KR20040031534A - Method of manufacturing cantilever for data storage device - Google Patents

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KR20040031534A
KR20040031534A KR1020020061085A KR20020061085A KR20040031534A KR 20040031534 A KR20040031534 A KR 20040031534A KR 1020020061085 A KR1020020061085 A KR 1020020061085A KR 20020061085 A KR20020061085 A KR 20020061085A KR 20040031534 A KR20040031534 A KR 20040031534A
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cantilever
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남효진
김영식
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엘지전자 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A method is provided to prevent wear of tips of cantilever by making the tips to have uniform heights, while simplifying manufacturing procedures. CONSTITUTION: A method comprises a first step of forming a plurality of trenches which are spaced apart from each other, by removing a certain part of a silicon layer in a vertical direction from an upper oxide layer of a silicon-on-insulator substrate; a second step of filling the trenches with an oxide film by depositing the oxide film on the upper oxide film, and leaving a certain part of the oxide film by removing curvatures through a lapping process; a third step of attaching a silicon element layer onto the remaining oxide film; a fourth step of defining reference trenches(114a) and adjacent trenches(114b) from among the trenches filled with the silicon oxide film, forming a support area for supporting a cantilever in the silicon element layer arranged in one direction of the reference trench, and forming a cantilever structure in the silicon element layer arranged in the other direction of the reference trench; and a fifth step of floating the cantilever structure by removing the silicon layer arranged in the vicinity of the upper oxide film from the reference trenches to the adjacent trenches.

Description

정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법{Method of manufacturing cantilever for data storage device}Method of manufacturing cantilever for data storage device {Method of manufacturing cantilever for data storage device}

본 발명은 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일한 공정조건에서 제조하여, 어레이된 각각의 캔틸레버들의 팁 높이를 균일화하여 팁의 마모 및 정보검출 오류를 방지할 수 있고, 압전센서와 엑츄에이터를 동시에 집적할 수 있으며, 제조 공정을 단순화 할 수 있는 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a cantilever for an information storage device, and more particularly, manufactured under the same process conditions, to uniform the tip height of each of the arrayed cantilevers, thereby preventing tip wear and information detection error. A piezoelectric sensor and an actuator can be integrated at the same time, and a method for manufacturing a cantilever for an information storage device that can simplify the manufacturing process.

일반적으로, 원자력 현미경(AFM, Atomic Force Microscopy)은 캔틸레버(Cantilever)라 불리는 미소한 막대를 이용하여 표면 형상 등을 측정하는 장치이다.In general, Atomic Force Microscopy (AFM) is a device for measuring the surface shape using a small rod called a cantilever.

캔틸레버 끝단에는 수 ㎚ 크기의 팁(Tip)이 형성되어 있으며, 이러한 팁과 시편 사이의 원자력을 측정함으로서, 시편의 표면 형상, 전기 또는 자기적인 성질 등을 알 수 있다.The tip of the cantilever is formed a tip (nm) of several nm size, and by measuring the nuclear power between the tip and the specimen, the surface shape, electrical or magnetic properties of the specimen can be known.

최근, 이러한 원자력 현미경의 원리를 이용한 나노-감광(Nano-lithography)장치 또는 나노정보 저장장치(Nano data storage)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, research on nano-lithography devices or nano data storage devices using the principle of nuclear microscope has been actively conducted.

원자력 현미경의 원리를 이용하면 수 ㎚ 크기의 탐침을 이용하여 정보를 저장할 수 있으므로, 테라(Tera) bit/in2이상의 저장밀도를 갖는 데이터 저장장치를 개발할 수 있다.Using the principle of atomic force microscopy, since information can be stored using a probe of a few nm size, a data storage device having a storage density of more than Tera bit / in 2 can be developed.

도 1은 종래 기술에 따른 원자력 현미경 정보저장장치에 적용되는 캔틸레버의 단면도로써, 실리콘 지지대(9)의 상부에는 실리콘 산화막(8)이 형성되고, 그 실리콘 산화막(8)의 상부에는 실리콘으로 이루어진 캔틸레버(7)가 형성되어 있고, 상기 캔틸레버(7)의 종단에는 히터 플랫폼(Heater Platform)(5)이 형성되고, 이 히터 플랫폼(5)은 캔틸레버(7)에 하이 도핑된 영역(6)을 통하여, 실리콘 질화막(3)을 관통하는 전극패드(4)에 전기적으로 연결된다.1 is a cross-sectional view of a cantilever applied to a nuclear microscope information storage device according to the prior art, wherein a silicon oxide film 8 is formed on the silicon support 9, and a cantilever made of silicon on the silicon oxide film 8. (7) is formed, a heater platform (5) is formed at the end of the cantilever (7), the heater platform (5) is through the region (6) high-doped to the cantilever (7) And an electrode pad 4 penetrating the silicon nitride film 3.

이렇게 구성된 캔틸레버가 2차원적으로 연결된 32 x 32개의 캔틸레버 어레이를 형성하여 IBM은 원자력 현미경 정보저장장치에 이용하였다.This cantilever formed a two-dimensional array of 32 x 32 cantilevers, which IBM used for atomic force microscopy information storage.

이러한 정보저장 장치의 기록 과정은 도 2를 참조하면, 실리콘 팁(1)을 가열하여 실리콘 기판(21)의 상부에 형성된 폴리머 기록매체(22)의 점도를 감소시킨 상태를 만든 후, 실리콘 팁(1)으로 국부적인 힘을 가하면 기록매체(22)에 정보저장홈(23)이 형성된다.Referring to FIG. 2, the recording process of the information storage device is performed by heating the silicon tip 1 to reduce the viscosity of the polymer recording medium 22 formed on the silicon substrate 21, and then the silicon tip ( When local force is applied to 1), the information storage groove 23 is formed in the recording medium 22.

한편, 원자력 현미경 정보저장장치의 판독과정은 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이, 히터 플랫폼과 기록매체 사이의 거리에 따라 히터의 냉각속도가 변화되는 원리를 이용하였다.Meanwhile, as shown in FIGS. 3A and 3B, the reading process of the atomic force microscope information storage device uses the principle that the cooling rate of the heater is changed according to the distance between the heater platform and the recording medium.

더 상세히 설명하면, 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이, 실리콘 팁(1)이 기록 매체(22)의 오목한 정보저장홈(23)속으로 들어가서, 히터 플랫폼(5)과 기록 매체(22) 사이의 거리가 가까워지면, 히터 플랫폼(5)은 빨리 냉각되고, 실리콘 팁이 기록 매체의 평탄한 면을 지나갈 때에는 히터 플랫폼(5)과 기록매체(22) 사이의 거리가 멀어져 천천히 냉각되게 된다.More specifically, as shown in FIGS. 3A and 3B, the silicon tip 1 enters into the concave information storage groove 23 of the recording medium 22, so that the heater platform 5 and the recording medium 22 are separated. As the distance between the heaters 5 approaches, the heater platform 5 cools quickly, and when the silicon tip passes through the flat surface of the recording medium, the distance between the heater platform 5 and the recording medium 22 becomes far and slowly cooled.

이러한 냉각속도의 차이로 인하여, 히터 플랫폼(5)의 온도가 달라지면, 이로 인하여 히터 플랫폼(5)의 전기저항의 차이가 야기되므로, 이러한 방법을 이용하여 정보를 판독한다.Due to this difference in cooling rate, if the temperature of the heater platform 5 is changed, this causes a difference in the electrical resistance of the heater platform 5, so that information is read using this method.

이러한 IBM에서 개발한 원자력 현미경 정보저장장치용 캔틸레버는 제조공정이 간단한 장점이 있었지만, 캔틸레버 어레이를 제조할 때, 각 캔틸레버 간 높이 편차에 따른 팁의 마모 문제, 저항형 히터 균일도 문제와 히터의 저항 변화를 검출하여 데이터를 재생할 때 히터는 약 350℃의 고온으로 가열하게 되므로 발생하는 전력소모등의 문제가 발생한다.The IBM-developed cantilever for nuclear microscope data storage device has the advantage of simple manufacturing process.However, when manufacturing cantilever arrays, tip wear problems, resistive heater uniformity problems, and heater resistance changes due to height variations between cantilevers are made. When the data is detected and the data is reproduced, the heater is heated to a high temperature of about 350 ° C., which causes problems such as power consumption.

더욱 상세히, IBM에서 개발한 원자력 현미경 정보저장장치용 캔틸레버 제조공정상 문제점을 기술하면,More specifically, the problem of manufacturing cantilever for nuclear microscope information storage device developed by IBM,

첫째, 원자력 현미경 정보저장장치의 고속화를 위하여 캔틸레버를 어레이화하여 병렬로 형성한 경우, SOI기판 각 층의 편차와 제조공정 중 에칭공정상에서 편차가 발생되어 각각의 캔틸레버의 팁들은 균일한 높이로 형성되지 않아, 기록매체와 각각의 캔틸레버 팁들 사이에는 편차가 발생된다.First, when the cantilevers are arrayed and formed in parallel in order to speed up the atomic force microscopy information storage device, the deviation of each layer of the SOI substrate and the deviation of the etching process during the manufacturing process are generated, so that the tips of each cantilever are formed to have a uniform height. Therefore, a deviation occurs between the recording medium and the respective cantilever tips.

이러한 높이 편차는 약 80㎚ 이상이 되며, 이는 정보저장홈의 깊이 40㎚보다 훨씬 커서 원자력 현미경 정보저장장치가 기록/판독하는 경우, 신뢰성이 크게 저하되며, 팁의 마모 문제가 심각해졌다.This height deviation is about 80 nm or more, which is much greater than 40 nm in the depth of the information storage groove, so that when the atomic force microscope information storage device records / reads, the reliability is greatly degraded and the wear problem of the tip becomes serious.

둘째, 어레이된 캔틸레버를 제조하는 경우, 저항성 히터 플랫폼이 불균일하게 형성되어, 판독시 신뢰성을 확보할 수 없었다.Second, when manufacturing the arrayed cantilever, the resistive heater platform was formed unevenly, so that reliability in reading could not be ensured.

한편, 압저항 센서를 사용하는 경우의 종래 다른 캔틸레버 제조 방법상에서와 마찬가지로 캔틸레버의 높이 편차, 이에 따른 각 캔틸레버의 압저항 편차가 발생되는 문제점은 여전히 존재하였다.On the other hand, in the case of using a piezoresistive sensor, there is still a problem in that the height deviation of the cantilever and the piezoelectric resistance deviation of each cantilever are generated as in the conventional method of manufacturing a cantilever.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 동일한 공정조건에서 제조하여, 어레이된 각각의 캔틸레버들의 팁 높이를 균일화하여 팁의 마모 및 정보검출 오류를 방지할 수 있고, 압전센서와 엑츄에이터를 동시에 집적할 수 있으며, 제조 공정을 단순화 할 수 있는 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, manufactured under the same process conditions, to equalize the tip height of each cantilever array to prevent tip wear and information detection error, piezoelectric sensor The purpose of the present invention is to provide a method of manufacturing a cantilever for an information storage device that can simultaneously integrate an actuator and simplify a manufacturing process.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, SOI(Silicon On Insulator)기판의 상부 산화막에서 상기 상부 산화막에 인접된 실리콘층 일부까지 제거하여 상호 이격된 복수의 트렌치(Trench)들을 형성하는 제 1 단계와;A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is a plurality of trenches spaced apart from each other by removing a portion of the silicon layer adjacent to the upper oxide film from the upper oxide film of the silicon on insulator (SOI) substrate. Forming a field;

상기 상부 산화막의 상부에 산화막을 증착하여 상기 복수의 트렌치들에 산화막을 충진하고, 연마공정으로 굴곡을 제거하여 일부 산화막을 남기는 제 2 단계와;Depositing an oxide film on the upper oxide film to fill an oxide film in the plurality of trenches, and removing a bend by polishing to leave a portion of the oxide film;

상기 남아있는 산화막의 상부에 산화막이 형성된 실리콘 소자층을 접착시키는 제 3 단계와;Attaching a silicon device layer on which an oxide film is formed on the remaining oxide film;

상기 실리콘 산화막이 충진된 복수의 트렌치들 중, 기준 트렌치들과 그 기준 트렌치들에 인접된 트렌치들을 정의하고, 상기 각각의 기준 트렌치들의 일측 방향에 있는 실리콘 소자층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 각각의 기준 트렌치들에서 타측 방향에 있는 실리콘 소자층에 캔틸레버 구조물을 형성하는 제 4 단계와;Among the plurality of trenches filled with the silicon oxide layer, a support region may define reference trenches and trenches adjacent to the reference trenches, and support the cantilever in a silicon device layer in one direction of the respective reference trenches. Forming a cantilever structure in the silicon device layer in the other direction in the respective reference trenches;

상기 기준 트렌치들에서 인접된 트렌치들까지의 상기 상부 산화막에 인접된 실리콘층을 제거하여 상기 캔틸레버 구조물들을 부상시키는 제 5 단계로 구성된 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법이 제공된다.A method of manufacturing a cantilever for an information storage device, comprising a fifth step of removing the silicon layer adjacent to the upper oxide layer from the reference trenches to adjacent trenches to float the cantilever structures.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, SOI(Silicon On Insulator)기판의 상부 산화막에서 상기 상부 산화막에 인접된 실리콘층 일부까지 상호 이격된 복수의 트렌치(Trench)들을 형성하는 제 1 단계와;Another preferred aspect for achieving the object of the present invention is a plurality of trenches spaced apart from each other from the top oxide film of the silicon on insulator (SOI) substrate to a portion of the silicon layer adjacent to the top oxide film. Forming a first step;

상기 상부 산화막의 상부에 산화막을 증착하여 상기 복수의 트렌치들에 산화막을 충진하고, 연마공정으로 굴곡을 제거하여 일부 산화막을 남기는 제 2 단계와;Depositing an oxide film on the upper oxide film to fill an oxide film in the plurality of trenches, and removing a bend by polishing to leave a portion of the oxide film;

상기 복수의 트렌치들 중, 기준 트렌치들의 일측 방향에 있는 실리콘층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 기준 트렌치들의 타측 방향에 있는 실리콘층에 캔틸레버 구조물을 형성하는 제 3 단계와;Forming a support region for supporting the cantilever in a silicon layer in one direction of the reference trenches and forming a cantilever structure in the silicon layer in the other direction of the reference trenches;

상기 캔틸레버 구조물 하부의 실리콘층을 제거하여 상기 캔틸레버 구조물들을 부상시키는 제 4 단계로 구성된 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법이 제공된다.A method of manufacturing a cantilever for an information storage device, comprising a fourth step of removing the silicon layer under the cantilever structure to float the cantilever structures.

도 1은 종래 기술에 따른 원자력 현미경 정보저장장치에 적용되는 캔틸레버의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a cantilever applied to the atomic force microscope information storage device according to the prior art.

도 2는 종래의 원자력 현미경 정보저장장치가 기록하는 상태를 도시한 개략사시도이다.2 is a schematic perspective view showing a state in which a conventional atomic force microscope information storage device records.

도 3a와 3b는 종래의 원자력 현미경 정보저장장치의 판독과정을 도시한 도면이다.3A and 3B are views illustrating a reading process of a conventional atomic force microscope information storage device.

도 4a 내지 4g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조 공정도이다.4A to 4G are manufacturing process diagrams of a cantilever for an atomic force microscope according to a first embodiment of the present invention.

도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조 공정도이다.5A to 5F are manufacturing process diagrams of a cantilever for an atomic force microscope according to a second embodiment of the present invention.

도 6a 내지 6h는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조 공정도이다.6A to 6H are manufacturing process diagrams of a cantilever for an atomic force microscope according to a third embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 캔틸레버 어레이의 개략적인 사시도이다.7 is a schematic perspective view of a cantilever array made in accordance with the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110,210,310 : SOI 기판110,210,310: SOI substrate

111,113,115,116,211,213,215,217,218,311,313,315,317,318 : 실리콘 산화막111,113,115,116,211,213,215,217,218,311,313,315,317,318: silicon oxide film

112,212,214,312,314 : 실리콘층 114,216,316 : 트렌치112,212,214,312,314: Silicon layer 114,216,316: Trench

120 : 실리콘 소자층 131,221,321 : 히터 플랫폼120: silicon element layer 131,221,321: heater platform

133,233,333 : 전극패드 134,234,334 : 압전센서133,233,333: Electrode pad 134,234,334: Piezoelectric sensor

400 : 캔틸레버400: cantilever

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4a 내지 4g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조 공정도로써, 먼저, 도 4a에서, 제 1 실리콘 산화막(111), 제 1 실리콘층(112)과 제 2 실리콘 산화막(113)이 순차적으로 형성된 SOI(Silicon On Insulator)기판(110)을 준비한다.4A to 4G are manufacturing process diagrams of a cantilever for a nuclear microscope according to a first embodiment of the present invention. First, in FIG. 4A, the first silicon oxide film 111, the first silicon layer 112, and the second silicon oxide film ( A silicon on insulator (SOI) substrate 110 having sequentially formed 113 is prepared.

그 후, 상기 제 2 실리콘 산화막(113)에서 수직방향으로 제 1 실리콘층(112)의 일부까지 제거하여 상호 이격된 복수의 트렌치(Trench)(114)들을 형성한다.(도 4b)Thereafter, a portion of the first silicon layer 112 is removed from the second silicon oxide layer 113 in the vertical direction to form a plurality of trenches 114 spaced apart from each other (FIG. 4B).

상기 트렌치들은 Deep RIE(Reactive Ion Etching)공정으로 형성하는 것이 바람직하며, 본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 트렌치들을 약 2㎛ 정도의 폭으로 형성하였다.The trenches are preferably formed by a deep reactive ion etching (RIE) process. In the first embodiment of the present invention, the trenches are formed to have a width of about 2 μm.

그 다음, 저압화학기상증착법(LPCVD)으로 상기 제 2 실리콘 산화막(113)의 상부에 1.5㎛ 두께의 제 3 실리콘 산화막(115)을 증착하여 상기 복수의 트렌치(114)들에 실리콘 산화막을 충진한다.(도 4c)Next, a third silicon oxide film 115 having a thickness of 1.5 μm is deposited on the second silicon oxide film 113 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) to fill the plurality of trenches 114 with the silicon oxide film. (FIG. 4C)

연이어, 증착된 실리콘 산화막의 굴곡을 제거하기 위하여, CMP 공정으로 상 제 3 실리콘 산화막(115)과 제 2 실리콘 산화막(113)을 연마하여 제거한다. 이 때, 남아있는 실리콘 산화막(116)은 약, 0.5㎛의 두께를 갖는다.(도 4d)Subsequently, in order to remove the bending of the deposited silicon oxide film, the upper third silicon oxide film 115 and the second silicon oxide film 113 are polished and removed by a CMP process. At this time, the remaining silicon oxide film 116 has a thickness of about 0.5 mu m (FIG. 4D).

이 후, 산화막(121)이 형성된 실리콘 소자층(120)을 상기 연마되어 남아있는 실리콘 산화막(116)의 상부에 접착시킨 후, 약 1100℃에서 2시간 동안 열처리하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정으로 연마한다.(도 4e)Thereafter, the silicon device layer 120 having the oxide film 121 formed thereon is adhered to the upper portion of the polished silicon oxide film 116, and then heat treated at about 1100 ° C. for 2 hours, and a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed. Polish with (Fig. 4e).

여기서, 상기 실리콘 산화막이 충진된 복수의 트렌치들 중, 기준 트렌치(114a)들와 그 기준 트렌치(114a)들에 인접된 트렌치(114b)들을 정의한다.Herein, among the plurality of trenches filled with the silicon oxide layer, reference trenches 114a and trenches 114b adjacent to the reference trenches 114a are defined.

연이어서, 상기 각각의 기준 트렌치(114a)들의 일측 방향에 있는 실리콘 소자층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 각각의 기준 트렌치(114a)들에서 타측 방향에 있는 실리콘 소자층에 캔틸레버 구조물을 인접된 트렌치(114b)들의 내측까지 각각 형성하고, 상기 캔틸레버 구조물과 상기 기준 트렌치(114a)들에 인접된 트렌치(114b)들 사이 영역의 산화막(121)을 제거하여, 실리콘 소자층을 노출시킨다.(도 4f)Subsequently, a support region for supporting the cantilever is formed in the silicon element layer in one direction of the respective reference trenches 114a, and in the silicon element layer in the other direction in the respective reference trenches 114a. The cantilever structure is formed to the inner side of the adjacent trenches 114b, and the oxide layer 121 in the region between the cantilever structure and the trenches 114b adjacent to the reference trenches 114a is removed to form a silicon device layer. (FIG. 4F).

상기 실리콘 지지대 영역과 캔틸레버 구조물은 상기 실리콘 소자층에 형성된 팁을 포함하는 히터 플랫폼(131)과, 상기 히터 플랫폼(131)과 연결되며, 상기 실리콘 소자층에 형성된 하이도핑된 영역(132)과, 상기 실리콘 소자층 상부에 형성된 산화막(121)을 관통하여 상기 하이도핑된 영역(132)과 연결된 전극패드(133)와, 상기 산화막(121)의 상부에는 형성되며, 하부전극/PZT막/상부전극으로 이루어진 압전센서(134)로 형성할 수 있다.The silicon support region and the cantilever structure may include a heater platform 131 including a tip formed on the silicon device layer, a high doped region 132 connected to the heater platform 131, and formed on the silicon device layer; An electrode pad 133 connected to the high doped region 132 through the oxide layer 121 formed on the silicon element layer, and formed on the oxide layer 121 and formed on the lower electrode / PZT layer / upper electrode. It may be formed of a piezoelectric sensor 134 made of.

그러므로, 압전센서와 엑츄에이터를 동시에 제조할 수 있는 것이다.Therefore, the piezoelectric sensor and the actuator can be manufactured at the same time.

마지막으로, 상기 기준 트렌치(114a)들에서 인접된 트렌치(114b)들까지의 상기 노출된 실리콘 소자층을 XeF2가스로 제거하여, 상기 캔틸레버 구조물들을 부상시킨다.(도 4g)Finally, the exposed silicon device layer from the reference trenches 114a to adjacent trenches 114b is removed with XeF 2 gas to float the cantilever structures (FIG. 4G).

참고로, 상기 도 4f와 4g는 도 4e보다 확대한 단면도이다.For reference, FIGS. 4F and 4G are enlarged cross-sectional views of FIG. 4E.

이로써, 상기 캔틸레버 구조물은 기준 트렌치에서 인접된 트렌치까지의 실리콘 소자층을 제거하는 것이므로, 제조 공정이 간단하며, 각각의 캔틸레버는 동일한 공정조건상에서 동일하게 제조될 수 있으므로, 각각의 팁들의 높이는 동일하게 유지할 수 있게 된다.As such, the cantilever structure removes the silicon device layer from the reference trench to the adjacent trench, so the manufacturing process is simple, and since each cantilever can be manufactured identically under the same process conditions, the height of each tip is the same. It can be maintained.

도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조 공정도로써, 도 5a에서, 제 1 실리콘 산화막(211), 제 1 실리콘층(212), 제 2 실리콘 산화막(213), 제 2 실리콘층(214)과 제 3 실리콘 산화막(215)이 순차적으로 형성된 SOI(Silicon On Insulator)기판(210)을 준비한다.5A to 5F are manufacturing process diagrams of a cantilever for an atomic force microscope according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 5A, a first silicon oxide film 211, a first silicon layer 212, and a second silicon oxide film 213 are illustrated. In addition, a silicon on insulator (SOI) substrate 210 having a second silicon layer 214 and a third silicon oxide layer 215 sequentially formed is prepared.

그 다음, 상기 제 3 실리콘 산화막(215)에서 수직방향으로 제 1 실리콘층(212)의 일부까지 제거하여 상호 이격된 복수의 트렌치(216)들을 형성한다.(도 5b)Next, a portion of the first silicon layer 212 is removed from the third silicon oxide layer 215 in the vertical direction to form a plurality of trenches 216 spaced apart from each other (FIG. 5B).

여기서도 제 1 실시예와 동일하게, 상기 트렌치들은 Deep RIE공정으로 형성하는 것이 바람직하다.Here as in the first embodiment, the trenches are preferably formed by a Deep RIE process.

이 때, 상기 트렌치들은 상기 제 2 실리콘층(214)과 제 2 산화막(213)을 관통하여, 상기 제 1 실리콘층(212)을 20~50㎛ 정도 식각하여 형성된다.In this case, the trenches may be formed through the second silicon layer 214 and the second oxide layer 213 to etch the first silicon layer 212 by about 20 to 50 μm.

그 후, 저압화학기상증착법(LPCVD)으로 상기 제 3 실리콘 산화막(215)의 상부에 1.5㎛ 두께의 제 4 실리콘 산화막(217)을 증착하여 상기 복수의 트렌치들에 실리콘 산화막을 충진한다.(도 5c)Thereafter, a fourth silicon oxide film 217 having a thickness of 1.5 μm is deposited on the third silicon oxide film 215 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) to fill the plurality of trenches with silicon oxide film. 5c)

연이어, 증착된 실리콘 산화막의 굴곡을 제거하기 위하여, CMP 공정으로 실리콘 산화막을 연마한다. (도 5d)Subsequently, in order to remove the bending of the deposited silicon oxide film, the silicon oxide film is polished by a CMP process. (FIG. 5D)

여기서, 상기 연마공정으로 약 7㎛의 실리콘 산화막(218)이 남게된다.Here, the silicon oxide film 218 of about 7 μm is left in the polishing process.

이 때, 복수의 트렌치들 중, 기준 트렌치(216a)들과 그 기준 트렌치(216a)들에 인접된 트렌치(216b)들을 정의한다.At this time, among the plurality of trenches, reference trenches 216a and trenches 216b adjacent to the reference trenches 216a are defined.

상기 각각의 기준 트렌치(216a)들의 일측 방향에 있는 제 2 실리콘층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 각각의 기준 트렌치(216a)들에서 타측 방향에 있는 제 2 실리콘층에 캔틸레버 구조물을 인접된 트렌치(216b)들의 내측까지 각각 형성하고, 상기 캔틸레버 구조물과 상기 기준 트렌치(216a)들에 인접된 트렌치(216b)들 사이 영역의 산화막(218)을 제거하여, 제 2 실리콘층을 노출시킨다.(도 5e)A support region for supporting the cantilever is formed in the second silicon layer in one direction of the respective reference trenches 216a, and the cantilever is formed in the second silicon layer in the other direction in the respective reference trenches 216a. A structure is formed to the inner side of the adjacent trenches 216b, and the oxide layer 218 of the region between the cantilever structure and the trenches 216b adjacent to the reference trenches 216a is removed to form a second silicon layer. (FIG. 5E).

여기서도, 지지대 영역과 캔틸레버 구조물은 하부전극/PZT막/상부전극을 갖는 압전센서를 포함하고 있다.Here too, the support area and the cantilever structure include a piezoelectric sensor having a lower electrode / PZT film / upper electrode.

이 때, 상기 제 2 실리콘층에는 선단에 팁을 포함하는 히터 플랫폼(221)이 형성되고, 이 히터 플랫폼(221)과 연결된 하이도핑된 영역(232)이 형성되고, 상기 산화막(218)을 관통하여 상기 하이도핑된 영역(232)과 연결된 전극패드(233)가 형성되며, 상기 산화막(218)의 상부에는 전술된 압전센서(234)가 형성된다.In this case, a heater platform 221 including a tip is formed at the tip of the second silicon layer, a high doped region 232 connected to the heater platform 221 is formed, and penetrates the oxide film 218. The electrode pad 233 connected to the high doped region 232 is formed, and the piezoelectric sensor 234 described above is formed on the oxide film 218.

마지막으로, 상기 기준 트렌치(216a)에서 인접된 트렌치(216b)들까지의 상기노출된 제 1 실리콘층을 XeF2가스로 제거하여, 상기 캔틸레버 구조물을 부상시킨다.(도 5f)Finally, the exposed first silicon layer from the reference trench 216a to adjacent trenches 216b is removed with XeF 2 gas to float the cantilever structure (FIG. 5F).

참고로, 상기 도 5e와 5f는 도 5d보다 확대한 단면도이다.For reference, FIGS. 5E and 5F are enlarged cross-sectional views of FIG. 5D.

도 6a 내지 6h는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조 공정도로써, 도 6a에서, 제 1 실리콘 산화막(311), 제 1 실리콘층(312), 제 2 실리콘 산화막(313), 제 2 실리콘층(314)과 제 3 실리콘 산화막(315)이 순차적으로 형성된 SOI(Silicon On Insulator)(310)기판을 준비한다.6A to 6H are manufacturing process diagrams of a nuclear microscope cantilever according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 6A, a first silicon oxide film 311, a first silicon layer 312, and a second silicon oxide film 313 are illustrated. In addition, a silicon on insulator (SOI) substrate 310 having a second silicon layer 314 and a third silicon oxide layer 315 sequentially formed is prepared.

그 다음, 상기 제 3 실리콘 산화막(315)에서 수직방향으로 제 1 실리콘층(312)의 일부까지 트렌치(316)를 형성한다.(도 6b)Next, the trench 316 is formed from the third silicon oxide film 315 to a part of the first silicon layer 312 in the vertical direction (FIG. 6B).

그 후, 저압화학기상증착법(LPCVD)으로 상기 제 3 실리콘 산화막(315)의 상부에 제 4 실리콘 산화막(317)을 증착하여, 상기 트렌치(316)에 실리콘 산화막을 충진한다.(도 6c)Thereafter, a fourth silicon oxide film 317 is deposited on the third silicon oxide film 315 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) to fill the trench 316 with the silicon oxide film (FIG. 6C).

연이어, 증착된 실리콘 산화막의 굴곡을 제거하기 위하여, CMP 공정으로 제 4 실리콘 산화막(317)을 연마한다. (도 6d)Subsequently, in order to remove the bending of the deposited silicon oxide film, the fourth silicon oxide film 317 is polished by a CMP process. (FIG. 6D)

여기서, 상기 연마공정으로 약 7㎛의 실리콘 산화막(318)이 남게된다.Here, the silicon oxide film 318 of about 7㎛ is left in the polishing process.

이 후, 산화막(321)이 형성된 실리콘 소자층(320)을 상기 연마되어 남아있는 실리콘 산화막(318)의 상부에 접착시킨 후, 약 1100℃에서 2시간 동안 열처리하고, CMP공정으로 연마한다.(도 6e)Thereafter, the silicon element layer 320 on which the oxide film 321 is formed is bonded to the upper part of the polished remaining silicon oxide film 318, and then heat-treated at about 1100 ° C. for 2 hours, and polished by a CMP process. 6e)

그 다음, 상기 실리콘 산화막이 충진된 트렌치를 경계로 일측 방향의 실리콘소자층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 타측 방향의 실리콘 소자층에 캔틸레버 구조물을 형성한다.(도 6f)Next, a support region capable of supporting the cantilever is formed in the silicon element layer in one direction bordering the trench filled with the silicon oxide film, and a cantilever structure is formed in the silicon element layer in the other direction (FIG. 6F).

이 때, 지지대 영역과 캔틸레버 구조물은 하부전극/PZT막/상부전극을 갖는 압전센서를 포함하고 있다.At this time, the support region and the cantilever structure include a piezoelectric sensor having a lower electrode / PZT film / upper electrode.

그리고, 상기 제 2 실리콘층에는 선단에 팁을 포함하는 히터 플랫폼(321)이 형성되고, 이 히터 플랫폼(321)과 연결된 하이도핑된 영역(332)이 형성되고, 상기 산화막(318)을 관통하여 상기 하이도핑된 영역(332)과 연결된 전극패드(333)가 형성되며, 상기 산화막(318)의 상부에는 전술된 압전센서(334)가 형성된다.In the second silicon layer, a heater platform 321 including a tip is formed at a tip thereof, a high doped region 332 connected to the heater platform 321 is formed, and penetrates the oxide film 318. An electrode pad 333 connected to the high doped region 332 is formed, and the piezoelectric sensor 334 described above is formed on the oxide layer 318.

마지막으로, 상기 캔틸레버 구조물의 하부의 제 2 실리콘층을 XeF2가스로 제거하여, 상기 캔틸레버 구조물을 부상시킨다.(도 6g)Finally, the second silicon layer below the cantilever structure is removed with XeF 2 gas to float the cantilever structure (FIG. 6g).

전술된 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 의하여, 어레이된 캔틸레버를 제조하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 캔틸레버(400)는 동일한 제조 공정 조건으로 캔틸레버 구조물이 부상된다.According to the first to third embodiments of the present invention described above, when the arrayed cantilever is manufactured, as shown in FIG. 7, each cantilever 400 is floated with a cantilever structure under the same manufacturing process conditions.

이에 따라, 본 발명의 제조방법에 의해 어레이된 캔틸레버는 각각의 팁들의 높이가 균일하게 되어, 종래 기술에 비하여, 팁이 마모되는 것을 단축할 수 있으며, 각각의 어레이된 캔틸레버들이 정보검출 특성은 균일하게 됨으로, 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, the cantilever arrayed by the manufacturing method of the present invention has a uniform height of each tip, it is possible to shorten the wear of the tip, compared to the prior art, each of the arrayed cantilever is uniform information detection characteristics As a result, the reliability can be further improved.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 동일한 공정조건에서 제조하여, 어레이된 각각의 캔틸레버들의 팁 높이를 균일화하여 팁의 마모 및 정보검출 오류를 방지할 수 있고, 압전센서와 엑츄에이터를 동시에 집적할 수 있으며, 제조 공정을 단순화 할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention may be manufactured under the same process conditions, thereby uniformizing the tip height of each of the arrayed cantilevers, preventing tip wear and information detection error, and simultaneously integrating a piezoelectric sensor and an actuator. This has the effect of simplifying the manufacturing process.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

Claims (6)

SOI(Silicon On Insulator)기판의 상부 산화막에서 상기 상부 산화막에 인접된 실리콘층 일부까지 제거하여 상호 이격된 복수의 트렌치(Trench)들을 형성하는 제 1 단계와;Removing a portion of the silicon layer adjacent to the upper oxide layer from the upper oxide layer of the silicon on insulator (SOI) substrate to form a plurality of trenches spaced apart from each other; 상기 상부 산화막의 상부에 산화막을 증착하여 상기 복수의 트렌치들에 산화막을 충진하고, 연마공정으로 굴곡을 제거하여 일부 산화막을 남기는 제 2 단계와;Depositing an oxide film on the upper oxide film to fill an oxide film in the plurality of trenches, and removing a bend by polishing to leave a portion of the oxide film; 상기 남아있는 산화막의 상부에 산화막이 형성된 실리콘 소자층을 접착시키는 제 3 단계와;Attaching a silicon device layer on which an oxide film is formed on the remaining oxide film; 상기 실리콘 산화막이 충진된 복수의 트렌치들 중, 기준 트렌치들과 그 기준 트렌치들에 인접된 트렌치들을 정의하고, 상기 각각의 기준 트렌치들의 일측 방향에 있는 실리콘 소자층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 각각의 기준 트렌치들에서 타측 방향에 있는 실리콘 소자층에 캔틸레버 구조물을 형성하는 제 4 단계와;Among the plurality of trenches filled with the silicon oxide layer, a support region may define reference trenches and trenches adjacent to the reference trenches, and support the cantilever in a silicon device layer in one direction of the respective reference trenches. Forming a cantilever structure in the silicon device layer in the other direction in the respective reference trenches; 상기 기준 트렌치들에서 인접된 트렌치들까지의 상기 상부 산화막에 인접된 실리콘층을 제거하여 상기 캔틸레버 구조물들을 부상시키는 제 5 단계로 구성된 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법.And a fifth step of floating the cantilever structures by removing a silicon layer adjacent to the upper oxide layer from the reference trenches to adjacent trenches. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 SOI기판은,The SOI substrate is, 제 1 실리콘 산화막, 제 1 실리콘층, 제 2 실리콘 산화막, 제 2 실리콘층과 제 3 실리콘 산화막이 순차적으로 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법.A first silicon oxide film, a first silicon layer, a second silicon oxide film, a method of manufacturing a cantilever for an information storage device, characterized in that the substrate is formed with the second silicon layer and the third silicon oxide film sequentially. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 SOI기판은,The SOI substrate is, 제 1 실리콘 산화막, 실리콘층과 제 2 실리콘 산화막이 순차적으로 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법.A method of manufacturing a cantilever for an information storage device, characterized in that the first silicon oxide film, the silicon layer and the second silicon oxide film are sequentially formed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치들은 Deep RIE(Reactive Ion Etching)공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법.The trench is a method of manufacturing a cantilever for an information storage device, characterized in that formed by a Deep RIE (Reactive Ion Etching) process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지대 영역과 캔틸레버 구조물은,The support region and the cantilever structure, 상기 실리콘 소자층에 형성된 팁을 포함하는 히터 플랫폼(131)과,A heater platform 131 including a tip formed on the silicon element layer; 상기 히터 플랫폼과 연결되며, 상기 실리콘 소자층에 형성된 하이도핑된 영역(132)과,A high doped region 132 connected to the heater platform and formed in the silicon element layer; 상기 실리콘 소자층 상부에 형성된 산화막을 관통하여 상기 하이도핑된 영역(132)과 연결된 전극패드와,An electrode pad connected to the high doped region 132 through the oxide layer formed on the silicon device layer; 상기 산화막의 상부에는 형성되며, 하부전극/PZT막/상부전극으로 이루어진 압전센서로 구성된 것을 특징으로 하는 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법.And a piezoelectric sensor including a lower electrode, a PZT film, and an upper electrode formed on the oxide film. SOI(Silicon On Insulator)기판의 상부 산화막에서 상기 상부 산화막에 인접된 실리콘층 일부까지 상호 이격된 복수의 트렌치(Trench)들을 형성하는 제 1 단계와;A first step of forming a plurality of trenches spaced apart from an upper oxide layer of a silicon on insulator (SOI) substrate to a portion of a silicon layer adjacent to the upper oxide layer; 상기 상부 산화막의 상부에 산화막을 증착하여 상기 복수의 트렌치들에 산화막을 충진하고, 연마공정으로 굴곡을 제거하여 일부 산화막을 남기는 제 2 단계와;Depositing an oxide film on the upper oxide film to fill an oxide film in the plurality of trenches, and removing a bend by polishing to leave a portion of the oxide film; 상기 복수의 트렌치들 중, 기준 트렌치들의 일측 방향에 있는 실리콘층에 캔틸레버를 지지할 수 있는 지지대 영역을 형성하고, 상기 기준 트렌치들의 타측 방향에 있는 실리콘층에 캔틸레버 구조물을 형성하는 제 3 단계와;Forming a support region for supporting the cantilever in a silicon layer in one direction of the reference trenches and forming a cantilever structure in the silicon layer in the other direction of the reference trenches; 상기 캔틸레버 구조물 하부의 실리콘층을 제거하여 상기 캔틸레버 구조물들을 부상시키는 제 4 단계로 구성된 정보저장장치용 캔틸레버의 제조방법.And a fourth step of floating the cantilever structures by removing the silicon layer under the cantilever structure.
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