JP3284242B2 - 有機薄膜の微細パターンの作製方法 - Google Patents

有機薄膜の微細パターンの作製方法

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JP3284242B2 JP28278297A JP28278297A JP3284242B2 JP 3284242 B2 JP3284242 B2 JP 3284242B2 JP 28278297 A JP28278297 A JP 28278297A JP 28278297 A JP28278297 A JP 28278297A JP 3284242 B2 JP3284242 B2 JP 3284242B2
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己組織化分子を
用いて有機薄膜の微細パターンを作製する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】自己組織化(Self-Assembled)分子膜や
ラングミュア・ブロジェット(LB:Langmuir Blodget
t )膜のような有機分子集合の組織に関しては、過去1
0年以上にわたって、広汎な研究が行われてきた。最近
になって、自己組織化(以下「SA」という)薄膜はい
くつかの好ましい特性のために、多くの注目を集めてき
た。たとえば、SAシステムはその本質から、熱力学的
に最小またはその近傍にある。このため、きわめて欠陥
の少ない、高い秩序性をもつSA薄膜を、自己組織的に
形成するようなシステムが得られる。その上、損傷を受
けたSA薄膜は、適当な環境に戻すと、自己修復するこ
とが可能である。SA薄膜のもう一つの利点は、調整が
容易で、膜形成が低コストでできる点である。SA分子
はいろいろな表面に結合することができる。たとえば、
金属(Ag、Au、CuおよびPt)、酸化物(Al2
3 およびSiO2 )、半導体(GaAs)などをあげ
ることができる。ホスト物質との結合は、SA分子の化
学組成に依存する。SA分子そのものは、ヘッドグルー
プとエンドグループの2グループに分類することができ
る。SA分子の一例としては、CH3 (CH217SH
を挙げることができ、この場合、たとえばGaAs層に
対しては、S−Hがヘッドグループ、CH3 (CH2
17がエンドグループとなる。
【0003】ヘッドグループは、特定の物質に対して強
い親和性をもち(たとえば、チオール基ヘッドグループ
ならAuに対して)、したがって、ヘッドグループは化
学吸着過程により、直ちにホスト物質と結合する。ヘッ
ドグループは化学的に基板と結合しているが、おそらく
吸着された分子にはいくらかの易動度が残されている。
SA分子に表面易動度があることは、走査型プローブ顕
微鏡による、「結晶」領域や規則的な分子配列の観測に
より支持される。エンドグループはアルキルグループと
テールグループの2つのサブグループに分けられる。ア
ルキルまたはアルキル誘導体グループは、SA分子の主
部をなすものである。この分子主部の長さは、アルキル
鎖(Cn2n+1)の単位数を変えることにより、容易に
調節することができる。テールグループは分子の端を終
端させるために用いられる。簡単なSA分子の場合は、
メチル基(CH3 )がよく使用される。ただし、同じS
A分子であっても、ホスト物質によってヘッドグループ
とエンドグループとは異なってくる。
【0004】SA薄膜の応用としては、パッシべーショ
ン層、リソグラフィー用のレジスト材料および将来の電
子デバイスの機能素子が予想される。電子デバイスにS
A薄膜を適用する技術の一例としては、Jpn.J.A
ppl.Phys.Vol.32(1993)の第58
29頁〜5839頁に記載されているように、SA薄膜
をフォトレジストとして使用することが挙げられる。S
A薄膜は単分子膜といった薄いもので、しかも欠陥の少
ない膜を作製できるので、波長を短くして焦点深度を向
上させることができ、今後デバイスのパターンが微細化
していくことから、フォトレジストとして有効なもので
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、SA薄膜は
既述のようにいくつかの利点があり、電子デバイスをは
じめ種々の分野への応用が検討されているが、その適用
技術については遅れているのが現状である。例えば、S
A薄膜をフォトレジストに適用しても、従来の露光プロ
セスに頼っているため、パターンの微細化は露光装置側
に寄与するところが多く、パターンの線幅を小さくする
といってもかなり限界がある。一方、電子デバイスの高
集積化が増々進み、既存のリソグラフィー技術も含めて
パターンの微細化を達成できる技術の確立が望まれてい
る。そして、微細パターンのデバイスの開発に並行し
て、そうしたデバイスを設計するにあたり、微細な例え
ば1〜20nmといったナノメータレベルのラインの電
子物性を前もって明らかにしておくことが必要である。
ラインがこのように細くなると、量子力学的現象が顕著
になり、巨視的寸法から予測した物性を直接推測するこ
とができない。従って、ナノメータレベルのラインを作
製する技術はこうした点からも必要であるが、現状の技
術では作製が困難である。本発明は、このような事情の
下になされたものであり、その目的は、同一面内上に2
種類以上の異なるSA有機単分子あるいはその積層膜
で、かつ微細なパターンを作製することのできる微細パ
ターンの作製方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の微細パターンの
作製方法は、基本的には、SA分子の化学吸着性が互い
に異なり、互いに隣接する面を、あるいは互いに異なる
結晶体の互いに隣接する面を、非酸化雰囲気内で被処理
体に形成する第1工程と、次いで、第1のSA分子が分
子状態で流動している雰囲気内に前記互いに隣接する面
を置き、これにより第1のSA分子を被処理体に化学吸
着させる第2工程と、その後、前記被処理体を洗浄して
当該被処理体に付着した過剰な第1のSA分子を除去
し、SA分子のパターンを得る第3工程と、第3工程に
おいてSA分子で被覆されない被処理体部に第2の自己
組織化分子を化学吸着させる第4工程と、その後前記被
処理体を洗浄して当該被覆体に過剰に付着した前記第2
SA分子を除去し、SA分子のパターンを得る第5工
程とを含むことを特徴とする。
【0007】ここで、SA分子の化学吸着性が互いに異
なるとは、あるSA分子については一方の面に化学吸着
し、他方の面には吸着しないということ、及び例えば2
種類のSA分子の一方が一方の面にのみ、他方が他方の
面にのみ化学吸着するということを含んでいる。第1工
程における非酸化雰囲気とは、例えばエタノール等の溶
液中、真空雰囲気及び不活性ガス雰囲気などが挙げられ
る。
【0008】第1工程において互いに隣接する面を形成
する一例としては、例えば III−V族の化合物の結晶
に、別の III−V族の化合物のエピタキシャル層を形成
することが挙げられる。 III−V族化合物が互いに異な
るとは、化合物の成分が互いに異なるということであ
り、例えば、GaAs、Alx Ga(1-x) As、GaS
bは互いに異なる化合物である。ただし、例えばII−IV
族化合物同士で互いに異なる化合物であってもよい。こ
の場合、例えばエピタキシャル層の側面及びこれに続く
前記結晶の結晶面が前記互いに隣接する面に相当する。
また、他の例としては、互いに異なるエピタキシャル層
の積層体を積層方向に劈開して積層面(SA分子の化学
吸着性が互いに異なる面)を露出させることが挙げられ
る。このような工程を非酸化雰囲気で行うのは、上述の
互いに隣接する面の表面に酸化膜を成長させないためで
ある。
【0009】また、第1工程において、ある結晶体にエ
ピタキシャル層を形成する場合、単に結晶表面にエピタ
キシャル層を形成し、その積層体を劈開してもよいが、
ある結晶面からやや傾斜した結晶体表面上に当該結晶体
と異なる成分のエピタキシャル層を成長させる方法を利
用しても良い。即ち、先ず結晶体を切削して表面の結晶
面からやや微傾斜した結晶面、あるいは、異なる結晶面
を切削面に形成する。具体的には、例えば III−V族化
合物のウエハーを(100)結晶面からやや微傾斜した
面に機械研磨及びエッチングにより形成すると、(10
0)結晶面から2度ずれた結晶面が露出する。これら結
晶体に、GaAs層をエピタキシャル成長法により数1
00nm形成すると、選択的に(100)結晶面にGa
As膜が形成され、(100)結晶面にテラスを持った
階段状の基板表面が得られる。このように、エピタキシ
ャル層が切削面に沿わず元の結晶面上には成長しない理
由は、異なる結晶面は異なる表面エネルギーを有してい
ることに起因する、と考えられる。
【0010】更に、エピタキシャル法により異なる III
−V族層、例えばAlx Ga(1-x)As層を成長させ、
且つ成長時間、成長速度をコントロールすると、後述の
図6(b)に示すように、テラス全面ではなく、部分的
にGaAs層とは異なる III−V族層を成長させること
ができる。これは、膜の成長がテラス上で等方的(isot
ropic )に起こるのではなく、ステップフローに起きて
いるものと考えられている。こうして被処理体にSA分
子の化学吸着性の互いに異なる面を形成し、例えばこれ
らの面の一方の面にあるSA分子を化学吸着させること
により、SA分子群のパターンが形成される。このパタ
ーンの線幅は、例えばエピタキシャル層の厚さに対応
し、エピタキシャル層の厚さは、例えば分子線エピタキ
シャル技術により1原子層レベルまで制御できるので、
結局パターン線幅を1原子層レベルの大きさまで正確に
制御できることになる。
【0011】SA分子を被処理体に吸着させる工程は、
本発明の第2工程に相当するが、この工程においてSA
分子が分子状態で流動している雰囲気とは、例えばSA
分子群よりなる固体を溶かした溶液中や、SA分子が存
在する気体、例えばSA分子群の溶液の蒸気などが相当
する。更に、第3工程において被処理体を洗浄する方法
としては、被処理体をエタノール溶液で洗浄し、過剰な
SA分子を洗浄する方法などが挙げられる。SA分子を
SA分子で被覆されない被処理体部に化学吸着させる工
程は、本発明の第4工程に相当するが、この工程におい
ては、第1工程で表面酸化によりSA分子が吸着されな
かった被処理体部に選択的に吸着し得るPO32 基、
SiCl3 基、あるいはSi(O(CH2n CH3
3 基等を末端に持つ有機分子が用いられる。上記のSA
分子の化学吸着は、第2工程と同様の方法により形成す
ることができる
【0012】また、上記第4工程に先立ちパターニング
状に吸着したSA分子の表面を化学処理することによ
り、有機分子を積層して形成することもできる。例え
ば、SA分子としてSH(CH217COOHを用いる
場合には、第2、3工程によって得られたSA分子が吸
着した被処理体を第6工程であるCu(COOCH3
2溶液中に浸漬することにより、SA分子表面をCu2+
イオンで修飾する。その後、第7工程である末端基がS
H基やPO32 基等を末端基に持つ有機分子を化学吸
着させる。この化学吸着工程は、第2工程を同様な方法
により形成することができる。上記の工程を繰り返すこ
とで、SA分子吸着領域にのみSA分子を積層してなる
有機薄膜を形成することもできる。
【0013】さらに、上記第5工程が終了した後、第2
工程あるいは第4工程で化学吸着させることによりパタ
ーニング状に形成されたSA分子のどちらか一方にの
み、領域表面に適切な化学処理を施すことにより、該表
面上にさらに有機分子を積層することもできる。どちら
の領域の上に更なるSA分子を形成できるかは、これに
先立って形成されたSA分子と化学処理をすべき溶液と
の組み合わせによって選択することが可能である。例え
ば、第4、5工程で形成するSA分子としてH23
(CH216PO32 を用いる場合には、第9工程で
あるオキシ塩化ジルコニウムZrOCl2 ・8H2 O溶
液中に浸漬することにより、第4、5工程によって得ら
れたSA分子が吸着した被処理体の領域のSA分子表面
のみをZr2+イオンで修飾することができる。そして、
第10工程によって、末端基がSH基やPO32 基等
を末端基に持つ有機分子を、第4、5工程によって得ら
れたSA分子が吸着した被処理体の領域のSA分子表面
のみに化学吸着させることが可能となる。この化学吸着
工程は、第2工程と同様な方法により形成することがで
きる。上記の工程を繰り返すことで、第4、5工程で形
成されたSA分子吸着領域にのみSA分子を積層してな
る有機薄膜を形成することもできる。
【0014】
【発明の実施の形態】 [実施の形態1]先ず被処理体として、例えば III−V
族化合物あるいはII−IV族化合物であって、互いに異な
る化合物の積層体を形成する。この積層体は、例えばG
aAsよりなる第1の層とAlx Ga(1-x) Asよりな
る第2の層とを交互に積層して構成され、例えば分子線
エピタキシ技術(MBE)を用いて表面が(100)の
結晶面であるGaAs基板上にエピタキシャル層を形成
していくことによって作製される。積層体としてはIn
Asよりなる第1の層とAlx In(1-x) PあるいはA
x Ga(1-x) Sbよりなる第2の層とを積層したもの
であってもよいが、ここに例示したものに限らない。
【0015】そして、前記積層体(被処理体)をSA分
子を含む有機溶媒の中で、その場で劈開する。劈開する
目的は、積層体の積層面を露出させ、SA分子が化学吸
着する前に酸化物が形成されないようにすることであ
る。SA分子はヘッドグループにより特定の結晶構造に
吸着される。例えば、GaAsを積層体として用いる場
合、SA分子としてはオクタデカンチオール(以下「O
DT」という)、または同様な誘導体がSAM分子とし
て用いられる。図1は、上述のように表面が(100)
の結晶面であるGaAs基板上にGaAsよりなる第1
の層2と、Alx Ga(1-x) As(x=0.1〜1.
0)よりなる第2の層3とを交互に積層した積層体1
(これは量子井戸ヘテロ構造である)を、容器4内の溶
液中5にて劈開している様子を示すものである。溶液5
は、SA分子であるODTを濃度1mM(ミリモル/リ
ットル)となるようにエタノール溶液に溶かしたもので
ある。この実施の形態では、前記積層体1を溶液5中に
て劈開し、これにより(110)面を露出させ、数時間
そのまま浸漬して劈開した面にODT分子を化学吸着さ
せる。積層体1の劈開は、例えば積層体1の表面の2ケ
所にマークを付しておき、そのマークを結ぶラインに沿
ってカッターで切断することにより行われる。ODTと
しては粉体状のものを用いてもよいし、液晶状のものを
用いてもよい。ODTを吸着するときの溶液の温度は室
温でもよいし加熱してもよい。溶媒はエタノール溶液以
外の有機溶媒を用いてもよいし、純水であってもよい。
そして劈開した面に酸化物が成長してSA層の形成を妨
げるのを避けるために、溶液を脱気することが望まし
い。
【0016】積層体1を前記溶液中に例えば数時間浸漬
した後、積層体1を溶液中から取り出し、純エタノール
で洗浄して、表面に付着した過剰なODT分子を除去す
る。この例では、図2(a)に示すように劈開した面に
おいてODT分子はGaAs層(第1の層2)の(11
0)面にのみ吸着した。従って、第1の層2の厚さに対
応した線幅のパターン(ライン)がODT分子により得
られ、ラインの間隔はAlx Ga(1-x) As層(第2の
層3)の厚さに対応することになる。このようにODT
分子が第2の層3に吸着しない理由は、第2の層3の表
面にODT分子が吸着される前に、溶液中に微量に存在
する酸素が先に吸着され、酸化されるからであるが、結
果的にはODT分子が第1の層2に選択的に吸着される
ことになる。この場合、ODT分子のヘッドグループで
あるSH基は、溶液中に不純物として存在する酸素や炭
素の元素を介在することなく、基板であるGaやAs原
子に直接に結合する。
【0017】また、第1の層2を、InAs層、InP
層、GaSb層、InSb層あるいはGaP層とし、第
2の層3を、Alx In(1-x) As層、Alx In
(1-x) P層、Alx Ga(1-x) Sb層あるいはAlx
(1-x) Sb層として同様の実験を行ったが、ODT分
子は、InAs層、InP層、GaSb層、InSb層
あるいはGaP層には吸着されるが、Alx In(1-x)
As層、Alx In(1-x)P層、Alx Ga(1-x) Sb
層あるいはAlx In(1-x) Sb層には吸着されなかっ
た。
【0018】次に、積層体1を十分に乾燥させた後、S
A分子で被覆されていない酸化表面に種類の異なるSA
分子を化学吸着させる。例えば、酸化したAlx Ga
(1-x)Asを積層体として用いる場合、SA分子として
は、PO32 基を有する12−ドデシルビスフォスフ
ォン酸(以下「DBP」という)、トリクロロシリル基
(−SiCl3 )を有するオクタデシルトリクロロシラ
ン(以下「OTS」という)またはアルコキシリル基
(−Si(O(CH2n CH33 )を持つ分子等、
それらと同様な誘導体がSA分子として用いられる。S
A分子を形成するための溶液としては、DBPの場合、
純水やエタノール等の有機溶媒が用いられ、OTSの場
合はヘキサデカン:四塩化炭素=7:3の混合有機溶媒
が良く利用されるが、粉体状のものを用いても良いし、
液晶状のものを用いても良い。DBPやOTSを吸着す
るときの溶液の温度は室温でも良いし加熱しても良い。
【0019】積層体1は、前記溶液中に例えば数時間浸
漬した後、溶液中から取り出し、純エタノールで洗浄し
て、表面に付着した過剰のDBPあるいはOTS分子を
除去する。この例では、図2(b)に示すように、劈開
した面においてODT分子がGaAs層(第1の層2)
の(110)面にのみ吸着し、かつDBPは、Alx
(1-x) As層(第2の層3)にのみ吸着する。従っ
て、ODTとDBPの高さの差が余り違いがないので明
確ではないが、第1の層2の厚さに対応した線幅のパタ
ーン(ライン)がODT分子により得られ、第2の層3
の厚さに対応した線幅のパターン(ライン)がDBP分
子により得られ、それらの間隔はGaAs層及びAlx
Ga(1-x) As層の厚さに相当することになる。このよ
うにDBPが第1の層2に吸着しない理由は、第1の層
2の表面に既にODT分子が吸着しており、表面にCH
3 基が露出しており、PO32 基やSiCl3 基とは
化学吸着しないからである。
【0020】このような実施の形態によれば、ODT分
子及びDBP分子により形成されるラインの幅はエピタ
キシャル層の厚さに対応し、エピタキシャル層の厚さは
1分子層レベルまで正確に制御できるので、結局、任意
の幅、例えば0.001μm〜1μmの線幅のラインを
高精度に作製でき、例えば1分子層レベルの幅もライン
も作製できる。また、吸着させたい分子の基板材料への
自己選択吸着現象を利用しているので、作製が容易であ
る。なお、この方法では原理的には1原子層レベルの線
幅のラインを得ることができるが、ラインの直線性を良
くするためには、エピタキシャル層を3分子以上の配列
構造とすることが望ましい。
【0021】本発明者は、GaAs/Al0.3 Ga0.7
Asの積層体を、1mMのODTエタノール溶液で劈開
し、約15時間保持後純エタノールで洗浄し、十分乾燥
後、さらに1mMのDBPエタノール溶液に2時間浸漬
し、その後、純エタノールで洗浄した表面を原子間力顕
微鏡及び摩擦力顕微鏡にて同時に観察したところ、約
0.5nm高さを有するGaAsの層厚に対応した線が
5本観察された。これを図3の(a)(b)に示す。こ
れらの線表面は他の基板面とは摩擦力が異なり、確かに
ODTの分子とDBP分子が交互に1ラインずつ1層並
んだナノメータの線幅を持つ単分子複合パターンが形成
されていることが分かった。
【0022】[実施の形態2]SA分子の異なる複数の
溶液を用意し、第2工程でSA分子を含む溶液中で既述
のような積層体を劈開してSA分子を吸着させ、第3工
程により当該積層体を洗浄後に、第4工程に先立ち、第
6工程により化学処理を施すことにより、別の溶液中に
浸漬して他のSA分子を吸着させ、こうしたプロセスを
順次行うことにより、SA単分子が形成された面上にの
み選択的に異なる種類のSA薄膜を積層することができ
る。例えば、実施の形態1と同じ方法であるが、SA分
子の種類をSH(CH215COOHに換えて、GaA
s層にのみSAM分子のラインを形成した後、今度はエ
タノールに溶かし込んだ1mMの銅アセテート(CH3
COO)2 Cu溶液に10分程度浸漬する(ステップ
1)。これにより、SA分子が表面に露出されているC
OOH基は(COO)2 Cuに変成される。このCuイ
オンで化学処理するときの溶液の温度は、室温でもよい
し、加熱されていてもよい。溶媒は、エタノール溶液以
外の有機溶媒を用いてもよいし、純水であってもよい。
【0023】その後、上記積層体1を溶液中から取り出
し、純エタノール溶液で洗浄する。次に、積層体1をエ
タノール溶媒に溶かし込んだ1mMSH(CH215
OOH溶液に投入して、約4時間浸漬し、表面がSA分
子で覆われた領域にのみ、さらにSH(CH215CO
OH1層を吸着させる(ステップ2)。この後、純水も
しくは有機溶媒による洗浄を経て上記ステップの工程を
繰り返すことにより、SA分子が形成されている領域に
のみSH(CH215COOHを1層ずつ累積すること
ができる(図4(a))。次に、図4(b)に示すよう
に今まで化学吸着していなかったAlx Ga(1-x) As
(x=0.1〜1.0)層にも、別の異なるSA分子を
含む溶液中に浸漬することで、SA分子を化学吸着させ
ることができる。例えば、CH3 (CH215PO3
2 分子を用いる場合、CH3 (CH215PO32
Alx Ga(1-x) As層に吸着するメカニズムは、PO
32 がヘッドグループとして作用し、表面に自然発生
的に形成されたOH基と結合するからである。SH(C
215COOHはGaAsに対しては、SHがヘッド
グループとして作用し、GaAsに直接化学吸着される
が、この例ではGaAs層(第1の層2)の上に既にS
H(CH215COOH分子が吸着されているので、結
果として、CH3 (CH215PO32 は、Alx
(1-x) As(x=0.1〜1.0)層(第2の層3)
のみに吸着されることになる。
【0024】本発明者は、以上の様な方法により、積層
体1においてSH(CH215COOHのSA分子の積
層膜5層をGaAs領域にのみ形成し、Alx Ga
(1-x) As層にCH3 (CH215PO32 のSA分
子を形成した。得られた表面を原子力顕微鏡及び摩擦力
顕微鏡にて同時に観察したところ、約5nm高さを有す
るGaAsの層厚に対応した線が5本観察された。これ
らの線表面は他の基板面とは摩擦力が異なり、確かにS
H(CH215COOHの分子が5層とCH3 (CH
215PO32 分子が1層交互に1ラインずつ並んだ
ナノメータの線幅を持つ有機薄膜複合パターンが形成さ
れていることが分かった。
【0025】[実施の形態3]SA分子の異なる複数の
溶液を用意し、実施の形態1に示された方法で単分子複
合パターンを形成した後(図5(a))に、第9工程に
より化学処理を施した後、第10工程により別の溶液中
に浸漬して他のSA分子を吸着させ、こうしたプロセス
を順次行うことにより、第4、5工程によって形成され
たSA単分子が形成された面上にのみ、選択的に異なる
種類のSA薄膜を積層することができる(図5
(b))。例えば、実施の形態1と同じ方法ではある
が、SA分子の種類を16−オクタデシルビスフォスフ
ォン酸H23 P(CH216PO32 (以下「OB
P]と呼ぶ)に変更して、Alx Ga(1-x) As層にS
A分子のラインを形成した後、今度はエタノールに溶か
し込んだ1mMのオキシ塩化ジルコニウムZrOCl2
・8H2 O溶液に10分程度浸漬する(ステップ1)。
これにより、SA分子が表面に露出されているPO3
2 基は、Zrイオンで修飾される。このZrイオンで化
学処理するときの溶液の温度は、室温でもよいし、加熱
されていてもよい。溶媒は、エタノール溶液以外の有機
溶媒を用いてもよいし、純水であってもよい。その後、
上記積層体1を溶液中から取り出し、純エタノール溶液
で洗浄する。
【0026】次に、積層体1を再度エタノール溶媒に溶
かし込んだ1mMOBP溶液に投入して、約1時間浸漬
し、表面がZrイオンで修飾された領域にのみ、さらに
OBP1層を吸着させることができる(ステップ2)。
この後、純水もしくは有機溶媒による洗浄を経て上記ス
テップの工程を繰り返すことにより、SA分子が形成さ
れている領域にのみOBPを1層ずつ累積することがで
きる。例えば、OBP分子を用いる場合、OBPがZr
イオンで処理されたOBPのSA分子に化学吸着するメ
カニズムは、PO32 がヘッドグループとして作用し
表面修飾されたZrイオンが下層のPO32 と配位結
合するからである。GaAs表面上に形成するODTに
対してはSHがヘッドグループとして作用し、GaAs
に直接化学吸着されるが、この例ではGaAs層(第1
の層2)の上に既にODT分子が吸着され、表面にはC
3 基が露出しているので、結果としてOBPは、Al
xGa(1-x) As(x=0.1〜1.0)層(第2の層
3)上のOBPのみに吸着されることになる。
【0027】本発明者は、以上の様な方法により、積層
体1においてOBPのSA分子の積層膜5層をAlx
(1-x) As(x=0.1〜1.0)層領域にのみ形成
した。得られた表面を原子間力顕微鏡及び摩擦力顕微鏡
にて同時に観察したところ、約5nm高さを有するAl
x Ga(1-x) As(x=0.1〜1.0)層の層厚に対
応した線が5本観察された。これらの線表面は他の基板
面とは摩擦力が異なり、確かにODTの分子が1層とO
BP分子が5層交互に1ラインずつ並んだナノメータの
線幅を持つ有機薄膜複合パターンが形成されていること
が分かった。
【0028】本発明の実施の形態2及び3の様な方法を
組み合わせることにより、ナノメートルサイズのパター
ンを有した、2種類の異なる膜構造を有する微細複合有
機積層膜を形成することが可能である。そして、このよ
うに異なるSA分子の単分子あるいはSA分子の積層膜
のバンドを作ると、SA分子によってトランジスタ構造
等の基本的なデバイス構造を構築することができる。こ
のことは、あるパターン部分の最終層を除く全ての層を
絶縁性の高いSA分子を用い、最終層を導電性を有する
SA分子を積層すると、あるパターンを電極部に他のパ
ターン部分をチャンネル部として用い、チャンネル幅、
即ちエピタキシャル層厚を制御することにより、チャン
ネル部に蓄積できる電荷量、I−V特性等の基本的な制
御が可能となる。更にまた、異なるラインの並列群(図
5(b)に示すラインの並び)においてライン群の一端
のラインから他端のライン間の電子輸送特性(ライン群
の線幅方向の電子輸送特性)を体系的に調べることがで
きる利点がある。このような測定は、ライン群の両側に
金属コンタクトパッドを形成しておくことにより行うこ
とができる。
【0029】[実施の形態4]ナノメータオーダの表面
のパターンは、例えば III−V族化合物の(100)結
晶面にも作製することができる。この方法について述べ
ると、例えばGaAs基板6の約2度微傾斜(100)
結晶面にGaAsをホモエピタキシャル成長させ、表面
を平坦化する。これにより、図6(a)に例示するよう
に、清浄でかつ等間隔にステップエッジを有する原子レ
ベルで平坦なGaAs(001)が得られる。次に、表
面が別の III−V族化合物のエピタキシャル再成長プロ
セスを行う(図6(b)参照)。別の III−V族化合物
としては、例えば、Alx Ga(1-x)Asを用いること
ができ、エピタキシャル再成長は、図6(b)に示すよ
うに優先的にステップ端から行われる。図中、7は再成
長部分である。
【0030】その後、基板6をODT分子の分子流動雰
囲気に置くことにより、図6(c)に示すようにODT
分子8がGaAsのエピタキシャル再成長部分に選択的
に付着する。さらにその後、基板6を例えばOBP分子
の分子流動雰囲気に置くことにより、図6(d)に示す
ようにOBP分子9がGaAsのエピタキシャル再成長
部分に選択的に付着する。従って、エピタキシャル再成
長部分の線幅は、分子線エピタキシャル技術の処理時間
をコントロールすることで調整でき、例えばODTのS
A分子とOBPのSA分子が混在したナノメータオーダ
のラインを作製することができる。このような一連のプ
ロセスについては、超高真空処理室内で基板6に対して
アニールを行い、表面の酸化物を脱離させた後、その状
態でエピタキシャル再成長処理を行い、更にロードロッ
ク室を介して、例えばN2 ガス雰囲気の処理室に送り、
この処理室内に設けられたODTエタノール溶液槽内に
結晶6を浸漬した後、OBP分子の化学吸着処理を行う
といった方法を採用できる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、SA分子を用いて任意
のパターン、例えばナノメータオーダーのラインを作製
することができ、例えばこのラインの電気的特性を計測
することが可能となり、本発明の方法は、将来の微細パ
ターンの電子デバイスの設計などに役立つ有効な方法で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1においてエピタキシャル
層の積層体を溶液中で劈開している様子を示す説明図で
ある。
【図2】(a)及び(b)は、エピタキシャル層の劈開
面にオクタデカンチオール分子と12−ドデシルビスフ
ォスフォン酸が選択的に吸着されてパターンが形成され
た様子を示す摸式図である。
【図3】実施の形態1で作製した後の半導体超格子構造
劈開面の原子間力顕微鏡像(a)及び摩擦力顕微鏡像
(b)を示す図面代用写真である。
【図4】(a)及び(b)は、実施の形態2で作製した
パターン上に選択的に積層した有機膜表面を示す摸式図
である。
【図5】(a)及び(b)は、実施の形態3で作製した
パターン上に選択的に積層した有機膜表面を示す摸式図
である。
【図6】(a)ないし(d)は、GaAs微傾斜基板表
面とGaAsとは異なる III−V族半導体をステップフ
ロー成長した基板を利用して自己組織化分子を吸着させ
てラインを形成する様子を示す工程図である。
【符号の説明】
1 被処理体であるエピタキシャル層の積層体 2 GaAsよりなる第1の層 3 AlxGa(1−x)よりなる第2の層 4 容器 5 自己組織化分子を溶解したエタノール溶液 6 微傾斜GaAs基板 7 再成長部分 8 オクタデカンチオール分子 9 16−オクタデシルビスフォスフォン酸分子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 幹宏 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 (72)発明者 御手洗 郷子 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 (72)発明者 徳本 洋志 茨城県つくば市東1−1−4 工業技術 院 産業技術融合領域研究所内 審査官 恩田 春香 (56)参考文献 特開 平10−84147(JP,A) 特開 平9−237926(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 51/00 H01L 21/20

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自己組織化分子の化学吸着性が互いに異な
    り互いに隣接する面、あるいは互いに異なる結晶体の互
    いに隣接する面を、非酸化雰囲気内で被処理体に形成す
    る第1工程と、 次いで、第1の自己組織化分子が分子状態で流動してい
    る雰囲気内に前記互いに隣接する面を置き、これにより
    第1の自己組織化分子を被処理体に化学吸着させる第2
    工程と、 その後、前記被処理体を洗浄して当該被処理体に付着し
    た過剰な第1の自己組織化分子を除去し、自己組織化分
    子のパターンを得る第3工程と、 第3工程において自己組織化分子で被覆されない被処理
    体部に第2の自己組織化分子を化学吸着させる第4工程
    と、 その後、前記被処理体を洗浄して当該被覆体に過剰に付
    着した前記第2の自己組織化分子を除去し、自己組織化
    分子のパターンを得る第5工程と、 を含むことを特徴とする有機薄膜の微細パターンの作製
    方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の方法において、第4工程
    に先立ち、化学処理を施すことにより自己組織化分子形
    成領域にのみ化学吸着性を変成せしめる第6工程を経た
    後、化学吸着性が異なる別の自己組織化分子を自己組織
    化分子形成領域に化学吸着させる第7工程と、その後前
    記被処理体を洗浄して当該被覆体に過剰に付着した自己
    組織化分子を除去して有機薄膜パターンを得る第8工程
    とを有することを特徴とする有機薄膜の微細パターンの
    作製方法。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の方法において、第6、第
    7及び第8工程を繰り返すことにより、選択的に微細な
    自己組織化単分子層を積層することを特徴とする有機薄
    膜の微細パターンの作製方法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の方法において、第5工程
    に引き続き、化学処理を施すことにより化学吸着性を変
    成せしめる第9工程を経た後、化学吸着性が異なる別の
    自己組織化分子を化学吸着させる第10工程と、その
    後、前記被処理体を洗浄して当該被覆体に過剰に付着し
    た自己組織化分子を除去して有機薄膜パターンを得る第
    11工程とを有することを特徴とする有機薄膜の微細パ
    ターンの作製方法。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の方法において、第9、第
    10及び第11工程を繰り返すことにより、選択的に微
    細な自己組織化単分子層を積層することを特徴とする有
    機薄膜の微細パターンの作製方法。
  6. 【請求項6】互いに異なる結晶体は、エピタキシャル成
    長により得たものであることを特徴とする請求項1に記
    載の有機薄膜の微細パターンの作製方法。
  7. 【請求項7】被処理体は、自己組織化分子の化学吸着性
    が互いに異なる層の積層体であり、第1の工程は、前記
    積層体を非酸化雰囲気内で劈開する工程であることを特
    徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の有機薄膜の微
    細パターンの作製方法。
  8. 【請求項8】第1工程は、ある結晶面からやや傾斜した
    結晶体表面上に当該結晶体と異なる成分のエピタキシャ
    ル層を成長させる工程を含むことを特徴とする請求項1
    〜5のいずれかに記載の有機薄膜の微細パターンの作製
    方法。
  9. 【請求項9】第2、第4、第7または第10工程で用い
    る自己組織化分子が、互いに種類の異なる分子である
    とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の有機薄
    膜の微細パターンの作製方法。
  10. 【請求項10】自己組織化分子が分子状態で流動してい
    る雰囲気は、自己組織化分子群よりなる物質が溶解して
    いる溶液中であることを特徴とする請求項1〜9のいず
    れかに記載の有機薄膜の微細パターンの作製方法。
  11. 【請求項11】自己組織化分子が分子状態で流動してい
    る雰囲気は、自己組織化分子群よりなる気体雰囲気であ
    ることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の有
    機薄膜の微細パターンの作製方法。
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