(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面にＵ字状のピエゾ抵抗体が配置されたＳＰＭプローブを用いた自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、
前記半導体基板を挟んで対向配置された前記Ｕ字状のピエゾ抵抗体の周囲に前記半導体基板とは逆の導電型の不純物拡散層が形成されていることを特徴とする自己検知型ＳＰＭプローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、
前記ＳＰＭプローブに隣接した前記半導体基板表面に参照抵抗値を計測するリファレンスとして別のＵ字状のピエゾ抵抗体をさらに具備し、
前記リファレンスのＵ字状のピエゾ抵抗体の周囲に前記半導体基板とは逆の導電型の不純物拡散層が形成されていることを特徴とする自己検知型ＳＰＭプローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、
隣接した前記Ｕ字状のピエゾ抵抗体間に酸化膜と、該酸化膜の下方領域に前記不純物拡散層とは逆の導電型の第二の不純物拡散層が形成されていることを特徴とする自己検知型ＳＰＭプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載の自己検知型ＳＰＭプローブにおいて、
前記ＳＰＭプローブに隣接した前記半導体基板表面に参照抵抗値を計測するリファレンスとして別のＵ字状のピエゾ抵抗体をさらに具備し、
前記Ｕ字状のピエゾ抵抗体と前記リファレンスのＵ字状のピエゾ抵抗体間または隣接した前記リファレンスのＵ字状のピエゾ抵抗体間に酸化膜と、該酸化膜の下方領域に前記不純物拡散層とは逆の導電型の第二の不純物拡散層が形成されていることを特徴とする自己検知型ＳＰＭプローブ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のＳＰＭプローブを用いた走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己検知型SPM プローブに係り、さらに詳しくは、半導体基板表面にピエゾ抵抗体がＵ字状に配置されたカンチレバータイプのSPM プローブを用いた自己検知型SPM プローブの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子オーダの微小領域の表面形状または物理量の変位を解明するために、走査型プローブ顕微鏡（SPM ：Scanning Probe Microscope ）が用いられている。SPM 装置は、先端部に探針を設けたSPM プローブを走査プローブとして利用している。このようなSPM プローブを用いたSPM 装置は、プローブ先端の探針で試料表面を走査することにより、試料表面と探針との間に相互作用（引力または斥力等）が発生し、その力をSPM プローブの撓み量として検出することで試料表面の形状等を測定することができる。
【０００３】
そして、SPM プローブの撓み量は、例えば、SPM プローブにピエゾ抵抗体が半導体表面に形成されたピエゾレジスティブプローブを用いることにより、抵抗の変動を計測して撓み量を検出していた。このようなSPM プローブは、自己検知型SPM プローブと称されている。
【０００４】
この種の従来の自己検知型SPM プローブは、例えば図１６および図１７に示されるように、一般的にカンチレバー形状で製作される。図１７におけるSPM プローブ１８０は、カンチレバー１８２と参照抵抗値を計測するためのリファレンス１８４とで構成され、これらのカンチレバー１８２とリファレンス１８４は、ここではｎ型のシリコン基板１８６表面にそれぞれＵ字型（図１６参照）にｐ型の不純物イオンを選択的に注入することにより、ｐ+ のピエゾ抵抗体１８８，１９０がそれぞれ形成される。
【０００５】
そして、シリコン基板１８６表面には、カンチレバー１８２のメタルコンタクト部と、リファレンス１８４のメタルコンタクト部とを除いて表面を保護するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）１９２が形成され、各メタルコンタクト部にコンタクト用のアルミニウム電極（Ａｌ）１９４，１９６，１９８，２００がそれぞれ埋め込まれる。ここでは、ｎ型のシリコン基板１８６表面にｐ型の不純物イオンを注入してｐ+ のピエゾ抵抗体１８８，１９０を形成したが、逆に、ｐ型のシリコン基板を用いた場合は、基板表面にｎ型の不純物イオンを注入してｎ+ のピエゾ抵抗体が形成される。
【０００６】
このような従来の自己検知型SPM プローブ１８０は、先端部に不図示の探針が設けられた走査型プローブ顕微鏡のカンチレバー１８２が試料表面で走査される際に、試料表面と探針との間に原子間力に基づく引力または斥力が発生し、その原子間力でカンチレバー１８２が撓む際に、ピエゾ抵抗体１８８の抵抗値が変動するのを利用して、カンチレバー１８２の撓み量を検出する。カンチレバー１８２のピエゾ抵抗体１８８の抵抗値の変動は、上記メタルコンタクト部のアルミニウム電極１９４および１９６を介して計測される。
【０００７】
また、上記動作と並行して、リファレンス１８４においても抵抗値の測定が行われる。これは、ピエゾ抵抗体自体の抵抗値が撓み以外の条件（例えば、温度条件）によって変動するため、ホイートストン・ブリッジを用いて温度補償を行うための参照抵抗値を提供するものである。
【０００８】
このような、ピエゾ抵抗体を用いた自己検知型SPM プローブに関する公報としては、特開平５−１９６４５８号公報、Ｕ．Ｓ．Patent  ５，４４４，２４４、Ｕ．Ｓ．Patent  ５，３４５，８１５などがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の自己検知型SPM プローブにあっては、半導体基板１８６の表面にカンチレバー１８２やリファレンス１８４のピエゾ抵抗体１８８，１９０がＵ字状に配置されていたため、半導体基板１８６を介して向かい合うピエゾ抵抗体間（例えば、１８８相互間、１９０相互間、１８８と１９０）などで電流のリークが発生すると、ピエゾ抵抗体の抵抗値の変動が適正に検出できなくなるという不都合があった。
【００１０】
また、ピエゾ抵抗体１８８，１９０の近辺に光が照射された場合、半導体基板１８６の表面にキャリアが発生し、抵抗値測定時にノイズを生じることから、適正なピエゾ抵抗体の抵抗値の変動が検出できなくなるという不都合があった。
【００１１】
そこで、上記した光の影響を排除するため、ピエゾ抵抗体自体を遮光材で被覆して遮光することも考えられるが、被覆対象が非常に微小なものであり、且つ、カンチレバー１８２が試料の表面形状に合わせて撓むようにする必要があることから、遮光材でピエゾ抵抗体の被覆を行うのは困難であった。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の有する不都合に鑑みてなされたもので、ピエゾ抵抗体間で半導体基板を介して電流がリークしたり、光の照射により発生したキャリアの影響でピエゾ抵抗体の抵抗値測定時にノイズが発生するのを防止して、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる自己検知型SPM プローブを提供することを目的としている。
【００１３】
【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、請求項１に記載の発明は、半導体基板表面にピエゾ抵抗体がＵ字状に配置されたカンチレバーを用いた自己検知型SPM プローブにおいて、前記Ｕ字状のピエゾ抵抗体が対向する前記半導体基板間を絶縁処理して素子分離を行うことを特徴としている。
【００１４】
これによれば、Ｕ字状のピエゾ抵抗体が対向する半導体基板間を絶縁処理して素子分離を施したため、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止して、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自己検知型SPM プローブにおいて、前記カンチレバーに隣接した前記半導体基板表面に別のピエゾ抵抗体がＵ字状に配置され、参照抵抗値を計測するリファレンスをさらに具備し、前記リファレンスのＵ字状のピエゾ抵抗体が対向する前記半導体基板間を絶縁処理して素子分離を行うことを特徴としている。
【００１６】
これによれば、カンチレバーに隣接してピエゾ抵抗体によるリファレンスが形成されている場合に、リファレンスのＵ字状のピエゾ抵抗体が対向する半導体基板間についても絶縁処理して素子分離を施すようにしたため、リファレンスにおけるリーク電流や光によるキャリア発生で参照抵抗値計測時にノイズが生じるを防止して、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の自己検知型SPM プローブにおいて、前記絶縁処理は、前記半導体基板を挟んで対向配置された各ピエゾ抵抗体の少なくとも対向面側の半導体基板中に、該半導体基板を構成する導電型とは逆の導電型の不純物拡散層をそれぞれ形成して素子分離を行うことを特徴としている。
【００１８】
これによれば、絶縁処理として、半導体基板を挟んで対向配置された各ピエゾ抵抗体の少なくとも対向面側の半導体基板中に、半導体基板を構成する導電型とは逆の導電型の不純物拡散層をそれぞれ形成することにより、素子分離を行うようにしたため、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の自己検知型SPM プローブにおいて、前記絶縁処理は、前記Ｕ字状に配置されたピエゾ抵抗体をそのＵ字に合わせた半導体層上に形成するとともに、該半導体層と前記半導体基板との間に絶縁層を配置して素子分離を行うことを特徴としている。
【００２０】
これによれば、絶縁処理として、Ｕ字状に配置されたピエゾ抵抗体をそのＵ字に合わせた半導体層上に形成するとともに、その半導体層と半導体基板との間に絶縁層を配置することにより、素子分離を行うようにしたため、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止することができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の自己検知型SPM プローブにおいて、前記絶縁処理は、前記半導体基板を挟んで対向配置された各ピエゾ抵抗体の少なくとも対向面側の半導体基板中に、該半導体基板を構成する導電型とは逆の導電型の不純物拡散層をそれぞれ形成するとともに、向かい合う各ピエゾ抵抗体の間の半導体基板中に絶縁体を形成して素子分離を行うことを特徴としている。
【００２２】
これによれば、絶縁処理として、半導体基板を挟んで対向配置された各ピエゾ抵抗体の少なくとも対向面側の半導体基板中に、半導体基板を構成する導電型とは逆の導電型の不純物拡散層をそれぞれ形成するとともに、向かい合う各ピエゾ抵抗体の間の半導体基板中に絶縁体を形成することにより、素子分離を行うようにしたため、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５に記載の自己検知型SPM プローブを使ったSPM 装置であることを特徴としている。
これによれば、光りリークの少ないプローブを使うことにより、従来必要であった遮光機構が不要となり、光リーク電流による測定時のノイズを防止することができ、高精度の測定ができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る自己検知型SPM プローブの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１には、実施の形態１に係る自己検知型SPM プローブ１０の平面図が示され、図２には、図１のＡ−Ａ線断面図が示されている。
【００２５】
図１において、自己検知型SPM プローブ１０は、試料表面を走査して試料表面の形状を測定するカンチレバー１２と、参照抵抗値を検出するリファレンス１４とを備えている。カンチレバー１２側の半導体基板１６表面には、Ｕ字状に設けられたピエゾ抵抗体２２と、リファレンス１４側の半導体基板１６の表面には、同一形状のピエゾ抵抗体２４（例えば、ｐ+ ピエゾ抵抗領域）が設けられている。
【００２６】
実施の形態１の特徴的な構成は、これらピエゾ抵抗体２２，２４と半導体基板１６とが接する面に、半導体基板１６の導電型（例えば、ｐ型シリコン基板）と逆の導電型（例えば、ｎ- ｗｅｌｌ領域）から成る不純物拡散層１８，２０を形成している点にある。
【００２７】
そして、ピエゾ抵抗体２２および２４は、メタルコンタクト部を介してアルミニウム電極（Ａｌ）３０，３２および３４，３６により引き出されている。カンチレバー１２では、電極３０，３２間の抵抗値変動が検出され、リファレンス１４では、電極３４，３６間の抵抗値が検出される。
【００２８】
これらの構成を図１のＡ−Ａ線断面図の図２で見ると、半導体基板１６（ｐ型シリコン基板）の表面には、不純物拡散層１８，２０（ｎ- ｗｅｌｌ領域）を介して、Ｕ字状のピエゾ抵抗体２２および２４（ｐ+ ピエゾ抵抗領域）が設けられていることが分かる。このように、半導体基板１６（ｐ型シリコン基板）とピエゾ抵抗体２２，２４（ｐ+ ピエゾ抵抗領域）との間には、半導体基板１６とは逆の導電型（ｎ- ｗｅｌｌ領域）の不純物拡散層１８，２０を介在させているので、この不純物拡散層１８，２０が絶縁体として作用する。
【００２９】
このため、ピエゾ抵抗体２２や２４相互間、あるいは、ピエゾ抵抗体２２と２４との間で電流がリークすることが無くなるとともに、ピエゾ抵抗体２２，２４近辺に光が照射されて半導体基板１６表面にキャリアが発生しても、不純物拡散層１８，２０で電子の移動が遮られ、ノイズ（光による外乱）の発生を防止することができる。
【００３０】
つぎに、図２に示される不純物拡散層１８の形成工程を図３および図４を用いて説明する。なお、図３および図４では、図２のカンチレバー１２の一方のピエゾ抵抗体２２の不純物拡散層１８の工程断面が示され、図２と同一部分については、同一の符号を付している。
【００３１】
図３（ａ）に示されるように、ｐ型シリコン基板から成る半導体基板１６の裏面側と表面側に所定膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）４０，４２を形成し、カンチレバーの探針を形成する表面側のシリコン酸化膜４２上に、エッチングマスクとなるフォトレジスト膜４４をパターニング形成する。
【００３２】
つぎに、このフォトレジスト膜４４をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてシリコン基板１６をエッチングすることにより、探針を形成するためのマスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）４２がパターニングされる（図３（ｂ）参照）。
【００３３】
そして、このシリコン酸化膜４２をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング  （ＲＩＥ）を行うことにより、マスク４２の下に先端の尖った探針（Ｔｉｐ）４４を形成することができる（図３（ｃ）参照）。
【００３４】
図３（ｄ）では、半導体基板１６表面に不純物拡散領域１８の形成領域が開口したフォトレジスト膜４６をフォトリソグラフィ技術により形成し、ｎ- ｗｅｌｌ領域を形成するリン（Ｐ）などのＶ族元素をイオン注入して、不純物拡散層１８を形成する。
【００３５】
また、図３（ｅ）では、不純物拡散層１８内のピエゾ抵抗体２２の形成領域が開口したフォトレジスト膜４８を形成し、イオン注入を行ってｐ+ ピエゾ抵抗領域を形成することにより、ピエゾ抵抗体２２が不純物拡散層１８の内側に形成される。
【００３６】
つぎに、図４（ｆ）では、カンチレバーの先端部を形成するため、フォトレジスト膜５０を形成し、これをマスクとしてＲＩＥにより半導体基板１６を少なくともカンチレバー厚さと同じ深さまで異方性エッチングを行って、カンチレバーの端部を形成する。
【００３７】
図４（ｇ）では、基板表面のフォトレジスト５０を除去するとともに、裏面側のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）４０の下にエッチングマスクとなるフォトレジスト膜５２を形成し、これをマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてバックエッチングを行って、シリコン酸化膜４０をパターニングする。
【００３８】
図４（ｈ）では、半導体基板１６のピエゾ抵抗体２２のメタルコンタクト部と探針４４以外の部分をシリコン酸化膜２６で覆って表面を保護するとともに、メタルコンタクト部にアルミニウム（Ａｌ）を埋め込んで電極３０を形成する。
【００３９】
そして、図４（ｉ）では、図４（ｇ）でパターニング形成したシリコン酸化膜４０をマスクとして４０％の水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ＋Ｈ2 Ｏ）を用いてバックエッチングを行うことにより、半導体基板１６の裏面側が削られ、可撓性を有する所定の厚さのカンチレバーが形成される。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、半導体基板１６を挟んで対向配置されたＵ字状のピエゾ抵抗体の周囲に、半導体基板とは逆の導電型の不純物拡散層１８を形成したため、絶縁による素子分離が行われ、ピエゾ抵抗体相互間のリーク電流や光の照射で発生するキャリアによる測定時のノイズを防止することが可能となり、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００４１】
なお、上記実施の形態１では、半導体基板１６にｐ型シリコン基板、ピエゾ抵抗体２２および２４にｐ+ ピエゾ抵抗領域、および不純物拡散層１８および２０にｎ- ｗｅｌｌ領域で構成したが、それぞれ逆の導電型として、半導体基板１６にｎ型シリコン基板、ピエゾ抵抗体２２および２４にｎ+ ピエゾ抵抗領域、および不純物拡散層１８および２０にｐ- ｗｅｌｌ領域で構成しても勿論良い。
【００４２】
（実施の形態２）
図５には、実施の形態２に係る自己検知型SPM プローブ６０の平面図が示され、図６には、図５のＢ−Ｂ線断面図が示されている。
【００４３】
図５において、自己検知型SPM プローブ６０は、試料表面を走査して試料表面の形状を測定するカンチレバー６２と、参照抵抗値を検出するリファレンス６４とを備えている。
【００４４】
本実施の形態２の特徴は、図６に示されるように、シリコンから成る半導体基板６６上に埋め込み酸化層（ＳｉＯ2 ）６８を形成し、さらにその上にシリコン層７０および７２を熱的に貼り合わせたＳＯＩ（Silicon on Insulator) 技術を用いることにより、Ｕ字型のピエゾ抵抗体間を絶縁して素子分離を行っている点にある。
【００４５】
すなわち、図５および図６に示されるように、半導体基板６６上には、絶縁体の埋め込み酸化層６８が形成され、その埋め込み酸化層６８上に形成されたＵ字状のＳＯＩシリコン層７０，７２の上に、さらにＵ字状のピエゾ抵抗体７４，７６が形成されている。このため、対向するピエゾ抵抗体７４同士、あるいは隣接するピエゾ抵抗体７４と７６との間が埋め込み酸化層６８や酸化膜７８により絶縁されることから、ピエゾ抵抗体間のリーク電流やキャリア発生によるノイズの影響を受けないようにすることができる。
【００４６】
つぎに、図６に示されるＳＯＩアイランドによる素子分離を行った自己検知型SPM プローブ６０の形成工程を図７および図８を用いて説明する。なお、図７および図８では、図６のカンチレバー６２の何れか一方のピエゾ抵抗体７４を形成する工程断面を示したものであり、図６と同一部分については、同一の符号が付してある。
【００４７】
図７（ａ）に示されるように、シリコン基板から成る半導体基板６６上に埋め込み酸化層６８を形成し、さらにその埋め込み酸化層６８上にＳＯＩシリコン層７０を熱的に貼り合わせたサンドイッチ構造のＳＯＩ基板を形成することができる。そして、そのＳＯＩ基板の表面側と裏面側とを熱酸化することにより、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）９０，９２が形成され、そのシリコン酸化膜９２上に、エッチングマスクとなるフォトレジスト膜９４をパターニングする。
【００４８】
つぎに、図７（ｂ）に示されるように、このフォトレジスト膜４４をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてシリコン酸化膜９２を溶液エッチングすることにより、探針を形成するためのマスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）９２がパターニングされる。
【００４９】
そして、このシリコン酸化膜９２をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング  （ＲＩＥ）を行うことにより、マスク９２の下に先端の尖った探針（Ｔｉｐ）９４が形成される（図７（ｃ）参照）。
【００５０】
さらに、図７（ｄ）では、半導体基板１６表面にピエゾ抵抗体の形成領域が開口したフォトレジスト膜９８を形成した後、イオン注入を行ってｐ+ ピエゾ抵抗領域を形成することにより、ピエゾ抵抗体７４をＳＯＩシリコン層７０内に形成することができる。
【００５１】
つぎに、図８（ｅ）では、カンチレバーの先端部を形成するため、カンチレバー形状のフォトレジスト膜５０をＳＯＩシリコン層７０上に形成し、これをマスクとしてＲＩＥにより埋め込み酸化層６８の手前までＳＯＩシリコン層７０をエッチングして、カンチレバーの先端部を形成する。
【００５２】
そして、図８（ｆ）では、基板表面のフォトレジスト１００を除去するとともに、裏面側のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）９０の下にエッチングマスクとなるフォトレジスト膜１０２を形成し、これをマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてバックエッチングを行い、シリコン酸化膜９０をパターニングする。
【００５３】
そして、図８（ｇ）では、ＳＯＩシリコン層７０のピエゾ抵抗体７４のメタルコンタクト部と探針９６以外の部分をシリコン酸化膜７８で覆って表面を保護するとともに、メタルコンタクト部にアルミニウム（Ａｌ）を埋め込んで電極８０を形成する。
【００５４】
さらに、図８（ｈ）では、図８（ｇ）でパターニング形成したシリコン酸化膜９０をマスクとして４０％の水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ＋Ｈ2 Ｏ）を用いてバックエッチングを行うことにより、半導体基板６６と埋め込み酸化層６８が部分的に除去され、ピエゾ抵抗体７４を備えたＳＯＩシリコン層７０から成るカンチレバー６２を形成することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、カンチレバー６２とリファレンス６４に設けられるＵ字状のピエゾ抵抗体７４，７６は、半導体基板６６上に埋め込み酸化層６８が形成され、さらにその上に形成されたＵ字状のＳＯＩシリコン層７０，７２の表面に不純物イオンを注入することにより形成されているため、向かい合うピエゾ抵抗体７４相互間、ピエゾ抵抗体７６相互間、あるいは、ピエゾ抵抗体７４と７６との間が確実に絶縁され、素子分離されるので、リーク電流や光が照射されて発生するキャリアによる測定時のノイズの発生等を防止することが可能となり、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００５６】
（実施の形態３）
図９には、実施の形態３に係る自己検知型SPM プローブ１１０の平面図が示され、図１０には、図９のＣ−Ｃ線断面図が示されている。
【００５７】
図９において、自己検知型SPM プローブ１１０は、試料表面を走査して試料表面の形状を測定するカンチレバー１１２と、参照抵抗値を検出するリファレンス１１４とを備えている。カンチレバー１１２側の半導体基板１１６の表面には、Ｕ字状に設けられたピエゾ抵抗体１４０と、リファレンス１１４側の半導体基板１１６の表面には、同一形状のピエゾ抵抗体１４２（例えば、ｐ+ ピエゾ抵抗領域）が設けられている。
【００５８】
実施の形態３の特徴的な構成は、これらピエゾ抵抗体１４０，１４２と半導体基板１１６との間に、半導体基板１１６の導電型（例えば、ｐ型シリコン基板）と逆の導電型（例えば、ｎ- 領域）から成る不純物拡散層１１８，１２０を形成するとともに、対向配置されたピエゾ抵抗体１４０の間、ピエゾ抵抗体１４２の間、およびピエゾ抵抗体１４０と１４２との間を絶縁処理することにより、素子分離を行った点である。
【００５９】
そして、ピエゾ抵抗体１４０および１４２は、メタルコンタクト部を介してアルミニウム電極（Ａｌ）１４６，１４８および１５０，１５２により引き出されている。カンチレバー１１２では、電極１４６と１４８との間の抵抗値変動を検出し、リファレンス１１４では、電極１５０と１５２との間の抵抗値が検出される。
【００６０】
これらの構成を図９のＣ−Ｃ線断面図である図１０で見ると、半導体基板１１６（ｐ型シリコン基板）の表面付近には、不純物拡散層１１８，１２０（ｎ- 領域）を介して、Ｕ字状のピエゾ抵抗体１４０および１４２（ｐ+ ピエゾ抵抗領域）が設けられている。このように、半導体基板１１６（ｐ型シリコン基板）とピエゾ抵抗体１４０，１４２（ｐ+ ピエゾ抵抗領域）との間には、半導体基板１１６とは逆の導電型（ｎ- 領域）の不純物拡散層１１８，１２０を介在させているので、この不純物拡散層１１８，１２０が絶縁体として作用する。
【００６１】
さらに、本実施の形態３では、上記不純物拡散層１１８，１２０に加えて、ピエゾ抵抗体１４０や１４２相互間、あるいは、ピエゾ抵抗体１４０と１４２との間に、絶縁体としてのシリコン酸化膜１３２，１３４，１３６をロコス（ＬＯＣＯＳ：LOCal Oxidation of Silicon）法等を用いて形成するとともに、シリコン酸化膜１３２，１３４，１３６の下方に回り込みによるリーク電流を防止するためのｐ±拡散領域１２４，１２６，１２８が形成されている。
【００６２】
このため、ピエゾ抵抗体１４０や１４２相互間、あるいは、ピエゾ抵抗体１４０と１４２との間が確実に絶縁されて、素子分離されるので、リーク電流や光の照射により生じたキャリアによるノイズ（光による外乱）の発生を確実に防止することができる。
【００６３】
つぎに、図１０に示される自己検知型SPM プローブのカンチレバー１１２の形成工程を図１１〜図１３を用いて説明する。なお、図１１〜図１３では、図１０のカンチレバー１１２の一方のピエゾ抵抗体１４０の工程断面を示したもので、図１０と同一部分については、同一の符号を付している。
【００６４】
図１１（ａ）に示されるように、ｐ型シリコン基板から成る半導体基板１１６の裏面側と表面側に所定膜厚のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）１６０，１６２を形成し、カンチレバーの探針を形成する表面側のシリコン酸化膜１６２上に、エッチングマスクとなるフォトレジスト膜１６４をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング形成する。
【００６５】
つぎに、このフォトレジスト膜１６４４をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてシリコン基板１１６をエッチングすることにより、探針を形成するためのマスクとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）１６２がパターニングされる（図１１（ｂ）参照）。
【００６６】
そして、このシリコン酸化膜１６２をマスクとして、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）を行うことにより、マスク１６２の下に先端の尖った探針（Ｔｉｐ）１６６を形成することができる（図１１（ｃ）参照）。
【００６７】
図１１（ｄ）では、半導体基板１１６の表面に不純物拡散層１１８を形成するためのフォトレジスト膜１６８を形成し、ｎ- 領域を形成するリン（Ｐ）などのＶ族元素をイオン注入することにより、不純物拡散層１１８が形成される。
【００６８】
また、図１２（ｅ）では、不純物拡散層１１８の両端部に素子分離を行う不純物拡散領域１２４，１２６を形成するためのフォトレジスト膜１６８が形成され、ｐ±拡散領域を形成するボロン（Ｂ）などの III族元素をイオン注入することにより、不純物拡散領域１２４，１２６が形成される。
【００６９】
つぎに、図１２（ｆ）では、不純物拡散層１１８の両端部に素子分離を行う絶縁体としてのシリコン酸化膜をロコス法により形成するため、形成領域以外は耐酸化性の被膜である窒化シリコン膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）１７２で覆った後、熱酸化することにより、シリコン酸化膜１３２，１３４が成長して形成される。
【００７０】
図１２（ｇ）では、窒化シリコン膜１７２を除去した後、不純物拡散層１１８内のピエゾ抵抗体を形成する領域部分が開口したフォトレジスト膜１７４を形成し、このフォトレジスト膜１７４をマスクとして、イオン注入を行ってｐ+ ピエゾ抵抗領域を形成することにより、ピエゾ抵抗体１４０を不純物拡散層１１８上に形成することができる。
【００７１】
つぎに、図１２（ｈ）では、半導体基板１１６の表面側にカンチレバーの先端部を形成するためのフォトレジスト膜１７５を形成し、これをマスクとしてＲＩＥにより半導体基板１１６を少なくともカンチレバー厚さと同じ深さまで異方性エッチングを行って、カンチレバーの端部を形成する。
【００７２】
そして、図１２（ｉ）では、基板表面のフォトレジスト１７５を除去するとともに、裏面側のシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）１６０の下にエッチングマスクとなるフォトレジスト膜１７６を形成し、このフォトレジスト膜１７６をマスクとして緩衝フッ酸溶液（ＢＨＦ）を用いてバックエッチングを行って、シリコン酸化膜１６０をパターニングする。
【００７３】
図１２（ｊ）では、半導体基板１１６のピエゾ抵抗体１４０のメタルコンタクト部と探針１６６以外の部分をシリコン酸化膜１４４で覆って表面を保護するとともに、メタルコンタクト部にアルミニウム（Ａｌ）を埋め込んで電極１４８を形成する。
【００７４】
そして、図１２（ｋ）では、図１２（ｊ）でパターニング形成したシリコン酸化膜４０をマスクとして４０％の水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ＋Ｈ2 Ｏ）を用いてバックエッチングを行うことにより、半導体基板１１６の裏面側が削られ、可撓性を有する所定の厚さのカンチレバーを形成することができる。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態３によれば、半導体基板１１６を挟んで対向配置されたＵ字状のピエゾ抵抗体の周囲に、半導体基板とは逆の導電型の不純物拡散層１１８が形成されているため、絶縁による素子分離が行われる。
【００７６】
また、向かい合うピエゾ抵抗体１４０や１４２相互間、あるいはピエゾ抵抗体１４０と１４２との間に、素子分離用のシリコン酸化膜１３２，１３４，１３６が形成されるとともに、そのシリコン酸化膜１３２，１３４，１３６の下方領域には、不純物拡散層１１８や１２０の導電型（ｎ- 領域）とは逆の導電型（ｐ±領域）の不純物拡散領域１２４，１２６，１２８が形成されているため、リーク電流の回り込み等も防止することができ、確実な絶縁による素子分離により、リーク電流や光が照射されて発生するキャリアによる測定時のノイズの発生等が防止されて、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００７７】
なお、上記実施の形態３では、半導体基板１１６にｐ型シリコン基板、ピエゾ抵抗体１４０および１４２にｐ+ ピエゾ抵抗領域、および不純物拡散層１１８および１２０にｎ- 領域、不純物拡散領域１２４，１２６，１２８をｐ±領域で構成したが、それぞれ逆の導電型として、半導体基板１１６にｎ型シリコン基板、ピエゾ抵抗体１４０および１４２にｎ+ ピエゾ抵抗領域、および不純物拡散層１１８および１２０にｐ- 領域、不純物拡散領域１２４，１２６，１２８をｎ±領域で構成しても勿論良い。
【００７８】
（実施の形態４）
図１８は、実施の形態１〜３のSPM プローブを適用した走査型プローブ顕微鏡装置の一般的な構成を示したブロック図である。３次元試料ステージ２７３上には試料２７２が載置され、試料２７２の上方には、上記した構成のＳＰＭプローブ１０の探針４４が対向配置されている。測定部２７１はSPM プローブ１０にバイアス信号を印加し、SPM プローブ１０の変位に応じた出力信号を増幅する。測定器部２７１で検出されたSPM プローブの検出信号Ｓ１は差動アンプ２７５の非反転入力端子（＋）に入力される。
差動アンプ２７５の反転入力端子（−）には、例えば撓み量が０の時に差動増幅器２７５の出力が０になるように、SPM プローブ１０の検出信号に関する基準値が基準値発生部２７９から入力されている。差動アンプ２７５から出力される誤差信号Ｓ２は制御部２７６に入力される。制御部２７６は、誤差信号Ｓ２が０に近付くようにアクチュエータ駆動増幅器２７０を制御する。また、制御部２７６の出力信号が輝度信号としてＣＲＴへ出力される。走査信号発生部２７８は、試料２７２をＸＹ方向へ走査させるための信号をアクチュエータ駆動増幅器２７０へ出力し、ＣＲＴへはラスタ走査信号を出力する。これによりSPM プローブの出力信号に対応した３次元像がＣＲＴ上に表示される。本装置の構成は一般的なものを示したもので、機能等が同一であれば他の方法でも装置の構成は可能である。
（実施の形態の効果）
以上説明したように、自己検知型SPM プローブでは、探針を試料表面で走査する際に、カンチレバーやリファレンスに用いられるＵ字状のピエゾ抵抗体の抵抗値を計測してカンチレバーの撓み量を検出している。そして、上記実施の形態１〜３では、隣接するピエゾ抵抗体間でリーク電流や光の照射によりキャリアが発生してノイズを生じると正確な抵抗値が計測できなくなるため、ピエゾ抵抗体の相互間を各種の絶縁処理を施すことにより、カンチレバーの撓み量を正しく検出できるようにしたものである。
【００７９】
図１４では、ピエゾ抵抗体に光を照射した状態（ｐｈｏｔｏ）と暗い状態（ｄａｒｋ）における電流／電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示した線図が示され、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明である。図１４（ａ）の比較例を見ると、ピエゾ抵抗体に光が照射された状態（ｐｈｏｔｏ）と暗い状態（ｄａｒｋ）とで、電流／電圧特性（すなわち、抵抗値）が異なってくるため、ピエゾ抵抗体の抵抗値が適正に計測できなかった。
【００８０】
しかし、図１４（ｂ）の本発明では、ピエゾ抵抗体の相互間を絶縁処理したことにより、光が照射された状態（ｐｈｏｔｏ）と暗い状態（ｄａｒｋ）とで、電流／電圧特性（抵抗値）に変わりがなくなり、常にピエゾ抵抗体の抵抗値を適正に計測することができるため、カンチレバーの撓み量を正しく検出できることが分かる。
【００８１】
また、図１５では、ピエゾ抵抗体に光を照射した状態（ｐｈｏｔｏ）と暗い状態（ｄａｒｋ）におけるｌｏｇＩ−Ｖ特性（すなわち、リーク電流特性）を示した線図が示され、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明である。図１５（ａ）の比較例を見ると、ピエゾ抵抗体に光が照射された状態（ｐｈｏｔｏ）と暗い状態（ｄａｒｋ）とでリーク電流量が異なるとともに、暗い状態でもリーク電流が多いため、ピエゾ抵抗体の抵抗値を適正に計測できなかった。
【００８２】
しかし、図１５（ｂ）に示される本発明では、ピエゾ抵抗体の相互間を絶縁処理したため、光が照射された状態（ｐｈｏｔｏ）と暗い状態（ｄａｒｋ）とで、リーク電流特性が変わらなくなるとともに、比較例における暗い状態よりもリーク電流自体を小さくすることができるため、常にピエゾ抵抗体の抵抗値を適正に計測して、カンチレバーの撓み量を正しく検出できることが分かる。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止して、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、リファレンスにおけるリーク電流や光によるキャリア発生で参照抵抗値計測時にノイズが生じるを防止して、カンチレバーの撓み量を適正に検出することができる。
【００８５】
請求項３に記載の発明によれば、ピエゾ抵抗体と半導体基板との間に半導体基板とは逆の導電型の不純物拡散層を形成して素子分離を行うことにより、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止することができる。
【００８６】
請求項４に記載の発明によれば、ピエゾ抵抗体をそのＵ字に合わせた半導体層上に形成し、その半導体層と半導体基板との間に絶縁層を配置して素子分離を行うことにより、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止することができる。
【００８７】
請求項５に記載の発明によれば、ピエゾ抵抗体と半導体基板との間に半導体基板とは逆の導電型の不純物拡散層を形成するとともに、向かい合うピエゾ抵抗体間に絶縁体を形成して素子分離を行うことにより、リーク電流や光によるキャリア発生で測定時にノイズが生じるを防止することができる。
【００８８】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１から５のSPM プローブを使用することで、従来必要であった遮光が不用になり、装置が簡略化される。またノイズ等が減少し、より高性能な測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る自己検知型SPM プローブの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】実施の形態１に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図５】実施の形態２に係る自己検知型SPM プローブの平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】実施の形態２に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図８】実施の形態２に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図９】実施の形態３に係る自己検知型SPM プローブの平面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】実施の形態３に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図１２】実施の形態３に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図１３】実施の形態３に係る自己検知型SPM プローブの形成工程を説明する図である。
【図１４】ピエゾ抵抗体に光を照射した状態と暗い状態における電流／電圧特性を示す線図であり、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明である。
【図１５】ピエゾ抵抗体に光を照射した状態と暗い状態におけるリーク電流特性を示す線図であり、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明である。
【図１６】従来の自己検知型SPM プローブの平面図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１８】実施の形態４によるＳＰＭ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，６０，１１０  自己検知型SPM プローブ
１２，６２，１１２  カンチレバー
１４，６４，１１４  リファレンス
１６，６６，１１６  半導体基板
２２，２４，７４，７６，１４０，１４２  ピエゾ抵抗体
１８，２０，１１８，１２０  不純物拡散層
７０，７２  ＳＯＩシリコン層（半導体層）
６８  埋め込み酸化層（絶縁層）
１２４，１２６，１２８  不純物拡散領域（絶縁体）
１３２，１３４，１３６  シリコン酸化膜（絶縁体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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