联通孔蒸镀金属并剥离多余金属，形成所述互联通孔的金属填充，包括：
28、将双层光刻胶旋涂于顶层器件硅层表面；
29、利用激光直写技术进行曝光套刻，形成互联通孔的光刻胶掩膜；
30、采用反应离子刻蚀技术去除未被光刻胶覆盖的钝化层，形成互联通孔；
31、利用电子束蒸发设备在互联通孔内蒸镀金属，并利用n-甲基吡咯烷酮nmp溶液剥离去除多余的金属，只在互联通孔内形成金属填充。
32、可选的，互联通孔内的金属和所述金属电极引线为金属铝al。
33、本申请提供了一种纳米分辨扫描探针及其制作方法。本申请的一种纳米分辨扫描探针，包括探针基座、悬臂梁和探针针尖；所述探针基座临近于所述悬臂梁的第一端设置，所述探针针尖临近所述悬臂梁的第二端设置，所述第二端为所述悬臂梁的自由端；沿着所述悬臂梁长度方向的中线对称设置有两个惠斯通电桥，构成所述惠斯通电桥的电阻为设置于所述悬臂梁内的压敏电阻。基于悬臂梁上对称设计的两个惠斯通电桥，叠加两个惠斯通电桥的信号测量悬臂梁的偏转，计算两个惠斯通电桥的信号差值测量悬臂梁的扭转，如此能够在不影响其他参数的情况下通过信号叠加，提升信道带宽，提升检测的灵敏度，提升探针的分辨能力，还可以检测悬臂梁的扭转，拓展探针检测摩擦力的功能。此外本申请提供的制作方法生成探针针尖形成具有纳米级曲率半径和高深宽比的针尖，实现纳米级分辨率扫描，更加真实的反应样品表面形貌特征。
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1.一种纳米分辨扫描探针，其特征在于，包括探针基座、悬臂梁和探针针尖；
2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述两个惠斯通电桥设置于所述悬臂梁的应变最大处。
3.根悬臂梁据权利要求1或2所述的探针，其特征在于，在所述悬臂梁上对应所述压敏电阻设置金属热敏电阻，所述压敏电阻与所述金属热敏电阻之间设有钝化层。
4.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针针尖是采用各项异性低温干法刻蚀工艺得到的。
5.一种纳米分辨扫描探针制作方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述探针针尖是利用SF6和O2混合气在液氮低温工艺环境下通过各向异性干法刻蚀方法得到的。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过在顶层器件硅层表面沉积氧化硅、采用光刻和干法刻蚀形成离子注入的氧化硅掩膜、以及通过离子注入掺杂和退火激活掺杂层，形成压敏电阻区域和压敏电阻连接区域，包括：
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属热敏电阻为铂Pt或钼Mo的金属材料。
9.根据权利
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，互联通孔内的金属和所述金属电极引线为金属铝Al。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米分辨扫描探针，其特征在于，包括探针基座、悬臂梁和探针针尖；
2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述两个惠斯通电桥设置于所述悬臂梁的应变最大处。
3.根悬臂梁据权利要求1或2所述的探针，其特征在于，在所述悬臂梁上对应所述压敏电阻设置金属热敏电阻，所述压敏电阻与所述金属热敏电阻之间设有钝化层。
4.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述探针针尖是采用各项异性低温干法刻蚀工艺得到的。
5.一种纳米分辨扫描探针制作方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述探针针尖是利用sf6和o2混合气在液氮低温工艺环境下通过各向异性干法刻蚀方法得到...
【专利技术属性】
技术研发人员：王秀霞，周成刚，陈越，彭芳芳，彭金兰，周典法，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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