JP2001156283A - 量子細線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ナノメータサイズの量子細線を容易に形成で
きる量子細線の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１１上に、絶縁体からなる第
１薄膜１２と酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体から
なる第２薄膜１３を介して形成された半導体または絶縁
体からなる第３薄膜１４をパターニングし、段差部１４
aを形成する。全面に形成された被膜１５を異方性エッ
チングすることにより段差部１４aの側壁に被膜１５aを
形成して、段差部aをエッチングにより除去し、サイド
ウォールによるエッチングマスク１５bを形成する。エ
ッチングマスク１５bを介して第２薄膜１３を異方性エ
ッチングすることにより形成された微細パターン１３a
を酸化用マスクとして選択酸化した後、微細パターン１
３aを選択的に除去すると共に、第１薄膜１２aを除去し
て、半導体基板１１が露出した部分に量子細線１７をエ
ピタキシャル成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板上に
量子サイズ効果を生じる程度の微小な半導体または金属
からなる量子細線を形成する量子細線の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】産業の基幹となったエレクトロニクスの
進歩を支えてきた大規模集積回路(ＬＳＩ)は、微細化に
よって、大容量,高速動作,低消費電力等の性能を飛躍的
に向上してきた。しかし、素子サイズが０.１μｍ以下
になると、従来の素子による動作原理が限界に到達する
と考えられている。そのため、新しい動作原理に基づい
た新しい素子の研究が活発に行われている。この新しい
素子としては、ナノメータサイズの量子ドットや量子細
線と呼ばれる微細構造を有するものがある。上記ナノメ
ータサイズの量子ドットは、種々の量子効果デバイスと
共に、特にクーロンブロッケード現象を利用した単電子
デバイスへの応用について、盛んに研究が行われてい
る。また、上記ナノメータサイズの量子細線は、量子効
果を利用した超高速トランジスタヘの応用が期待されて
いる。

【０００３】特に、上記ナノメータサイズの量子細線に
おいては、半導体結晶中における電子の波長(ド・ブロ
イ波長)と同程度の幅の半導体層に電子を閉じ込めるこ
とによって、上記電子の自由度を制限し、これによって
生じる量子化現象を利用した新しい動作原理に基づく半
導体量子デバイスを作製する試みが行われている。すな
わち、半導体層中における電子の波長は約１０ｎｍであ
るから、電子を幅１０ｎｍ程度の半導体の細線(量子細
線)中に閉じ込めると、閉じ込められた電子は、この細
線中をほとんど散乱を受けずに移動できるため、移動度
が上昇することが理論的に導き出されている。

【０００４】このような量子細線を平面上に多数配列し
た伝導層を作成し、この伝導層内の電子数をゲート電極
の作用によって制御することによって、従来のトランジ
スタに比して高速性に優れた量子細線トランジスタを作
製することができる。

【０００５】従来、上記量子細線の製造方法として、次
の(１),(２)の文献に記載されたものが提案されてい
る。 (１) 特開平６−７７１８０号公報 図６(ａ)〜(ｃ)は、上記特開平６−７７１８０号公報に
開示された「サイドウォール法により形成された細線状
エッチングマスクを利用した量子細線の製造方法」を示
す工程図である。

【０００６】まず、図６(ａ)に示すように、ＧaＡsから
なる被エッチング基板１１１上にレジスト１１２をパタ
ーニング形成し、さらにその上からプラズマ気相成長法
(ＰＣＶＤ)によって膜厚５０ｎｍのＳiＯ₂被膜１１３を
形成する。次に、図６(ｂ)に示すように、反応性イオン
エッチングを行って、パターニングされたレジスト２の
両側壁にＳiＯ₂のサイドウォール１１４を形成する。最
後に、図６(ｃ)に示すように、上記レジスト１１２を除
去した後、ＳiＯ₂のサイドウォール１１４をマスクとし
て、ＧaＡsからなる被エッチング基板１１１を反応性イ
オンエッチングによってパターニングし、ＧaＡsからな
る細線を形成する。

【０００７】(２) 特開平８−２８８４９９号公報 図７(ａ)〜(ｇ)は、上記特開平８−２８８４９９号公報
に開示された「２枚のＳiウェハ貼り合せおよびサイド
ウォール形成によるエッチングマスクを利用した量子細
線の製造方法」を示す工程図である。

【０００８】まず、図７(ａ)に示すように、Ｓi基板１
２１上にドライエッチングによって凸部１２２を形成す
る。 続いて、図７(ｂ)に示すように、ＳiＯx系絶縁膜１２３
を形成して、基板全体を平坦化する。 次に、図７(ｃ)に示すように、平坦化された基板全体の
表裏を反転させ、別のＳi基板１２４にＳiＯx系絶縁膜
１２３側を接触させて貼り合わせる。 次に、図７(ｄ)に示すように、Ｓi基板１２１をＳiＯx
系絶縁膜１２３が露出するまでＣＭＰ(化学機械研磨)法
によって研磨する。その結果、ＳiＯx系絶縁膜１２３に
埋め込まれた状態で島状Ｓi層１２５が厚さ約１０ｎｍ
で残る。そして、熱ＣＶＤ(化学蒸着)法によって厚さ約
１０ｎｍの不純物含有ポリシリコン層を形成後、レジス
トマスク(図示せず)を介して異方性エッチングすること
によって、島状Ｓi層１２５の中央付近に加工端面が位
置するポリシリコンパターン１６を形成する。 次に、図７(ｅ)に示すように、熱酸化処理によって、Ｓ
i露出部分１２５,１２６上に膜厚１〜１０ｎｍの熱酸化
膜(ＳiＯx) １２７を形成する。次に、図７(ｆ)に示す
ように、エッチバックを行って、ポリシリコン１２６の
加工端面に熱酸化膜１２７を残してサイドウォール１２
８を形成する。 次に、図７(ｇ)に示すように、島状Ｓi層１２５に対し
て選択比を確保できる条件でウェット処理を行い、ポリ
シリコンパターン１２６を除去する。続いて、サイドウ
ォール１２８を形成しているＳiＯxに対する選択比を確
保できる条件で島状Ｓi層１２５をエッチングし、量子
細線１２９を形成する。

【０００９】また、本出願人により、「窒化膜により埋
め込まれた段差部の側壁酸化膜の選択除去によるマスク
形成,半導体選択成長および酸化による絶縁分離を利用
した量子細線の製造方法」を提案している(特願平１１
−０１９８６６号)。なお、この量子細線の製造方法
は、この発明を理解しやすくするために説明するもので
あって、公知技術ではなく、従来技術ではない。

