JP2003266400A

JP2003266400A - シリコン酸化物ナノ構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2003266400A
Application number: JP2002363162A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fukutani; 和彦福谷; Toru Den; 透田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2003-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】発光デバイス、光デバイス、マイクロデバイ
スなどの機能材料として、利用可能な細孔を有するシリ
コン酸化物ナノ構造体の製造方法を提供する。【解決手段】（ａ）アルミニウムとシリコンを用意す
る工程、（ｂ）該アルミニウムとシリコンを非平衡状態
で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む
柱状構造体と該柱状構造体を取り囲むシリコン領域とを
有し、アルミニウムとシリコンの全量に対してシリコン
を２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％の割合で含有するアルミニ
ウムシリコン混合膜を形成する工程及び（ｃ）該アルミ
ニウムシリコン混合膜を陽極酸化して細孔を形成する工
程を有するシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン酸化物ナ
ノ構造体の製造方法に関し、特に平均孔径が１０ｎｍ以
下で、平均間隔が１５ｎｍ以下の微細な細孔がシリコン
酸化物により互いに分離されており、該細孔が膜面に対
して垂直またはほぼ垂直に形成されているシリコン酸化
物ナノ構造体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属及び半導体の薄膜、細線、ドットな
どでは、ある特徴的な長さより小さなサイズにおいて、
電子の動きが閉じ込められることにより、特異な電気
的、光学的、化学的特性を示すことがある。このような
観点から、機能性材料として、数十ｎｍより微細なサイ
ズ（幅や膜厚など）をもつ構造を有する材料（以降、
「ナノ構造体」）への関心が高まっている。

【０００３】こうしたナノ構造体の作製方法としては、
例えば、フォトリソグラフィーをはじめ、電子線露光、
Ｘ線露光などの微細パターン形成技術をはじめとする半
導体加工技術によって直接的にナノ構造体を作製する方
法が挙げられる。

【０００４】しかし、この半導体加工技術による直接的
なナノ構造体の製造は、歩留まりの悪さや装置のコスト
が高いなどの問題があり、簡易な手法で再現性よく作製
できる手法が望まれている。

【０００５】そこで、このような半導体加工技術による
ナノ構造体の作製方法のほかに、自然に形成される規則
的な構造、すなわち自己規則的に形成される構造をベー
スに、新規なナノ構造体を実現しようとする試みがあ
る。これらの手法は、ベースとして用いる微細構造によ
っては、従来の方法を上まわる微細で特殊な構造を作製
できる可能性があるため、多くの研究が行われはじめて
いる。

【０００６】このような自己規則的手法として、ナノサ
イズの細孔を有するナノ構造体を制御よく大面積に形成
できる陽極酸化が挙げられる。たとえば、アルミニウム
を酸性浴中で陽極酸化することで作製する陽極酸化アル
ミナが知られている。

【０００７】まず、アルミニウムの陽極酸化は、アルミ
ニウム板あるいは基板上に形成されたアルミニウム膜を
酸性電解質中で陽極酸化すると、多孔質酸化被膜（陽極
酸化アルミナ）が形成される（例えば、非特許文献１参
照。）。この多孔質酸化被膜の特徴は、直径が数ｎｍ〜
数百ｎｍの極めて微細な円柱状細孔（ナノホール）が、
数十ｎｍ〜数百ｎｍの間隔（セルサイズ）で平行に配列
するという特異的な幾何学的構造を有することにある。
この円柱状の細孔は、細孔間隔が数十ｎｍ以上の場合で
は、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも比
較的優れている。この細孔の径及び間隔は、陽極酸化の
際の酸の種類、電圧を調整することによりある程度の制
御が可能である。具体的には電圧を低下させると細孔の
間隔を低減できる。また、陽極酸化被膜の厚さ及び細孔
の深さは、陽極酸化の時間を制御することにより、ある
程度の制御が可能である。

【０００８】また、この陽極酸化アルミナの特異的な幾
何学構造、あるいは色彩・耐久性に着目した、さまざま
な応用が試みられている。益田による解説が詳しいが、
以下、応用例を列記する。たとえば、皮膜を剥離してフ
ィルターへの応用がある。さらには、ナノホール内に金
属や半導体等を充填する技術や、ナノホールのレプリカ
技術を用いることより、着色、磁気記録媒体、ＥＬ発光
素子、エレクトロクロミック素子、光学素子、太陽電
池、ガスセンサをはじめとするさまざまな応用が試みら
れている。さらには、量子細線、ＭＩＭ素子などの量子
効果デバイス、ナノホールを化学反応場として用いる分
子センサー、など多方面への応用が期待されている（例
えば、非特許文献２参照。）。

【０００９】また、このような陽極酸化アルミナの他
に、ナノサイズの細孔を有するナノ構造体を作製する方
法として、シリコンの陽極化成がある。このシリコンの
陽極化成は結晶シリコンあるいは多結晶シリコンをＨＦ
（フッ化水素酸）をベースとした水溶液中で陽極化成を
行うと多孔質シリコンが形成される（例えば、非特許文
献３参照。）。この多孔質シリコンは表面あるいは内部
に１〜数１０ｎｍ程度の微小細孔が無数に存在してい
る。この微小細孔はマクロに見た場合、ほぼ膜面に対し
て垂直な構造となっているが、その形状や密度は陽極化
成の条件によって大きく変化する。

【００１０】このような観点から自己規則的手法、特に
アルミニウムの陽極酸化やシリコンの陽極化成の手法
は、ナノ構造体を容易に、また大面積のナノ構造体を作
製することが可能であることから望ましい。特に、陽極
酸化アルミナあるいは陽極化成シリコン（多孔質シリコ
ン）中の微小細孔を、基板に垂直に、かつ、非常に高密
度に作製した構造は、量子効果を利用したデバイスへの
応用、あるいは超高密度記録媒体を作製する為には重要
である。

【００１１】一方、このような、陽極酸化アルミニウム
や多孔質シリコンのように基板に対して垂直方向にナノ
サイズの細孔を有するナノ構造体を作製する方法ではな
いが、基板に対して平行にナノサイズの細孔を有するナ
ノ構造体を作製する方法としてメソポーラスシリカの合
成がある。例えば、基板上に径の揃ったメソポアが蜂の
巣状に配列した構造を有するメソポーラスシリカ薄膜を
作成する方法としては、スピンコートによる方法（例え
ば、非特許文献４参照。）、ディップコートによる方法
（例えば、非特許文献５参照。）、固体表面に膜を析出
させる方法（例えば、非特許文献６参照。）等がある。

【００１２】

【非特許文献１】ＲＣ．Ｆｕｒｎｅａｕｘ、Ｗ．Ｒ．Ｒ
ｉｇｂｙ＆Ａ．Ｐ．Ｄａｖｉｄｓｏｎ“Ｎａｔｕｒｅ”
Ｖｏｌ．３３７、１９８９年、ｐ１４７

【非特許文献２】益田“固体物理”３１，１９９６年、
ｐ４９３

【非特許文献３】Ｄ．Ｒ．Ｔｕｒｎｅｒ：“Ｊ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．”１９８５年、ｐ１０５、
ｐ４０２

【非特許文献４】“ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉ
ｃａｔｉｏｎｓ”、１９９６巻、ｐ１１４９

【非特許文献５】“Ｎａｔｕｒｅ”第３８９巻、ｐ３６
４

【非特許文献６】“Ｎａｔｕｒｅ”第３７９巻，ｐ７０
３

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで本発明者ら
は、このようなナノ構造体のデバイスへの応用形態の検
討の過程において、ナノ構造体として、１０ｎｍ以下の
サイズのナノホールを高密度に膜面に対して垂直に形成
することが可能であれば、ナノ構造体のデバイスへの応
用範囲をより拡大させることができるとの認識を持つに
至った。即ち、例えば、直径が１０ｎｍ以下のナノホー
ルを間隔１５ｎｍ以下で形成し、その中に金属や半導体
などの電気伝導材料を形成することで単電子メモリ、単
電子トランジスタなどの量子効果デバイスに適応でき
る。さらに、磁性体金属を充填することで、超高密度記
録媒体としても応用できる。

【００１４】また、特にナノ構造体を構成する材料がシ
リコン酸化物を主成分とする材料であれば、ナノホール
内に充填した材料が電気的に絶縁性され、ナノ構造体の
デバイスへの応用範囲をより拡大させることができると
の認識を持つに至った。

【００１５】しかしながら、アルミニウムの陽極酸化で
は、細孔の間隔を１０ｎｍ以下にするために、陽極酸化
電圧を低下させると、図１０のようにお互いの細孔７
１，７２が陽極酸化アルミナ７３で形成される壁で隔た
れなくなり、すべての細孔を独立化させることができな
い。

【００１６】また、シリコンの陽極化成では、マクロ的
に見た場合、細孔は膜面に対して垂直に形成されている
が、より詳細に観察すると図１１のようにランダムもし
くは樹状に孔を伸ばした構造となっているため、細孔８
１の形状が一定でなくなり、単電子メモリ、単電子トラ
ンジスタなどの量子効果デバイスに適応する際に不都合
が生じてしまう。（Ｍ．Ｉ．Ｊ．Ｂｅａｌｅ、Ｎ．Ｇ．
Ｃｈｅｗ、Ｍ．Ｊ．Ｕｒｅｎ、Ａ．Ｇ．Ｃｕｌｌｉｓ、
Ｊ．Ｄ．Ｂｅｎｊａｍｉｎ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．４６、８６（１９８５）参照）。

【００１７】さらにメソポーラスシリカでは、細孔の形
成は基板面あるいは膜面に対して平行であるため、電極
の形成が困難であり、単電子メモリ、単電子トランジス
タなどの量子効果デバイスに適応する際に不都合が生じ
てしまう。

【００１８】このような技術的背景により、本発明者ら
は種々検討を重ねた結果、細孔の平均孔径が１０ｎｍ以
下であり、かつ細孔の平均間隔が１５ｎｍ以下であり、
該細孔が柱状形状でお互いに独立し、かつ膜面に対して
垂直またはほぼ垂直であり、かつ該細孔を隔てる壁材料
が電気的に絶縁性の高いシリコン酸化物であるナノ構造
体を形成できる方法を見出し、本発明に至った。

【００１９】即ち本発明の目的は、デバイスへの応用範
囲をより拡大することができる、膜面に対して垂直また
はほぼ垂直な方向に微細な細孔を有するシリコン酸化物
ナノ構造体を、半導体加工技術に比べて安価で、かつ簡
単な方法で製造する方法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第一の発
明は、アルミニウムを含む柱状構造体と該柱状構造体を
取り囲むシリコン領域とを有し、アルミニウムとシリコ
ンの全量に対してシリコンを２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％
の割合で含有するアルミニウムシリコン混合膜を用意す
る工程、及び該アルミニウムシリコン混合膜を陽極酸化
する工程を有するシリコン酸化物構造体の製造方法であ
る。

【００２１】また、本発明の第二の発明は、（ａ）アル
ミニウムとシリコンを用意する工程、（ｂ）該アルミニ
ウムとシリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を
用いて、アルミニウムを含む柱状構造体と該柱状構造体
を取り囲むシリコン領域とを有し、アルミニウムとシリ
コンの全量に対してシリコンを２０〜７０ａｔｏｍｉｃ
％の割合で含有するアルミニウムシリコン混合膜を形成
する工程及び（ｃ）該アルミニウムシリコン混合膜を陽
極酸化して細孔を形成する工程を有することを特徴とす
るシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法である。

【００２２】本発明の第三の発明は、（ａ）アルミニウ
ムとシリコンを用意する工程、（ｂ）該アルミニウムと
シリコンを非平衡状態で物質を形成する成膜法を用い
て、アルミニウムを含む柱状構造体と該柱状構造体を取
り囲むシリコン領域とを有し、アルミニウムとシリコン
の全量に対してシリコンを２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％の
割合で含有するアルミニウムシリコン混合膜を形成する
工程、（ｃ）該アルミニウムシリコン混合膜を陽極酸化
して細孔を形成する工程及び（ｄ）該細孔の孔径を広げ
る工程を有することを特徴とするシリコン酸化物ナノ構
造体の製造方法である。

【００２３】本発明において、上記の様に、アルミニウ
ムシリコン混合膜を形成する工程において、非平衡状態
で物質を形成する成膜法を用いた理由は、このような非
平衡状態で物質を形成する成膜法では、通常の熱的過程
では、転移してしまう相（例えば準安定相）が凍結され
て、非平衡状態として実現できる。すなわち、この方法
で作製されたアルミニウムシリコン混合膜は、アルミニ
ウムとシリコンが準安定状態（非平衡状態）の共晶型組
織となり、アルミニウムがシリコンマトリックス内に孔
径数ｎｍレベルのナノ構造（アルミニウム柱状構造体）
を形成し、アルミニウムとシリコンが自己組織的に分離
するからである。

【００２４】また、アルミニウムとシリコンの全量に対
して、シリコンを２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％の割合にし
たアルミニウムシリコン膜を形成する理由は、この範囲
のみでアルミニウムがシリコンのマトリックス内に柱状
形状をしたナノ柱状構造体を形成するからである。つま
り、シリコンの量がアルミニウムとシリコンの全量に対
して２０ａｔｏｍｉｃ％未満の場合はアルミニウムが帯
状形状となり、柱状形状をしたナノ構造を形成しない。
一方、シリコンの量がアルミニウムとシリコンの全量に
対して７０ａｔｏｍｉｃ％を越える場合は、通常の電子
顕微鏡ではアルミニウムを含む柱状構造体を確認できな
い。

【００２５】また、アルミニウムシリコン混合膜を陽極
酸化することで、室温（２５℃）以下で細孔の形成と、
シリコンの酸化を同時に行うことが可能となるため、シ
リコン酸化物ナノ構造体を室温程度の低温で作製するこ
とが可能となる。

【００２６】また、本発明にかかるシリコン酸化物ナノ
構造体の製造方法は、非平衡状態で物質を形成する成膜
法がスパッタリング法であることが望ましい。非平衡状
態で物質を形成する成膜法をスパッタリング法で行うこ
とで、真空蒸着法に比べて、アルミニウムとシリコンの
組成比を維持しやすい。

【００２７】また、細孔を広げる工程が酸あるいはアル
カリを用いたウエットエッチングであることが望まし
い。その結果、酸やアルカリの溶液に浸すだけで、簡単
に細孔の孔径を拡大することができる。なお、本発明に
おいて、アルミニウムを含む柱状構造体を「アルミニウ
ム柱状構造体」としても表わす。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるシリコン酸
化物ナノ構造体の製造方法について詳細に説明する。

【００２９】図１は、本発明のシリコン酸化物ナノ構造
体の製造方法の一実施態様を示す工程図である。図１に
おいて、本発明のシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法
は、下記の（ａ）工程〜（ｃ）工程を有することを特徴
とする。

【００３０】（ａ）工程：まずアルミニウムとシリコン
を用意する。（ｂ）工程：次に、該アルミニウムとシリコンを非平衡
状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板上にアルミ
ニウムシリコン混合膜を形成する。成膜されたアルミニ
ウムシリコン混合膜は、アルミニウムを含む柱状構造体
と該柱状構造体を取り囲むシリコン領域とを有し、アル
ミニウムとシリコンの全量に対してシリコンを２０〜７
０ａｔｏｍｉｃ％の割合で含有する混合膜からなる。

【００３１】（ｃ）工程：次に、該アルミニウムシリコ
ン混合膜を陽極酸化して細孔を形成する。陽極酸化によ
り、アルミニウムを含む柱状構造体からアルミニウムが
除去されて細孔が形成されると同時に、シリコン領域の
シリコンの酸化が行われシリコン酸化物領域が形成さ
れ、細孔を有するシリコン酸化物ナノ構造体が得られ
る。

【００３２】図２は、本発明のシリコン酸化物ナノ構造
体の製造方法の他の実施態様を示す工程図である。図２
において、本発明のシリコン酸化物ナノ構造体の製造方
法は、下記の（ａ）工程〜（ｄ）工程を有することを特
徴とする。

【００３３】（ａ）工程：まずアルミニウムとシリコン
を用意する。（ｂ）工程：次に、該アルミニウムとシリコンを非平衡
状態で物質を形成する成膜法を用いて、基板上にアルミ
ニウムシリコン混合膜を形成する。成膜されたアルミニ
ウムシリコン混合膜は、アルミニウムを含む柱状構造体
と該柱状構造体を取り囲むシリコン領域とを有し、アル
ミニウムとシリコンの全量に対してシリコンを２０〜７
０ａｔｏｍｉｃ％の割合で含有する混合膜からなる。

【００３４】（ｃ）工程：次に、該アルミニウムシリコ
ン混合膜を陽極酸化して細孔を形成する。陽極酸化によ
り、アルミニウムを含む柱状構造体からアルミニウムが
除去されて細孔が形成されると同時に、シリコン領域の
シリコンの酸化が行われシリコン酸化物領域が形成され
る。

【００３５】（ｄ）工程：さらに、酸あるいはアルカリ
を用いたウエットエッチングを行なって、形成された細
孔の孔径を広げることにより、細孔を有するシリコン酸
化物ナノ構造体が得られる。

【００３６】次に、本発明のシリコン酸化物ナノ構造体
の製造方法を図面に基づいて説明する。図３は本発明の
シリコン酸化物ナノ構造体の製造方法の一例を示す説明
図である。図３の（ａ）〜（ｄ）の順に追って説明す
る。以下の工程（ａ）〜（ｄ）は、図３の（ａ）〜
（ｄ）に対応する。

【００３７】（ａ）工程：アルミニウムとシリコンを用
意する工程原料としてのシリコン及びアルミニウムを、例えば、図
４に示すように、アルミニウムのターゲット２２上にシ
リコンチップ２３を配置する。

【００３８】（ｂ）工程：アルミニウムシリコン混合膜
の形成次に、基板上にアルミニウムシリコン混合膜を形成す
る。ここでは、非平衡状態で物質を形成する成膜法とし
て、スパッタリング法を用いた例を示す。

【００３９】基板１２上に、非平衡状態で物質を形成す
る成膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、
アルミニウムシリコン混合膜１３を形成する。アルミニ
ウムシリコン混合膜１３は、アルミニウムを主成分とす
る組成からなるアルミニウム柱状構造体１１と、その周
囲のシリコンを主成分とするシリコン領域１４から構成
される。

【００４０】図４を用いて、非平衡状態で成膜する方法
として、スパッタリング法を用いてアルミニウムシリコ
ン混合体を成膜する方法について説明する。なお、図４
において、２１が基板、２２がアルミニウムのスパッタ
リングターゲット、２３がシリコンチップである。スパ
ッタリング法を用いる場合は、アルミニウムとシリコン
の割合を簡単に変化させることができる。図４に示した
ように、基板２１上に、非平衡状態で物質を形成する成
膜法であるマグネトロンスパッタリング法により、アル
ミニウムシリコン混合膜を形成する。

【００４１】原料としてのシリコン及びアルミニウム
は、例えば、図４のようにアルミニウムのターゲット２
２上にシリコンチップ２３を配することで達成される。
シリコンチップは、図４では、複数に分けて配置してい
るが、勿論これに限定されるものではなく、所望の成膜
が可能であれば、１つであっても良い。但し、均一なア
ルミニウムを含む柱状構造体をシリコン領域内に均一に
分散させるには、基板２１に対象に配置しておくのがよ
い。

【００４２】また、所定量のアルミニウムとシリコンと
の粉末を焼成して作製したアルミニウムシリコン焼成物
を成膜のターゲット材として用いることもできる。ま
た、アルミニウムターゲットとシリコンターゲットを別
々に用意し、同時に両方のターゲットをスパッタリング
する方法を用いても良い。

【００４３】形成される膜中のシリコンの量は、アルミ
ニウムとシリコンの全量に対して２０〜７０ａｔｏｍｉ
ｃ％であり、好ましくは２５〜６５ａｔｏｍｉｃ％、さ
らに好ましくは３０〜６０ａｔｏｍｉｃ％である。シリ
コン量が斯かる範囲内であれば、シリコン領域内にアル
ミニウムの柱状構造体が分散したアルミニウムシリコン
混合膜が得られる。

【００４４】本発明において、シリコンとアルミニウム
の割合を示すａｔｏｍｉｃ％とは、シリコンとアルミニ
ウムの原子の数の割合を示し、ａｔｏｍ％あるいはａｔ
％とも記載され、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法
（ＩＣＰ法）でアルミニウムシリコン混合膜中のシリコ
ンとアルミニウムの量を定量分析したときの値である。

【００４５】なお、上記割合においては、ａｔｏｍｉｃ
％を単位として用いているが、ｗｔ％を単位として用い
る場合は、例えばシリコンが２０ａｔｏｍｉｃ％以上７
０ａｔｏｍｉｃ％以下の場合は、２０．６５ｗｔ％以上
７０．８４ｗｔ％以下となる（ａｔｏｍｉｃ％からｗｔ
％への換算は、Ａｌの原子量を２６．９８２、Ｓｉの原
子量を２８．０８６としてＡｌとＳｉの重量比を求め、
（重量比）×（ａｔｏｍｉｃ％）の値からｗｔ％に換算
することができる。

【００４６】また、基板温度としては、２００℃以下で
あり、好ましくは１００℃以下、好ましくは室温（２５
℃）程度であるのがよい。なお、基板温度を２００℃以
上でアルミニウムシリコン混合膜を形成すると、アルミ
ニウムはシリコンとより安定な状態へ遷移してしまうた
め、アルミニウムはシリコンマトリックス中に数ｎｍレ
ベルの柱状形状をしたナノ構造体を形成しない。

【００４７】なお、このような方法でアルミニウムシリ
コン混合膜を形成すると、アルミニウムとシリコンが準
安定状態の共晶型組織となり、アルミニウムがシリコン
マトリックス中に孔径が数ｎｍレベルの柱状形状をした
ナノ構造（柱状構造体）を形成し、アルミニウムとシリ
コンが自己組織的に分離する。そのときのアルミニウム
のナノ構造はほぼ円柱状形状であり、その孔径は１〜１
０ｎｍであり、間隔は３〜１５ｎｍである。

【００４８】アルミニウムシリコン混合膜のシリコンの
量は、例えばアルミニウムターゲット上に置くシリコン
チップの量を変えることで制御できる。非平衡状態で成
膜を行う場合、特にスパッタリング法の場合は、アルゴ
ンガスを流したときの反応装置内の圧力は、０．２〜１
Ｐａ程度がよく、プラズマを形成するための出力は４イ
ンチターゲットの場合は１５０から１０００Ｗ程度が好
ましい。しかし、特に、これに限定されるものではな
く、アルゴンプラズマが安定に形成される圧力及び出力
であればよい。

【００４９】基板としては、例えば石英ガラスやプラス
チックをはじめとする絶縁体基板やシリコンやガリウム
砒素をはじめとする半導体基板、金属基板などの基板
や、これらの基板の上に１層以上の膜を形成したものが
挙げられる。なお、アルミニウムシリコン混合膜の形成
に不都合がなければ、基板の材質、厚さ、機械的強度な
どは特に限定されるものではない。また、基板の形状と
しては平滑な板状のものに限らず、曲面を有するもの、
表面にある程度の凹凸や段差を有するものなどが挙げら
れるが、アルミニウムシリコン混合膜に不都合がなけれ
ば、特に限定されるものではない。

【００５０】非平衡状態で物質を形成する成膜法は、ス
パッタリング法が好ましいが抵抗加熱蒸着、電子ビーム
蒸着（ＥＢ蒸着）をはじめとする任意の非平衡状態で物
質を形成する成膜法が適用可能である。また、成膜する
方法としては、シリコンとアルミニウムを同時に形成す
る同時成膜プロセスを用いても良いし、シリコンとアル
ミニウムを数原子層づつ積層する積層成膜プロセスを用
いてもよい。

【００５１】なお、スパッタリング法の場合は、ターゲ
ットとして、アルミニウムターゲット上にシリコンチッ
プを置いたもの、あるいはシリコンターゲット上にアル
ミニウムチップを置いたものでも良いし、あるいはアル
ミニウムとシリコンを焼結して作製したアルミニウムシ
リコン混合ターゲットでも良い。

【００５２】上記の様にして成膜されたアルミニウムシ
リコン混合膜１３は、アルミニウムを主成分とする組成
からなるアルミニウム柱状構造体１１と、その周囲のシ
リコンを主成分とするシリコン領域１４を備える。

【００５３】アルミニウムを含有する柱状構造体部１１
の組成は、アルミニウムを主成分とするが、柱状構造の
微細構造体が得られていれば、シリコン、酸素、アルゴ
ン、窒素などの他の元素を含有していてもよい。なお、
主成分とは、柱状構造体部の成分構成比においてアルミ
ニウムの割合が８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは９
０ａｔｏｍｉｃ％以上が望ましい。

【００５４】また、アルミニウム柱状構造体の周囲を取
り囲んでいるシリコン領域１４の組成は、シリコンを主
成分とするが、柱状構造の微細構造体が得られていれ
ば、アルミニウム、酸素、アルゴン、窒素、水素などの
各種の元素を含有してもよい。なお、主成分とは、シリ
コン領域の成分構成比においてシリコンの割合が８０ａ
ｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは９０ａｔｏｍｉｃ％以上
が望ましい。

【００５５】（ｃ）工程：細孔形成工程上記のアルミニウムシリコン混合膜を陽極酸化処理を行
うことで、細孔の形成とシリコンの陽極酸化を同時に行
い、シリコン酸化物ナノ構造体を形成する。

【００５６】図５は、本発明に用いる陽極酸化装置の一
例を示す概略図である。図５中、１はアルミニウムシリ
コン混合膜、４１は恒温槽、４２はＰｔ板のカソード、
４３は電解液、４４は反応容器、４５は陽極酸化電圧を
印加する電源、４６は陽極酸化電流を測定する電流計で
ある。図では省略してあるが、このほか電圧、電流を自
動制御したり、測定するコンピュータなどが組み込まれ
ている。

【００５７】アルミニウムシリコン混合膜１およびカソ
ード４２は、恒温槽４１により温度を一定に保たれた電
解液４３中に配置され、電源４５よりアルミニウムシリ
コン混合膜１、カソード４２間に電圧を印加することで
陽極酸化が行われる。

【００５８】陽極酸化に用いる電解液は、例えば、シュ
ウ酸、りん酸、硫酸、硝酸、クロム酸溶液などが挙げら
れるが、陽極酸化による細孔形成に不都合がなければ特
に限定されるものではない。また各電解液に応じた陽極
酸化電圧、温度などの諸条件は、作製するシリコン酸化
物ナノ構造体に応じて、適宜設定することができる。

【００５９】陽極酸化により、アルミニウムを含む柱状
構造体からアルミニウムが除去されて細孔が形成される
と同時に、シリコン領域のシリコンの酸化が行われシリ
コン酸化物領域が形成される。その結果、アルミニウム
シリコン混合膜には、細孔を有するシリコン酸化物領域
のみが残り、シリコン酸化物ナノ構造体１５が形成され
る。なお、シリコン酸化物ナノ構造体１５中の細孔１６
は、図６に示す様に、間隔２Ｒが１５ｎｍ以下、孔径２
ｒが１０ｎｍ以下であるが、好ましくは、細孔の孔径２
ｒは１〜９ｎｍであり、その中心間距離２Ｒは３〜１０
ｎｍである。また、長さＬは２ｎｍ〜数μｍの範囲であ
る。

【００６０】（ｄ）工程：細孔径の拡大工程：さらに上記シリコンナノ構造体に対してシリコンを溶解
する酸溶液（例えばフッ化水素を薄めた溶液など）、あ
るいはアルカリ溶液（水酸化ナトリウムなど）中に浸す
ポアワイド処理（孔径拡大処理）により、適宜、細孔径
を広げることができる。

【００６１】この溶液も特に細孔の拡大に問題がなけれ
ばどのような酸及びアルカリを用いてもかまわない。ま
た、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を
混合したものを用いてもかまわない。また細孔孔径拡大
（ポアワイド処理）条件は、例えば、溶液温度、濃度、
時間などは、作製する細孔の大きさに応じて、適宜設定
することができる。

【００６２】＜本発明により製造されたシリコン酸化物
ナノ構造体の構成＞本発明の製造方法により得られるシ
リコン酸化物ナノ構造体は、柱状形状の細孔とシリコン
酸化物を主成分とするシリコン酸化物領域を有する膜状
の構造体であって、前記細孔が膜面に対して垂直または
ほぼ垂直に設けられ、細孔の平均孔径が１０ｎｍ以下
で、平均間隔が１５ｎｍ以下であり、かつ前記細孔が前
記シリコン酸化物を主成分とするシリコン酸化物領域で
隔てられていることを特徴とする。

【００６３】図６は、本発明により製造されたシリコン
酸化物ナノ構造体の一例を示す概略図であり、図６
（ａ）は、細孔の平均孔径が１０ｎｍ以下であり、かつ
互いに隣接する該細孔の平均間隔が１５ｎｍ以下であ
り、該細孔がお互いに独立し、かつ膜面に対して垂直ま
たはほぼ垂直であり、該細孔を隔てる壁材のシリコン酸
化物領域がシリコン酸化物を主成分とする材料からなる
シリコン酸化物ナノ構造体の模式的平面図である。ま
た、図６（ｂ）は、図６（ａ）の破線ＡＡ’に沿ってシ
リコン酸化物ナノ構造体を切ったときの模式的断面図で
ある。図６において、４は細孔（ナノホール）、２はシ
リコン酸化物領域、３は基板である。

【００６４】本発明におけるシリコン酸化物ナノ構造体
は、細孔４とシリコン酸化物を主成分とする組成からな
るシリコン酸化物領域２（壁材料）により構成されてい
ることを特徴とする。また、前記細孔は、図６（ｂ）に
示されているようにシリコン酸化物領域により、お互い
に分離されており、また、基板に対して垂直またはほぼ
垂直に形成されている。

【００６５】また、本発明におけるシリコン酸化物ナノ
構造体を構成している細孔の形状は、図６（ｂ）に示さ
れるように柱状形状である。また、細孔の孔径（平均孔
径を示す）２ｒは１０ｎｍ以下であり、細孔の間隔（平
均間隔を示す）２Ｒは１５ｎｍ以下である。好ましく
は、細孔の径２ｒは１〜９ｎｍであり、その間隔２Ｒは
３〜１０ｎｍである。また、長さＬは１ｎｍ〜数μｍ、
好ましくは２〜１０００ｎｍの範囲である。ここで平均
孔径とは、例えば、実際のＳＥＭ写真（約１００ｎｍ×
７０ｎｍの範囲）で観察される細孔部分をコンピュータ
で画像処理して、導出される値である。

【００６６】また、本発明におけるシリコン酸化物ナノ
構造体内の細孔は、図６（ｂ）に示されるように、細孔
と基板を直接つなげることができるが、これに限定され
るものではなく、基板と細孔をつなげなくても良い。

【００６７】また、本発明におけるシリコン酸化物ナノ
構造体を構成しているシリコン酸化物領域の組成は、シ
リコン酸化物（ＳｉＯｘ）を主成分とするが、アルミニ
ウム酸化物（ＡｌＯｘ）などの酸化物の他、アルゴン
（Ａｒ）、窒素（Ｎ）などの各種の元素を含有してもよ
い。

【００６８】なお、シリコン酸化物領域におけるシリコ
ン（Ｓｉ）の含有量は酸素を除くすべての元素に対して
８０ａｔｏｍｉｃ％以上、好ましくは８５〜９９ａｔｏ
ｍｉｃ％の範囲である。また、アルミニウムの含有量は
酸素を除くすべての元素に対して、０．０１〜２０ａｔ
ｏｍｉｃ％の範囲であり、好ましくは０．１〜１０ａｔ
ｏｍｉｃ％の範囲である。

【００６９】また、本発明におけるシリコン酸化物ナノ
構造体を構成しているシリコン酸化物の構造は、非晶質
シリコン酸化物であることが望ましいが、結晶化させて
結晶質のシリコン酸化物を含んでいてもかまわない。

【００７０】また、本発明におけるシリコン酸化物ナノ
構造体を構成している細孔部分の基板上面からみた形状
は、図６（ａ）のように、ほぼ円形のものでも良いし、
また楕円形など任意の形状が可能である。また、本発明
のシリコン酸化物ナノ構造体を構成している細孔部分の
基板断面からみた形状は、図６（ｂ）のように長方形径
状でも良いし、正方形や台形など任意の形状が可能であ
る。なお、細孔の柱状形状とは上記サイズを満足するも
のであれば、任意のアスペクト比（長さＬ／孔径２ｒ）
を有する形状を含むものである。

【００７１】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明を説明する。

【００７２】実施例１本実施例は図７に示すような平均細孔間隔２Ｒが８ｎｍ
であり、平均細孔径２ｒが５ｎｍであり、高さＬが２０
０ｎｍである細孔を有するシリコン酸化物ナノ構造体を
形成する方法の一例を示す。

【００７３】図３（ｂ）に示すように、ガラス基板上
に、マグネトロンスパッタリング法を用いて、シリコン
をアルミニウムとシリコンの全量に対して３７ａｔｏｍ
ｉｃ％含んだアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎ
ｍの厚さに形成した。ターゲットには、直径が４インチ
（１０１．６ｍｍ）の円形のアルミニウムターゲット上
に１５ｍｍ角のシリコンチップを６枚おいたものを用い
た。スパッタ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５
０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：３００
Ｗとした。また、基板温度は室温（２５℃）とした。

【００７４】なお、ここではターゲットとして、アルミ
ニウムターゲット上にシリコンチップを６枚置いたもの
を用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定される
ものではなく、スパッタリング条件により変化し、アル
ミニウムシリコン混合膜中のシリコン原子の組成が約３
７ａｔｏｍｉｃ％近辺になれば良い。また、ターゲット
はアルミニウムターゲット上にシリコンチップを置いた
ものに限定したものではなく、シリコンターゲット上に
アルミニウムチップを置いたものでも良いし、シリコン
とアルミニウムを焼結したターゲットを用いても良い。

【００７５】なお、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子
顕微鏡）にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察した
ところ、図３（ｂ）のように、シリコンに囲まれた円形
のアルミニウム柱状構造体が二次元的に配列していた。
また、アルミニウム柱状構造体部分の平均孔径は６ｎｍ
であり、その平均中心間間隔は８ｎｍであった。また、
高さは２００ｎｍであり、それぞれのアルミニウム柱状
構造体部分はシリコン領域によりお互いに分離されてて
いた。

【００７６】このようなシリコンをアルミニウムとシリ
コンの全量に対して３７ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニ
ウムシリコン混合膜を図５に示した陽極酸化装置を用い
て、陽極酸化処理を施し、図７に示すような細孔３２を
形成した。電解液は７ｍｏｌ／ｌに調節した硫酸水溶液
を用い、恒温槽により溶液を２０℃に保持し、陽極酸化
電圧は５Ｖとした。この結果、シリコン酸化物ナノ構造
体が作製された。

【００７７】次に、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子
顕微鏡）にて、陽極酸化したアルミニウムシリコン混合
膜（シリコン酸化物ナノ構造体）を観察した。基板斜め
上方向から見た表面の形状は、図７のようにシリコン酸
化物領域３３に囲まれた細孔３２が二次元的に配列して
いた。細孔部の平均孔径は約５ｎｍであり、その平均間
隔は約８ｎｍであった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて
観察した所、高さは２００ｎｍであり、それぞれの細孔
部分はシリコン酸化物領域により隔たれておりお互いに
独立していた。また、細孔と基板の間には被膜の形成は
なく基板と細孔の底部が直接つながっていた。

【００７８】なお、広域電子エネルギー損失構造解析
（ＥＥＬＳ）により、シリコン酸化物ナノ構造体を酸化
した試料を測定した所、この試料は酸素とシリコンが結
合しており、この試料が酸化シリコンであることが確認
できた。

【００７９】また、誘導結合型プラズマ発光分析法（Ｉ
ＣＰ法）により、シリコン酸化物ナノ構造体を酸化した
試料中のアルミニウムとシリコンの量を測定した所、ア
ルミニウムとシリコンの全量に対するアルミニウムの量
は５ａｔｏｍｉｃ％、シリコンの量は９５ａｔｏｍｉｃ
％であった。この結果、図７に示されるようなシリコン
酸化物ナノ構造体が作製されたことが確認された。

【００８０】実施例２本実施例は図８のように平均細孔間隔２Ｒが７ｎｍであ
り、平均細孔径２ｒが５ｎｍである細孔を有するシリコ
ン酸化物ナノ構造体を形成する方法の一例を示す。

【００８１】図３（ｂ）に示すように、石英基板上に、
マグネトロンスパッタ法を用いて、シリコンをアルミニ
ウムとシリコンの全量に対して４５ａｔｏｍｉｃ％含ん
だアルミニウムシリコン混合膜を約２００ｎｍの厚さに
形成した。ターゲットには、直径が４インチ（１０１．
６ｍｍ）の円形のアルミニウムターゲット上に１５ｍｍ
角のシリコンチップを８枚おいたものを用いた。スパッ
タ条件は、ＲＦ電源を用いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃ
ｍ、放電圧力：０．７Ｐａ、投入電力：１ｋＷとした。
また、基板温度は室温とした。

【００８２】なお、ここではターゲットとして、アルミ
ニウムターゲット上にシリコンチップを８枚置いたもの
を用いたが、シリコンチップの枚数はこれに限定される
ものではなく、スパッタ条件により変化し、アルミニウ
ムシリコン混合膜のシリコン原子の組成が約４５ａｔｏ
ｍｉｃ％近辺になれば良い。また、ターゲットはアルミ
ニウムターゲット上にシリコンチップを置いたものに限
定したものではなく、シリコンターゲット上にアルミニ
ウムチップを置いたものでも良いし、シリコンとアルミ
ニウムを焼結したターゲットを用いても良い。

【００８３】また、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子
顕微鏡）にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察し
た。基板真上方向から見た表面の形状は図３（ｂ）のよ
うに、シリコン領域に囲まれた円形のアルミニウム柱状
構造体が二次元的に配列していた。アルミニウム柱状構
造体部分の平均孔径は約３ｎｍであり、その平均間隔は
約７ｎｍであった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察
した所、高さは２００ｎｍであり、それぞれのアルミニ
ウム柱状構造体部分はお互いに独立していた。

【００８４】このようなシリコンをアルミニウムとシリ
コンの全量に対して４５ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニ
ウムシリコン混合膜を図５に示した陽極酸化装置を用い
て、陽極酸化処理を施し、図３（ｃ）に示すような細孔
１６を形成した。電解液は７ｍｏｌ／ｌに調節した硫酸
水溶液を用い、恒温槽により溶液を１０℃に保持し、陽
極酸化電圧は５Ｖとした。この結果、シリコン酸化物ナ
ノ構造体が作製された。

【００８５】また、作製されてシリコン酸化物ナノ構造
体をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）にて観
察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図３
（ｃ）のように、シリコン酸化物領域に囲まれた細孔が
二次元的に配列していた。細孔部分の平均孔径は約２ｎ
ｍであり、その平均間隔は約７ｎｍであった。また、断
面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した所、高さは２００ｎｍで
あり、それぞれの細孔部分はお互いに独立していた。

【００８６】次に、細孔の孔径を拡大するために、６５
℃に保った水酸化ナトリウム１ｍｏｌ／ｌ中に２分間浸
し、孔径の拡大を行った。

【００８７】なお、孔径を拡大処理を行ったシリコン酸
化物ナノ構造体をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕
微鏡）にて観察したところ、基板斜め上方向から見た表
面の形状は図８のように、シリコン酸化物領域５３に囲
まれた細孔５２が二次元的に配列していた。また、その
とき観察した細孔部の孔径は５ｎｍ、その平均間隔は７
ｎｍ、高さは２００ｎｍであり、それぞれの細孔部分は
シリコン酸化物領域により隔たれており、お互いに独立
していた。また、細孔と基板の間には被膜の形成はなく
直接つながっていた。この結果、図８に示されるような
シリコン酸化物ナノ構造体が作製された。

【００８８】実施例３本実施例は図９のように平均細孔間隔２Ｒが８ｎｍであ
り、平均細孔径２ｒが６ｎｍ、高さＬが１０ｎｍである
細孔を有するシリコン酸化物ナノ構造体を形成した例を
示す。

【００８９】図３（ｂ）に示すように、シリコン基板上
に、マグネトロンスパッタ法を用いて、シリコンをアル
ミニウムとシリコンの全量に対して３７ａｔｏｍｉｃ％
含んだアルミニウムシリコン混合膜を約１０ｎｍの厚さ
に形成した。ここではシリコンの粉末とアルミニウムの
粉末を６３ａｔｏｍｉｃ％：３７ａｔｏｍｉｃ％で混合
して、焼結したアルミニウム・シリコン混合焼結体ター
ゲットを用いた。スパッタリング条件は、ＲＦ電源を用
いて、Ａｒ流量：５０ｓｃｃｍ、放電圧力：０．７Ｐ
ａ、投入電力：３００Ｗとした。また、基板温度は室温
（２５℃）とした。

【００９０】なお、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子
顕微鏡）にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察した
ところ、基板斜め上方向から見た表面の形状は図３
（ｂ）のように、シリコンに囲まれた円形のアルミニウ
ム柱状構造体が二次元的に配列していた。このとき、ア
ルミニウム柱状構造体体部分の平均孔径２ｒは６ｎｍ、
その平均中心間間隔２Ｒは８ｎｍ、高さＬは１０ｎｍで
あり、また、それぞれのアルミニウム柱状構造体部分は
お互いに独立していた。

【００９１】このようなシリコンをアルミニウムとシリ
コンの全量に対して３７ａｔｏｍｉｃ％含んだアルミニ
ウムシリコン混合膜を図５に示した陽極酸化装置を用い
て、陽極酸化処理を施し、図３（ｃ）に示すような細孔
１６を形成した。電解液は７ｍｏｌ／ｌに調節した硫酸
水溶液を用い、恒温槽により溶液を２０℃に保持し、陽
極酸化電圧は３Ｖとした。この結果、シリコン酸化物ナ
ノ構造体が作製された。

【００９２】次に、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子
顕微鏡）にて、陽極酸化したアルミニウムシリコン混合
膜（シリコン酸化物ナノ構造体）を観察した。基板斜め
上方向から見た表面の形状は図３（ｃ）のように、シリ
コン酸化物領域に囲まれた細孔が二次元的に配列してい
た。細孔部の孔径は５ｎｍであり、その平均間隔は約８
ｎｍであった。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した
所、高さは１０ｎｍであり、それぞれの細孔部分はシリ
コン酸化物領域により隔たれておりお互いに独立してい
た。また、細孔と基板の間には被膜の形成はなく直接つ
ながっていた。

【００９３】最後に、作製されたシリコン酸化物ナノ構
造体中の細孔の孔径を拡大するために、２５℃に保った
ＢＨＦ（ＢｕｆｆｅｒｅｄＨＦ）溶液（ＨＦ：ＨＮ₄
Ｆ＝１：５）を純水で１００倍に薄めた溶液を用いて、
その溶液中にシリコン酸化物ナノ構造体を１０分間浸
し、孔径の拡大を行った。なお、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放
出走査型電子顕微鏡）にて、作製したシリコン酸化物ナ
ノ構造体を観察したところ、基板真上方向から見た表面
の形状は、図９に示すように、シリコン酸化物領域６３
に囲まれた細孔６２が二次元的に配列していた。細孔の
平均孔径は６ｎｍであり、その平均間隔は約８ｎｍであ
った。また、断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察した所、高さ
は１０ｎｍであった。この結果、図９に示されるような
シリコン酸化物ナノ構造体が作製された。

【００９４】上記の各実施例に示したように、本発明
は、非平衡状態で物質を形成する成膜法を用いて、アル
ミニウムとシリコンの全量に対してシリコンを２０〜７
０ａｔｏｍｉｃ％混合したアルミニウムシリコン混合膜
を形成し、その混合膜を陽極酸化することで、平均間隔
が１５ｎｍ以下、平均孔径が１０ｎｍ以下のシリコン酸
化物領域により互いに分離された細孔を有するシリコン
酸化物ナノ構造体を半導体加工技術に比べて安価でかつ
簡単に形成することができる。

【００９５】また、すべて室温程度の温度でのプロセス
が可能な為、高い温度に弱い有機物基板等を使用するこ
とも可能となり、シリコン酸化物ナノ構造体の応用範囲
を拡大することができる。

【００９６】また、本発明のシリコン酸化物ナノ構造体
の細孔に、伝導性材料を充填することで、量子効果を利
用した単電子メモリ、単電子トランジスタなどとして応
用することができる。さらに、磁性体材料を充填するこ
とで高密度記録媒体としても応用することができる。

【００９７】また、本発明は、シリコン酸化物中の細孔
をさまざまな形態で応用することを可能とするものであ
り、その応用範囲を著しく広げるものである。例えば、
本発明のシリコン酸化物ナノ構造体は、それ自体発光デ
バイス、光デバイス、マイクロデバイスなどの機能材料
として使用可能であるが、さらなる新規なナノ構造体の
母材、鋳型などとして用いることもできる。また、フィ
ルターやデバイスの層間絶縁層としても使用できる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
平均孔径が１０ｎｍ以下であり、平均間隔が１５ｎｍ以
下である細孔が、シリコン酸化物領域で隔てられている
シリコン酸化物ナノ構造体を容易に得ることができる製
造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法
の一実施態様を示す工程図である。

【図２】本発明のシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法
の他の実施態様を示す工程図である。

【図３】本発明のシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法
の一例を示す説明図である。

【図４】本発明におけるアルミニウムシリコン混合膜の
成膜方法の一例を示す概略図である。

【図５】本発明において使用する陽極酸化装置を示す概
略図である。

【図６】本発明により製造されたシリコン酸化物ナノ構
造体を示す概略図である。

【図７】本発明により製造されたシリコン酸化物ナノ構
造体の一例を示す概略図である。

【図８】本発明により製造されたシリコン酸化物ナノ構
造体の他の例を示す概略図である。

【図９】本発明により製造されたシリコン酸化物ナノ構
造体の他の例を示す概略図である。

【図１０】細孔間隔が１０ｎｍ以下の陽極酸化アルミナ
の一例を示す断面図である。

【図１１】シリコンを陽極化成した多孔質シリコンの一
例を示す図である。

【符号の説明】

１、１３アルミニウムシリコン混合膜２、１８、３３、５３、６３シリコン酸化物領域３、１２、３１、５１、６１、７４基板４、１６、３２、５２、６２細孔１１アルミニウム柱状構造体１４シリコン領域１５シリコン酸化物ナノ構造体１７拡大した細孔２１基板２２スパッタリングターゲット２３シリコンチップ２４Ａｒプラズマ４１恒温槽４２Ｐｔ板のカソード４３電解液４４反応容器４５陽極酸化電圧を印加する電源４６陽極酸化電流を測定する電流計７１独立した細孔７２独立していない細孔７３陽極酸化アルミナ７４基板７５バリア層８１細孔８２シリコン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムを含む柱状構造体と該柱状
構造体を取り囲むシリコン領域とを有し、アルミニウム
とシリコンの全量に対してシリコンを２０〜７０ａｔｏ
ｍｉｃ％の割合で含有するアルミニウムシリコン混合膜
を用意する工程、及び該アルミニウムシリコン混合膜を
陽極酸化する工程を有するシリコン酸化物構造体の製造
方法。
【請求項２】（ａ）アルミニウムとシリコンを用意す
る工程、（ｂ）該アルミニウムとシリコンを非平衡状態
で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む
柱状構造体と該柱状構造体を取り囲むシリコン領域とを
有し、アルミニウムとシリコンの全量に対してシリコン
を２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％の割合で含有するアルミニ
ウムシリコン混合膜を形成する工程及び（ｃ）該アルミ
ニウムシリコン混合膜を陽極酸化して細孔を形成する工
程を有することを特徴とするシリコン酸化物ナノ構造体
の製造方法。
【請求項３】（ａ）アルミニウムとシリコンを用意す
る工程、（ｂ）該アルミニウムとシリコンを非平衡状態
で物質を形成する成膜法を用いて、アルミニウムを含む
柱状構造体と該柱状構造体を取り囲むシリコン領域とを
有し、アルミニウムとシリコンの全量に対してシリコン
を２０〜７０ａｔｏｍｉｃ％の割合で含有するアルミニ
ウムシリコン混合膜を形成する工程、（ｃ）該アルミニ
ウムシリコン混合膜を陽極酸化して細孔を形成する工程
及び（ｄ）該細孔の孔径を広げる工程を有することを特
徴とするシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法。
【請求項４】前記細孔を広げる工程が酸あるいはアル
カリを用いたウエットエッチングである請求項３に記載
のシリコン酸化物ナノ構造体の製造方法。
【請求項５】前記非平衡状態で物質を形成する成膜法
がスパッタリング法である請求項２または３に記載のシ
リコン酸化物ナノ構造体の製造方法。
【請求項６】前記陽極酸化によりアルミニウムシリコ
ン混合膜のアルミニウムを含む柱状構造体の部分に細孔
を形成する請求項２または３に記載のシリコン酸化物ナ
ノ構造体の製造方法。
【請求項７】前記シリコン酸化物ナノ構造体が、細孔
が膜面に対して垂直またはほぼ垂直に設けられ、細孔の
平均孔径が１０ｎｍ以下で、平均間隔が１５ｎｍ以下で
あり、かつ前記細孔がシリコン酸化物を主成分とするシ
リコン酸化物領域で隔てられている構造体からなる請求
項２または３に記載のシリコン酸化物ナノ構造体の製造
方法。