JPH07333232A - 探針を有するカンチレバーの形成方法 - Google Patents
探針を有するカンチレバーの形成方法Info
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- JPH07333232A JPH07333232A JP6130151A JP13015194A JPH07333232A JP H07333232 A JPH07333232 A JP H07333232A JP 6130151 A JP6130151 A JP 6130151A JP 13015194 A JP13015194 A JP 13015194A JP H07333232 A JPH07333232 A JP H07333232A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】（１）機械的共振周波数を高く保つ、（２）Ｓ
ｉ基板上に形成したトランジスタ等の電気回路と集積化
が可能な、（３）生産歩留りの高い、探針を有するカン
チレバーの形成方法を提供する。 【構成】 Ｓｉ単結晶から成るウェハ上に酸化膜が形成
され該酸化膜上に単結晶から成るＳｉ薄膜が形成されて
成るＳＯＩ基板を用い、少なくとも（ａ）Ｓｉ薄膜表面
を酸化してシリコン酸化膜としてカンチレバーパターン
を形成する工程および（ｂ）所定の位置に探針パターン
を形成する工程を行い、次に酸化されていない部分のＳ
ｉ薄膜を除去して探針を有するカンチレバーを形成す
る。
ｉ基板上に形成したトランジスタ等の電気回路と集積化
が可能な、（３）生産歩留りの高い、探針を有するカン
チレバーの形成方法を提供する。 【構成】 Ｓｉ単結晶から成るウェハ上に酸化膜が形成
され該酸化膜上に単結晶から成るＳｉ薄膜が形成されて
成るＳＯＩ基板を用い、少なくとも（ａ）Ｓｉ薄膜表面
を酸化してシリコン酸化膜としてカンチレバーパターン
を形成する工程および（ｂ）所定の位置に探針パターン
を形成する工程を行い、次に酸化されていない部分のＳ
ｉ薄膜を除去して探針を有するカンチレバーを形成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロメカニクス技
術を用いて作製するカンチレバー、特にＳＴＭ（Scanni
ng Tunneling Microscope）、ＡＦＭ（Atomic Tunnelin
g Microscope）などのマイクロスコープシステムとして
用いる集積化が可能な探針を有するカンチレバーの作製
方法に関する。
術を用いて作製するカンチレバー、特にＳＴＭ（Scanni
ng Tunneling Microscope）、ＡＦＭ（Atomic Tunnelin
g Microscope）などのマイクロスコープシステムとして
用いる集積化が可能な探針を有するカンチレバーの作製
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、小型の可動機構を有する微小機械
がマイクロメカニクス技術により検討されている。特
に、半導体集積回路形成技術（半導体フォトリソグラフ
ィプロセス）を用いて形成するマイクロ構造体は、基板
上に複数の小型で作製再現性の高い微小な機械部品を作
製することが可能である。このため、アレイ化、低コス
ト化が比較的容易となり、かつ小型化により従来の機械
式構造体に比べて高速応答性が期待できる。また、Ｓｉ
ウェハを用いることにより、電子回路と微小機械を集積
化できる。
がマイクロメカニクス技術により検討されている。特
に、半導体集積回路形成技術（半導体フォトリソグラフ
ィプロセス）を用いて形成するマイクロ構造体は、基板
上に複数の小型で作製再現性の高い微小な機械部品を作
製することが可能である。このため、アレイ化、低コス
ト化が比較的容易となり、かつ小型化により従来の機械
式構造体に比べて高速応答性が期待できる。また、Ｓｉ
ウェハを用いることにより、電子回路と微小機械を集積
化できる。
【０００３】これらの特徴により、ＳＴＭ、ＡＦＭなど
のトンネル電流、ファン・デル・ワールス力、磁力、静
電力等を検出するマイクロスコープシステムに用いる探
針付きのカンチレバーの検討がなされ、様々な提案が行
われている。その１例として、U. T. Duerigらにより提
案された記憶ユニットにおけるカンチレバー（"Direct
access storage unit using tunneling current techni
ques", U.S. Patent Number 4,831,614）がある。
のトンネル電流、ファン・デル・ワールス力、磁力、静
電力等を検出するマイクロスコープシステムに用いる探
針付きのカンチレバーの検討がなされ、様々な提案が行
われている。その１例として、U. T. Duerigらにより提
案された記憶ユニットにおけるカンチレバー（"Direct
access storage unit using tunneling current techni
ques", U.S. Patent Number 4,831,614）がある。
【０００４】このようなカンチレバーは、例えばK. E.
Petersenによる"Dynamic Micromechanics Silicon:Tech
niques and Devices"（IEEE Trans. El. Dev., Vol. ED
25,No.10, 1978, pp1241-1250）に記載の方法によって
作製される。その作製方法は、Ｓｉ基板上にシリコン酸
化膜と電極からなるカンチレバーパターンを形成し、ア
ルカリ水溶液による異方性エッチングによりカンチレバ
ーパターンの下部を除去する。その探針付きのカンチレ
バーはＳｉ基板上のトランジスタと集積化することも可
能である（W. D. Pohl, "Distance-controlled tunneli
ng transducer", U.S. Patent Number 5,043,577）。
Petersenによる"Dynamic Micromechanics Silicon:Tech
niques and Devices"（IEEE Trans. El. Dev., Vol. ED
25,No.10, 1978, pp1241-1250）に記載の方法によって
作製される。その作製方法は、Ｓｉ基板上にシリコン酸
化膜と電極からなるカンチレバーパターンを形成し、ア
ルカリ水溶液による異方性エッチングによりカンチレバ
ーパターンの下部を除去する。その探針付きのカンチレ
バーはＳｉ基板上のトランジスタと集積化することも可
能である（W. D. Pohl, "Distance-controlled tunneli
ng transducer", U.S. Patent Number 5,043,577）。
【０００５】このような探針付きカンチレバーに要求さ
れる条件として、機械的共振周波数が高いこと、Ｑ値が
高いことなどがある。これらの条件を満たすことで、検
出速度（image tracking speed）を上げることができる
とともに、測定環境から発生する振動によるノイズを実
質的に低減でき、検出感度を上げることが可能となる。
れる条件として、機械的共振周波数が高いこと、Ｑ値が
高いことなどがある。これらの条件を満たすことで、検
出速度（image tracking speed）を上げることができる
とともに、測定環境から発生する振動によるノイズを実
質的に低減でき、検出感度を上げることが可能となる。
【０００６】そのためには、探針付きカンチレバーのバ
ネ定数を上げるとともに、探針およびカンチレバーの質
量を小さくすれば良い。また、高いＱ値を得るには、カ
ンチレバーをアモルファスまたは単結晶の薄膜、例えば
シリコン熱酸化膜、シリコン窒化膜、単結晶Ｓｉ等によ
り形成することが望ましい。
ネ定数を上げるとともに、探針およびカンチレバーの質
量を小さくすれば良い。また、高いＱ値を得るには、カ
ンチレバーをアモルファスまたは単結晶の薄膜、例えば
シリコン熱酸化膜、シリコン窒化膜、単結晶Ｓｉ等によ
り形成することが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロスコープシステムにおいては、バネ定数をあまり上げ
ることはできない。それは、カンチレバーの微小変化を
検出する場合には、バネ定数を下げることにより検出感
度を上げることができ、または米国特許4,831,614号明
細書に示されたような変位をさせる場合には、バネ定数
を下げることで印加電圧を下げることができるためであ
る。従って、バネ定数の設定は０．０１〜１００Ｎ／ｍ
程度の範囲とすることが好ましい。
ロスコープシステムにおいては、バネ定数をあまり上げ
ることはできない。それは、カンチレバーの微小変化を
検出する場合には、バネ定数を下げることにより検出感
度を上げることができ、または米国特許4,831,614号明
細書に示されたような変位をさせる場合には、バネ定数
を下げることで印加電圧を下げることができるためであ
る。従って、バネ定数の設定は０．０１〜１００Ｎ／ｍ
程度の範囲とすることが好ましい。
【０００８】従って、探針およびカンチレバーの質量を
小さくする、すなわち微小かつ低密度の材料によって形
成することで検出感度および検出速度を向上させる方法
が取られる。
小さくする、すなわち微小かつ低密度の材料によって形
成することで検出感度および検出速度を向上させる方法
が取られる。
【０００９】検出感度を高めるため、探針はカンチレバ
ーの自由端に設けてある。カンチレバー自由端に重り
（探針）を持つものの共振周波数ｆRは以下の式（Ｉ）
で表わされる（K. E. Petersen, IEEE Trans. El. De
v., Vol. ED25, No.10, 1978, p.1247参照）。
ーの自由端に設けてある。カンチレバー自由端に重り
（探針）を持つものの共振周波数ｆRは以下の式（Ｉ）
で表わされる（K. E. Petersen, IEEE Trans. El. De
v., Vol. ED25, No.10, 1978, p.1247参照）。
【００１０】
【数１】 ｆR＝（３ＥＩ／（Ｍ＋０．２３ｍ））0.5／２／π ・・・（Ｉ） 式中、ＥＩはカンチレバーの断面２次モーメント、Ｍは
探針の質量、ｍはカンチレバーの質量である。
探針の質量、ｍはカンチレバーの質量である。
【００１１】式（Ｉ）より、共振周波数は探針の質量に
大きく依存するため、探針の質量を小さくすることが検
出感度、検出速度を高める上で重要となる。
大きく依存するため、探針の質量を小さくすることが検
出感度、検出速度を高める上で重要となる。
【００１２】そのような条件を満たすカンチレバーの形
成方法として、T. R. Albrechtら（Method of forming
microfabricated cantilever stylus with integrated
pyramidal tip", U.S. Patent Number 5,221,415）によ
り、Ｓｉ基板上に形成したシリコン窒化膜等からなる探
針を有するカンチレバーパターンをガラスに接合して、
Ｓｉ基板を除去してカンチレバーとする製法が提案され
ている。
成方法として、T. R. Albrechtら（Method of forming
microfabricated cantilever stylus with integrated
pyramidal tip", U.S. Patent Number 5,221,415）によ
り、Ｓｉ基板上に形成したシリコン窒化膜等からなる探
針を有するカンチレバーパターンをガラスに接合して、
Ｓｉ基板を除去してカンチレバーとする製法が提案され
ている。
【００１３】しかしながら、この米国特許5,221,415号
明細書に記載の方法では、ガラスと陽極接合を行う必要
があることから、材料としては酸化物を形成する導電性
のＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等、または薄膜においてのみ
陽極接合可能なシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の材
料に限定される。
明細書に記載の方法では、ガラスと陽極接合を行う必要
があることから、材料としては酸化物を形成する導電性
のＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等、または薄膜においてのみ
陽極接合可能なシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の材
料に限定される。
【００１４】また、陽極接合時の接合温度が３００℃以
上であり、熱応力の歪みによる基板の破損を回避するた
めには、ガラスはＳｉ基板とほぼ等しい熱膨張係数を持
っているパイレックスガラス；商品名#7740 Corningな
どのガラスに限定され、回路を集積可能なＳｉ基板を用
いることができない。
上であり、熱応力の歪みによる基板の破損を回避するた
めには、ガラスはＳｉ基板とほぼ等しい熱膨張係数を持
っているパイレックスガラス；商品名#7740 Corningな
どのガラスに限定され、回路を集積可能なＳｉ基板を用
いることができない。
【００１５】さらに、陽極接合にてガラスと導電性材料
を接合する場合、ガラスおよび導電性材料の表面粗さを
５００Å以下に抑え、平滑な基板平面同士を接合する必
要があることから、基板面上にカンチレバーを形成しな
ければならない。
を接合する場合、ガラスおよび導電性材料の表面粗さを
５００Å以下に抑え、平滑な基板平面同士を接合する必
要があることから、基板面上にカンチレバーを形成しな
ければならない。
【００１６】さらに、電極はカンチレバーを形成した後
に基板面に全面に真空蒸着することになり、カンチレバ
ー上にパターン形成ができず、静電アクチュエータを作
製する場合に必要な駆動電極などを形成することができ
ない。
に基板面に全面に真空蒸着することになり、カンチレバ
ー上にパターン形成ができず、静電アクチュエータを作
製する場合に必要な駆動電極などを形成することができ
ない。
【００１７】米国特許4,831,614号明細書に記載の方法
では、探針付きのカンチレバーとトランジスタをＳｉ基
板の同一面上に集積している。一般的な半導体フォトリ
ソグラフィプロセスにより形成されるトランジスタを有
するＳｉ基板では、Ｓｉ基板面上に酸化膜、層間絶縁
膜、Ａｌ配線電極、パッシベーション膜などが積層さ
れ、それらの層の全厚みは基板面に対して３〜５μｍ程
度となる。従って、この米国特許4,831,614号明細書に
示された基板面に形成されたカンチレバーでは、探針が
媒体に接近するために探針の高さとして少なくとも５μ
ｍ以上が必要となる。
では、探針付きのカンチレバーとトランジスタをＳｉ基
板の同一面上に集積している。一般的な半導体フォトリ
ソグラフィプロセスにより形成されるトランジスタを有
するＳｉ基板では、Ｓｉ基板面上に酸化膜、層間絶縁
膜、Ａｌ配線電極、パッシベーション膜などが積層さ
れ、それらの層の全厚みは基板面に対して３〜５μｍ程
度となる。従って、この米国特許4,831,614号明細書に
示された基板面に形成されたカンチレバーでは、探針が
媒体に接近するために探針の高さとして少なくとも５μ
ｍ以上が必要となる。
【００１８】さらに、媒体表面凹凸および媒体を有する
基板の反り、ならびにカンチレバーを形成した基板の反
りなどを考慮すると、探針をさらに高くする必要があ
る。
基板の反り、ならびにカンチレバーを形成した基板の反
りなどを考慮すると、探針をさらに高くする必要があ
る。
【００１９】例えば、円錐体の探針をタングステンによ
り数μｍ形成すると、探針の質量がカンチレバーの質量
を上回る。探針を高くするに伴い、式（Ｉ）の共振周波
数は低下することとなる。そのため、集積化によりトラ
ンジスタ膜厚分の探針高さが余分に必要となり、検出速
度および検出感度を落すことになる。
り数μｍ形成すると、探針の質量がカンチレバーの質量
を上回る。探針を高くするに伴い、式（Ｉ）の共振周波
数は低下することとなる。そのため、集積化によりトラ
ンジスタ膜厚分の探針高さが余分に必要となり、検出速
度および検出感度を落すことになる。
【００２０】また、米国特許4,831,614号明細書では、
ウェットエッチングによる異方性エッチングで空隙を形
成することにより、カンチレバーの長さを再現性良く作
製することができるようになる。しかし、ウェットエッ
チングではカンチレバーのような薄膜構造体は基板に張
り付き（sticking）やすく、生産歩留りの低下を招く。
ウェットエッチングによる異方性エッチングで空隙を形
成することにより、カンチレバーの長さを再現性良く作
製することができるようになる。しかし、ウェットエッ
チングではカンチレバーのような薄膜構造体は基板に張
り付き（sticking）やすく、生産歩留りの低下を招く。
【００２１】このような問題点に鑑みて、本発明は、
（１）機械的共振周波数を高く保つ、（２）Ｓｉ基板上
に形成したトランジスタ等の電気回路と集積化が可能
な、（３）生産歩留りの高い探針を有するカンチレバー
の形成方法を提供することを目的とする。
（１）機械的共振周波数を高く保つ、（２）Ｓｉ基板上
に形成したトランジスタ等の電気回路と集積化が可能
な、（３）生産歩留りの高い探針を有するカンチレバー
の形成方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、Ｓｉ単結晶から成るウェハ上に酸化膜
が形成され該酸化膜上に単結晶から成るＳｉ薄膜が形成
されて成るＳＯＩ基板を用い、少なくとも下記の（ａ）
および（ｂ）の工程を行って、次に酸化されていない部
分のＳｉ薄膜を除去する探針を有するカンチレバーの形
成方法。
めに、本発明は、Ｓｉ単結晶から成るウェハ上に酸化膜
が形成され該酸化膜上に単結晶から成るＳｉ薄膜が形成
されて成るＳＯＩ基板を用い、少なくとも下記の（ａ）
および（ｂ）の工程を行って、次に酸化されていない部
分のＳｉ薄膜を除去する探針を有するカンチレバーの形
成方法。
【００２３】（ａ）Ｓｉ薄膜表面を酸化してシリコン酸
化膜としてカンチレバーパターンを形成する工程 （ｂ）所定の位置に探針パターンを形成する工程 本発明は、ＳＯＩ基板におけるＳｉ薄膜を犠牲層とし、
Ｓｉ薄膜を酸化した酸化膜をカンチレバーパターンとし
て用いることによって、Ｓｉ基板に形成した半導体集積
回路の層厚以上の高さに、Ｓｉ薄膜の犠牲層厚みによ
り、カンチレバーを形成することが可能となる。これに
より、探針の高さを低くでき、探針の質量による共振周
波数の低下を抑えることが可能となる。また、カンチレ
バーはＳｉを酸化することにより形成されたシリコン酸
化膜よりなるために低密度であり、Ｑ値を高くでき、真
空蒸着等の方法により作製したカンチレバーに比べて薄
膜形成過程に生じる真応力（intrinsic stress）が少な
くカンチレバーの反りがほぼないものとなる。
化膜としてカンチレバーパターンを形成する工程 （ｂ）所定の位置に探針パターンを形成する工程 本発明は、ＳＯＩ基板におけるＳｉ薄膜を犠牲層とし、
Ｓｉ薄膜を酸化した酸化膜をカンチレバーパターンとし
て用いることによって、Ｓｉ基板に形成した半導体集積
回路の層厚以上の高さに、Ｓｉ薄膜の犠牲層厚みによ
り、カンチレバーを形成することが可能となる。これに
より、探針の高さを低くでき、探針の質量による共振周
波数の低下を抑えることが可能となる。また、カンチレ
バーはＳｉを酸化することにより形成されたシリコン酸
化膜よりなるために低密度であり、Ｑ値を高くでき、真
空蒸着等の方法により作製したカンチレバーに比べて薄
膜形成過程に生じる真応力（intrinsic stress）が少な
くカンチレバーの反りがほぼないものとなる。
【００２４】ＳＯＩ基板は、第１のＳｉ単結晶からなる
ウェハ上に酸化膜を介して接合した第２のＳｉ単結晶か
らなるウェハを薄膜化したＳｉ薄膜が形成してなるもの
である。第１のＳｉウェハにトランジスタが形成されて
いてもよい。
ウェハ上に酸化膜を介して接合した第２のＳｉ単結晶か
らなるウェハを薄膜化したＳｉ薄膜が形成してなるもの
である。第１のＳｉウェハにトランジスタが形成されて
いてもよい。
【００２５】探針およびカンチレバーを形成する工程
は、Ｓｉ薄膜の一部を除去した後に、Ｓｉ薄膜を酸化ガ
スを用いて酸化し、シリコン酸化膜を形成し、その酸化
膜にフォトリソグラフィプロセスにより酸化膜からなる
カンチレバーパターンを形成し、探針を形成する。探針
は、カンチレバーパターン上にスピント（Spindt）らに
より提案された方法（C. A. Spindt et al, "Physical
properties of thin film field emission cathode wit
h molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47. 1976, pp5
248-5263）を用いて作製する。これはカンチレバーパタ
ーン上に探針形成後除去する層を形成し、さらにオリフ
ィスを設けたマスク層を形成し、次いで、オリフィスを
通じてオリフィス下部の前記除去する層をエッチング
し、アンダーカットされたホールを形成した後、探針を
形成する材料を薄膜形成方法を用いて蒸着し、除去する
層とマスク層を除去することによって形成する。さらに
詳しくは、実施例を用いて説明する。前記探針形成材料
としては、Ｓｉ薄膜を除去する際にエッチングされない
材料であれば良く、例えばＡｕ、Ｐｔ等が用いられる。
その方法にて配線電極をカンチレバー上に形成する場
合、探針を形成する前に行う。
は、Ｓｉ薄膜の一部を除去した後に、Ｓｉ薄膜を酸化ガ
スを用いて酸化し、シリコン酸化膜を形成し、その酸化
膜にフォトリソグラフィプロセスにより酸化膜からなる
カンチレバーパターンを形成し、探針を形成する。探針
は、カンチレバーパターン上にスピント（Spindt）らに
より提案された方法（C. A. Spindt et al, "Physical
properties of thin film field emission cathode wit
h molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47. 1976, pp5
248-5263）を用いて作製する。これはカンチレバーパタ
ーン上に探針形成後除去する層を形成し、さらにオリフ
ィスを設けたマスク層を形成し、次いで、オリフィスを
通じてオリフィス下部の前記除去する層をエッチング
し、アンダーカットされたホールを形成した後、探針を
形成する材料を薄膜形成方法を用いて蒸着し、除去する
層とマスク層を除去することによって形成する。さらに
詳しくは、実施例を用いて説明する。前記探針形成材料
としては、Ｓｉ薄膜を除去する際にエッチングされない
材料であれば良く、例えばＡｕ、Ｐｔ等が用いられる。
その方法にて配線電極をカンチレバー上に形成する場
合、探針を形成する前に行う。
【００２６】他の探針を形成する方法としては、Ｓｉ薄
膜上に探針パターンを形成し、水酸化カリウム水溶液
（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液
（ＴＭＡＨ）などのアルカリ水溶液によってエッチング
し、探針形成のパターンをＳｉ薄膜に形成する。次に、
Ｓｉ薄膜の一部を除去した後に、酸化シリコン酸化膜を
形成し、フォトリソグラフィプロセスにより探針および
カンチレバーのパターンを同時に形成することが可能と
なる。
膜上に探針パターンを形成し、水酸化カリウム水溶液
（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液
（ＴＭＡＨ）などのアルカリ水溶液によってエッチング
し、探針形成のパターンをＳｉ薄膜に形成する。次に、
Ｓｉ薄膜の一部を除去した後に、酸化シリコン酸化膜を
形成し、フォトリソグラフィプロセスにより探針および
カンチレバーのパターンを同時に形成することが可能と
なる。
【００２７】探針によりトンネル電流を検出する場合に
は、カンチレバー上に導電体薄膜を成膜し、パターニン
グすることにより、配線電極を形成する。さらに、カン
チレバーを静電力により変位させる場合には、前記導電
体薄膜の一部に駆動電極のパターンを形成する。
は、カンチレバー上に導電体薄膜を成膜し、パターニン
グすることにより、配線電極を形成する。さらに、カン
チレバーを静電力により変位させる場合には、前記導電
体薄膜の一部に駆動電極のパターンを形成する。
【００２８】Ｓｉ薄膜を除去する工程は、上記工程によ
り形成した探針およびカンチレバー下部の犠牲層となる
Ｓｉ薄膜をエッチング除去する工程である。ウェットエ
ッチングでは、Ｓｉを選択的にエッチングするエッチン
グ液を用いる。前記アルカリ水溶液は酸化膜がエッチン
グされにくく、エッチング液としてより好ましい。さら
に好ましいエッチング方法はドライエッチングであり、
ウェットエッチングによる犠牲層除去の際に問題となる
張り付き（sticking）を回避することができる。
り形成した探針およびカンチレバー下部の犠牲層となる
Ｓｉ薄膜をエッチング除去する工程である。ウェットエ
ッチングでは、Ｓｉを選択的にエッチングするエッチン
グ液を用いる。前記アルカリ水溶液は酸化膜がエッチン
グされにくく、エッチング液としてより好ましい。さら
に好ましいエッチング方法はドライエッチングであり、
ウェットエッチングによる犠牲層除去の際に問題となる
張り付き（sticking）を回避することができる。
【００２９】反応性ガスとしては、ＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ
3、ＣＣｌ4、ＣＣｌ2Ｆ2などのガスを用いてプラズマエ
ッチングにて除去を行う。特に、ＳＦ6、ＮＦ3は酸化膜
とＳｉとのエッチング選択性が高く、またエッチング速
度も早いことから、より好ましい。
3、ＣＣｌ4、ＣＣｌ2Ｆ2などのガスを用いてプラズマエ
ッチングにて除去を行う。特に、ＳＦ6、ＮＦ3は酸化膜
とＳｉとのエッチング選択性が高く、またエッチング速
度も早いことから、より好ましい。
【００３０】すなわち、ＳＯＩ基板におけるＳｉ薄膜を
犠牲層とし、Ｓｉ薄膜を酸化した酸化膜（カンチレバー
パターン）をカンチレバーとして用いることにより、Ｓ
ｉ基板に形成した半導体集積回路膜の層厚み以上の高さ
にカンチレバーを形成することが可能となる。これによ
り、探針の高さを低くでき、探針の質量による共振周波
数の低下を抑えることが可能となる。
犠牲層とし、Ｓｉ薄膜を酸化した酸化膜（カンチレバー
パターン）をカンチレバーとして用いることにより、Ｓ
ｉ基板に形成した半導体集積回路膜の層厚み以上の高さ
にカンチレバーを形成することが可能となる。これによ
り、探針の高さを低くでき、探針の質量による共振周波
数の低下を抑えることが可能となる。
【００３１】また、カンチレバーはＳｉを酸化すること
により形成したシリコン酸化膜よりなるため、Ｑ値を高
くでき、真空蒸着などの方法により作製したカンチレバ
ーに比べて薄膜形成過程に生じる真応力（intrinsic st
ress）が少なく、カンチレバーの反りがほぼないものと
なる。
により形成したシリコン酸化膜よりなるため、Ｑ値を高
くでき、真空蒸着などの方法により作製したカンチレバ
ーに比べて薄膜形成過程に生じる真応力（intrinsic st
ress）が少なく、カンチレバーの反りがほぼないものと
なる。
【００３２】さらに、カンチレバーはＳＯＩ基板のＳｉ
薄膜を熱酸化して形成した酸化膜よりなるため、カンチ
レバーの支持端と絶縁層との間に接合界面はなく、一体
化された酸化膜となり、機械的強度が高い。
薄膜を熱酸化して形成した酸化膜よりなるため、カンチ
レバーの支持端と絶縁層との間に接合界面はなく、一体
化された酸化膜となり、機械的強度が高い。
【００３３】以上のように、本発明の方法では、Ｓｉ単
結晶からなるウェハ上に酸化膜を介して接合した単結晶
から成るＳｉ薄膜が形成されてなるＳＯＩ基板を用い
て、探針と前記Ｓｉ薄膜を酸化したシリコン酸化膜から
なるカンチレバーパターンを形成し、酸化されていない
前記Ｓｉ薄膜を除去することによりカンチレバーを形成
する。
結晶からなるウェハ上に酸化膜を介して接合した単結晶
から成るＳｉ薄膜が形成されてなるＳＯＩ基板を用い
て、探針と前記Ｓｉ薄膜を酸化したシリコン酸化膜から
なるカンチレバーパターンを形成し、酸化されていない
前記Ｓｉ薄膜を除去することによりカンチレバーを形成
する。
【００３４】従って、空隙を介してカンチレバーをＳｉ
基板面より高い位置に形成することができ、探針の高さ
を低くすることができることから、機械的共振周波数を
高く保つことが可能となる。また、ＳＯＩ基板に用いた
Ｓｉ基板上にトランジスタを形成することにより、半導
体集積回路の集積化が可能となる。
基板面より高い位置に形成することができ、探針の高さ
を低くすることができることから、機械的共振周波数を
高く保つことが可能となる。また、ＳＯＩ基板に用いた
Ｓｉ基板上にトランジスタを形成することにより、半導
体集積回路の集積化が可能となる。
【００３５】さらに、Ｓｉ薄膜を犠牲層として用い、そ
れをプラズマエッチングによって除去することで、カン
チレバーの張り付きを回避することができる。
れをプラズマエッチングによって除去することで、カン
チレバーの張り付きを回避することができる。
【００３６】
【実施例】次に、本発明の探針を有するカンチレバーの
形成方法を図面を参照しながら実施例を用いて具体的に
説明する。
形成方法を図面を参照しながら実施例を用いて具体的に
説明する。
【００３７】（実施例１）図１は本発明の探針を有する
カンチレバーの形成方法の１例を示す工程図であり、図
２はそれを用いて作製した探針を有するカンチレバーの
斜視図である。
カンチレバーの形成方法の１例を示す工程図であり、図
２はそれを用いて作製した探針を有するカンチレバーの
斜視図である。
【００３８】図２において、１はＳｉ基板、２はＳｉ薄
膜を酸化して形成したシリコン酸化膜からなる絶縁層、
３は酸化膜からなるカンチレバー、４は探針、５は取り
出し電極である。絶縁層２はＳＯＩ基板の絶縁層から成
り、カンチレバーはＳＯＩ基板のＳｉ薄膜を熱酸化して
形成した酸化膜から成るために、カンチレバー３の支持
端と絶縁層２との間に接合界面はなく、一体化された膜
となっている。
膜を酸化して形成したシリコン酸化膜からなる絶縁層、
３は酸化膜からなるカンチレバー、４は探針、５は取り
出し電極である。絶縁層２はＳＯＩ基板の絶縁層から成
り、カンチレバーはＳＯＩ基板のＳｉ薄膜を熱酸化して
形成した酸化膜から成るために、カンチレバー３の支持
端と絶縁層２との間に接合界面はなく、一体化された膜
となっている。
【００３９】図１を用いて、図２に示すカンチレバーの
形成手順を説明する（図１の各図は図２のＡ−Ａ断面に
ついてのものである）。
形成手順を説明する（図１の各図は図２のＡ−Ａ断面に
ついてのものである）。
【００４０】このカンチレバー形成工程に用いるＳＯＩ
基板は、Ｓｉ基板１、シリコン酸化膜より成る絶縁層２
およびＳｉ薄膜６より成る（図１（Ａ））。
基板は、Ｓｉ基板１、シリコン酸化膜より成る絶縁層２
およびＳｉ薄膜６より成る（図１（Ａ））。
【００４１】このＳＯＩ基板のＳｉ薄膜６上に探針形成
するためのＳｉの円錐体を形成した（図１（Ｂ）および
（Ｃ））。Ｓｉ円錐体の形成は、O. Wolterら（"Microm
achined Silicon sensors for scanning force microsc
opy", J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 9, 1991, pp135
4-1357）に記載されているＳｉから成る探針形成方法に
準じて行った。これは、（１００）面のＳｉ薄膜６上に
低圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）をもちいてシリコン窒化膜
を形成し、半導体フォトリソグラフィプロセスを用いて
パターン形成し、図１（Ｂ）に示すシリコン窒化膜から
成るマスク層１１を形成した後、３０％ＫＯＨ水溶液に
より図１（Ｃ）の探針パターンとなる円錐体１２を形成
したものである。
するためのＳｉの円錐体を形成した（図１（Ｂ）および
（Ｃ））。Ｓｉ円錐体の形成は、O. Wolterら（"Microm
achined Silicon sensors for scanning force microsc
opy", J. Vac. Sci. Technol. B, Vol. 9, 1991, pp135
4-1357）に記載されているＳｉから成る探針形成方法に
準じて行った。これは、（１００）面のＳｉ薄膜６上に
低圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）をもちいてシリコン窒化膜
を形成し、半導体フォトリソグラフィプロセスを用いて
パターン形成し、図１（Ｂ）に示すシリコン窒化膜から
成るマスク層１１を形成した後、３０％ＫＯＨ水溶液に
より図１（Ｃ）の探針パターンとなる円錐体１２を形成
したものである。
【００４２】次に、円錐体を形成したＳｉ薄膜を半導体
フォトリソグラフィプロセスによりパターニングして犠
牲層パターン７を形成した（図１（Ｄ））。
フォトリソグラフィプロセスによりパターニングして犠
牲層パターン７を形成した（図１（Ｄ））。
【００４３】次に、酸化炉で、酸素または酸素・水素な
どの酸化ガスによって、前記基板の犠牲層パターン７を
酸化して、カンチレバーとなる酸化膜８（カンチレバー
パターン）を形成した（図１（Ｅ））。これにより、酸
化膜８は絶縁層２と連続した膜として形成された。
どの酸化ガスによって、前記基板の犠牲層パターン７を
酸化して、カンチレバーとなる酸化膜８（カンチレバー
パターン）を形成した（図１（Ｅ））。これにより、酸
化膜８は絶縁層２と連続した膜として形成された。
【００４４】この酸化膜８上に真空蒸着法の一種である
電子ビーム蒸着法によって同一の真空雰囲気下で連続し
てＣｒ５０ｎｍとＰｔ１００ｎｍを成膜し、フォトリソ
グラフィプロセスにてパターニングして、取り出し電極
を形成した（図１（Ｆ））。
電子ビーム蒸着法によって同一の真空雰囲気下で連続し
てＣｒ５０ｎｍとＰｔ１００ｎｍを成膜し、フォトリソ
グラフィプロセスにてパターニングして、取り出し電極
を形成した（図１（Ｆ））。
【００４５】その後、酸化膜８をフォトリソグラフィプ
ロセスにてパターニングして、カンチレバーパターン３
ａを形成し（図１（Ｇ））、次いでＳＦ6ガスを用いた
プラズマエッチングによりＳｉから成る犠牲層パターン
７をドライエッチングして空隙９を形成した（図１
（Ｈ））。
ロセスにてパターニングして、カンチレバーパターン３
ａを形成し（図１（Ｇ））、次いでＳＦ6ガスを用いた
プラズマエッチングによりＳｉから成る犠牲層パターン
７をドライエッチングして空隙９を形成した（図１
（Ｈ））。
【００４６】以上の工程によって、図２のシリコン酸化
膜から成る探針を有したカンチレバー３を形成した。
膜から成る探針を有したカンチレバー３を形成した。
【００４７】このカンチレバーの探針部分は、酸化膜上
にＣｒとＰｔが積層されており、探針内部は空洞となっ
ていて、低質量が実現されており、従って共振周波数が
高く、しかもシリコン酸化膜で形成されていることから
Ｑ値が高い。また、ドライエッチングにより取り出し電
極がエッチングされることがなく、かつウェットエッチ
ングによる犠牲層除去の際に問題となる張り付きは生じ
なかった。
にＣｒとＰｔが積層されており、探針内部は空洞となっ
ていて、低質量が実現されており、従って共振周波数が
高く、しかもシリコン酸化膜で形成されていることから
Ｑ値が高い。また、ドライエッチングにより取り出し電
極がエッチングされることがなく、かつウェットエッチ
ングによる犠牲層除去の際に問題となる張り付きは生じ
なかった。
【００４８】また、本実施例においては、酸化されなか
ったＳｉ薄膜の除去はドライエッチングによって行って
いるが、ＫＯＨ水溶液を用いてエッチングしてカンチレ
バーを作製することも可能であることは言うまでもな
い。
ったＳｉ薄膜の除去はドライエッチングによって行って
いるが、ＫＯＨ水溶液を用いてエッチングしてカンチレ
バーを作製することも可能であることは言うまでもな
い。
【００４９】（実施例２）図３、４および５は、その順
序で本発明の探針を有するカンチレバーの形成方法の別
の例を示す工程図である。
序で本発明の探針を有するカンチレバーの形成方法の別
の例を示す工程図である。
【００５０】図６はその工程によって作製した探針を有
する静電カンチレバーから成るＳＴＭプローブの斜視図
である。
する静電カンチレバーから成るＳＴＭプローブの斜視図
である。
【００５１】図６において、２１はＳｉ基板、２２はＳ
ＯＩ基板における絶縁層、２３はＳｉ薄膜を酸化し形成
したシリコン酸化膜より成る絶縁層、２４はスピントら
によって提案された方法を用いて作製した探針、２５は
探針２４と観察する試料表面（不図示）の間に生じるト
ンネル電流を取り出す取り出し電極、３０は探針２４と
試料の間隔を調整するためにカンチレバー上に形成した
駆動電極である。
ＯＩ基板における絶縁層、２３はＳｉ薄膜を酸化し形成
したシリコン酸化膜より成る絶縁層、２４はスピントら
によって提案された方法を用いて作製した探針、２５は
探針２４と観察する試料表面（不図示）の間に生じるト
ンネル電流を取り出す取り出し電極、３０は探針２４と
試料の間隔を調整するためにカンチレバー上に形成した
駆動電極である。
【００５２】Ｓｉ基板２１と駆動電極３０の間に駆動電
源４１により電圧を印加することにより、カンチレバー
を静電力によって変位させる。図６には図示していない
が、Ｓｉ基板上にはＭＯＳトランジスタが形成されてい
る（図４および５に図示）。
源４１により電圧を印加することにより、カンチレバー
を静電力によって変位させる。図６には図示していない
が、Ｓｉ基板上にはＭＯＳトランジスタが形成されてい
る（図４および５に図示）。
【００５３】以下、ＭＯＳトランジスタの形成プロセス
を含めて、図３、４および５を用いて、探針を有するカ
ンチレバーの形成例を示す。なお、図３、４および５中
の各図（（Ａ）〜（Ｎ））は、図６のＢ−Ｂ断面につい
てのものである。
を含めて、図３、４および５を用いて、探針を有するカ
ンチレバーの形成例を示す。なお、図３、４および５中
の各図（（Ａ）〜（Ｎ））は、図６のＢ−Ｂ断面につい
てのものである。
【００５４】この場合、ＳＯＩ基板としては、酸化ガス
を用いて酸化炉により形成したシリコン酸化膜からなる
絶縁層２２を有するＳｉ基板２１と２１ａを酸化ガス雰
囲気中で酸化炉で加熱して直接接合することによって得
たものを用いた（図３（Ａ））。この際、ｎ−ＭＯＳを
得るために、Ｓｉ基板はｐ型ウェハを用いた。絶縁層２
２の膜厚は５００ｎｍとした。
を用いて酸化炉により形成したシリコン酸化膜からなる
絶縁層２２を有するＳｉ基板２１と２１ａを酸化ガス雰
囲気中で酸化炉で加熱して直接接合することによって得
たものを用いた（図３（Ａ））。この際、ｎ−ＭＯＳを
得るために、Ｓｉ基板はｐ型ウェハを用いた。絶縁層２
２の膜厚は５００ｎｍとした。
【００５５】このようにして得られたＳＯＩ基板のＳｉ
基板２１ａを図の上面から研磨し、膜厚２μｍのＳｉ薄
膜２６を形成した（図３（Ｂ））。
基板２１ａを図の上面から研磨し、膜厚２μｍのＳｉ薄
膜２６を形成した（図３（Ｂ））。
【００５６】次に、Ｓｉ薄膜をフォトリソグラフィプロ
セスを用いてパターニングし、図３（Ｃ）に示す犠牲層
パターンを形成した。
セスを用いてパターニングし、図３（Ｃ）に示す犠牲層
パターンを形成した。
【００５７】次に、その犠牲層パターンを有する基板を
酸化ガスを用いて酸化して、酸化膜２８を形成した（図
３（Ｄ））。犠牲層パターン上での酸化膜の厚みは０．
５μｍとし、それがカンチレバー膜厚となった。それ以
外の部分のＳｉ基板２１上の酸化膜は、酸化により厚さ
１μｍとなり、ＭＯＳでのフィールド酸化膜４２として
用いた。
酸化ガスを用いて酸化して、酸化膜２８を形成した（図
３（Ｄ））。犠牲層パターン上での酸化膜の厚みは０．
５μｍとし、それがカンチレバー膜厚となった。それ以
外の部分のＳｉ基板２１上の酸化膜は、酸化により厚さ
１μｍとなり、ＭＯＳでのフィールド酸化膜４２として
用いた。
【００５８】次に、ｎ−ＭＯＳをＳｉ基板２１上に形成
した。すなわち、図３（Ｅ）に示したように、フィール
ド酸化膜４２の一部を除去してゲート酸化膜３１を形成
し、ゲート電極３２となる多結晶シリコンをＬＰＣＶＤ
にて形成し、パターニングして図４（Ｆ）のような構造
とした。
した。すなわち、図３（Ｅ）に示したように、フィール
ド酸化膜４２の一部を除去してゲート酸化膜３１を形成
し、ゲート電極３２となる多結晶シリコンをＬＰＣＶＤ
にて形成し、パターニングして図４（Ｆ）のような構造
とした。
【００５９】次に、ゲート酸化膜３１およびゲート電極
３２にリンをイオン注入し、拡散炉にて熱処理して、ソ
ースおよびドレインとなる拡散領域３３を形成した（図
４（Ｇ））。
３２にリンをイオン注入し、拡散炉にて熱処理して、ソ
ースおよびドレインとなる拡散領域３３を形成した（図
４（Ｇ））。
【００６０】次に、ＰＳＧ（リンガラス層）を１μｍ成
膜し、一部をパターニングして第一パッシベーション膜
３５を形成した。次いで、ソースおよびドレイン電極等
の配線電極となるＡｌ電極３４を形成し、第二パッシベ
ーション膜３６となるａ−ＳｉＮ（１μｍ）を図４
（Ｈ）に示すようにＳｉＨ4とＮＨ3の混合ガスによりプ
ラズマＣＶＤにて形成して、ｎ−ＭＯＳを得た。フィー
ルド酸化膜を含めたｎ−ＭＯＳの層厚は約３μｍであっ
た。
膜し、一部をパターニングして第一パッシベーション膜
３５を形成した。次いで、ソースおよびドレイン電極等
の配線電極となるＡｌ電極３４を形成し、第二パッシベ
ーション膜３６となるａ−ＳｉＮ（１μｍ）を図４
（Ｈ）に示すようにＳｉＨ4とＮＨ3の混合ガスによりプ
ラズマＣＶＤにて形成して、ｎ−ＭＯＳを得た。フィー
ルド酸化膜を含めたｎ−ＭＯＳの層厚は約３μｍであっ
た。
【００６１】その後、酸化膜２８をパターニングしてカ
ンチレバーパターン２３ａを形成し（図４（Ｉ））、前
記カンチレバーパターン２３ａ上に真空蒸着法の一種で
ある電子ビーム蒸着法により同一真空雰囲気で連続して
Ｃｒ（５０ｎｍ）とＡｕ（１００ｎｍ）を成膜し、フォ
トリソグラフィプロセスにてパターニングして取り出し
電極２５および駆動電極３０を形成した（図４
（Ｊ））。
ンチレバーパターン２３ａを形成し（図４（Ｉ））、前
記カンチレバーパターン２３ａ上に真空蒸着法の一種で
ある電子ビーム蒸着法により同一真空雰囲気で連続して
Ｃｒ（５０ｎｍ）とＡｕ（１００ｎｍ）を成膜し、フォ
トリソグラフィプロセスにてパターニングして取り出し
電極２５および駆動電極３０を形成した（図４
（Ｊ））。
【００６２】次に、スピントらにより提案された方法を
用いて探針２４を取り出し電極２５上に形成した。その
工程を図５を用いて説明する。
用いて探針２４を取り出し電極２５上に形成した。その
工程を図５を用いて説明する。
【００６３】図４（Ｊ）で示した基板上にレジストを３
μｍ塗布し、Ａｌ膜３８を真空蒸着法を用いて成膜し、
フォトリソグラフィプロセスを用いてＡｌ膜３８にオリ
フィス３９を形成し、酸素ガスを用いたプラズマエッチ
ングによりオリフィス３９下部をエッチングした（図５
（Ｋ））。電子ビーム蒸着法によりＡｕより成る探針電
極層４０を成膜し、３μｍの高さの探針２４を形成し
（図５（Ｌ））、レジストを溶解する有機溶剤にてリフ
トオフすることにより除去した（図５（Ｍ））。その
後、ＳＦ6によりＳｉからなる犠牲層パターン２７をド
ライエッチングして空隙２９を形成した。
μｍ塗布し、Ａｌ膜３８を真空蒸着法を用いて成膜し、
フォトリソグラフィプロセスを用いてＡｌ膜３８にオリ
フィス３９を形成し、酸素ガスを用いたプラズマエッチ
ングによりオリフィス３９下部をエッチングした（図５
（Ｋ））。電子ビーム蒸着法によりＡｕより成る探針電
極層４０を成膜し、３μｍの高さの探針２４を形成し
（図５（Ｌ））、レジストを溶解する有機溶剤にてリフ
トオフすることにより除去した（図５（Ｍ））。その
後、ＳＦ6によりＳｉからなる犠牲層パターン２７をド
ライエッチングして空隙２９を形成した。
【００６４】以上の工程により、図６に示した集積化回
路を一体化した静電力により変位可能なＳＴＭプローブ
を形成することができ、そのプローブにおいては、第二
パッシベーション面とほぼ同一高さのカンチレバー面を
形成することができた。すなわち、本実施例で得られた
カンチレバーにおいては、米国特許4,831,614号および
5,043,577号明細書に記載の実施例と比較して、探針の
高さを低くすることができた（Ｓｉ基板面に形成したカ
ンチレバーと比較して、探針の高さを約３μｍ低くする
ことができた）。
路を一体化した静電力により変位可能なＳＴＭプローブ
を形成することができ、そのプローブにおいては、第二
パッシベーション面とほぼ同一高さのカンチレバー面を
形成することができた。すなわち、本実施例で得られた
カンチレバーにおいては、米国特許4,831,614号および
5,043,577号明細書に記載の実施例と比較して、探針の
高さを低くすることができた（Ｓｉ基板面に形成したカ
ンチレバーと比較して、探針の高さを約３μｍ低くする
ことができた）。
【００６５】米国特許4,831,614号明細書に記載のタイ
プ、すなわち、基板面のフィールド酸化膜４２を用いて
作製した探針付きのカンチレバーと本発明の実施例２に
て作製したカンチレバーについて（カンチレバー寸法は
同一）、Ｓｉ基板面からの探針先端位置を同一にした場
合の各々の共振周波数を測定した。
プ、すなわち、基板面のフィールド酸化膜４２を用いて
作製した探針付きのカンチレバーと本発明の実施例２に
て作製したカンチレバーについて（カンチレバー寸法は
同一）、Ｓｉ基板面からの探針先端位置を同一にした場
合の各々の共振周波数を測定した。
【００６６】その結果、探針がないカンチレバーの共振
周波数が共に５０ｋＨｚであり、探針をつけた場合、前
者の従来のタイプ（探針高さ６μｍ）が１５ｋＨｚであ
ったのに対して、後者の本発明のカンチレバー（探針高
さ３μｍ）では３４ｋＨｚとなり、従来の探針付きカン
チレバーに比べて共振周波数が約２倍以上となり、著し
い改善が認められた。従って、本発明の探針付きカンチ
レバーを用いて作製したＳＴＭプローブは、検出速度が
高いとともに、検出感度が向上している。
周波数が共に５０ｋＨｚであり、探針をつけた場合、前
者の従来のタイプ（探針高さ６μｍ）が１５ｋＨｚであ
ったのに対して、後者の本発明のカンチレバー（探針高
さ３μｍ）では３４ｋＨｚとなり、従来の探針付きカン
チレバーに比べて共振周波数が約２倍以上となり、著し
い改善が認められた。従って、本発明の探針付きカンチ
レバーを用いて作製したＳＴＭプローブは、検出速度が
高いとともに、検出感度が向上している。
【００６７】本発明のカンチレバーはバルクのＳｉを熱
酸化することにより作製したことから、Ｑ値が高く、真
空蒸着等の方法によって作製されたカンチレバーに比べ
て薄膜形成過程に生じる真応力（intrinsic stress）が
小さく、カンチレバーの反りがほぼないものとなった。
酸化することにより作製したことから、Ｑ値が高く、真
空蒸着等の方法によって作製されたカンチレバーに比べ
て薄膜形成過程に生じる真応力（intrinsic stress）が
小さく、カンチレバーの反りがほぼないものとなった。
【００６８】また、本発明の形成方法によって形成され
た探針を有するカンチレバーは、Ｓｉ基板上に形成した
トランジスタと集積化することが可能である。本実施例
では、ｎ−ＭＯＳトランジスタの形成工程についてのみ
説明したが、バイポーラトランジスタを含むＢｉ−ＣＭ
ＯＳプロセスについても同様の方法を用いて形成するこ
とが可能である。Ｂｉ−ＣＭＯＳを形成する場合には、
埋込層およびエピタキシャル層を形成したＳｉ基板を用
いることにより、ＳＯＩ基板を形成することが可能であ
る。Ｂｉ−ＣＭＯＳにて絶縁分離壁を形成する工程を除
けば、ｎ−ＭＯＳを形成する工程はほぼ同様のプロセス
となる。
た探針を有するカンチレバーは、Ｓｉ基板上に形成した
トランジスタと集積化することが可能である。本実施例
では、ｎ−ＭＯＳトランジスタの形成工程についてのみ
説明したが、バイポーラトランジスタを含むＢｉ−ＣＭ
ＯＳプロセスについても同様の方法を用いて形成するこ
とが可能である。Ｂｉ−ＣＭＯＳを形成する場合には、
埋込層およびエピタキシャル層を形成したＳｉ基板を用
いることにより、ＳＯＩ基板を形成することが可能であ
る。Ｂｉ−ＣＭＯＳにて絶縁分離壁を形成する工程を除
けば、ｎ−ＭＯＳを形成する工程はほぼ同様のプロセス
となる。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
り、（１）空隙を介して、カンチレバーをＳｉ基板面よ
り高い位置に形成でき、探針の高さを低くでき、共振周
波数を高く保つことができ、（２）ＳＯＩ基板に用いら
れるＳｉ基板上にトランジスタを形成することで半導体
集積回路との集積化が可能となり、（３）カンチレバー
がＳｉを酸化して形成されるシリコン酸化膜からなるこ
とから、機械的なＱ値を高くすることができ、しかも反
りがなく、（４）酸化膜形成後のＳｉ薄膜をプラズマエ
ッチングで除去することで、犠牲層除去の際に問題とな
る張り付きを回避することができて、生産歩留りを向上
させることができる。
り、（１）空隙を介して、カンチレバーをＳｉ基板面よ
り高い位置に形成でき、探針の高さを低くでき、共振周
波数を高く保つことができ、（２）ＳＯＩ基板に用いら
れるＳｉ基板上にトランジスタを形成することで半導体
集積回路との集積化が可能となり、（３）カンチレバー
がＳｉを酸化して形成されるシリコン酸化膜からなるこ
とから、機械的なＱ値を高くすることができ、しかも反
りがなく、（４）酸化膜形成後のＳｉ薄膜をプラズマエ
ッチングで除去することで、犠牲層除去の際に問題とな
る張り付きを回避することができて、生産歩留りを向上
させることができる。
【図１】本発明の探針を有するカンチレバーの形成方法
の１例（実施例１）を示す工程図である。
の１例（実施例１）を示す工程図である。
【図２】実施例１で製造される探針を有するカンチレバ
ーの概観斜視図である。
ーの概観斜視図である。
【図３】本発明の探針を有するカンチレバーの形成方法
の別の例（実施例２）の最初の５段階（工程（Ａ）〜
（Ｅ））を示す工程図である。
の別の例（実施例２）の最初の５段階（工程（Ａ）〜
（Ｅ））を示す工程図である。
【図４】実施例２の工程の中間の５段階（工程（Ｆ）〜
（Ｊ））を示す工程図である。
（Ｊ））を示す工程図である。
【図５】実施例２の工程の最後の４段階（工程（Ｋ）〜
（Ｎ））を示す工程図である。
（Ｎ））を示す工程図である。
【図６】実施例２で製造される探針を有するカンチレバ
ーの概観斜視図である。
ーの概観斜視図である。
１、２１、２１ａ Ｓｉ基板 ２、２２ 絶縁層 ３、２３ カンチレバー ３ａ、２３ａ カンチレバーパターン ４、２４ 探針 ５、２５ 取り出し電極 ６、２６ Ｓｉ薄膜 ７、２７ 犠牲層パターン ８、２８ 酸化膜 ９、２９ 空隙 １１ マスク層 １２ 円錐体 ３０ 駆動電極 ３１ ゲート酸化膜 ３２ ゲート電極 ３３ 拡散領域 ３４ Ａｌ電極 ３５ 第一パッシベーション膜 ３６ 第二パッシベーション膜 ３７ レジスト ３８ Ａｌ膜 ３９ オリフィス ４０ 探針電極層 ４１ 駆動電源 ４２ フィールド酸化膜
Claims (9)
- 【請求項１】 Ｓｉ単結晶から成るウェハ上に酸化膜が
形成され該酸化膜上に単結晶から成るＳｉ薄膜が形成さ
れて成るＳＯＩ基板を用い、少なくとも下記の（ａ）お
よび（ｂ）の工程を行って、次に酸化されていない部分
のＳｉ薄膜を除去する、探針を有するカンチレバーの形
成方法。 （ａ）Ｓｉ薄膜表面を酸化してシリコン酸化膜としてカ
ンチレバーパターンを形成する工程 （ｂ）所定の位置に探針パターンを形成する工程 - 【請求項２】 （ｂ）工程の後に（ａ）工程を行う請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 （ａ）工程の後に（ｂ）工程を行う請求
項１記載の方法。 - 【請求項４】 （ｂ）工程が、カンチレバーパターン上
にオリフィスを設けたマスク層を形成し、探針形成材料
を蒸着した後にマスク層を除去する工程である請求項３
記載の方法。 - 【請求項５】 カンチレバーパターン形成後に、該パタ
ーン上に導電体薄膜を成膜し、配線電極を該導電体薄膜
にパターニングする工程を行う請求項１ないし４のいず
れか１項に記載の方法。 - 【請求項６】 Ｓｉ薄膜除去を、プラズマエッチングに
よって行う請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方
法。 - 【請求項７】 プラズマエッチングをＳＦ6およびＮＦ3
のうち少なくとも１つを主成分とするガスによって行う
請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 ＳＯＩ基板が、Ｓｉ薄膜にトランジスタ
が形成されたものである請求項１ないし７のいずれか１
項に記載の方法。 - 【請求項９】 ＳＯＩ基板が、酸化膜を有する第一のＳ
ｉウェハと第二のＳｉウェハを加熱して接合し、その２
つのウェハのいずれか一方を薄膜化して得られたもので
ある請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6130151A JPH07333232A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 探針を有するカンチレバーの形成方法 |
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