JPH08114607A - 集積型ｓｐｍセンサ - Google Patents
集積型ｓｐｍセンサInfo
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- JPH08114607A JPH08114607A JP27306594A JP27306594A JPH08114607A JP H08114607 A JPH08114607 A JP H08114607A JP 27306594 A JP27306594 A JP 27306594A JP 27306594 A JP27306594 A JP 27306594A JP H08114607 A JPH08114607 A JP H08114607A
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Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 カンチレバー部内での暗電流の発生を防止
し、検出感度の高い電流変換検出素子を備えた集積型Ｓ
ＰＭセンサを提供する。 【構成】 支持部２から延びたＮ型シリコン基板からな
るカンチレバー１の先端部に探針３を設け、該探針３の
表面及びその周辺部にＰ型シリコン層５を形成し、該Ｐ
型シリコン層５をＰ+ 型シリコン層６を介して電極８に
接続する。またＰ型シリコン層５の端部より離してＮ+
型シリコン層７を形成し、該Ｎ+ 型シリコン層７を電極
９に接続する。そしてカンチレバー１の端面及び裏面側
の表面に高濃度拡散層14を一体的に形成して、集積型Ｓ
ＰＭセンサを構成する。
し、検出感度の高い電流変換検出素子を備えた集積型Ｓ
ＰＭセンサを提供する。 【構成】 支持部２から延びたＮ型シリコン基板からな
るカンチレバー１の先端部に探針３を設け、該探針３の
表面及びその周辺部にＰ型シリコン層５を形成し、該Ｐ
型シリコン層５をＰ+ 型シリコン層６を介して電極８に
接続する。またＰ型シリコン層５の端部より離してＮ+
型シリコン層７を形成し、該Ｎ+ 型シリコン層７を電極
９に接続する。そしてカンチレバー１の端面及び裏面側
の表面に高濃度拡散層14を一体的に形成して、集積型Ｓ
ＰＭセンサを構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、走査型プローブ顕微
鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）に用いられ
る集積型ＳＰＭセンサに関する。
鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）に用いられ
る集積型ＳＰＭセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】１９８０年代後半以降、エバネッセント
波を用いることにより回折限界を超える分解能を有する
光学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡は、近視野顕
微鏡（ＳＮＯＭ：Scanning near field optical micros
cope）と呼ばれている。このＳＮＯＭは、エバネッセン
ト波が“波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間
を伝搬しない”という特性を利用したものである。
波を用いることにより回折限界を超える分解能を有する
光学顕微鏡が提案されている。この顕微鏡は、近視野顕
微鏡（ＳＮＯＭ：Scanning near field optical micros
cope）と呼ばれている。このＳＮＯＭは、エバネッセン
ト波が“波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間
を伝搬しない”という特性を利用したものである。
【０００３】ＳＮＯＭの測定原理は、まず、測定試料の
表面近傍に１波長程度以下の距離までプローブを近づけ
て、プローブ先端の微小開口を通過する光強度の地図を
作成することによって、測定試料に対する解像が成され
るものである。ＳＮＯＭとしてはいくつかの方式が提案
されているが、大別すると２つの方式が提案されてい
る。その一つはコレクション方式と呼ばれ、試料の下か
ら光を照射した時に、試料を透過し試料表面近傍に局在
したエバネッセント波を、プローブを介して検出しＳＮ
ＯＭ像とする方式である。他の方式は、微小開口を持っ
たプローブから試料に対して光を照射し、試料を透過し
た光を、試料下に設置された光検出器によって検出する
という、いわゆるエミッション方式と呼ばれる方式であ
る。この方式は、例えば特開平４−２９１３１０号（Ａ
Ｔ＆Ｔ；R. E. Betzig）に開示されている。
表面近傍に１波長程度以下の距離までプローブを近づけ
て、プローブ先端の微小開口を通過する光強度の地図を
作成することによって、測定試料に対する解像が成され
るものである。ＳＮＯＭとしてはいくつかの方式が提案
されているが、大別すると２つの方式が提案されてい
る。その一つはコレクション方式と呼ばれ、試料の下か
ら光を照射した時に、試料を透過し試料表面近傍に局在
したエバネッセント波を、プローブを介して検出しＳＮ
ＯＭ像とする方式である。他の方式は、微小開口を持っ
たプローブから試料に対して光を照射し、試料を透過し
た光を、試料下に設置された光検出器によって検出する
という、いわゆるエミッション方式と呼ばれる方式であ
る。この方式は、例えば特開平４−２９１３１０号（Ａ
Ｔ＆Ｔ；R. E. Betzig）に開示されている。
【０００４】また、BinnigとRohrerらにより発明された
走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ；Scanning Tunneling Mic
roscope ）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（ＡＦＭ；Atomic Force Microsc
ope ）が提案されている（特開昭６２−１３０３０２
号：ＩＢＭ、Ｇ．ビニッヒ、サンプル表面の像を形成す
る方法及び装置）。
走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ；Scanning Tunneling Mic
roscope ）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（ＡＦＭ；Atomic Force Microsc
ope ）が提案されている（特開昭６２−１３０３０２
号：ＩＢＭ、Ｇ．ビニッヒ、サンプル表面の像を形成す
る方法及び装置）。
【０００５】このＡＦＭの構造はＳＴＭに類似してお
り、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置
づけられる。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・近接させ、探
針部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動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３次元的にとら
えることができるようになっている。
り、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置
づけられる。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・近接させ、探
針部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動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３次元的にとら
えることができるようになっている。
【０００６】このＡＦＭにおいては、カンチレバーの変
位を測定する変位測定センサは、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ＡＦ
Ｍセンサが、M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型ＡＦＭセンサは、例えばM.Tortonese,H.Yamad
a, R.C.Barrett and C.F.Quate の論文“Atomic force
microscopy using a piezoresistive cantilever ”（T
ransducers and Sensors '91 ）や、ＰＣＴ出願ＷＯ９
２／１２３９８に開示されている。
位を測定する変位測定センサは、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ＡＦ
Ｍセンサが、M.Tortonese らにより提案されている。こ
の集積型ＡＦＭセンサは、例えばM.Tortonese,H.Yamad
a, R.C.Barrett and C.F.Quate の論文“Atomic force
microscopy using a piezoresistive cantilever ”（T
ransducers and Sensors '91 ）や、ＰＣＴ出願ＷＯ９
２／１２３９８に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のM.Tortonese ら
により提案されている集積型ＡＦＭセンサは、カンチレ
バーに歪みセンサを集積化したものであるが、同様に歪
みセンサだけでなく、光検出機能をもつセンサや温度セ
ンサ、磁気センサ等を集積化することは容易に考えられ
る。またカンチレバー上に光センサと歪みセンサのよう
に、複数のセンサを複合集積化することも容易に考えら
れる。
により提案されている集積型ＡＦＭセンサは、カンチレ
バーに歪みセンサを集積化したものであるが、同様に歪
みセンサだけでなく、光検出機能をもつセンサや温度セ
ンサ、磁気センサ等を集積化することは容易に考えられ
る。またカンチレバー上に光センサと歪みセンサのよう
に、複数のセンサを複合集積化することも容易に考えら
れる。
【０００８】集積型ＡＦＭセンサに光センサを集積化す
ることにより、ＳＮＯＭ測定に利用することが可能とな
る。このようなセンサとしては、例えばシリコンで形成
されたカンチレバー上に光センサとしてＰＮフォトダイ
オードを集積化すること等が考えられる。
ることにより、ＳＮＯＭ測定に利用することが可能とな
る。このようなセンサとしては、例えばシリコンで形成
されたカンチレバー上に光センサとしてＰＮフォトダイ
オードを集積化すること等が考えられる。
【０００９】しかしながら、これらのセンサは電流変換
検出センサであり、しかもその出力電流は微弱である。
したがって、暗電流による影響は大きく、暗電流の発生
を抑えなければ、検出感度の大幅な向上は期待できな
い。
検出センサであり、しかもその出力電流は微弱である。
したがって、暗電流による影響は大きく、暗電流の発生
を抑えなければ、検出感度の大幅な向上は期待できな
い。
【００１０】ここで、暗電流の発生メカニズムについて
説明する。半導体表面に光や熱が加わると、正孔−電子
対が発生する。また半導体表面の荒れによっても正孔−
電子対は発生する。このように発生した正孔−電子対は
半導体中で分かれ、正孔はｎ型半導体へ、電子はｐ型半
導体へ引き寄せられる。その結果、ｐ型半導体からなる
基板からｎ型半導体からなる基板へ電位差が生じ、同方
向に電流が流れる。フォトダイオードなどのセンサは、
この性質を利用したものであるが、センサ部以外でも前
述の外的作用により電流が発生する。これが暗電流とな
り、センサの感度を低下させる原因となっている。
説明する。半導体表面に光や熱が加わると、正孔−電子
対が発生する。また半導体表面の荒れによっても正孔−
電子対は発生する。このように発生した正孔−電子対は
半導体中で分かれ、正孔はｎ型半導体へ、電子はｐ型半
導体へ引き寄せられる。その結果、ｐ型半導体からなる
基板からｎ型半導体からなる基板へ電位差が生じ、同方
向に電流が流れる。フォトダイオードなどのセンサは、
この性質を利用したものであるが、センサ部以外でも前
述の外的作用により電流が発生する。これが暗電流とな
り、センサの感度を低下させる原因となっている。
【００１１】次にシリコンカンチレバーにおける暗電流
について説明する。まず，シリコンカンチレバーの製造
工程を図８に基づいて説明する。スタートウェハ100 と
しては、図８の（Ａ）に示すように、シリコンウェハ10
1 の上に酸化シリコンの分離層102 を介してシリコン層
103 を設けたもの、例えばｎタイプ〈１００〉貼り合わ
せウェハを用意する。このスタートウェハ100 のシリコ
ン層103 の表面は鏡面加工されており、また分離層102
も〈１００〉面である。次に、図８の（Ｂ）に示すよう
に、ウェハ100 の表面を熱処理して酸化シリコン膜104
を形成する。次に、フォトリソグラフィで探針形成部の
酸化シリコン膜を残すように気相エッチング等によりエ
ッチングを行い、表面に酸化シリコンマスク104aを形成
し、次いでＫＯＨ等で異方性エッチングを行って探針10
5 を形成する。また裏面の支持部形成領域に窒化シリコ
ン膜106 を形成する。
について説明する。まず，シリコンカンチレバーの製造
工程を図８に基づいて説明する。スタートウェハ100 と
しては、図８の（Ａ）に示すように、シリコンウェハ10
1 の上に酸化シリコンの分離層102 を介してシリコン層
103 を設けたもの、例えばｎタイプ〈１００〉貼り合わ
せウェハを用意する。このスタートウェハ100 のシリコ
ン層103 の表面は鏡面加工されており、また分離層102
も〈１００〉面である。次に、図８の（Ｂ）に示すよう
に、ウェハ100 の表面を熱処理して酸化シリコン膜104
を形成する。次に、フォトリソグラフィで探針形成部の
酸化シリコン膜を残すように気相エッチング等によりエ
ッチングを行い、表面に酸化シリコンマスク104aを形成
し、次いでＫＯＨ等で異方性エッチングを行って探針10
5 を形成する。また裏面の支持部形成領域に窒化シリコ
ン膜106 を形成する。
【００１２】次いで、図８の（Ｃ）に示すように、探針
105 とウェハ表面を熱処理して酸化シリコン膜107 を形
成し、フォトリソグラフィでパターニングした後、ＫＯ
Ｈ等でエッチングし、カンチレバーの形状を形成する。
最後に窒化シリコン膜106 をマスクとして裏面をエッチ
ングして、支持部108 を形成した後、表面の酸化シリコ
ン膜107 を取り除くことにより、最終的に図８の（Ｄ）
に示すようなシリコンカンチレバー109 が形成される。
105 とウェハ表面を熱処理して酸化シリコン膜107 を形
成し、フォトリソグラフィでパターニングした後、ＫＯ
Ｈ等でエッチングし、カンチレバーの形状を形成する。
最後に窒化シリコン膜106 をマスクとして裏面をエッチ
ングして、支持部108 を形成した後、表面の酸化シリコ
ン膜107 を取り除くことにより、最終的に図８の（Ｄ）
に示すようなシリコンカンチレバー109 が形成される。
【００１３】以上の工程から解るように、カンチレバー
109 の探針105 の形成面と、その裏面は、〈１００〉面
となり、それらの表面は滑らかである。一方、他の面は
荒れており、この荒れにより、カンチレバーの側面では
暗電流が発生する。また迷光や温度差による暗電流は、
カンチレバーの全ての面で発生する可能性がある。
109 の探針105 の形成面と、その裏面は、〈１００〉面
となり、それらの表面は滑らかである。一方、他の面は
荒れており、この荒れにより、カンチレバーの側面では
暗電流が発生する。また迷光や温度差による暗電流は、
カンチレバーの全ての面で発生する可能性がある。
【００１４】本発明は、従来の集積型ＳＰＭセンサにお
ける上記問題点を解消するためになされたもので、請求
項１及び２記載の発明は、暗電流の発生を防止し検出感
度の高い電流変換検出素子を備えた集積型ＳＰＭセンサ
を提供することを目的とする。また請求項３記載の発明
は、ＳＮＯＭ測定の可能な検出感度の高い光検出素子を
備えた集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とす
る。また請求項４記載の発明は、高感度のＡＦＭ測定の
可能な集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とす
る。また請求項５記載の発明は、検出感度の高い２種類
以上の測定を行えるようにした集積型ＳＰＭセンサを提
供することを目的とし、また請求項６記載の発明は、Ｓ
ＮＯＭ測定とＡＦＭ測定を同時に高感度で行えるように
した集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とする。
ける上記問題点を解消するためになされたもので、請求
項１及び２記載の発明は、暗電流の発生を防止し検出感
度の高い電流変換検出素子を備えた集積型ＳＰＭセンサ
を提供することを目的とする。また請求項３記載の発明
は、ＳＮＯＭ測定の可能な検出感度の高い光検出素子を
備えた集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とす
る。また請求項４記載の発明は、高感度のＡＦＭ測定の
可能な集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とす
る。また請求項５記載の発明は、検出感度の高い２種類
以上の測定を行えるようにした集積型ＳＰＭセンサを提
供することを目的とし、また請求項６記載の発明は、Ｓ
ＮＯＭ測定とＡＦＭ測定を同時に高感度で行えるように
した集積型ＳＰＭセンサを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、自由端に探針部を
有する半導体からなるカンチレバー部と、該カンチレバ
ー部の基端部を支持する支持部と、前記カンチレバー部
に設けられた電流変換検出素子とを備えた集積型ＳＰＭ
センサにおいて、前記カンチレバー部の少なくとも端面
部表面に高濃度拡散層を形成するものである。また請求
項２記載の発明は、前記高濃度拡散層を前記カンチレバ
ー部に設けた電流変換検出素子を囲むように形成するも
のである。
決するため、請求項１記載の発明は、自由端に探針部を
有する半導体からなるカンチレバー部と、該カンチレバ
ー部の基端部を支持する支持部と、前記カンチレバー部
に設けられた電流変換検出素子とを備えた集積型ＳＰＭ
センサにおいて、前記カンチレバー部の少なくとも端面
部表面に高濃度拡散層を形成するものである。また請求
項２記載の発明は、前記高濃度拡散層を前記カンチレバ
ー部に設けた電流変換検出素子を囲むように形成するも
のである。
【００１６】このように構成することにより、電流変換
検出素子領域以外のカンチレバー部で発生した正孔−電
子対は、表面に形成した高濃度不純物拡散層で再結合
し、暗電流の発生は防止され、高検出感度の集積型ＳＰ
Ｍセンサを実現することができる。
検出素子領域以外のカンチレバー部で発生した正孔−電
子対は、表面に形成した高濃度不純物拡散層で再結合
し、暗電流の発生は防止され、高検出感度の集積型ＳＰ
Ｍセンサを実現することができる。
【００１７】また請求項３記載の各発明は、請求項１又
は２記載の発明において、電流変換検出素子を探針近傍
に設けた半導体光検出素子で構成するものである。これ
によりＳＮＯＭ測定を高感度で行える集積型ＳＰＭセン
サを実現することができる。
は２記載の発明において、電流変換検出素子を探針近傍
に設けた半導体光検出素子で構成するものである。これ
によりＳＮＯＭ測定を高感度で行える集積型ＳＰＭセン
サを実現することができる。
【００１８】また請求項４記載の発明は、請求項１又は
２記載の発明において、電流変換検出素子を歪み検出素
子で構成するものである。これによりＡＦＭ測定を高感
度で行える集積型ＳＰＭセンサを実現することができ
る。
２記載の発明において、電流変換検出素子を歪み検出素
子で構成するものである。これによりＡＦＭ測定を高感
度で行える集積型ＳＰＭセンサを実現することができ
る。
【００１９】また請求項５記載の発明は、請求項１又は
２記載の発明において、電流変換検出素子を２種以上の
検出素子で構成するものである。これにより高感度の２
種類以上の測定を行える集積型ＳＰＭセンサを実現する
ことができる。
２記載の発明において、電流変換検出素子を２種以上の
検出素子で構成するものである。これにより高感度の２
種類以上の測定を行える集積型ＳＰＭセンサを実現する
ことができる。
【００２０】また請求項６記載の発明は、請求項１又は
２記載の発明において、電流変換検出素子を、半導体光
検出素子と歪み検出素子とで構成するものである。これ
によりＳＮＯＭ測定とＡＦＭ測定を同時に高感度で行え
る集積型ＳＰＭセンサを実現することができる。
２記載の発明において、電流変換検出素子を、半導体光
検出素子と歪み検出素子とで構成するものである。これ
によりＳＮＯＭ測定とＡＦＭ測定を同時に高感度で行え
る集積型ＳＰＭセンサを実現することができる。
【００２１】
【実施例】次に実施例について説明する。図１の（Ａ）
は本発明に係る集積型ＳＰＭセンサの第１実施例を示す
縦断面図で、図１の（Ｂ）は探針方向から見た平面図
で、図１の（Ｃ）は図１の（Ａ）の矢印Ａ−Ａ′に沿っ
た断面図で、図１の（Ｄ）は図１の（Ｂ）の矢印Ｂ−
Ｂ′に沿った断面図である。この実施例の集積型ＳＰＭ
センサは、支持部２から延びたＮ型シリコン基板からな
るカンチレバー１の先端部に探針３を備えており、探針
３の表面及びその周辺部にはＰ型シリコン層５が形成さ
れている。そしてＰ型シリコン層５はＰ+ 型シリコン層
６及びコンタクトホールを介して、アルミニウム等から
なる電極８に接続されている。また同様にＰ型シリコン
層５の端部から10μｍ以上離れたカンチレバー１の表面
に、Ｎ+ 型シリコン層７が形成されており、コンタクト
ホールを介してアルミニウム等からなる電極９に接続さ
れている。
は本発明に係る集積型ＳＰＭセンサの第１実施例を示す
縦断面図で、図１の（Ｂ）は探針方向から見た平面図
で、図１の（Ｃ）は図１の（Ａ）の矢印Ａ−Ａ′に沿っ
た断面図で、図１の（Ｄ）は図１の（Ｂ）の矢印Ｂ−
Ｂ′に沿った断面図である。この実施例の集積型ＳＰＭ
センサは、支持部２から延びたＮ型シリコン基板からな
るカンチレバー１の先端部に探針３を備えており、探針
３の表面及びその周辺部にはＰ型シリコン層５が形成さ
れている。そしてＰ型シリコン層５はＰ+ 型シリコン層
６及びコンタクトホールを介して、アルミニウム等から
なる電極８に接続されている。また同様にＰ型シリコン
層５の端部から10μｍ以上離れたカンチレバー１の表面
に、Ｎ+ 型シリコン層７が形成されており、コンタクト
ホールを介してアルミニウム等からなる電極９に接続さ
れている。
【００２２】そして電極８，９はそれぞれアルミニウム
配線10，11を介してアルミニウムパッド12，13に接続さ
れている。カンチレバー１の端面及び裏面には１×1019
cm-3程度の不純物濃度のＮ型高濃度拡散層14が一体的に
形成されており、そしてカンチレバー１の全体は、コン
タクトホールと探針３の先端部を除いてシリコン酸化膜
４で覆われている。なお、Ｐ+ 型シリコン層６とＮ+ 型
シリコン層７は、電極８，９とＰ型シリコン層５，及び
カンチレバー１を構成しているＮ型シリコンとのオーミ
ックコンタクトを取るために設けているものであり、Ｐ
型シリコン層５及びＮ型シリコンそれぞれの濃度が十分
高く、オーミックコンタクトが取れるならば、Ｐ+ 型シ
リコン層６とＮ+ 型シリコン層７は、必ずしも必要では
ない。
配線10，11を介してアルミニウムパッド12，13に接続さ
れている。カンチレバー１の端面及び裏面には１×1019
cm-3程度の不純物濃度のＮ型高濃度拡散層14が一体的に
形成されており、そしてカンチレバー１の全体は、コン
タクトホールと探針３の先端部を除いてシリコン酸化膜
４で覆われている。なお、Ｐ+ 型シリコン層６とＮ+ 型
シリコン層７は、電極８，９とＰ型シリコン層５，及び
カンチレバー１を構成しているＮ型シリコンとのオーミ
ックコンタクトを取るために設けているものであり、Ｐ
型シリコン層５及びＮ型シリコンそれぞれの濃度が十分
高く、オーミックコンタクトが取れるならば、Ｐ+ 型シ
リコン層６とＮ+ 型シリコン層７は、必ずしも必要では
ない。
【００２３】次に、このように構成した集積型カンチレ
バーの動作について説明する。動作時には、電極８と９
の間には、３〜４ボルトの逆バイアスの電圧を印加して
おく。電極８と９の間のＰ型シリコン層５とＮ型シリコ
ン（カンチレバー１）はＰＮフォトダイオードを形成し
ており、電極８，９間にはＰ型シリコン層５が形成され
ている探針３に入射した光の光量に比例した電流が流
れ、配線10，11及びパッド12，13を介して検出すること
ができる。この際、カンチレバー１の探針３及び電極
８，９の配置部分以外の表面で発生した正孔−電子対は
直ちに高濃度拡散層で捕捉されて再結合し、カンチレバ
ー内部において暗電流となって発生することは阻止され
る。したがって、本実施例の集積型ＳＰＭセンサによれ
ば、暗電流の発生が抑えられ、ノイズの少ない、より高
感度のＳＮＯＭ測定を行うことができる。
バーの動作について説明する。動作時には、電極８と９
の間には、３〜４ボルトの逆バイアスの電圧を印加して
おく。電極８と９の間のＰ型シリコン層５とＮ型シリコ
ン（カンチレバー１）はＰＮフォトダイオードを形成し
ており、電極８，９間にはＰ型シリコン層５が形成され
ている探針３に入射した光の光量に比例した電流が流
れ、配線10，11及びパッド12，13を介して検出すること
ができる。この際、カンチレバー１の探針３及び電極
８，９の配置部分以外の表面で発生した正孔−電子対は
直ちに高濃度拡散層で捕捉されて再結合し、カンチレバ
ー内部において暗電流となって発生することは阻止され
る。したがって、本実施例の集積型ＳＰＭセンサによれ
ば、暗電流の発生が抑えられ、ノイズの少ない、より高
感度のＳＮＯＭ測定を行うことができる。
【００２４】また上記実施例では、高濃度拡散層をカン
チレバーの裏面側の表面及び端面の表面に形成したもの
を示したが、図２の変形例に示すように、Ｐ+ 型シリコ
ン層６とＮ+ 型シリコン層７から十分距離を置くことに
より、カンチレバー１の内部に高濃度拡散層14を設けて
も構わない。また上記実施例では、カンチレバーの探針
形成面側には高濃度拡散層を形成しないものを示した
が、図３の（Ａ）の平面図及び図３の（Ｂ）の断面図に
示すように、フォトダイオード部及びＰ+ 型シリコン層
６及びＮ+ 型シリコン層７の形成部を除いて、探針形成
面側の表面にも形成することが可能である。
チレバーの裏面側の表面及び端面の表面に形成したもの
を示したが、図２の変形例に示すように、Ｐ+ 型シリコ
ン層６とＮ+ 型シリコン層７から十分距離を置くことに
より、カンチレバー１の内部に高濃度拡散層14を設けて
も構わない。また上記実施例では、カンチレバーの探針
形成面側には高濃度拡散層を形成しないものを示した
が、図３の（Ａ）の平面図及び図３の（Ｂ）の断面図に
示すように、フォトダイオード部及びＰ+ 型シリコン層
６及びＮ+ 型シリコン層７の形成部を除いて、探針形成
面側の表面にも形成することが可能である。
【００２５】また、カンチレバーの探針形成面とその裏
面は滑らかで、暗電流の発生は他の側面部に比べて小さ
いので、図４の断面図に示すように、この両面には高濃
度拡散層を形成しないで、カンチレバーの側面部の表面
にのみ形成するように構成しても、かなりの暗電流抑制
効果が得られ、有効である。
面は滑らかで、暗電流の発生は他の側面部に比べて小さ
いので、図４の断面図に示すように、この両面には高濃
度拡散層を形成しないで、カンチレバーの側面部の表面
にのみ形成するように構成しても、かなりの暗電流抑制
効果が得られ、有効である。
【００２６】次に、第２実施例について説明する。図５
の（Ａ）は第２実施例の縦断面図で、図５の（Ｂ）は一
部省略した探針側から見た平面図である。この実施例
は、第１実施例の集積型ＳＰＭセンサにおけるカンチレ
バー１上にピエゾ抵抗16を設けて歪み検出素子とし、Ａ
ＦＭ測定を同時に行えるように構成したものである。ピ
エゾ抵抗16の両端部にはアルミニウムパッド17，18を介
してアルミニウム配線19，20を接続し、電流の変化を検
出して歪みを測定するようになっている。そして高濃度
拡散層14は探針側の面以外のカンチレバー１の表面部に
形成している。
の（Ａ）は第２実施例の縦断面図で、図５の（Ｂ）は一
部省略した探針側から見た平面図である。この実施例
は、第１実施例の集積型ＳＰＭセンサにおけるカンチレ
バー１上にピエゾ抵抗16を設けて歪み検出素子とし、Ａ
ＦＭ測定を同時に行えるように構成したものである。ピ
エゾ抵抗16の両端部にはアルミニウムパッド17，18を介
してアルミニウム配線19，20を接続し、電流の変化を検
出して歪みを測定するようになっている。そして高濃度
拡散層14は探針側の面以外のカンチレバー１の表面部に
形成している。
【００２７】ピエゾ抵抗16からなる歪み検出素子は電流
変換検出素子であるため、光検出素子と同様に暗電流の
影響を受ける。したがって、本実施例のように光検出素
子と歪み検出素子とを設けたカンチレバーの表面に高濃
度拡散層を形成することにより、光検出素子と歪み検出
素子の両方から暗電流の影響を取り去ることができ、高
感度のＳＮＯＭ測定が行えると共に、ノイズの少ない高
感度のＡＦＭ測定を同時に行うことができる。
変換検出素子であるため、光検出素子と同様に暗電流の
影響を受ける。したがって、本実施例のように光検出素
子と歪み検出素子とを設けたカンチレバーの表面に高濃
度拡散層を形成することにより、光検出素子と歪み検出
素子の両方から暗電流の影響を取り去ることができ、高
感度のＳＮＯＭ測定が行えると共に、ノイズの少ない高
感度のＡＦＭ測定を同時に行うことができる。
【００２８】この実施例では、高濃度拡散層14はカンチ
レバー１の探針側の表面には形成しないようにしたもの
を示したが、図６の（Ａ），（Ｂ）の縦断面図及び横断
面図に示すように、カンチレバー１の探針側の表面に
も、ピエゾ抵抗16と光センサ部を囲むように、高濃度拡
散層14を設けてもよい。
レバー１の探針側の表面には形成しないようにしたもの
を示したが、図６の（Ａ），（Ｂ）の縦断面図及び横断
面図に示すように、カンチレバー１の探針側の表面に
も、ピエゾ抵抗16と光センサ部を囲むように、高濃度拡
散層14を設けてもよい。
【００２９】また、上記各実施例においては、図７の
（Ａ）の拡大図に示すように、Ｐ型シリコン層５を探針
３の先端部まで形成したものを示したが、図７の（Ｂ）
に示すように、Ｐ型シリコン層５は探針３の先端部には
形成せず、探針３の先端部はＮ型シリコン層で形成する
構成としてもよい。また図７の（Ｃ），（Ｄ）に示すよ
うに、探針先端部以外にアルミニウム等からなる遮光膜
21を形成し、遮光するように構成してもよい。
（Ａ）の拡大図に示すように、Ｐ型シリコン層５を探針
３の先端部まで形成したものを示したが、図７の（Ｂ）
に示すように、Ｐ型シリコン層５は探針３の先端部には
形成せず、探針３の先端部はＮ型シリコン層で形成する
構成としてもよい。また図７の（Ｃ），（Ｄ）に示すよ
うに、探針先端部以外にアルミニウム等からなる遮光膜
21を形成し、遮光するように構成してもよい。
【００３０】なお、上記各実施例においては、カンチレ
バーの形状を略Ｉ字型としたものを示したが、Ｕ字型や
Ｅ字型のカンチレバーを用いた集積型ＳＰＭセンサに
も、本発明は同様に適用できるものである。
バーの形状を略Ｉ字型としたものを示したが、Ｕ字型や
Ｅ字型のカンチレバーを用いた集積型ＳＰＭセンサに
も、本発明は同様に適用できるものである。
【００３１】また上記各実施例では、Ｎ型シリコン基板
をベースとしてカンチレバーを構成したものを示した
が、Ｐ型シリコン基板をベースにしてＰ型シリコン層と
Ｎ型シリコン、Ｐ+ 型シリコン層とＮ+ 型シリコン層
を、それぞれ逆の導電型にして構成してもよい。
をベースとしてカンチレバーを構成したものを示した
が、Ｐ型シリコン基板をベースにしてＰ型シリコン層と
Ｎ型シリコン、Ｐ+ 型シリコン層とＮ+ 型シリコン層
を、それぞれ逆の導電型にして構成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項１及び２記載の発明によれば、カンチレバー部内
での暗電流の発生は防止され、暗電流の影響を除去した
高感度の集積型ＳＰＭセンサを実現することができる。
また請求項３記載の発明によれば、暗電流の影響を除去
した高感度のＳＮＯＭ測定を行えるようにした集積型Ｓ
ＰＭセンサを提供することができる。また請求項４記載
の発明によれば、暗電流の影響を除去した高感度のＡＦ
Ｍ測定を行えるようにした集積型ＳＰＭセンサを提供す
ることができる。また請求項５記載の発明によれば、暗
電流の影響を除去した高感度の２種類以上の測定を行え
るようにした集積型ＳＰＭセンサを提供することができ
る。また請求項６記載の発明によれば、暗電流の影響を
除去した高感度のＳＮＯＭ測定とＡＦＭ測定を同時に行
えるようにした集積型ＳＰＭセンサを提供することがで
きる。
請求項１及び２記載の発明によれば、カンチレバー部内
での暗電流の発生は防止され、暗電流の影響を除去した
高感度の集積型ＳＰＭセンサを実現することができる。
また請求項３記載の発明によれば、暗電流の影響を除去
した高感度のＳＮＯＭ測定を行えるようにした集積型Ｓ
ＰＭセンサを提供することができる。また請求項４記載
の発明によれば、暗電流の影響を除去した高感度のＡＦ
Ｍ測定を行えるようにした集積型ＳＰＭセンサを提供す
ることができる。また請求項５記載の発明によれば、暗
電流の影響を除去した高感度の２種類以上の測定を行え
るようにした集積型ＳＰＭセンサを提供することができ
る。また請求項６記載の発明によれば、暗電流の影響を
除去した高感度のＳＮＯＭ測定とＡＦＭ測定を同時に行
えるようにした集積型ＳＰＭセンサを提供することがで
きる。
【図１】本発明に係る集積型ＳＰＭセンサの第１実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図２】図１に示した第１実施例の変形例を示す縦断面
図である。
図である。
【図３】図１に示した第１実施例の他の変形例を示す縦
断面図及び横断面図である。
断面図及び横断面図である。
【図４】図１に示した第１実施例の更に他の変形例を示
す縦断面図及び横断面図である。
す縦断面図及び横断面図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す図である。
【図６】図５に示した第２実施例の変形例を示す図であ
る。
る。
【図７】第１及び第２実施例における探針部の構成例を
示す図である。
示す図である。
【図８】従来の集積型ＳＰＭセンサの製造工程を示す図
である。
である。
１ カンチレバー ２ 支持部 ３ 探針 ４ シリコン酸化膜 ５ Ｐ型シリコン層 ６ Ｐ+ 型シリコン層 ７ Ｎ+ 型シリコン層 ８，９ 電極 10，11 配線 12，13 パッド 14 高濃度拡散層 16 ピエゾ抵抗 17，18 パッド 19，20 配線 21 遮光膜
Claims (6)
- 【請求項１】 自由端に探針部を有する半導体からなる
カンチレバー部と、該カンチレバー部の基端部を支持す
る支持部と、前記カンチレバー部に設けられた電流変換
検出素子とを備えた集積型ＳＰＭセンサにおいて、前記
カンチレバー部の少なくとも端面部表面に高濃度拡散層
を形成したことを特徴とする集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項２】 前記高濃度拡散層を前記カンチレバー部
に設けた電流変換検出素子を囲むように形成したことを
特徴とする請求項１記載の集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項３】 前記電流変換検出素子は、カンチレバー
部の探針近傍に設けた半導体光検出素子であることを特
徴とする請求項１又は２記載の集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項４】 前記電流変換検出素子は、カンチレバー
部に設けた歪み検出素子であることを特徴とする請求項
１又は２記載の集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項５】 前記電流変換検出素子として、異なる２
種類以上の検出素子を備えていることを特徴とする請求
項１又は２記載の集積型ＳＰＭセンサ。 - 【請求項６】 前記電流変換検出素子として、カンチレ
バー部の探針近傍に設けた半導体光検出素子とカンチレ
バー部に設けた歪み検出素子を備えていることを特徴と
する請求項５記載の集積型ＳＰＭセンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27306594A JP3590109B2 (ja) | 1994-10-13 | 1994-10-13 | 集積型ｓｐｍセンサ |
| US08/528,207 US5923033A (en) | 1994-09-14 | 1995-09-12 | Integrated SPM sensor having a photodetector mounted on a probe on a free end of a supported cantilever |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27306594A JP3590109B2 (ja) | 1994-10-13 | 1994-10-13 | 集積型ｓｐｍセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08114607A true JPH08114607A (ja) | 1996-05-07 |
| JP3590109B2 JP3590109B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=17522666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27306594A Expired - Fee Related JP3590109B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-10-13 | 集積型ｓｐｍセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3590109B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010127754A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Sii Nanotechnology Inc | 自己変位検出型カンチレバーおよび走査型プローブ顕微鏡 |
-
1994
- 1994-10-13 JP JP27306594A patent/JP3590109B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010127754A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Sii Nanotechnology Inc | 自己変位検出型カンチレバーおよび走査型プローブ顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3590109B2 (ja) | 2004-11-17 |
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