(57)【要約】【課題】優れた半導体特性を備えた微小半導体構造を簡便に製造する方法を提供する。【解決手段】単結晶半導体からなる微小半導体構造の製造方法であって、半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体１０２および絶縁膜１０３を含む積層構造を支持体１０１上に形成する工程（ａ）と、絶縁膜１０３と反応する元素を含むガス雰囲気に絶縁膜１０３表面を曝すことにより、元素と絶縁膜とを反応させて絶縁膜の一部を除去し、金属体の表面を露出する開口部１０５を絶縁膜１０３に形成する工程（ｂ）と、単結晶半導体を構成する元素を含むガス雰囲気に露出した金属表面を曝すことにより、開口部１０５内に単結晶半導体からなる微小構造体１１０を形成する工程（ｃ）とを包含する微小半導体構造の製造方法。【選択図】図１
2006190773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体からなる微小半導体構造の製造方法であって、
前記半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体および絶縁膜を含む積層構造を支持体上に形成する工程（ａ）と、
前記絶縁膜と反応する元素を含むガス雰囲気に前記絶縁膜表面を曝すことにより、前記元素と絶縁膜とを反応させて前記絶縁膜の一部を除去し、前記金属体の表面を露出する開口部を前記絶縁膜に形成する工程（ｂ）と、
前記単結晶半導体を構成する元素を含むガス雰囲気に前記露出した金属表面を曝すことにより、前記開口部内に単結晶半導体からなる微小構造体を形成する工程（ｃ）と、
を包含する微小半導体構造の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）は、
前記支持体の表面に前記金属体を形成する工程（ａ１）と、
前記金属体上に前記絶縁膜を形成する工程（ａ２）と、
を含む請求項１に記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）は、
前記支持体の表面に所定の厚さを有する前記金属体を形成する工程（ａ３）と、
前記金属体上に前記金属体の側面が露出するように半導体成長の触媒作用を有しない材料からなる非触媒膜を形成する工程（ａ４）と、
前記金属体の側面および前記非触媒膜を覆うように前記絶縁膜を形成する工程（ａ５）と、
を含む請求項１に記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記絶縁膜と反応する元素は、Ｇｅ、ＳｉおよびＣから選ばれる少なくとも１種である請求項１から３のいずれかに記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記絶縁膜と反応する元素は、Ｇｅである請求項１から３のいずれかに記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）は、
Ｇｅ微粒子を前記絶縁膜表面に形成する工程（ｂ１）と、
前記Ｇｅ微粒子と前記絶縁膜とを反応させ、反応性生物を前記金属体の表面から脱離させることにより前記金属体の表面を露出させる開口を形成する工程（ｂ２）と、
を含む請求項５に記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）を同じチャンバ内において行う請求項６に記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜は、２ｎｍ以上５ｎｍ以下の厚さを有する請求項５に記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項９】
前記単結晶半導体を構成する元素を含むガス雰囲気はＧｅＨ4を含む請求項５から８のいずれかに記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項１０】
前記非触媒膜は、シリコン窒化膜である請求項３に記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項１１】
前記金属体は、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄの中から選ばれる少なくとも１種以上の金属を含む請求項１から１０のいずれかに記載の微小半導体構造の製造方法。
【請求項１２】
支持体上に形成され、半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体と、
前記金属体上に形成され、単結晶半導体からなる微小構造体と、
前記第１の微小構造体が形成された領域を除く前記金属体表面に形成された絶縁膜と、
を備えた微小半導体構造。
【請求項１３】
前記微小構造体に接触し、前記半導体成長の触媒作用を有する元素を含む触媒クラスタをさらに備えた請求項１２に記載の微小半導体構造。
【請求項１４】
前記微小構造体はＧｅ単結晶半導体からなる請求項１２または１３に記載の微小半導体構造。
【請求項１５】
前記絶縁膜はシリコン酸化膜である請求項１２から１４のいずれかに記載の微小半導体構造。
【請求項１６】
前記絶縁膜は２ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さを有する請求項１５に記載の微小半導体構造。
【請求項１７】
請求項１２から１６のいずれかに規定される微小半導体構造を備え、前記微小半導体構造の微小構造体をチャネルとする電界効果型トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタなどの半導体装置に用いられる微細な半導体構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路は、多くの半導体トランジスタによって構成されており、これまでトランジスタを微細化することによって、大規模集積回路の動作速度を高めたり、消費電力の低減を図ったりするなど、特性の向上を達成してきた。
【０００３】
今後も、トランジスタの微細化によって大規模集積回路の特性を向上させ続けることが可能であるという予測がなされている。しかし、トランジスタの作製に用いられるリソグラフィやエッチング技術は、近い将来、微細加工の限界に達し、リソグラフィやエッチング技術を用いる限り、微細加工の限界により、大規模集積回路の特性の向上が困難になるとの予測もある。これらの背景から、リソグラフィを用いることなく半導体の微細加工を行う技術が注目されている。
【０００４】
リソグラフィを用いずに半導体の微細構造を形成する方法の一つとして、半導体ナノワイヤ技術が注目されている（たとえば、非特許文献１〜３）。図４（ａ）〜（ｃ）を参照してこの従来の半導体ナノワイヤ技術を説明する。
【０００５】
まず、図４（ａ）に示すように基板４０１の表面に触媒となる金属微粒子４０２を形成する。基板４０１の表面にはシリコン酸化膜や単結晶シリコンの表面がよく用いられているが、特に材料に限定されることなく以下同様の結晶成長が生じる。金属微粒子４０２の材料には、非特許文献１においてはＡｕが用いられている。Ａｕ以外には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄなどを用いた例が報告されている。金属微粒子４０２の直径は５ｎｍから４０ｎｍ程度が通常用いられる。
【０００６】
図４（ｂ）に示すように、金属微粒子４０２が形成された基板４０１の表面上に、半導体原料ガス４０３を噴射する。Ｓｉのナノワイヤを成長させるときにはＳｉＨ4が用いられ、Ｇｅのナノワイヤを成長させるときにはＧｅＨ4などの水素化物が通常用いられている。半導体原料ガス２０３を噴射することにより、金属微粒子４０２が触媒となり金属微粒子４０２上でのみ半導体原料ガス４０３が分解する。その結果、図４（ｃ）に示すように、単結晶からなる柱状の半導体ナノワイヤ４０４が成長する。
【０００７】
基板４０１の表面の金属微粒子４０２が形成されていない領域では半導体原料ガス４０３の分解が生じない。このため、半導体ナノワイヤ４０４は金属微粒子２０２が形成されていた部分のみに局所的に形成される。半導体ナノワイヤ４０４の直径は、金属微粒子４０２の直径と同程度となる。つまり、５ｎｍから５０ｎｍ程度の微細構造をパターニングすることなく形成することができる。
【０００８】
非特許文献１では、この手法によって形成した半導体ナノワイヤ２０４を電界効果トランジスタのチャネルとして用いている。このように、半導体ナノワイヤ技術は、リソグラフィを用いることなく、ナノメートルレベルの微細構造を自己形成することができる有用な技術であるといえる。
【非特許文献１】Applied Physics Letters, vol.83 (2003) p2432-2434.
【非特許文献２】Applied Physics Letters, vol.78 (2001) p2214.
