JPH05226317A - 単結晶シリコン量子細線の構造と形成方法 - Google Patents
単結晶シリコン量子細線の構造と形成方法Info
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- JPH05226317A JPH05226317A JP2488192A JP2488192A JPH05226317A JP H05226317 A JPH05226317 A JP H05226317A JP 2488192 A JP2488192 A JP 2488192A JP 2488192 A JP2488192 A JP 2488192A JP H05226317 A JPH05226317 A JP H05226317A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単結晶シリコンを利用して構造的に量子細線
を形成するための構造とその形成方法。 【構成】 単結晶シリコンを利用した断面積１０００ｎ
ｍ2 以下の柱状の量子細線の構造と、異方性エッチング
とエッチング側面をマスキングする方法による形成方
法。 【効果】 柱状の単結晶シリコンの量子細線なので、量
子細線としての効果を強く発現する。
を形成するための構造とその形成方法。 【構成】 単結晶シリコンを利用した断面積１０００ｎ
ｍ2 以下の柱状の量子細線の構造と、異方性エッチング
とエッチング側面をマスキングする方法による形成方
法。 【効果】 柱状の単結晶シリコンの量子細線なので、量
子細線としての効果を強く発現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量子効果デバイス、発
光デバイス、及びシリコン電子銃等に用いて好適な、単
結晶シリコン量子細線の構造とその形成方法に関するも
のである。
光デバイス、及びシリコン電子銃等に用いて好適な、単
結晶シリコン量子細線の構造とその形成方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来シリコン基板を利用した機械的な量
子細線は、弗酸水溶液中で単結晶シリコン基板を陽極エ
ッチングすることによって形成している。すなわち、例
えばシリコン基板に正の５Ｖ程度の電圧を加え、一方、
負極は白金電極に印加し、両極を５％程度の弗酸水溶液
内に浸す。この状態では単結晶シリコン基板は多孔質状
にエッチングされるが、その構造はくびれ及び曲り構造
があるが量子細線状になる。
子細線は、弗酸水溶液中で単結晶シリコン基板を陽極エ
ッチングすることによって形成している。すなわち、例
えばシリコン基板に正の５Ｖ程度の電圧を加え、一方、
負極は白金電極に印加し、両極を５％程度の弗酸水溶液
内に浸す。この状態では単結晶シリコン基板は多孔質状
にエッチングされるが、その構造はくびれ及び曲り構造
があるが量子細線状になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術による単結
晶シリコン量子細線の構造は、多孔質状なため断面の形
状や断面積の均一な柱状構造の量子細線ではない。ま
た、従来の単結晶シリコン量子細線の製造方法では、形
状が一定で断面積等も一定な構造を再現性よく製造する
ことは困難である。
晶シリコン量子細線の構造は、多孔質状なため断面の形
状や断面積の均一な柱状構造の量子細線ではない。ま
た、従来の単結晶シリコン量子細線の製造方法では、形
状が一定で断面積等も一定な構造を再現性よく製造する
ことは困難である。
【０００４】本発明では、形状が一定で柱状の量子細線
を再現性よく製造するための単結晶シリコン量子細線の
構造とその製造方法を提供することを目的としたもので
ある。
を再現性よく製造するための単結晶シリコン量子細線の
構造とその製造方法を提供することを目的としたもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明による単結晶シリコン量子細線では、単結
晶シリコンを素材とし、断面が円、楕円、あるいは多角
形でその断面積が１０００ｎｍ2 以下の柱状構造を持
つ。また、単結晶シリコン量子細線を、複数アレイ状に
並べた構造でもよい。
めに、本発明による単結晶シリコン量子細線では、単結
晶シリコンを素材とし、断面が円、楕円、あるいは多角
形でその断面積が１０００ｎｍ2 以下の柱状構造を持
つ。また、単結晶シリコン量子細線を、複数アレイ状に
並べた構造でもよい。
【０００６】本発明による単結晶シリコン量子細線の製
造方法では、シリコン基板上に形成された第１のマスク
材料内のエッチング窓を通してシリコン基板をエッチン
グし、エッチング側面を露出させる工程と、前記エッチ
ング側面に第２のマスク材料を形成する工程と、前記第
１のマスク材料をパターニングする工程と、前記第１の
マスク材料が除去された部分を通して前記シリコン基板
をエッチングする工程と、前記シリコン基板を熱酸化す
る工程とを具備する。さらに、上述の工程後に、熱酸化
膜を除去する工程を行ってもよい。
造方法では、シリコン基板上に形成された第１のマスク
材料内のエッチング窓を通してシリコン基板をエッチン
グし、エッチング側面を露出させる工程と、前記エッチ
ング側面に第２のマスク材料を形成する工程と、前記第
１のマスク材料をパターニングする工程と、前記第１の
マスク材料が除去された部分を通して前記シリコン基板
をエッチングする工程と、前記シリコン基板を熱酸化す
る工程とを具備する。さらに、上述の工程後に、熱酸化
膜を除去する工程を行ってもよい。
【０００７】
【作用】上述したように、従来の単結晶シリコン量子細
線の構造は多孔質状であり、直線状の柱状構造ではな
い。これは製造方法が量子細線の形状を制御して行うよ
うな方法ではないからである。これに対して本発明によ
る量子細線の構造は、直線状の柱状構造であり、製造方
法もその形状を制御しながら行うものである。
線の構造は多孔質状であり、直線状の柱状構造ではな
い。これは製造方法が量子細線の形状を制御して行うよ
うな方法ではないからである。これに対して本発明によ
る量子細線の構造は、直線状の柱状構造であり、製造方
法もその形状を制御しながら行うものである。
【０００８】直線状の量子細線は、量子細線としての量
子効果が強く現れることが期待でき、また、物理的にも
その現象を理解しやすい。しかも本発明による量子細線
構造は、単結晶シリコンで形成されており、高度に発達
した現在のシリコンウェーハ製造技術では、ほとんど無
欠陥の量子細線が期待でき、ほぼ物理的に理想的な量子
細線構造となる。
子効果が強く現れることが期待でき、また、物理的にも
その現象を理解しやすい。しかも本発明による量子細線
構造は、単結晶シリコンで形成されており、高度に発達
した現在のシリコンウェーハ製造技術では、ほとんど無
欠陥の量子細線が期待でき、ほぼ物理的に理想的な量子
細線構造となる。
【０００９】本発明による単結晶シリコン量子細線の製
造方法では、前述のようにその形状を制御しながら形成
し、その長さも理想的にはシリコンウェーハの厚み程度
の長さのものが形成可能である。
造方法では、前述のようにその形状を制御しながら形成
し、その長さも理想的にはシリコンウェーハの厚み程度
の長さのものが形成可能である。
【００１０】本発明のよる製造方法では、量子細線の形
状を均一に再現性よく形成するために、まずシリコン基
板上に比較的大きな断面積を持つ単結晶シリコンの四角
柱の構造を形成し、しかるのち熱酸化によって柱状の単
結晶シリコンを外側から適当な深さまで酸化シリコン膜
に変えていき、量子細線効果が顕著に現れるような断面
積を持つ単結晶シリコンの柱状構造を製造する。
状を均一に再現性よく形成するために、まずシリコン基
板上に比較的大きな断面積を持つ単結晶シリコンの四角
柱の構造を形成し、しかるのち熱酸化によって柱状の単
結晶シリコンを外側から適当な深さまで酸化シリコン膜
に変えていき、量子細線効果が顕著に現れるような断面
積を持つ単結晶シリコンの柱状構造を製造する。
【００１１】一般に単結晶シリコンの柱状構造を形成す
る場合、単結晶シリコン基板上に方形状のマスクを形成
した後、単結晶シリコンをエッチングしていく。しかし
ながらウェトエッチングでアスペクト比の非常に大きな
柱状構造を形成する場合、マスクの角の部分からもエッ
チングが進行し、マスク直下のシリコン基板もエッチン
グしてしまうので、深くエッチングが進むにつれて単結
