JPH06300557A - 集積型ａｆｍセンサー及びその製造方法 - Google Patents
集積型ａｆｍセンサー及びその製造方法Info
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- JPH06300557A JPH06300557A JP11421193A JP11421193A JPH06300557A JP H06300557 A JPH06300557 A JP H06300557A JP 11421193 A JP11421193 A JP 11421193A JP 11421193 A JP11421193 A JP 11421193A JP H06300557 A JPH06300557 A JP H06300557A
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Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層をもち、そ
の抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する集積型
ＡＦＭセンサーにおいて、リード線固定部と試料との接
触を防止すると共にリード線の外れを防止する。 【構成】 集積型ＡＦＭセンサーにおけるカンチレバー
120 の表面、すなわち試料表面との対向面側にピエゾ抵
抗層116 を形成し、このピエゾ抵抗層116 の端部に接
し、且つカンチレバー裏面すなわちカンチレバー120 の
支持部側に達するように不純物拡散層からなる接続用導
電層114 を設け、カンチレバー120 の裏面側の前記接続
用導電層114 上にピエゾ抵抗層116 への電圧供給用電極
121 を形成する。
の抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する集積型
ＡＦＭセンサーにおいて、リード線固定部と試料との接
触を防止すると共にリード線の外れを防止する。 【構成】 集積型ＡＦＭセンサーにおけるカンチレバー
120 の表面、すなわち試料表面との対向面側にピエゾ抵
抗層116 を形成し、このピエゾ抵抗層116 の端部に接
し、且つカンチレバー裏面すなわちカンチレバー120 の
支持部側に達するように不純物拡散層からなる接続用導
電層114 を設け、カンチレバー120 の裏面側の前記接続
用導電層114 上にピエゾ抵抗層116 への電圧供給用電極
121 を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡に用
いる集積型ＡＦＭセンサー及びその製造方法に関する。
いる集積型ＡＦＭセンサー及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、導電性試料を原子サイズオーダー
の分解能で観察できる装置として、Binning とRohrerら
により発明された走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanni
ng Tunneling Microscope ）があるが、ＳＴＭでは観察
できる試料は導電性のものに限られている。
の分解能で観察できる装置として、Binning とRohrerら
により発明された走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanni
ng Tunneling Microscope ）があるが、ＳＴＭでは観察
できる試料は導電性のものに限られている。
【０００３】そこで、ＳＴＭにおけるサーボ技術を始め
とする要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難か
った絶縁性の試料を、原子サイズオーダーの精度で観察
することのできる顕微鏡として、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）が提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−
１３０３０２号（特許出願人：ＩＢＭ，発明者：Ｇ．ビ
ニッヒ，発明の名称：サンプル表面の像を形成する方法
及び装置）に開示されている。
とする要素技術を利用しながら、ＳＴＭでは測定し難か
った絶縁性の試料を、原子サイズオーダーの精度で観察
することのできる顕微鏡として、原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）が提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−
１３０３０２号（特許出願人：ＩＢＭ，発明者：Ｇ．ビ
ニッヒ，発明の名称：サンプル表面の像を形成する方法
及び装置）に開示されている。
【０００４】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられている。
ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカ
ンチレバーを、試料に対向，近接して配置され、探針の
先端の原子と試料原子との間に働く相互作用力により、
変位するカンチレバーの働きを電気的あるいは光学的に
とらえて測定しつつ、試料をＸＹ方向に走査し、カンチ
レバーの探針部との位置関係を相対的に変化させること
によって、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダーで
三次元的にとらえることができる。
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられている。
ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を持つカ
ンチレバーを、試料に対向，近接して配置され、探針の
先端の原子と試料原子との間に働く相互作用力により、
変位するカンチレバーの働きを電気的あるいは光学的に
とらえて測定しつつ、試料をＸＹ方向に走査し、カンチ
レバーの探針部との位置関係を相対的に変化させること
によって、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダーで
三次元的にとらえることができる。
【０００５】図４にＡＦＭ測定系のブロック構成図を示
す。図４において、401 はカンチレバー、402 は変位測
定センサー、403 はフィードバック制御部、404 は試
料、405 は三次元走査部、406 は走査駆動信号発生部、
407 はモニターである。
す。図４において、401 はカンチレバー、402 は変位測
定センサー、403 はフィードバック制御部、404 は試
料、405 は三次元走査部、406 は走査駆動信号発生部、
407 はモニターである。
【０００６】ＡＦＭにおいて、カンチレバーの変位を測
定する変位測定センサーは、カンチレバーとは別途に設
けるのが一般的である。しかし最近では、カンチレバー
自体に変位を測定できる機能を付加した集積型ＡＦＭセ
ンサーが、M. Tortoneseらにより提案されている。この
集積型ＡＦＭセンサーは、例えば、M. Tortonese, H.Ya
mada, R. C. Barrett and C. F. Quate : Transducers
and Sensors' 91 : Atomic force microscopy using a
piezoresistive cantileverに開示されている。
定する変位測定センサーは、カンチレバーとは別途に設
けるのが一般的である。しかし最近では、カンチレバー
自体に変位を測定できる機能を付加した集積型ＡＦＭセ
ンサーが、M. Tortoneseらにより提案されている。この
集積型ＡＦＭセンサーは、例えば、M. Tortonese, H.Ya
mada, R. C. Barrett and C. F. Quate : Transducers
and Sensors' 91 : Atomic force microscopy using a
piezoresistive cantileverに開示されている。
【０００７】この集積型ＡＦＭセンサーの測定原理とし
ては、圧電抵抗効果を利用している。すなわち、探針先
端を測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互
作用によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カ
ンチレバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバ
ー部の歪みに応じて、その抵抗値が変化する。したがっ
て、抵抗層に対して電極部より定電圧を加えておけば、
カンチレバーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変
化し、電流の変化を検出することにより、カンチレバー
の変位量を知ることができる。
ては、圧電抵抗効果を利用している。すなわち、探針先
端を測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互
作用によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カ
ンチレバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバ
ー部の歪みに応じて、その抵抗値が変化する。したがっ
て、抵抗層に対して電極部より定電圧を加えておけば、
カンチレバーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変
化し、電流の変化を検出することにより、カンチレバー
の変位量を知ることができる。
【０００８】このような集積型ＡＦＭセンサーは、構成
が極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を
動かす、いわゆるスタンドアロン型のＡＦＭを構成でき
るようになると、期待されている。従来のＡＦＭでは、
試料をＸＹ方向に動かしてカンチレバー先端の探針との
相対的位置関係を変化させるため、試料の大きさが最大
数cm程度に限られるが、スタンドアロン型のＡＦＭは、
このような試料の大きさの制限を取り除くことができる
という利点がある。
が極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を
動かす、いわゆるスタンドアロン型のＡＦＭを構成でき
るようになると、期待されている。従来のＡＦＭでは、
試料をＸＹ方向に動かしてカンチレバー先端の探針との
相対的位置関係を変化させるため、試料の大きさが最大
数cm程度に限られるが、スタンドアロン型のＡＦＭは、
このような試料の大きさの制限を取り除くことができる
という利点がある。
【０００９】次に、集積型ＡＦＭセンサーについて図を
参照して説明する。まず図５の（Ａ）〜（Ｃ）を参照し
ながら製造方法について説明する。スタートウェーハ50
0 として、図５の（Ａ）に示すように、シリコンウェー
ハ502 の上に酸化シリコンの分離層512 を介してシリコ
ン層501 を設けたもの、例えば貼り合わせウェーハを用
意する。次に図５の（Ｂ）に示すように、このシリコン
層501 の極表面に、イオンインプランテーションにより
ボロン（Ｂ）を打ち込んで、ピエゾ抵抗層516を形成
し、後述の図６に図示するカンチレバーの形状にパター
ニングした後、表面を酸化シリコン膜518 で覆う。そし
てカンチレバーの固定端側にボンディング用の穴をあ
け、アルミニウムをスパッタリングして電極520 を形成
する。更に、シリコンウェーハ502 の下側にエッチング
マスク層519 を形成する。次いで、図５の（Ｃ）に示す
ように、エッチングマスク層519 をマスクとして、シリ
コンウェーハ502 をＫＯＨ水溶液により分離層512 まで
エッチングする。最後に分離層512 を弗化水素酸水溶液
にて除去することによりカンチレバー部524 を形成し
て、図６に示す集積型ＡＦＭセンサーを完成する。
参照して説明する。まず図５の（Ａ）〜（Ｃ）を参照し
ながら製造方法について説明する。スタートウェーハ50
0 として、図５の（Ａ）に示すように、シリコンウェー
ハ502 の上に酸化シリコンの分離層512 を介してシリコ
ン層501 を設けたもの、例えば貼り合わせウェーハを用
意する。次に図５の（Ｂ）に示すように、このシリコン
層501 の極表面に、イオンインプランテーションにより
ボロン（Ｂ）を打ち込んで、ピエゾ抵抗層516を形成
し、後述の図６に図示するカンチレバーの形状にパター
ニングした後、表面を酸化シリコン膜518 で覆う。そし
てカンチレバーの固定端側にボンディング用の穴をあ
け、アルミニウムをスパッタリングして電極520 を形成
する。更に、シリコンウェーハ502 の下側にエッチング
マスク層519 を形成する。次いで、図５の（Ｃ）に示す
ように、エッチングマスク層519 をマスクとして、シリ
コンウェーハ502 をＫＯＨ水溶液により分離層512 まで
エッチングする。最後に分離層512 を弗化水素酸水溶液
にて除去することによりカンチレバー部524 を形成し
て、図６に示す集積型ＡＦＭセンサーを完成する。
【００１０】このようにして作製した集積型ＡＦＭセン
サーでは、測定の際に、２つの電極520 の間に数ボルト
以下のＤＣ電圧を印加し、カンチレバー部524 の先端を
試料に接近させる。カンチレバー部524 の先端と試料面
の原子間に相互作用が働くと、カンチレバー部524 が変
位する。これに応じてピエゾ抵抗層516 の抵抗値が変化
するため、カンチレバー部524 の変位が２つの電極520
の間に流れる電流信号として得られる。
サーでは、測定の際に、２つの電極520 の間に数ボルト
以下のＤＣ電圧を印加し、カンチレバー部524 の先端を
試料に接近させる。カンチレバー部524 の先端と試料面
の原子間に相互作用が働くと、カンチレバー部524 が変
位する。これに応じてピエゾ抵抗層516 の抵抗値が変化
するため、カンチレバー部524 の変位が２つの電極520
の間に流れる電流信号として得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、測定時２つ
の電極520 の間に電圧を供給し、またその電極間に流れ
る電流を測定するため外部電源及び電流計からのリード
線を、例えば導電性ペーストのようなもので前記電極52
0 に接着して使用する。一方、シリコンウェーハ502
が、図６に示したように、カンチレバーの支持部となる
が、前述した製法によれば、電極520 はカンチレバー表
面側に形成されているため、前記リード線は試料表面と
対向することになる。リード線を電極520 にしっかり固
定するため、導電性ペーストを多量に使用した場合、試
料とカンチレバー支持部との間隔は数mmしかないため、
導電性ペーストと試料との接触を招き、正常な観察に支
障をきたす。またリード線はカンチレバーに吊るされて
固定されている状態になるので、測定中に自重で容易に
外れ易いという問題点がある。
の電極520 の間に電圧を供給し、またその電極間に流れ
る電流を測定するため外部電源及び電流計からのリード
線を、例えば導電性ペーストのようなもので前記電極52
0 に接着して使用する。一方、シリコンウェーハ502
が、図６に示したように、カンチレバーの支持部となる
が、前述した製法によれば、電極520 はカンチレバー表
面側に形成されているため、前記リード線は試料表面と
対向することになる。リード線を電極520 にしっかり固
定するため、導電性ペーストを多量に使用した場合、試
料とカンチレバー支持部との間隔は数mmしかないため、
導電性ペーストと試料との接触を招き、正常な観察に支
障をきたす。またリード線はカンチレバーに吊るされて
固定されている状態になるので、測定中に自重で容易に
外れ易いという問題点がある。
【００１２】本発明は、従来の集積型ＡＦＭセンサーに
おける上記問題点を解消するためになされたもので、リ
ード線固定用導電性ペースト等と測定試料との接触が起
こりにくく、またリード線が外れにくい構成の集積型Ａ
ＦＭセンサー及びその製造方法を提供することを目的と
する。
おける上記問題点を解消するためになされたもので、リ
ード線固定用導電性ペースト等と測定試料との接触が起
こりにくく、またリード線が外れにくい構成の集積型Ａ
ＦＭセンサー及びその製造方法を提供することを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型ＡＦＭセンサーにおいて、前記ピエゾ抵抗層の端
部に接し、且つカンチレバー裏面に達する導電性不純物
拡散層を設け、カンチレバー裏面の前記拡散層上に前記
ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極を形成するものであ
る。
め、本発明は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型ＡＦＭセンサーにおいて、前記ピエゾ抵抗層の端
部に接し、且つカンチレバー裏面に達する導電性不純物
拡散層を設け、カンチレバー裏面の前記拡散層上に前記
ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極を形成するものであ
る。
【００１４】また本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの
第１の製造方法は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を
持ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出す
る集積型ＡＦＭセンサーの製造方法において、面方位
（100 ）を持つｐ型シリコン基板上にｎ型シリコン層を
エピタキシャル成長させた基板を用い、前記ｎ型エピタ
キシャルシリコン層上にピエゾ抵抗層を形成した後、ｐ
型シリコン基板を電気化学エッチング法でエッチングし
てカンチレバーを形成するものである。
第１の製造方法は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を
持ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出す
る集積型ＡＦＭセンサーの製造方法において、面方位
（100 ）を持つｐ型シリコン基板上にｎ型シリコン層を
エピタキシャル成長させた基板を用い、前記ｎ型エピタ
キシャルシリコン層上にピエゾ抵抗層を形成した後、ｐ
型シリコン基板を電気化学エッチング法でエッチングし
てカンチレバーを形成するものである。
【００１５】更にまた本発明に係る集積型ＡＦＭセンサ
ーの第２の製造方法は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗
層を持ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検
出する集積型ＡＦＭセンサーの製造方法において、面方
位（100 ）を持つシリコン基板上に面方位（111 ）を持
つシリコン基板を貼り合わせた基板を用い、前記面方位
（111 ）のシリコン基板上にピエゾ抵抗層を形成した
後、前記面方位（100 ）のシリコン基板を異方性エッチ
ング法によりエッチングしてカンチレバーを形成するも
のである。
ーの第２の製造方法は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗
層を持ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検
出する集積型ＡＦＭセンサーの製造方法において、面方
位（100 ）を持つシリコン基板上に面方位（111 ）を持
つシリコン基板を貼り合わせた基板を用い、前記面方位
（111 ）のシリコン基板上にピエゾ抵抗層を形成した
後、前記面方位（100 ）のシリコン基板を異方性エッチ
ング法によりエッチングしてカンチレバーを形成するも
のである。
【００１６】
【作用】本発明による集積型ＡＦＭセンサーは、ピエゾ
抵抗層の端部に接し、且つカンチレバー裏面に達するよ
うに導電性不純物拡散層が設けられているため、カンチ
レバー表面に形成されたピエゾ抵抗層と、カンチレバー
裏面の前記拡散層上に形成された電圧供給用電極とが電
気的に接続される。したがって、電圧供給用リード線は
カンチレバー裏面の支持部側に固定することになるの
で、固定に使用する導電性ペースト等を多量に使用して
も測定試料にペースト等が接触することなく良好な測定
を行うことができる。またリード線はカンチレバーに上
部から設置するように固定されるので自重で外れる恐れ
もなくなる。
抵抗層の端部に接し、且つカンチレバー裏面に達するよ
うに導電性不純物拡散層が設けられているため、カンチ
レバー表面に形成されたピエゾ抵抗層と、カンチレバー
裏面の前記拡散層上に形成された電圧供給用電極とが電
気的に接続される。したがって、電圧供給用リード線は
カンチレバー裏面の支持部側に固定することになるの
で、固定に使用する導電性ペースト等を多量に使用して
も測定試料にペースト等が接触することなく良好な測定
を行うことができる。またリード線はカンチレバーに上
部から設置するように固定されるので自重で外れる恐れ
もなくなる。
【００１７】また本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの
第１の製造方法によれば、電気化学エッチング法を用い
てエッチングを行うことにより、基板のｐ型シリコン基
板のみをエッチングすることができ、容易にカンチレバ
ーを形成することができる。
第１の製造方法によれば、電気化学エッチング法を用い
てエッチングを行うことにより、基板のｐ型シリコン基
板のみをエッチングすることができ、容易にカンチレバ
ーを形成することができる。
【００１８】更にまた本発明に係る集積型ＡＦＭセンサ
ーの第２の製造方法によれば、面方位（111 ）のエッチ
ングレートは面方位（100 ）に比べて著しく低いため、