【非特許文献３】Applied Physics Letters, vol.83 (2003) p3186.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術による半導体ナノワイヤ技術は、リソグラフィを用いることなく微細構造が形成できるという利点を持つ一方、以下に述べる課題を有する。
【００１０】
第１の課題は、金属微粒子４０２の形成に関するものである。金属微粒子４０２の形成方法として、Ａｕ微粒子を含有した溶媒を基板上に塗布し、Ａｕ微粒子を形成する方法が非特許文献２に開示されている。しかしながら、この方法によれば、基板全面に一様にＡｕ微粒子が形成される。このため、必要な領域以外にも金属微粒子が形成され、半導体ナノワイヤが成長してしまう。半導体ナノワイヤを、たとえば、トランジスタのチャネルに用いる場合、トランジスタ以外の領域にも半導体ナノワイヤが形成されることになる。これら不要なナノワイヤは除去する必要があるため、トランジスタの製造工程が複雑化するという課題が生じる。
【００１１】
他の金属微粒子４０２の形成方法として、５ｎｍ程度のＡｕ薄膜を形成後、９１０℃程度の熱処理によりＡｕを凝集させ、Ａｕ微粒子を形成する方法が非特許文献３に開示されている。しかしながら、この方法は高温の熱処理が必要であるため、半導体ナノワイヤを形成する基板は少なくとも９１０℃程度において、変形が生じない材料により形成されている必要がある。一般にこのような温度条件は基板材料の選択を制限する。また、基板が変形しない場合でも、このような高温に曝されることによって、基板表面の平滑性が劣化するという課題が生じる。
【００１２】
第２の課題は、工程の複雑さに関するものである。従来技術によれば、金属微粒子を形成する工程と半導体ナノワイヤを成長する工程は別工程である。そのため、金属微粒子を形成した後、半導体ナノワイヤを成長するまでの時間経過により金属微粒子の表面が酸化などの影響により変質する可能性がある。これは成長に異常を生じさせ、成長速度や形状等のばらつきの原因となる。
【００１３】
本発明はこのような従来の課題の少なくとも１つを解決し、優れた半導体特性を備えた微小半導体構造を簡便に製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の単結晶半導体からなる微小半導体構造の製造方法は、前記半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体および絶縁膜を含む積層構造を支持体上に形成する工程（ａ）と、前記絶縁膜と反応する元素を含むガス雰囲気に前記絶縁膜表面を曝すことにより、前記元素と絶縁膜とを反応させて前記絶縁膜の一部を除去し、前記金属体の表面を露出する開口部を前記絶縁膜に形成する工程（ｂ）と前記単結晶半導体を構成する元素を含むガス雰囲気に前記露出した金属表面を曝すことにより、前記開口部内に単結晶半導体からなる微小構造体を形成する工程（ｃ）とを包含する。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記工程（ａ）は、前記支持体の表面に前記金属体を形成する工程（ａ１）と、前記金属体上に前記絶縁膜を形成する工程（ａ２）とを含む。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記工程（ａ）は、前記支持体の表面に所定の厚さを有する前記金属体を形成する工程（ａ３）と、前記金属体上に前記金属体の側面が露出するように半導体成長の触媒作用を有しない材料からなる非触媒膜を形成する工程（ａ４）と、前記金属体の側面および前記非触媒膜を覆うように前記絶縁膜を形成する工程（ａ５）とを含む方法。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記絶縁膜と反応する元素は、Ｇｅ、ＳｉおよびＣから選ばれる少なくとも１種である。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記絶縁膜と反応する元素は、Ｇｅである。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記工程（ｂ）は、Ｇｅ微粒子を前記絶縁膜表面に形成する工程（ｂ１）と、前記Ｇｅ微粒子と前記絶縁膜とを反応させ、反応性生物を前記金属体の表面から脱離させることにより前記金属体の表面を露出させる開口を形成する工程（ｂ２）とを含む。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）を同じチャンバ内において行う。