【００１０】図８(ａ)〜(ｊ)は、上記特願平１１−０１
９８６６号に記載された量子細線の製造方法を示す工程
図である。

【００１１】まず、図８(ａ)に示すように、半導体基板
１３１上に第１酸化膜１３２を形成し、その上に第１窒
化膜１３３を形成する。 次に、レジストパターンを介して(図示せず)異方性エッ
チングを行うことにより、図８(ｂ)に示すように、第１
窒化膜１３３をパターニングする。 続いて、図８(ｃ)に示すように、第２酸化膜１３４を形
成する。 次に、図８(ｄ)に示すように、第２窒化膜１３５を形成
して、上記第１窒化膜間の凹部を埋め込み、続いて、図
８(ｅ)に示すように、第２窒化膜１３５をエッチバック
することにより、段差上の第２酸化膜１３４を露出させ
る。 次に、図８(ｆ)に示すように、上記第１窒化膜１３３と
第２窒化膜１３５をマスクとして、上記第１窒化膜１３
３と第２窒化膜１３５とに挟まれて上記半導体基板１３
１上面に対して垂直方向に延在する第２酸化膜１３４お
よびその第２酸化膜１３４下にある第１酸化膜１３２と
をエッチングによって除去して、半導体基板１３１を露
出させる溝１３７を形成する。 続いて、図８(ｇ)に示すように、第１窒化膜１３３およ
び第２窒化膜１３５を除去する。 次に、図８(ｈ)に示すように、上記半導体基板１３１が
露出している部分に量子細線１３８をエピタキシャル成
長させる。 続いて、図８(ｉ)に示すように、第１酸化膜１３２およ
び第２酸化膜１３４を除去する。 そして、図８(ｊ)に示すように、量子細線１３８の下部
を酸化して、第３酸化膜１３９を形成し、上記量子細線
１３８と半導体基板１３１とを分離することにより、周
囲から完全に閉じ込められた量子細線１３８を形成す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献(１)の量子細線の製造方法では、量子細線の幅を決定
するサイドウォールをＣＶＤおよび反応性イオンエッチ
ングで形成するため、必要とされる幅が１〜１０ｎｍの
範囲の量子細線を安定して製造することが困難である。

【００１３】また、上記文献(２)の量子細線の製造方法
では、貼り合わせるための２枚のＳi基板１２１,１２４
が必要であり、絶縁層１２３を介して２枚のＳi基板１
２１,１２４の貼り合わせるという特殊な基板形成技術
が必要となる。また、形成される量子細線１２９の高さ
は、レジストマスクを介してＳi基板１２１をドライエ
ッチングするときの深さで決まるが、その場合における
ドライエッチングの深さをナノメータサイズで制御する
ことは非常に困難であるという問題がある。また、量子
細線１２９の幅はサイドウォール１２８の幅で決まるた
めに、幅が１〜１０ｎｍの範囲の量子細線を安定して製
造することが困難であるという問題もある。

【００１４】また、上記特願平１１−０１９８６６号で
は、第１窒化膜１３３と第２窒化膜１３５とに挟まれ
て、垂直方向に延在する第２酸化膜１３４とその下にあ
る第１酸化膜１３２をエッチングにより除去して、半導
体基板１３１を露出させるという処理が非常に難しいと
いう問題がある。また、第１窒化膜１３３の段差間の凹
部を第２窒化膜１３５で埋め込む必要があるため、第１
窒化膜１３３から成る段差パターン間の間隔が制限され
たり、ダミーパターンの段差を形成する必要があったり
するため、設計上、素子配置が制限されたりする。

【００１５】そこで、この発明の目的は、一般的な成膜
技術やリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い
て、ナノメータサイズの量子細線を容易に形成できると
共に、低コスト,高歩留まりで生産性の高い量産に適し
た量子細線の製造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の量子細線の製造方法は、半導体基板表
面に絶縁体からなる第１薄膜を形成する工程と、上記第
１薄膜表面に酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体から
なる第２薄膜を形成する工程と、上記第２薄膜表面に半
導体または絶縁体からなる第３薄膜を形成する工程と、
上記第３薄膜をパターニングすることにより段差部を形
成する工程と、少なくとも上記段差部の全面に被膜を形
成する工程と、上記被膜を異方性エッチングすることに
より上記段差部の側壁にサイドウォールを形成する工程
と、上記サイドウォールを形成した後、上記段差部を選
択的にエッチバックすることによりサイドウォールによ
るマスクを形成する工程と、上記サイドウォールによる
マスクを用いて、上記第２薄膜を異方性エッチングする
ことにより微細パターンを形成する工程と、上記微細パ
ターンを酸化用マスクとして選択酸化を行う工程と、上
記選択酸化の工程の後、上記微細パターンを選択的に除
去する工程と、上記微細パターンを選択的に除去するこ
とにより露出した上記第１薄膜を除去して、上記半導体
基板を露出させる工程と、上記半導体基板の露出した領
域上に量子細線をエピタキシャル成長させる工程とを有
することを特徴としている。

【００１７】上記量子細線の製造方法によれば、上記量
子細線がエピタキシャル成長される箇所となる上記半導
体基板の露出部を、一般的な成膜技術やリソグラフィ技
術およびエッチング技術を用いて形成することによっ
て、位置制御された量子細線の形成が可能である。ま
た、上記量子細線の幅は、半導体基板の露出部の幅およ
び量子細線のエピタキシャル成長時間により決定され
る。ここで、半導体基板の露出部の幅は、半導体または
絶縁体からなる第３薄膜をパターニングすることにより
形成された段差部の側壁に形成された上記被膜の膜厚に
より設定される。さらに、上記第２薄膜を異方性エッチ
ングすることにより形成された微細パターンを酸化用マ
スクとして用いて選択酸化を行って、上記微細パターン
下に導入されるバーズビークを利用することで、上記被
膜の膜厚以下の半導体基板の露出部の幅を実現すること
も可能である。したがって、上記サイドウォールの幅を
１〜１０ｎｍにするのは困難であっても、２０〜３０ｎ
ｍの幅のサイドウォールは安定して作れ、それを用いて
酸化により補足することによって、上記量子細線の幅を
精密に制御することが可能となる。さらに、上記量子細
線をエピタキシャル成長により形成するため、結晶性に
優れ、大きさの均一性がよい量子細線を再現性よく形成
できる。したがって、特殊な微細加工技術を用いること
なく、一般的な成膜技術やリソグラフィー技術およびエ
ッチング技術を用いて、ナノメータサイズの量子細線を
容易に形成でき、製造コストを低減できると共に、高歩
留まりで生産性の高い量産に適した量子細線の製造方法
を実現できる。

【００１８】また、第２の発明の量子細線の製造方法
は、半導体基板表面に絶縁体からなる第１薄膜を形成す
る工程と、上記第１薄膜表面に酸化種の拡散性が低い耐
酸化性絶縁体からなる第２薄膜を形成する工程と、上記
第２薄膜表面に半導体または絶縁体からなる第３薄膜を
形成する工程と、上記第３薄膜をパターニングすること
により段差部を形成する工程と、少なくとも上記段差部
の全面に被膜を形成する工程と、上記被膜を異方性エッ
チングすることにより上記段差部の側壁にサイドウォー
ルを形成する工程と、上記サイドウォールを形成した
後、上記段差部を選択的にエッチバックすることにより
サイドウォールによるマスクを形成する工程と、上記サ
イドウォールによるマスクを用いて、上記第２薄膜を異
方性エッチングすることにより微細パターンを形成する
工程と、上記微細パターンをマスクとして上記第１薄膜
および上記半導体基板を異方性エッチングすることによ
り、上記微細パターン下の上記半導体基板に突起部を形
成する工程と、上記異方性エッチングにより上記突起部
が形成された上記半導体基板を上記微細パターンを酸化
用マスクとして、上記半導体基板の露出した領域を選択
酸化する工程と、上記選択酸化の工程の後、上記微細パ
ターンを選択的に除去する工程と、上記微細パターンを
除去した後、上記第１薄膜を除去することにより上記半
導体基板の上記突起部上面を露出させる工程と、上記半
導体基板の上記突起部上面が露出した領域上に量子細線
をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴
としている。

【００１９】上記量子細線の製造方法によれば、上記第
２薄膜を異方性エッチングすることにより形成された微
細パターンをマスクとして、上記第１薄膜および半導体
基板を異方性エッチングすることにより、半導体基板に
突起部を形成する。その後、微細パターンをマスクとし
て選択酸化した後、微細パターンとその微細パターン下
の第１薄膜を除去することより、半導体基板の突起部の
上面を露出させて、半導体基板の突起部上面の露出した
領域上に量子細線をエピタキシャル成長させる。そうし
て、選択酸化により半導体基板の突起部の両側壁に半導
体酸化膜を形成することによって、突起部の上面の露出
した領域の幅を制御性よく縮小できる。これにより、１
０ｎｍ以下の幅の半導体基板の露出領域を、上記被膜の
膜厚制御性に依らず、再現性よくかつ正確に形成でき、
量子細線の加工精度と制御性を向上できる。

【００２０】また、第３の発明の量子細線の製造方法
は、半導体基板表面に絶縁体からなる第１薄膜を形成す
る工程と、上記第１薄膜表面に酸化種の拡散性が低い耐
酸化性絶縁体からなる第２薄膜を形成する工程と、上記
第２薄膜表面に半導体または絶縁体からなる第３薄膜を
形成する工程と、上記第３薄膜をパターニングすること
により段差部を形成する工程と、少なくとも上記段差部
の全面に被膜を形成する工程と、上記被膜を異方性エッ
チングすることにより上記段差部の側壁にサイドウォー
ルを形成する工程と、上記サイドウォールを形成した
後、上記段差部を選択的にエッチバックすることにより
サイドウォールによるマスクを形成する工程と、上記サ
イドウォールによるマスクを用いて、上記第２薄膜を異
方性エッチングすることにより微細パターンを形成する
工程と、上記微細パターンをマスクとして上記半導体基
板を異方性エッチングすることにより、上記微細パター
ン下の上記半導体基板に突起部を形成する工程と、上記
半導体基板に上記突起部を形成した後、上記微細パター
ンを酸化用マスクとして、上記半導体基板の露出した領
域を選択酸化する工程とを有することを特徴としてい
る。

【００２１】上記量子細線の製造方法によれば、上記第
２薄膜を異方性エッチングすることにより形成された上
記微細パターンをマスクとして、上記第１薄膜および半
導体基板を異方性エッチングすることにより、半導体基
板に突起部を形成する。その後、微細パターンをマスク
として、上記半導体基板の突起部を除く領域および上記
突起部の両側壁を選択酸化して、量子細線を形成する。
そうして、選択酸化により半導体基板の突起部の両側壁
に半導体酸化膜を形成することによって、突起部の上面
の露出した領域の幅を制御性よく縮小できる。これによ
り、１０ｎｍ以下の幅を持つ量子細線を、上記被膜の膜
厚制御性に依らず、再現性よくかつ正確に形成でき、量
子細線の加工精度と制御性を向上できる。

【００２２】また、上記第１,第２の量子細線の製造方
法において、上記量子細線をエピタキシャル成長させた
上記半導体基板を酸化することにより上記半導体基板と
上記量子細線とを絶縁分離する工程を有することを特徴
とする。

【００２３】上記量子細線の製造方法によれば、上記酸
化により形成された半導体酸化膜により、量子細線と半
導体基板とを絶縁分離することによって、量子細線が絶
縁膜により完全に周囲から分離されて量子化され、量子
細線が１次元伝導を示すので、超高速な電気伝導が実現
できる。また、同時に酸化により量子細線の断面積が縮
小されるので、熱雑音の影響を軽減でき、量子化の効率
を向上できる。

【００２４】また、一実施形態の量子細線の製造方法
は、上記第２薄膜がシリコンナイトライドからなること
を特徴とする。

【００２５】上記実施形態の量子細線の製造方法によれ
ば、上記第２薄膜にシリコンナイトライドを用いること
により、第２薄膜が非常に良好な耐酸化用マスクとして
作用するため、高い選択比をもつ選択酸化が可能であ
る。また、量子細線を成長させるために半導体基板を露
出させるとき、高い選択比でシリコンナイトライドから
なる第２薄膜を容易に除去することが可能である。した
がって、制御性よくかつ再現性よく量子細線を形成でき
る。

【００２６】また、一実施形態の量子細線の製造方法
は、上記第３薄膜がポリシリコンまたはアモルファスシ
リコンからなることを特徴とする。

【００２７】上記実施形態の量子細線の製造方法によれ
ば、上記第３薄膜をパターニングすることにより形成さ
れた段差部をエッチバックする工程において、上記第３
薄膜にポリシリコンまたはアモルファスシリコンを用い
ることにより、下地(第２薄膜)および段差部の側壁の被
膜の双方に対して、高い選択比をもって加工が可能であ
る。また、この場合の被膜の形成方法として、段差部で
あるポリシリコンまたはアモルファスシリコンを酸化ま
たは窒化することも可能である。

【００２８】また、一実施形態の量子細線の製造方法
は、上記半導体基板が単結晶シリコンからなることを特
徴とする。

【００２９】上記実施形態の量子細線の製造方法によれ
ば、高品質な結晶性を有する量子細線の成長表面が得ら
れるので、結晶性のよい量子細線を形成でき、量子効率
を向上できると共に、低コストで歩留まりのよい量子細
線を形成できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の量子細線の製造
方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。

【００３１】（第１実施形態）図１(a)〜(j)はこの発明
の第１実施形態の量子細線の製造方法における各工程の
基板断面図である。以下、図１(a)〜(j)に従って量子細
線の製造方法を説明する。

【００３２】まず、図１(ａ)に示すように、単結晶シリ
コン等の半導体基板１１の表面に、酸化またはＣＶＤ法
等を用いて、膜厚３.５ｎｍの絶縁体からなる第１薄膜
１２を形成する。続いて、ＣＶＤ法等によって、第１薄
膜１２表面に膜厚３０ｎｍのシリコンナイトライド等の
酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体からなる第２薄膜
１３を形成する。さらに続いて、ＣＶＤ法等によって、
第２薄膜１３表面に膜厚５０ｎｍのポリシリコンやアモ
ルファスシリコン等の半導体または絶縁体からなる第３
薄膜１４を形成する。

【００３３】次に、図１(ｂ)に示すように、レジストマ
スク(図示せず)を介して、異方性エッチングにより第３
薄膜１４をパターニングして、段差部１４aを形成す
る。ここで、第３薄膜１４のエッチングは、形成された
段差部１４aのエッジ(両側壁)が表面に対してほぼ垂直
になるような条件で行う。

【００３４】次に、図１(ｃ)に示すように、膜厚３０ｎ
ｍの酸化膜等の被膜１５をＣＶＤ法等によって形成す
る。このとき、パターニングされた段差部１４aとし
て、ポリシリコンおよびアモルファスシリコンを用いて
いる場合、酸化または窒化を用いて、被膜１５を形成す
ることも可能である。その場合は、被膜１５は段差部１
４aの上面および側面にのみ形成される(図示せず)。

【００３５】次に、図１(ｄ)に示すように、上記被膜１
５を異方性エッチングにより、段差部１４aの上面の被
膜１５を除去し、段差部１４aの側壁部の被膜１５aのみ
が残るようにエッチバックを行う。

【００３６】次に、図１(ｅ)に示すように、上記段差部
１４aをエッチングにより、選択的に除去する。このエ
ッチングは、下地であるシリコンナイトライド等の酸化
種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体からなる第２薄膜１３
および酸化膜等の被膜１５aに対して、高い選択比をも
ったエッチング条件でエッチングを行う。このエッチン
グによって、被膜１５aの膜厚に略等しい幅と、段差部
１４aの膜厚に略等しい高さとを有するサイドウォール
によるエッチングマスク１５bが形成される。

【００３７】次に、図１(ｆ)に示すように、上記エッチ
ングマスク１５bを介して、酸化種の拡散性が低い耐酸
化性絶縁体からなる第２薄膜１３をエッチングして、細
線状の微細パターン１３aを形成する。このとき、微細
パターン１３aのエッジ(両側壁)が表面に対してほぼ垂
直になるようなエッチング条件で、かつ、酸化膜等の絶
縁体からなる第１薄膜１２および単結晶シリコン等の半
導体基板１１に対して、高い選択比を持つエッチング条
件でエッチングを行う。

【００３８】次に、シリコンナイトライド等の酸化種の
拡散性が低い耐酸化性絶縁体からなる微細パターン１３
aがない領域において、第１薄膜１２を除去した後、図
１(ｇ)に示すように、微細パターン１３aを酸化用マス
クとして、単結晶シリコン等の半導体基板１１を酸化し
て、半導体基板１１表面の微細パターン１３aのない領
域のみに、膜厚約３０ｎｍの半導体酸化膜１６を形成す
る。なお、酸化前に行った第１薄膜１２の除去は、必ず
しも行う必要はなく、そのまま第１薄膜１２を酸化して
もよい。

【００３９】次に、図１(ｈ)に示すように、上記微細パ
ターン１３aをエッチングにより除去する。ここで、微
細パターン１３aのエッチングは、半導体酸化膜１６お
よび絶縁体からなる第１薄膜１２aに対して高い選択比
を持った条件で行う。

【００４０】次に、図１(ｉ)に示すように、酸化膜等の
絶縁体からなる第１薄膜１２aをエッチングにより除去
して、半導体基板１１表面を露出させる。ここで、半導
体基板１１が露出した領域以外では、半導体酸化膜１６
が半導体基板１１表面を被覆している。また、絶縁体か
らなる第１薄膜１２aが半導体基板１１の酸化膜である
場合には、犠牲酸化膜としての役割も担うため、半導体
基板１１の露出している領域は、後述する量子細線の成
長に対して、平坦性および結晶性が良好な状態となって
いる。

【００４１】次に、基板全体を高真空ＣＶＤ装置と同等
の反応室(図示せず)内に設置する。そして、上記反応室
内を１０^-8Ｔorr程度の真空になるまで排気した後、基
板温度を５５０〜６００℃程度にして、シラン(ＳiＨ₄)
ガスまたはジシラン(Ｓi₂Ｈ₆)ガス等の水素化物半導体
材料ガスを供給し、そのガス分圧が１０^-2Ｔorr以下に
なるように制御することによって、図１(ｊ)に示すよう
に、半導体基板１１が露出している細線状の領域上に量
子細線１７をエピタキシャル成長させる。なお、この量
子細線１７は半導体に限らず、金属材料であっても差し
障りない。

【００４２】このように、上記量子細線１７がエピタキ
シャル成長される箇所となる半導体基板１１の露出部
を、一般的な成膜技術やリソグラフィ技術およびエッチ
ング技術を用いて形成することによって、位置制御され
た量子細線１７の形成が可能である。また、上記量子細
線１７の幅は、半導体基板１１の露出部の幅および量子
細線１１のエピタキシャル成長時間により決定され、半
導体基板１１の露出部の幅は、半導体または絶縁体から
なる第３薄膜１４をパターニングすることにより形成さ
れた段差部１４aの側壁に形成された被膜１５aの膜厚に
より設定される。さらに、上記第２薄膜１３を異方性エ
ッチングすることにより形成された微細パターン１３a
を酸化用マスクとして用いて選択酸化を行って、微細パ
ターン１３a下に導入されるバーズビークを利用するこ
とで、被膜１５aの膜厚以下の半導体基板１１の露出部
の幅を実現することも可能である。したがって、幅が２
０〜３０ｎｍのエッチングマスク１５bを安定に作っ
て、それを用いた酸化により補足することによって、上
記量子細線１７の幅を精密に制御することが可能とな
る。さらに、上記量子細線１７をエピタキシャル成長に
より形成するため、結晶性に優れ、大きさの均一性がよ
い量子細線を再現性よく形成できる。

【００４３】したがって、特殊な微細加工技術を用いる
ことなく、一般的な成膜技術やリソグラフィー技術およ
びエッチング技術を用いて、ナノメータサイズの量子細
線を容易に形成でき、製造コストを低減できると共に、
高歩留まりで生産性の高い量産に適した量子細線の製造
方法を実現することができる。

【００４４】また、上記第２薄膜１３にシリコンナイト
ライドを用いることにより、第２薄膜１３が非常に良好
な耐酸化用マスクとして作用するため、高い選択比をも
つ選択酸化が可能である。また、量子細線１７を成長さ
せるために半導体基板１１を露出させるとき、高い選択
比でシリコンナイトライドからなる第２薄膜１３を容易
に除去することが可能である。したがって、制御性よく
かつ再現性よく、量子細線を形成できる。

【００４５】また、上記第３薄膜１４をパターニングす
ることにより形成された段差部１４aをエッチバックす
る工程において、第３薄膜１４にポリシリコンまたはア
モルファスシリコンを用いることにより、下地(第２薄
膜１３)および段差部１４aの側壁の被膜１５の双方に対
して、高い選択比をもって加工が可能である。

【００４６】また、上記半導体基板１１が単結晶シリコ
ンからなる場合、高品質な結晶性を有する量子細線の成
長表面が得られるので、結晶性のよい量子細線１７を形
成でき、量子効率を向上できると共に、低コストで歩留
まりのよい量子細線を形成できる。

【００４７】（第２実施形態）この発明の第２実施形態
では、半導体基板の露出幅の制御を、後述する半導体酸
化膜の形成により、精密に制御することを可能とし、加
工の制御性および正確性を向上させるものである。

【００４８】図２(ａ)〜(ｋ)はこの第２実施形態の量子
細線の製造方法における各工程の基板断面図である。以
下、図２(ａ)〜(ｋ)に従って量子細線の製造方法を説明
する。