面方位（100 ）を持つシリコン基板に貼られた面方位
（111 ）を持つシリコン基板は、殆どエッチングされな
い。したがって、カンチレバーの厚さを面方位（111 ）
のシリコン基板の厚さで管理することができる。
ーの第２の製造方法によれば、面方位（111 ）のエッチ
ングレートは面方位（100 ）に比べて著しく低いため、
面方位（100 ）を持つシリコン基板に貼られた面方位
（111 ）を持つシリコン基板は、殆どエッチングされな
い。したがって、カンチレバーの厚さを面方位（111 ）
のシリコン基板の厚さで管理することができる。
【００１９】
【実施例】次に実施例について説明する。図１の（Ａ）
〜（Ｆ）は、本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの実施
例の製造工程の手順を示す断面図である。まず図１の
（Ａ）に示すように、面方位（100 ）を持つ両面ミラー
ｎ型シリコン基板（スタートウェーハ）100 に酸化膜11
2 を形成し、次にピエゾ抵抗層と裏面電極とを接続する
ための導電層形成部にのみ、常法に従ってＰＥＰ（Phot
o Engraving Process）を施すことにより、窓部113 を
形成する。そして図１の（Ｂ）に示すように、ｐ型の不
純物、例えばボロンを表面濃度５×1018atoms cm3 、深
さ10μｍ程度になるように拡散し、接続用導電層114 を
形成する。
〜（Ｆ）は、本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの実施
例の製造工程の手順を示す断面図である。まず図１の
（Ａ）に示すように、面方位（100 ）を持つ両面ミラー
ｎ型シリコン基板（スタートウェーハ）100 に酸化膜11
2 を形成し、次にピエゾ抵抗層と裏面電極とを接続する
ための導電層形成部にのみ、常法に従ってＰＥＰ（Phot
o Engraving Process）を施すことにより、窓部113 を
形成する。そして図１の（Ｂ）に示すように、ｐ型の不
純物、例えばボロンを表面濃度５×1018atoms cm3 、深
さ10μｍ程度になるように拡散し、接続用導電層114 を
形成する。
【００２０】次に、図１の（Ｃ）に示すように、ピエゾ
抵抗層形成領域115 を同様にＰＥＰを施すことにより窓
開けし、ボロン等のｐ型不純物を拡散してピエゾ抵抗層
116を形成する。この時、ピエゾ抵抗層116 のシート抵
抗値は、例えば150 Ωsq. とする。なお図示のように、
ピエゾ抵抗層116 の端は、前述した裏面電極への接続用
導電層114 と接するようにする。次に図１の（Ｄ）に示
すように、基板表面を酸化膜で再び覆い、ＰＥＰにてカ
ンチレバーパターン117 を酸化膜に形成する。そしてこ
の酸化膜をマスクとして、シリコン基板100 をＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法にて、10μｍ程度掘り込
む。
抵抗層形成領域115 を同様にＰＥＰを施すことにより窓
開けし、ボロン等のｐ型不純物を拡散してピエゾ抵抗層
116を形成する。この時、ピエゾ抵抗層116 のシート抵
抗値は、例えば150 Ωsq. とする。なお図示のように、
ピエゾ抵抗層116 の端は、前述した裏面電極への接続用
導電層114 と接するようにする。次に図１の（Ｄ）に示
すように、基板表面を酸化膜で再び覆い、ＰＥＰにてカ
ンチレバーパターン117 を酸化膜に形成する。そしてこ
の酸化膜をマスクとして、シリコン基板100 をＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法にて、10μｍ程度掘り込
む。
【００２１】その後、図１の（Ｅ）に示すように、基板
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を約40nmほど熱
酸化した後、窒化シリコン膜118 をＬＰ−ＣＶＤ（Low
Pressure Chemical Deposition）法にて堆積する。更に
基板裏面にＰＥＰにてカンチレバー支持パターン119 を
形成し、ＫＯＨ等の異方性シリコンエッチング液にて基
板100 をエッチングしカンチレバー120 を形成する。最
後に図１の（Ｆ）に示すように、カンチレバー裏面側に
Al等の金属膜を形成し、電極パターンをＰＥＰ法にて形
成した後、熱処理してオーミックコンタクトをとること
により、カンチレバーの支持部側にピエゾ抵抗層116 へ
の電圧供給用電極121 を持った集積型ＡＦＭセンサーを
得る。
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を約40nmほど熱
酸化した後、窒化シリコン膜118 をＬＰ−ＣＶＤ（Low
Pressure Chemical Deposition）法にて堆積する。更に
基板裏面にＰＥＰにてカンチレバー支持パターン119 を
形成し、ＫＯＨ等の異方性シリコンエッチング液にて基
板100 をエッチングしカンチレバー120 を形成する。最
後に図１の（Ｆ）に示すように、カンチレバー裏面側に
Al等の金属膜を形成し、電極パターンをＰＥＰ法にて形
成した後、熱処理してオーミックコンタクトをとること
により、カンチレバーの支持部側にピエゾ抵抗層116 へ
の電圧供給用電極121 を持った集積型ＡＦＭセンサーを
得る。
【００２２】図２は、本発明に係る集積型ＡＦＭセンサ
ーの他の製造方法の手順を示す断面図である。この製造
方法では、面方位（100 ）を持つ両面ミラーｐ型シリコ
ン基板202 上に厚さ約５μｍのｎ型シリコン層201 をエ
ピタキシャル成長させた基板（スタートウェーハ）200
を用いる。まず図２の（Ａ）に示すように、図１に示し
た実施例と同様に、基板両面に酸化膜212 を形成し、ｎ
型エピタキシャルシリコン層201 上のピエゾ抵抗層と裏
面電極とを接続するための導電層形成部に、ＰＥＰを施
すことにより窓部213 を形成する。次いで図２の（Ｂ）
に示すように、ｐ型の不純物を拡散して接続用導電層21
4 を形成する。次に図２の（Ｃ）に示すように、ピエゾ
抵抗層形成領域215 をＰＥＰにより窓開けし、ボロン等
のｐ型不純物を拡散してピエゾ抵抗層216 を形成する。
更にその後、図２の（Ｄ）に示すように、図１の実施例
と同様の手法で、ｎ型エピタキシャルシリコン層201 上
にカンチレバーパターン217 を形成する。
ーの他の製造方法の手順を示す断面図である。この製造
方法では、面方位（100 ）を持つ両面ミラーｐ型シリコ
ン基板202 上に厚さ約５μｍのｎ型シリコン層201 をエ
ピタキシャル成長させた基板（スタートウェーハ）200
を用いる。まず図２の（Ａ）に示すように、図１に示し
た実施例と同様に、基板両面に酸化膜212 を形成し、ｎ
型エピタキシャルシリコン層201 上のピエゾ抵抗層と裏
面電極とを接続するための導電層形成部に、ＰＥＰを施
すことにより窓部213 を形成する。次いで図２の（Ｂ）
に示すように、ｐ型の不純物を拡散して接続用導電層21
4 を形成する。次に図２の（Ｃ）に示すように、ピエゾ
抵抗層形成領域215 をＰＥＰにより窓開けし、ボロン等
のｐ型不純物を拡散してピエゾ抵抗層216 を形成する。
更にその後、図２の（Ｄ）に示すように、図１の実施例
と同様の手法で、ｎ型エピタキシャルシリコン層201 上
にカンチレバーパターン217 を形成する。
【００２３】次いで、図２の（Ｅ）に示すように、基板
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を熱酸化した
後、窒化シリコン膜218 をＬＰ−ＣＶＤ法で堆積する。
次に、ｐ型シリコン基板202 側にＰＥＰによりカンチレ
バー支持パターン219 を形成した後、ｎ型エピタキシャ
ルシリコン層201 に正電圧を印加し、ｐ型シリコン基板
202 に負電圧を加えた状態で、ＫＯＨ等の異方性シリコ
ンエッチング液にてｐ型シリコン基板202 をエッチング
（電気化学エッチング）することによりカンチレバー22
0 を形成する。本エッチング方法を用いることにより、
ｐ型シリコン基板202 のみをエッチングすることができ
る。最後に図２の（Ｆ）に示すように、カンチレバー裏
面側すなわちｐ型シリコン基板202 側にAl等の金属膜を
形成し、電極パターンをＰＥＰ法にて形成することによ
り、カンチレバーの支持部側にピエゾ抵抗層216 への電
圧供給用電極221 を持った集積型ＡＦＭセンサーを得る
ことができる。
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を熱酸化した
後、窒化シリコン膜218 をＬＰ−ＣＶＤ法で堆積する。
次に、ｐ型シリコン基板202 側にＰＥＰによりカンチレ
バー支持パターン219 を形成した後、ｎ型エピタキシャ
ルシリコン層201 に正電圧を印加し、ｐ型シリコン基板
202 に負電圧を加えた状態で、ＫＯＨ等の異方性シリコ
ンエッチング液にてｐ型シリコン基板202 をエッチング
（電気化学エッチング）することによりカンチレバー22
0 を形成する。本エッチング方法を用いることにより、
ｐ型シリコン基板202 のみをエッチングすることができ
る。最後に図２の（Ｆ）に示すように、カンチレバー裏
面側すなわちｐ型シリコン基板202 側にAl等の金属膜を
形成し、電極パターンをＰＥＰ法にて形成することによ
り、カンチレバーの支持部側にピエゾ抵抗層216 への電
圧供給用電極221 を持った集積型ＡＦＭセンサーを得る
ことができる。
【００２４】図３は、本発明に係る集積型ＡＦＭセンサ
ーの更に他の製造方法の手順を示す断面図である。この
製造方法では、面方位（100 ）を持つ両面ミラーｐ型シ
リコン基板302 上に、厚さ約10μｍの面方位（111 ）を
持つ両面ミラーｎ型シリコン基板301 を貼り合わせた基
板（スタートウェーハ）300 を用いる。そして、次に述
べるｐ型シリコン基板302 の異方性エッチング工程を除
いて、前述の図２に示した製造方法と同様の手順でカン
チレバーを形成する。すなわち、まず図３の（Ａ）に示
すように、基板両面に酸化膜312 を形成し、ｎ型シリコ
ン基板301 上のピエゾ抵抗層と裏面電極とを接続するた
めの導電層形成部に、ＰＥＰを施すことにより窓部313
を形成する。次いで図３の（Ｂ）に示すように、ｐ型の
不純物を拡散して接続用導電層314 を形成する。次に図
３の（Ｃ）に示すように、ピエゾ抵抗層形成領域315 を
ＰＥＰにより窓開けし、ボロン等のｐ型不純物を拡散し
てピエゾ抵抗層316 を形成する。更にその後、図３の
（Ｄ）に示すように、図１の実施例と同様の手法で、ｎ
型シリコン基板301 上にカンチレバーパターン317 を形
成する。
ーの更に他の製造方法の手順を示す断面図である。この
製造方法では、面方位（100 ）を持つ両面ミラーｐ型シ
リコン基板302 上に、厚さ約10μｍの面方位（111 ）を
持つ両面ミラーｎ型シリコン基板301 を貼り合わせた基
板（スタートウェーハ）300 を用いる。そして、次に述
べるｐ型シリコン基板302 の異方性エッチング工程を除
いて、前述の図２に示した製造方法と同様の手順でカン
チレバーを形成する。すなわち、まず図３の（Ａ）に示
すように、基板両面に酸化膜312 を形成し、ｎ型シリコ
ン基板301 上のピエゾ抵抗層と裏面電極とを接続するた
めの導電層形成部に、ＰＥＰを施すことにより窓部313
を形成する。次いで図３の（Ｂ）に示すように、ｐ型の
不純物を拡散して接続用導電層314 を形成する。次に図
３の（Ｃ）に示すように、ピエゾ抵抗層形成領域315 を
ＰＥＰにより窓開けし、ボロン等のｐ型不純物を拡散し
てピエゾ抵抗層316 を形成する。更にその後、図３の
（Ｄ）に示すように、図１の実施例と同様の手法で、ｎ
型シリコン基板301 上にカンチレバーパターン317 を形
成する。
【００２５】次いで、図３の（Ｅ）に示すように、基板
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を熱酸化した
後、窒化シリコン膜318 をＬＰ−ＣＶＤ法で堆積する。
次に、ｐ型シリコン基板302 側にＰＥＰによりカンチレ
バー支持パターン319 を形成する。図２に示した実施例
では、電気化学エッチングでｐ型シリコン基板の異方性
エッチング工程を行ったが、本実施例では図１に示した
実施例と同様、基板に電圧印加することなくＫＯＨ等の
異方性シリコンエッチング液にて、ｐ型シリコン基板30
2 をエッチングすることによりカンチレバー320 を形成
する。異方性シリコンエッチング液では、＜111 ＞方向
のエッチングレートは、＜100 ＞方向のそれに比べて著
しく低いため、ｐ型シリコン基板302 に貼られた面方位
（111 ）をもつｎ型シリコン基板301 は、殆どエッチン
グされない。したがって本実施例では、ｎ型シリコン基
板301 の厚さで、カンチレバーの厚さを管理することが
できる。最後に図３の（Ｆ）に示すように、カンチレバ
ー裏面側すなわちｐ型シリコン基板302 側にAl等の金属
膜を形成し、電極パターンをＰＥＰ法で形成することに
より、カンチレバー支持部側にピエゾ抵抗層316 への電
圧供給用電極321 を持った集積型ＡＦＭセンサーが得ら
れる。
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を熱酸化した
後、窒化シリコン膜318 をＬＰ−ＣＶＤ法で堆積する。
次に、ｐ型シリコン基板302 側にＰＥＰによりカンチレ
バー支持パターン319 を形成する。図２に示した実施例
では、電気化学エッチングでｐ型シリコン基板の異方性
エッチング工程を行ったが、本実施例では図１に示した
実施例と同様、基板に電圧印加することなくＫＯＨ等の
異方性シリコンエッチング液にて、ｐ型シリコン基板30
2 をエッチングすることによりカンチレバー320 を形成
する。異方性シリコンエッチング液では、＜111 ＞方向
のエッチングレートは、＜100 ＞方向のそれに比べて著
しく低いため、ｐ型シリコン基板302 に貼られた面方位
（111 ）をもつｎ型シリコン基板301 は、殆どエッチン
グされない。したがって本実施例では、ｎ型シリコン基
板301 の厚さで、カンチレバーの厚さを管理することが
できる。最後に図３の（Ｆ）に示すように、カンチレバ
ー裏面側すなわちｐ型シリコン基板302 側にAl等の金属
膜を形成し、電極パターンをＰＥＰ法で形成することに
より、カンチレバー支持部側にピエゾ抵抗層316 への電
圧供給用電極321 を持った集積型ＡＦＭセンサーが得ら
れる。
【００２６】なお、上記図３に示した製造方法において
は、基板（スタートウェーハ）300として、面方位（100
）のｐ型シリコン基板302 上に面方位（111 ）のｎ型
シリコン基板301 を貼り合わせたものを用いた例を示し
たが、下地基板としてはｐ型シリコン基板に限らず、面
方位が（100 ）であればｎ型シリコン基板も用いること
ができ、また貼り合わせる基板もｎ型シリコン基板に限
らず、面方位が（111）であればｐ型シリコン基板も用
いることができる。
は、基板（スタートウェーハ）300として、面方位（100
）のｐ型シリコン基板302 上に面方位（111 ）のｎ型
シリコン基板301 を貼り合わせたものを用いた例を示し
たが、下地基板としてはｐ型シリコン基板に限らず、面
方位が（100 ）であればｎ型シリコン基板も用いること
ができ、また貼り合わせる基板もｎ型シリコン基板に限
らず、面方位が（111）であればｐ型シリコン基板も用
いることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極
をカンチレバー裏面の支持部側に設置できるので、ピエ
ゾ抵抗層への電圧供給用リード線の前記電圧供給用電極
への固定に際し、導電性ペースト等を多量に使用して
も、測定試料にペースト等が接触することなく良好な測
定を行なえる。またリード線はカンチレバーに上部から
設置するように固定できるのでリード線が自重で外れる
恐れがなくなるという効果も得られる。
に、本発明によれば、ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極
をカンチレバー裏面の支持部側に設置できるので、ピエ
ゾ抵抗層への電圧供給用リード線の前記電圧供給用電極
への固定に際し、導電性ペースト等を多量に使用して
も、測定試料にペースト等が接触することなく良好な測
定を行なえる。またリード線はカンチレバーに上部から
設置するように固定できるのでリード線が自重で外れる
恐れがなくなるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの製造方法
を説明するための製造工程図である。
を説明するための製造工程図である。
【図２】本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの他の製造
方法を説明するための製造工程図である。
方法を説明するための製造工程図である。
【図３】本発明に係る集積型ＡＦＭセンサーの更に他の
製造方法を説明するための製造工程図である。
製造方法を説明するための製造工程図である。
【図４】ＡＦＭ測定系を示すブロック構成図である。
【図５】従来の集積型ＡＦＭセンサーの製造方法を説明
するための製造工程図である。
するための製造工程図である。
【図６】図５に示す製造方法で得られた集積型ＡＦＭセ
ンサーの上面図である。
ンサーの上面図である。
100 ，200 ，300 スタートウェーハ 112 ，212 ，312 酸化膜 113 ，213 ，313 導電層形成用窓部 114 ，214 ，314 導電層 115 ，215 ，315 ピエゾ抵抗層形成領域 116 ，216 ，316 ピエゾ抵抗層 117 ，217 ，317 カンチレバーパターン 118 ，218 ，318 窒化シリコン膜 119 ，219 ，319 カンチレバー支持パターン 120 ，220 ，320 カンチレバー 121 ，221 ，321 電圧供給用電極
フロントページの続き (72)発明者 松山 克宏 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型ＡＦＭセンサーにおいて、前記ピエゾ抵抗層の端
部に接し、且つカンチレバー裏面に達する導電性不純物
拡散層を設け、カンチレバー裏面の前記拡散層上に前記
ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極を形成したことを特徴
とする集積型ＡＦＭセンサー。 - 【請求項２】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型ＡＦＭセンサーの製造方法において、面方位（10
0 ）を持つｐ型シリコン基板上にｎ型シリコン層をエピ
タキシャル成長させた基板を用い、前記ｎ型エピタキシ
ャルシリコン層上にピエゾ抵抗層を形成した後、ｐ型シ
リコン基板を電気化学エッチング法でエッチングしてカ
ンチレバーを形成することを特徴とする集積型ＡＦＭセ
ンサーの製造方法。 - 【請求項３】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型ＡＦＭセンサーの製造方法において、面方位（10
0 ）を持つシリコン基板上に面方位（111 ）を持つシリ
コン基板を貼り合わせた基板を用い、前記面方位（111
）のシリコン基板上にピエゾ抵抗層を形成した後、前
記面方位（100 ）のシリコン基板を異方性エッチング法
によりエッチングしてカンチレバーを形成することを特
徴とする集積型ＡＦＭセンサーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11421193A JPH06300557A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 集積型ａｆｍセンサー及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11421193A JPH06300557A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 集積型ａｆｍセンサー及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06300557A true JPH06300557A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14631999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11421193A Withdrawn JPH06300557A (ja) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | 集積型ａｆｍセンサー及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06300557A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009140441A3 (en) * | 2008-05-13 | 2010-01-28 | Nanoink, Inc. | Piezoresistor height sensing cantilever |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP11421193A patent/JPH06300557A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009140441A3 (en) * | 2008-05-13 | 2010-01-28 | Nanoink, Inc. | Piezoresistor height sensing cantilever |
| US8393011B2 (en) | 2008-05-13 | 2013-03-05 | Nanoink, Inc. | Piezoresistor height sensing cantilever |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |