(57)【要約】本発明はシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法に関する。本方法は、第１のドープシリコン層のいくつかの正方形または長方形の領域がマスキング層によって覆われないように第１のドープシリコン層上にマスキング層を堆積するステップと、第１のドープシリコン層に角錐アパーチャをエッチングするステップと、マスキング層を除去するステップと、第１のドープシリコン層とは反対にドープされた第２のドープシリコン層を第１のドープシリコン層上に堆積するステップと、第１のドープシリコン層をエッチングして除くステップとを含む。カンチレバーの端部に原子間力顕微鏡先端を形成するためにさらなるステップを追加することができる。
2005528626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のドープシリコン層のいくつかの正方形または長方形の領域がマスキング層によって覆われないように前記第１のドープシリコン層上に前記マスキング層を堆積するステップと、
前記第１のドープシリコン層に角錐アパーチャをエッチングするステップと、
前記マスキング層を除去するステップと、
前記第１のドープシリコン層とは反対にドープされた第２のドープシリコン層を前記第１のドープシリコン層上に堆積するステップと、
前記第１のドープシリコン層をエッチングして除くステップと
を含む、シリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項２】
前記最終エッチングが電気化学エッチングである請求項１に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項３】
前記第１のシリコン層がｐ型ドープシリコンであり、前記第２のシリコン層がｎ型ドープシリコンである請求項１または２に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項４】
前記第１のシリコン層がｎ型ドープシリコンであり、前記第２のシリコン層がｐ型ドープシリコンである請求項１または２に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項５】
前記角錐アパーチャが強塩基エッチャントを使用してエッチングされる請求項１から４のいずれか一項に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項６】
前記強塩基エッチャントが水酸化カリウムである請求項５に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項７】
前記強塩基エッチャントが水酸化テトラメチルアンモニウムである請求項５に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項８】
前記強塩基エッチャントがエチレンジアミンピロカテコールである請求項５に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項９】
前記第１のドープシリコン層をエッチングする前に、前記第２のシリコン層に対して少なくとも１つの隆起領域を設けるように、異方性ウェットエッチを実行するステップと、
前記第２のシリコン層と第３のシリコン層との間に少なくとも１つのキャビティを形成するように、前記隆起領域の上に前記第３のシリコン層を溶融ボンディングさせるステップと、
前記第１のドープシリコン層をエッチングして除くステップの後に、前記第２のシリコン層の上に、以前に前記第１のシリコン層と接触していた側にマスキング層を堆積するステップと、
先端の片側にマスキングのない領域を含むように、前記マスキング層をパターニングするステップと、
前記マスキング層によって覆われていない前記キャビティの上方のシリコンを除去するように、解放エッチを実行するステップと、
前記マスキング層を除去するステップと
をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【請求項１０】
前記第３のシリコン層が前記第２のシリコン層と同じドーピングを有する請求項９に記載のシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子間力顕微鏡先端（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｔｉｐ）に関し、より詳細には、エッチング技法を使用してシリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子間力顕微鏡先端は表面の形状を原子レベルで測定するために使用される。原子間力顕微鏡法では、原子間先端を表面上で走査し、先端の端部の数個の原子と表面との間の相互作用を記録する。先端の鋭さ、またはそれの曲率半径が走査の解像度を決定する。原子間力顕微鏡先端の中にはカンチレバーの縁部に形成されるものがある。カンチレバー型原子間力顕微鏡先端では、カンチレバーの動きを記録して走査中の表面の形状を求めることができる。原子間力顕微鏡法はまた集積回路（ＩＣ）の製造においてＩＣ上の構成要素の寸法を測定するのに使用することができる。また、データ記憶の領域で原子間力顕微鏡法の適用例の開発がなされている。この適用例では、先端が鋭くなるほど、単位平方面積当たりより多くのデータビットを書き込むことができるので、より高いデータ密度を達成することが可能になる。
【０００３】
原子間力顕微鏡先端を形成するための１つの方法は、従来の電子ビーム化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用する。米国特許第５６１１９４２号に記載されているこの方法では、まず丸い先端を形成する。次いで、先端の、点が形成されることになる領域にマスクを追加する。次いで、マスクで覆われた先端を所定の時間の間エッチングする。エッチングプロセスはマスク間の先端材料を放物式に除去し、マスク層の下に点を残す。最後に、マスク層を除去して多点型原子間力顕微鏡先端をあらわにする。この方法の１つの問題は、均一な先端を形成するためにエッチングプロセスの均一性を保証することである。さらなる問題は、先端が鋭くなる前に破断して、破砕した端部が残る傾向があることである。
【０００４】
原子間力顕微鏡先端を形成する別の方法は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのエッチャントを用いてシリコン中に角錐ピットをエッチングすることである。その場合これらのピットは窒化ケイ素先端用のモールドとして使用される。モールド中に堆積する一般的な材料としてはポリマーや二酸化ケイ素、窒化ケイ素などがある。このようにして形成したモールド形先端はモールドから分離しなければならない。モールドからの先端の清浄な分離を保証することの難しさに加えて、この方法は、より複雑なタイプのＭＥＭＳ（微小電子機械）構造に適用できないことがある。この他に、シリコンから形成した先端は、他の材料から形成した先端と比較して、高い強度および剛性などの優れた物理特性を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述の欠点を克服する、シリコンに原子間力顕微鏡先端を形成するための方法を提供すること、または少なくとも公衆に有用な選択肢を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概して、本発明は、第１のドープシリコン層のいくつかの正方形または長方形の領域がマスキング層によって覆われないように第１のドープシリコン層上にマスキング層を堆積するステップと、第１のドープシリコン層に角錐アパーチャをエッチングするステップと、マスキング層を除去するステップと、第１のドープシリコン層とは反対にドープされた第２のドープシリコン層を第１のドープシリコン層上に堆積するステップと、第１のドープシリコン層をエッチングして除くステップとを含む、シリコン原子間力顕微鏡先端を形成する方法を含む。
【０００７】
第１のドープシリコン層をエッチングする前に、本発明は、第２のシリコン層に対して少なくとも１つの隆起領域を設けるように、異方性ウェットエッチを実行するステップと、隆起領域の上に第３のシリコン層を溶融ボンディングさせて第２の層と第３の層の間に少なくとも１つのキャビティを形成するステップとをさらに含む。第１のドープシリコン層をエッチングして除くステップの後に、本発明は、第２のシリコン層の上に、以前に第１のシリコン層と接触していた側にマスキング層を堆積するステップと、先端の片側にマスキングのない領域を含むようにマスキング層をパターニングするステップと、マスキング層によって覆われていないキャビティの上方のシリコンを除去するように解放エッチを実行するステップと、マスキング層を除去するステップとをさらに含む。
【０００８】
単に例として、限定を意図せずに添付の図面を参照しながら本発明の好ましい方法についてさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１Ａはマスキング層２によって実質的に覆われたシリコン層１を示す。長方形または正方形領域７が覆われないように、マスキング層を堆積する。これらの領域は原子間力顕微鏡先端が形成されることになる領域である。シリコンはｐ型ドープシリコンかｎ型ドープシリコンのいずれかである。
【００１０】
シリコン上にマスキング層２を堆積した後、強塩基エッチャント、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）でエッチングすることによってドープシリコン層中に角錐開口を形成する。
【００１１】
シリコンの結晶構造は各副格子中に同等の原子をもつ閃亜鉛鉱（ｚｉｎｃ  ｂｌｅｎｄｅ）格子である。シリコン結晶はいくつかの面に沿って配向することができる。これらの面は座標によって示される。たとえば、＜１００＞、＜１１０＞および＜１１１＞はすべてシリコン結晶内の異なる面である。単結晶をエッチングするとき、いくつかのエッチャントは配向依存性のエッチ速度を示す。特に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）などの強塩基エッチャントはシリコンにおいて配向依存性の高いエッチ特性を示す。
【００１２】
強塩基エッチャントを使用すると、シリコンにおけるエッチ速度はシリコンにおける結晶面の方向に対する依存性が高くなる。＜１００＞および＜１１０＞面は＜１１１＞面よりもはるかに速くエッチングする。したがって先端のアスペクト比はエッチピット材料の結晶学的構造によって制限される。単結晶シリコンを使用すると、＜１１１＞面では正確な寸法および鋭い先端をもつモールドを形成することを可能にするエッチストップを効果的に形成する。単結晶シリコン中に形成されるアパーチャの側面は水平線に対して５４．７°のエッチ角をなす。マスク開口サイズを変更することによって容易に異なる先端高さを形成することができる。したがって強塩基エッチャントを使用して形成したアパーチャのサイズはマスキング層のアパーチャのサイズによって制御することができる。
【００１３】
図１Ｂはエッチングプロセスの結果を示す。エッチャントは理想的には強塩基であり、たとえばＫＯＨ、ＴＭＡＨまたはＥＤＰとすることができる。ＫＯＨエッチでは、一般的に４５％濃度がエッチャントとして使用される。また、エッチの選択度を改善するためにときどきイソプロピルアルコールが追加される。ＫＯＨエッチの一般的な温度範囲は５０℃と８５℃の間である。エッチの温度はエッチ速度に影響を及ぼし、温度が高くなるにつれてエッチ速度は高くなる。
【００１４】
強塩基エッチャントでのエッチングの後、マスキング層を知られている技法を使用して除去する。次いでエピタキシャルシリコン層をドープシリコン層上に堆積し、図１Ｃに示すようにＫＯＨによって形成されるアパーチャを充填する。エピタキシャルシリコン層を第１のシリコン層の反対のドーピングを有するようにドープする。たとえば、第１のシリコン層をｐ型にドープした場合は、エピタキシャルシリコン層をｎ型にドープし、第１のシリコン層をｎ型にドープした場合は、エピタキシャルシリコン層をｐ型にドープする。
【００１５】
図１Ｄは異方性エッチの結果を示す。このエッチはエピタキシャルシリコン層４中にトラフおよび隆起領域を形成する。図１Ｅでは、第２のシリコン層をエピタキシャルシリコン層に溶融ボンディングしてある。これにより２つの層の間にキャビティ８を形成する。理想的には第２のシリコン層はエピタキシャルシリコン層と同じドーピングを有する。
【００１６】
２つのシリコン層のボンディングの後、第１のシリコン層１を電気化学エッチによって除去する。第１のシリコン層とエピタキシャルシリコン層４は別様にドープされているので、２つの層間の境界はダイオード接合を形成する。このダイオード接合は電気化学エッチ用のストップとして働く。これにより第１のシリコン層１を除去して、エピタキシャルシリコン層４中に形成された先端を残すことができ、モールドから先端を除去する問題が解決される。
【００１７】
図１Ｆは第１のシリコン層１の除去後のキャビティ８をもつエピタキシャルシリコン層４を示す。マスキング層５をエピタキシャルシリコン４上に堆積する。マスキング層５は原子間力顕微鏡先端を覆うが、各先端後に間隙を残すように堆積する。
【００１８】
図１Ｇは解放エッチの結果を示す。これによりマスキング層５によって覆われていないエピタキシャルシリコンをエッチングして除く。これにより最も近くで隆起したエピタキシャルシリコン層４から先端を解放し、先端をカンチレバー形に残す。最後に、マスキング層５を除去して、カンチレバー型原子間力顕微鏡先端を残す。
【００１９】
アクチュエータなどの他のＭＥＭＳ構造または他の金属相互接続／ボンドパッドなどのフィーチャを形成するために他のプロセスステップをこのプロセスに追加することができる。
【００２０】
別の実施形態では、図１Ｄから図１Ｇに示されるステップを省略し、図１Ｃに示されるエピタキシャルシリコン層４を堆積するステップの後、第１のシリコン層１を電気化学エッチによって除去する。この実施形態では、本発明の方法を使用して形成した原子間力顕微鏡先端はカンチレバー型でない。この場合も、他のＭＥＭＳ構造または他のフィーチャを形成するために他のさらなるステップをこのプロセスに追加することができる。
【００２１】
本発明の方法を使用して、４×４ミクロンのベースおよび２．８２ミクロンの高さをもつ原子間力顕微鏡先端を製造した。本発明の方法を使用して製造した先端はシリコンから形成され、窒化ケイ素や二酸化ケイ素などの他の材料から形成された先端よりも優れた剛性および強度を有する。本発明の方法を使用して形成した原子間力顕微鏡先端は化学気相堆積を使用して形成した原子間力顕微鏡先端よりも均一である。
【００２２】
以上、本発明についてその好ましい形態を含めて説明した。当業者に明らかであろう変更および改変は添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲内に組み込まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】マスキング層で部分的に覆われたシリコン層を示す図である。
【図１Ｂ】ウェットエッチ後のシリコン層およびマスキング層を示す図である。
【図１Ｃ】第１のシリコン層にボンディングされた第２のシリコン層を示す図である。
【図１Ｄ】第２のシリコン層上の異方性エッチの結果を示す図である。
【図１Ｅ】第２のシリコン層にボンディングされた第３のシリコン層を示す図である。
【図１Ｆ】第２のシリコン層上に堆積したマスキング層を示す図である。
【図１Ｇ】第２のシリコン層上に解放エッチによって形成されたカンチレバー型原子間力顕微鏡先端を示す図である。
2005528626.tif 000003
2005528626.tif 000004
【国際調査報告】
2005528626.tif 000005
2005528626.tif 000006
2005528626.tif 000007