DE69820380T2

DE69820380T2 - Halbleiter-Dehnungs-Sensor, Verfahren zu dessen Herstellung und Rastersondenmikroskop

Info

Publication number: DE69820380T2
Application number: DE69820380T
Authority: DE
Inventors: Michel Saumerstrasse 4 Despont; Hiroshi Takahashi; Nobuhiro Shimizu; Yoshiharu Shirakawabe; Susumu Ichihara
Original assignee: Seiko Instruments Inc; International Business Machines Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp; International Business Machines Corp
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: EP0909937B1; JP3700910B2; EP0909937A1; JPH11183487A; DE69820380D1; US6211540B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterverformungssensor, ein Verfahren zum Herstellen des Sensors und auf ein Mikroskop mit abtastender Sonde. Insbesondere verwendet die Erfindung eine Schottky-Elektrode, welche in einer aus einem Halbleitersubstrat gebildeten Sonde bereitgestellt ist.
Bei dem herkömmlichen Mikroskop mit abtastender Sonde (SPM) ist eine untersuchende Nadel an einem freien Ende einer Sonde angebracht. Auslenkungen der Sonde, welche durch eine Auf-und-Ab-Bewegung der untersuchenden Nadel in Antwort auf Welligkeit der Oberfläche einer Probe erzeugt werden, werden unter Verwendung optischer Interferrometrie eines optischen Polarisationsverfahrens erfasst. Ein Problem ist jedoch, dass die Konstruktion eine komplexe Einstellung bei dem optischen Erfassungsverfahren erfordert.
Kürzlich erlangte ein Halbleiterverformungssensor kleiner Größe und kleinen Gewichts breite Verwendung. Ein solcher Sensor kann eine Erfassung der Auslenkung direkt als ein elektrisches Signal ausgeben. Dieser Sensor wird als Sonde eines SPM's verwendet.
Beispielsweise umfassen diese Halbleiterverformungssensoren vom Sondentyp, wie in 20 gezeigt: einen Auslegerarmabschnitt (Schienenabschnitt) 1 mit einem freien Ende 1a, welcher durch selektives Ätzen eines Teils eines Halbleitersubstrats 2 in einer U-Form ausgebildet ist, und einen Messabschnitt 3, welcher nahe dem befestigten Ende (Wurzel) des Auslegerarmabschnitts 1 ausgebildet ist. Der Messabschnitt 3 erfasst Beanspruchung/Verformung, welche an diesem Abschnitt in Antwort auf eine Auslenkung des freien Endes 1a auftritt, um durch Umwandeln der Verformung in ein elektrisches Signal eine Ausgabe zu erzeugen.
Bei dem herkömmlichen Halbleiterverformungssensor ist, wie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 5-196458 beschrieben, der Messabschnitt mit einem Piezoelement ausgebildet. Da sich der elektrische Widerstand des Piezoelements bei Beanspruchungseinwirkung verändert, wird eine Auslenkung erfasst, indem eine Widerstandsänderung des Piezoelements unter Verwendung einer Widerstandsbrückenschaltung wie einer Wheatstoneschen Brücke oder dergleichen gemessen wird.
Wenn, wie oben erwähnt, eine Auslenkung der Sonde als Beanspruchung/Verformung, der/die auf das Piezoelement wirkt, erfasst wird, so ist, da die Widerstandsänderungsrate für Verformung des Piezoelements (also die Beanspruchungs- oder Stromänderungsrate) klein und die Empfindlichkeit gering ist, nicht nur eine komplexe Brückenschaltung zur Erfassung nötig, sondern es ist außerdem eine extrem genaue Einstellung eines jeden die Widerstandsbrücke bildenden Widerstands erforderlich.
Die US 5279162 offenbart einen Halbleitersensor, welcher eine Halbleiterauslegersonde mit einem Dreifachanschluss-Feldeffekttransistor, der als ein Schottky-Übergang verwendet wird, umfasst.
Die WO 97/24915 offenbart einen Mikroelektronik-Deformationssensor, welcher eine Einkristall-Halbleiterbasis und eine Auslegersonde umfasst. Ein Schottky-Übergang ist an der Basis dem getragenen Ende des, Auslegers benachbart ausgebildet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halbleiterverformungssensor bereitzustellen, welcher die oben erwähnten Probleme mindert und welcher eine Auslenkung der Sonde mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit und mit einer großen Signaländerung ausgibt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen des Sensors bereitzustellen. Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskop mit abtastender Sonde bereitzustellen, welches den Halbleiterverformungssensor für die Sonde verwendet.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, kann die vorliegende Erfindung durch die folgenden Mittel charakterisiert sein:

(1) Halbleiterverformungssensor umfassend: eine Halbleiterauslegersonde mit einem Ursprung, welcher in einem Abstand von einem freien Ende desselben angebracht ist; und einen Schottky-Übergang, welcher an dem Ursprung der Halbleitersonde vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Hochkonzentrationskontaktbereich, welcher in einer Oberfläche der Halbleitersonde und getrennt von dem Schottky-Übergang ausgebildet ist; und eine Elektrode, welche mit dem Hochkonzentrations-kontaktbereich verbunden ist.
(2) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterverformungssensors umfassend die Schritte: Ausbilden einer Halbleitersonde durch Ätzen eines Halbleitersubstrats, um eine Sondenform zu bilden; wahlweises Ausbilden eines Hochkonzentrationsbereichs in der Oberfläche der Halbleitersonde; wahlweises Schottky-Verbinden einer ersten Elektrode mit dem Ursprungsabschnitt der Halbleitersonde an einer von dem Hochkonzentrationskontaktbereich getrennten Position; und Verbinden einer zweiten Elektrode mit dem Hochkonzentrationskontakt-bereich.
(3) Bei dem Halbleiterverformungssensor der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein dünner Film auf wenigstens einer Oberfläche der Halbleiterprobe ausgebildet, um den Schottky-Übergang einer Vorbeanspruchung auszusetzen.
(4) Ein Mikroskop mit abtastender Sonde der vorliegenden Erfindung verwendet einen Halbleiterverformungssensor wie oben in (1) oder (3).

Gemäß der oben erwähnten Konfiguration (1) kann dann, wenn eine Beanspruchung/Verformung an dem Schottky-Übergang auftritt und die elektrische Charakteristik (Diodencharakteristik) des Schottky-Übergangs beim Biegen des freien Endes der Sonde scharf geändert wird, eine Auslenkung des freien Endes durch Erfassen der Änderung mit einer geeigneten Erfassungsschaltung gemessen werden.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration (2) kann ein Halbleiter-Beanspruchungs-/Verformungssensor vom Auslegertyp einfach hergestellt werden.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration (3) verändert sich die elektrische Charakteristik (Diodencharakteristik) des Schottky-Übergangs schnell, da der Schottky-Übergang vorbeansprucht ist und an dem Schottky-Übergang eine größere Beanspruchung/Verformung auftritt, wenn sich das freie Ende der Sonde biegt. Wird die Auslenkungsrichtung so gesetzt, dass sie der Bewegungsrichtung der untersuchenden Nadel entgegengesetzt ist, so wird die Verformung mit einer hohen Genauigkeit gemessen, da der Winkel zwischen der Oberfläche der Probe und der untersuchenden Nadel ca. 90° beträgt.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration (4) kann die Oberfläche der Probe mit hoher Empfindlichkeit betrachtet werden, da eine Auslenkung der Sonde als eine Änderung einer elektrischen Charakteristik des Schottky-Übergangs erfasst wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich durch weitere Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Überblicks eines Aspekts der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A' von 2A.
2C ist eine Schnittansicht entlang Linie B-B' von 2A.
3A ist eine Ansicht, welche eine Strom-Beanspruchungs-Charakteristik in Vorwärtsrichtung eines Schottky-Übergangs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
3B zeigt eine Strom-Beanspruchungs-Charakteristik des Schottky-Übergangs in Rückwärtsrichtung.
4A ist eine Ansicht, welche die Strom-Beanspruchung-(I-V)-Charakteristik eines Schottky-Übergangs und eines Piezoelements (in der Zeichnung als Piezowiderstand bezeichnet) zeigt.
5 ist eine Strom-Verformungs-Charakteristik eines Schottky-Übergangs verglichen mit einem Piezoelement.
6 ist eine Spannung-Verformungs-Charakteristik eines Schottky-Übergangs verglichen mit einem Piezoelement.
7A bis 7F sind Schnittansichten, welche ein Verfahren zum Herstellen der Sonde gemäß 2 zeigen.
8A ist eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 8B ist eine Schnittansicht entlang Linie C-C' von 8A.
9 ist eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Draufsicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Draufsicht einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Draufsicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Draufsicht einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Schnittansicht einer Raumladungsschicht, welche in einem Schottky-Übergangsabschnitt auftritt, entlang Linie D-D' von 9.
15A ist eine Draufsicht einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15B ist eine Schnittansicht entlang Linie E-E' von 15A.
15C ist eine Schnittansicht einer alternativen Anordnung entlang Linie E-E'.
16A ist eine Draufsicht einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16B ist eine Schnittansicht entlang Linie F-F' in 16A.
16C ist eine Schnittansicht einer alternativen Anordnung entlang Linie F-F'.
17A ist eine Draufsicht einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17B ist eine Schnittansicht entlang Linie G-G' in 17A.
17C ist eine Schnittansicht einer alternativen Anordnung entlang Linie G-G'.
18A ist eine Draufsicht der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie H-H' von 18A.
19 ist ein Blockdiagramm eines Mikroskops mit abtastender Probe, welches die vorliegende Erfindung nutzt.
20 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Übersicht eines Halbleiterverformungssensors vom Sondentyp nach dem Stand der Technik zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird nun eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine allgemeine Konstruktion einer Halbleitersonde gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Sonde 10 umfasst einen Armabschnitt 10a mit einem freien Ende, eine untersuchende Nadel 10c, die die Spitze des Armabschnitts ist, einen Trägerabschnitt 10b, der den Armabschnitt hält und befestigt, einen Sensorabschnitt 9 sowie einen dünnen Film 8 (Isolationsfilm 40), der in dem Bereich ausgebildet ist, welcher wenigstens den Sensorabschnitt 9 enthält. Da ein Biegen des Armabschnitts 10a auf einen Abschnitt der Wurzel des Armabschnitts 9 konzentriert ist, ist es wünschenswert, den Sensorabschnitt in dem Gebiet des Übergangs zwischen dem Armabschnitt 10a und dem Trägerabschnitt 10b auszubilden. Bei der vorliegenden Erfindung wird als Sensorabschnitt ein Schottky-Übergang verwendet.
Eine Elektrode für das erfassende Signal ist mit dem Sensorabschnitt durch eine Leitungsführung 33 verbunden. Materialien geringen Widerstands, wie hauptsächlich Al, W, Ti, Ta, Cr usw., werden als Leitungsmaterial verwendet. Unter diesen Materialien ist Al das am allgemeinsten Verwendbare.
Der dünne Film 8 dient dazu, den Sensorabschnitt 9 vorzubeanspruchen. Die Verwendung einer Druckbeanspruchung ist wünschenswert, da die Richtung der untersuchenden Nadel 10c nahezu senkrecht bezüglich der Probe ist und dies eine genaue Probenbetrachtung ermöglicht, da der Armabschnitt 10a sich zur Unterseite hin biegt, wie in 1 gezeigt ist.
Ein Schichtisolationsfilm 30 kann den Isolationsfilm 40 an einer Position, an welcher eine Beanspruchung ausgeübt wird, ersetzen. In diesem Fall kann der dünne Film 8 weggelassen werden. Beanspruchung kann auf den Sensorabschnitt unter Verwendung eines Vorbeanspruchungsmaterials für die Leitungsführung 33 ausgeübt werden, so dass der dünne Film 8 ersetzt wird. Es kann insbesondere jedes Material, außer ein Isolationsfilm, verwendet werden, wenn der dünne Film 8 eine Beanspruchung auf den Sensorabschnitt 9 bewirkt und keinen schlechten Einfluss, wie Kurzschließen der elektrischen Charakteristik des Sensorabschnitts 9 ausübt.
Obwohl die Form der Probe an dem Spitzenabschnitt des Armabschnitts 10a ohne die untersuchende Nadel 10c betrachtet werden kann, ist es wünschenswert, dass die untersuchende Nadel 10c ausgebildet ist, um eine hohe Genauigkeit und eine hohe Auflösung zu erhalten. Um eine hohe Genauigkeit und eine Hohe Auflösung zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die untersuchende Nadel 10c länger ist als die Höhe der Welligkeit der betrachteten Probe und dass der Durchmesser der Spitze klein ist. Verschiedene Formen können verwendet werden, wie die in 1 gezeigte, im Wesentlichen rechteckige Form, eine U-Form oder dergleichen, um ein Design entsprechend der charakteristischen Verwendung des Armabschnitts 10a zu ermöglichen.
2A ist eine Draufsicht eines Halbleiterverformungssensors vom Sondentyp einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere zum Beschreiben des Abschnitts 10b und des Sensorabschnitts 9 in 1. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A' von 2A. 2C ist eine Querschnittsansicht entlang Linie B-B' von 2A. In 2A ist die Isolation 40 (dünner Film 8) nicht gezeigt.
Die Sonde 10 in dieser Ausführungsform umfasst einen U-förmigen Auslegerarmabschnitt 10a und einen Trägerabschnitt 10b. An der Spitze des Auslegerarmabschnitts 10a ist eine untersuchende Nadel 10c für SPM ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Sonde 10 ein n-Substrat 31 und an einer Oberfläche von diesem ist eine Elektrode 32 in einer U-Form entlang der Innenseite des Armabschnitts 10a Schottky-verbunden. Die Elektrode 32 ist dort, wo der Schichtisolationsfilm 30 ausgebildet ist, nicht ausgebildet. An dem Trägerabschnitt 10b ist in der Oberfläche des n-Substrats 31 ein n⁺-Kontaktbereich 21 ausgebildet und Elektroden 22 sind mit diesem verbunden. Elektroden 22 sind mit der in 1 gezeigten Leitungsführung 33 verbunden und liefern eine Vorspannung (Strom). Sie tragen das Erfassungssignal. Es ist möglich, die Elektroden 22 aus dem gleichen Material herzustellen wie die Leitungsführung 33 und beide können zur selben Zeit ausgebildet werden.
Ein Isolationsfilm 40, wie z. B. ein SiO₂-Film, ein Si₃N₄-Film oder dergleichen ist über der Oberfläche des n-Substrats 31 vorgesehen und kann den dünnen Film 8 zum Vorbeanspruchen des Schottky-Übergangs 50 bilden. Es ist wünschenswert, den Isolationsfilm 40 so auszubilden, dass die Vorbeanspruchung/Verformung etwa 1 × 10⁹Pa beträgt. Dieser Wert wird jedoch abhängig von der Struktur des Übergangsabschnitts und des Herstellungsverfahrens bestimmt.
Es ist nicht notwendig, dass der Isolationsfilm 40 über die gesamte Oberfläche des n-Substrats 31 ausgebildet ist. Der Film kann z. B. nur über die Oberfläche des Auslegerarmabschnitts 10a oder nur über den Teil zwischen dem Armabschnitt 10a und dem Trägerabschnitt 10b ausgebildet sein. Die Anforderung ist, den Schottky-Übergang 50 zwischen dem Substrat 31 und der Elektrode 32 vorzubeanspruchen.
Da der Auslegerarmabschnitt 10a der Sonde 10 sich beim Verlagern der untersuchenden Nadel 10c in der vertikalen Richtung biegt, wobei der Trägerabschnitt 10b als Hebelpunkt wirkt, tritt bei dieser Konstruktion eine Beanspruchung/Verformung am Schottky-Übergang 50 des Armabschnitts 10a speziell an der Oberfläche eines Schienenabschnitts auf.
3A und 3B sind Ansichten, welche Beispiele einer Diodencharakteristik eines Schottky-Übergangs zeigen, der einer Beanspruchung/Verformung ausgesetzt ist. 3A zeigt die Vorwärtsbeanspruchungscharakteristik und 3B zeigt die Rückwärtsbeanspruchungscharakteristik. Es wird bemerkt, dass sich der Strom in Vorwärtsrichtung zur Vorwärtsbeanspruchung verändert, wenn während der Vorwärtsbeanspruchung eine Beanspruchung/Verformung an dem Schottky-Übergang 50 auftritt. Auch während einer Rückwärtsbeanspruchung verändern sich sowohl Durchbruchsspannung als auch Leckstrom, wenn eine Beanspruchung/Verformung auftritt.
4 bis 6 sind jeweilige Ansichten der Strom-Beanspruchungs-(1-V)-Charakteristik des Schottky-Übergangs, der Strom-(I)-Verformungs-Charakteristik sowie der Beanspruchungs-(V)-Verformungs-Charakteristik verglichen mit einem Piezoelement (in den Zeichnungen als ein Piezowiderstand bezeichnet). Die Änderungsrate des Stroms I und der Beanspruchung V für Beanspruchung ist bei größeren Beanspruchungswerten, wie in 5 und 6 gezeigt, beim Schottky-Übergang größer als beim Piezoelement. Durch Ausbilden des Schottky-Übergangs 50 an dem Schienenabschnitt der Sonde 10 und durch Erfassen der Änderung der Diodencharakteristik in dem Bereich der größeren Änderungsrate gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher die Erfassungsempfindlichkeit verbessert, so dass eine Auslenkung der Sonde 10 ohne Verwendung einer komplizierten Steuer/Regel-Brückenschaltung wie einer Wheatstone'schen Brücke oder dergleichen korrekt gemessen wird.
Die Änderungsrate der Diodencharakteristik als ein Ergebnis einer Auslenkung der Sonde ist für größere Auslenkungen größer und eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit kann nicht erreicht werden, wenn die Auslenkung klein ist und ein kleiner Erfassungsbereich verwendet wird. Bei einem kleinen Bereich zum Erfassen einer Beanspruchung/Verformung wird die Signalverarbeitung eher komplex, da sich der Strom I als eine Sekundärfunktion der Beanspruchung/Verformung verändert, wie in 5 gezeigt ist.
Im Gegensatz dazu wird der Schottky-Übergang 50 bei der vorliegenden Erfindung durch den Isolationsfilm 40 (den dünnen Film 8) vorbeansprucht. Daher werden eine während der Betrachtung in Abhängigkeit einer Verlagerung momentan auftretende Verformung und die Vorbeanspruchung überlagert. Daher tritt, verglichen mit dem Fall, dass er Isolationsfilm 40 nicht ausgebildet ist, eine größere Verformung auf. In dem Gebiet größer Beanspruchung/Verformung vereinfacht sich die Signalverarbeitung bei tatsächlichen Beobachtungswerten, da der Strom I sich im Wesentlichen linear zur Beanspruchung/Verformung verändert. Die oben erwähnte Veränderung ist abhängig von der Struktur des Schottky-Übergangs und dem Herstellungsverfahren. Eine quantitative Änderung der Charakteristik ist daher nicht fixiert und kann in Abhängigkeit der Bedingungen eine ähnliche Charakteristik wie ein Piezoelement zeigen.
7A bis 7F sind Schnittansichten von Verfahrensschritten, welche ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterverformungssensors vom Sondentyp mit der in 2A beschriebenen Struktur zeigen. Insbesondere zeigen 7A bis 7F Schnittstrukturen entlang der Linie B-B' von 2A.
Zuerst wird ein n-Halbleitersubstrat 31 zu einer Sondenform von 2 geätzt und eine Abdeckung 81 wird über die Gesamtheit einer Oberfläche aufgebracht. Als Nächstes wird eine Maske ausgebildet, in dem selektiv nur ein Teil der Abdeckung, welcher dem n⁺-Kontaktbereich 21 entspricht, entfernt wird. Dies wird unter Verwendung der gut bekannten Photoresist-Technik (7A) erreicht. Danach wird eine n-Verunreinigung (z. B. Phosphor) ionenimplantiert, so dass ein n⁺-Kontaktbereich 21 in der Oberfläche des Substrats 31 gebildet wird (7B).
Als Nächstes wird ein SiO₂-Isolationsfilm 30 an der Oberfläche des Substrats ausgebildet. Der dem n⁺-Kontaktbereich 21 entsprechende Teil und der dem Schottky-Übergang 50 entsprechende Teil liegen bloß, so dass der n⁺-Kontaktbereich 21 und der Schottky-Übergangsbereich exponiert sind (7C).
Als Nächstes wird der Schottky-Übergang 50 durch Ohmschen Kontakt einer Elektrode 22 mit dem n⁺-Kontaktbereich 21 und durch Schottky-Verbindung einer Elektrode 32 mit dem Schottky-Übergangsbereich ausgebildet (7D).
Als Nächstes wird ein Isolationsfilm 40a ausgebildet, um den Schottky-Übergang 50 vorzubeanspruchen (7E). Obwohl der Isolationsfilm 40 (40a) wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ausgebildet ist, kann der Isolationsfilm 40 (40b) an der Rückseite des Substrats (7F) ausgebildet sein.
8A ist eine Draufsicht eines Halbleitersensors einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 8B ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C' von 8A. Es wurden dieselben Symbole wie vorher verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schottky-Übergang 50 tatsächlich über die gesamte Oberfläche des Armabschnitts 10a ausgebildet ist.
Das bedeutet, dass bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform das Gebiet des Schottky-Übergangs vergleichsweise klein ist, da der Schottky-Übergang 50 nur über einen Teil der Oberfläche des Armabschnitts 10a ausgebildet ist. Aus diesem Grund ist es bei kleinen Leckströmen schwierig, eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen. Die zweite Ausführungsform ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass eine hohe Empfindlichkeit erhalten wird, obwohl der Leckstrom verglichen mit der ersten Ausführungsform wenig ansteigt, was darauf zurückzuführen ist, dass der Schottky-Übergang 50 über die gesamte Fläche des Armabschnitts 10a ausgebildet ist.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf 9 bis 13 andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Isolationsfilm 40 (dünner Film 8) zum Vorbeanspruchen des Schottky-Übergangs 50 kann in irgendeiner dieser Ausführungsformen an der vorderen oder/und hinteren Oberfläche ausgebildet sein.
9 ist eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wurden dieselben Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Die Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode 32, nämlich ein Schottky-Übergang 50, in einer Bandform an dem Mittelabschnitt des Armabschnitts 10 ausgebildet ist, so dass der Schottky-Übergang nicht an Endflächen des Armabschnitts 10a freigelegt ist. Obwohl im Allgemeinen nahe der Endfläche des p-n-Übergangs Leckströme auftreten, wird unter Reduzierung des Leckstroms eine hohe Empfindlichkeit erhalten, auch wenn der Herstellungsprozess ein wenig komplex wird.
