DE69821206T2

DE69821206T2 - Rasterprobenmikroskop mit integriertem Ablenkungssensor

Info

Publication number: DE69821206T2
Application number: DE69821206T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Chiba-shi Takahashi; Yoshiharu Mihama-ku Shirakawabe; Nobuhiro Mihama-ku Chiba Shimizu; Michel Despont
Original assignee: Seiko Instruments Inc; International Business Machines Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp; International Business Machines Corp
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: JP3883699B2; EP0922930A1; EP0922930B1; DE69821206D1; US6388252B1; JPH11211736A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen selbsterfassenden Typ eines SPM-Fühlers, und genauer auf eine Struktur eines selbsterfassenden Typs eines SPM-Fühlers unter Verwendung eines Auslegertyps eines SPM-Fühlers mit auf einem Halbleitersubstrat vorgesehenen U-förmigen Piezo-Widerständen.
SPM (Raster-Fühler-Mikroskope) werden verwendet, um die Oberflächenform und Änderungen physikalischer Größen von kleinen Partikeln in der Größenordnung eines Atoms festzustellen. Die SPM-Vorrichtung verwendet einen SPM-Fühler mit einer Spitze, die am Ende eines Abtastfühlers vorgesehen ist. In der SPM-Vorrichtung, die den obenbeschriebenen SPM-Fühler verwendet, wird durch Abtasten der Oberfläche der Probe mit der an der Kante des Fühlers vorgesehenen Spitze eine Wechselwirkung (wie z. B. eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft) zwischen der Oberfläche der Probe und der Spitze erzeugt, wobei durch Erfassen der Größe der Auslenkung des SPM-Fühlers, die durch die Wechselwirkung hervorgerufen wird, die Form der Oberfläche der Probe gemessen wird.
Für die Messung der Auslenkung des SPM-Fühlers ist ein Piezo-Widerstandfühler mit auf der Oberfläche eines Halbleiters ausgebildeten Piezo-Widerständen vorgesehen, wobei Schwankungen des Widerstandes gemessen werden, um das Maß der Auslenkung zu erfassen.
Der obenbeschriebene SPM-Fühler wird als ein selbsterfassender Typ von SPM-Fühler bezeichnet.
Dieser selbsterfassende Typ von SPM-Fühler, der auf der herkömmlichen Technik basiert, wird im allgemeinen in einer Auslegerform hergestellt, wie in 16 und 17 gezeigt ist. Der SPM-Fühler 180 in 17 umfasst einen Ausleger 182 und eine Referenz 184 zum Messen eines Referenzwiderstandswertes, wobei P⁺-Piezo-Widerstände 188 und 190 auf dem Ausleger 182 und der Referenz 184 jeweils ausgebildet werden durch selektives Implantieren von P-Typ-Störstellenionen in einer U-Form (siehe 16) in die Oberfläche eines N-Typ-Siliciumsubstrats 186.
Anschließend wird auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 186 ein Siliciumoxid-(SiO₂)-Film 192 ausgebildet, um die Oberfläche ausschließlich der Metallkontaktabschnitte des Auslegers 182 und der Referenz 184 zu schützen, wobei Aluminium-(Al)-Elektroden 194, 196, 198 und 200 zum Kontaktieren in die jeweiligen Metallkontaktabschnitte eingebettet werden. Hierbei wird angenommen, dass P-Typ-Störstellenionen in die Oberfläche des N-Typ-Siliciumsubstrats 186 implantiert werden, um P⁺-Piezo-Widerstände 188 und 190 auszubilden, wobei jedoch dann, wenn ein P-Typ-Siliciumsubstrat verwendet wird, N-Typ-Störstellenionen in die Oberfläche des Substrats implantiert werden, um N⁺-Piezo-Widerstände auszubilden.
Beim selbsterfassenden Typ des SPM-Fühlers 180, der auf der herkömmlichen Technik basiert, wird dann, wenn die Oberfläche einer Probe mit dem Ausleger 182 des Abtastfühlermikroskops mit einer an dessen Kante vorgesehenen Spitze (nicht gezeigt) abgetastet wird, eine Anziehungskraft oder eine Abstoßungskraft entsprechend einer Zwischenatomkraft zwischen der Oberfläche der Probe und der Spitze erzeugt, wobei der Widerstand der Piezo-Widerstände 188 variiert, wenn der Ausleger 182 aufgrund der Zwischenatomkraft ausgelenkt wird, und wobei das Maß der Auslenkung des Auslegers 182 entsprechend den Schwankungen erfasst wird. Die Schwankungen des Widerstands der Piezo-Widerstände 188 und des Auslegers 182 werden unter Verwendung der Aluminiumelektroden 194 und 196 der Metallkontaktabschnitte gemessen.
Die Messung der Widerstandswerte wird in der Referenz 184 gleichzeitig mit der obenbeschriebenen Operation durchgeführt. Diese Messung wird durchgeführt, um Referenzwiderstandswerte für die Ausführung einer Temperaturkompensation unter Verwendung einer Wheatstone-Brücke auszuführen, da ein Widerstandswert in einem Piezo-Widerstand selbst entsprechend den Bedingungen (wie z. B. einer Temperaturbedingung) variiert, statt nur aufgrund der Auslenkung.
Selbsterfassende Typen von SPM-Fühlern, die einen Piezo-Widerstand verwenden, sind z. B. beschrieben in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI 5-196458, im US-Patent Nr. 5.444.244 und im US-Patent Nr. 5.345.815.
Bei dem selbsterfassenden Typ des SPM-Fühlers auf der Grundlage der herkömmlichen Technik sind jedoch die Piezo-Widerstände 188, 190 des Auslegers 182 und der Referenz 184 in einer U-Form auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 186 angeordnet, so dass dann, wenn ein Leckstrom zwischen den einander gegenüberliegenden Piezo-Widerständen bei dazwischen liegendem Halbleitersubstrat 186 auftritt (z. B. zwischen den Widerständen 188, zwischen den Widerständen 190 und zwischen den Widerständen 188 und 190), Schwankungen des Widerstands der Piezo-Widerstände nicht genau erfasst werden können.
Wenn Licht um die Piezo-Widerstände 188, 190 einstrahlt, werden auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 186 Träger erzeugt, wobei ein Rauschen auftritt, wenn der Widerstand gemessen wird, so dass Änderungen des Widerstands der Piezo-Widerstände nicht genau erfasst werden können.
Das Problem des Lichts kann beseitigt werden durch Abdecken jedes der Piezo-Widerstände mit einem lichtabschirmenden Material, jedoch besteht das Problem, dass das abzudeckende Objekt sehr klein ist und es ferner erforderlich ist, dass der Ausleger 182 entlang einer Form der Oberfläche der Probe ausgelenkt wird, weshalb es aus diesen Gründen schwierig ist, einen Piezo-Widerstand mit einem lichtabschirmenden Material abzudecken.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zur Lösung der obenbeschriebenen Probleme einen selbsterfassenden Typ eines SPM-Fühlers zu schaffen, der verhindern kann, dass ein Leckstrom zwischen Piezo-Widerständen durch ein Halbleitersubstrat auftritt oder ein Rauschen erzeugt wird aufgrund des Einflusses eines Trägers, der aufgrund von Bestrahlung der Widerstände mit Licht erzeugt wird, und der das Auslenkungsmaß eines Auslegers genau erfassen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein selbsterfassender Typ eines SPM-Fühlers geschaffen, der umfasst:
ein Halbleitersubstrat, und
einen U-förmigen Piezo-Widerstand, der auf einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Isolationsverarbeitung wenigstens für das Halbleitersubstrat ausgeführt wird, das sich zwischen zwei linearen Abschnitten des U-förmigen Piezo-Widerstands befindet, wobei die Isolationsverarbeitung durchgeführt wird, indem Störstellendiffusionsschichten (18), die jeweils einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der dem Leitfähigkeitsfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, der das Halbleitersubstrat bildet, im Halbleitersubstrat auf wenigstens den gegenüberliegenden Seiten der zwei linearen Abschnitte ausgebildet werden, die einander über das dazwischen befindliche Halbleitersubstrat gegenüberliegen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Isolationsverarbeitung auf dem Halbleitersubstrat zwischen U-förmigen Piezo-Widerständen durchgeführt, die einander gegenüberliegen, um die Elemente voneinander elektrisch zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder von Rauschen, das durch einen Träger aufgrund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können, was eine genaue Erfassung des Auslenkungsmaßes des Auslegers erlaubt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Referenz mit Piezo-Widerständen neben einem Ausleger ausgebildet und eine Isolationsverarbeitung auch auf dem Halbleitersubstrat zwischen den U-förmigen Piezo-Widerständen der Referenz ausgeführt, die einander gegenüberliegen, um die Elemente voneinander elektrisch zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms in einer Referenz oder von Rauschen, das durch einen Träger aufgrund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können, was eine genaue Erfassung eines Auslenkungsmaßes eines Auslegers erlaubt.
Mit der vorliegenden Erfindung werden als Isolationsverarbeitung Störstellendiffusionsschichten, die jeweils aus einem Leitfähigkeitstyp bestehen, der entgegengesetzt ist zu demjenigen eines Halbleitersubstrats, in dem Raum in einem Halbleitersubstrat wenigstens auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Piezo-Widerstände ausgebildet, die einander gegenüberliegend mit dazwischen befindlichem Halbleitersubstrat angeordnet sind, wobei die Elemente voneinander elektrisch getrennt werden, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder von Rauschen, das durch einen Träger aufgrund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung werden als Isolationsverarbeitung Piezo-Widerstände auf Halbleiterschichten ausgebildet, die jeweils in der gleichen U-Form ausgebildet werden wie diejenige des Widerstands, wobei eine isolierte Schicht zwischen der Halbleiterschicht und dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist, um die Elemente elektrisch voneinander zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder von Rauschen, das durch einen Träger aufgrund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung werden als Isolationsverarbeitung Störstellendiffusionsschichten, die jeweils aus einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen eines Halbleitersubstrats in jedem Raum im Halbleitersubstrat wenigstens auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Piezo-Widerstände ausgebildet, die mit dazwischenliegendem Halbleitersubstrat nebeneinander angeordnet sind, wobei Isolatoren ebenfalls im Halbleitersubstrat zwischen den einander gegenüberliegenden Piezo-Widerständen ausgebildet werden, um die Elemente elektrisch voneinander zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder von Rauschen, das durch einen Träger aufgrund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung wird der obenbeschriebene Fühler mit kleinerem Lichtleckstrom in der SPM-Vorrichtung verwendet, so dass ein Lichtabschirmungsmechanismus, der herkömmlicher Weise erforderlich ist, weggelassen werden kann und ein Rauschen aufgrund eines Leckstroms verhindert werden kann, wobei eine hocheffiziente Messung durchgeführt werden kann.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Draufsicht eines selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs einer Linie A-A in 1 ist;
3A bis 3E Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 1 sind;
4F bis 4I Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 1 sind;
5 eine Draufsicht eines selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs einer Linie B-B in 5 ist;
7A bis 7D Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 2 sind;
8F bis 8H Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 2 sind;
9 eine Draufsicht eines selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs einer Linie C-C in 9 ist;
11A bis 11D Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 3 sind;
12E bis 12H Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 3 sind;
13I bis 13K Ansichten zur Erläuterung von Schritten zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs des SPM-Fühlers gemäß der Ausführungsform 3 sind;
14A und 14B Diagramme sind, die Spannung-Strom-Kennlinien zeigen, wenn ein Piezo-Widerstand bestrahlt wird und wenn er nicht bestrahlt wird, wobei 14A ein Vergleichsbeispiel zeigt und 14B ein Ergebnis gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15A und 15B Diagramme sind, die Leckstromkennlinien zeigen, wenn ein Piezo-Widerstand bestrahlt wird und wenn er nicht bestrahlt wird, wobei 15A ein Vergleichsbeispiel zeigt und 15B ein Ergebnis gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 eine Draufsicht eines selbsterfassenden Typs eines SPM-Fühlers auf der Grundlage der herkömmlichen Technik ist;
17 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs der Linie D-D in 16 ist; und
18 eine Ansicht ist, die eine Struktur einer SPM-Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
1 zeigt eine Draufsicht eines selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler 10 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, während 2 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs der Linie A-A in 1 zeigt.
In 1 umfasst der selbsterfassende Typ von SPM-Fühler 10 einen Ausleger 12 zum Abtasten einer Oberfläche einer Probe, um eine Form der Oberfläche der Probe zu messen, und eine Referenz 14 zum Erfassen eines Referenzwiderstandswertes. Auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 16 ist auf der Seite des Auslegers 12 ein U-förmiger Piezo-Widerstand 22 vorgesehen, wobei auf der Seite der Referenz 14 ein U-förmiger Piezo-Widerstand 24 vorgesehen ist (z. B. P⁺-Piezo-Widerstandsbereich).
Die Ausführungsform 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass Störstellen-Diffusionsschichten 18, 20, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp (z. B. N^–-Wannenbereich) entgegengesetzt zum Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats 16 (z. B. P-Typ-Siliciumsubstrat) aufweisen, auf der Grenzfläche zwischen den Piezo-Widerständen 22, 24 und dem Halbleitersubstrat 16 ausgebildet sind.
Die Widerstandswerte in den Piezo-Widerständen 22 und 24 werden unter Verwendung der Aluminium-(Al)-Elektroden 30, 32 und 34, 36 gemessen. Schwankungen eines der Widerstandswerte zwischen den Elektroden 30 und 32 werden im Ausleger 12 erfasst, wobei ein Widerstandswert zwischen den Elektroden 34 und 35 unter Verwendung der Referenz 14 erfasst wird.
Bei Betrachtung der in 2 gezeigten Struktur, die eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs der Linie A-A in 1 ist, wird klar, dass die U-förmigen Piezo-Widerstände 22 und 24 (P⁺-Piezo-Widerstandsbereiche) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 16 (P-Typ-Siliciumsubstrat) durch jeweils die Störstellendiffusionsschichten 18 und 20 (N^–-Wannenbereiche) vorgesehen sind. Wie oben beschrieben worden ist, bestehen die Störstellendiffusionsschichten 18, 20 jeweils aus einem Leitfähigkeitstyp (N^–-Wannenbereich) entgegengesetzt zu demjenigen des Halbleitersubstrats 16 und sind zwischen dem Halbleitersubstrat 16 (P-Typ-Siliciumsubstrat) und den Piezo-Widerständen 22, 24 (P⁺-Piezo-Widerstandsbereiche) vorgesehen, so dass die Störstellendiffusionsschichten 18, 20 wie Isolatoren wirken.
Aus diesem Grund tritt kein Leckstrom zwischen den Piezo-Widerständen 22 und 24 gegenseitig oder zwischen den Piezo-Widerständen 22 und 24 auf, wobei ferner eine Bewegung von Elektronen durch die Störstellendiffusionsschichten 18, 20 eingeschränkt ist, selbst wenn ein Träger auf der Oberfläche dies Halbleitersubstrats 16 aufgrund von Bestrahlung mit Licht um die Piezo-Widerstände 22, 24 erzeugt wird, wobei aus diesem Grund das Auftreten von Rauschen (Störung aufgrund von Licht) verhindert werden kann.
Es folgt eine Beschreibung der Schritte zur Ausbildung der Störstellendiffusionsschicht 18, die in 2 gezeigt ist, mit Bezug auf die 3A bis 3E und die 4F bis 4I. Es ist zu beachten, dass die 3A bis 3E und die 4F bis 4I Querschnittsansichten der Schritte zur Ausbildung der Störstellendiffusionsschicht 18 in einem der Piezo-Widerstände 22 des Auslegers 12 in 2 zeigen, wobei die gleichen Bezugszeichen den Abschnitten zugewiesen sind, die denjenigen in 2 entsprechen.
Wie in 3A gezeigt ist, werden Siliciumoxid-(SiO₂)-Filme 40, 42 jeweils mit einer spezifischen Dicke auf den hinteren und oberen Oberflächen des Halbleitersubstrats 16, das aus einem P-Typ-Siliciumsubstrat besteht, ausgebildet, wobei ein Photoresistfilm 44 als Ätzmaske auf dem Siliciumoxidfilm 42 gemustert wird, um eine Spitze des Auslegers auszubilden.
Durch Ätzen des Siliciumsubstrats 16, auf dem dieser Photoresistfilm 44 als Maske ausgebildet ist, mit einer Lösung einer puffernden Flusssäure wird der Siliciumoxidfilm 42, der eine Maske zum Ausbilden einer Spitze wird, gemustert (siehe 3B).
Indem anschließend das Substrat mit diesem Siliciumoxidfilm 42 als Maske einem Reaktivionenätzen (RIE) unterworfen wird, wird eine scharfe Spitze 44 unter der Maske 42 ausgebildet (siehe 3C).
Wie in 3D gezeigt ist, wird eine Störstellendiffusionsschicht 18 ausgebildet durch Ausbilden eines Photoresistfilms 46 mit einem Bereich für den Störstellendiffusionsbereich 18, um auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 16 geöffnet ausgebildet zu werden, auf der Grundlage der Photolithographietechnik und der Ionenimplantierung von V-Gruppe-Elementen, wie z. B. Phosphor (P) zum Ausbilden eines N^–-Wannenbereiches.
Wie in 3E gezeigt ist, wird ein Piezo-Widerstand 22 innerhalb der Störstellendiffusionsschicht 18 ausgebildet durch Ausbilden eines Photoresistfilms 48 mit einem Bereich für den Piezo-Widerstand 22, um in der Störstellendiffusionsschicht 18 darauf geöffnet ausgebildet zu werden, und durch Ionenimplantierung, um einen P⁺-Piezo-Widerstandsbereich auszubilden.
Wie in 4F gezeigt ist, wird anschließend ein Photoresistfilm 50 ausgebildet, um einen Kantenabschnitt eines Auslegers zu bilden, wobei ein anisotropisches Ätzen des Halbleitersubstrats 16 mit dem Film als Maske bis zu wenigstens derselben Tiefe wie die Dicke des Auslegers entsprechend dem RIE ausgeführt wird, und woraufhin der Kantenabschnitt des Auslegers ausgebildet wird.
Wie in 4G gezeigt ist, wird der Photoresistfilm 50 von der Oberfläche des Substrats entfernt, wobei ein Photoresistfilm 52 als Ätzmaske unter dem Siliciumoxidfilm 40 auf der hinteren Oberfläche ausgebildet wird, und ein Rückseitenätzen für den Film 40 mit dem Photoresistfilm 52 als Maske unter Verwendung einer Lösung einer puffernden Flusssäure (BHF) durchgeführt wird, woraufhin der Siliciumoxidfilm 40 gemustert wird.
Wie in 4N gezeigt ist, wird ein Abschnitt ausschließlich eines Metallkontaktabschnitts des Piezo-Widerstands 22 sowie eine Spitze 24 auf dem Halbleitersubstrat 16 mit einem Siliciumoxidfilm 26 abgedeckt, um dessen Oberfläche zu schützen, wobei Aluminium im Metallkontaktabschnitt eingebettet wird, um eine Elektrode 30 auszubilden.
Wie in 4I gezeigt ist, wird anschließend die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 16 teilweise entfernt, indem sie einem Rückseitenätzen unter Verwendung einer Lösung von 40% Kaliumhydroxid (KOH + N₂O) ausgesetzt wird, wobei der Siliciumoxidfilm 40 in 4G als Maske gemustert worden ist, woraufhin ein flexibler Ausleger mit einer spezifischen Dicke ausgebildet wird.
Wie oben beschrieben worden ist, werden gemäß der Ausführungsform 1 Störstellendiffusionsschichten 18, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der entgegengesetzt ist zu demjenigen des Halbleitersubstrats, um die u-förmigen Piezo-Widerstände ausgebildet, die einander mit dazwischen liegendem Halbleitersubstrat 16 gegenüberliegen, so dass die Elemente durch eine Isolation getrennt sind, wobei ein Leckstrom zwischen den Piezo-Widerständen oder ein Rauschen aufgrund eines durch Bestrahlung mit Licht erzeugten Trägers verhindert werden können, was eine genaue Erfassung des Auslenkungsmaßes des Auslegers erlaubt.
Es ist zu beachten, dass die Erfindung gemäß der Ausführungsform 1 ein P-Typ-Siliciumsubstrat als Halbleitersubstrat 16, P⁺-Piezo-Widerstandsbereiche für die Piezo-Widerstände 22 und 24, und N^–-Wannenbereiche für die Störstellendiftusionssichten 18 und 20 aufweist, jedoch kann sie für jeweils einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zum obigen Typ ein N-Typ-Siliciumsubstrat für das Halbleitersubstrat 16, N⁺-Piezo-Widerstandsbereiche für die Piezo-Widerstände 22 und 24, und P^–-Wannenbereiche für die Störstellendiffusionssichten 18 und 20 umfassen.
5 zeigt eine Draufsicht eines selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler 60 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, während 6 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs der Linie B-B in 5 zeigt.
In 5 umfasst der selbsterfassende Typ des SPM-Fühlers 60 einen Ausleger 62 zum Abtasten einer Oberfläche einer Probe, um eine Form der Oberfläche der Probe zu messen, und eine Referenz 64 zum Erfassen eines Referenzwiderstandswertes.
Die Ausführungsform 2 ist, wie in 6 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente getrennt sind durch Isolieren der u-förmigen Piezo-Widerstände voneinander unter Verwendung der SOI-Technik (Silicium-Auf-Isolator-Technik), in der eine eingebettete Oxidschicht (SiO₂) 68 auf einem aus Silicium gebildeten Halbleitersubstrat 66 ausgebildet wird, und ferner darauf Siliciumschichten 70, 72 thermisch angeheftet werden.
Das heißt, wie in 5 und 6 gezeigt ist, es wird eine eingebettete Oxidschicht 66 aus Isolatoren auf dem Halbleitersubstrat 68 ausgebildet, wobei U-förmige Piezo-Widerstände 74, 76 auf U-förmigen SOI-Siliciumschichten 70, 72, die auf der eingebetteten Oxidschicht 68 ausgebildet sind, ausgebildet werden. Aus diesem Grund ist der Raum zwischen den Piezo-Widerständen 74, die einander zugewandt sind, oder zwischen den Piezo-Widerständen 74 und 76, die nebeneinander liegen, mit der eingebetteten Oxidschicht 68 sowie mit einer Oxidschicht 78 isoliert, so dass die Piezo-Widerstände nicht durch einen Leckstrom zwischen dem Piezo-Widerständen oder durch ein Rauschen aufgrund des Auftretens eines Trägers zwischen diesen beeinflusst werden.
Es folgt eine Beschreibung der Schritte zur Ausbildung des selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler 60, um die Elemente gemäß den SOI-Inseln, die in 6 gezeigt sind, zu trennen, mit Bezug auf die 7A bis 7D und die 8E bis 8H. Es ist zu beachten, dass die 7A bis 7D und die 8E bis 8H Querschnitte der Schritte zur Ausbildung eines Piezo-Widerstands 74 des Auslegers 62 in 6 zeigen, wobei die gleichen Bezugszeichen den Abschnitten zugewiesen sind, die denjenigen in 6 entsprechen.
Wie in 7A gezeigt ist, wird ein SOI-Substrat mit einer Sandwichstruktur gebildet, die erhalten wird durch Ausbilden der eingebetteten Oxidschicht 68 auf dem aus einem Siliciumsubstrat gefertigten Halbleitersubstrat 66 und weiteres thermisches Anheften einer SOI-Siliciumschicht 70 auf der eingebetteten Oxidschicht 68. Anschließend werden Siliciumoxidfilme 90, 92 ausgebildet durch thermisches Oxidieren der oberen und hinteren Oberflächen des SOI-Substrats, wobei ein Photoresistfilm 94 als Ätzmaske auf dem Siliciumoxidfilm 92 gemustert wird.
Wie in 7B gezeigt ist, wird anschließend durch Aussetzen des Siliciumoxidfilms 92 einem Lösungsätzen einer Lösung einer puffernden Flusssäure (BHF) mit diesem Photoresist 94 als Maske ein Siliciumoxidfilm 92 gemustert, der eine Maske für die Ausbildung einer Spitze wird.
In dem die Siliciumschicht mit diesem Siliciumoxidfilm 92 als Maske einem Reaktivionenätzen (RIE) ausgesetzt wird, wird eine scharte Spitze 96 unter der Maske 92 ausgebildet (siehe 7C).
Wie in 7D gezeigt ist, kann ferner ein Piezo-Widerstand 94 innerhalb der SOI-Siliciumschicht 70 ausgebildet werden durch Ausbilden eines Photoresistfilms 98 mit einem Bereich für den Piezo-Widerstand, um auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 66 geöffnet ausgebildet zu werden, und durch Ausbilden eines P⁺-Piezo-Widerstandsbereiches durch Ionenimplantierung in diesem.
Wie in 8E gezeigt ist, wird ein auslegerförmiger Photoresistfilm 100 auf der SOI-Siliciumschicht 70 ausgebildet, um einen Kantenabschnitt des Auslegers auszubilden, wobei die SOI-Siliciumschicht unmittelbar vor der eingebetteten Oxidschicht 68 entsprechend dem RIE mit dem Photoresistfilm 100 als Maske einem Ätzen unterworfen wird, woraufhin der Kantenabschnitt des Auslegers ausgebildet wird.
Wie in 8F gezeigt ist, wird der Photoresistfilm 100 von der Oberfläche des Substrats entfernt, wobei ein Photoresistfilm 102 als Ätzmaske unter dem Siliciumoxidfilm 90 auf der hinteren Oberfläche ausgebildet wird, und wobei der Film 90 mit dem Photoresistfilm 102 als Maske einem Rückseitenätzen ausgesetzt wird, indem eine Lösung einer puffernden Flusssäure (BHF) verwendet wird, woraufhin der Siliciumoxidfilm 90 gemustert wird.
Wie in 8G gezeigt ist, wird ein Abschnitt ausschließlich eines Metallkontaktabschnitts des Piezo-Widerstands 74 sowie einer Spitze 96 der SOI-Siliciumschicht 70 mit einem Siliciumoxidfilm 78 abgedeckt, um dessen Oberfläche zu schützen, wobei Aluminium in dem Metallkontaktabschnitt eingebettet wird, um eine Elektrode 80 auszubilden.
Wie ferner in 8H gezeigt ist, werden das Halbleitersubstrat 66 und die eingebettete Oxidschicht 68 teilweise entfernt, in dem diese einem Rückseitenätzen unterworfen werden unter Verwendung einer Lösung von 40% Kaliumhydrooxyd (KOH + N₂O) mit dem Siliciumoxidfilm 90, der in 8G als Maske gemustert worden ist, woraufhin ein Ausleger ausgebildet wird, der die SOI-Siliciumschicht 70 mit darin vorgesehenem Piezo-Widerstand 74 aufweist.
Wie oben beschrieben worden ist, werden gemäß der Ausführungsform 2 die U-förmigen Piezo-Widerstände 74 und 76, die auf dem Ausleger 62 und der Referenz 64 vorgesehen sind, durch Ausbilden der eingebetteten Oxidschicht 68 auf dem Halbleitersubstrat 66 und Implantieren von Störstellenionen in die Oberfläche der U-förmigen SOI-Siliciumschichten 70, 72, die ferner auf der Schicht 68 ausgebildet sind, ausgebildet, so dass sicher eine Isolation zwischen den Piezo-Widerständen 74, die einander zugewandt sind, zwischen den Piezo-Widerständen 76, oder zwischen den Piezo-Widerständen 74 und 76 erhalten werden kann, um die Elemente voneinander zu trennen, wobei aus diesem Grund ein Leckstrom zwischen den Piezo-Widerständen oder ein Rauschen aufgrund eines Trägers, der durch Bestrahlung mit Licht erzeugt wird, verhindert werden können, was eine genaue Erfassung des Auslenkungsmaßes des Auslegers erlaubt.
9 zeigt eine Draufsicht des selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler 110 gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, während 10 eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs der Linie C-C in 9 zeigt.
In 9 umfasst der selbsterfassende Typ von SPM-Fühler 110 einen Ausleger 112 zum Abtasten einer Oberfläche einer Probe, um eine Form der Oberfläche der Probe zu messen, sowie eine Referenz 124 zum Erfassen eines Referenzwiderstandswertes. Auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 116 ist auf der Seite des Auslegers 112 ein U-förmigen Piezo-Widerstand 140 vorgesehen, während auf der Seite der Referenz 114 ein U-förmiger Piezo-Widerstand 142 vorgesehen ist (z. B. ein P⁺-Piezo-Widerstandsbereich).
Die Ausführungsform 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass Störstellendiffusionsschichten 118, 120, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp (z. B. N^–-Wannenbereich) entgegengesetzt zum Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats 116 (z. B. P-Typ-Siliciumsubstrat) aufweisen, zwischen den Piezo-Widerständen 140, 142 und dem Halbleitersubstrat 116 ausgebildet werden, und dass die Elemente durch Ausführen einer Isolation zwischen den Widerständen 140, die einander zugewandt angeordnet sind, zwischen den Piezo-Widerständen 142 und zwischen den Piezo-Widerständen 140 und 142 getrennt sind.
Die Widerstandswerte der Piezo-Widerstände 140 und 142 werden unter Verwendung der Aluminiumelektroden 146, 148 und 150, 152 gemessen. Schwankungen eines Widerstandswertes zwischen den Elektroden 146 und 148 werden im Ausleger 112 erfasst, während ein Widerstandswert zwischen den Elektroden 150 und 152 unter Verwendung der Referenz 114 erfasst wird.
Bei Betrachtung der Struktur in 10, die eine Querschnittsansicht des SPM-Fühlers längs der Linie C-C in 9 ist, wird deutlich, dass die U-förmigen Piezo-Widerstände 140 und 142 (P⁺-Piezo-Widerstandsbereiche) nahe der Oberfläche des Halbleitersubstrats 116 (P-Typ-Siliciumsubstrat) durch jeweils die Störstellendiffusionsschichten 118 und 120 (N^–-Wannenbereiche) vorgesehen sind. Wie oben beschrieben worden ist, sind die Störstellendiffusionsschichten 118, 120, die den Leitfähigkeitstyp (N^–-Wannenbereich) entgegengesetzt zu demjenigen des Halbleitersubstrats 116 aufweisen, zwischen dem Halbleitersubstrat 116 (P-Typ-Siliciumsubstrat) und den Piezo-Widerständen 140, 142 (P⁺-Piezo-Widerstandsbereiche) vorgesehen, so dass diese Störstellendiffusionsschichten 118, 120 wie Isolatoren wirken.
Ferner werden in der Ausführungsform 3 Siliciumoxidfilme 132, 134 und 136 als Isolatoren zusätzlich zu den Störstellendiffusionsschichten 118, 120 ausgebildet, indem ein LOCOS-Verfahren (lokale Oxidation des Siliciums) zwischen den Piezo-Widerständen 140, zwischen den Piezo-Widerständen 142, oder zwischen den Piezo-Widerständen 140 und 142 vennrendet wird, wobei P^±-Störstellendiffusionsschichten 124, 126 und 128 dazwischen ausgebildet werden, um einen Leckstrom aufgrund des Kriechens zur Unterseite der jeweiligen Siliciumoxidfilme 132, 134 und 136 zu verhindern.
Aus diesem Grund kann die Isolation zwischen den Piezo-Widerständen 140, zwischen den Piezo-Widerständen 142, oder zwischen den Piezo-Widerständen 140 und 142 sicher erhalten werden, um die Elemente zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder von Rauschen (Störung aufgrund von Licht) aufgrund eines Trägers, der durch Bestrahlen der Widerstände mit Licht erzeugt wird, sicher verhindert werden kann.
Es folgt eine Beschreibung der Schritte zur Ausbildung des Auslegers 112 des selbsterfassenden Typs von SPM-Fühler, die in 10 gezeigt ist, mit Bezug auf die 11A–11D und die 13I–13K. Es ist zu beachten, dass die 11A–11D und die 13I–13K Querschnitte der Schritte in einem der Piezo-Widerstände 140 des Auslegers 112 in 10 zeigen, wobei die gleichen Bezugszeichen den Abschnitten zugewiesen sind, die denjenigen in 10 entsprechen.
Wie in 11A gezeigt ist, werden Siliciumoxidfilme 160, 162 jeweils mit einer spezifischen Dicke auf den hinteren und oberen Oberflächen des Halbleitersubstrats 160 ausgebildet, das ein P-Typ-Siliciumsubstrat umfasst, wobei ein Photoresistfilm 164 als Ätzmaske auf dem Siliciumoxidfilm 162 gemustert wird, um eine Spitze des Auslegers darauf unter Verwendung der Photolithographietechnik auszubilden.
Anschließend wird durch Ätzen des Siliciumsubstrats 116, auf dem dieser Photoresistfilm 164 als Maske ausgebildet ist, mit einer Lösung einer puffernden Flusssäure der Siliciumoxidfilm 162, der eine Maske zum Ausbilden einer Spitze wird, gemustert (siehe 11B).
Anschließend wird, indem das Substrat mit dem Siliciumoxidfilm 162 als Maske einem Reaktivionenätzen (RIE) ausgesetzt wird, eine scharte Spitze 166 unter der Maske 162 ausgebildet (siehe 11C).
Wie in 11D gezeigt ist, wird eine Störstellendiffusionsschicht 118 ausgebildet durch Ausbilden eines Photoresistfilms 168 zur Ausbildung der Störstellendiffusionsschicht 118 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 116 und Ionenimplantierung von V-Gruppe-Elementen, wie z. B. Phosphor (P), um einen N^–-Wannenbereich auszubilden.
Wie in 12E gezeigt ist, werden Störstellendiffusionsbereiche 124, 126 ausgebildet durch Ausbilden eines Photoresistfilms 170, um die Störstellendiffusionsbereiche 124, 126 zum Trennen der Elemente an beiden Kantenabschnitten der Störstellendiffusionsschicht 118 auszubilden, und durch Ionenimplantierung von III-Gruppe-Elementen, wie z. B. Bor (B) zum Ausbil den von P^±-Piezo-Widerstandsbereichen.
Wie in 12F gezeigt ist, wird anschließend, um Siliciumoxidfilme als Isolatoren auszubilden, die zum Trennen der Elemente an beiden Kantenabschnitten der Störstellendiffusionsschicht 118 unter Verwendung des LOCOS-Verfahrens verwendet werden, das Substrat ausschließlich der Bereiche zum Ausbilden der darauf befindlichen Filme mit einem Siliciumnitrid-(Si₃N₄)-Film 172 abgedeckt und anschließend thermisch oxidiert, so dass durch Züchten Siliciumoxidfilme 132, 134 ausgebildet werden.
Wie in 12G gezeigt ist, wird nach Entfernen des Siliciumnitridfilms 172 ein Photoresistfilm 174 mit einem offenen Bereich zur Ausbildung eines Piezo-Widerstands innerhalb der Störstellendiffusionsschicht 118 ausgebildet, wobei ein P⁺-Piezo-Widerstandsbereich mit diesem Photoresistfilm 174 als Maske durch Ionenimplantierung darin ausgebildet wird, woraufhin ein Piezo-Widerstand auf der Störstellendiffusionsschicht 118 ausgebildet wird.
Wie in 12H gezeigt ist, wird ein Photoresistfilm 175 ausgebildet, um einen Kantenabschnitt eines Auslegers auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 116 auszubilden, wobei das Halbleitersubstrat 116 mit dem Film als Maske einem anisotropischen Ätzen unterworfen wird, wenigstens bis zu der gleichen Tiefe wie eine Dicke des Auslegers entsprechend dem RIE, woraufhin der Kantenabschnitt des Auslegers ausgebildet wird.
Wie in 13I gezeigt ist, wird der Photoresistfilm 175 von der Oberfläche des Substrats entfernt, wobei ein Photoresistfilm 176 als Ätzmaske unter dem Siliciumoxidfilm 160 auf der Rückseitenoberfläche ausgebildet wird, woraufhin der Film 160 mit dem Photoresistfilm 176 als Maske einem Rückseitenätzen unterworfen wird, indem eine Lösung einer puffernden Flusssäure (BHF) verwendet wird, woraufhin der Siliciumoxidfilm 160 gemustert wird.
Wie in 13J gezeigt ist, wird ein Abschnitt ausschließlich eines Metallkontaktabschnitts des Piezo-Widerstands 140 sowie einer Spitze 166 auf dem Halbleitersubstrat 116 mit einem Siliciumoxidfilm 144 abgedeckt, um dessen Oberfläche zu schützen, wobei Aluminium in den Metallkontaktabschnitt eingebettet wird, um eine Elektrode 148 zu bilden.
Wie in 13K gezeigt ist, wird anschließend die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 116 teilweise entfernt, indem diese unter Verwendung einer Lösung von 40% Kaliumhydroxid (KOH + N₂O) mit dem Siliciumoxidfilm 160, der in 12J gemustert worden ist, als Maske unterworfen wird, woraufhin ein flexibler Ausleger mit einer spezifischen Dicke ausgebildet werden kann.
Wie oben beschrieben worden ist, umfassen gemäß der Ausführungsform 3 die Störstellendiffusionsschichten 118 jeweils einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen des Halbleitersubstrats und werden um die U-förmigen Piezo-Widerstände ausgebildet, die einander gegenüberliegend mit jeweils dazwischen angeordnetem Halbleitersubstrat 116 angeordnet sind, so dass die Elemente durch eine Isolation getrennt sind.
Ferner werden die Siliciumoxidfilme 132, 134 und 136 für die Elementtrennung zwischen den Piezo-Widerständen 140, die einander gegenüberliegen, zwischen den Piezo-Widerständen 142, die aneinander gegenüberliegen, oder zwischen den Piezo-Widerständen 140 und 142 ausgebildet, wobei ferner die Störstellendiffusionsschichten 124, 126 und 128, die jeweils den Leitfähigkeitstyp (P^±-Bereiche) entgegengesetzt zum Leitfähigkeitstyp (N^–-Bereiche) der Störstellendiffusionsschichten 118 und 120 aufweisen, im jeweiligen unteren Bereich der Siliciumoxidfilme 132, 134 und 136 ausgebildet werden, wobei aus diesem Grund das Kriechen eines Leckstroms verhindert werden kann, und wobei ferner das Auftreten eines Leckstroms oder eines Rauschens auf Grund eines Trägers, der durch Bestrahlung des Elements mit Licht, während die Messung ausgeführt wird, erzeugt wird, verhindert werden kann, was eine genaue Messung des Auslenkungsmaßes des Auslegers erlaubt.
Es ist zu beachten, dass die Erfindung gemäß der Ausführungsform 3 ein P-Typ-Siliciumsubstrat für das Halbleitersubstrat 116, P⁺-Piezo-Widerstandsbereiche für die Piezo-Widerstände 140 und 142, N^–-Bereiche für die Störstellendiffusionsschichten 118 und 120, und P^±-Bereiche für die Störstellendiffusionsschichten 124, 126 und 128 umfasst, jedoch kann sie auch jeweils für einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zum obigen Typ ein N-Typ-Siliciumsubstrat für das Halbleitersubstrat 116, N⁺-Piezo-Widerstandsbereiche für die Piezo-Widerstände 140 und 142, P^–-Bereiche für die Störstellendiffusionsschichten 118 und 120, und N^±-Bereiche für die Störstellendiffusionsschichten 124, 126 und 128 umfassen.
18 ist ein Blockschaltbild, das eine allgemeine Struktur einer Abtastfühler-Mikroskopvorrichtung zeigt, in der der SPM-Fühler gemäß der Ausführungsformen 1 bis 3 angewendet wird. Eine Probe 272 ist auf einer dreidimensionalen Probenbühne 273 platziert, wobei eine Spitze 12 des SPM-Fühlers 10 mit der obenbeschriebenen Struktur über der Probe 272 angeordnet ist. Ein Messabschnitt 271 beaufschlagt den SPM-Fühler 10 mit einem Vorbelastungssignal, um ein Ausgangssignal zu verstärken, das die Verschiebung des SPM-Fühlers 10 repräsentiert. Ein Erfassungssignal S1 vom SPM-Fühler, das vom Messabschnitt 271 erfasst wird, wird in einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss (+) eines Komparators 275 eingegeben.
Referenzwerte für die Erfassungssignale vom SPM-Fühler 10 wurden von einem Referenzwerferzeugungsabschnitt 279 in einen invertierenden Eingangsanschluss (–) des Komparators 275 eingegeben, so dass ein Ausgang des Komparators 275 z. B. gleich 0 ist, wenn das Auslenkungsmaß gleich 0 ist. Ein vom Komparator 275 ausgegebenes Fehlersignal S2 wird in einen Regelungsabschnitt 276 eingegeben. Der Regelungsabschnitt 276 bewirkt eine Steuerung über einen Betätigungselement-Antriebsverstärker 270, so dass das Fehlersignal S2 nahezu gleich 0 wird. Ein Ausgangssignal vom Regelungsabschnitt 276 wird als Helligkeitssignal in eine CRT eingegeben. Ein Abtastsignalerzeugungsabschnitt 278 gibt ein Signal an den Betätigungselement-Antriebsverstärker 270 aus, um somit die Probe 272 in X-Y-Richtungen abzutasten, und gibt ferner ein Rasterabtastungssignal an die CRT aus. Durch diese Operationen wird auf der CRT ein dreidimensionales Bild angezeigt, das dem Ausgangssignal vom SPM-Fühler entspricht. Die Struktur der Vorrichtung ist eine allgemeine Struktur, wobei aus diesem Grund die Vorrichtung auf verschiedene Weise strukturiert werden kann, unter der Bedingung, dass deren Funktionen den obenbeschriebenen Funktionen entsprechen.
Wie oben beschrieben worden ist, erfasst der selbsterfassende Typ eines SPM-Fühlers eine Ablenkungsrate eines Auslegers durch Messen von Widerstandswerten von U-förmigen Piezo-Widerständen, die im Ausleger verwendet werden, und einer Referenz, wenn die Oberfläche einer Probe mit einer Spitze des Fühlers abgetastet wird. Der selbsterfassende Typ eines SPM-Fühlers gemäß irgendeiner der Ausführungsformen 1 bis 3 kann dann genau das Auslenkungsmaß eines Auslegers erfassen durch Ausführen verschiedener Typen von Isolationsverarbeitungen zwischen den Piezo-Widerständen, da genaue Widerstandswerte nicht gemessen werden können, wenn ein Leckstrom zwischen den Piezo-Widerständen, die nebeneinander liegen, oder ein Träger durch Bestrahlung mit Licht auftreten.
Die 14A und 14B sind Diagramme, die Spannung/Strom-Kennlinien zeigen, wenn ein Piezo-Widerstand mit Licht bestrahlt wird (Photo), und wenn er nicht bestrahlt wird (dunkel), wobei 14A ein Vergleichsbeispiel der Kennlinien zeigt, und wobei 14B die Kennlinien gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleichsbeispiel in 14A sind die Spannung/Strom-Kennlinien (d. h. Widerstandswerte) verschieden, wenn der Piezo-Widerstand mit Licht bestrahlt wird (Photo) und wenn er nicht bestrahlt wird (dunkel), so dass die Widerstandswerte in den Piezo-Widerständen nicht genau gemessen werden können.
Es ist jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung, wie in 14B gezeigt ist, durch Anwenden einer Isolationsverarbeitung auf den jeweiligen Raum zwischen den Piezo-Widerständen ein Ergebnis erhält, bei dem die Spannung/Strom-Kennlinien (Widerstandswerte) nicht verändert werden, wenn der Piezo-Widerstand mit Licht bestrahlt wird (Photo) und auch wenn er nicht bestrahlt wird (dunkel), so dass die Widerstandswerte der Piezo-Widerstände jederzeit genau gemessen werden können, was eine genaue Ermittlung des Auslenkungsmaßes erlaubt.
Die 15A und 15B zeigen Diagramme, die logarithmische I-V-Kennlinien zeigen (d. h. Leckstromkennlinien), wenn ein Piezo-Widerstand mit Licht bestrahlt wird (Photo) und wenn er nicht bestrahlt wird (dunkel), wobei 15A ein Vergleichsbeispiel zeigt und 15B ein Ergebnis gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleichsbeispiel in 15A ist die Leckstromstärke verschieden, wenn der Piezo-Widerstand mit Licht bestrahlt wird (Photo) und wenn er nicht bestrahlt wird (dunkel), wobei ferner eine große Leckstromstärke in seinem dunklen Zustand vorliegt, so dass die Widerstandswerte in den Piezo-Widerständen nicht genau gemessen werden können.
Es ist jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung, wie in 15B gezeigt ist, durch Ausführen einer Isolationsverarbeitung zwischen den Piezo-Widerständen, das Ergebnis erzielt, dass die Leckstromkennlinien nicht verändert werden, wenn der Piezo-Widerstand mit Licht bestrahlt wird (Photo) und wenn er nicht bestrahlt wird (dunkel), so dass der Leckstrom selbst kleiner gemacht werden kann im Vergleich zu demjenigen im dunklen Zustand im Vergleichsbeispiel, und wobei aus diesem Grund die Widerstandswerte der Piezo-Widerstände jederzeit genau gemessen werden können, was eine genaue Ermittlung des Auslenkungsmaßes erlaubt.
Mit der Erfindung können das Auftreten eines Leckstroms oder eines Rauschens, das durch einen Träger auf Grund von Licht erzeugt wird, verhindert werden, was eine genaue Erfassung des Auslenkungsmaßes des Auslegers erlaubt.
Mit der Erfindung können das Auftreten eines Leckstroms in einer Referenz oder ein Rauschen, das durch einen Träger auf Grund von Licht erzeugt wird, wenn Referenzwiderstandswerte gemessen werden, verhindert werden, was eine genaue Erfassung des Auslenkungsmaßes eines Auslegers erlaubt.
Mit der Erfindung werden Störstellendiffusionsschichten, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der entgegengesetzt ist zu demjenigen eines Halbleitersubstrats, in jedem Raum zwischen einem Piezo-Widerstand und einem Halbleitersubstrat ausgebildet, um die Elemente voneinander zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder eines Rauschens, das durch einen Träger auf Grund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können.
Mit der Erfindung werden Piezo-Widerstände auf Halbleiterschichten ausge bildet, die jeweils in der gleichen U-Form ausgebildet sind wie der Widerstand, wobei eine Isolationsschicht zwischen jeder Halbleiterschicht und einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, um die Elemente voneinander zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder eines Rauschens, das durch einen Träger auf Grund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können.
Mit der Erfindung werden Störstellendiffusionsschichten, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen eines Halbleitersubstrats aufweisen, in jedem Raum zwischen einem Piezo-Widerstand und dem Halbleitersubstrat ausgebildet, wobei ferner Isolatoren zwischen den einander gegenüberliegenden Piezo-Widerständen ausgebildet werden, um die Elemente voneinander zu trennen, so dass das Auftreten eines Leckstroms oder eines Rauschens, das durch einen Träger auf Grund von Licht erzeugt wird, verhindert werden können.
Mit der Erfindung wird der obenbeschriebene Fühler mit einem kleineren Lichtleckstrom in der SPM-Vorrichtung verwendet, so dass ein Lichtabschirmungsmechanismus, der herkömmlicherweise erforderlich ist, weggelassen werden kann und ein Rauschen auf Grund eines Leckstroms verhindert werden kann, wobei eine hocheffiziente Messung durchgeführt werden kann.
Diese Anmeldung beruht auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. Hei 9-320184 und Nr. Hei 10-161175, eingereicht am japanischen Patentamt am 20. November 1997 bzw. am 9. Juni 1998.

Claims

SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs, umfassend: ein Halbleitersubstrat, und einen U-förmigen Piezo-Widerstand, der auf einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolationsverarbeitung wenigstens für das Halbleitersubstrat ausgeführt wird, das sich zwischen zwei linearen Abschnitten des U-förmigen Piezo-Widerstands befindet, wobei die Isolationsverarbeitung durchgeführt wird, indem Störstellendiffusionsschichten (18), die jeweils einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der dem Leitfähigkeitsfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, der das Halbleitersubstrat bildet, im Halbleitersubstrat auf wenigstens den gegenüberliegenden Seiten der zwei linearen Abschnitte ausgebildet werden, die einander über das dazwischen befindliche Halbleitersubstrat gegenüberliegen.
SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs nach Anspruch 1, bei dem die Isolationsverarbeitung durchgeführt wird, indem eine U-förmige Halbleiterschicht (70) um den U-förmigen Piezo-Widerstand (74) ausgebildet wird und eine Isolationsschicht (68), (78) zwischen der Halbleiterschicht (70) und dem Halbleitersubstrat (66) ausgebildet wird.
SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs nach Anspruch 1, bei dem die Isolationsverarbeitung ferner durchgeführt wird, indem ein Isolator (132) in wenigstens dem Halbleitersubstrat zwischen den zwei einander gegenüberliegenden linearen Abschnitten ausgebildet wird.
SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen U-förmigen Referenz-Piezo-Widerstand, der auf einem Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats neben dem SPM-Fühler angeordnet ist, um einen Referenzwiderstandswert zu messen, wobei eine Isolationsverarbeitung wenigstens für das Halbleitersubstrat durchgeführt wird, das sich zwischen zwei linearen Abschnitten des U-förmigen Referenz-Piezo-Widerstands befindet.
SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs nach Anspruch 4, bei dem die Isolationsverarbeitung durchgeführt wird, indem Störstellendiffusionsschichten, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der dem Leitfähigkeitsfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, der das Halbleitersubstrat bildet, im Halbleitersubstrat auf wenigstens den gegenüberliegenden Seiten der zwei linearen Abschnitte des U-förmigen Referenz-Piezo-Widerstands ausgebildet werden, die einander über das dazwischen befindliche Halbleitersubstrat gegenüberliegen.
SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs nach Anspruch 4, bei dem die Isolationsverarbeitung durchgeführt wird, indem eine U-förmige Halbleiterschicht um den U-förmigen Referenz-Piezo-Widerstand ausgebildet wird und eine Isolationsschicht zwischen der Halbleiterschicht und dem Halbleitersubstrat ausgebildet wird.
SPM-Fühler des selbsterfassenden Typs nach Anspruch 4, bei dem die Isolationsverarbeitung durchgeführt wird, indem Störstellendiffusionsschichten, die jeweils einen Leitfähigkeitstyp aufweisen, der dem Leitfähigkeitsfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, der das Halbleitersubstrat bildet, im Halbleitersubstrat auf wenigstens den gegenüberliegenden Seiten der zwei linearen Abschnitte des U-förmigen Referenz-Piezo-Widerstands ausgebildet werden, die einander über das dazwischen befindliche Halbleitersubstrat gegenüberliegen, und ein Isolator im Halbleitersubstrat zwischen zwei linearen Abschnitten des U-förmigen Referenz-Piezo-Widerstands, die einander gegenüberliegen, ausgebildet wird.
SPM-Vorrichtung, die einen SPM-Fühler nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines SPM-Fühlers nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7.