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JPH06300557A - Integrated afm sensor and manufacture thereof - Google Patents

Integrated afm sensor and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH06300557A
JPH06300557A JP11421193A JP11421193A JPH06300557A JP H06300557 A JPH06300557 A JP H06300557A JP 11421193 A JP11421193 A JP 11421193A JP 11421193 A JP11421193 A JP 11421193A JP H06300557 A JPH06300557 A JP H06300557A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
layer
silicon substrate
afm sensor
piezoresistive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11421193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michio Takayama
美知雄 高山
Hiroshi Ueda
博 上田
Akitoshi Toda
明敏 戸田
Katsuhiro Matsuyama
克宏 松山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP11421193A priority Critical patent/JPH06300557A/en
Publication of JPH06300557A publication Critical patent/JPH06300557A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the contact of a lead wire fixing section with a specimen, and also a lead wire from being detached, regarding an integrated AFM sensor having a piezoelectric resistance layer on the surface of a cantilever for detecting the displacement thereof via the resistance change of the layer. CONSTITUTION:A piezoelectric resistance layer 116 is formed on the surface of a cantilever 120 in an integrated AFM sensor, or the side of the cantilever 120 faced to the surface of a specimen, and a connecting conductive layer 114 of impurity dispersion layer is provided, so as to come in contact with the end of the layer 116 and reach the reverse side of the cantilever 120, or the support side thereof. In addition, an electrode 121 for voltage supply to the layer 116 is formed on the layer 114 on the reverse side of the cantilever 120.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、原子間力顕微鏡に用
いる集積型AFMセンサー及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated AFM sensor used in an atomic force microscope and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、導電性試料を原子サイズオーダー
の分解能で観察できる装置として、Binning とRohrerら
により発明された走査トンネル顕微鏡(STM:Scanni
ng Tunneling Microscope )があるが、STMでは観察
できる試料は導電性のものに限られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a scanning tunneling microscope (STM: Scanni), which was invented by Binning and Rohrer, was used as an apparatus for observing a conductive sample with a resolution of atomic size order.
ng Tunneling Microscope), but in STM, the samples that can be observed are limited to conductive ones.

【0003】そこで、STMにおけるサーボ技術を始め
とする要素技術を利用しながら、STMでは測定し難か
った絶縁性の試料を、原子サイズオーダーの精度で観察
することのできる顕微鏡として、原子間力顕微鏡(AF
M)が提案された。このAFMは、例えば特開昭62−
130302号(特許出願人:IBM,発明者:G.ビ
ニッヒ,発明の名称:サンプル表面の像を形成する方法
及び装置)に開示されている。
Therefore, an atomic force microscope is used as a microscope capable of observing an insulating sample, which has been difficult to measure with STM, with an accuracy of atomic size order while utilizing elemental technologies such as servo technology in STM. (AF
M) was proposed. This AFM is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 62-
130302 (patent applicant: IBM, inventor: G. Binnig, title of invention: method and apparatus for forming an image of a sample surface).

【0004】AFMの構造はSTMに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡の一つとして位置づけられている。
AFMでは、自由端に鋭い突起部分(探針部)を持つカ
ンチレバーを、試料に対向,近接して配置され、探針の
先端の原子と試料原子との間に働く相互作用力により、
変位するカンチレバーの働きを電気的あるいは光学的に
とらえて測定しつつ、試料をXY方向に走査し、カンチ
レバーの探針部との位置関係を相対的に変化させること
によって、試料の凹凸情報などを原子サイズオーダーで
三次元的にとらえることができる。
The structure of the AFM is similar to that of the STM and is positioned as one of scanning probe microscopes.
In the AFM, a cantilever having a sharp protruding portion (probe portion) at its free end is arranged facing and close to the sample, and the interaction force acting between the atom at the tip of the probe and the sample atom causes
While measuring the function of the displacing cantilever electrically or optically, the sample is scanned in the XY directions, and the relative position of the cantilever with the probe part is changed to obtain information about the unevenness of the sample. It can be seen three-dimensionally in the order of atomic size.

【0005】図4にAFM測定系のブロック構成図を示
す。図4において、401 はカンチレバー、402 は変位測
定センサー、403 はフィードバック制御部、404 は試
料、405 は三次元走査部、406 は走査駆動信号発生部、
407 はモニターである。
FIG. 4 shows a block diagram of the AFM measuring system. In FIG. 4, 401 is a cantilever, 402 is a displacement measuring sensor, 403 is a feedback control unit, 404 is a sample, 405 is a three-dimensional scanning unit, 406 is a scanning drive signal generating unit,
407 is a monitor.

【0006】AFMにおいて、カンチレバーの変位を測
定する変位測定センサーは、カンチレバーとは別途に設
けるのが一般的である。しかし最近では、カンチレバー
自体に変位を測定できる機能を付加した集積型AFMセ
ンサーが、M. Tortoneseらにより提案されている。この
集積型AFMセンサーは、例えば、M. Tortonese, H.Ya
mada, R. C. Barrett and C. F. Quate : Transducers
and Sensors' 91 : Atomic force microscopy using a
piezoresistive cantileverに開示されている。
In the AFM, the displacement measuring sensor for measuring the displacement of the cantilever is generally provided separately from the cantilever. However, recently, an integrated AFM sensor in which the cantilever itself has a function of measuring displacement has been proposed by M. Tortonese et al. This integrated AFM sensor is, for example, M. Tortonese, H.Ya
mada, RC Barrett and CF Quate: Transducers
and Sensors' 91: Atomic force microscopy using a
It is disclosed in piezoresistive cantilever.

【0007】この集積型AFMセンサーの測定原理とし
ては、圧電抵抗効果を利用している。すなわち、探針先
端を測定試料に近接させると、探針と試料間に働く相互
作用によりカンチレバー部がたわみ、歪みを生じる。カ
ンチレバー部には抵抗層が積層されていて、カンチレバ
ー部の歪みに応じて、その抵抗値が変化する。したがっ
て、抵抗層に対して電極部より定電圧を加えておけば、
カンチレバーの歪み量に応じて抵抗層を流れる電流が変
化し、電流の変化を検出することにより、カンチレバー
の変位量を知ることができる。
The piezoresistive effect is used as the measurement principle of this integrated AFM sensor. In other words, when the tip of the probe is brought close to the measurement sample, the interaction between the probe and the sample causes the cantilever portion to bend and cause distortion. A resistance layer is laminated on the cantilever portion, and its resistance value changes according to the strain of the cantilever portion. Therefore, if a constant voltage is applied to the resistance layer from the electrode part,
The current flowing through the resistance layer changes according to the amount of strain of the cantilever, and the amount of displacement of the cantilever can be known by detecting the change in current.

【0008】このような集積型AFMセンサーは、構成
が極めて簡単で小型であることから、カンチレバー側を
動かす、いわゆるスタンドアロン型のAFMを構成でき
るようになると、期待されている。従来のAFMでは、
試料をXY方向に動かしてカンチレバー先端の探針との
相対的位置関係を変化させるため、試料の大きさが最大
数cm程度に限られるが、スタンドアロン型のAFMは、
このような試料の大きさの制限を取り除くことができる
という利点がある。
Since such an integrated AFM sensor has an extremely simple structure and is small in size, it is expected that a so-called stand-alone AFM in which the cantilever side is moved can be formed. With conventional AFM,
Since the sample is moved in the XY directions to change the relative positional relationship between the tip of the cantilever and the probe, the maximum size of the sample is limited to about several cm.
There is an advantage that the limitation of the size of the sample can be removed.

【0009】次に、集積型AFMセンサーについて図を
参照して説明する。まず図5の(A)〜(C)を参照し
ながら製造方法について説明する。スタートウェーハ50
0 として、図5の(A)に示すように、シリコンウェー
ハ502 の上に酸化シリコンの分離層512 を介してシリコ
ン層501 を設けたもの、例えば貼り合わせウェーハを用
意する。次に図5の(B)に示すように、このシリコン
層501 の極表面に、イオンインプランテーションにより
ボロン(B)を打ち込んで、ピエゾ抵抗層516を形成
し、後述の図6に図示するカンチレバーの形状にパター
ニングした後、表面を酸化シリコン膜518 で覆う。そし
てカンチレバーの固定端側にボンディング用の穴をあ
け、アルミニウムをスパッタリングして電極520 を形成
する。更に、シリコンウェーハ502 の下側にエッチング
マスク層519 を形成する。次いで、図5の(C)に示す
ように、エッチングマスク層519 をマスクとして、シリ
コンウェーハ502 をKOH水溶液により分離層512 まで
エッチングする。最後に分離層512 を弗化水素酸水溶液
にて除去することによりカンチレバー部524 を形成し
て、図6に示す集積型AFMセンサーを完成する。
Next, the integrated AFM sensor will be described with reference to the drawings. First, the manufacturing method will be described with reference to FIGS. Start wafer 50
As shown in FIG. 5A, as shown in FIG. 5A, a silicon wafer 502 on which a silicon layer 501 is provided via a silicon oxide separation layer 512, for example, a bonded wafer is prepared. Next, as shown in FIG. 5B, boron (B) is implanted into the extreme surface of the silicon layer 501 by ion implantation to form a piezoresistive layer 516, and the cantilever shown in FIG. 6 described later is formed. After patterning in the shape of, the surface is covered with a silicon oxide film 518. Then, a hole for bonding is made on the fixed end side of the cantilever, and aluminum is sputtered to form an electrode 520. Further, an etching mask layer 519 is formed on the lower side of the silicon wafer 502. Next, as shown in FIG. 5C, the silicon wafer 502 is etched up to the separation layer 512 with a KOH aqueous solution using the etching mask layer 519 as a mask. Finally, the separation layer 512 is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution to form a cantilever portion 524, thereby completing the integrated AFM sensor shown in FIG.

【0010】このようにして作製した集積型AFMセン
サーでは、測定の際に、2つの電極520 の間に数ボルト
以下のDC電圧を印加し、カンチレバー部524 の先端を
試料に接近させる。カンチレバー部524 の先端と試料面
の原子間に相互作用が働くと、カンチレバー部524 が変
位する。これに応じてピエゾ抵抗層516 の抵抗値が変化
するため、カンチレバー部524 の変位が2つの電極520
の間に流れる電流信号として得られる。
In the integrated AFM sensor thus manufactured, a DC voltage of several volts or less is applied between the two electrodes 520 at the time of measurement to bring the tip of the cantilever portion 524 close to the sample. When an interaction acts between the tip of the cantilever portion 524 and the atom on the sample surface, the cantilever portion 524 is displaced. Since the resistance value of the piezoresistive layer 516 changes according to this, the displacement of the cantilever portion 524 causes the displacement of the two electrodes 520.
It is obtained as a current signal flowing between the two.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、測定時2つ
の電極520 の間に電圧を供給し、またその電極間に流れ
る電流を測定するため外部電源及び電流計からのリード
線を、例えば導電性ペーストのようなもので前記電極52
0 に接着して使用する。一方、シリコンウェーハ502
が、図6に示したように、カンチレバーの支持部となる
が、前述した製法によれば、電極520 はカンチレバー表
面側に形成されているため、前記リード線は試料表面と
対向することになる。リード線を電極520 にしっかり固
定するため、導電性ペーストを多量に使用した場合、試
料とカンチレバー支持部との間隔は数mmしかないため、
導電性ペーストと試料との接触を招き、正常な観察に支
障をきたす。またリード線はカンチレバーに吊るされて
固定されている状態になるので、測定中に自重で容易に
外れ易いという問題点がある。
By the way, in order to supply a voltage between the two electrodes 520 during measurement and to measure a current flowing between the electrodes, a lead wire from an external power source and an ammeter is connected to, for example, a conductive wire. The electrode 52 with a kind of paste
Used by adhering to 0. On the other hand, silicon wafer 502
As shown in FIG. 6, it becomes a support portion of the cantilever. According to the above-mentioned manufacturing method, since the electrode 520 is formed on the cantilever surface side, the lead wire faces the sample surface. . When a large amount of conductive paste is used to firmly fix the lead wire to the electrode 520, the distance between the sample and the cantilever support is only a few mm.
This causes contact between the conductive paste and the sample, which interferes with normal observation. Further, since the lead wire is hung and fixed on the cantilever, there is a problem that it is easily detached by its own weight during measurement.

【0012】本発明は、従来の集積型AFMセンサーに
おける上記問題点を解消するためになされたもので、リ
ード線固定用導電性ペースト等と測定試料との接触が起
こりにくく、またリード線が外れにくい構成の集積型A
FMセンサー及びその製造方法を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the conventional integrated AFM sensor. The contact between the conductive paste for fixing the lead wire and the sample to be measured is unlikely to occur, and the lead wire is disconnected. Difficult configuration integrated type A
An object is to provide an FM sensor and a manufacturing method thereof.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型AFMセンサーにおいて、前記ピエゾ抵抗層の端
部に接し、且つカンチレバー裏面に達する導電性不純物
拡散層を設け、カンチレバー裏面の前記拡散層上に前記
ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極を形成するものであ
る。
In order to solve the above problems, the present invention provides an integrated AFM sensor having a piezoresistive layer on the surface of a cantilever, and detecting the displacement of the cantilever based on the resistance change of the piezoresistive layer. A conductive impurity diffusion layer which is in contact with the end of the cantilever and reaches the back surface of the cantilever, and a voltage supply electrode for the piezoresistive layer is formed on the diffusion layer on the back surface of the cantilever.

【0014】また本発明に係る集積型AFMセンサーの
第1の製造方法は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を
持ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出す
る集積型AFMセンサーの製造方法において、面方位
(100 )を持つp型シリコン基板上にn型シリコン層を
エピタキシャル成長させた基板を用い、前記n型エピタ
キシャルシリコン層上にピエゾ抵抗層を形成した後、p
型シリコン基板を電気化学エッチング法でエッチングし
てカンチレバーを形成するものである。
A first method of manufacturing an integrated AFM sensor according to the present invention is a method of manufacturing an integrated AFM sensor which has a piezoresistive layer on the surface of a cantilever, and detects displacement of the cantilever based on a resistance change of the piezoresistive layer. Using a substrate in which an n-type silicon layer is epitaxially grown on a p-type silicon substrate having (100), a piezoresistive layer is formed on the n-type epitaxial silicon layer, and then p
A cantilever is formed by etching a type silicon substrate by an electrochemical etching method.

【0015】更にまた本発明に係る集積型AFMセンサ
ーの第2の製造方法は、カンチレバー表面にピエゾ抵抗
層を持ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検
出する集積型AFMセンサーの製造方法において、面方
位(100 )を持つシリコン基板上に面方位(111 )を持
つシリコン基板を貼り合わせた基板を用い、前記面方位
(111 )のシリコン基板上にピエゾ抵抗層を形成した
後、前記面方位(100 )のシリコン基板を異方性エッチ
ング法によりエッチングしてカンチレバーを形成するも
のである。
Furthermore, a second method for manufacturing an integrated AFM sensor according to the present invention is a method for manufacturing an integrated AFM sensor, which has a piezoresistive layer on the surface of a cantilever and detects displacement of the cantilever by a change in resistance thereof. Using a substrate obtained by laminating a silicon substrate having a plane orientation (111) on a silicon substrate having a plane orientation (100) and forming a piezoresistive layer on the silicon substrate having the plane orientation (111), the plane orientation ( A silicon substrate of 100) is etched by an anisotropic etching method to form a cantilever.

【0016】[0016]

【作用】本発明による集積型AFMセンサーは、ピエゾ
抵抗層の端部に接し、且つカンチレバー裏面に達するよ
うに導電性不純物拡散層が設けられているため、カンチ
レバー表面に形成されたピエゾ抵抗層と、カンチレバー
裏面の前記拡散層上に形成された電圧供給用電極とが電
気的に接続される。したがって、電圧供給用リード線は
カンチレバー裏面の支持部側に固定することになるの
で、固定に使用する導電性ペースト等を多量に使用して
も測定試料にペースト等が接触することなく良好な測定
を行うことができる。またリード線はカンチレバーに上
部から設置するように固定されるので自重で外れる恐れ
もなくなる。
In the integrated AFM sensor according to the present invention, since the conductive impurity diffusion layer is provided so as to contact the end of the piezoresistive layer and reach the back surface of the cantilever, the piezoresistive layer formed on the cantilever surface is , And is electrically connected to the voltage supply electrode formed on the diffusion layer on the back surface of the cantilever. Therefore, the lead wire for voltage supply is fixed to the support part side of the back surface of the cantilever, so even if a large amount of conductive paste used for fixing is used, the paste does not contact the measurement sample and good measurement It can be performed. Also, since the lead wire is fixed to the cantilever so as to be installed from above, there is no fear that it will come off due to its own weight.

【0017】また本発明に係る集積型AFMセンサーの
第1の製造方法によれば、電気化学エッチング法を用い
てエッチングを行うことにより、基板のp型シリコン基
板のみをエッチングすることができ、容易にカンチレバ
ーを形成することができる。
Further, according to the first manufacturing method of the integrated AFM sensor of the present invention, it is possible to easily etch only the p-type silicon substrate of the substrate by performing the etching by using the electrochemical etching method. Cantilevers can be formed in the.

【0018】更にまた本発明に係る集積型AFMセンサ
ーの第2の製造方法によれば、面方位(111 )のエッチ
ングレートは面方位(100 )に比べて著しく低いため、
面方位(100 )を持つシリコン基板に貼られた面方位
(111 )を持つシリコン基板は、殆どエッチングされな
い。したがって、カンチレバーの厚さを面方位(111 )
のシリコン基板の厚さで管理することができる。
Furthermore, according to the second manufacturing method of the integrated AFM sensor of the present invention, since the etching rate of the plane orientation (111) is significantly lower than that of the plane orientation (100),
A silicon substrate having a plane orientation (111) attached to a silicon substrate having a plane orientation (100) is hardly etched. Therefore, the thickness of the cantilever is adjusted to the plane orientation (111).
It can be controlled by the thickness of the silicon substrate.

【0019】[0019]

【実施例】次に実施例について説明する。図1の(A)
〜(F)は、本発明に係る集積型AFMセンサーの実施
例の製造工程の手順を示す断面図である。まず図1の
(A)に示すように、面方位(100 )を持つ両面ミラー
n型シリコン基板(スタートウェーハ)100 に酸化膜11
2 を形成し、次にピエゾ抵抗層と裏面電極とを接続する
ための導電層形成部にのみ、常法に従ってPEP(Phot
o Engraving Process)を施すことにより、窓部113 を
形成する。そして図1の(B)に示すように、p型の不
純物、例えばボロンを表面濃度5×1018atoms cm3 、深
さ10μm程度になるように拡散し、接続用導電層114 を
形成する。
EXAMPLES Next, examples will be described. Figure 1 (A)
7A to 7F are cross-sectional views showing the procedure of the manufacturing process of the embodiment of the integrated AFM sensor according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, an oxide film 11 is formed on a double-sided mirror n-type silicon substrate (start wafer) 100 having a plane orientation (100).
2 is formed, and then PEP (Phot (Phot) is formed according to a conventional method only on the conductive layer forming portion for connecting the piezoresistive layer and the back electrode.
o Engraving Process) to form the window 113. Then, as shown in FIG. 1B, a p-type impurity, for example, boron is diffused so as to have a surface concentration of 5 × 10 18 atoms cm 3 and a depth of about 10 μm to form a connection conductive layer 114.

【0020】次に、図1の(C)に示すように、ピエゾ
抵抗層形成領域115 を同様にPEPを施すことにより窓
開けし、ボロン等のp型不純物を拡散してピエゾ抵抗層
116を形成する。この時、ピエゾ抵抗層116 のシート抵
抗値は、例えば150 Ωsq. とする。なお図示のように、
ピエゾ抵抗層116 の端は、前述した裏面電極への接続用
導電層114 と接するようにする。次に図1の(D)に示
すように、基板表面を酸化膜で再び覆い、PEPにてカ
ンチレバーパターン117 を酸化膜に形成する。そしてこ
の酸化膜をマスクとして、シリコン基板100 をRIE
(Reactive Ion Etching)法にて、10μm程度掘り込
む。
Next, as shown in FIG. 1C, the piezoresistive layer forming region 115 is similarly subjected to PEP to open a window, and p type impurities such as boron are diffused to diffuse the piezoresistive layer.
Form 116. At this time, the sheet resistance value of the piezoresistive layer 116 is, eg, 150 Ωsq. As shown,
The end of the piezoresistive layer 116 is in contact with the conductive layer 114 for connecting to the back electrode described above. Next, as shown in FIG. 1D, the substrate surface is covered again with an oxide film, and a cantilever pattern 117 is formed on the oxide film by PEP. The silicon substrate 100 is RIEed using this oxide film as a mask.
Dip about 10 μm by (Reactive Ion Etching) method.

【0021】その後、図1の(E)に示すように、基板
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を約40nmほど熱
酸化した後、窒化シリコン膜118 をLP−CVD(Low
Pressure Chemical Deposition)法にて堆積する。更に
基板裏面にPEPにてカンチレバー支持パターン119 を
形成し、KOH等の異方性シリコンエッチング液にて基
板100 をエッチングしカンチレバー120 を形成する。最
後に図1の(F)に示すように、カンチレバー裏面側に
Al等の金属膜を形成し、電極パターンをPEP法にて形
成した後、熱処理してオーミックコンタクトをとること
により、カンチレバーの支持部側にピエゾ抵抗層116 へ
の電圧供給用電極121 を持った集積型AFMセンサーを
得る。
After that, as shown in FIG. 1E, the oxide film on the substrate is once peeled off, and the substrate is again thermally oxidized by about 40 nm, and then the silicon nitride film 118 is LP-CVD (Low).
It is deposited by the pressure chemical deposition method. Further, a cantilever support pattern 119 is formed on the back surface of the substrate with PEP, and the substrate 100 is etched with an anisotropic silicon etching solution such as KOH to form a cantilever 120. Finally, as shown in Fig. 1 (F),
A metal film of Al or the like is formed, an electrode pattern is formed by the PEP method, and then heat treatment is performed to form ohmic contact, so that the voltage supply electrode 121 to the piezoresistive layer 116 is provided on the cantilever support portion side. Obtain an integrated AFM sensor.

【0022】図2は、本発明に係る集積型AFMセンサ
ーの他の製造方法の手順を示す断面図である。この製造
方法では、面方位(100 )を持つ両面ミラーp型シリコ
ン基板202 上に厚さ約5μmのn型シリコン層201 をエ
ピタキシャル成長させた基板(スタートウェーハ)200
を用いる。まず図2の(A)に示すように、図1に示し
た実施例と同様に、基板両面に酸化膜212 を形成し、n
型エピタキシャルシリコン層201 上のピエゾ抵抗層と裏
面電極とを接続するための導電層形成部に、PEPを施
すことにより窓部213 を形成する。次いで図2の(B)
に示すように、p型の不純物を拡散して接続用導電層21
4 を形成する。次に図2の(C)に示すように、ピエゾ
抵抗層形成領域215 をPEPにより窓開けし、ボロン等
のp型不純物を拡散してピエゾ抵抗層216 を形成する。
更にその後、図2の(D)に示すように、図1の実施例
と同様の手法で、n型エピタキシャルシリコン層201 上
にカンチレバーパターン217 を形成する。
FIG. 2 is a sectional view showing a procedure of another method of manufacturing the integrated AFM sensor according to the present invention. In this manufacturing method, a substrate (start wafer) 200 in which an n-type silicon layer 201 having a thickness of about 5 μm is epitaxially grown on a double-sided mirror p-type silicon substrate 202 having a plane orientation (100)
To use. First, as shown in FIG. 2A, as in the embodiment shown in FIG. 1, oxide films 212 are formed on both surfaces of the substrate, and n
A window portion 213 is formed by applying PEP to the conductive layer forming portion for connecting the piezoresistive layer on the type epitaxial silicon layer 201 and the back surface electrode. Next, FIG. 2B
As shown in FIG. 3, the connection conductive layer 21 is formed by diffusing p-type impurities.
Forming 4 Next, as shown in FIG. 2C, a piezoresistive layer formation region 215 is opened by PEP, and p-type impurities such as boron are diffused to form a piezoresistive layer 216.
After that, as shown in FIG. 2D, a cantilever pattern 217 is formed on the n-type epitaxial silicon layer 201 by the same method as in the embodiment of FIG.

【0023】次いで、図2の(E)に示すように、基板
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を熱酸化した
後、窒化シリコン膜218 をLP−CVD法で堆積する。
次に、p型シリコン基板202 側にPEPによりカンチレ
バー支持パターン219 を形成した後、n型エピタキシャ
ルシリコン層201 に正電圧を印加し、p型シリコン基板
202 に負電圧を加えた状態で、KOH等の異方性シリコ
ンエッチング液にてp型シリコン基板202 をエッチング
(電気化学エッチング)することによりカンチレバー22
0 を形成する。本エッチング方法を用いることにより、
p型シリコン基板202 のみをエッチングすることができ
る。最後に図2の(F)に示すように、カンチレバー裏
面側すなわちp型シリコン基板202 側にAl等の金属膜を
形成し、電極パターンをPEP法にて形成することによ
り、カンチレバーの支持部側にピエゾ抵抗層216 への電
圧供給用電極221 を持った集積型AFMセンサーを得る
ことができる。
Next, as shown in FIG. 2E, the oxide film on the substrate is once peeled off, the substrate is again thermally oxidized, and then a silicon nitride film 218 is deposited by the LP-CVD method.
Next, a cantilever support pattern 219 is formed on the p-type silicon substrate 202 side by PEP, and then a positive voltage is applied to the n-type epitaxial silicon layer 201 to form a p-type silicon substrate.
With a negative voltage applied to 202, the cantilever 22 is etched by etching (electrochemical etching) the p-type silicon substrate 202 with an anisotropic silicon etching solution such as KOH.
Form 0. By using this etching method,
Only the p-type silicon substrate 202 can be etched. Finally, as shown in FIG. 2 (F), a metal film such as Al is formed on the back surface of the cantilever, that is, on the p-type silicon substrate 202 side, and the electrode pattern is formed by the PEP method. Moreover, an integrated AFM sensor having a voltage supply electrode 221 to the piezoresistive layer 216 can be obtained.

【0024】図3は、本発明に係る集積型AFMセンサ
ーの更に他の製造方法の手順を示す断面図である。この
製造方法では、面方位(100 )を持つ両面ミラーp型シ
リコン基板302 上に、厚さ約10μmの面方位(111 )を
持つ両面ミラーn型シリコン基板301 を貼り合わせた基
板(スタートウェーハ)300 を用いる。そして、次に述
べるp型シリコン基板302 の異方性エッチング工程を除
いて、前述の図2に示した製造方法と同様の手順でカン
チレバーを形成する。すなわち、まず図3の(A)に示
すように、基板両面に酸化膜312 を形成し、n型シリコ
ン基板301 上のピエゾ抵抗層と裏面電極とを接続するた
めの導電層形成部に、PEPを施すことにより窓部313
を形成する。次いで図3の(B)に示すように、p型の
不純物を拡散して接続用導電層314 を形成する。次に図
3の(C)に示すように、ピエゾ抵抗層形成領域315 を
PEPにより窓開けし、ボロン等のp型不純物を拡散し
てピエゾ抵抗層316 を形成する。更にその後、図3の
(D)に示すように、図1の実施例と同様の手法で、n
型シリコン基板301 上にカンチレバーパターン317 を形
成する。
FIG. 3 is a sectional view showing a procedure of still another method of manufacturing the integrated AFM sensor according to the present invention. In this manufacturing method, a double-sided mirror p-type silicon substrate 302 having a plane orientation (100) and a double-sided mirror n-type silicon substrate 301 having a plane orientation (111) having a thickness of about 10 μm are bonded (start wafer). Use 300. Then, the cantilever is formed by the same procedure as the manufacturing method shown in FIG. 2 except for the anisotropic etching step of the p-type silicon substrate 302 described below. That is, as shown in FIG. 3A, first, an oxide film 312 is formed on both surfaces of the substrate, and a PEP is formed on the conductive layer forming portion for connecting the piezoresistive layer on the n-type silicon substrate 301 and the back electrode. By applying the window portion 313
To form. Then, as shown in FIG. 3B, a p-type impurity is diffused to form a connection conductive layer 314. Next, as shown in FIG. 3C, a window is opened in the piezoresistive layer forming region 315 by PEP, and a p-type impurity such as boron is diffused to form a piezoresistive layer 316. After that, as shown in FIG. 3D, by the same method as in the embodiment of FIG.
A cantilever pattern 317 is formed on the die silicon substrate 301.

【0025】次いで、図3の(E)に示すように、基板
上の酸化膜をいったん剥離し、再度基板を熱酸化した
後、窒化シリコン膜318 をLP−CVD法で堆積する。
次に、p型シリコン基板302 側にPEPによりカンチレ
バー支持パターン319 を形成する。図2に示した実施例
では、電気化学エッチングでp型シリコン基板の異方性
エッチング工程を行ったが、本実施例では図1に示した
実施例と同様、基板に電圧印加することなくKOH等の
異方性シリコンエッチング液にて、p型シリコン基板30
2 をエッチングすることによりカンチレバー320 を形成
する。異方性シリコンエッチング液では、<111 >方向
のエッチングレートは、<100 >方向のそれに比べて著
しく低いため、p型シリコン基板302 に貼られた面方位
(111 )をもつn型シリコン基板301 は、殆どエッチン
グされない。したがって本実施例では、n型シリコン基
板301 の厚さで、カンチレバーの厚さを管理することが
できる。最後に図3の(F)に示すように、カンチレバ
ー裏面側すなわちp型シリコン基板302 側にAl等の金属
膜を形成し、電極パターンをPEP法で形成することに
より、カンチレバー支持部側にピエゾ抵抗層316 への電
圧供給用電極321 を持った集積型AFMセンサーが得ら
れる。
Then, as shown in FIG. 3E, the oxide film on the substrate is once peeled off, and the substrate is thermally oxidized again, and then a silicon nitride film 318 is deposited by the LP-CVD method.
Next, a cantilever support pattern 319 is formed by PEP on the p-type silicon substrate 302 side. In the embodiment shown in FIG. 2, the anisotropic etching process of the p-type silicon substrate was performed by electrochemical etching, but in this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 1, KOH was applied without applying a voltage to the substrate. P-type silicon substrate 30 with anisotropic silicon etching liquid such as
The cantilever 320 is formed by etching 2. In the anisotropic silicon etchant, the etching rate in the <111> direction is significantly lower than that in the <100> direction, so the n-type silicon substrate 301 having the plane orientation (111) attached to the p-type silicon substrate 302 is used. Are hardly etched. Therefore, in this embodiment, the thickness of the cantilever can be controlled by the thickness of the n-type silicon substrate 301. Finally, as shown in FIG. 3 (F), a metal film such as Al is formed on the back surface of the cantilever, that is, on the p-type silicon substrate 302 side, and the electrode pattern is formed by the PEP method. An integrated AFM sensor having an electrode 321 for supplying a voltage to the resistance layer 316 is obtained.

【0026】なお、上記図3に示した製造方法において
は、基板(スタートウェーハ)300として、面方位(100
)のp型シリコン基板302 上に面方位(111 )のn型
シリコン基板301 を貼り合わせたものを用いた例を示し
たが、下地基板としてはp型シリコン基板に限らず、面
方位が(100 )であればn型シリコン基板も用いること
ができ、また貼り合わせる基板もn型シリコン基板に限
らず、面方位が(111)であればp型シリコン基板も用
いることができる。
In the manufacturing method shown in FIG. 3, as the substrate (start wafer) 300, the plane orientation (100
Although an example in which the n-type silicon substrate 301 having the plane orientation (111) is bonded to the p-type silicon substrate 302 in (1) is used, the base substrate is not limited to the p-type silicon substrate, and the plane orientation is ( If it is 100), an n-type silicon substrate can also be used, and the substrate to be bonded is not limited to an n-type silicon substrate, and if the plane orientation is (111), a p-type silicon substrate can also be used.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極
をカンチレバー裏面の支持部側に設置できるので、ピエ
ゾ抵抗層への電圧供給用リード線の前記電圧供給用電極
への固定に際し、導電性ペースト等を多量に使用して
も、測定試料にペースト等が接触することなく良好な測
定を行なえる。またリード線はカンチレバーに上部から
設置するように固定できるのでリード線が自重で外れる
恐れがなくなるという効果も得られる。
As described above with reference to the embodiments, according to the present invention, since the voltage supply electrode for the piezoresistive layer can be installed on the support portion side of the back surface of the cantilever, the voltage applied to the piezoresistive layer can be reduced. When fixing the supply lead wire to the voltage supply electrode, even if a large amount of conductive paste or the like is used, good measurement can be performed without the paste or the like coming into contact with the measurement sample. Further, since the lead wire can be fixed to the cantilever so as to be installed from above, there is an effect that there is no fear that the lead wire will come off due to its own weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る集積型AFMセンサーの製造方法
を説明するための製造工程図である。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram for explaining a manufacturing method of an integrated AFM sensor according to the present invention.

【図2】本発明に係る集積型AFMセンサーの他の製造
方法を説明するための製造工程図である。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram for explaining another manufacturing method of the integrated AFM sensor according to the present invention.

【図3】本発明に係る集積型AFMセンサーの更に他の
製造方法を説明するための製造工程図である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram for explaining still another manufacturing method of the integrated AFM sensor according to the present invention.

【図4】AFM測定系を示すブロック構成図である。FIG. 4 is a block diagram showing an AFM measurement system.

【図5】従来の集積型AFMセンサーの製造方法を説明
するための製造工程図である。
FIG. 5 is a manufacturing process diagram for describing a manufacturing method of a conventional integrated AFM sensor.

【図6】図5に示す製造方法で得られた集積型AFMセ
ンサーの上面図である。
6 is a top view of the integrated AFM sensor obtained by the manufacturing method shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 ,200 ,300 スタートウェーハ 112 ,212 ,312 酸化膜 113 ,213 ,313 導電層形成用窓部 114 ,214 ,314 導電層 115 ,215 ,315 ピエゾ抵抗層形成領域 116 ,216 ,316 ピエゾ抵抗層 117 ,217 ,317 カンチレバーパターン 118 ,218 ,318 窒化シリコン膜 119 ,219 ,319 カンチレバー支持パターン 120 ,220 ,320 カンチレバー 121 ,221 ,321 電圧供給用電極 100, 200, 300 Start wafer 112, 212, 312 Oxide film 113, 213, 313 Conductive layer forming window 114, 214, 314 Conductive layer 115, 215, 315 Piezoresistive layer forming region 116, 216, 316 Piezoresistive layer 117, 217, 317 Cantilever pattern 118, 218, 318 Silicon nitride film 119, 219, 319 Cantilever support pattern 120, 220, 320 Cantilever 121, 221, 321 Voltage supply electrode

フロントページの続き (72)発明者 松山 克宏 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内Front page continuation (72) Inventor Katsuhiro Matsuyama 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型AFMセンサーにおいて、前記ピエゾ抵抗層の端
部に接し、且つカンチレバー裏面に達する導電性不純物
拡散層を設け、カンチレバー裏面の前記拡散層上に前記
ピエゾ抵抗層への電圧供給用電極を形成したことを特徴
とする集積型AFMセンサー。
1. An integrated AFM sensor having a piezoresistive layer on the surface of a cantilever, and detecting a displacement of the cantilever by a change in resistance thereof, wherein a conductive impurity diffusion layer is in contact with an end of the piezoresistive layer and reaches a back surface of the cantilever. And an electrode for supplying voltage to the piezoresistive layer is formed on the diffusion layer on the back surface of the cantilever, the integrated AFM sensor.
【請求項2】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型AFMセンサーの製造方法において、面方位(10
0 )を持つp型シリコン基板上にn型シリコン層をエピ
タキシャル成長させた基板を用い、前記n型エピタキシ
ャルシリコン層上にピエゾ抵抗層を形成した後、p型シ
リコン基板を電気化学エッチング法でエッチングしてカ
ンチレバーを形成することを特徴とする集積型AFMセ
ンサーの製造方法。
2. A method of manufacturing an integrated AFM sensor, which has a piezoresistive layer on the surface of a cantilever, and detects displacement of the cantilever based on a resistance change of the piezoresistive layer.
0) is used to form a piezoresistive layer on the n-type epitaxial silicon layer, and then the p-type silicon substrate is etched by an electrochemical etching method. A method of manufacturing an integrated AFM sensor, which comprises forming a cantilever by means of a cantilever.
【請求項3】 カンチレバー表面にピエゾ抵抗層を持
ち、その抵抗変化によりカンチレバーの変位を検出する
集積型AFMセンサーの製造方法において、面方位(10
0 )を持つシリコン基板上に面方位(111 )を持つシリ
コン基板を貼り合わせた基板を用い、前記面方位(111
)のシリコン基板上にピエゾ抵抗層を形成した後、前
記面方位(100 )のシリコン基板を異方性エッチング法
によりエッチングしてカンチレバーを形成することを特
徴とする集積型AFMセンサーの製造方法。
3. A method for manufacturing an integrated AFM sensor, which has a piezoresistive layer on the surface of a cantilever and detects displacement of the cantilever based on a resistance change of the piezoresistive layer.
A silicon substrate having a plane orientation (111) is bonded to a silicon substrate having a plane orientation (111).
2.) A method for manufacturing an integrated AFM sensor, comprising forming a piezoresistive layer on a silicon substrate of 1) and then etching the silicon substrate having the plane orientation (100) by an anisotropic etching method to form a cantilever.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009140441A2 (en) * 2008-05-13 2009-11-19 Nanoink, Inc. Height sensing cantilever

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009140441A2 (en) * 2008-05-13 2009-11-19 Nanoink, Inc. Height sensing cantilever
WO2009140441A3 (en) * 2008-05-13 2010-01-28 Nanoink, Inc. Piezoresistor height sensing cantilever
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