10 ist eine Draufsicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wurden dieselben Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Die vorliegende Ausführungsform basiert auf der Tatsache, dass eine durch die Verlagerung der Sonde 10 verursachte Verformung auf den Übergang zwischen dem Armabschnitt 10a und dem Trägerabschnitt 10b, nämlich einen Schienenabschnitt der Sonde 10, konzentriert ist und an allen anderen Punkten die Verformung geringer ist.
Die vorliegende Ausführungsform ist, wie in der Figur gezeigt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode 32 (ein Schottky-Übergang 50) nur an dem Auslegerabschnitt ausgebildet ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine hohe Empfindlichkeit erhalten, wobei der Leckstrom reduziert wird, da der Schottky-Übergang an keinem Teil ausgebildet ist, welcher nicht zu Erfassung von Verformung beiträgt.
11 ist eine Draufsicht einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es werden dieselben Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode 32 (ein Schottky-Übergang 50) nur an dem Schienenabschnitt der Sonde 10 ausgebildet ist und dort in einer Bandform an dem Mittelabschnitt der Sonde 10 ausgebildet ist, um, ähnlich der vierten Ausführungsform, einen Leckstrom zu reduzieren.
12 und 13 sind Draufsichten auf sechste bzw. siebte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es wurden die gleichen Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Jede dieser Ausführungsformen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode 32 (der Schottky-Übergang 50) ähnlich der der vierten bzw. fünften Ausführungsformen ist, jedoch nur an einem der Auslegerabschnitte ausgebildet ist. Gemäß der sechsten und siebten Ausführungsformen wird ein Leckstrom stark reduziert, wenngleich die Erfassungsempfindlichkeit ein wenig abnimmt.
Obwohl in jeder der oben erwähnten Ausführungsformen, wie beschrieben, eine Metallelektrode mit dem n-Substrat 31 verbunden ist, um den Schottky-Übergang zu erhalten, kann alternativ zum Erhalten des Schottky-Übergangs eine Metallelektrode mit einem p-Substrat verbunden werden.
In der Konfiguration, in welcher der Schottky-Übergang 50 so ausgebildet ist, dass der Übergang an Endflächen der Sonde nicht freigelegt ist (so wie die unter Bezugnahme auf 9, 11 und 13 beschriebenen Ausführungsformen) vergrößert sich ein durch die Verteilung der Flächenladungsschicht 49 hervorgerufener Leckstrom wie in 14 gezeigt, und zwar als Ergebnis einer an den Schottky-Übergang 50 angelegten Rückwärtsbeanspruchung. Bei normaler Verwendung tritt ein Leckstrom an den Endabschnitten des Armabschnitts 10a auf. Aus diesem Grund kann ein neues Problem dahingehend auftreten, dass die Messempfindlichkeit abnehmen kann. Deshalb wird in jeder der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein solcher Anstieg des Leckstroms unterdrückt.
15A ist eine Draufsicht einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15B und 15C sind verschiedene mögliche Schnittansichten entlang Linie E-E' von 15A. Diese Figuren zeigen in vergrößertem Maßstab den Schienenbiegeabschnitt an der Basis oder Wurzel des Armabschnitts 10a. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Elektrode 32 in einer Bandform in der Mitte des Schienenabschnitts der Sonde 10 ausgebildet, so dass der Schottky-Übergang 50, wie in 15A gezeigt, nicht an der Endfläche der Sonde 10 freigelegt ist. Ein n⁺-Kontaktbereich 21a ist in einer Oberfläche eines n-Substrats 31 zwischen dem Endabschnitt 10a und dem Schottky-Übergang 50 ausgebildet, welcher dazu dient, eine Vergrößerung der Raumladungsschicht zu verhindern.
Gemäß dieser Konfiguration wird eine horizontale Ausbreitung des Raumladungsbereichs 49 oder dergleichen, welcher in der Umgebung des Schottky-Übergangs auftritt, durch den n+-Kontaktbereich 21a verhindert. Dadurch wird ein Leckstrom unterdrückt, um die Abnahme der Messempfindlichkeit zu verhindern.
Indem ein n-Halbleiterbereich 47 in der Hauptfläche eines p-Substrats 48 in einer Inselform ausgebildet wird und indem die oben erwähnte Konfiguration in dem n-Halbleiterbereich 47 ausgebildet wird, wird der Leckstrom durch Trennung mit einem p-n-Übergang weiter unterdrückt.
16A ist eine Draufsicht einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung_: 16B und 16C sind verschiedene mögliche Schnittansichten entlang einer Linie F-F' von 16A. Es wurden dieselben Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode 32 in einer Bandform an dem Mittelabschnitt einer Sonde 10 ausgebildet ist, so dass der Schottky-Übergang 50 an den Endflächen der Sonde 10 nicht freigelegt ist und ein n⁺-Kontaktbereich 21b ausgebildet ist, welcher, wie in 16A gezeigt, den Schottky-Übergang 50 umgibt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die horizontale Ausbreitung der Halbleiterschicht 49 durch den n⁺-Kontaktbereich 21 verhindert, so dass sie nicht den Endabschnitt des Armabschnitts 10a erreicht. Daher wird eine hohe Messempfindlichkeit beibehalten, da ein Anstieg des Leckstroms unterdrückt wird. Durch das Ausbilden der oben erwähnten Konfiguration in einem n-Halbleiterbereich 47 wird der Leckstrom wie in 16C gezeigt, durch Trennung mit einem p-n-Übergang weiter unterdrückt.
17A ist eine Draufsicht einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 17B und 17C sind verschiedene mögliche Schnittansichten entlang Linie G-G' von 17A. Es wurden die gleichen Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode 32 an dem Mittelabschnitt einer Sonde 10 ausgebildet ist, so dass der Schottky-Übergang 50 nicht an der Endfläche der Sonde 10 freigelegt ist und ein n⁺-Kontaktbereich 21c ausgebildet ist, um den Schottky-Übergang 50 in drei Richtungen zu umgeben.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Leckstrom, welcher im Bereich des Schottky-Übergangs 50 auftritt, durch den n⁺-Kontaktbereich 21c unterdrückt und der Leckstrom erreicht nicht den Endabschnitt der Sonde 10. Daher wird eine hohe Messempfindlichkeit aufrechterhalten, da jeder Anstieg eines Leckstroms unterdrückt wird. Durch Ausbilden der oben erwähnten Konfiguration in einem n-Halbleiterbereich 47 wird ein Leckstrom wie in 17C gezeigt, durch Trennung mit einem p-n-Übergang weiter unterdrückt.
18A und 18B zeigen Beispiele, in welchen der Sensor der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (16) tatsächlich an einem rechteckigen Armabschnitt ausgebildet ist. 18A ist eine Draufsicht der Ausführungsform. 18B ist eine Schnittansicht entlang der Linie H-H' von 18A. Es wurden dieselben Symbole wie zuvor verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu zeigen. In der neunten und zehnten Ausführungsform ergibt sich eine breite Breite des Sensors, da der Schottky-Übergang 50 an der Mitte des Sensorabschnitts ausgebildet ist, und an einem Umfangsabschnitt ist ein n⁺-Kontaktbereich 21 ausgebildet. Um die Breite des Armausschnitts 10a klein auszubilden, ist daher ein rechteckiger Arm für das Design des Armabschnitts einfacher als ein U-förmiger Arm.
Obwohl oben beschrieben ist, dass in jeder Ausführungsform der dünne Film zum Bereitstellen der Vorbeanspruchung der Isolationsfilm 40 ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der dünne Film kann ein leitender oder ein halbleitender Film sein, solange vorher auf der Oberfläche des Substrats der Isolationsfilm ohne Bereitstellung einer Vorbeanspruchung ausgebildet ist und der dünne Film auf dem Isolationsfilm ausgebildet ist.
19 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration eines Mikroskops mit abtastender Sonde, welches die vorliegende Erfindung verwendet, zeigt. Eine Probe 52 ist auf einem Drei-Dimensionen-Probentisch 55 platziert und eine untersuchende Nadel 31b der Sonde 10, welche wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist dem Tisch zugewandt angeordnet. Die Diodencharakteristik des Schottky-Übergangs, welcher in der Sonde 10 ausgebildet ist, wird an einem Messabschnitt 71 erfasst und an einem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) eines Differentialverstärkers 75 als ein Biegesignal S1 eingegeben.
Ein Referenzwert bezüglich des Biegens der Sonde 10 wird an einem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Differentialverstärkers 75 eingegeben, so dass die Ausgabe des Differentialverstärkers 75 Null ergibt, wenn die Biegung beispielsweise Null ist. Ein Fehlersignal S2, welches von dem Differentialverstärker ausgegeben wird, wird einen Steuer-/Regelabschnitt 76 eingegeben. Der Steuer-/Regelabschnitt 76 steuert/regelt einen Stellantriebsverstärker 70, so dass das Fehlersignal S2 sich Null annähert. Das Ausgangssignal des Steuer-/Regelabschnitts 76 wird außerdem einem Monitor (CRT) als ein Leuchtsignal zugeführt. Ein Abtastsignal-Erzeugungsabschnitt 78 liefert ein Differenzsignal an den Stellantriebsverstärker 70, um die Probe 52 ein wenig in die XYZ-Richtungen zu bewegen. Der Abtastsignal-Erzeugungsabschnitt 78 liefert außerdem ein Rastabtastsignal an den Monitor.
Wie oben erwähnt, weist die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile auf:

(1) Es erhöht sich nicht nur die Empfindlichkeit der Sonde auf Biegen, sondern es wird durch Erfassen des Biegens der Sonde als eine Veränderung der elektrischen Charakteristik des Schottky-Übergangs die Konfiguration einer Erfassungsschaltung, die mit der nächsten Stufe verbunden ist, verbessert.
(2) Die Messempfindlichkeit kann auf einem hohen Wert gehalten werden, indem jeder Anstieg eines Leckstroms unterdrückt wird, und zwar durch Ausbilden eines Hochkonzentrations-Kontaktbereichs zwischen dem Schottky-Übergang und Endabschnitten der Sonde, so dass eine an dem Schottky-Übergang auftretende Raumladungsschicht nicht die Endabschnitte der Sonde erreicht.
(3) Die Empfindlichkeit auf Auslenkung der Sonde kann verbessert werden, indem über der Hauptfläche der Sonde ein dünner Film ausgebildet wird, so dass ein Schottky-Übergangsbereich, welcher beim Biegen der Sonde einer Beanspruchung/Verformung ausgesetzt wird, vorbeansprucht wird.
(4) Die Oberflächenverformung der Probe kann mit hoher Empfindlichkeit untersucht werden, indem als Sonde eines Mikroskops mit abtastender Sonde ein Halbleiterverformungssensor der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei die Oberflächenform der Probe durch den Verformungswert der Sonde erfasst wird, welcher als eine Änderung einer elektrischen Charakteristik des Schottky-Übergangs erfasst wird.

Claims

Halbleiterverformungssensor umfassend: eine Halbleiterauslegersonde (10) mit einem Ursprung, welcher in einem Abstand von einem freien Ende desselben angebracht ist; und einen Schottky-Übergang (9), welcher an dem Ursprung der Halbleitersonde vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: einen Hochkonzentrationskontaktbereich (21), welcher in einer Oberfläche der Halbleitersonde und getrennt von dem Schottky-Übergang ausgebildet ist; und eine Elektrode (22), welche mit dem Hochkonzentrationskontaktbereich verbunden ist.
Halbleiterverformungssensor nach Anspruch 1, wobei die Elektrode mit dem Hochkonzentrationskontaktbereich ohmsch kontaktiert ist.
Halbleiterverformungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schottky-Übergang eine Bandform entlang des Endabschnitts der Sonde aufweist.
Halbleiterverformungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schottky-Übergang im Wesentlichen über der gesamte Oberfläche der Sonde vorgesehen ist.
Halbleiterverformungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schottky-Übergang in einem Bereich, der von den Endabschnitten der Sonde einen Abstand aufweist, bereitgestellt ist.
Halbleiterverformungssensor nach Anspruch 5, wobei der Hochkonzentrationskontaktbereichzwischen dem Schottky-Übergang und den Endabschnitten des Substrats ausgebildet ist.
Halbleiterverformungssensor nach Anspruch 5, wobei der Hochkonzentrationskontaktbereich den Schottky-Übergang in einer Oberfläche des Substrats umgibt.
Halbleiterverformungssensor nach einem der Ansprüche 5 und 7, wobei die Halbleitersonde so konstruiert ist, dass ein Halbleiterbereich vom leitfähigen Typ verschieden von dem Halbleitersubstrat in dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und eine Elektrode an der Oberfläche des Halbleiterbereichs Schottky-verbunden ist, um den Schottky-Übergang auszubilden.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterverformungssensors umfassend die Schritte: Ausbilden einer Halbleitersonde (10) durch Ätzen eines Halbleitersubstrats, um eine Sondenform zu bilden; wahlweises Ausbilden eines Hochkonzentrationsbereichs (21) in der Oberfläche der Halbleitersonde; wahlweises Schottky-Verbinden einer ersten Elektrode (22) mit dem Ursprungsabschnitt (9) der Halbleitersonde an einer von dem Hochkonzentrationskontaktbereich getrennten Position; und Verbinden einer zweiten Elektrode (32) mit dem Hochkonzentrationskontaktbereich.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterverformungssensors nach Anspruch 9, ferner umfassen einen Schritt zum Ausbilden eines dünnen Films (8) auf wenigstens einer Oberfläche der Probe, um den Schottky-Übergang einer Druckbelastung auszusetzen.
Mikroskop mit abtastender Sonde, welches den Halbleiterverformungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet.