JPH03218998A - 探針付きカンチレバー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ＯＮＲ／ＤＡＲＰＡ契約番号Ｎ００１４−８
４−Ｋ−０６２４に基づく米国政府の支援によってなさ
れたものである。同政府は、本発明に対して一定の権利
を有する。

（産業上の利用分野） 本発明は、原子間力顕微鏡及びその他のプローブ顕微鏡
システムにおいて用いられるシリコンチップを備えた超
小型構造のカンチレバー或いは薄膜超小型構造のカンチ
レバー及びその製造方法に関する。

（従来技術） 半導体集積回路の製造方法の技術を用いて、超小型チッ
プが何種類か開発されている。これらのチップは原子間
力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃ
ｏｐｅ：　ＡＦＭ）　、走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ：　ＳＴＭ）及び尖鋭超小型チップを必要とする各種
の装置に応用されている。

点で終端する尖端によって特徴づけられる四面体形状及
び円錐形状を有するチップを含む種々のシリコンチップ
が利用できる。この一点は平らな側面から突き出してい
るか、或いは例えば円錐チップのように、チップより角
度変化の少ない側面から突き出している。

ＡＦＭはサンプルの表面を２つのことなる摸作モードで
走査する。１つのモードである接触モードにおいては、
尖鋭チップをカンチレバーの端に取りつけ、このチップ
が１０−５乃至１０−”Ｎ程度の極めて軽いトラッキン
グ圧力でサンプルの表面を移動する。この接触モードの
操作においては表面位相の輪郭が極めて高解像度で求め
られる。

個々の原子の位置を示す画像が機械的に求められる。他
のモードにおいては、チップはサンプルの表面から５乃
至５００人程度の小さな距離で保持され、サンプルとチ
ップ間の各種の力によってたわむものである。これらの
力には静電気、磁気及びファンデワールス力の各種の力
が含まれる。

真空トンネル技法、光干渉技法、光ビーム偏向技法及び
容量性技法を用いたカンチレバーのたわみを検出するた
めの種々の方法がある。然し、容易に複製（同じ物を作
ること）可能なカンチレノＮ／−針の製造はＡＦＭ及び
他の形式の顕微鏡、例えばＳＴＭの利用に関しては制限
要因となってきた。

カンチレバーアーム及び突き出しチップを有するカンテ
レバー針アツセンブリーに対する技術的要件は幾つかの
異なるファクタを含んでいる。比較的小さなたわみ圧力
によって、たわみの合理的な値が得られるように、カン
チレノイーに対しては低い力の定数が好ましい。一般的
な値は０。０１〜１０００Ｎ／ｍである。画像トラッキ
ング速度を増加し、周囲の振動に対する感度を減じるた
めには、カンチレバーに対して１０ＫＨｚより大きし）
機械的共振周波数が望ましい。低い力の定数及び高い共
振周波数はカンチレノく一及びチップの質量を最小にす
ることによって得られる。

光ビームの偏向がカンチレバーのたわみを検出するため
に用いられると、たわみ感度はカンチレバーの長さに反
比例する。従って、カンチレノ＜−の長さは１闘未満で
あるのが望ましい。

特定種類のたわみの検出には、高い機械Ｑが望ましく、
これはカンチレバーの構造にアモルファス又は単結晶薄
膜を用いることによって達成される。

多数の応用において、カンテレバーは一方にのみ曲がり
、側方に対しては剛性を有することが望ましい。これは
斜めに延び、チップが取りつけられる点においぞ合致す
る２本のアームを有するＶ字型のような形状を用いるこ
とによって得ることができる。

導電性電極又は反射スポットを、カンチレノ＜ーのチッ
プと反対側に設けることがしばしば必要となる。これは
カンチレバーを金属から構成するか或いは導体又は反射
器とするためにカンチレバーの一定部分に導電性材料を
付着させることによって得られる。

最後に、良好な横方向解像度を得るた袷に、尖鋭チップ
、即ち先端半径が５００Ａ未満で単一の原子で成端し得
る突出チップが望ましい。この条件は、従来複製（同じ
物を作ること）方式においてうるのが最も難しいものの
一つであった。従来の技術において、通常チップは手を
用いた製造、接着技術によって作られており、これは時
間を消費し、機能が不均一なチップを作り出していた。

従来技術においては、カンチレバーアームは、微細なタ
ングステンワイヤーから手によって作られていた。この
ようなアームの上にチップ部分を得る一つの方法は、ワ
イヤーを一点までエッチングし、そしてこの点をワイヤ
ーから垂直に延びるように曲げるのである。チップを得
る別の方法はカンチレバーの端の適切な位置に小さなダ
イヤモンド片を接着するものである。写真製版技術をも
ちいて製造された従来技術のカンチレバーは、体に形成
された尖鋭な突出チップを備えていなかった。

これらのカンテレバーに対しては、超小型に構成された
カンテレバーの一隅をそれ自体チップとして用いること
により、かなり鋭さに欠けるチップが実際に得られた。

また、ダイアモンド片を手によって超小型に製造された
カンチレバーの端に接着していた。ＡＦＭのカンチレバ
ーアッセンブリーは、比較的もろいものであり、走査さ
れた表面からの物質によって汚染された場合は、これを
きれいにすることは実際上不可能であり、従って頻繁に
交換する必要があった。

現在、技術者達はシリコン半導体集積回路産業において
用いられる標準製造プロセスに適合する超小型製造技術
を用いて、ＳＴＭ及びＡＦＭを超小型に製造することを
試みている。彼らの目的は超小型デバイスに本質的に備
わる低質量、高共振周波数及び低熱ドリフト特性を利用
して、最小の熱ドリフトと信号損失、及び低ノイズ特性
を有する極めて精確で信頼のできるセンサを大量に生産
することである。また、これらの超小型構造のセンサを
同じプロセスによって製造された電気回路と一体的に組
み合わせることを可能にするものである。

（発明が解決しようとする課題） 従って、本発明の第１の課題は、シリコン超小型チップ
を鋭くするための改良された方法である。

本発明の第２の課題は、尖鋭単結晶シリコンチップが一
体的に備わった頑丈な窒化ケイ素カンチレバーを得るこ
とである。

また、本発明の第３の課題は、半導体集積回路製造技術
を用いて製造されるＡＦＭ用の改良されたカンチレバー
アッセンブリーを得ること、及び一体的に形成された超
小型カンチレバーアームアッセンブリー用の自己整列型
チップを得ることである。

（課題を解決するための手段） 本発明の第１の課題に従って、先の尖ったシリコンチッ
プを鋭くする方法を得るものである。原のシリコンチッ
プは、先端点及びより平坦な側面を有する。これらの角
度上の相違が一定条件下においてチップの種々の酸化を
可能にしている。角のついたチップを、例えば酸素や蒸
気のような酸化させるものによって、異なる部分におい
て異なる圧力で、酸化層を形成するのに充分な温度で酸
化することによって、チップ上に酸化層を形成する。よ
り鋭角に、或いはより鋭く角度をつけた面がより大きな
圧力を受ける。より高い圧力を受けた部分では、酸化を
させるものの拡散率が低くなり、より厚さの薄い酸化物
が形成される。

従って、チップの側面はチップの先端点やベースに比べ
てより大きく酸化される。この酸化層を除去して最初の
シリコンチップより鋭い断面を有する鋭くされたチップ
を得ることができる。

また、本発明は輸送中のシリコンチップを保護する。こ
れは最初の酸化層の上に、例えば酸化物或いは窒化物の
付加的な防護層を形成することによって達成される。

本発明によって製造されたチップは、シリコンベースか
ら延びる鋭くされたシリコン尖端を有する。このチップ
は凹面状の側面を有し、最初のチップのものより鋭い断
面の尖端をもたらしている。

次に、本発明の第２の課題にしたがって、その自由端に
一体的なシリコンチップを有する超小型カンチレバーを
形成する方法が提供される。

（１００）シリコン基板の上面はドープが施され、基板
にドープが施されているシリコン層を形成している。こ
のドーブが施されているシリコン層の上に二酸化ケイ素
の上層が形成され、続くシリコンチップの形成用のチッ
プマスクを設けるためにパターン化され、エッチングが
施される。シリコン基板の表面は続いて形成されるカン
チレバーの自由端近くにチップマスクが位置するように
カンチレバーのパターンを定めるためにパターン化がさ
れ、エッチングが施される。二酸化ケイ素の底層がシリ
コン基板上に形成され、この底二酸化ケイ素層にマスキ
ング開口部を定めるようにパターン化され、エッチング
が施される。シリコン基板の底はマスキング開口を通し
て異方性にエッチングされ、ドープが施されているシリ
コン層において止められる。これによって、ドーブが施
されているシリコン層の自由端がシリコン基板から開放
される。この異方性エッチングはシリコン基板の＜１０
０＞面方向のエッチング速度に対する〈１１１〉面方向
のエッチング速度が顕著に遅いエッチングであって、カ
ンチレバ一部材として機能するドーブを塗られたシリコ
ン表面層が突き出すシリコンベースを残すものである。

二酸化ケイ素の底層は除去される。ドーブが施されてい
るシリコン表面層の下部表面並びにシリコン基板の底面
の上に窒化物の層を形成し、これによって、ドープが施
されているシリコン層の下に窒化物のカンチレバーを形
成する。ドープが施されているシリコン層はその上にチ
ップマスクを残したままエッチングされ、窒化物カンチ
レバーの自由端近傍に尖端を有するシリコンチップを形
成し、自由端において一体的に形成されたシリコンチッ
プを有する窒化物カンチレバーを残す。

本発明の一つの観点からは、シリコン基板の上面はドー
プが施されている。本発明の別の観点からは、この上面
はＰ型基板上のＮ型エビタキシアル層である。或いは、
異方性エッチングはこの上層と対向してドーブが施され
ている基板との間に形成されるＰ−Ｎ接合に電位をかけ
ることによって達成される。

チップマスクは二酸化ケイ素の四角形層として形成され
る円錐形状のチップを作り出す。複数のチップマスク及
びそれぞれが一体的に形成されたシリコンチップを備え
た対応する複数のカンチレバーを本発明の別の観点にし
たがって提供する。

本発明の観点の一つにおいて、シリコンベースは（１０
０）シリコン基板を備えて形成され、マスキング開口を
通して異方性にエッチングされ、窒化物カンチレバーか
ら斜め下方遠方に延びる　（１１１）面が延びる。

窒化物カンチレバーの端に形成されたシリコンチップは
、最初のチップをチップの尖端に形成される酸化物層が
チップ側面でよりも厚さが薄くなるように種々酸化する
ことによって適切な条件下において、選択的に尖鋭化さ
れる。この酸化物層がチップから除去されると、最初の
シリコンチップより尖鋭な輪郭を有するチップを形成す
る。

一体的なシリコンチップを有する超小型に製造されたカ
ンチレバーは、（１００）面方位のシリコンベース部分
をもち、そのシリコンベースは上面と底面と　（１１１
）面方位の斜め側面をもっている。シリコンベースの（
１１１）斜め側面上には窒化物層が．形成され、シリコ
ンベースの上面から外側に突き出し、シリコンベースに
固定された一端と自由端とを有する窒化物カンチレバー
を形成する。この自由端には、窒化物カンチレバーの自
由端に固定されて上方に突き出す単結晶尖鋭円錐シリコ
ンチップがある。

本発明の他の課題にしたがって、自由端に一体的に形成
された単結晶シリコンチップを備える付着させられた窒
化物ケイ素の層から形成される窒化物カンチレバーが提
供される。このシリコンチップは、窒化物層に（１００
）面で接し、固定された四面体構造を有している。四面
体シリコンチップの１つの外表面は、（１１１）面によ
って境界が定められ、他の二つの外表面は熱的に成長さ
せられた酸化物側壁によって定められた各表面によって
境界が定められている。このプロセスは面方位が（１０
０）のシリコンウエハを用意することから始まる。この
背面はシリコンウエハにシリコン膜（シリコンメンブレ
イン）を形成するために異方性エッチングされる。

このシリコン膜の前面及び背面上に窒化物層を形成して
窒化物−シリコンー窒化物のサンドイッチ構造を形成し
、これをシリコン膜及び各窒化物層の部分を除去するた
めにパターン化してエッチングし、カンチレバー構造を
形成してシリコン膜の側壁部分を露出する。この露出し
た側壁部分は次に酸化されて、前に述べた酸化物側壁を
形成する。次のステップにおいて、窒化物上層は除去さ
れ、シリコン膜の前面を露出する。このシリコン膜は、
次に後面窒化物層の表面上に形成される四面体シリコン
チップを設ける部分を除いた後面窒化物層にかぶさるシ
リコン膜材料を除去するために、異方性にエッチングさ
れる。この四面体シリコンチップは、結果として、異方
性エッチングに起因する　（１１１）面によって仕切ら
れる１つの外表面と酸化物側壁によって仕切られる２つ
の別の外表面とを有する。

別法として、例えば付着させた酸化物又はポリシリコン
のような他のカンチレバー材料を窒化物の底部層の代わ
りに用い、自由端において一体的な自己整列型シリコン
チップを備えたカンチレバ一アームを形成するために適
切な処理をする。

本発明の他の選択的な実施例として、シリコン基板の底
面領域を、例えばイオン注入によってドープ処理し、シ
リコン基板にＰ−Ｎ接合をもたらす。（１００）シリコ
ンウェハの電気化学異方性エッチング中に、二〇Ｐ−Ｎ
接合に電位を印加し、ドープ処理した表面領域に達した
ときにエッチングを停止し、自由端において一体的な自
己整列型シリコンチップを備えたドーブ処理されたシリ
コンカンチレバーを残す。

シリコン膜を形成するためにシリコンウェハの後面が異
方性にエッチングされる際に、シリコンウエハの斜めに
延びる面が（１１１）面において形成される。窒化物の
後面層はシリコンウェハの斜めに延びる側方端を覆うよ
うに広がり、カンチレバ一部分を形成する窒化物層に接
続する。

（実施例） 本発明の推奨実施例を以下において詳細に述べるもので
あり、それらの例を添付図面に示す。本発明を推奨実施
例に関連させて説明するものであるが、本発明をこれら
の実施例に限定することを意図するものでないことを理
解されよう。むしろ本発明は特許請求の範囲によって定
義される本発明の主旨及び範囲に含まれる変更、変化及
び均等なものを包含することを意図するものである。

第１の課題を解決するための例 シリコンは容易に酸化されて、比較的不活性な表面酸化
物を形成する。シリコンの酸化は、例えば酸素気体や水
蒸気などの供給源からの酸素分子がシリコン表面におい
てシリコン分子に接触する際に生じる。二酸化ケイ素（
Ｓｉｎ２）の最初の層が形成された後にはそれ以上の酸
化は、更に酸化をする分子が既存の二酸化ケイ素層を通
して拡散可能な場合のみ生じる。酸素がシリコンと結合
する反応に参加するた約には、この追加の酸化分子が二
酸化ケイ素層とシリコン自体との間の境界にまで拡散す
る必要がある。最初の数百オングストロームの二酸化ケ
イ素がシリコン表面上に形成された後には、追加の二酸
化ケイ素の増加率は、新たな酸化分子が既存の二酸化ケ
イ素層を通過して拡散し、シリコン／二酸化ケイ素の境
界面に達する率によって大きく左右される。酸化反応が
進行するのにしたがって、二酸化ケイ素層は厚くなり、
高温にし、且つ時間を延長しても新しい二酸化ケイ素は
形成されないようになる。

機械的な応力を受けた二酸化ケイ素を通る酸化をするも
のの拡散率は、応力を受けない二酸化ケイ素薄膜を通し
ての拡散率より低いことが知られている。例えば、Ｒ．
Ｂ，　Ｍａｒｃｕｓ及びＴ，Ｔ．ＳｈｅｎｇによるＪｏ
ｕｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙの１９８２年６月発行の１２７
８−１２８２頁の「鋭いシリコン表面の酸化」と題する
論文には８５０〜１０００℃の間の低い温度で角度のつ
いた形状の上で成長した二酸化ケイ素薄膜は、平坦な表
面上で成長した二酸化ケイ素薄膜よりも大きな応力を有
することが示されている。

例えば四面体、円錐状及び種々の他の形状を有するチッ
プを含めて、半導体集積回路製造技術を用いて製造され
た超小型シリコンチップが幾つか入手可能である。私は
、これらのシリコンチップが好適には９５０℃の適切な
条件の下で酸化され、チップの側面とチップの尖端との
間で種々の酸化率を生じることを発見した。

第１図は、単結晶シリコン基板１２から形成され、例え
ば四面体、円錐状及び種々の他の形状として形成される
シリコンチップ１ｏを示す。このチップは、幾分幅広の
ベース部分１４に始まって尖端点１６に終端するように
シリコン基板１２がら突き出している。尖端点１６は鋭
角な形状をいている。また、チップ１０は、第１図に示
すように、比較的平坦な側面又は複数の側面１８、１９
を含んでいる。側面１８、１９は角度２０，２１でシリ
コン基板１２と接している。

第２図は、側面１８、１９上と尖端点１６とで種々の酸
化率によって酸化物層１７をもたらすのに適切な条件下
において酸化された後の、原のシリコンチップの残存す
る部分を示す。側面１８、１９は酸化物層１７が形成さ
れた際に、シリコン表面が酸化されたことをしめずため
に、点線で表されている。平坦な表面に対しては、成長
した酸化物の全体の厚さの４６％は、一般にシリコン表
面から内部に向ってシリコンの酸化が進んで形成される
。

第３図は、例えば尖端点１６及び角２０、２１に隣接す
る部分のように、大きな応力を受けるシリコンチップの
表面にかけて二酸化ケイ素層をより薄く形成するように
して、最初のシリコンチップ１０を充分に低い温度で酸
化した場合にもたらされる新しいチップ構造３０を示す
。シリコン酸化物層１７のより大きな応力を受ける邪分
が酸素又は蒸気に対してより低い拡散率を有しているこ
とから、このシリコン酸化物層はシリコンチップの表面
にかけて厚さの違いを有している。この結果が最初のシ
リコンチップ１０よりも鋭い輪郭を有する尖端点３２を
もたらすために、本発明にしたがで細くされた鋭いチッ
プ３０となる。最初のシリコンチップ１０の尖端１６及
びベース部分は側面１８、１９よりもゆっくり酸化する
から、側面１８、１９に近い領域は二酸化ケイ素層の形
成によって比較的よりくぼんだ状態にされる。この後に
おいて、二酸化ケイ素を任意の化学的エッチング液によ
って除去し、第３図に示すような側面が凹面であるチッ
プの形状を残す。

比較のために、１１００℃と９００℃との間のいろいろ
な温度で、各種のシリコンチップを製造、酸化させ、重
要な結果を得た。比較的低い温度で酸化された各シリコ
ンチップが第３図に示すように鋭くなる一方で、この範
囲内の比較的高い温度で酸化されたチップが鋭さで劣る
ことが発見された。

なお、酸化技法によるこの尖鋭化は単結晶シリコンに類
似した特性、即ち酸化物層を通しての酸素の拡散がその
層における応力によって決まる特性を示す他のシリコン
材料にも利用可能である。

ポリシリコン及びアモルファスシリコンで形成されるシ
リコン材料チップを類似の技法を用いて酸化、尖鋭化す
ることができる。

第４図は、以上で述べた酸化による尖鋭化プロセスがチ
ップ３０の物理的防護をするのにも有用であることを示
している。最初のチップ１０が製造されると、それを以
上で述べた尖鋭化プロセスにしたがって酸化する。然し
、酸化物層１７を除くことによって、尖鋭化プロセスを
完了させるのではなく、チップ３０上に付加的な層の厚
い窒化ケイ素３２を付着させる。或いは、窒化ケイ素層
３２の代わりに二酸化ケイ素、金属、ポリマーフォトレ
ジストの薄い膜を用いる。二酸化ケイ素層１７及び付加
的な窒化ケイ素層３２チップ３０をカバーすることによ
って、チップは、例えば郵便や他の輸送手段といった従
来の手段によって、ユーザーに送られる。研究者又はユ
ーザーによってチップが受け取られると、防護の窒化ケ
イ素層又は薄膜３２並びに二酸化ケイ素層又は薄膜は使
用直前に除去される。このようにして、チップ３０は、
それを使用する準備ができるまで物理的損傷並びに大気
による汚染から保護される。

上述したように、このプロセスは四面体シリコンチップ
を形成するプロセス及び円錐状チップを形成するための
特定のプロセスに特に適している。

本発明により製造されたシリコンチップ３０の有用性は
、第５図を第６と比較することによって説明される。

第５図は、例えば図示するように長方形の開口４４を備
えている構造４２の面４０上で、従来のシリコンチップ
１０を走査させるところを示している。従来型シリコン
チップの断面が鋭くされないことから、尖端点１６の側
面は開口４４のへりに接触し、尖端点１６は開口４４の
へりに近い開口４４の低い面を走査しない。対照的に、
第６図に示すように尖鋭化されたチップ３０は著しく細
い輪郭を有しており、その尖端３２は開口４４の底面を
開口のへりにより近くまで走査することができる。

第２の課題を解決するための例 第７図は、シリコンベース１１２を含む超小型に製造さ
れカンチレバーアセンブリー１１０を示す。

シリコンベース１１２は（１００）シリコン基板から形
成されるものであり、これは、以下で説明するように、
（１１１）面を除く全ての結晶面を選択的に除去するた
めに、その底面から異方性エッチングされる。これによ
って、図示するように斜めに延びるシリコンベース１１
２の面１１４が残る。窒化ケイ素の一層を図示するよう
にシリコンベース１１２の上面から外側に突き出す窒化
物カンチレバ−１１６を形成するように構成する。この
窒化ケイ素は、またシリコンベース１１２の面上の部分
１１８及びシリコンベース１１２の底面上の部分１２０
を含んでいる。窒化ケイ素カンチレバ−１１６の自由端
において、カンチレバー１１６の端に固定され、且つ窒
化物カンチレバー１１６の自由端上で上向きに突き出す
単結晶尖鋭シリコンチップ１２２が形成される。

以下の図は、尖鋭シリコンチップ１２２を一体的に取り
つけた窒化ケイ素カンチレバーを形成′するために用い
られるプロセスにおける各種のステップを説明するもの
である。

第８図は（１００）シリコン基板１３０を示す。シリコ
ン基板１３０の上面はドープを施されたシリコン層１３
２をもたらす。なお、尖鋭シリコンチップはこのドープ
が施されたシリコン層１３２から構成される。ドープが
施されたシリコン層１３２の厚さは約５μｍの厚さであ
る。ドープされたシリコン層１３２の上には、二酸化ケ
イ素の正方形を形成するためにパターン化され、且つエ
ッチングされる酸化物層を成長させ、これらはチップマ
スクの直下のドープされたシリコン層における後のシリ
コンチップの形成のためのチップマスク　１３４、１３
５として利用される。