晶シリコンの柱状構造は細くなっていき、実際には大き
なアスペクト比の柱状構造は形成できない。
る場合、単結晶シリコン基板上に方形状のマスクを形成
した後、単結晶シリコンをエッチングしていく。しかし
ながらウェトエッチングでアスペクト比の非常に大きな
柱状構造を形成する場合、マスクの角の部分からもエッ
チングが進行し、マスク直下のシリコン基板もエッチン
グしてしまうので、深くエッチングが進むにつれて単結
晶シリコンの柱状構造は細くなっていき、実際には大き
なアスペクト比の柱状構造は形成できない。
【００１２】アンダーエッチングを小さくするために
は、異方性エッチングが有用である。ウェットエッチン
グによる異方性エッチングは、一般に（１１１）面に対
するエッチングレートが他の面方位に対するエッチング
レートに比べて非常に遅いことを利用している。（１１
０）基板では、（１１１）面が（１１０）面に垂直に交
差しており、しかも図１５に示すように、たがいに同一
平面上にない４種の（１１１）面を側面にもつ、断面が
平行四辺形の四角柱構造ができている。従って、（１１
１）面に対して非常に遅いエッチングレートをもつ異方
性エッチング液を利用すれば、前述したような側面が
（１１１）面の四角柱構造にエッチングできる。しか
し、同一平面上にない（１１１）面同士が交差する部分
が露出していると、その部分からエッチングが進行して
まい、シリコン基板上の平面マスクでは、異方性エッチ
ング液を利用してシリコン基板に垂直にエッチングを進
行させようとしても、パターンの角の部分からアンダー
エッチングが進行し柱状構造は形成できない。従って、
（１１１）面同士が露出しないようにエッチングする必
要がある。
は、異方性エッチングが有用である。ウェットエッチン
グによる異方性エッチングは、一般に（１１１）面に対
するエッチングレートが他の面方位に対するエッチング
レートに比べて非常に遅いことを利用している。（１１
０）基板では、（１１１）面が（１１０）面に垂直に交
差しており、しかも図１５に示すように、たがいに同一
平面上にない４種の（１１１）面を側面にもつ、断面が
平行四辺形の四角柱構造ができている。従って、（１１
１）面に対して非常に遅いエッチングレートをもつ異方
性エッチング液を利用すれば、前述したような側面が
（１１１）面の四角柱構造にエッチングできる。しか
し、同一平面上にない（１１１）面同士が交差する部分
が露出していると、その部分からエッチングが進行して
まい、シリコン基板上の平面マスクでは、異方性エッチ
ング液を利用してシリコン基板に垂直にエッチングを進
行させようとしても、パターンの角の部分からアンダー
エッチングが進行し柱状構造は形成できない。従って、
（１１１）面同士が露出しないようにエッチングする必
要がある。
【００１３】この問題を解決するために、本発明による
形成方法では、４つの（１１１）面の側面の内、まず１
組の対面する（１１１）面を異方性エッチングにより露
出させ、次にもう一方の１組の対面する（１１１）面を
露出させる前に、最初に露出させた（１１１）面はエッ
チングに対して保護してしまう。このように１組の対面
する側面を保護することによって、（１１１）面同士が
交差する線をエッチング液にさらすことなしにもう一方
の側面を形成することが可能になるわけである。
形成方法では、４つの（１１１）面の側面の内、まず１
組の対面する（１１１）面を異方性エッチングにより露
出させ、次にもう一方の１組の対面する（１１１）面を
露出させる前に、最初に露出させた（１１１）面はエッ
チングに対して保護してしまう。このように１組の対面
する側面を保護することによって、（１１１）面同士が
交差する線をエッチング液にさらすことなしにもう一方
の側面を形成することが可能になるわけである。
【００１４】図面を用いてより具体的に説明すれば、ま
ず図２に示すように、（１１０）基板上に形成されたマ
スク材３内に設けたエッチング窓４を通して、単結晶シ
リコン基板を異方性エッチングする。このとき図２のＡ
Ａ´断面では図５に示すように（１１１）面をもつ側面
５が基板に対して垂直に形成される。そして、次の工程
では図６に示すように、その側面をマスク材６によって
保護する。次に図３に示すように、マスク材３を柱状構
造の上面部だけ残しエッチング除去し、再び異方性エッ
チングを行う。これにより図３のＢＢ´断面では図７に
示すように、図５中の断面５と隣接する（１１１）面の
側面７が形成される。以上の工程によって結局側面５及
び側面７で囲まれた単結晶シリコンの柱状構造が形成さ
れるわけである。最後にこの単結晶シリコンの柱状構造
を適当な厚さだけ酸化し、所定の断面積を持つ単結晶シ
リコンの柱状構造を形成する。
ず図２に示すように、（１１０）基板上に形成されたマ
スク材３内に設けたエッチング窓４を通して、単結晶シ
リコン基板を異方性エッチングする。このとき図２のＡ
Ａ´断面では図５に示すように（１１１）面をもつ側面
５が基板に対して垂直に形成される。そして、次の工程
では図６に示すように、その側面をマスク材６によって
保護する。次に図３に示すように、マスク材３を柱状構
造の上面部だけ残しエッチング除去し、再び異方性エッ
チングを行う。これにより図３のＢＢ´断面では図７に
示すように、図５中の断面５と隣接する（１１１）面の
側面７が形成される。以上の工程によって結局側面５及
び側面７で囲まれた単結晶シリコンの柱状構造が形成さ
れるわけである。最後にこの単結晶シリコンの柱状構造
を適当な厚さだけ酸化し、所定の断面積を持つ単結晶シ
リコンの柱状構造を形成する。
【００１５】一般に単結晶シリコンの酸化は膜厚制御性
が極めてよいので、断面が３００ｎｍ2 以下の量子細線
が形成できる。量子細線の断面の形状は、エッチングに
よって形成する単結晶シリコンの柱状構造の断面形状
と、その後の熱酸化の条件によって制御する。単結晶シ
リコンの柱状構造の断面は上述したように平行四辺形で
あるが、高温の熱酸化を行うと角ばった部分は丸みをお
びてくる。従って、断面の平行四辺形の隣合う２つの辺
の長さが同等の場合には、高温の熱酸化によって円状の
形状になり、それらの辺の長さが異なれば楕円形の断面
形状の量子細線が形成される。一方、比較的低温（１０
００℃以下）で熱酸化を行うと、元の単結晶シリコンの
形状を保ったまま酸化される。従って、低温での熱酸化
においては量子細線の断面形状は多角形状となる。
が極めてよいので、断面が３００ｎｍ2 以下の量子細線
が形成できる。量子細線の断面の形状は、エッチングに
よって形成する単結晶シリコンの柱状構造の断面形状
と、その後の熱酸化の条件によって制御する。単結晶シ
リコンの柱状構造の断面は上述したように平行四辺形で
あるが、高温の熱酸化を行うと角ばった部分は丸みをお
びてくる。従って、断面の平行四辺形の隣合う２つの辺
の長さが同等の場合には、高温の熱酸化によって円状の
形状になり、それらの辺の長さが異なれば楕円形の断面
形状の量子細線が形成される。一方、比較的低温（１０
００℃以下）で熱酸化を行うと、元の単結晶シリコンの
形状を保ったまま酸化される。従って、低温での熱酸化
においては量子細線の断面形状は多角形状となる。
【００１６】
【実施例】実施例１ 図１は、本発明の実施例１によって形成される単結晶シ
リコン量子細線の鳥観図であり、図２から図１２は本実
施例１による単結晶シリコン量子細線の形成方法を説明
するためのものである。ここで図４から図６は図２内の
破線ＡＡ´で示す位置における断面図であり、図７、図
８、図１１及び図１２は図３内の破線ＢＢ´で示す位置
における断面図である。さらに図９及び図１０は図３内
の破線ＣＣ´で示す位置における断面図である。
リコン量子細線の鳥観図であり、図２から図１２は本実
施例１による単結晶シリコン量子細線の形成方法を説明
するためのものである。ここで図４から図６は図２内の
破線ＡＡ´で示す位置における断面図であり、図７、図
８、図１１及び図１２は図３内の破線ＢＢ´で示す位置
における断面図である。さらに図９及び図１０は図３内
の破線ＣＣ´で示す位置における断面図である。
【００１７】前記図面において、１はシリコン基板であ
り、その面方位は（１１０）のものが好ましいが、後述
する単結晶シリコン量子細線を基板に対して垂直に形成
する必要がなければ（１１０）からオフした基板を利用
してもよい。本実施例１では面方位（１１０）のｎ型基
板を利用した。
り、その面方位は（１１０）のものが好ましいが、後述
する単結晶シリコン量子細線を基板に対して垂直に形成
する必要がなければ（１１０）からオフした基板を利用
してもよい。本実施例１では面方位（１１０）のｎ型基
板を利用した。
【００１８】２は単結晶シリコン量子細線であり、その
長さは原理的に利用する単結晶シリコン基板の厚さ程度
のものが製造可能である。また、その断面形状は後述す
るように、平行四辺形を断面に持つ単結晶シリコンの柱
状構造を、熱酸化によって細くした結果形成される形状
になるので、酸化条件等で若干異なるが円形あるいは楕
円形、または多角形を断面に持つ形状になる。その断面
積は量子細線効果が顕著に現れるように、３００ｎｍ2
以下が好ましい。本実施例１では長さ５０μｍ、断面積
約２５０ｎｍ2 の量子細線を形成した。
長さは原理的に利用する単結晶シリコン基板の厚さ程度
のものが製造可能である。また、その断面形状は後述す
るように、平行四辺形を断面に持つ単結晶シリコンの柱
状構造を、熱酸化によって細くした結果形成される形状
になるので、酸化条件等で若干異なるが円形あるいは楕
円形、または多角形を断面に持つ形状になる。その断面
積は量子細線効果が顕著に現れるように、３００ｎｍ2
以下が好ましい。本実施例１では長さ５０μｍ、断面積
約２５０ｎｍ2 の量子細線を形成した。
【００１９】３はエッチングマスクであり、利用するエ
ッチング液に対して長時間耐性があることが好ましい。
その膜厚も十分にエッチングマスクとして働くように設
定する。本実施例１では窒化シリコン膜を３００ｎｍ形
成した。
ッチング液に対して長時間耐性があることが好ましい。
その膜厚も十分にエッチングマスクとして働くように設
定する。本実施例１では窒化シリコン膜を３００ｎｍ形
成した。
【００２０】４はエッチング窓であり、形状は方形状が
好ましく、エッチングマスクを間に残すように２箇所対
に平行に設ける。その間隔は後述する単結晶シリコンの
柱状構造を形成する際のエッチング時間及び熱酸化の膜
厚制御性等を考慮し決定しなければならないが、０．１
μｍから５μｍ程度が好ましい。また、エッチング窓の
大きさは、製造する単結晶シリコン量子細線の本数によ
って決定し、基本的には２対のエッチング窓の間隔より
対向している辺の長さは長いことが要求される。上述の
辺に隣接する辺の長さに対しては基本的には制限はない
が、エッチング液の循環を十分行えるような間隔にと
る。本実施例１では２対のエッチング窓の対向している
辺の長さを２μｍ、それに隣接する辺の長さが２μｍの
正方形とした。
好ましく、エッチングマスクを間に残すように２箇所対
に平行に設ける。その間隔は後述する単結晶シリコンの
柱状構造を形成する際のエッチング時間及び熱酸化の膜
厚制御性等を考慮し決定しなければならないが、０．１
μｍから５μｍ程度が好ましい。また、エッチング窓の
大きさは、製造する単結晶シリコン量子細線の本数によ
って決定し、基本的には２対のエッチング窓の間隔より
対向している辺の長さは長いことが要求される。上述の
辺に隣接する辺の長さに対しては基本的には制限はない
が、エッチング液の循環を十分行えるような間隔にと
る。本実施例１では２対のエッチング窓の対向している
辺の長さを２μｍ、それに隣接する辺の長さが２μｍの
正方形とした。
【００２１】５はエッチング側面であり、通常（１１
１）面が露出している。２つのエッチング側面は互いに
平行に形成される。
１）面が露出している。２つのエッチング側面は互いに
平行に形成される。
【００２２】６はエッチングマスクであり、その材質は
単結晶シリコン基板をエッチングするエッチング液に対
して十分な耐性があるものならなんでもよく、また、膜
厚もエッチングに対する耐性から決定する。本実施例１
においては、酸化シリコン膜を１μｍ形成した。
単結晶シリコン基板をエッチングするエッチング液に対
して十分な耐性があるものならなんでもよく、また、膜
厚もエッチングに対する耐性から決定する。本実施例１
においては、酸化シリコン膜を１μｍ形成した。
【００２３】７は２回目の単結晶シリコン基板のエッチ
ングの結果露出するエッチング側面であり、２つのエッ
チング側面は平行であり、前述のエッチング側面５と隣
接して形成される。エッチング側面５とエッチング側面
７の交差する角度は７０．５度と１０９．５度である。
ングの結果露出するエッチング側面であり、２つのエッ
チング側面は平行であり、前述のエッチング側面５と隣
接して形成される。エッチング側面５とエッチング側面
７の交差する角度は７０．５度と１０９．５度である。
【００２４】８は２回目の単結晶シリコン基板エッチン
グに対するエッチングマスクであり、前述のエッチング
マスク３をエッチングし、適当な大きさとして利用す
る。従って、材質及び膜厚はエッチングマスク３と同様
である。その形状は４つの（１１１）面のつくる断面と
同じものがよい。従って、内角がそれぞれ７０．５度と
１０９．５度の平行四辺形が好ましい。実際は楕円形や
種々の４辺形でも可能である。本実施例１では前述の内
角を持つ平行四辺形とした。
グに対するエッチングマスクであり、前述のエッチング
マスク３をエッチングし、適当な大きさとして利用す
る。従って、材質及び膜厚はエッチングマスク３と同様
である。その形状は４つの（１１１）面のつくる断面と
同じものがよい。従って、内角がそれぞれ７０．５度と
１０９．５度の平行四辺形が好ましい。実際は楕円形や
種々の４辺形でも可能である。本実施例１では前述の内
角を持つ平行四辺形とした。
【００２５】９は２回の単結晶シリコン基板のエッチン
グにより形成された単結晶シリコンの四角柱構造であ
り、その側面はすべて（１１１）面であり断面は内角が
７０．５度と１０９．５度の平行四辺形である。
グにより形成された単結晶シリコンの四角柱構造であ
り、その側面はすべて（１１１）面であり断面は内角が
７０．５度と１０９．５度の平行四辺形である。
【００２６】１０は酸化シリコン膜であり、その膜厚に
よって量子細線の太さを制御する。
よって量子細線の太さを制御する。
【００２７】次に本実施例１による単結晶シリコン量子
細線の形成方法を説明する。まず、図２及び図４に示す
ように、シリコン（１００）基板上に、例えば熱酸化
法、ＬＰＣＶＤ法またはスパッタリング法等でエッチン
グマスク３を形成し、リソグラフィーによりエッチング
窓４を形成する。エッチングマスク３のエッチングは、
例えばリアクティブイオンエッチング法またはウェット
エッチング法等で行う。
細線の形成方法を説明する。まず、図２及び図４に示す
ように、シリコン（１００）基板上に、例えば熱酸化
法、ＬＰＣＶＤ法またはスパッタリング法等でエッチン
グマスク３を形成し、リソグラフィーによりエッチング
窓４を形成する。エッチングマスク３のエッチングは、
例えばリアクティブイオンエッチング法またはウェット
エッチング法等で行う。
【００２８】次に前記エッチング窓を通して１回目の単
結晶シリコン基板１をエッチングする。このエッチング
はウェットエッチングによる異方性エッチング液を利用
する。それらの異方性エッチング液には、例えば水酸化
カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール水溶
液、ヒドラジン水溶液、あるいは水酸化アンモニウム水
溶液等がある。本実施例１では７０℃の４０％水酸化カ
リウム水溶液を利用し、約５０μｍエッチングした。
結晶シリコン基板１をエッチングする。このエッチング
はウェットエッチングによる異方性エッチング液を利用
する。それらの異方性エッチング液には、例えば水酸化
カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール水溶
液、ヒドラジン水溶液、あるいは水酸化アンモニウム水
溶液等がある。本実施例１では７０℃の４０％水酸化カ
リウム水溶液を利用し、約５０μｍエッチングした。
【００２９】次に図６に示すように、例えばＬＰＣＶＤ
法、スパッタリング法、あるいは熱酸化法等でエッチン
グマスク６を形成する。本実施例１では熱酸化法により
エッチングマスク６を形成した。
法、スパッタリング法、あるいは熱酸化法等でエッチン
グマスク６を形成する。本実施例１では熱酸化法により
エッチングマスク６を形成した。
【００３０】次に図３に示すように、リソグラフィーに
よりエッチングマスク３をさらにパターニングし、エッ
チングマスク８を形成し、２回目の単結晶シリコン基板
のエッチングを行う。これにより図７に示すように、単
結晶シリコンの四角柱構造が形成される。
よりエッチングマスク３をさらにパターニングし、エッ
チングマスク８を形成し、２回目の単結晶シリコン基板
のエッチングを行う。これにより図７に示すように、単
結晶シリコンの四角柱構造が形成される。
【００３１】次に図８に示すように、エッチングマスク
８を例えばリアクティブイオンエッチング法、ウェット
エッチング法等により除去し、その後熱酸化を行う。本
実施例１では、図１１に示すように、２μｍの酸化シリ
コン膜１０を形成した。最後に、弗化水素水溶液によっ
て、図１２に示すように、前記酸化シリコン膜１０を除
去する。ただし、必要に応じて前記酸化シリコン膜１０
は保護膜として残しておいてもよい。
８を例えばリアクティブイオンエッチング法、ウェット
エッチング法等により除去し、その後熱酸化を行う。本
実施例１では、図１１に示すように、２μｍの酸化シリ
コン膜１０を形成した。最後に、弗化水素水溶液によっ
て、図１２に示すように、前記酸化シリコン膜１０を除
去する。ただし、必要に応じて前記酸化シリコン膜１０
は保護膜として残しておいてもよい。
【００３２】以上の工程によって、長さ約５０μｍ、断
面積約２５０ｎｍ2 の単結晶シリコン量子細線が形成で
きた。
面積約２５０ｎｍ2 の単結晶シリコン量子細線が形成で
きた。
【００３３】実施例２ 実施例１で述べた工程において、図２に示した１回目の
単結晶シリコン基板のエッチングに対するエッチング窓
４を、図１３に示すように複数本並列に横に長くして形
成し、さらに、２回目の単結晶シリコン基板のエッチン
グに対するエッチングマスク８を、図１４に示すよう
に、複数個形成することによって、単結晶シリコン量子
細線をアレイ状に複数本形成した。本実施例２では、縦
横２μｍ間隔で２５００本の単結晶シリコン量子細線を
形成した。
単結晶シリコン基板のエッチングに対するエッチング窓
４を、図１３に示すように複数本並列に横に長くして形
成し、さらに、２回目の単結晶シリコン基板のエッチン
グに対するエッチングマスク８を、図１４に示すよう
に、複数個形成することによって、単結晶シリコン量子
細線をアレイ状に複数本形成した。本実施例２では、縦
横２μｍ間隔で２５００本の単結晶シリコン量子細線を
形成した。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における単
結晶シリコン量子細線の構造及び製造方法では、シリコ
ン基板に対して直立している柱状構造の単結晶シリコン
量子細線を再現性よく、かつ均一に形成できる。また、
本発明における単結晶シリコン量子細線は、電子放出銃
としても利用可能である。
結晶シリコン量子細線の構造及び製造方法では、シリコ
ン基板に対して直立している柱状構造の単結晶シリコン
量子細線を再現性よく、かつ均一に形成できる。また、
本発明における単結晶シリコン量子細線は、電子放出銃
としても利用可能である。
【図１】 本発明における単結晶シリコン量子細線の鳥
観図である。
観図である。
【図２】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図３】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図４】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図５】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図６】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図７】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図８】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図９】 本発明による実施例１を説明するための断面
図である。
図である。
【図１０】 本発明による実施例１を説明するための断
面図である。
面図である。
【図１１】 本発明による実施例１を説明するための断
面図である。
面図である。
【図１２】 本発明による実施例１を説明するための断
面図である。
面図である。
【図１３】 本発明による実施例２を説明するための断
面図である。
面図である。
【図１４】 本発明による実施例２を説明するための断
面図である。
面図である。
【図１５】 たがいに同一平面上にない４種の（１１
１）面を側面にもつ平行四辺形の四角柱構造の断面図で
ある。
１）面を側面にもつ平行四辺形の四角柱構造の断面図で
ある。
１…シリコン基板、 ２…単結晶シリコン量子細線、 ３…エッチングマスク、 ４…エッチング窓、 ５…１回目のエッチングによって露出するエッチング側
面、 ６…エッチング保護膜、 ７…２回目のエッチングによって露出するエッチング側
面、 ８…エッチングマスク、 ９…単結晶シリコンの柱状構造、 １０…酸化シリコン膜。
面、 ６…エッチング保護膜、 ７…２回目のエッチングによって露出するエッチング側
面、 ８…エッチングマスク、 ９…単結晶シリコンの柱状構造、 １０…酸化シリコン膜。
Claims (4)
- 【請求項１】 単結晶シリコンを素材とし、断面が円、
楕円、あるいは多角形でその断面積が１０００ｎｍ2 以
下の柱状構造を持つ、単結晶シリコン量子細線の構造。 - 【請求項２】 請求項１に示す単結晶シリコン量子細線
を、複数アレイ状に並べた構造の単結晶シリコン量子細
線アレイの構造。 - 【請求項３】 シリコン基板上に形成された第１のマス
ク材料内のエッチング窓を通してシリコン基板をエッチ
ングし、エッチング側面を露出させる工程と、前記エッ
チング側面に第２のマスク材料を形成する工程と、前記
第１のマスク材料をパターニングする工程と、前記第１
のマスク材料が除去された部分を通してシリコン基板を
エッチングする工程と、前記第１のマスク材料及び第２
のマスク材料を除去する工程と、シリコン基板を熱酸化
する工程とを具備することを特徴とする単結晶シリコン
量子細線の形成方法。 - 【請求項４】 請求項３に示す工程後に、熱酸化膜を除
去する工程を具備すること特徴とする単結晶シリコン量
子細線の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2488192A JPH05226317A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 単結晶シリコン量子細線の構造と形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2488192A JPH05226317A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 単結晶シリコン量子細線の構造と形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05226317A true JPH05226317A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12150537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2488192A Withdrawn JPH05226317A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 単結晶シリコン量子細線の構造と形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05226317A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011230253A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yamaha Corp | シリコンナノニードルおよびその製造方法 |
-
1992
- 1992-02-12 JP JP2488192A patent/JPH05226317A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011230253A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yamaha Corp | シリコンナノニードルおよびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |