KR100617470B1 - AFM cantilever having a carbon nanotube transistor and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 배치 프로세스를 통해 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 정확히 수직 배양된 탄소 나노튜브가 형성된 탐침을 포함하는 캔틸레버를 제공함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장 장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 탄소나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever and a method for manufacturing the same. More particularly, the present invention provides a cantilever including a probe in which carbon nanotubes that are exactly vertically cultured in a channel region of a field effect transistor through a batch process are provided. The present invention relates to a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever that can be used in a tera-bit probe type information storage device and improves the sensing capability of information while lowering the manufacturing cost.

본 발명의 상기 목적은 (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 불순물 주입으로 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상부에 포토레지스트를 도포하고 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (d) 상기 포토레지스트의 상부에 금속막을 형성하고 상기 포토레지스트를 제거하여 탐침의 첨두부에만 금속막을 남기는 단계; (e) 상기 금속막을 열처리한 후에 구형으로 변형하여 금속구를 형성하는 단계; (f) 상기 탐침의 첨두부에 탄소 나노튜브를 수직으로 배양시키는 단계; 및 (g) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법에 의해 달성된다.The object of the invention (a) forming a probe on top of the cantilever support; (b) After the multilayer film is formed on the cantilever support, the cantilever arm is formed such that the probe is positioned in the channel region of the field effect transistor and the source and drain regions are formed on both sides of the probe by pattern formation and impurity injection twice. Doing; (c) applying and ashing a photoresist on the substrate to expose the tip of the probe; (d) forming a metal film on top of the photoresist and removing the photoresist to leave only a metal film on the tip of the probe; (e) heat-treating the metal film to form a metal sphere by deforming to a sphere; (f) culturing the carbon nanotubes vertically at the tip of the probe; And (g) removing a portion of the cantilever arm to float the cantilever arm.

따라서, 본 발명의 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법은 배치 프로세스를 통해 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 정확히 수직 배양된 탄소 나노튜브가 형성된 탐침을 포함하는 캔틸레버를 제공함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장 장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 효과가 있다.Accordingly, the carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever of the present invention and its manufacturing method provide a terabit probe by providing a cantilever comprising a probe in which carbon nanotubes are cultured exactly vertically in the channel region of the field effect transistor through a batch process. It can be used for the type information storage device, and it has the effect of lowering the production and manufacturing cost while improving the sensing ability of the information.

탄소 나노튜브, 원자간력, 현미경, 캔틸레버, 수직, 배양Carbon Nanotubes, Atomic Force, Microscope, Cantilever, Vertical, Culture

Description

탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법{AFM cantilever having a carbon nanotube transistor and method for manufacturing the same} AFM cantilever having a carbon nanotube transistor and method for manufacturing the same             

도 1a 내지 1h는 본 발명에 따른 수직 종횡비가 큰 원자력 현미경용 캔틸레버의 제조방법의 일부 공정도.1A to 1H are partial process diagrams of a method of manufacturing a cantilever for a nuclear microscope having a high vertical aspect ratio according to the present invention.

도 2는 도 1h의 평면도.2 is a plan view of FIG. 1H.

도 3a 내지 3d는 도 2의 A-A'선 단면으로, 도 1h 이후의 극소 채널을 형성하기 위한 일부 공정도를 도시한 도면.3A-3D are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 2, showing some process diagrams for forming the microchannels after FIG. 1H;

도 4는 도 3e 공정이 완료된 상태의 평면도.4 is a plan view of a state in which the process of Figure 3e is completed.

도 5a와 5b는 도 3e의 이후 공정을 평면도로 도시한 도면.5a and 5b show, in plan view, the subsequent process of FIG. 3e;

도 6은 도 5b의 'K'의 확대도.6 is an enlarged view of 'K' of FIG. 5B.

도 7a 내지 도 7f는 탄소 나노튜브 탐침을 형성하기 위한 공정 단면도.7A-7F are process cross-sectional views for forming carbon nanotube probes.

도 8a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정 단면도. 8A to 7D are cross-sectional views of a cantilever shape forming process according to the present invention.

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

110,130 : 실리콘층 120,141,142,151,152 : 절연막110,130: silicon layer 120,141,142,151,152: insulating film

131a,204,300 : 탐침 153 : 폴리실리콘층131a, 204, 300: probe 153: polysilicon layer

154 : 포토레지스트막 157,161 : 마스크 패턴154: photoresist film 157,161: mask pattern

171 : 채널영역 191 : 불순물 도핑영역171: channel region 191: impurity doping region

203 : 채널 210 : 소스203: channel 210: source

220 : 드레인 330 : 카본팁220: drain 330: carbon tip

본 발명은 탄소 나노튜브(Carbon nanotube) 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 배치 프로세스를 통해 전계효과 트랜지스터(FET)의 채널 영역에 정확히 수직 배양된 탄소 나노튜브가 형성된 탐침을 포함하는 캔틸레버를 제공함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장 장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever and a method of manufacturing the same, and more particularly, to form carbon nanotubes that are exactly vertically cultured in a channel region of a field effect transistor (FET) through a batch process. The present invention relates to a carbon nanotube transistor atomic force microscopy cantilever that can be used in a terabit probe type information storage device by providing a cantilever including a probe and lowers the manufacturing cost while improving information sensing ability.

현대의 전자 산업은 점점 더 고밀도화, 고집적화되어 가고 있다. 따라서, 이러한 고밀도화, 고집적화에 대응하기 위한 소자 크기가 갈수록 미세해져 이를 측정 분석할 수 있는 기기의 개발이 더욱 증대되어 왔다. 표면구조 파악에 널리 이용되고 있는 기존의 주사 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)은 최적의 조건일 경우 약 수십 nm 정도의 해상도를 얻을 수 있으나, 보다 미세한 영역에서의 정보는 제공할 수 없는 단점이 있다. 한편, 얇은 시료를 투과하는 전자선을 측정하여 상(Image)을 얻는 투과 전자 현미경(TEM : Transmission Electron Microscope)은 수 Å 정도의 해상도를 얻을 수 있으나, 시편을 준비하는 과정이 까다로우며, 응용범위도 극히 제한되어 있다는 단점이 있다. The modern electronics industry is becoming more and more dense and highly integrated. Therefore, the device size to cope with such a high density and high integration has been increasingly finer, the development of a device that can measure and analyze it has been further increased. Conventional Scanning Electron Microscopes (SEMs), which are widely used for surface structures, can achieve resolutions of about several tens of nm under optimal conditions, but they cannot provide information in finer areas. have. On the other hand, a transmission electron microscope (TEM) that obtains an image by measuring an electron beam passing through a thin sample can obtain a resolution of several degrees, but the process of preparing a specimen is difficult, and the scope of application There is also a disadvantage that is extremely limited.

따라서, 물질표면의 구조에 대한 입체적인 정보뿐만 아니라 Å 단위까지의 표면의 원자배치까지도 파악할 수 있는 방법이 개발되고 있으며 그 대표적인 것으로 주사 터널링 현미경(STM : Scanning Tunneling Microscope)과 원자간력 현미경(AFM : Atomic Force Microscope)으로 대표되는 스캐닝 프로브 마이크로스코프(Scanning Probe Microscope, 이하 SPM)가 있다. 일반적으로, 탐침(Probe)을 스캐닝하는 방식으로 여러 종류의 물리량을 측정할 수 있는 다양한 형태의 현미경을 SPM이라 한다. Therefore, a method has been developed to understand not only three-dimensional information on the structure of the material surface but also atomic arrangements on the surface of the unit, and representative examples are Scanning Tunneling Microscope (STM) and Atomic Force Microscope (AFM). There is a Scanning Probe Microscope (SPM), which is represented by Atomic Force Microscope. In general, various types of microscopes capable of measuring various physical quantities by scanning probes are called SPMs.

탄소 나노튜브는 길이가 수십 ~ 수백 ㎛, 직경이 수 nm 정도 밖에 되지 않아 SPM의 탐침으로 사용되기에 적당한 구조를 가지고 있으며 그 어느 탐침보다도 높은 해상도를 얻을 수 있으며 테라 비트급 탐침형 정보 저장 장치에 적용하기가 용이하다. 1996년 Stanford 대학의 Dai 그룹이 기존의 SPM 탐침에 탄소 나노튜브를 기계적으로 연결시켜 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 탐침을 만드는데 성공한(H. Dai et al. Nature 384, 147(1996)) 이래 탄소 나노튜브를 원자간력 현미경 캔틸레버에 올리는 다양한 방법이 시도되고 있다.Carbon nanotubes are only a few tens to hundreds of micrometers in length and only a few nanometers in diameter, making them suitable for use as SPM probes and achieving higher resolution than any other probe. Easy to do Since 1996, the Dai Group of Stanford University has succeeded in making carbon nanotube atomic force microscope probes by mechanically connecting carbon nanotubes to existing SPM probes (H. Dai et al. Nature 384, 147 (1996)). Various methods have been attempted to raise the tube onto an atomic force cantilever.

그 대표적인 방법은 탄소 나노튜브를 형성하고 원자간력 현미경을 이용하여 탄소 나노튜브와 캔틸레버 사이에 일정 전압을 인가하여 붙이는 방식과 전자 현미 경 장치 안에서 탐침부에 붙이는 방식이 대표적이다. 또한, 공정상에 배치(Batch) 프로세스를 이용하여 한꺼번에 다수의 캔틸레버에 탄소 나노튜브를 성장하는 기술도 개발이 되었다.The typical method is to form carbon nanotubes, attach them by applying a constant voltage between the carbon nanotubes and the cantilever using atomic force microscopy, and attach them to the probe in the electron microscope device. In addition, a technique has been developed for growing carbon nanotubes on multiple cantilevers at once using a batch process on a process.

대한민국 등록특허 제10-0366701호는 마이크로머시닝 기술을 이용하여 단결정 실리콘 기판을 양쪽 경사면을 식각하여 막대모양의 탐침을 형성하고, 탐침 끝부분의 V자형 탐침의 중앙 첨두부를 포함한 경사면에 제 1 불순물을 도핑하여 채널영역을 형성한 후, 탐침 끝부분의 V자형 탐침의 양쪽 경사면에 제 2 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하여, 캔틸레버의 선단부에 전계 효과 트랜지스터 채널이 형성된 디바이스를 측정헤드에 올린 형태의 캔틸레버 탐침을 개시하고 있다. Korean Patent No. 10-0366701 uses a micromachining technique to form a rod-shaped probe by etching both inclined surfaces of a single crystal silicon substrate, and inserting the first impurity on the inclined surface including the central peak of the V-shaped probe at the tip of the probe. After doping to form a channel region, the source and the drain are formed by doping the second impurity on both inclined surfaces of the V-shaped probe at the tip of the probe, and the device having the field effect transistor channel formed at the tip of the cantilever is mounted on the measurement head. A cantilever probe is disclosed.

기본적인 동작 원리는 소스와 드레인이 형성된 캔틸레버를 절연체가 형성된 시료에 수직으로 부착시킨 후 소스에 전압을 가하면 시료 표면의 전하 분포에 따라 드레인에 흐르는 전류의 양이 변한다는 것이다. 제작된 소자의 특성을 측정한 결과 일반적인 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 디바이스 특성을 보여주었으나, 이를 이용하여 실제로 표면 전하 분포를 읽은 예는 없었다.The basic operating principle is that when the source and drain cantilever is attached to the insulator sample vertically and voltage is applied to the source, the amount of current flowing through the drain changes according to the charge distribution on the sample surface. As a result of measuring the characteristics of the fabricated device, the typical MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) device characteristics were shown, but no actual surface charge distribution was read using it.

대한민국 공개특허 제2003-0041725호는 일반적인 원자간력 현미경 캔틸레버로 작동할 수 있는 형태로 개량하고 마이크로머시닝 기술에 반도체 소자 제작 공정을 응용하여 소스와 드레인 사이의 유효 채널 길이를 줄임으로써 감도를 높일 수 있는 원자간력 현미경용 캔틸레버 탐침을 개시하고 있다. 또한, 한 몸체에 여러 개의 캔틸레버가 존재할 수 있는 어레이 타입으로 구성이 가능하게 되었다. 제작된 소자의 특성 곡선은 상기 특허 제10-0366701호의 경우보다 개선됨을 보여주었다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0041725 improves sensitivity by improving the shape to operate as a general atomic force microscope cantilever and by reducing the effective channel length between source and drain by applying a semiconductor device fabrication process to micromachining technology. A cantilever probe for an atomic force microscope is disclosed. In addition, it is possible to configure an array type in which several cantilevers can exist in one body. The characteristic curve of the fabricated device was shown to be improved than that of the patent No. 10-0366701.

대한민국 공개특허 제2003-0041726호는 대한민국 공개특허 제2003-0041725호와 대한민국 등록특허 제10-0366701호에서는 만들 수 없었던 뾰족한 팁을 형성하여 보다 국부적인 영역에서도 시료 표면의 전하 분포를 읽을 수 있는 원자간력 현미경용 고해상도 캔틸레버 탐침을 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2003-0041726 forms a sharp tip that could not be made in Korean Patent Publication No. 2003-0041725 and Korean Patent Registration No. 10-0366701, so that the charge distribution on the sample surface can be read even in a more localized region. A high resolution cantilever probe for a magnetic force microscope is disclosed.

종래의 캔틸레버에 탄소 나노튜브를 형성하는 방법 중에 개별 캔틸레버와 기판에 있는 탄소 나노튜브와의 전압차이를 이용한 방법은 단일 탐침만을 위한 경우는 별 문제는 없지만, 한꺼번에 많은 수의 작업을 할 수 없는 문제점을 가지고 있어서 생산성이 매우 떨어진다. 또한 전자 현미경 안에서 캔틸레버에 붙이는 방식 역시 고가의 장비를 사용하여 이러한 작업을 수행하기 때문에 생산비도 많이 들고, 표면에 형성된 탄소 나노튜브와 캔틸레버 사이의 전압에 의해 붙이는 방식과 마찬가지로 생산성이 매우 떨어지는 문제를 갖게 된다. 반면 공정상에 배치 프로세스를 이용한 방법의 경우 캔틸레버의 뾰족한 탐침 부분에 정확히 수직으로 탄소 나노튜브가 수직 배양되지 못하는 문제를 가지고 있다.The conventional method of forming carbon nanotubes on cantilevers using voltage differences between individual cantilevers and carbon nanotubes on a substrate is not a problem for only a single probe, but it is not possible to perform a large number of tasks at once. Has very low productivity. In addition, the method of attaching to the cantilever in the electron microscope also uses expensive equipment to perform such a task, which leads to high production costs, and has a problem in that the productivity is very low as the method of attaching to the surface between the carbon nanotubes and the cantilever formed on the surface. do. On the other hand, the method using a batch process in the process has a problem that the carbon nanotubes cannot be vertically cultured exactly perpendicular to the pointed probe portion of the cantilever.

대한민국 공개특허 제2003-0041726호에 제시된 캔틸레버 탐침은 대한민국 등록특허 제10-0366701호의 경우와 대한민국 공개특허 제2003-0041725호의 경우와 다르게 뾰족한 팁이 존재하며, 병렬 방식의 캔틸레버 제작도 용이함을 보였다. 이를 이용하여 시료 표면의 전하 분포를 측정한 결과 200 ~ 300 nm의 해상도가 가능하였으나 아직 테라비트급 탐침형 정보저장장치에 사용하기에는 미흡한 수준이다. The cantilever probe presented in the Republic of Korea Patent Publication No. 2003-0041726 has a pointed tip, unlike the case of the Republic of Korea Patent Registration No. 10-0366701 and the Republic of Korea Patent Publication No. 2003-0041725, it was also easy to produce a parallel cantilever. As a result of measuring the charge distribution on the surface of the sample, the resolution of 200 ~ 300 nm was possible, but it is still insufficient for use in the terabit probe type information storage device.

테라비트급 탐침형 정보저장장치에 사용하기 위해서는 반드시 테라비트급에 대응할 수 있도록 팁의 끝이 날카로워야할 뿐 아니라 소자의 감도 및 안정성을 높 이기 위해서 소스 영역과 드레인 영역 사이의 유효 채널 길이를 정확하게 100 nm 이하로 줄여야 한다. 또한 기본적으로 병렬 구조를 만들 수 있어야 한다. For use with terabit probes, the tip of the tip must be sharp to meet the terabit scale, and the effective channel length between the source and drain regions must be exactly 100 to increase the sensitivity and stability of the device. Should be reduced to less than nm. Basically, you should be able to create parallel structures.

대한민국 공개특허 제2003-0041726호에 제안된 기술은 유효 채널 길이를 줄이기 위하여 전자빔 리소그래피 기술을 적용할 수 있다. 소스와 드레인 부분을 전자빔 리소그래피 방법으로 먼저 형성하고 팁을 형성한 후 캔틸레버 모양으로 식각하는 공정을 거쳐 전계 효과 트랜지스터 구조를 만들 수 있다. 하지만, 이러한 공정 방법을 실시하면 먼저 형성된 소스와 드레인 영역의 불순물 도핑 부분이 후속 공정을 진행하면서 식각되어 없어지는 문제와 팁 모양을 형성하기 위해 식각 후 산화막 공정을 거치는 동안 처음 전자빔 리소그래피 방법으로 형성된 채널의 길이가 아주 좁아지거나 소스와 드레인 영역이 붙는 문제를 가진다. The technique proposed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0041726 may apply an electron beam lithography technique to reduce the effective channel length. The source and drain portions are first formed by electron beam lithography, a tip is formed, and then etched into a cantilever shape to form a field effect transistor structure. However, in this process method, an impurity doped portion of the source and drain regions formed first is removed during the subsequent process, and a channel formed by an electron beam lithography method during an oxide layer process after etching is performed to form a tip shape. The problem is that the length of N becomes very narrow or the source and drain regions stick together.

이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 공개특허 제2003-0041726호는 마이크로머시닝 공정을 실시하고 전자빔 리소그래피를 실시하는 방법을 제시하였다. 하지만 전자빔 리소그래피 방법은 평면상이나 단차가 아주 작은 수십 nm의 단차에서만 정확한 패턴을 형성할 수 있어서 전계 효과 트랜지스터가 내장된 캔틸레버 탐침의 공정처럼 단차가 수 마이크로미터 정도인 곳에서는 현재의 기술로는 불가능하다. 수 마이크로미터의 단차를 완전히 메우고 CMP 방법을 사용하여 평탄화 작업을 거친 후 전자빔 리소그래피 방법을 사용할 수 있다. 하지만 이 경우에는 전자빔 리소그래피는 할 수 있어도 그 후 소스와 드레인 영역을 오픈하기 위한 후속 공정에서 실제 채널이 되는 부분에서의 절연체 막의 두께와 열린 영역의 절연체 막 두께가 아주 심하게 다르기 때문에 후속 공정에서 유효 채널 길이를 얻는 것은 사실상 불가 능하다.In order to solve this problem, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0041726 proposes a method of performing a micromachining process and electron beam lithography. However, the electron beam lithography method can form an accurate pattern only on a plane or only a few tenths of steps with small steps, which is not possible with current technology where the steps are several micrometers, such as a cantilever probe with a field effect transistor. . The electron beam lithography method can be used after the steps of several micrometers are completely filled and planarized using the CMP method. In this case, however, electron beam lithography can be done, but the effective channel in the subsequent process is very different because the thickness of the insulator film in the portion that becomes the actual channel and the thickness of the insulator film in the open region are very different in a subsequent process for opening the source and drain regions. It is virtually impossible to get the length.

상기와 같은 종래기술에서 제시된 트랜지스터의 경우 드레인에서 검출되는 전류신호의 양이 나노 암페어 이하이므로, 증폭을 하는 경우일지라도 신호대 잡음비가 불량하여 극미세 표면 전하 분포를 측정하기 어려우므로 적용 분야에 한계를 가지는 문제점이 있었다.Since the amount of current signal detected in the drain is less than nanoampere in the case of the transistor described in the prior art, it is difficult to measure the ultra-fine surface charge distribution because of poor signal-to-noise ratio even in the case of amplification. There was a problem.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배치 프로세스를 통해 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 정확히 수직 배양된 탄소 나노튜브가 형성된 탐침을 포함하는 캔틸레버를 제공함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장 장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by providing a cantilever comprising a probe formed with carbon nanotubes that are exactly vertically cultured in the channel region of the field effect transistor through a batch process terabit probe type It is an object of the present invention to provide a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever that can be used in an information storage device and improves the sensing capability of information while lowering the production cost.

본 발명의 상기 목적은 캔틸레버 지지대; 상기 캔틸레버 지지대상에 위치하며 일측이 부상된 캔틸레버 아암; 상기 캔틸레버 아암 선단에 위치한 탐침; 상기 탐침 하부의 캔틸레버 아암에 형성된 채널; 상기 채널의 양측면에 각각 형성된 소스 및 드레인; 상기 탐침의 첨두부에 수직 배양된 탄소 나노튜브; 및 상기 탄소 나노튜브의 끝단에 위치한 금속구를 포함하여 이루어지는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버에 의해 달성된다.The object of the present invention is a cantilever support; A cantilever arm positioned on the cantilever support object and one side of which is injured; A probe located at the tip of the cantilever arm; A channel formed in the cantilever arm under the probe; Source and drain formed on both sides of the channel, respectively; Carbon nanotubes vertically cultured at the tip of the probe; And a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever comprising a metal sphere positioned at the end of the carbon nanotube.

본 발명의 상기 다른 목적은 (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 불순물 주입으로 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계; (c) 상기 탐침이 형성된 상기 캔틸레버 전면에 포토레지스트를 도포하고 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (d) 상기 포토레지스트의 상부에 금속막을 형성하고 상기 포토레지스트를 제거하여 탐침의 첨두부에만 금속막을 남기는 단계; (e) 상기 금속막을 열처리한 후에 구형으로 변형하여 금속구를 형성하는 단계; (f) 상기 탐침의 첨두부에 탄소 나노튜브를 수직으로 배양시키는 단계; 및 (g) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계를 포함하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법에 의해서도 달성된다.Another object of the present invention is to form a probe on top of (a) the cantilever support; (b) After the multilayer film is formed on the cantilever support, the cantilever arm is formed such that the probe is positioned in the channel region of the field effect transistor and the source and drain regions are formed on both sides of the probe by pattern formation and impurity injection twice. Doing; (c) applying and ashing a photoresist on the entire surface of the cantilever where the probe is formed to expose the tip of the probe; (d) forming a metal film on top of the photoresist and removing the photoresist to leave only a metal film on the tip of the probe; (e) heat-treating the metal film to form a metal sphere by deforming to a sphere; (f) culturing the carbon nanotubes vertically at the tip of the probe; And (g) removing a portion of the cantilever arm to float the cantilever arm.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

도 1a 내지 1h는 본 발명에 따른 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 탐침 제조방법의 일부 공정도이다.1A to 1H are some process diagrams of a method for manufacturing an atomic force microscope probe of a carbon nanotube transistor according to the present invention.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제 1 실리콘층(110), 제 1 절연막(120)과 제 2 실리콘층(130)이 순차적으로 적층된 실리콘-온-절연체(SOI : Silicon on Insulator) 기판의 상, 하부 각각에 제 1 상, 하부 절연막(141,142)을 형성한다. 상기 절연막(141, 142)은, 예를 들어 실리콘 산화막으로서 물을 이용한 습식산화 공정을 통해 약 1 ㎛의 두께로 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a silicon on insulator (SOI) substrate in which a first silicon layer 110, a first insulating layer 120, and a second silicon layer 130 are sequentially stacked. First and lower insulating layers 141 and 142 are formed on the upper and lower portions of, respectively. The insulating films 141 and 142 are formed to a thickness of about 1 μm through, for example, a wet oxidation process using water as a silicon oxide film.

다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 상부 절연막(141)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후 노광, 현상 공정을 거쳐 탐침을 형성하기 위한 포토레지스트 도트(Dot) 패턴(145)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1B, a photoresist dot pattern 145 for forming a probe is formed by coating a photoresist on the first upper insulating layer 141 and then exposing and developing the photoresist. do.

다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트 도트 패턴(145)으로 마스킹되지 않은 부분의 제 1 상부 절연막(141)을 제거하여 탐침을 형성하기 위한 제 1 상부 절연막 도트 패턴(142)을 형성하고 상기 포토레지스트 도트 패턴(145)을 제거한다. 이후, 상기 탐침을 형성하기 위한 제 1 상부 절연막 도트 패턴(142)으로 마스킹하여 제 2 실리콘층(130)의 일부를 식각하여 실리콘층으로 이루어진 제 1 실리콘 도트 패턴(131)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the first upper insulating layer dot pattern 142 for forming the probe is formed by removing the first upper insulating layer 141 of the portion not masked with the photoresist dot pattern 145. The photoresist dot pattern 145 is removed. Thereafter, a portion of the second silicon layer 130 is etched by masking with the first upper insulating layer dot pattern 142 for forming the probe to form a first silicon dot pattern 131 made of a silicon layer.

다음, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 탐침을 형성하기 위한 제 1 상부 절연막 도트 패턴(142)을 제거하고 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에 열산화막을 형성한 후 습식 식각 공정으로 상기 열산화막을 제거하여 남아있는 제 2 실리콘층(130) 상부에 뾰족한 형상의 탐침(131a)을 형성한다. 여기서 상기 탐침(131a)은 습식 식각을 사용할 경우 피라미드 형태로 이루어지며, 플라즈마 식각 방법을 사용할 경우 콘(Cone) 형태가 바람직하다.Next, as shown in FIG. 1D, the first upper insulating film dot pattern 142 for forming the probe is removed, a thermal oxide film is formed on the second silicon layer 130, and the heat is formed by a wet etching process. The oxide film is removed to form a pointed probe 131a on the remaining second silicon layer 130. In this case, the probe 131a is formed in a pyramid shape when wet etching is used, and a cone shape is preferable when using a plasma etching method.

다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 탐침(131a)과 상기 남아있는 제 2 실리콘층(130)의 상부에 제 2 절연막(151), 제 3 절연막(152), 폴리실리콘층(153)과 포토레지스트(154)를 순차적으로 적층하고, 사진식각공정을 수행하여 상기 포토레 지스트(154)를 제거하여 원자간력 현미경용 캔틸레버의 제 1 마스크 패턴(157)을 상기 폴리실리콘층(153) 상부에 형성한다.Next, as shown in FIG. 1E, the second insulating film 151, the third insulating film 152, and the polysilicon layer 153 are disposed on the probe 131a and the remaining second silicon layer 130. The photoresist 154 is sequentially stacked, and the photoresist 154 is removed by performing a photolithography process, so that the first mask pattern 157 of the cantilever for atomic force microscope is placed on the polysilicon layer 153. To form.

여기서, 상기 제 2 절연막과 제 3 절연막(151,152)은 상호 이종물질로 이루어지며, 상기 제 2 절연막과 제 3 절연막(151,152) 각각은 실리콘 질화막(SiN막)과 TEOS(Tetraethoxysilane) 산화막 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예 에서는, 상기 제 2 절연막(151)은 저 스트레스(Low stress)를 갖는 실리콘 질화막으로 형성하였고, 상기 제 3 절연막(152)은 TEOS 산화막으로 형성하였다. 이때, 상기 실리콘 질화막은 사일렌(SiH4)과 암모니아를 적절히 조합하여 형성함으로써 저 스트레스를 갖는 막이 되도록 한다. The second insulating film and the third insulating film 151 and 152 may be formed of different materials, and each of the second insulating film and the third insulating film 151 and 152 may be formed of any one of a silicon nitride film (SiN film) and a tetraethoxysilane (TEOS) oxide film. It is desirable to. In an embodiment of the present invention, the second insulating film 151 is formed of a silicon nitride film having a low stress, and the third insulating film 152 is formed of a TEOS oxide film. At this time, the silicon nitride film is formed by combining a combination of xylene (SiH 4 ) and ammonia so as to have a low stress film.

다음, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(154)로 이루어진 원자간력 현미경용 캔틸레버 제 1 마스크 패턴(157)으로 마스킹하여, 폴리실리콘층(153)에서 제 2 절연막(151)까지 식각하여 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1F, the mask is masked with the cantilever first mask pattern 157 for an atomic force microscope made of the photoresist 154 and etched from the polysilicon layer 153 to the second insulating film 151. A cantilever arm mask pattern 161 for an atomic force microscope is formed on the second silicon layer 130.

다음, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 실리콘층(130)에 불순물을 주입한다. 상기 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)으로 마스킹하여 불순물을 주입함으로써 본 발명에 따른 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버의 소스와 드레인을 형성한다. Next, as illustrated in FIG. 1G, impurities are injected into the second silicon layer 130. Masking with the cantilever arm mask pattern 161 and implanting impurities to form a source and a drain of the carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever according to the present invention.

이때, 불순물 농도가 대략 2×1014cm-2가 되도록, 180 keV 에너지로 이온 주입(Ion implantation) 공정을 수행하여 불순물을 주입한 후, 열처리를 실시한다. 즉, 상기 원자간력 현미경 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161) 하부는 불순물 주입이 되지 않고, 노출된 제 2 실리콘층(130)에만 불순물이 주입되어, n+ 또는 p+의 소스 및 드레인 영역을 구현한다. 여기서, 전술된 SOI 기판의 제 2 실리콘층에 P형 불순물이 도핑되어 있으면, N형 불순물을 주입하고, 제 2 실리콘층에 N형 불순물이 도핑되어 있으면, P형 불순물을 주입한다.At this time, an ion implantation process is performed at 180 keV energy so that the impurity concentration is approximately 2 × 10 14 cm −2 , and impurities are implanted, followed by heat treatment. That is, the impurity is not implanted in the lower portion of the atomic force microscope cantilever arm mask pattern 161, and impurities are implanted only in the exposed second silicon layer 130 to implement n + or p + source and drain regions. Here, if the P-type impurity is doped in the second silicon layer of the above-described SOI substrate, the N-type impurity is implanted. If the N-type impurity is doped in the second silicon layer, the P-type impurity is implanted.

도 2는 도 1g의 평면도로서, 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에는 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)이 형성되어 있고, 노출된 제 2 실리콘층은 불순물이 도핑된 영역(191)으로 존재하게 된다.FIG. 2 is a plan view of FIG. 1G, wherein a cantilever arm mask pattern 161 for atomic force microscopy is formed on the second silicon layer 130, and the exposed second silicon layer is an impurity doped region 191. ) Will exist.

도 3a 내지 3d는 도 2의 A-A'선 단면으로, 도 1g 이후의 트랜지스터의 극소 채널을 형성하기 위한 일부 공정도를 도시한 도면으로서, 도 3a는 도 1g의 단면도이며, 도 2의 a영역의 단면을 도시한 것이다.3A to 3D are cross-sectional views taken along the line A-A 'of FIG. 2, showing a partial process diagram for forming the microchannels of the transistors after FIG. 1G, and FIG. 3A is a cross-sectional view of FIG. The cross section of the is shown.

먼저, 도 3b에 도시된 바와 같이, TEOS 산화막으로 이루어진 제 3 절연막(152)의 측면 일부를 습식식각으로 제거한다. 이때, 습식식각 용액은 희석된 HF 용액을 사용한다.First, as shown in FIG. 3B, a portion of the side surface of the third insulating layer 152 made of the TEOS oxide layer is removed by wet etching. In this case, the wet etching solution uses diluted HF solution.

다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘층(153)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 3C, the polysilicon layer 153 is removed.

다음, 도 3d와 같이, 저 스트레스 질화막으로 이루어진 제 2 절연막(151)의 측면 일부를 습식식각으로 제거한다. 여기서는, 상기 저 스트레스 질화막만 선택적으로 습식식각하기 위해 H3PO4 용액을 식각 용액으로 사용한다.Next, as shown in FIG. 3D, a portion of the side surface of the second insulating layer 151 made of the low stress nitride layer is removed by wet etching. Here, H3PO4 solution is used as an etching solution to selectively wet etch only the low stress nitride film.

TEOS 산화막으로 이루어진 제 2 절연막(151)의 측면 일부를 습식식각으로 제거한다. 여기서는, 상기 TEOS 산화막만 선택적으로 습식식각하기 위해 희석된 HF 용액을 식각 용액으로 사용한다.A part of the side surface of the second insulating film 151 made of the TEOS oxide film is removed by wet etching. Here, a diluted HF solution is used as an etching solution for selectively wet etching only the TEOS oxide film.

다음, 상기 제 3 절연막(152)을 제거하면, 도 3e와 같이, 상기 제 2 실리콘층(130) 상부에 채널을 형성하기 위한 채널 마스크 패턴으로 사용될 제 2 절연막만 남게 된다.Next, when the third insulating layer 152 is removed, only the second insulating layer to be used as a channel mask pattern for forming a channel on the second silicon layer 130 remains as shown in FIG. 3E.

도 4는 도 3e 공정이 완료된 상태의 평면도로서, 점선 M은 전술된 도 1f의 설명에서, 제 2 실리콘층의 상부에 형성된 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)의 윤곽선이고, 실선 m은 도 3b에서 도 3e까지 공정을 수행했을 때의 채널을 형성하기 위한 마스크 패턴으로 사용될 제 2 절연막의 윤곽선을 도시한 것이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 채널이 형성되는 영역에서 캔틸레버 아암 마스크 패턴의 폭(d1)보다 채널 마스크 패턴의 폭(d)은 상대적으로 대단히 작아진다.FIG. 4 is a plan view of the state in which the process of FIG. 3E is completed, and the dotted line M is the outline of the cantilever arm mask pattern 161 for atomic force microscope formed on the second silicon layer in the description of FIG. 1F described above, and the solid line m 3B illustrates the outline of the second insulating film to be used as a mask pattern for forming a channel when the process is performed from FIGS. 3B to 3E. That is, as shown in FIG. 4, the width d of the channel mask pattern becomes relatively much smaller than the width d1 of the cantilever arm mask pattern in the region where the channel is formed.

이와 같이, 본 발명에서는 채널영역을 형성할 때, SOI 기판의 제 2 실리콘층 상부에 상호 이종물질로 이루어진 적어도 둘 이상의 절연막들을 적층하고, 이 적층된 절연막들의 상부에 폴리실리콘층을 형성한 다음, 상기 폴리실리콘층을 제외하고 순차적으로 절연막들의 측면 식각을 수행한 다음, 최종 남은 제 2 실리콘층 상부의 절연막의 폭을 줄여, 결국, 절연막을 마스킹으로 불순물을 주입하면, 소스와 드레인 사이에 100㎚ 이하의 극소채널을 형성할 수 있는 것이다.As described above, in the present invention, when forming the channel region, at least two or more insulating films made of mutually different materials are stacked on the second silicon layer of the SOI substrate, and then a polysilicon layer is formed on the stacked insulating films. After sequentially performing side etching of the insulating films except for the polysilicon layer, the width of the insulating film on the upper part of the second remaining silicon layer is reduced, and finally, when impurities are implanted by masking the insulating film, 100 nm is formed between the source and the drain. The following microchannels can be formed.

도 5a와 5b는 도 3e의 이후 공정을 평면도로 도시한 도면으로서, 도 3e의 공정 다음에, 불순물을 주입한다. 여기서, 상기 불순물의 주입은, 불순물 농도가 대략 1×1016cm-2가 되도록, 70 keV 에너지로 이온 주입 공정을 수행하여 불순물을 주 입하고, 열처리를 실시한다. 5A and 5B illustrate a plan view of the subsequent process of FIG. 3E, in which impurities are implanted after the process of FIG. 3E. In this case, the implantation of the impurity is performed by implanting the impurity at 70 keV energy so that the impurity concentration is approximately 1 × 10 16 cm −2 , and performing heat treatment.

이때, 채널 영역(171)에는 제 2 절연막이 형성되어 있어, 제 2 절연막 하부에 불순물 주입이 되지 않아 채널영역을 형성할 수 있고, 노출된 제 2 실리콘층(130)에만 불순물이 주입되며, 도 2의 불순물 도핑 영역(191)은 n+ 또는 p+가 되고, 원자간력 현미경용 캔틸레버 아암 마스크 패턴(161)의 윤곽선인 점선 'M'과 도 3e까지 공정을 수행했을 때의 채널을 형성하기 위한 마스크로 사용될 제 2 절연막의 윤곽선인 실선 'm' 사이의 영역(192)은 n++ 또는 p++가 된다. In this case, since the second insulating film is formed in the channel region 171, impurity is not implanted under the second insulating film so that the channel region can be formed, and only the exposed second silicon layer 130 is implanted. The impurity doped region 191 of 2 becomes n + or p +, and a mask for forming a channel when the process is performed to the dotted line 'M', which is the outline of the cantilever arm mask pattern 161 for atomic force microscopes, and FIG. 3E. The region 192 between the solid lines 'm' which is the outline of the second insulating film to be used is n ++ or p ++.

이때, 전술된 SOI 기판의 제 2 실리콘층에 P형 불순물이 도핑되어 있으면, N형 불순물을 주입하고, 제 2 실리콘층에 N형 불순물이 도핑되어 있으면, P형 불순물을 주입한다.At this time, if the P-type impurity is doped into the second silicon layer of the above-described SOI substrate, the N-type impurity is implanted. If the N-type impurity is doped into the second silicon layer, the P-type impurity is implanted.

그 후, 도 5b와 같이, 제 2 절연막(151)을 제거하고, 포토레지스트를 상기 제 2 실리콘층의 상부에 형성하고, 사진식각공정으로 포토레지스트로 이루어진 캔틸레버 패턴을 형성하고, 이 포토레지스트로 이루어진 캔틸레버 패턴을 마스크로 이용하여 제 2 실리콘층을 제거함으로써, 제 2 실리콘층의 캔틸레버 아암을 형성한다. 여기서, 상기 캔틸레버 아암은 전술된 소스(210), 드레인(220), 채널(203)과 탐침(204)이 포함되어 있어야 한다.Thereafter, as shown in FIG. 5B, the second insulating film 151 is removed, a photoresist is formed on the second silicon layer, and a cantilever pattern made of photoresist is formed by a photolithography process. The cantilever arm of the second silicon layer is formed by removing the second silicon layer using the formed cantilever pattern as a mask. Here, the cantilever arm must include the source 210, drain 220, channel 203 and probe 204 described above.

도 6은 도 5b의 'K'의 확대도로서, 캔틸레버의 선단에는 탐침(204)이 형성되어 있고, 이 탐침(204)의 하부에는 채널(203)이 형성되어 있고, 이 채널(203)을 기준으로 좌, 우측부에는 소스(210)와 드레인(220)이 형성되어 있다.FIG. 6 is an enlarged view of 'K' of FIG. 5B, in which a probe 204 is formed at the tip of the cantilever, and a channel 203 is formed below the probe 204, and the channel 203 is formed. As a reference, the source 210 and the drain 220 are formed at the left and right portions.

상기 소스(210)와 드레인(220)은 각각 채널(203)에 접하여 n++ 또는 p++ 불 순물이 도핑된 영역(212, 222)이 각각 형성되어 있고, 상기 n++ 또는 p++ 불순물이 도핑된 영역(212, 222)의 각각에 인접하여 n+ 또는 p+ 불순물이 도핑된 영역(211, 221)이 형성되어 있다.The source 210 and the drain 220 are respectively formed with the regions 212 and 222 doped with n ++ or p ++ impurities in contact with the channel 203 and the regions 212 doped with the n ++ or p ++ impurities, respectively. Adjacent to each of 222, regions 211 and 221 doped with n + or p + impurities are formed.

불순물 도핑 후 다른 마스크를 사용하여 포토 공정을 실시한다. 이 공정은 나중에 부상될 캔틸레버 영역에 도 6에서 남아있던 제 2 절연막(151)인 저 스트레스 질화막을 제거하기 위한 것이다. 이때, 캔틸레버가 부착되는 몸체의 일부분에도 질화막이 제거가 됨으로서 이 영역에 금속이 옴 접촉(Ohmic contact)이 되어 신호를 전달 할 수 있게 된다.After impurity doping, a photo process is performed using another mask. This process is for removing the low stress nitride film, which is the second insulating film 151 remaining in FIG. 6, in the cantilever region to be later floated. At this time, since the nitride film is removed from a part of the body to which the cantilever is attached, the metal becomes an ohmic contact in this region so that a signal can be transmitted.

도 7a 내지 도 7f는 탄소 나노튜브 탐침을 형성하기 위한 공정 단면도이다.7A-7F are process cross-sectional views for forming carbon nanotube probes.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 탐침이 형성된 기판의 상부면에 포토레지스트(140)를 도포한다. 상기 포토레지스트(140)는 탐침을 모두 덮을 수 있도록 두껍게 도포한다.First, as shown in FIG. 7A, a photoresist 140 is applied to an upper surface of a substrate on which a probe is formed. The photoresist 140 is thickly coated to cover all the probes.

다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트를 산소 플라즈마 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시킨다. 상기 애싱은, 예를 들어 PE(Plasma Enhanced) 타입의 애셔를 사용하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 7B, the photoresist is subjected to oxygen plasma ashing to expose the tip of the probe. As the ashing, for example, it is preferable to use a PE of Plasma Enhanced (PE) type.

다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트 상에 금속막(150)을 형성한다. 상기 금속막은 탄소 나노튜브 성장을 용이하게 하는 촉매로서의 역할을 하며 스퍼터링, 진공증착, 졸-겔 등의 방법을 사용한다. 상기 금속막(150)은 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 7C, a metal film 150 is formed on the photoresist. The metal film serves as a catalyst for facilitating carbon nanotube growth and uses methods such as sputtering, vacuum deposition, and sol-gel. The metal film 150 may be formed of any one of iron (Fe), nickel (Ni), and chromium (Cr).

다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트를 제거하여 탐침의 첨 두부에만 금속막(160)이 남도록 한다. 상기 포토레지스트의 제거는, 예를 들어 아세톤 용액을 사용한 리프트 오프 공정을 통해 수행하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 7D, the photoresist is removed so that the metal film 160 remains only at the tip of the probe. Removal of the photoresist is preferably carried out through a lift off process using, for example, acetone solution.

다음, 도 7e에 도시된 바와 같이, 탐침의 첨두부에 남은 금속막(160)을 구형으로 변형시키기 위한 열처리 공정을 수행한다. 상기 열처리 공정은, 예를 들어 급속열처리(RTP : Rapid Thermal Process)로 수행한다.Next, as shown in FIG. 7E, a heat treatment process is performed to deform the metal film 160 remaining in the tip of the probe into a sphere. The heat treatment process is performed by, for example, a rapid thermal process (RTP).

다음, 도 7f에 도시된 바와 같이, 탄소 나노튜브(170)를 수직으로 성장시킨다. 상기 탄소 나노튜브의 성장은 열 CVD(Thermal Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) 등의 CVD 방법을 사용하는 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 7F, the carbon nanotubes 170 are vertically grown. The growth of the carbon nanotubes is preferably performed using a CVD method such as thermal CVD (Thermal Chemical Vapor Deposition), PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition).

그 다음, AZ 4620 포토레지스트막을 적층한 후, 도 1(b)에서 사용한 마스크로 패터닝을 실시한다. 이는 탄소 나노튜브가 후속 공정에서 어떠한 영향을 받지 않도록 하기 위함이다. 탄소 나노튜브의 길에에 따라 포토레지스트막의 두께는 달리 될 수 있다. 탄소 나노튜브가 보호된 후 네거티브 포토레지스트를 이용하여 메탈 패터닝 공정을 실시한다. 이때 메탈 라인등은 캔틸레버의 고유진동수에 영향이 되지 않도록 되도록이면 캔틸레버 몸체에 형성되도록 설계하였다. 패터닝이 완료된 후 금속을 코팅하고 리프트 오프 방법을 사용하여 포토레지스트를 제거하면, 탄소 나노튜브에 있던 AZ 4620도 같이 제거 되면서 캔틸레버 몸체에 전극 라인이 형성되게 된다.Next, after laminating the AZ 4620 photoresist film, patterning is performed using the mask used in FIG. 1 (b). This is to ensure that the carbon nanotubes are not affected in any subsequent process. The thickness of the photoresist film may vary depending on the length of the carbon nanotubes. After the carbon nanotubes are protected, a metal patterning process is performed using negative photoresist. At this time, the metal line is designed to be formed on the cantilever body so as not to affect the natural frequency of the cantilever. After patterning, the metal is coated and the photoresist is removed using a lift-off method. The AZ 4620 on the carbon nanotubes is also removed, forming electrode lines on the cantilever body.

그 다음, 상기 캔틸레버의 형상을 갖는 제 1 실리콘층(110)의 하부면을 제거하여, 상기 제 2 실리콘층(130)을 부상시켜 캔틸레버를 만든다.Next, the lower surface of the first silicon layer 110 having the shape of the cantilever is removed, and the second silicon layer 130 is floated to form a cantilever.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 의한 캔틸레버 모양 형성 공정 단면도이다.8A to 8D are cross-sectional views of the cantilever shape forming process according to the present invention.

도 8a는 상기 메탈라인과 팁을 포함하는 제 2 실리콘층이 제거된 SOI 기판 상부에 AZ 4620 포토레지스트막(900)을 적층한 것이다. 상기 포토레지스트막(900)은 상기 제 1 실리콘층(110)을 식각할 때 상부에 형성된 디바이스를 충분히 보호하기 위한 보호막의 역할을 하게 되며, 전기로를 이용하여 110℃에서 20분, 130℃에서 10분간 열처리를 실시한다.FIG. 8A illustrates the AZ 4620 photoresist film 900 stacked on the SOI substrate from which the second silicon layer including the metal line and the tip is removed. The photoresist film 900 serves as a protective film to sufficiently protect the device formed thereon when the first silicon layer 110 is etched. The photoresist film 900 may be used at 110 ° C. for 20 minutes and at 130 ° C. for 10 minutes. Heat treatment for minutes.

도 8b는 상기 제 1 실리콘층(110)을 건식 식각한 것이다. 상기 제 1 실리콘층(110) 하부면에 보호막의 역할을 하기 위해 포토레지스트막(910)을 형성한 후 상기 제 1 실리콘층(110)을 건식 식각한다. 만약, 상기 제 1 실리콘층(110)을 습식 식각을 하게 되면 습식 식각에 사용되는 용액에서 충분히 버틸 수 있도록 포토레지스트막을 형성해야 하는데, 후에 이 막을 제거하는 데 문제점이 있다. 또한 습식 식각을 할 경우에는 캔틸레버 칩의 취급시 몸체에 약하게 붙어 있는 캔틸레버 아암이 쉽게 부러질 수 있기 때문에 건식 식각 방법을 이용한다. 8B illustrates a dry etching of the first silicon layer 110. After forming a photoresist film 910 on the lower surface of the first silicon layer 110, the first silicon layer 110 is dry etched. If the first silicon layer 110 is wet etched, a photoresist film must be formed to sufficiently endure the solution used for the wet etch, and there is a problem in removing the film later. In addition, the wet etching method uses a dry etching method because the cantilever arm that is weakly attached to the body may be easily broken when the cantilever chip is handled.

도 8c는 상기 도 8b의 공정이 완료된 후의 상태를 측면에서 본 모습이다. 8C is a side view of the state after the process of FIG. 8B is completed.

도 8d는 상기 도 8b의 공정이 완료된 후 제 1 절연막을 식각하고 포토레지스트막을 제거하는 것이다. 상기 제 1 절연막(120)을 BHF(Buffered HF)와 초순수가 7:1의 부피비로 혼합된 용액을 이용하여 습식 식각한 후 산소 플라즈마 방법을 이용하여 상기 포토레지스트막(900)을 태워버린다.8D illustrates etching the first insulating film and removing the photoresist film after the process of FIG. 8B is completed. The first insulating layer 120 is wet etched using a mixed solution of buffered HF (BHF) and ultrapure water in a volume ratio of 7: 1, and then burned the photoresist film 900 using an oxygen plasma method.

이와 같이, 본 발명에서는 100㎚ 이하의 극소 채널이 형성되므로, LDD 구조와 같은 채널과 접한 소스와 드레인 영역에 n++ 또는 p++ 영역을 구비함으로써, 채 널 폭이 좁아짐에 따라 쇼트 채널(Short channel) 효과를 방지할 수 있는 것이다. As described above, since the microchannel of 100 nm or less is formed in the present invention, by providing n ++ or p ++ regions in the source and drain regions in contact with the channel such as the LDD structure, the short channel effect is reduced as the channel width becomes narrower. It can prevent.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 및 그 제조방법은 배치 프로세스를 통해 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 정확히 수직 배양된 탄소 나노튜브가 형성된 탐침을 포함하는 캔틸레버를 제공함으로써 테라 비트급 탐침형 정보 저장 장치에 사용할 수 있고 정보의 센싱 능력을 향상시키면서 생산 제조원가를 낮추는 효과가 있다.Accordingly, the carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever of the present invention and its manufacturing method provide a terabit probe by providing a cantilever comprising a probe in which carbon nanotubes are cultured exactly vertically in the channel region of the field effect transistor through a batch process. It can be used for the type information storage device, and it has the effect of lowering the production and manufacturing cost while improving the sensing ability of the information.

Claims (13)

캔틸레버 지지대; Cantilever support; 상기 캔틸레버 지지대상에 위치하며 일측이 부상된 캔틸레버 아암; A cantilever arm positioned on the cantilever support object and one side of which is injured; 상기 캔틸레버 아암 선단에 위치한 탐침; A probe located at the tip of the cantilever arm; 상기 탐침 하부의 캔틸레버 아암에 형성된 채널; A channel formed in the cantilever arm under the probe; 상기 채널의 양측면에 각각 형성된 소스 및 드레인; Source and drain formed on both sides of the channel, respectively; 상기 탐침의 첨두부에 수직 배양된 탄소 나노튜브; 및 Carbon nanotubes vertically cultured at the tip of the probe; And 상기 탄소 나노튜브의 끝단에 위치한 금속구 Metal sphere located at the end of the carbon nanotube 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버.Carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever characterized in that it comprises a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캔틸레버 지지대는 제 1 실리콘층 및 상기 제 1 실리콘층 상부의 제 1 절연막을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버.The cantilever support is a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever comprising a first silicon layer and a first insulating film on the first silicon layer. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탐침은 콘형 또는 피라미드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버.The probe is a carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever having a cone or pyramid shape. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속구는 철, 니켈, 크롬 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 캔틸레버. The metal sphere is carbon nanotube atomic force microscope cantilever, characterized in that consisting of any one of iron, nickel, chromium. 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법에 있어서,In the carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever manufacturing method, (a) 캔틸레버 지지대의 상부에 탐침을 형성하는 단계;(a) forming a probe on top of the cantilever support; (b) 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 다층막 형성후, 2회에 걸친 패턴 형성 및 불순물 주입으로 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에 탐침이 위치하며 탐침의 양측 경사면에 소스 및 드레인 영역이 형성되도록 캔틸레버 아암을 형성하는 단계;(b) After the multilayer film is formed on the cantilever support, the cantilever arm is formed such that the probe is positioned in the channel region of the field effect transistor and the source and drain regions are formed on both sides of the probe by pattern formation and impurity injection twice. Doing; (c) 상기 탐침이 형성된 상기 캔틸레버 전면에 포토레지스트를 도포하고 애싱하여 탐침의 첨두부를 노출시키는 단계; (c) applying and ashing a photoresist on the entire surface of the cantilever where the probe is formed to expose the tip of the probe; (d) 상기 포토레지스트의 상부에 금속막을 형성하고 상기 포토레지스트를 제거하여 탐침의 첨두부에만 금속막을 남기는 단계; (d) forming a metal film on top of the photoresist and removing the photoresist to leave only a metal film on the tip of the probe; (e) 상기 금속막을 열처리한 후에 구형으로 변형하여 금속구를 형성하는 단계;(e) heat-treating the metal film to form a metal sphere by deforming to a sphere; (f) 상기 탐침의 첨두부에 탄소 나노튜브를 수직으로 배양시키는 단계; 및(f) culturing the carbon nanotubes vertically at the tip of the probe; And (g) 상기 캔틸레버 아암의 일부를 제거하여 캔틸레버 아암을 부상시키는 단계 (g) removing a portion of the cantilever arm to float the cantilever arm 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.Carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever manufacturing method characterized in that it comprises a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (a) 단계는 Step (a) is 제 1 실리콘층, 제 1 절연막과 제 2 실리콘층이 순차적으로 적층된 SOI 기판의 제 2 실리콘층 상부에 탐침을 형성하기 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a mask pattern for forming a probe on the second silicon layer of the SOI substrate in which the first silicon layer, the first insulating film, and the second silicon layer are sequentially stacked; 상기 마스크 패턴으로 마스킹하여 상기 제 2 실리콘층의 일부를 식각하여 실리콘층으로 이루어진 탐침 형상을 형성하는 단계;Masking the mask pattern to etch a portion of the second silicon layer to form a probe shape formed of a silicon layer; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 Removing the mask pattern; And 상기 제 2 실리콘층 상부에 열산화막을 형성하고 습식식각공정으로 상기 열산화막을 제거하여 제 2 실리콘층 상부에 뾰족한 형상의 탐침을 형성하는 단계Forming a thermally oxidized film on the second silicon layer and forming a pointed probe on the second silicon layer by removing the thermal oxidized film by a wet etching process. 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.Carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever manufacturing method characterized in that it comprises a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (b) 단계는 Step (b) is 상기 탐침을 포함하여 상기 캔틸레버 지지대의 상부에 제 2 절연막, 제 3 절연막, 폴리실리콘층과 포토레지스트를 순차적으로 적층한 후 폴리실리콘층에서 제 2 절연막까지 식각하여 캔틸레버 아암 마스크 패턴을 형성하는 단계;Sequentially stacking a second insulating film, a third insulating film, a polysilicon layer, and a photoresist on the cantilever support including the probe, and etching the polysilicon layer to the second insulating film to form a cantilever arm mask pattern; 상기 캔틸레버 아암 마스크 패턴으로 마스킹하여 상기 캔틸레버 지지대에 제 1 불순물을 주입하고, 열처리하는 단계;Masking with the cantilever arm mask pattern to inject a first impurity into the cantilever support and heat treatment; 상기 캔틸레버 아암 마스크 패턴의 일부를 식각하여 채널 마스크 패턴을 형성하는 단계; Etching a portion of the cantilever arm mask pattern to form a channel mask pattern; 상기 채널 마스크 패턴으로 마스킹하여 제 2 불순물을 주입하고, 열처리하는 단계; 및Masking with the channel mask pattern to inject a second impurity and heat treatment; And 상기 탐침, 제 1과 제 2 불순물이 주입된 영역들을 포함하는 형상을 갖는 캔틸레버 아암을 형성하는 단계Forming a cantilever arm having a shape including the probe, regions in which first and second impurities are implanted 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 트랜지스터 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.Carbon nanotube transistor atomic force microscope cantilever manufacturing method characterized in that it comprises a. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (c) 단계의 애싱은 PE 타입의 애셔를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.The ashing of step (c) is a carbon nanotube atomic force microscope cantilever manufacturing method, characterized in that performed using a PE-type asher. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (d) 및 (e) 단계의 금속막은 철, 니켈, 크롬 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.The method of manufacturing a carbon nanotube atomic force microscope cantilever characterized in that the metal film of step (d) and (e) is composed of any one of iron, nickel and chromium. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (d) 단계의 포토레지스트 제거는 리프트-오프 공정을 통해 수행함을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.Removing the photoresist of step (d) is a carbon nanotube atomic force microscope cantilever manufacturing method, characterized in that carried out through a lift-off process. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (e) 단계의 열처리는 급속 열공정으로 수행함을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.The heat treatment of step (e) is a carbon nanotube atomic force microscope cantilever manufacturing method, characterized in that performed in a rapid thermal process. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (f) 단계의 상기 탄소 나노튜브 성장은 열 CVD, PECVD, APCVD 중 어느 하나로 수행됨을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 원자간력 현미경 캔틸레버 제조방법.The carbon nanotube growth of step (f) is carbon nanotube atomic force microscope cantilever manufacturing method, characterized in that performed by any one of thermal CVD, PECVD, APCVD.
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