JP5031313B2 - 外部環境ナノワイヤセンサおよび外部環境ナノワイヤセンサの製造方法 - Google Patents
外部環境ナノワイヤセンサおよび外部環境ナノワイヤセンサの製造方法 Download PDFInfo
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また、本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法は、基板を形成する工程と、ナノワイヤを成長させる工程と、インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成する工程と、上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、上記インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程は、スピン・オン・グラス(SOG)またはlow−k層間絶縁部からなる物質を堆積させる工程を含んでおり、上記スピン・オン・グラスは、珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサン(siloxane)であり、上記low−k層間絶縁部は、ナノガラス、M S Q (CH 3 SiO 1.5 )、メチル化シルセキオザン(methyl silsequioxane)、HSQ水素化シルセキオザン(メチルイソブチルケトン)(HSQ hydrogen silsequioxane (methyl Isobutyl Ketone))、絹であることを特徴としている。
また、本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法は、基板を形成する工程と、ナノワイヤを成長させる工程と、インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成する工程と、上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、上記インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程は、HSQを堆積させる工程を含んでおり、上記HSQを堆積させる工程は、100〜10000(RPM)のスピンスピードを用いて複数のHSQ層を堆積させる工程と、上記のHSQ層を堆積させる度に、100〜400℃でベーキングする工程と、を含むことを特徴としている。
また、本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法は、基板を形成する工程と、ナノワイヤを成長させる工程と、インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成する工程と、上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、上記インシュレータ層を堆積させた後に、100〜400℃でアニールする工程と、アニーリングする工程によって、インシュレータ層を化学量論的に酸化シリコン層に変換する工程と、をさらに含むことを特徴としている。
また、本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法は、基板を形成する工程と、ナノワイヤを成長させる工程と、インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成する工程と、上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、p型およびn型からなる物質によって上記基板をドープする工程と、を含み、上記の基板をドープする工程は、上記電極の端部の下にある基板の部位をドープし、電極の端部の間にある基板の部位をドープしないように形成する工程を含み、上記の電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程は、上記のドープされた基板の部位を露出させるエッチング工程を含むことを特徴としている。
また、本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法は、基板を形成する工程と、ナノワイヤを成長させる工程と、インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成する工程と、上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、Ti,Ni,Au,Ta,Co,Ir,およびPtからなる物質によって上記基板の上に成長プロモーション層を形成する工程と、を含み、上記ナノワイヤを成長させる工程は、上記成長プロモーション層からナノワイヤを成長させる工程を含み、上記の成長プロモーション層を形成する工程は、成長プロモーション層を厚さ0.5〜5ナノメートル(nm)に形成する工程を含み、上記基板の上に成長プロモーション層を形成する工程は、上記電極の端部の下にある基板の部位に選択的に成長プロモーション層を形成する工程を含むことを特徴としている。
本発明の外部環境ナノワイヤセンサは、基板と、外部環境に露出した第1の複数のナノワイヤと、電極の端部が上記第1の複数のナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極と、を含み、インシュレータ層が、上記基板と上記電極の中心部との間に挟まれており、上記インシュレータ層が、スピン・オン・グラス(SOG)、low−k層間絶縁部、または酸化シリコンの化学量論的な混合物であり、上記スピン・オン・グラスは、珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサン(siloxane)であり、上記low−k層間絶縁部は、ナノガラス、MSQ(CH 3 SiO 1.5 )、メチル化シルセキオザン(methyl silsequioxane)、HSQ水素化シルセキオザン(メチルイソブチルケトン)(HSQ hydrogen silsequioxane (methyl Isobutyl Ketone))、絹であることを特徴としている。
本発明の外部環境ナノワイヤセンサは、基板と、外部環境に露出した第1の複数のナノワイヤと、電極の端部が上記第1の複数のナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極と、第2の複数のナノワイヤと、を含み、インシュレータ層が、上記基板と上記電極の中心部との間に挟まれており、上記インシュレータ層が上記第2の複数のナノワイヤの上に形成され、上記電極の中心部が上記第2の複数のナノワイヤの先端部の上に形成され、上記基板は、ドープされた基板の部位とドープされない基板の部位とを含み、上記第1の複数のナノワイヤが上記ドープされた基板の部位の上に形成され、上記第2の複数のナノワイヤが上記ドープされない基板の部位の上に形成されることを特徴としている。
本発明の外部環境ナノワイヤセンサは、基板と、外部環境に露出した第1の複数のナノワイヤと、電極の端部が上記第1の複数のナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極と、Ti,Ni,Au,Ta,Co,Ir,およびPtからなる物質によって上記基板の上に形成される成長プロモーション層と、を含み、インシュレータ層が、上記基板と上記電極の中心部との間に挟まれており、上記第1の複数のナノワイヤは上記成長プロモーション層の上に形成されており、上記成長プロモーション層が上記電極の端部の下にある部位に選択的に形成されることを特徴としている。
図1Aと図1Bとは、それぞれ独立した外部環境ナノワイヤセンサの断面図である。図1Aでは、センサ100は基板102を含んでいる。
図4から図8は外部環境ナノワイヤセンサを形成するステップを示した図である。図4では、SOIのウエハが基板として用いられている。Si,Poly−Si,またはSiGeなどの他の物質についても基板として用いることができる。
図10から図14は、外部環境ナノワイヤセンサの第1の変形例を形成するステップを示した図である。変更された工程では、基板を選択的にドープし、内部のナノワイヤを『無能力』にしている(図10参照)。
図15から図20は、外部環境ナノワイヤセンサの第2の変形例を形成するステップを示した図である。変更点は、ナノワイヤの選択的な成長を達成するために、IrO2ナノワイヤの成長工程の前にTi層をパターンする点である。
IrO 2 のナノワイヤをTiの薄膜層を有するSi基板上に成長させることができた。ナノワイヤはまた、Tiなどの金属粒子の薄膜層を有する、高濃度にドープしたシリコン・オン・インシュレータ(SOI:Silicon-on-Insulator)ウエハ表面に形成することもできる。Ti層をパターニングした後、IrO 2 のナノワイヤを選択的に成長させることができる。Ta,Au,Ni,Coおよびこれらと同様の物質が成長プロモーション層として作用する。本発明は、上記技術を、ガスや液体の環境でのセンサに好適なナノワイヤデバイスの形成に応用するものである。
それゆえ、本発明は外部環境ナノワイヤセンサの製造方法を提供する。上記方法は、基板をシリコン(Si)、SOI、またはガラスなどで形成し、ナノワイヤを成長させ、インシュレータ層をナノワイヤ上に堆積させ、エッチングによってナノワイヤの先端部を露出させ、電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成し、エッチングによって上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させる方法である。上記ナノワイヤは、例えばIrO 2 ,TiO 2 ,InO,ZnO,SnO 2 ,Sb 2 O 3 ,またはIn 2 O 3 などの物質であり、これらはほんの一例に過ぎない。インシュレータ層はスピン・オン・グラス(SOG:Spin−on glass)またはlow−k層間絶縁部である。
上記基板は、電極の端部の下にあるドープされた部位と電極の端部の間にあるドープされていない部位とを含んでいてもよい。そのため、電極の端部の下にあるナノワイヤをエッチングによって露出させるということは、ドープされた基板の部位をエッチングによって露出させるということである。上記によって得られる構造は、基板にドープした部位から成長し、露出したナノワイヤとナノワイヤが組み込まれたインシュレータコアとを含んでいる。
また、上記方法は成長プロモーション層を基板上に形成する方法であってもよい。例えば、上記方法は基板の電極の端部の下にある部位に成長プロモーション層を選択的に形成する。上記によって得られる構造は、選択的に形成された成長プロモーション層から成長し、露出されたナノワイヤと基板及び上部の電極の間に挟みこまれたインシュレータコアとを含んでいる。
本発明は、外部環境ナノワイヤセンサおよびその製造方法を提供する。幾つかの特徴的な工程の例と物質とを用いて発明を説明したが、本発明は上記の例に限定されるものではない。他の変形例や発明の実施の形態に関しても本願の発明として実施されうるものである。
102 基板
104 成長プロモーション層
108 第1の複数のナノワイヤ(ナノワイヤ)
110 外部環境
112 電極(金属の電極)
114 電極の端部(金属の電極、電極の端部)
116 第1のナノワイヤの先端部
118 電極の中心部(金属の電極、電極の中心部)
120 インシュレータ層(スピン・オン・グラス、low−k層間絶縁部、HSQ層、酸化シリコンの化学量論的な混合物)
122 第2の複数のナノワイヤ(ナノワイヤ)
124 第2のナノワイヤの先端部
200 ドープされた部位
202 ドープされていない部位
Claims (9)
- 基板を形成する工程と、
ナノワイヤを成長させる工程と、
インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、
上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、
電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極を形成する工程と、
上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、
上記ナノワイヤを成長させる工程は、有機金属化学気相成長法(MOCVD)によってIrO2のナノワイヤを成長させる工程を含み、
上記有機金属化学気相成長法によってIrO2のナノワイヤを成長させる工程は、
前駆物質の(メチルサイクロペンタジエニル)(1,5−サイクロオクタジエン)イリジウム(I)((methylcyclopentadienyl)(1,5−cyclooctadiene)iridium(I))を60〜100℃の温度で投入する工程と、
高純度の酸素を流量50〜500(sccm)で投入する工程と、
ArをIr前駆物質の輸送用の気体として、流量50〜500(sccm)で投入する工程と、
基準圧力を1×10−8〜1×10−3(torr)に設定し、O2のバイパスラインを用いてIr前駆物質を導入する前に1〜500(torr)の圧力を生成する工程と、
上記基板の温度を200〜500℃に保つ工程と、を有することを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。 - 基板を形成する工程と、
ナノワイヤを成長させる工程と、
インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、
上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、
電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電
極を形成する工程と、
上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、
上記インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程は、スピン・オン・グラス(SOG)またはlow−k層間絶縁部からなる物質を堆積させる工程を含んでおり、
上記スピン・オン・グラスは、珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサン(siloxane)であり、
上記low−k層間絶縁部は、ナノガラス、M S Q (CH3SiO1.5)、メチル化シルセキオザン(methyl silsequioxane)、HSQ水素化シルセキオザン(メチルイソブチルケトン)(HSQ hydrogen silsequioxane (methyl Isobutyl Ketone))、絹であることを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。 - 基板を形成する工程と、
ナノワイヤを成長させる工程と、
インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、
上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、
電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電
極を形成する工程と、
上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、
上記インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程は、HSQを堆積させる
工程を含んでおり、
上記HSQを堆積させる工程は、
100〜10000(RPM)のスピンスピードを用いて複数のHSQ層を堆積させる工程と、
上記のHSQ層を堆積させる度に、100〜400℃でベーキングする工程と、を含むことを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。 - 基板を形成する工程と、
ナノワイヤを成長させる工程と、
インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、
上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、
電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電
極を形成する工程と、
上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、を含み、
上記インシュレータ層を堆積させた後に、100〜400℃でアニールする工程と、
アニーリングする工程によって、インシュレータ層を化学量論的に酸化シリコン層に変換する工程と、をさらに含むことを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。 - 基板を形成する工程と、
ナノワイヤを成長させる工程と、
インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、
上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、
電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電
極を形成する工程と、
上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、
p型およびn型からなる物質によって上記基板をドープする工程と、を含み、
上記の基板をドープする工程は、上記電極の端部の下にある基板の部位をドープし、電極の端部の間にある基板の部位をドープしないように形成する工程を含み、
上記の電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程は、上記のドープされた基板の部位を露出させるエッチング工程を含むことを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。 - 基板を形成する工程と、
ナノワイヤを成長させる工程と、
インシュレータ層を上記ナノワイヤの上に堆積させる工程と、
上記ナノワイヤの先端部を露出させるエッチング工程と、
電極の端部が上記ナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電
極を形成する工程と、
上記電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させるエッチング工程と、
Ti,Ni,Au,Ta,Co,Ir,およびPtからなる物質によって上記基板の上に成長プロモーション層を形成する工程と、を含み、
上記ナノワイヤを成長させる工程は、上記成長プロモーション層からナノワイヤを成長させる工程を含み、
上記の成長プロモーション層を形成する工程は、成長プロモーション層を厚さ0.5〜5ナノメートル(nm)に形成する工程を含み、
上記基板の上に成長プロモーション層を形成する工程は、上記電極の端部の下にある基板の部位に選択的に成長プロモーション層を形成する工程を含むことを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。 - 基板と、
外部環境に露出した第1の複数のナノワイヤと、
電極の端部が上記第1の複数のナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極と、を含み、
インシュレータ層が、上記基板と上記電極の中心部との間に挟まれており、
上記インシュレータ層が、スピン・オン・グラス(SOG)、low−k層間絶縁部、または酸化シリコンの化学量論的な混合物であり、
上記スピン・オン・グラスは、珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサン(siloxane)であり、
上記low−k層間絶縁部は、ナノガラス、MSQ(CH3SiO1.5)、メチル化シルセキオザン(methyl silsequioxane)、HSQ水素化シルセキオザン(メチルイソブチルケトン)(HSQ hydrogen silsequioxane (methyl Isobutyl Ketone))、絹であることを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサ。 - 基板と、
外部環境に露出した第1の複数のナノワイヤと、
電極の端部が上記第1の複数のナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極と、
第2の複数のナノワイヤと、を含み、
インシュレータ層が、上記基板と上記電極の中心部との間に挟まれており、
上記インシュレータ層が上記第2の複数のナノワイヤの上に形成され、
上記電極の中心部が上記第2の複数のナノワイヤの先端部の上に形成され、
上記基板は、ドープされた基板の部位とドープされない基板の部位とを含み、
上記第1の複数のナノワイヤが上記ドープされた基板の部位の上に形成され、上記第2の複数のナノワイヤが上記ドープされない基板の部位の上に形成されることを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサ。 - 基板と、
外部環境に露出した第1の複数のナノワイヤと、
電極の端部が上記第1の複数のナノワイヤの先端部の上にまたがるようにパターン化された金属の電極と、
Ti,Ni,Au,Ta,Co,Ir,およびPtからなる物質によって上記基板の上に形成される成長プロモーション層と、を含み、
インシュレータ層が、上記基板と上記電極の中心部との間に挟まれており、
上記第1の複数のナノワイヤは上記成長プロモーション層の上に形成されており、
上記成長プロモーション層が上記電極の端部の下にある部位に選択的に形成されることを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサ。
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