【００４９】まず、図２(ａ)に示すように、単結晶シリ
コン等の半導体基板２１の表面に、酸化またはＣＶＤ法
等を用いて、膜厚３.５ｎｍの絶縁体からなる第１薄膜
２２を形成する。続いて、ＣＶＤ法等によって、第１薄
膜２２表面に膜厚３０ｎｍのシリコンナイトライド等の
酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体からなる第２薄膜
２３を形成する。さらに続いて、ＣＶＤ法等によって、
第２薄膜２３表面に膜厚５０ｎｍのポリシリコンやアモ
ルファスシリコン等の半導体または絶縁体からなる第３
薄膜２４を形成する。

【００５０】次に、図２(ｂ)に示すように、レジストマ
スク(図示せず)を介して、異方性エッチングにより第３
薄膜２４をパターニングして、段差部２４aを形成す
る。ここで、第３薄膜２４のエッチングは、形成された
段差部２４aのエッジ(両側壁)が表面に対してほぼ垂直
になるような条件で行う。

【００５１】次に、図２(ｃ)に示すように、膜厚３０ｎ
ｍの酸化膜等の被膜２５をＣＶＤ法等によって形成す
る。このとき、パターニングされた段差部２４aとし
て、ポリシリコンおよびアモルファスシリコンを用いて
いる場合、酸化または窒化を用いて、被膜を形成するこ
とも可能である。その場合は、被膜はパターニングされ
た段差部２４aの上面および側面にのみ形成される(図示
せず)。

【００５２】次に、図２(ｄ)に示すように、上記被膜２
５を異方性エッチングにより、段差部２４aの上面の被
膜２５を除去し、段差部２４aの側壁部の被膜２５aのみ
が残るようにエッチバックを行う。

【００５３】次に、図２(ｅ)に示すように、上記段差部
２４aをエッチングにより、選択的に除去する。このエ
ッチングは、下地である第２薄膜２３および酸化膜等の
被膜２５に対して、高い選択比をもったエッチング条件
でエッチングを行う。このエッチングによって、被膜２
５の膜厚に略等しい幅と、段差部２４aの膜厚に略等し
い高さとを有するサイドウォールによるエッチングマス
ク２５bが形成される。

【００５４】次に、図２(ｆ)に示すように、上記エッチ
ングマスク２５bを介して第２薄膜２３をエッチングし
て、細線状の微細パターン２３aを形成する。このと
き、微細パターン２３aのエッジ(両側壁)が表面に対し
てほぼ垂直になるようなエッチング条件で、かつ、酸化
膜等の絶縁体からなる第１薄膜２２および単結晶シリコ
ン等の半導体基板２１に対して、高い選択比を持つエッ
チング条件でエッチングを行う。

【００５５】次に、図２(ｇ)に示すように、上記微細パ
ターン２３aをマスクとして、異方性エッチングによ
り、絶縁体からなる第１薄膜２２および半導体基板２１
をエッチングして、細線状の突起部２１aを形成する。
このとき、半導体基板２１は、深さ約１５ｎｍエッチン
グされるようにする。また、このエッチングは、絶縁体
からなる微細パターン２３aに対して、十分に高い選択
比を持ったエッチング条件で行う。

【００５６】次に、図２(ｈ)に示すように、シリコンナ
イトライド等の酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体か
らなる微細パターン２３aを酸化用マスクとして、半導
体基板２１を酸化して、半導体基板２１表面の微細パタ
ーン２３aのない領域および絶縁体からなる微細パター
ン２３a下の半導体基板２１の側壁部に、膜厚２０ｎｍ
の半導体酸化膜２６を形成する。これにより、絶縁体か
らなる微細パターン２３a下に形成される半導体基板２
１の細線状の突起部２１aの幅が縮小される。この半導
体酸化膜２６の酸化膜厚の設定により、半導体基板２１
の突起部２１aの幅を精密に制御することが可能であ
る。

【００５７】次に、図２(ｉ)に示すように、上記微細パ
ターン２３aをエッチングにより除去する。ここで、上
記微細パターン２３aのエッチングは、半導体酸化膜２
６および絶縁体からなる第１薄膜２２に対して高い選択
比を持った条件で行う。

【００５８】次に、図２(ｊ)に示すように、酸化膜等の
絶縁体からなる第１薄膜２２をエッチングにより除去し
て、半導体基板２１の突起部２１a上面を露出させる。
ここで、半導体基板２１が露出した領域以外では、半導
体酸化膜２６が半導体基板２１表面を被覆している。ま
た、絶縁体からなる第１薄膜２２aが半導体基板２１の
酸化膜である場合には、犠牲酸化膜としての役割も担う
ため、突起部２１aの上面が露出する領域は、後述する
量子細線の成長に対して、平坦性および結晶性が良好な
状態となっている。

【００５９】次に、基板全体を高真空ＣＶＤ装置と同等
の反応室(図示せず)内に設置する。そして、上記反応室
内を１０^-8Ｔorr程度の真空になるまで排気した後、基
板温度を５５０〜６００℃程度にして、シラン(ＳiＨ₄)
ガスまたはジシラン(Ｓi₂Ｈ₆)ガス等の水素化物半導体
材料ガスを供給し、そのガス分圧が１０^-2Ｔorr以下に
なるように制御することによって、図２(ｊ)に示すよう
に、半導体基板２１の突起部２１a上面が露出している
領域上に量子細線３７をエピタキシャル成長させる。な
お、この量子細線３７は半導体に限らず、金属材料であ
っても差し障りない。

【００６０】このように、上記第２薄膜２３を異方性エ
ッチングすることにより形成された微細パターン２３a
をマスクとして、第１薄膜２２および半導体基板２１を
異方性エッチングして、半導体基板２１に細線状の突起
部２１aを形成した後、微細パターン２３aをマスクとし
て選択酸化し、微細パターン２３aとその微細パターン
２３a下の第１薄膜２２aを除去することより半導体基板
２１の突起部２１a上面を露出させて、半導体基板２１
の突起部２１aの上面の露出した領域に量子細線２７を
エピタキシャル成長させることによって、選択酸化を行
うと同時に、半導体基板２１の突起部２１aの上面の露
出した領域の幅を制御性よく縮小できる。これにより、
１０ｎｍ以下の幅の半導体基板２１の露出領域を、被膜
２５の膜厚制御性に依らず、再現性よくかつ正確に形成
でき、量子細線の加工精度と制御性を向上できる。

【００６１】（第３実施形態）上記第１,第２実施形態
では、ともに量子細線を選択エピタキシャル成長を用い
て形成している。ところが、選択エピタキシャル成長に
より良質な結晶性を持つ量子細線を形成するためには、
清浄な半導体基板１１,２１表面を成長前に維持するこ
とが不可欠である。そのためには、成長を行う装置内雰
囲気を質のよい超高真空にする必要があるため、スルー
プットが低下し、生産性を低下させる可能性がある。そ
こで、この発明の第３実施形態では、選択エピタキシャ
ル成長を用いることなく、量子細線を実現するものであ
り、低コストで、生産性の高い量子細線の形成が実現す
るものである。

【００６２】図３(ａ)〜(j)はこの第３実施形態の量子
細線の製造方法における各工程の基板断面図である。以
下、図３(ａ)〜(j)に従って量子細線の製造方法を説明
する。

【００６３】まず、図３(ａ)に示すように、単結晶シリ
コン基板やＳＯＩ基板等の半導体基板５１の表面に、酸
化またはＣＶＤ法等を用いて、膜厚３.５ｎｍの絶縁体
からなる第１薄膜３２を形成する。続いて、ＣＶＤ法等
によって、第１薄膜３２の表面に膜厚３０ｎｍのシリコ
ンナイトライド等の酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁
体からなる第２薄膜３３を形成する。さらに続いて、Ｃ
ＶＤ法等によって、第２薄膜３３の表面に膜厚５０ｎｍ
のポリシリコン,アモルファスシリコン等の半導体また
は絶縁体からなる第３薄膜３４を形成する。

【００６４】次に、図３(ｂ)に示すように、レジストマ
スク(図示せず)を介して、異方性エッチングによって第
３薄膜３４をパターニングして、段差部３４aを形成す
る。ここで、第３薄膜３４のエッチングは、形成された
段差部３４aのエッジ(両側壁)が表面に対してほぼ垂直
になるような条件で行う。

【００６５】次に、図３(ｃ)に示すように、膜厚３０ｎ
ｍの酸化膜等の被膜３５をＣＶＤ法等によって形成す
る。このとき、パターニングされた段差部３４aとし
て、ポリシリコンおよびアモルファスシリコンを用いて
いる場合、酸化または窒化を用いて、被膜３５を形成す
ることも可能である。その場合は、被膜３５が段差部３
４aの上面および側面にのみ形成される(図示せず)。

【００６６】次に、図３(ｄ)に示すように、上記被膜３
５を異方性エッチングにより、段差部３４aの上面の被
膜３５を除去し、段差部３４aの側壁部の被膜３５aのみ
が残るようにエッチバックを行う。

【００６７】次に、図３(ｅ)に示すように、上記段差部
３４aをエッチングにより、選択的に除去する。このエ
ッチングは、下地である第２薄膜３３および酸化膜等の
被膜３５に対して、高い選択比をもったエッチング条件
でエッチングを行う。このエッチングによって、被膜３
５の膜厚に略等しい幅と、段差部３４aの膜厚に略等し
い高さとを有するサイドウォールによるエッチングマス
ク３５bを形成する。

【００６８】次に、図３(ｆ)に示すように、上記エッチ
ングマスク３５bを介して第２薄膜３３をエッチングし
て、微細パターン３３aを形成する。このとき、微細パ
ターン３３aのエッジ(両側壁)が表面に対してほぼ垂直
になるようなエッチング条件で、かつ、酸化膜等の絶縁
体からなる第１薄膜３２aおよび単結晶シリコン等の半
導体基板３１に対して高い選択比を持つエッチング条件
でエッチングを行う。

【００６９】次に、図３(ｇ)に示すように、上記微細パ
ターン３３aをマスクとして、異方性エッチングによ
り、絶縁体からなる第１薄膜３２および半導体基板３１
をエッチングして、細線状の突起部３１aを形成する。
このとき、半導体基板３１は、深さ約１５ｎｍエッチン
グされるようにする。また、このエッチングは、絶縁体
からなる第２薄膜３３に対して、十分に高い選択比をも
ったエッチング条件で行う。

【００７０】次に、図３(ｈ)に示すように、シリコンナ
イトライド等の酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体か
らなる微細パターン３３aを酸化用マスクとして、半導
体基板３１を酸化して、半導体基板３１表面の微細パタ
ーン３３aのない領域および微細パターン３３a下の突起
部３１aの側壁部に、膜厚約２０ｎｍの半導体酸化膜３
６を形成する。これにより、絶縁体からなる微細パター
ン３３a下に形成される細線状の突起部３１aの幅が縮小
される。この半導体酸化膜３６の酸化膜厚の設定によ
り、細線状の突起部３１aの幅を精密に制御することが
可能である。また、半導体基板３１としてＳＯＩ基板を
用いた場合には、半導体酸化膜３６の形成時に、埋め込
み酸化膜を通しての酸化種の拡散により、埋め込み酸化
膜半導体基板界面からの酸化が進行する。これにより、
酸化膜半導体基板の高さも縮小することも可能である。

【００７１】次に、図３(ｉ)に示すように、微細パター
ン３３aをエッチングにより除去する。ここで、微細パ
ターン３３aのエッチングは、半導体酸化膜３６および
絶縁体からなる第１薄膜３２に対して、高い選択比を持
った条件で行う。

【００７２】次に、図３(ｊ)に示すように、酸化膜等の
絶縁体からなる第１薄膜３２をエッチングにより除去し
て、半導体基板３１の表面を露出させ、量子細線３７を
形成する。ここで、半導体基板３１として、２５ｎｍ以
下の膜厚のＳＯＩ基板を用いた場合には、周囲より完全
に分離された量子細線を実現することも可能である。

【００７３】このように、上記第２薄膜３３を異方性エ
ッチングすることにより形成された微細パターン３３a
をマスクとして、第１薄膜３２と半導体基板３１を異方
性エッチングして、半導体基板３１に細線状の突起部３
１aを形成した後、微細パターン３３aをマスクとして、
半導体基板３１の突起部３１aを除く領域および突起部
３１aの両側壁を選択酸化して、微細パターン３３a下に
量子細線を形成することによって、選択酸化を行うと同
時に、半導体基板３１の突起部３１a上面の露出した領
域の幅を制御性よく縮小できる。これにより、１０ｎｍ
以下の幅を有する量子細線を上記被膜３５の膜厚制御性
に依らず、再現性よくかつ正確に形成でき、量子細線の
加工精度と制御性を向上できる。

【００７４】（第４実施形態）上記第１,第２実施形態
では、選択エピタキシャル成長を用いて量子細線を形成
しているが、成長により形成された量子細線は、基板か
ら分離されていないため、キャリアの閉じ込めによる量
子現象の発現が困難であることが考えられる。そこで、
この発明の第４実施形態では、周囲から分離された量子
細線を実現すると共に、量子細線のサイズの縮小を精密
に制御することを可能とするものである。

【００７５】図４,図５はこの発明の第４実施形態の量
子細線の製造方法における各工程の基板断面図である。

【００７６】図４(ａ)は、第１実施形態により形成され
た量子細線を用いた場合について示しており、４１は量
子細線、４２は半導体基板、４３は半導体酸化膜であ
る。

【００７７】まず、図４(ｂ)に示すように、半導体酸化
膜４３を除去して、量子細線４１および半導体基板４２
を露出させる。

【００７８】次に、図４(ｃ)に示すように、量子細線４
１および半導体基板４２を酸化する。このとき、半導体
基板４２表面を酸化すると同時に、量子細線４１直下の
領域においても、半導体酸化膜４３を形成する。これに
より、量子細線４１が半導体基板４２により分離され
る。また、酸化により酸化膜４４を形成するため、量子
細線４１の大きさを制御性よく縮小することも可能であ
る。これにより、キャリア閉じ込めに必要な量子細線の
サイズを容易に得ることができる。

【００７９】また、図５(ａ)は、第２実施形態により形
成された量子細線を用いた場合について示しており、５
１は量子細線、５２は半導体基板、５３は半導体酸化膜
である。

【００８０】まず、図５(ｂ)に示すように、半導体酸化
膜５３を除去して、量子細線５１および半導体基板５２
を露出させる。

【００８１】続いて、図５(ｃ)に示すように、量子細線
５１および半導体基板５２を酸化する。このとき、半導
体基板５２表面が酸化されると同時に、量子細線５１直
下の領域においても、半導体酸化膜５３を形成する。こ
れにより、量子細線５１が半導体基板５２により分離さ
れる。また、酸化により酸化膜５４が形成されるため、
量子細線５１の大きさを制御性よく縮小することも可能
である。これにより、キャリア閉じ込めに必要な量子細
線のサイズを容易に得ることができる。なお、この第２
実施形態の量子細線は、量子細線下の半導体基板の突起
部の幅が狭いので、第１実施形態の量子細線よりもより
容易に絶縁分離が達成できる。

【００８２】このように、上記酸化により形成された半
導体酸化膜４３,５３により、量子細線４４,５４と半導
体基板４２,５２とを絶縁分離することによって、量子
細線４４,５４が絶縁膜により完全に周囲から分離され
て量子化されて、量子細線４４,５４が１次元伝導を示
すので、超高速な電気伝導が実現できる。また、同時に
酸化により量子細線４４,５４の断面積が縮小されるの
で、熱雑音の影響を軽減でき、量子化の効率を向上でき
る。

【００８３】また、上記半導体基板４２,５２に単結晶
シリコンを用いた場合、量子細線４４,５４の結晶性が
よいと共に、酸化により量子細線４４,５４と半導体基
板４２,５２とがシリコン酸化膜により絶縁分離される
ために安定性に優れている。

【００８４】上記第１〜第４実施形態では、量子細線の
数を２としたが、量子細線の数は１または３以上であっ
てもよい。

【００８５】また、上記第１〜第４実施形態の量子細線
の製造方法を用いて、優れた特性の量子効果デバイス
(超高速トランジスタ,半導体メモリ等)を実現すること
ができる。

【００８６】

【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
量子細線の製造方法によれば、半導体基板表面に絶縁体
からなる第１薄膜を形成し、その第１薄膜の表面に酸化
種の拡散性が低い耐酸化性絶縁体からなる第２薄膜を形
成した後、その第２薄膜の表面に半導体または絶縁体か
らなる第３薄膜を堆積し、その後、その第３薄膜をパタ
ーニングして段差部を形成し、少なくとも段差部の全面
に被膜を形成した後、その被膜を異方性エッチングする
ことにより段差部の側壁にサイドウォールを形成して、
上記段差部を選択的にエッチバックし、サイドウォール
によるマスクを形成し、上記サイドウォールによるマス
クを用いて、絶縁体からなる第２薄膜を異方性エッチン
グして、絶縁体からなる微細パターンを形成した後、上
記絶縁体からなる微細パターンを酸化用マスクとして選
択酸化を行って、上記絶縁体からなる微細パターンを選
択的に除去すると共に、上記微細パターン下の第１薄膜
を除去して、半導体基板を露出させ、上記半導体表面が
露出した部分に量子細線をエピタキシャル成長させるの
で、従来から用いられているＳi基板等の半導体基板を
用いて量子細線の形成が可能で、低コストで量子細線を
形成できる。

【００８７】また、半導体基板を１枚用いるだけなの
で、絶縁層を介した２枚のＳi基板の貼り合せという特
殊な基板形成技術を必要とせず、容易にかつ低コストで
量子細線を形成できる。また、半導体基板を露出させる
ときに、段差部間を埋め込む必要がないため、ダミーパ
ターン等が必要なく、設計上の制約を減らすことが可能
である。さらに、高アスペクト比の溝のエッチングが不
要なため、容易に、再現性よく、均一な量子細線を形成
することが可能である。

【００８８】また、一般的な成膜技術,リソグラフィ技
術およびエッチング技術等を用いて、上記量子細線を形
成するので、位置および寸法の制御性,均一性に優れ、
再現性がよいと共に、簡単な工程で低コストに量子細線
を製造でき、高歩留まりで生産性に優れた量子細線の製
造ができる。

【００８９】また、第２の発明の量子細線の製造方法に
よれば、上記第１の量子細線の製造方法と同様にして、
半導体基板上に絶縁体からなる第１薄膜、酸化種の拡散
性が低い耐酸化性絶縁体からなる第２薄膜、パターニン
グされた半導体または絶縁体からなる第３薄膜、被膜を
形成後、その被膜を異方性エッチングして、段差部の側
壁にサイドウォールを形成し、そのサイドウォールをマ
スクとして第２薄膜を異方性エッチングすることにより
絶縁体からなる微細パターンを形成し、さらにこの微細
パターンをマスクとして絶縁体からなる第１薄膜および
半導体基板をエッチングした後、選択酸化を行った後、
絶縁体からなる微細パターンと絶縁体からなる第１薄膜
を除去して、半導体基板を露出させ、量子細線をエピタ
キシャル成長させるので、選択酸化時に、半導体基板の
突起部の側壁にも側方から酸化が進むため、半導体基板
の露出部の幅を制御性よく縮小可能で、加工精度を向上
でき、再現性よく量子細線を製造できる。

【００９０】また、第３の発明の量子細線の製造方法に
よれば、上記第２の発明の量子細線の製造方法と同様に
して、絶縁体からなる微細パターンをマスクとして半導
体基板をエッチングすることにより、エピタキシャル成
長を用いることなく、直接、量子細線を形成するので、
製造工程数を減らして、容易にかつ低コストに量子細線
を製造することができる。また、同時にスループットも
向上するので、生産性が向上する。

【００９１】また、上記第１,第２の発明の量子細線の
製造方法において、上記量子細線を酸化して、量子細線
と半導体基板とを絶縁分離することによって、量子細線
内でキャリアが完全に閉じ込められ、効率的に量子化を
引き起こすことができ、同時に量子細線の寸法を制御性
よく縮小することが可能である。したがって、加工の正
確性,再現性が向上し、高い歩留まりで量子細線を製造
できる。

【００９２】また、上記酸化種の拡散性が低い耐酸化性
絶縁体からなる第２薄膜として、シリコンナイトライド
を用いることによって、半導体基板の選択酸化において
選択性、量子細線成長前の除去の選択性に優れ、均一
性,再現性よく、低コストで量子細線を製造できる。

【００９３】また、上記半導体または絶縁体からなる第
３薄膜として、ポリシリコンまたはアモルファスシリコ
ンを用いることによって、パターニング時の加工精度が
優れていると共に、段差部の側壁にサイドウォール被膜
を形成した後の段差部を除去するときの選択性に優れて
いる。また、上記被膜を形成するときに、酸化または窒
化を利用することが可能であり、これにより膜厚１０ｎ
ｍ以下の被膜形成においても均一性,制御性がよい。し
たがって、低コストで、均一性,再現性よく、制御性の
よい量子細線を製造できる。

【００９４】また、上記半導体基板に単結晶シリコンを
用いることによって、量子細線の結晶性がよいと共に、
酸化により量子細線と半導体基板との絶縁分離を行った
場合、シリコン酸化膜により絶縁分離されるために安定
性に優れており、低コストで、再現性よく高歩留まりな
量子細線を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の第１実施形態の量子細線の
製造方法を示す基板断面図である。

【図２】 図２はこの発明の第２実施形態の量子細線の
製造方法を示す基板断面図である。

【図３】 図３はこの発明の第３実施形態の量子細線の
製造方法を示す基板断面図である。

【図４】 図４はこの発明の第４実施形態の量子細線の
製造方法を示す基板断面図である。

【図５】 図５は上記第４実施形態の量子細線の製造方
法を示す基板断面図である。

【図６】 図６は従来のサイドウォール法で形成したマ
スクを用いた量子細線の製造方法を示す工程図である。

【図７】 図７は従来の２枚のＳiウェハ貼り合せによ
る量子細線の製造方法を示す工程図である。

【図８】 図８は他の従来の量子細線の製造方法を示す
工程図である。

【符号の説明】

１１,２１,３１,４２,５２…半導体基板、 １２,２２,３２…第１薄膜、 １３,２３,３３…第２薄膜、 １４,２４,３４…第３薄膜、 １５,２５,３５…被膜、 １６,２６,３６,４３,５３…半導体酸化膜、 １７,２７,３７,４１,５１…量子細線、 ５４…酸化膜、 １１１…被エッチング基板、 １１２…レジスト、 １１３…ＳiＯ₂被膜、 １１４…サイドウォール、 １２１…Ｓi基板、 １２２…凸部、 １２３…ＳiＯx系絶縁膜、 １２４…別のＳi基板、 １２５…島状Ｓi、 １２６…ポリシリコンパターン、 １２７…熱酸化膜、 １２８…サイドウォール、 １２９…量子細線、 １３１…半導体基板、 １３２…第１酸化膜、 １３３…第１窒化膜、 １３４…第２酸化膜、 １３５…第２窒化膜、 １３７…溝、 １３８…量子細線、 １３９…第３酸化膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 智也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AB02 AC01 AD09 AD10 AE05 AF03 AF20 BB08 DA56 DB02 5F058 BA20 BC02 BD03 BJ01 BJ04 BJ10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板表面に絶縁体からなる第１薄
   膜を形成する工程と、 上記第１薄膜表面に酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁
   体からなる第２薄膜を形成する工程と、 上記第２薄膜表面に半導体または絶縁体からなる第３薄
   膜を形成する工程と、 上記第３薄膜をパターニングすることにより段差部を形
   成する工程と、 少なくとも上記段差部の全面に被膜を形成する工程と、 上記被膜を異方性エッチングすることにより上記段差部
   の側壁にサイドウォールを形成する工程と、 上記サイドウォールを形成した後、上記段差部を選択的
   にエッチバックすることによりサイドウォールによるマ
   スクを形成する工程と、 上記サイドウォールによるマスクを用いて、上記第２薄
   膜を異方性エッチングすることにより微細パターンを形
   成する工程と、 上記微細パターンを酸化用マスクとして選択酸化を行う
   工程と、 上記選択酸化の工程の後、上記微細パターンを選択的に
   除去する工程と、 上記微細パターンを選択的に除去することにより露出し
   た上記第１薄膜を除去して、上記半導体基板を露出させ
   る工程と、 上記半導体基板の露出した領域上に量子細線をエピタキ
   シャル成長させる工程とを有することを特徴とする量子
   細線の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体基板表面に絶縁体からなる第１薄
   膜を形成する工程と、 上記第１薄膜表面に酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁
   体からなる第２薄膜を形成する工程と、 上記第２薄膜表面に半導体または絶縁体からなる第３薄
   膜を形成する工程と、 上記第３薄膜をパターニングすることにより段差部を形
   成する工程と、 少なくとも上記段差部の全面に被膜を形成する工程と、 上記被膜を異方性エッチングすることにより上記段差部
   の側壁にサイドウォールを形成する工程と、 上記サイドウォールを形成した後、上記段差部を選択的
   にエッチバックすることによりサイドウォールによるマ
   スクを形成する工程と、 上記サイドウォールによるマスクを用いて、上記第２薄
   膜を異方性エッチングすることにより微細パターンを形
   成する工程と、 上記微細パターンをマスクとして上記第１薄膜および上
   記半導体基板を異方性エッチングすることにより、上記
   微細パターン下の上記半導体基板に突起部を形成する工
   程と、 上記異方性エッチングにより上記突起部が形成された上
   記半導体基板を上記微細パターンを酸化用マスクとし
   て、上記半導体基板の露出した領域を選択酸化する工程
   と、 上記選択酸化の工程の後、上記微細パターンを選択的に
   除去する工程と、 上記微細パターンを除去した後、上記第１薄膜を除去す
   ることにより上記半導体基板の上記突起部上面を露出さ
   せる工程と、 上記半導体基板の上記突起部上面が露出した領域上に量
   子細線をエピタキシャル成長させる工程とを有すること
   を特徴とする量子細線の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板表面に絶縁体からなる第１薄
   膜を形成する工程と、 上記第１薄膜表面に酸化種の拡散性が低い耐酸化性絶縁
   体からなる第２薄膜を形成する工程と、 上記第２薄膜表面に半導体または絶縁体からなる第３薄
   膜を形成する工程と、 上記第３薄膜をパターニングすることにより段差部を形
   成する工程と、 少なくとも上記段差部の全面に被膜を形成する工程と、 上記被膜を異方性エッチングすることにより上記段差部
   の側壁にサイドウォールを形成する工程と、 上記サイドウォールを形成した後、上記段差部を選択的
   にエッチバックすることによりサイドウォールによるマ
   スクを形成する工程と、 上記サイドウォールによるマスクを用いて、上記第２薄
   膜を異方性エッチングすることにより微細パターンを形
   成する工程と、 上記微細パターンをマスクとして上記半導体基板を異方
   性エッチングすることにより、上記微細パターン下の上
   記半導体基板に突起部を形成する工程と、 上記半導体基板に上記突起部を形成した後、上記微細パ
   ターンを酸化用マスクとして、上記半導体基板の露出し
   た領域を選択酸化する工程とを有することを特徴とする
   量子細線の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の量子細線の製
   造方法において、 上記量子細線をエピタキシャル成長させた上記半導体基
   板を酸化することにより上記半導体基板と上記量子細線
   とを絶縁分離する工程を有することを特徴とする量子細
   線の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   量子細線の製造方法において、 上記第２薄膜がシリコンナイトライドからなることを特
   徴とする量子細線の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   量子細線の製造方法において、 上記第３薄膜がポリシリコンまたはアモルファスシリコ
   ンからなることを特徴とする量子細線の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
   量子細線の製造方法において、 上記半導体基板が単結晶シリコンからなることを特徴と
   する量子細線の製造方法。