或いは、上層１３２は、例えばＰ型基板上に形成される
Ｎ型材料又はＮ型基板上のＰ型材料のエタピキシアル層
である。

第９図はドープされたシリコン層１３２に形成されるカ
ンチレバ−１３６　、１３Ｂを作製するためにドープさ
れたシリコン面１３２及びシリコン基板１３０をパター
ン化し、エッチングした結果を示す。肉厚のフォトレジ
スト層（図示しない）をチップマスク　１３４、１３５
がそれぞれ後に形成されるカンチレバーの自由端近くに
中心をとるようにスピンコートシ、パターン化する。シ
リコン基板１３０にフォトレジストパターンを複製する
ために、ドライエッチングを用い、ドープされたシリコ
ン層パターン１３６、１３８及びシリコン基板１３０の
１４０、１４２において垂直側壁をつ“くる。

第１０図はシリコンウエハ１３０の底又は背面に形成さ
れる二酸化ケイ素層１５０、１５２の残存部分を示す。

二酸化ケイ素のこの底層はパターン化、エッチングされ
てマスキングアパーチャー又は開口をもたらし、これを
通してシリコン基板１３０をドーブされたシリコン層１
３６、１３８に到達してエッチングを停止するまで、異
方性にエッチングする。このエッチングのステップは電
気化学的或いはドープされた層のドープ濃度によって制
御することができる。電気化学的エッチングはエビタキ
シアル層と基板との間に形成されるＰ−Ｎ接合に小さな
電位をかけることによって達成される。この電気化学的
エッチングはＰ型基板をエッチングするが、Ｎ型エピタ
キシアル層に到達すると停止する。カンテレバーの厚さ
はエビタキシアル層の厚さを制御することによって制御
される。或いはＮ型基板及びＰ型エビタキシアル層を用
いる。この異方性エッチングは（１１１）面を除いてシ
リコン基板１３０の全ての結晶クレームを選択的にエッ
チングし、これによって図の左側のシリコンベース１１
２及び右側のシリコンベース１５４が残される。

この異方性エッチングはドープされたシリコンの自由端
又はエビタキシアルシリコン層パターン１３６　、１３
Ｂをシリコン基板１３０から開放して、ドープされたシ
リコン層１３６、１３８がカンチレバ一部材としてシリ
コンベース１１２、１５４から突き出すようにする。こ
のエッチングはエッチングされたシリコン基板１３０の
斜面１１４、１６６が（１１１）面にあって、窒化物カ
ンチレバー構造１３６、１３８から斜め下向き遠方に突
き出すように生じるものである。

電気化学エッチングはＪａｃｋｓｏｎ他によって、ＩＥ
ＥＥ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｉｃｅ　　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，　　Ｖｏｌ．　ＥＬＯ−２．Ｎｏ．２．　　
１９８１年２月，４４頁におけるｒＡｎ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐ−Ｎ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｅｔ
ｃｈ−Ｓｔｏｐ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｆｏｒｍｌ−ａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅｓ」と題する論文において、またＫｌｏｅｃｋ他
によって、ＩＥＥ．ＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ，　Ｖｏｌ，　３
６．Ｎｏ．　４．　１９８９年４月，６６３頁における
ｒＳｔｕｄｙ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　
Ｅｔｃｈ−Ｓｔｏｐ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓ
ｉｏｎＴｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｓ
ｉｌｉｃｏｎ　ＭｅｍｂｒａｎｅｓＪと題する論文にお
いて説明されている。

第１１図は底部酸化物層残存物１５０、１５２を除去し
た後、窒化ケイ素層１７０によって第１０図に示す構造
を覆った状態を示す。

第１２図は第１１図を構造的に示すもので、構造の上面
上の窒化ケイ素層は、例えばフッ素原子の含量の高い反
応イオンエッチングに寄って上側から除去され、背面が
エッチングされるのを防ぐために、構造の底又は背面上
に重合体を形成するようにしている。なお、ドーブされ
たシリコン又はエビタキシアルシリコン層パターン１３
６の底に形成された窒化物層の部分１７２の厚さは窒化
物力ンチレバーとなるものであり、したがって、窒化物
層部分１７２の厚さが最終的なカンチレバー構造の厚さ
を決定する。窒化ケイ素層は、またシリコンベース１１
２の斜壁１１４を覆う部分１１Ｂを有している。またシ
リコンベース１１２の底は窒化ケイ素層の部分１２０に
よって覆われている。

第１３図はドーブされたシリコン又はエビタキシアルシ
リコン層パターン１３６がドライエッチングされ、且つ
窒化物カンチレバー１１６の自由端のチップマスク１３
４の下においてチップ構造１８０形成され始めた時の構
造を示す。シリコン層１３６のエッチングはドライエッ
チングによってなされる。

第７図はエッチング及びウエットエッチングによるドー
プされたシリコン層１３６の除去及び酸化物チップマス
ク１３４の除去を完了した結果を示すものである。チッ
プ１２２を酸化することによってチップ１２２を一層尖
鋭化することが可能であり、酸化物を除去したときに残
存するシリコンがより尖鋭となるようにチップの尖端近
傍により厚い酸化物を形成する。

第９図において、形成されたカンチレバーパターンは第
１０図において示すように、シリコン基板１３０をエッ
チングした後に形成することができる。

以上説明したプロセスの効果の一つは、このプロセスが
もたらす窒化物カンチレバーが単結晶シリコンチップと
組み合わせられる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）使用のため
の超小型に製造されるカンテレバーの極めて頑丈な材料
となることが証明されていることにある。単結晶シリコ
ンチップは半導体小型化プロセス技術によって製造する
ことのできる最も尖鋭なチップの一つを得ることができ
るものである。

第３の課題を解決するための例 第１４図は、従来の半導体集積回路製造技術を用いて構
成された一体的で尖鋭な四面体シリコンチップ２１２を
備えた超小型製造の窒化ケイ素’＝　（３１３Ｎ４）カ
ンチレバーを示す。このカンチレバーを製造するための
プロセスによって、例えば５００Ａ以下の曲率半径を有
する四面体シリコンチツブ２１２を備えた、頑丈な窒化
ケイ素カンチレバーを得ている。このカンチレバーアッ
センブリーを製造するだめのプロセスは複製がし易い。

四面体シリコンチップ２１２はカンテレバーアーム２１
０の端に自己整列する。すなわち、カンチレバーのパタ
ニングと四面体チップのパターニングを別々に行うこと
なく、一度のバターニング工程により両者の位置関係が
決定される。このカンチレバーを製造するためのプロセ
スは２つの集積回路マスク及びノンクリティ力ルアライ
メントのみを必要とする。カンチレバー２１０が＜１１
０＞結晶方向を指す尖鋭端２１４を有することを必要と
し、カンチレバーの各側面がシリコン結晶の（１１０）
面に対して平行であってはいけないことが判るであろう
。

以下の各図は、一体的に取付けられた四面体チップ２１
２を備えた窒化ケイ素カンチレバー２１０を形成するた
めに用いられるプロセスにおける多様なスッテプを説明
するものである。

第１５Ａ図及び第１５Ｂ図は、一体的に取りつけられた
四面体シリコンチップ２１２を備えた窒化物カンチレバ
ーを形成するためのプロセスは、（１００）オリエンテ
ーションを有するシリコンウェハ２２０によって始まる
ことを示している。シリコンウエハの背側には長方形の
フォトレジストパターンが形成される。この長方形パタ
ーンは＜１１０＞方向と平行な長辺を有しており、露出
したシリコンが異方性エッチングされる際に、図示する
ように（１１１）各面によって仕切られる斜側面を有す
る長方形ビット２２４が形成されるようになっている。

この異方性エッチングはピット２２４のベースにおいて
所望の厚さのシリコン膜２２６の厚さが形成されるべき
四面体シリコンチップ２１２の高さをある程度まで決定
する。シリコン膜の厚さは所望の高さのチップを設ける
ために、以降のエッチング段階によって調整することが
できる。或いは膜２２６の厚さは前述のＪａｃｋｓｏｎ
他、或いはＫｌｏｅｋ他の論文において説明されるよう
に、適切なドーピング及び電気化学エッチストップによ
って制御することができる。

第１６Ａ図及び第１６Ｂ図は表側に付着させ保護窒化物
層２３０及び裏側に付着させた窒化物層２３２を有する
シリコンウエハ２２０の部分を示す。最初はこれらの層
のそれぞれが低圧化学蒸着ＬＰＣＶＤ窒化ケイ素Ｓｌ３
Ｎ４の５，　０００人の層である。ウェハの表側の窒化
ケイ素層３０はリアクティブプラズマエッチングによっ
て約２，　０００人まで薄くされる。

或いは、以降のプロセス段階においてシリコンウエハ２
２０の上面を保護するために層２３０を他の適当な材料
で形成する。

第１７Ａ図及び第１７Ｂ図は図示するように開口２３８
を残して、窒化物層２３０　、２３２及びシリコン膜２
２６０部分の反応性プラズマによる除去を可能にするた
めにマスクとして用いられるフォトレジストパターンを
シリコンウエハの表側に形成した結果を示す。反応性プ
ラズマエッチング段階は装着物なしの窒化物一シリコン
ー窒化物カンチレバー構造２４０を残すように、シリコ
ン膜及び窒化物層が完全にエッチングされ尽くしたとき
終了する。カンチレバー構造２４０は４１０＞方向を指
す鋭角な隅部２４２を含んでいる。この鋭角な隅部２４
２が、後に形成されるシリコンチップ２１２の位置を定
めている。

第１８図は２つの窒化物層又は薄膜２３０、２３２の間
にサンドイッチされるシリコン層２２０によって構成さ
れる窒化物−シリコンー窒化物カンチレバー構造２４０
を幾分より詳細に示す図である。この構造は長方形ピッ
ト２２４の斜壁のアウトラインに関連させ、且つ開口２
３８と関連させて示されている。

第１９Ａ図及び第１９Ｂ図は、カンチレバ−２４０が形
成されると、シリコンウエハは低温で熱的に酸化され、
二酸化ケイ素の薄膜２５０がカンチレバー２４０の露出
シリコン側壁上に成長するが、窒化ケイ素がこのような
成長を防止するために力ンチレバーの上及び底窒化物表
面上では何れにおいても成長しないことを示す。この酸
化は、例えば９５０℃の比較的低い温度でなされ、これ
は低温酸化が鋭く角のついたシリコン形状を、酸化物が
シリコンから取り除かれたときに一層尖鋭にする効果を
有するからである。このプロセスにおいて、チップ２１
２のシリコン尖端の最終的鋭さは部分的には尖端の鋭い
角のついた形状に対して、特にチップのまさに尖端に隣
接する垂直酸化物側壁の接合部において低温酸化プロセ
ス段階を用いることの尖鋭化効果によって決まる。

第２０図は、シリコン層の露出部分の酸化をより詳細に
示すもので、側壁の露出シリコン表面上にのみ酸化物側
壁２５０が成長している。このプロセスのこの時点にお
いて形成された構造は、その上及び底表面が窒化物で覆
われ、且つその垂直側壁が二酸化ケイ素によって覆われ
る単結晶シリコンカンチレバ−２４０を含んでいる。

第２１Ａ図及び第２１Ｂ図は、カンチレバ−２４０の上
面上の窒化物を反応性プラズマエッチング段階で選択的
に除去されたところを示す。

第２２Ａ図及び第２２Ｂ図は、例えばＫＯ｝ｌのような
異方性エッチ液を用いてカンチレバー２４０の上部から
シリコンをエッチングした際に残る構造を示す。シリコ
ンは、側壁上の二酸化ケイ素及び残存する窒化物層がシ
リコンの底面をマスクするところにおいてはエッチング
されない。異方性エッチ液は、（１１１）面ではない全
ての結晶面を優先的に侵す。従って、最終結果は、カン
チレバ−２４０の端２４２において二酸化ケイ素側壁２
５０の部分に対してよりかかる２つの垂直表面を有する
四面体形状シリコンチップ２１２となる。カンチレバ−
２４０からのシリコンの残りは異方性エッチ液段階によ
って除去され、これはシリコン材料の安定（１１１）面
がカンチレバ−２４０のシリコン層内では、その先端以
外何処にも形成されないためである。

第２３図はカンチレバーの隅において（１１１）面と各
酸化物側壁２５０とによって定めされた四面体チップ２
１２の形成をより詳細に示すものである。

第２４図及び第２５図は、二酸化ケイ素側壁２５０が、
例えＨＦ酸性エッチ液中において選択的に除去され、図
面の第１４図にも示すように、何も取りつけられていな
い窒化ケイ素カンチレバ−２１０の上に尖鋭シリコンチ
ップ２１２を残した場合に形成される最終的な窒化ケイ
素カンチレバー２１０及びチップ２１２を示す。本発明
によるこのプロセスは従来の半導体集積回路製造技術を
用いて作られる一体的自己整列型尖鋭四面体シリコンチ
ップ２１２を備えた窒化ケイ素カンチレバ−２１０をも
たらす。このカンチレバーを作るた約のプロセスは尖鋭
な四面体チップ２１２を有する極めて複製の容易な頑丈
な窒化ケイ素カンチレバーを提供する。この尖鋭なシリ
コンチップ２１２は窒化ケイ素カンチレバーアーム２１
０に対して自己整列するものであり、２つの集積回路マ
スク及び１つのノンクリティ力ルアライメントのみを必
要とする。

第２６Ａ図は、上窒化物２６２、シリコン基板２６４及
び下部窒化物層２６６を図示のように含む窒化物−シリ
コンー窒化物カンチレバー構造２６０を示す。

この構造の端を垂直にエッチングする代わりに、この構
造の端はシリコン基板２６４の側壁が図示するように傾
斜してエッチングされる。この側壁の傾斜を変化させて
、下側窒化物層２６６の端において形成される一体的な
シリコンチップの最終的な形状を変更する。

第２６Ｂ図は、シリコン基板２６４の一部から突き出し
、且つその端において形成される四面体シリコンチップ
２７２を有する窒化物カンチレバ−２７０を示す。この
シリコンチップ２７２は、第２３図に示すようなシリコ
ン基板２６４の側壁傾斜の結果としてつくられる。この
ことから、シリコンチップ２７２の先端は図示のように
湾曲したものとなる。

第２７Ａ図は、第１４図及び第２４図の構造に類似した
一体的な四面体チップ２１２を備えたカンチレバ−２１
０を示す。

第２７Ｂ図は、カンチレバーアーム２８０の変形実施例
を示す。カンチレバーアームの最も端の部分は側面２Ｂ
２　、２８４間の角度が、例えば第２７Ａ図において示
すカンチレバーアーム２１０のそれよりも小さくなるよ
うに形づくられている。このパターンで作られたチップ
はより狭い幅を有することになる。

第２７Ｃ図は、第２７Ｂ図に示すようなカンチレバーア
ーム２８０の端において構成されるチップ２８６の斜視
図を示す。従って、シリコンチップ２８６の幅はカンチ
レバー２８０の側面２８２、２８４が出会う角度を変え
ることによって変更される。チップの幅を変化させるこ
とが可能なことの効果は、チップの質壷を変化させるこ
とが可能なことにある。

高共振周波数が望まれる場合や、非接触顕微鏡の使用に
関わる場合は、質量の小さいチップがこのましい。

本発明は、以上で説明した材料及び個別のプロセス段階
の多くが最終的に得られる構造の有用性に影響を与える
ことなしに変更可能であることを想定している。例えば
カンチレバーは窒化ケイ素の代わりに二酸化ケイ素から
構成することができる。また、シリコンウェハ上に窒化
物を付着させる代わりにプロセスの最初の方のステップ
において、高濃度のホウ素がシリコン膜に注入される。

これはホウ素でドーブ処理されたシリコンが異方性エッ
チ液に対するエッチストップとして機能する結果となり
、ドーブ処理されないシリコンチップを有するホウ素で
ドープ処理されたシリコンカンチレバーが形成されるこ
とになる。二酸化ケイ素チップが望ましい場合は、ドー
プ処理されたシリコン又は窒化ケイ素のカンチレバーを
酸化してシリコンチップを二酸化ケイ素チップに変える
。

第２８乃至３２図は、自己整列型チップ及び超小型カン
チレバーの別の実施例を形成する変化させたプロセスス
テップを示す。このチップは、共に前述のＪａｃｋｓｏ
ｎ他及びＫｌｏｅｃｋ他の論文によって説明されるよう
に、カンチレバーの厚さを精確に制御するため電気化学
エッチスト÷プを用いて単結晶シリコンカンチレバー上
に形成される。

第２８図は、原のプロセスにおけるように、Ｐ型シリコ
ン基板３００に長方形ピット３０２が形成されることを
示す。次に、軽くドーブ処理されたＮ型シリコン層３０
４が第２９図に示すように形成されるように、ドナー原
子がウェハの裏側からイオン注入される。Ｎ型層３０４
の厚さはこのイオン注入処理によって、よく制御され、
この厚さが最終的なシリコンカンチレバーの厚さを決定
する。

このプロセスは前述したように続けられる。第３０図は
底部窒化物層３０６を残して上窒化物層を取り除いたと
ころを示す。シリコンカンナレパー３０８は異方性エッ
チングされてチップを形成するこのが可能となる。

第３１図は、カンチレバーに形成されるＰ−Ｎ接合３０
４、３０６に小さな（１〜５ボルト）の電位バイアスを
印加しながら、Ｐ型シリコン３００をＫＯＨ溶液で電気
化学的にエッチングすることによってチップ３１０が形
成されることを示す。この電気化学的なエッチングはＰ
一型材料を普通にエッチングするが、Ｎ一型領域に到達
するとエッチングを停止する。

第３２図は、酸化物側壁及び窒化物底層３０６が選択的
に除去されると、残存する構造がＰ一型シリコンカンナ
レパー３１２となることを示す。電気化学エッチストッ
プ技法を用いる効果の一つは、カンチレバーの厚さ極め
て正確に制御することができ、従ってカンチレバーの所
望の機械的性質を維持することができる。

或いは、カンテレパー２１０は、第１４乃至第２７図に
しめすところのものに類似した構造をもたらすた約のプ
ロセスステップを用いて、窒化物以外の材料から形成さ
れることもある。層２３２を窒化物とする代わりに、例
えば付着させた酸化物又はポリシリコンのような代わり
の材料の層シリコン膜ウエハの裏側に形成する。そして
適切な従来の処理を用いて、この層を第１４、２５及び
２６図に示すような端に単結晶自己整列型シリコンチッ
プを備えたカンチレバーアーム２１０に形成する。

上述したようなカンチレバー上での尖鋭四面体チップの
構成における重要なステップはシリコン膜の裏側にカン
テレバー材料を付着させるステップである。もう一つの
重要なステップは、実際にはマスクを施した底表面と側
壁と、しかし四面体チップを形成するために異方性エッ
チ液に対して露出する上部シリコン表面とを有する装着
物なしのカンチレバーの製造である。

上述のように形成されて尖鋭チップを有する超小型カン
チレバーは、顕微鏡及び表面輪郭測定の分野で用いられ
る。しかし、シリコン又は窒化物カンチレバー上に尖鋭
なシリコン又は二酸化ケイ素のチップをエッチングで構
成するこの技術は、超小型に製造されるセンサ及びアク
チュエー夕においても有用である。

本発明は特定の実施例についての以上の説吠は例示及び
説明の目的でなされたものである。これらは、網羅或い
は本発明を開示された形式そのままに限定することを意
図するものではなく、幾多の変更、変化が可能である。

例えばシリコンの代わりにガリウム・ヒ素等の半導体用
の材料を使うことも、本発明の概念を適用できる。これ
らの実施例は、本発明の基本及びその実際的な応用を良
く説明するために選択、記述されたものであり、これに
よって、他の当業者が本発明及び考えられる特定の利用
に適合する多様な変更のなされた各種実施例を利用でき
るようにするためのものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は尖鋭化前のシリコンチップの断面図、第２図は
本発明による種々酸化されたシリコンチップの断面図、 第３図は本発明による尖鋭化されたシリコンチップの断
面図、 第４図は尖鋭化されたシリコンチップを使用される以前
において保護するために、二酸化ケイ素層及び窒化ケイ
素層でコーティングされたシリコンチップの断面図、 第５図及び第６図はそれぞれ尖鋭化したチップの断面図
、 第７図は自由端において単結晶シリコンチップを備えた
窒化物カンチレバーの断面図、第８図は上部ドーブ処理
シリコン又はエビタキシアルとして形成された酸化ケイ
素の小さな正方形層を有する（１　０　０）シリコン基
板の断面図、第９図は形成されるべきカンチレバーの端
近傍にチップマスクを位置させてドープ処理シリコンカ
ンチレバーパターン形成するためにエッチングされた最
上シリコン層を備えたシリコン基板の断面図、 第１０図は下に広がるシリコン基板を異方性にエッチン
グすることによって形成されるシリコンカンチレバーパ
ターンの断面図、 第１１図はその表面と裏側とに付着させた窒化物層を有
するシリコンカンチレバーバ９−”／（Ｄ断面図、 第１２図は窒化物カンチレバーが形成される裏側に窒化
物を備えたカンチレバーパターンの断面図、 第１３図は単結晶シリコンチップを形成するためにエッ
チングされたシリコン層を備えたカンチレバーパターン
の断面図、 第１４図は自己整列型で一体的な四面体シリコンチップ
を備えた窒化ケイ素カンチレバーの斜視図、 第１５Ａ図及び第１５Ｂ図はそれぞれシリコン膜を形成
するために異方性エッチングされたシリコン基板の斜視
図及び断面斜視図、 第１６Ａ図及び第１６Ｂ図はそれぞれ表側及び裏側に付
着させた窒化物層を有するシリコン基板の斜視図及び断
面斜視図、 第１７Ａ図及び第１７Ｂ図はそれぞれシリコン膜の部分
を除去し、窒化物−シリコンー窒化物のカンチレバー構
造を形成するためにパターン化され、垂直にエッチング
したシリコン基板の斜視図及び断面斜視図、 第１８図は第１７Ａ図及び第１７Ｂ図の窒化物シリコン
ー窒化物のカンチレバー構造の拡大斜視図、 第１９Ａ図及び第１９Ｂ図はそれぞれ窒化物シリコンー
窒化物のカンチレバー構造のシリコン層の露出端を酸化
物側壁を形成するために酸化させたシリコン基板の斜視
図及び断面斜視図、第２０図は第１９Ａ図及び第１９Ｂ
図の酸化側壁を備えた窒化物−シリコンー窒化物のカン
チレバー構造の拡大斜視図、 第２１Ａ図及び第２１Ｂ図はそれぞれ前面窒化物層を取
除いたシリコン基板の斜視図及び断面図、第２２Ａ図及
び第２２Ｂ図はそれぞれ端において四面体シリコンチッ
プを備えた窒化物カンチレバーを残し、且つ酸化物側壁
を残すようにシリコン層を異方性エッチングした場合の
シリコン基板の斜視図及び断面斜視図、 第２３図は第２２Ａ図及び第２２Ｂ図の窒化物カンチレ
バーと酸化物側壁との拡大斜視図、第２４図は酸化物側
壁が取除かれた場合の四面体シリコンチップを備えた窒
化物カンチレバーの斜視図、 第２５図は第２４図のカンチレバー及びチップの断面斜
視図、 第２６Ａ図はシリコン側壁の傾きが垂直に対して角度を
有するように窒化物一シリコンー窒化物のカンチレバー
が形成されるシリコン基板の断面図、 第２６Ｂ図は傾斜した先端を有する四面体シリコンチッ
プを備えた窒化物カンチレバーの拡大斜視図、 第２７Ａ図は第１４図及び第２４図において示したよう
なカンチレバーアーム及び一体的な四面体シリコンチッ
プ斜視図、 第２７Ｂ図はより細い自由端を有する窒化物力ンチレバ
ーの斜視図、 第２７Ｃ図はより細い四面体シリコンチップを備えた！
２７Ｂ図のカンテレバーの斜視図、第２８図はその裏側
にエッチングされた長方形ウインドーを有し、本発明の
変化例に用いられるＰ一型シリコン基板の斜視図、 第２９図はＮ一型層をその裏側に形成した第２６図の基
板の斜視図、 第３０図は第２９図の基板に形成され、その上に形成さ
れる窒化物の底邪層を有するカンチレバー構造の斜視図
、 解３１図はＰ一型シリコン層を電気化学的にエッチング
したあとに形成される一体的なチップを有するカンチレ
バー構造の斜視図、 第３２図はＰ一型、単結晶、一体的、自己整列型シリコ
ンチップを有し、且つシリコンカンナレバーを有する超
小型カンチレバーの斜視図。 第６図 区 区 Ｃ％Ｊ ３０ら

