JP3856395B2 - 自己整列工程を利用した電界効果トランジスタチャンネル構造を持つスキャニングプローブマイクロスコープの探針製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）チャンネル構造を持つスキャニングプローブマイクロスコープ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＰＭ）の探針を製造する方法であって、さらに詳細にはナノ素子の製作が容易なＳＰＭの探針の製造方法に関する。
最近、携帯用通信端末機、電子手帳など小型製品への需要が増加するにつれて超小型高集積不揮発性記録媒体の必要性が増加しつつある。既存のハードディスクは小型化し難く、フラッシュメモリは高集積度を達成し難いので、その代案として走査探針を利用した情報保存装置及び方法が工夫されている。
探針はいろいろなＳＰＭ技術に利用される。例えば、探針と試料間に印加される電圧差によって流れる電流を検出して情報を再生する走査トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＴＭ）、探針と試料間の原子間力を利用する原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）、試料の磁場と磁化された探針間の力を利用する磁気力顕微鏡（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＭＦＭ）、可視光線の波長による解像度限界を改善した近接場走査光学顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＮＯＭ）、試料と探針間の静電力を利用した静電力顕微鏡（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＥＦＭ）などに利用される。
このようなＳＰＭ技術を利用して情報を高速及び高密度に記録及び再生するためには数十ナノメータ直径の小さな領域に存在する表面電荷を検出できなければならず、記録及び再生速度を向上させるためにカンチレバーをアレイ形態に製作できなければならない。
図１Ａ及び図１Ｂは、特許文献１（大韓民国特許公開第２００１−４５９８１号公報）に記載されたＦＥＴチャンネル構造が形成されたＳＰＭの探針に関する斜視図及び部分拡大図である。
図１Ａを参照すれば、半導体基板２０がエッチングされて形成された探針１０が基板２０から棒状に突出しており、探針１０と基板２０とが接続される末端部の左右に電極パッド２０ａ、２０ｂが互いに対向している。
図１Ａの円部分Ａを拡大した図１Ｂを参照すれば、探針１０のＶ型チップの端部の傾斜面にソース１１及びドレイン１３領域が形成されており、その間にチャンネル領域１２が形成されている。
このような構造を持つ探針のチップは、カンチレバーの末端に位置するためにアレイ形態に製作し難く、かつ数十ナノメータの半径を持つように製造し難い。従来の技術では、このような探針を製造するために、カンチレバー上に垂直に位置するように酸化工程などの諸般工程を経て、数十ナノミリメータサイズの半径を持つチップを製造する。
しかし、数マイクロメータ高さのチップが形成された状態では、写真エッチング工程の精度が大きく落ちるために、短いチャンネル長を持つソース及びドレイン領域を形成し難く、拡散工程を通じて短いチャンネル長を具現するとしても、写真エッチング工程の整列誤差によって短いチャンネルの中心がチップの端部に整列され難い問題点がある。
大韓民国特許公開第２００１−４５９８１号公報
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は前述した従来技術の問題点を改善するためのものであり、本発明は、ＦＥＴチャンネル構造を持つＳＰＭの探針において、チップの最端部に小さなチャンネル長を持つソースおよびドレインを形成してチャンネルの中心をチップの最端部に整列させるチップを形成する自己整列工程を利用した探針製造方法に関する。
前記技術的課題を達成するために本発明は、半導体基板の表面に第１形態のマスク膜を形成した後、前記マスク膜によりマスキングされる領域を除外した基板の領域にソース領域及びドレイン領域を形成する第１段階と、前記マスク膜と直交するように第１形態の感光剤をパターニングした後、エッチング工程を行って前記マスク膜を第２形態に形成する第２段階と、前記マスク膜によりマスキングされる領域を除外した基板の領域をエッチングして探針を形成する第３段階と、を含むことを特徴とする探針の製造方法を提供する。