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記絶縁膜は、２ｎｍ以上５ｎｍ以下の厚さを有する。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記単結晶半導体を構成する元素を含むガス雰囲気はＧｅＨ4を含む。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記非触媒膜は、シリコン窒化膜である。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記金属体は、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄの中から選ばれる少なくとも１種以上の金属を含む。
【００２５】
本発明の微小半導体構造は、支持体上に形成され、半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体と、前記金属体上に形成され、単結晶半導体からなる微小構造体と、前記第１の微小構造体が形成された領域を除く前記金属体表面に形成された絶縁膜とを備える。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、微小半導体構造は、前記微小構造体に接触し、前記半導体成長の触媒作用を有する元素を含む触媒クラスタをさらに備える。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記微小構造体はＧｅ単結晶半導体からなる。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜である。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記絶縁膜は２ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さを有する。
【００３０】
本発明の電界効果型トランジスタは、上記いずれかに規定される微小半導体構造を備え、前記微小半導体構造の微小構造体をチャネルとする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、単結晶半導体からなる微小構造体を形成する領域以外は絶縁膜によって覆われるため、微小構造体を支持する構造体表面が高熱に曝されることはなく表面の平坦性が向上する。また、触媒作用を有する金属微粒子の表面が酸化などの影響により変質するという従来の課題が解決され、単結晶半導体を成長させる場合の制御性が向上する。また、微小構造体の製造工程を大幅に簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｆ）を参照して、本発明による微小半導体構造の製造方法の第１の実施形態を説明する。
【００３３】
本実施形態による製造方法は、単結晶ＩＶ族半導体、単結晶ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体および単結晶ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる微小半導体構造を作製することができる。具体的には、Ｓｉ、Ｇｅおよびこれらの混合物、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＰ、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどの単結晶半導体からなる微小半導体構造を好適に作製することができる。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、支持体１０１上に金属体１０２を形成する。支持体１０１は、以下の製造工程において用いる熱処理温度で変形しない限り、種々の材料によって構成することができる。具体的には、ガラス基板、Ｓｉ基板、シリコン酸化膜が形成された基板などを用いることができる。支持体１０１の表面は結晶性を有している必要はない。金属体１０２は、単結晶半導体を成長させる際、原料ガスを分解し、半導体成長を促進させる触媒として機能する。具体的には、金属体１０２は、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄなどから形成されていることが好ましい。典型的には、金属体１０２は薄膜であるが、金属体１０２の厚さに特に限定はない。薄膜として金属体１０２を形成する場合には、スパッタ法や蒸着法などによる公知の薄膜形成装置を用いて形成することができる。プレーティングなどにより形成してもよい。また、金属体１０２は支持体１０１の主面全体に形成される必要はなく、フォトリソグラフィおよびドライエッチングあるいはリフトオフを用いてパターニングされていてもよい。本実施形態では、金属体１０２は厚さ２０ｎｍのＡｕからなる薄膜であり、スパッタ法により形成される。
【００３５】
金属体１０２上にさらに絶縁膜１０３を形成する。絶縁膜１０３は、金属体１０２の表面を覆う。また、以下で説明する元素を含むガス雰囲気に曝されることによって、ガス雰囲気に含まれる元素と反応し、ガス状あるいは揮発性の物質を生成する。これにより、絶縁膜１０３は部分的に除去され、開口部１０５が形成される。このため、絶縁膜１０３は、金属体１０２の表面を均一に覆うことができる限り、ガス雰囲気に含まれる元素と反応し容易に除去できる程度の厚さを有していることが好ましい。具体的には、絶縁膜１０３は５ｎｍ以下の厚さを有していることが好ましい。これにより、金属体１０２と絶縁膜１０３とを含む積層構造が支持体１０１上に形成される。
【００３６】
次に絶縁膜１０３の表面を、絶縁膜１０３と反応する元素を含むガス雰囲気に曝す。絶縁膜１０３と反応する元素は、絶縁膜１０３を構成する元素によって決まる。絶縁膜１０３としてシリコン酸化膜を用いる場合には、絶縁膜１０３と反応する元素は、Ｇｅ、ＳｉおよびＣのいずれかである。これらの元素は、ＧｅＨ4、ＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｇｅ2Ｈ6、Ｓｉ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ6など水素化物として用いことが好ましい。
【００３７】
絶縁膜１０３と反応する元素を含むガスは、好ましくは、絶縁膜１０３上において加熱により分解し、分解した絶縁膜１０３と反応する元素が凝集することによって微粒子を形成する。このため、支持体１０１をＣＶＤ装置など支持体１０１を加熱することが可能であり、圧力が調整することが可能なチャンバ内に導入する。チャンバ内において、絶縁膜１０３と反応する元素を含むガスが分解し、この元素が実用的な反応速度で絶縁膜１０３と反応することのできる第１の温度に支持体１０１が保たれていることが好ましい。本実施形態では、絶縁膜１０３として酸化シリコン膜を用い、ＧｅＨ4を絶縁膜１０３と反応する元素を含むガスとして用いる。また支持体１０１を７５０℃程度に加熱し、チャンバ内の圧力を０．１Ｔｏｒｒに調整する。これにより、ＧｅＨ4分子が絶縁膜１０３の表面に吸着し、一部が熱により分解する。分解したＧｅ原子は、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜１０３の上でアイランド上の微粒子１０４を形成する。一般的にシリコン酸化膜上のＧｅはシリコン酸化膜上のＳｉと比較して凝集しやすいことが知られており、連続したＧｅ膜はシリコン酸化膜上には形成されにくく、Ｇｅからなる直径１０ｎｍ程度のアイランド状微粒子が形成される。
【００３８】
絶縁膜１０３上に形成された微粒子１０４はさらに、熱によって絶縁膜１０３との化学反応が促進され、揮発性の反応生成物１０６が生じる。本実施形態ではＳｉＯおよびＧｅＯが生成され、表面から脱離する。この結果、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜１０３は微粒子１０４が形成されていた領域において、微粒子１０４との反応および反応生成物の脱離により、局所的に除去され、開口部１０５が絶縁膜１０３中に形成される。開口部１０５は絶縁膜１０３を貫通し、触媒となる金属体１０２を露出させる。
【００３９】
開口部１０５が形成された後、直ちに支持体１０１の温度を第２の温度に降下させる。
第２の温度は、ガスが分解して絶縁膜１０３上に微粒子１０４が生成し、開口１０５がさらに形成させるのを防止するため、第１の温度より低いことが好ましい。また、以下で説明するように、金属体１０２の表面近傍において単結晶半導体を構成する元素を含むガスが分解する温度であることが好ましい。
【００４０】
図１（ｄ）に示すように、次に単結晶半導体を構成する元素を含むガス１０７をチャンバ内に導入し、絶縁膜１０３の表面をこのガス１０７の雰囲気に曝す。本実施形態では、Ｇｅ単結晶半導体を形成するため、引き続きＧｅＨ4ガスをチャンバ内に導入する。チャンバ内の圧力は０．１Ｔｏｒｒを維持する。支持体１０１の温度を低下させたため、絶縁膜１０３上におけるＧｅＨ4ガスの分解が抑制される。一方、開口部１０５内において露出した金属１０２の微小部分１０８は、ガス１０７を分解する触媒として機能する。微小な金属の集まりであるため、この微小部分を触媒クラスタ１０８と呼ぶ。
【００４１】
単結晶半導体を構成する元素を含むガス１０７であるＧｅＨ4ガスは、開口部１０５内の金属体近傍においてのみ選択的に分解する。分解により半導体を構成する元素が析出し、析出した元素が凝集し単結晶半導体が成長する。これにより単結晶半導体が成長してゆく。本実施形態の場合、Ｇｅ単結晶半導体が成長する。
【００４２】
単結晶半導体の成長メカニズムは、まだ完全には解明されていないが、析出した元素はまず、触媒クラスタ１０８と合金を構成すると考えられる。この合金は多くの場合、液体になっている。元素の析出にともない、合金中の半導体を構成する元素濃度が上昇し、飽和状態に達した後、半導体を構成する元素が凝集し単結晶半導体を形成してゆくと考えられる。このため、図１（ｅ）に示すように、開口部１０５内において単結晶半導体からなる微小構造体１１０が成長する。単結晶半導体の成長は、触媒クラスタ１０８と成長した単結晶半導体からなる微小構造体１１０との境界でおこると考えられるため、微小構造体１１０の成長にともなって、触媒クラスタ１０８は金属体１０２から離間し、成長する微小構造体１１０の先端に常に位置する。
【００４３】
これにより、図１（ｆ）に示すように単結晶半導体からなる微小構造体１１０が形成される。微小構造体１１０は、好ましくは成長方向に垂直な断面の最大長が１〜１００ｎｍ以下であり、より好ましくは、５〜５０ｎｍである。微小構造体１１０は、金属１０２に支持されており、その先端には、触媒クラスタ１０８が接している。微小構造体１１０が形成された領域を除いた金属体１０２の表面は絶縁膜１０３によって覆われている。上述したように、半導体成長中、触媒クラスタ１０８は溶融し、球状となるため、成長する微小構造体１１０は円柱形状を備える。しかし、微小構造体１１１の断面は円以外の形状を備えていてもよい。
【００４４】
微小構造体１１０の結晶成長方向の長さは、結晶を成長させる時間によって調節可能である。十分長い時間、結晶成長を行えば、長さが数μｍの微小構造体１１０を形成することも可能である。微小構造体１１０の直径がおよそ１００μｍ以下であり、結晶成長方向が長手方向と一致している場合には、微小構造体１１０は「ナノワイヤ」と一般的に呼ばれる外形形状を備える。しかし、結晶成長の時間を短くすることによって、成長方向の長さを微小構造体１１０の断面方向の最大長よりも小さくしてもよい。このような形状の微小構造体１１０も微小構造体１１０により形成する半導体デバイスの種類や用途によっては有用である。また、微小構造体１１０は支持体１０１に対しておよそ垂直に示されているが、微小構造体１１０は支持体１０１の表面に対して、斜め方向に伸びていてもよい。
【００４５】
本実施形態によれば、絶縁膜の一部を除去することにより、単結晶半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体表面が露出する。単結晶半導体からなる微小構造体を形成する領域以外は絶縁膜によって覆われるため、微小構造体を支持する構造体表面が高熱に曝されることはなく表面の平坦性が向上する。また、単結晶半導体成長の触媒作用を有する元素を含む金属体表面を露出させる工程と微小構造体の形成工程とを同じチャンバ内で連続して行うことができる。このため、触媒作用を有する金属微粒子の表面が酸化などの影響により変質するという従来の課題が解決され、単結晶半導体を成長させる場合の制御性が向上する。特に、触媒能力が均一となり、支持体表面に複数の単結晶半導体からなる微小構造体を形成した場合、微小構造体間の半導体特性や、成長速度を均一にすることができる。また、微小半導体構造体の製造工程を大幅に簡略化できる。
【００４６】
なお、本実施形態では、絶縁膜と反応する元素および単結晶半導体を構成する元素にいずれもＧｅを選んでいるが、絶縁膜と反応する元素はＳｉまたはＣであってもよい。たとえば、Ｓｉを絶縁膜と反応する元素として選択する場合、チャンバ内にまず、ＳｉＨ4を導入し、絶縁膜の一部を除去する。その後、ＧｅＨ4を導入し、単結晶半導体を成長させればよい。この場合、チャンバ内に導入するガスを切り替える必要は生じるが、微小構造体を形成する支持体はチャンバから取り出すことなく、絶縁膜の除去および半導体の成長を行うことができる。このため、上述したような効果が同様に得られる。
【００４７】
また、微小半導体構造体の完成後、本発明が用いられる半導体装置の構造に応じて絶縁膜を除去してもよい。このような場合であっても、絶縁膜は微小半導体構造体の製造途中において、支持体や金属体の表面を覆い、これらが高温に曝されるのを有効に防止する。
【００４８】
（第２の実施形態）
図２（ａ）〜（ｅ）を参照して、本発明による微小半導体構造の製造方法の第２の実施形態を説明する。本実施形態では、支持体表面に対して垂直な側面に微小半導体構造を形成する方法を説明する。
【００４９】
図２（ａ）２示すように、まず支持体２０１上に金属体２０２を形成し、さらに金属体２０２上に非触媒膜２２０を形成する。その後、フォトレジストなどを用いて非触媒膜２２０および金属体２０２を同時にパターニングする。パターニングによって金属体２０２は側面２０２ａが露出している。金属体２０２の上面には非触媒膜２２０が接している。
【００５０】
金属体２０２は、第１の実施形態において説明した金属体１０１と同じ材料によって形成される。本実施形態では、金属体２０２の側面に単結晶半導体からなる微小構造体を形成するため、金属体２０２の厚さは、微小構造体が成長し得る程度に大きいことが好ましい。具体的には、金属体２０２の厚さは、少なくとも５ｎｍ以上であることが好ましい。本実施形態ではＡｕからなる金属体２０２を用いる。
【００５１】
非触媒膜２２０は、半導体成長の触媒作用を有しておらず、また、以下で説明するように、絶縁膜２０３と反応する元素とは反応しない元素によって構成されていることが好ましい。本実施形態では、絶縁膜２０３にシリコン窒化膜を用いる。
【００５２】
次に図２（ｂ）に示すように、パターニングした金属体２０１および非触媒膜２２０の積層体を覆うように絶縁膜２０３を形成する。絶縁膜２０３は第１の実施形態で説明した絶縁膜１０３と同じ材料により形成される。絶縁膜２０３は金属体２０２の側面２０２ａも覆っている。第１の実施形態と同様厚さ５ｎｍのシリコン酸化膜を絶縁体２０３として用いる。
【００５３】
支持体２０１を加熱しながら絶縁膜２０３と反応する元素を含むガス雰囲気に支持体２０１を曝す。本実施形態で支持体２０１をチャンバ内に導入し、支持体２０１を７５０℃に加熱しながら、ＧｅＨ4をチャンバ内に導入し、圧力を０．１Ｔｏｒｒに保つ、これにより、図２（ｃ）に示すように、絶縁膜１０３の上にＧｅからなるアイランド上の微粒子２０４が形成される。第１の実施形態で説明したように、微粒子２０４は、絶縁膜２０３と反応する。このため、図２（ｄ）に示すように、開口２０５および開口２０５’を形成する。開口２０５は非触媒膜２２０の一部を露出させる。開口２０５は金属体２０２の一部を露出させる。非触媒膜２２０が、絶縁膜２０３と反応する元素とは化学的な反応を起こさない物質から形成されている場合、反応する物質がなくなるため、非触媒膜２２０の表面を露出する開口２０５が形成される。また、開口２０５’は金属体２０２の側面２０２ａの表面の一部を露出する。絶縁膜２０３と反応する元素が非触媒膜２２０とも反応する場合には、開口２０５は、非触媒膜２２０をさらに除去しながら非触媒膜２２０の内部へ成長する。このため、開口２０５が金属体２０２の上面２０２ｂに達する前に、ガスの供給を停止するか、支持体２０１の加熱温度を低下させ、反応を停止させる。言い換えれば、非触媒膜２２０が十分に厚ければ、絶縁膜２０３と反応する元素が非触媒膜２２０と反応してもよく、たとえば、非触媒膜２２０を十分な厚さを有するシリコン酸化膜によって形成することもできる。
【００５４】
開口部２０５および２０５’が形成された後、直ちに支持体２０１の温度を第２の温度に降下させる。そして、単結晶半導体を構成する元素を含むガスをチャンバ内に導入し、絶縁膜１０３の表面をこのガス雰囲気に曝す。本実施形態でもＧｅ単結晶半導体を形成するため、引き続きＧｅＨ4ガスをチャンバ内に導入し、チャンバ内の圧力を０．１Ｔｏｒｒに維持する支持体２０１の加熱温度は３５０℃である。これにより、図２（ｅ）に示すように、開口部２０５および２０５’のうち、開口２０５’内において露出している金属
体２０２の一部が触媒クラスタ２０８として機能し、開口部２０５’内においてのみ選択
的にガスの分解が進み、単結晶半導体からなる微小構造体２１０が成長する。微小構造体２１０の伸びる方向は、支持体１０１に対しておよそ水平あるいは横方向に伸びている。
【００５５】
このように本実施形態によれば、金属体の側面にのみ選択的に単結晶半導体からなる微小構造体を形成することができる。このような構造は特に横型トランジスタを形成する場合に有用である。
【００５６】
第１の実施形態あるいは第２の実施形態による微小半導体構造は、電界効果型や接合型トランジスタ、発光素子、受光素子など種々の半導体素子に好適に用いることができる。特に、第１の実施形態および第２の実施形態による微小半導体構造は、微小構造体が支持体表面に対して垂直な方向および平行な方向にそれぞれ優先的に伸びている。このため、第１の実施形態および第２の実施形態による微小半導体構造は、それぞれ好適に縦型チャネルトランジスタおよび横型チャネルトランジスタに用いることができる。図３（ａ）は、縦型チャネルトランジスタの一例を模式的に示している。図３（ａ）に示す縦型チャネルトランジスタはガラス基板３０１上にシリコン酸化膜３０２を介して形成されている。縦型チャネルトランジスタはシリコン酸化膜３０２上に形成されたドレイン電極３０４と、ドレイン３０４電極に接しており、ドレイン電極に対して垂直な方向に伸びる半導体ナノワイヤ３０６と、半導体ナノワイヤ３０６の他端に設けられたソース電極３１０と、半導体ナノワイヤ３０６の側面に設けられたゲート絶縁膜３０７とゲート絶縁膜３０７を介して半導体ナノワイヤ３０６の側面に設けられたゲート電極３０９とを備えている。ドレイン電極３０４上には、半導体ナノワイヤ３０６が形成された領域を除いて絶縁膜３０５が設けられている。また、ソース電極３１０とドレイン電極３０４との間隔を保ち、半導体ナノワイヤ３０６に不要な応力がかからないよう、絶縁膜３０８がソース電極３１０とドレイン電極３０４との間に設けられている。
【００５７】
この縦型チャネルトランジスタでは、第１の実施形態の微小半導体構造が用いられている。具体的には、ドレイン電極３０４および絶縁膜３０５には図１（ｆ）に示す金属体１０２および絶縁膜１０３が用いられる。また、半導体ナノワイヤ３０６には第１の実施形態の微小構造体１１０が用いられる。
【００５８】
第１の実施形態の微小半導体構造を縦型チャネルトランジスタに用いる場合、第１の実施形態で説明したように、基板上に形成された複数の縦型チャネルトランジスタの特性ばらつきを低減することができる。また、縦型チャネルトランジスタの製造工程を簡略にすることができる。
【００５９】
図３（ｂ）は、横型チャネルトランジスタの一例を模式的に示している。図３（ｂ）に示す横型チャネルトランジスタはガラス基板３１１上にシリコン酸化膜３１２を介して形成されている。横型チャネルトランジスタはシリコン酸化膜３１２上に形成されたドレイン電極３１３と、ドレイン３１３電極に接しており、ドレイン電極に対して水平な方向に伸びる半導体ナノワイヤ３１４と、半導体ナノワイヤ３１４の他端に設けられたソース電極３１５と、半導体ナノワイヤ３１４の上面に設けられたゲート絶縁膜３１６とゲート絶縁膜３１６を介して半導体ナノワイヤ３１４の上面に設けられたゲート電極３１７とを備えている。
【００６０】
この横型チャネルトランジスタでは、第２の実施形態の微小半導体構造が用いられている。具体的には、ドレイン電極３１３には図２（ｅ）に示す金属体２０２が用いられる。また、半導体ナノワイヤ３１４には第２の実施形態の微小構造体２０８が用いられる。
【００６１】
第２の実施形態の微小半導体構造を横型チャネルトランジスタに用いる場合、第２の実施形態で説明したように、基板上に形成された複数の横型チャネルトランジスタの特性ばらつきを低減することができる。また、横型チャネルトランジスタの製造工程を簡略にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の製造方法による半導体微小構造体は、ナノスケール程度の微小なサイズの発光素子、受光素子、スイッチング素子やこれらを組み合わせた集積回路などに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は本発明による微小半導体構造の製造方法の第１の実施形態を示す工程断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明による微小半導体構造の製造方法の第２の実施形態を示す工程断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明による縦型チャネルトランジスタおよび横型チャネルトランジスタの構造を示す模式図である。
【図４】従来の微小半導体構造の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０１、２０１    支持体
１０２、２０２    金属体
１０３、２０３    絶縁膜
１０４、２０４    微粒子
１０５、２０５、２０５’    開口部
１０８、２０８    触媒クラスタ
１１０、２１０  微小構造体
【図１】
2006190773.tif 000003
【図２】
2006190773.tif 000004
【図３】
2006190773.tif 000005
【図４】
2006190773.tif 000006