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）尖端を有するシリコンチップを尖鋭化する方法に
   おいて、 尖端点及びより平坦な側面を有する原のシリコン材料チ
   ップを用意するステップと、 シリコンチップ上に二酸化ケイ素層を生成するための酸
   化する物質を用意するステップ、及び 原のシリコン材料チップを酸化する物質によってある温
   度で酸化し、二酸化ケイ素層を成長させるステップ から成ることを特徴とする尖端を有するシリコンチップ
   を尖鋭化する方法。 （２）原のシリコン材料チップより尖鋭な輪郭を有する
   チップを得るために細くされた側面を有する尖鋭化され
   たシリコン材料チップを残すように二酸化ケイ素層を除
   去するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記
   載の方法。 （３）尖鋭化されたシリコン材料チップを防護するため
   に、二酸化ケイ素層上に付加的な防護層を形成するステ
   ップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 （４）シリコン材料チップ用のシリコン材料が単結晶シ
   リコン、ポリシリコン及びアモルファスシリコンかな成
   るグループから選択されることを特徴とする請求項１記
   載の方法。（５）自由端に一体的にシリコンチップを備
   える超小型カンチレバーを形成する方法において、（１
   ００）シリコン基板を用意するステップと、前記シリコ
   ン基板上にドープ処理されたシリコン材料の層を設ける
   ステップと、 ドープ処理されたシリコン材料の上層上に二酸化ケイ素
   の上層を形成するステップと、 前記ドープ処理されたシリコン材料の上層にシリコンチ
   ップを続いて形成するためのチップマスクを設けるため
   に前記二酸化ケイ素の上層をパターン化し、エッチング
   するステップと、続いて形成されるカンチレバーの自由
   端近傍にチップマスクが位置するようにカンチレバーパ
   ターンを定めるために、シリコン基板及びシリコン材料
   の上層をパターン化し、エッチングするステップと、 前記シリコン基板の底に二酸化ケイ素の底層を形成する
   ステップと、 底部二酸化ケイ素層にマスキング開口を定めるために前
   記二酸化ケイ素の底層をパターン化し、エッチングする
   ステップと、 前記シリコン基板の底を前記マスキング開口を通して異
   方性にエッチングするステップであって異方性エッチン
   グをドープ処理されたシリコン材料の上層の自由端をシ
   リコン基板から開放するためにドープ処理されたシリコ
   ン材料層の上層において停止し、シリコン基板の全結晶
   を選択的にエッチングして、ドープ処理されたシリコン
   カンチレバー材料としてのドープ処理されたシリコン材
   料の上層の自由端が突き出すシリコンベースを残すよう
   にする前記異方性にエッチングするステップと、 二酸化ケイ素の底部層を除去するスッテプと、ドープ処
   理されたシリコン層の下に窒化物カンチレバーを形成す
   るために、ドープ処理されたシリコンカンチレバー部材
   の下部表面及びシリコン基板の底表面上に窒化物の一層
   を形成するステップ、及び 窒化物カンチレバーの自由端近傍の前記チップマスクの
   下に尖鋭なシリコンチップを形成し、且つその自由端に
   おいて集積形成されたシリコンチップを有する窒化物カ
   ンチレバーを得るために、ドープ、処理されたシリコン
   材料の上層をその上のチップマスクと共に除去するステ
   ップから成ることを特徴とする超小型カンチレバーの製
   造方法。 （６）ドープ処理されるシリコン材料の上層はホウ素で
   ドープされることを特徴とする請求項５記載の方法。 （７）ドープ処理されるシリコン材料の上層がシリコン
   基板の上に形成され、且つシリコン基板のドーパントタ
   イプと反対のドーパントタイプを有するドープ処理され
   たシリコンのエピタキシアル層として形成するステップ
   を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。 （８）前記ドープ処理されたシリコン材料の上層と前記
   シリコン基板とによって形成されるＰ−Ｎ接合の両端に
   電位をかけるステップ、及び シリコン基板を電気化学エッチングによって異方性にエ
   ッチングし、且つドープ処理されたシリコン材料の上層
   に達したとき異方性エッチングを停止するステップ を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。 （９）ドープ処理されたシリコンカンチレバーの全表面
   にかけて窒化物の層を付着させ、ドープ処理されたシリ
   コン材料層及びシリコン基板層の下部表面上に窒化物の
   層を残すようにドープ処理されたシリコンカンチレバー
   の上面上の窒化物を除去するステップを含むことを特徴
   とする請求項５記載の方法。 （１０）チップマスクは二酸化ケイ素の四角形層として
   形成されることを特徴とする請求項５記載の方法。 （１１）複数のチップマスク及びそれぞれが集積形成さ
   れたシリコンチップを備える対応する複数の窒化物カン
   チレバーを形成するステップを含むことを特徴とする請
   求項５記載の方法。 （１２）チップの尖端に形成される酸化物層がこのチッ
   プの側面においてよりも厚さが薄くなるように適切な条
   件下において原の集積形成されたシリコンチップを差別
   的に酸化するステップと、原のシリコンチップよりも尖
   鋭な輪郭を有する尖鋭なチップを得るために、チップの
   上に形成された酸化物層を除去するステップ を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。 （１３）チップは錐形であることを特徴とする請求項５
   記載の方法。 （１４）ドープ処理されたシリコン材料の上層をエッチ
   ングで除去するステップをウェットエッチングを用いる
   ことによって終了することを特徴とする請求項５記載の
   方法。 （１５）シリコン材料のドープ処理された層は前記層を
   酸化することによって除去されることを特徴とする請求
   項５記載の方法。 （１６）上面と底面と（１１１）面によって形成された
   （１１１）斜め側面とを有する（１００）シリコンベー
   スと、 シリコンベースの（１１１）斜め側面の上に形成され、
   シリコンベースに固定された一端と自由端とを有する窒
   化物カンチレバーを形成するようにシリコンベースの上
   面から外側に突き出す窒化物、及び 窒化物カンチレバーの自由端に固定され、そこから上方
   に突き出す単結晶尖鋭錐シリコンチップから成ることを
   特徴とする超小型構造のカンチレバー。 （１７）自己整列型一体的単結晶シリコンチップを備え
   た超小型構成のカンチレバーを形成する方法において、 カンチレバー材料の層が形成される（１００）下部表面
   を有するシリコン膜を備えたカンチレバー構造を形成す
   るステップと、 シリコン膜において、後に形成されるべきシリコンチッ
   プの側面を定めるように酸化物側壁を設定するために、
   シリコン膜の露出側壁部分を酸化するステップと、 （１１１）面によって境界を定められる１外表面と前記
   酸化物側壁によって定められる２つの別の外表面とを有
   する自己整列型四面体シリコンチップをもたらすように
   、カンチレバー材料の層を覆うシリコン膜の部分を除去
   するために、シリコン膜の露出前表面を異方性エッチン
   グするステップ及び、 カンチレバー材料の層から形成され、且つ酸化物側壁に
   よって定められたチップの側面を有するその自由端にお
   いて形成される四面体シリコンチップを有する超小型カ
   ンチレバーを得るために、酸化物側壁を除去するステッ
   プ、 から成ることを特徴とする超小型カンチレバーの製造方
   法。 （１８）表面と裏面とを有する（１００）シリコンウエ
   ハを用意するステップと、 サンドイッチ構造を形成するように、シリコン膜の表面
   に肪護層を形成し、且つシリコン膜の裏面にカンチレバ
   ー材料の膜を形成するステップと、カンチレバー構造を
   形成し、且つシリコン膜の側壁部分を露出するように、
   シリコン膜と防護層とカンチレバー材料の層とのある部
   分を除去するためにサンドイッチ構造をパターン化し、
   エッチングするステップ、及び 後の異方性エッチング及び四面体シリコンチップの形成
   のために、シリコン膜の表面を露出するようにカンチレ
   バー構造の表側の防護層を選択的に除去するステップ から成ることを特徴とする請求項１７記載の方法。 （１９）シリコンウエハの下部表面領域を前記シリコン
   基板にＰ−Ｎ接合を設定するためにドープ処理するステ
   ップと、 Ｐ−Ｎ接合の両端に電位を与えるステップと、電気化学
   エッチングによって、シリコン基板を異方性エッチング
   するステップ、及び 一体的な自己整列型シリコンチップを前記シリコンチッ
   プの側面が酸化物側壁によって定められるようにその自
   由端において備えるドープ処理されたシリコン・カンチ
   レバー・アームをもたらすために、異方性エッチングを
   シリコンウエハのドープ処理された下部表面領域に到達
   したときに停止するステップ から成ることを特徴とする請求項１７記載の方法。 （２０）シリコン膜の端を層の表面に対して斜めの角度
   をつけて形成し、且つ酸化物側壁によって境界を定めら
   れる四面体チップの側部外表面をその斜めの角度で形成
   するステップからなることを特徴とする請求項１７記載
   の方法。 （２１）単結晶集積シリコンチップを備えた超小型構造
   のカンチレバーを形成する方法において、表側と裏側を
   有する（１００）シリコンウエハを用意するステップと
   、 前記シリコンウエハにシリコン膜を形成するために、シ
   リコンウエハの裏側を異方性エッチングするステップと
   、 サンドイッチ構造を形成するために、シリコン膜の表面
   にカンチレバー材料の層を、そしてシリコン膜の裏側に
   カンチレバー材料の層を形成するステップと、 カンチレバー構造を形成し、且つシリコン膜の側壁部分
   を露出するために、シリコン膜及び２層のある部分を除
   去するようにサンドイッチ構造をパターン化し、エッチ
   ングするステップと、 酸化物側壁を形成するために、シリコン膜の露出側壁部
   分を酸化するステップと、 シリコン膜の表側を露出するために、カンチレバー構造
   の表側の層を選択的に除去するステップと、 窒化物層の裏側上に形成される四面体シリコンチップを
   除いた前記シリコン膜を除去刷るためにシリコン膜の露
   出した表面を異方性エッチングし、前記四面体シリコン
   チップが（１１１）面によって定められる１つの外表面
   を有し、前記四面体シリコンチップが酸化物側壁によっ
   て定められる２つの別の外表面を有するように異方性エ
   ッチングするステップ、及び 裏側カンチレバー材料層から形成され、且つその自由端
   に四面体シリコンチップを有するカンチレバーをもたら
   すために酸化物側壁を除去するステップ から成ることを特徴とするカンチレバーの製造方法。 （２２）酸化物側壁によって定められる四面体チップの
   外表面が窒化物カンチレバーを形成する第２窒化ケイ素
   層に対して垂直とならないようにサンドイッチを斜めの
   角度でエッチングすることを特徴とする請求項２１記載
   のカンチレバーの製造方法。 （２３）一体的なチップを備えた超小型構造のカンチレ
   バーにおいて、 自由端を有するカンチレバーであって、薄膜層として形
   成されるカンチレバーと、 カンチレバーの自由端に固定され、（１１１）結晶面に
   形成される第１表面と、（１００）結晶面に形成される
   第２表面と、（１００）結晶面から延びて第１表面と交
   わる平面に形成される２つの別の表面とを有する単結晶
   シリコン四面体チップとから成ることを特徴とする超小
   型構造のカンチレバー。 （２４）２つの別の表面が（１００）結晶面から斜めに
   延びて第１の表面と交わる各平面にあることを特徴とす
   る請求項２３記載の超小型カンチレバー。 （２５）シリコン膜が（１１１）結晶面によって定めら
   れる側面を含み、その上にカンチレバー材料の薄膜層が
   付着されていることを特徴とする請求項２３記載の超小
   型構造のカンチレバー。 （２６）一体的なチップを備えた超小型構造のカンチレ
   バーにおいて、 （１００）シリコンウエハから形成されるシリコンベー
   スであって、前記シリコンベースが上表面と（１００）
   結晶面に形成される平行なベース表面とを有し、前記シ
   リコンベースがまた（１１１）面に形成される斜めに延
   びる側端表面を含むようなシリコンベースと、 斜めに延びる側端表面を覆う窒化物の層であって、前記
   窒化物の層がシリコンベースの上表面から（１００）結
   晶面の方向で外側に延びるカンチレバー部分を有し、前
   記カンチレバー部分が自由端を有するような窒化物の層
   と、 窒化物の層のカンチレバー部分の自由端上に形成される
   四面体シリコンチップであって、前記四面体シリコンチ
   ップが（１１１）面によって定められる１つの外表面を
   有し、前記四面体シリコンチップが窒化物の層のカンチ
   レバー部分に対して垂直に延び平面によって定められる
   ２つの別の外表面を有するような前記四面体シリコンチ
   ップ から成ることを特徴とする集積チップを備えた超小型構
   造のカンチレバー。 （２７）四面体シリコンチップがシリコンチップの差別
   的な酸化によって一層尖鋭化されることを特徴とする請
   求項２６記載の超小型構造のカンチレバー。