JP2007055840A - シリコンナノワイヤーの架橋成長方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 より低温での、回路上への熱損傷を与えることなく、任意の位置においてその場でシリコンナノワイヤーの架橋構造を形成することのできる新しい技術手段を提供する。
【解決手段】 基板表面上の所定位置に触媒金属ドットパターンを配設し、ポリシランガスの３００℃以下の温度でのＣＶＤによって所定の触媒金属ドット間にシリコンナノワイヤーを架橋成長させる。
【選択図】図４
【解決手段】 基板表面上の所定位置に触媒金属ドットパターンを配設し、ポリシランガスの３００℃以下の温度でのＣＶＤによって所定の触媒金属ドット間にシリコンナノワイヤーを架橋成長させる。
【選択図】図４
Description
本発明は、半導体等情報通信用デバイス用素材として用いることのできる単結晶シリコンナノワイヤーを任意の金属粒子ドット間に架橋させる制御成長方法に関するものである。
ナノテクノロジーの進展にともなって、シリコンナノワイヤーの合成とその応用が注目されている。
このような状況において、本発明者らは、ポリシランの低温ＣＶＤにより温度３００℃以下においてシリコンナノワイヤーを合成する方法を確立し、これを新しい技術としてすでに提案しているところである（特許文献１）。
一方、シリコンナノワイヤーの応用として、マイクロマシン用の素材やナノサイズ半導体が考えられているが、半導体への応用では、リソグラフィー技術のように、回路に直接半導体ワイヤーが組み込まれるのが望ましい。そのためには、できるだけ低温でワイヤーを合成可能とする必要がある。さらに、任意の位置に制御した方向にナノワイヤーを自発的に成長させることができれば、より回路構成が容易になる。このような回路構成のためのシリコンナノワイヤーの架橋方法としては、対向するシリコンウエファー間にモノシリコンの熱分解を用いてワイヤーを作製する方法が報告されている（非特許文献１）。しかし、この方法ではシリコンナノワイヤーの成長反応に６００℃以上の高温条件が必要であり、また形成される架橋構造が複雑であるという問題がある。
特願２００４−３０７６１８号公報
M. Saif Islam et al, Nanotechnology, 15, (2004) L5-L8
本発明は、以上のとおりの背景から、すでに本発明者らが提案しているシリコンナノワイヤーのポリシランＣＶＤによる合成法の特徴を生かし、従来のシリコンナノワイヤーの架橋のための６００℃以上の高温での成長という、回路上への熱損傷が避けられず、しかも複雑な架橋構造であるという問題点を解決し、より低温での、回路上の熱損傷を与えることなく、任意の位置においてその場でシリコンナノワイヤーの架橋構造を形成することのできる新しい技術手段を提供することを課題としている。
本発明は、上記の課題を解決するための手段として以下のことを特徴としている。
第１：基板表面上の所定位置に触媒金属ドットパターンを配設し、ポリシランガスの３００℃以下の温度でのＣＶＤによって所定の触媒金属ドット間にシリコンナノワイヤーを架橋成長させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋成長方法。
第２：上記の方法により形成された架橋構造を有することを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋構造体。
上記のとおりの本発明によれば、従来の問題点を解消し、回路の熱損傷をともなうことなく、３００℃以下の温度で任意の場所に結晶性のシリコンナノワイヤー架橋を作製できる。このため、任意の位置でのナノワイヤー配線による半導体回路作製が実現可能となる。また、反応ガスの圧力、流量を制御することによりワイヤーのサイズの制御が可能である。
本発明においては、ポリシランガスのＣＶＤ法によってシリコンナノワイヤーを架橋成長させることを特徴としている。
ポリシランガスは、熱的に不安定で、分解してＳｉを生成するものから選定されるが、３００℃以下の温度でのＣＶＤにおいて、たとえばジシラン、トリシラン等のガスが好適なものとして用いられる。ＣＶＤの温度は、３００℃以下、より好適には２５０℃〜３００℃の範囲とすることが考慮される。
本発明のシリコンナノワイヤーの架橋成長においては、たとえば好適には、約２μｍ角以下の触媒金属粒子のドットをあらかじめリソグラフィーによって作製し、全圧１〜５Ｔｏｒｒ、ポリシランガス流量０．１〜１ＳＣＣＭの条件で温度約２５０〜３００℃でパターン上に接触させることによってドット間にシリコンナノワイヤーの架橋を作る。ドットに用いる金属として金、銀、鉄、ニッケル等が例示される。その厚さは１〜５ｎｍ程度であることが望ましい。
架橋成長されるシリコンナノワイヤーは、結晶性であって、好適には単結晶である。このシリコンナノワイヤーを架橋成長させる基板としては、たとえば好適にはシリコンあるいはシリカ等が例示される。
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
＜実施例１＞
シリコンナノワイヤーを成長、位置制御するために、シリコン基板上に触媒金属粒子のパターニングが必要である。まず、ＳＯＩ（Silicon On Insurator）基板を用いてＳｉＯ2上に図１ａの平面図のように、厚さ２μｍ、２μｍ角のＳｉ単結晶ドットを約１５μｍ間隔でエッチングにより作製する。続いてスパッタリングにより金を約２ｎｍコーティングする。さらに、希釈フッ酸によりＳｉＯ2層を取り除くと、金粒子に覆われたシリコン角柱のパターンが得られる（図１ｂ）。ここで、図１（ａ）（ｂ）での符号は次のものを示している。
シリコンナノワイヤーを成長、位置制御するために、シリコン基板上に触媒金属粒子のパターニングが必要である。まず、ＳＯＩ（Silicon On Insurator）基板を用いてＳｉＯ2上に図１ａの平面図のように、厚さ２μｍ、２μｍ角のＳｉ単結晶ドットを約１５μｍ間隔でエッチングにより作製する。続いてスパッタリングにより金を約２ｎｍコーティングする。さらに、希釈フッ酸によりＳｉＯ2層を取り除くと、金粒子に覆われたシリコン角柱のパターンが得られる（図１ｂ）。ここで、図１（ａ）（ｂ）での符号は次のものを示している。
１：ドット間隔３〜２０μｍ、２：金属／シリコン柱、３：ＳｉＯ2層、４：シリコン基板。
実際に得られた像を図２に示す。
図２のように得られた金ドットパターン試料を反応容器内で１×１０-6Ｔｏｒｒまで真空に引く。ついで試料を２９６℃まで加熱する。温度が一定になったら、容器内にＨ2ガスで１０％に希釈したＳｉ2Ｈ6ガス（１ＳＣＣＭ）とアルゴンガス（２０ＳＣＣＭ）を５Ｔｏｒｒまで導入し、その状態で２０ｍｉｎ保持する。実験後、基板表面を電子顕微鏡で観察すると、図３のようにシリコンナノワイヤーが生成する。金ドット間で架橋されていることがわかる。
＜実施例２＞
シリコン基板上に金を約２ｎｍ厚さでスパッタコーティングし、約１５μｍ幅の細い傷を入れる。その後、実施例２と同様な条件によりシリコンナノワイヤーを形成させる。図４に示すようにシリコンナノワイヤーによる架橋が行われていることがわかる。なお図４では反応ガスは右上から左下へ流しており、ほぼ流れの方向に沿ってワイヤーが形成される。
＜実施例２＞
シリコン基板上に金を約２ｎｍ厚さでスパッタコーティングし、約１５μｍ幅の細い傷を入れる。その後、実施例２と同様な条件によりシリコンナノワイヤーを形成させる。図４に示すようにシリコンナノワイヤーによる架橋が行われていることがわかる。なお図４では反応ガスは右上から左下へ流しており、ほぼ流れの方向に沿ってワイヤーが形成される。
１ ドット間隔３−２０μｍ
２ 金属／シリコン柱
３ ＳｉＯ2層
４ シリコン基板
２ 金属／シリコン柱
３ ＳｉＯ2層
４ シリコン基板
Claims (2)
- 基板表面上の所定位置に触媒金属ドットパターンを配設し、ポリシランガスの３００℃以下の温度でのＣＶＤによって所定の触媒金属ドット間にシリコンナノワイヤーを架橋成長させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋成長方法。
- 請求項１の方法により形成された架橋構造を有することを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋構造体。
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