前記第１形態はストライプ状であり、前記第２形態は方形であることが望ましい。
前記第３段階で、熱拡散工程を行って前記ソース領域とドレイン領域間の幅を狭めることがさらに望ましい。
前記不純物がｎ型である場合に前記基板はｐ型であり、前記不純物がｐ型である場合に前記基板はｎ型である。
以下、本発明の実施例による自己整列工程を利用したＦＥＴチャンネル構造を持つ探針の製造方法を図面を参照して詳細に説明する。
図２Ａないし図２Ｉは、本発明の実施例によるＦＥＴチャンネル構造を持つ探針の製造方法を示す工程図である。
本発明の実施例による探針の製造方法は、ソース及びドレイン領域の形成段階、マスクを所定形態にエッチングする段階、探針の形成段階に区分される。ここで、ソース及びドレイン領域形成段階で使われたマスクを探針形成のためのエッチング工程のマスクとして利用する自己整列方法を使用することが本発明の特徴である。
第１に、ソースＳ及びドレインＤ領域を形成するために、図２Ａに図示されたような写真エッチング工程および図２Ｂに図示されたようなイオン注入工程を行う。
まず、図２Ａに図示されたように、基板３１の上面にマスク膜３３ａを形成し、感光剤３５ａをその上面に塗布した後にストライプ状のマスク３８ａをその上部に配置して露光、現像及びエッチング工程を行う。
次に、図２Ｂに図示されたように、ストライプ状に形成されたマスク膜３３ｂを除外した領域にイオン注入工程を行ってソース及びドレイン領域３２、３４を形成する。
ここで、基板３１がｎ型である場合にイオン注入工程を利用してソース及びドレイン領域３２、３４をｐ型不純物でドーピングし、基板３１がｐ型である場合にソース及びドレイン領域３２、３４をｎ型不純物でドーピングする。
後述するチップ３０の形成段階で、図２Ｆに図示されたマスク膜３３ｃはチップ３０の上部に位置してエッチング工程実行時にマスクの役割をするので、図２Ｂの工程段階でマスク膜３３ｂの幅は所定のサイズを維持する必要がある。したがって、前記図２Ａの写真エッチング段階で、ストライプ状のマスク膜３３ａの幅を縮めるのには限界がある。
また、図２Ｈに図示されたソースとドレイン領域３２、３４間のチャンネル領域３６の幅は図２Ｇの工程段階でマスク膜３３ｃの幅に依存するので、本発明による探針製造方法では、チャンネル領域３６の幅を狭めるために図２Ｇに図示された工程においてイオン注入工程後に別の熱処理工程を行い、マスク膜３３ｃの幅は一定に維持しつつソースとドレイン領域３２、３４間チャンネル領域３６の長さを縮める方法を提案する。
第２に、マスク膜３３ｂを方形に形成するために図２Ｃ及び図２Ｄに図示された写真エッチング工程およびエッチング工程を行う。
まず、図２Ｃに図示されたように、基板３１の上面にマスク膜３３ｂを覆うように感光剤３５ｃを塗布した後、その上部にマスク膜３３ｂと直交するようにストライプ状のマスク３８ｃを配置し、露光、現像及びエッチング工程のような写真エッチング工程を行って感光剤３５ｃを図２Ｄに図示されたようにマスク膜３３ｂに直交するストライプ状の感光剤３５ｄでパターニングする。
次に、図２Ｄに図示されたように、感光剤３５ｄにより覆われていないマスク膜３３ｂの露出部分をドライエッチングする。露出部分がエッチングされてマスク膜３３ｃの形態が方形に変形されたのが図２Ｅに図示されている。
図２Ｅに図示されたように、エッチング工程を行ってマスク膜３３ｃの形態を方形に変形した後、感光剤３５ｄを除去する。
最後に、探針を形成するために、この方形のマスク膜３３ｃをマスクとして、図２Ｆに図示されたようにウェットまたはドライエッチング工程を行ってチップを形成する。
図２Ｇを参照すれば、チップ３０の傾斜面にソース及びドレイン領域３２、３４が形成されており、チップ３０の頂上部にマスク膜３３ｃが位置している。このマスク膜３３ｃを除去した後、熱拡散工程を実施して探針のチップ３０の頂上部をさらに鋭くしチャンネル３６の長さをさらに縮めることができる。
次の図２Ｈに図示されたように、チップ３０のチャンネル領域３６の左右シリコン層をドーピングしてソース及びドレイン領域３２、３４を拡張する。基板３１の上面一部が絶縁されるように拡張されたソース及びドレイン領域にそれぞれ連結される絶縁層３７を形成する。
図２Ｉに、基板３１の背面をエッチングしてチップ３０を完成する工程が図示されている。
図面を参照すれば、シリコン基板３１の上面一部に絶縁層３７が積層されており、絶縁層３７の上面には電極３９がソース及びドレイン領域３２、３４と連結されている。基板３１表面のシリコン層からカンチレバー４１が延びており、カンチレバー４１の表面に垂直な方向にチップ３０が形成されている。
本発明の実施例による探針形成方法は、ソース及びドレイン領域３２、３４を形成するために使われたマスク膜３３を、探針のチップ３０を形成するためのマスクとして利用する自己整列方法を利用することを特徴とするものであり、図２Ｉに図示された半導体探針の形態と異なる形態の探針を製造するための工程にも図２Ａないし図２Ｉに図示された工程が利用されうる。
次に図３及び図４を参照して本発明の実施例による探針製造方法により製造された探針を利用して情報を再生及び記録する方法を説明する。
図３を参照すれば、誘電体層４７を含む記録媒体４０の正の表面電荷上に本発明の実施例による探針３０を位置させる場合、表面電荷で発生する電界によりチップの端部に少数キャリアである電子のチャンネルが形成され、ソース領域３２とドレイン領域３４間の電圧差により電流が流れて表面電荷を感知する。
図４を参照すれば、本発明の実施例による探針３０を記録媒体４０の誘電体層４７の上部に置いて、ソース３２及びドレイン３４領域とチップ３０の本体部とに同じ電圧を印加すれば、接地されたボトム電極４９とチップ３０の端部間に集中する電界により誘電体が分極されて媒体表面に情報が記録される。
本発明の実施例による探針の製造方法は、ソースとドレイン領域間に存在するチャンネル中央をチップの端部中央に形成できる自己整列方法を利用して、探針のカンチレバーの末端部に垂直に形成されるチップに短いチャンネル長を持つトランジスタを具現することによって、記録媒体上に微小な領域に存在する小量の表面電荷を感知できる走査探針技術を利用したナノ素子を製作するのに容易である。
また、本発明の実施例による探針の製造方法により製造された探針を利用して走査探針技術を応用した大容量、超小型保存装置に情報を記録及び再生する場合、強誘電体の分極により発生する小さな表面電荷を再生するか、または記録媒体に分極を発生させて電荷を記録するのに容易である。
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、これらは発明の範囲を限定するものというよりは、望ましい実施例の例示として解釈されねばならない。
例えば、当業者ならば本発明の技術的思想により製造された多様な形態の探針を利用して情報を記録及び再生できる装置を製造できる。ゆえに、本発明の範囲は説明された実施例によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
本発明による探針の製造方法は、チップの中央と、ソースとドレイン領域間に存在するチャンネルの中央とを一致させて数十ナノメータサイズの半径を持つチップを具現できる。したがって、このようなチップを持つ探針を利用したナノ素子を容易に製造できる。
Claims (6)
- 半導体基板の表面に第１形態のマスク膜を形成した後、前記マスク膜によりマスキングされる領域を除外した基板の領域にソース領域及びドレイン領域を形成する第１段階と、
前記マスク膜と直交するように第１形態の感光剤をパターニングした後、エッチング工程を行って前記マスク膜を第２形態に形成する第２段階と、
前記マスク膜によりマスキングされる領域を除外した基板の領域をエッチングして探針を形成する第３段階と、
を含むことを特徴とする探針の製造方法。 - 前記第１形態はストライプ状であることを特徴とする請求項１に記載の探針の製造方法。
- 前記第２形態は方形であることを特徴とする請求項１または２に記載の探針の製造方法。
- 前記第３段階で、 熱拡散工程を行って前記ソース領域とドレイン領域間の幅を狭める段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の探針の製造方法。
- 前記不純物はｎ型であり、前記基板はｐ型であることを特徴とする請求項１に記載の探針の製造方法。
- 前記不純物はｐ型であり、前記基板はｎ型であることを特徴とする請求項１に記載の探針の製造方法。
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