(57)【要約】  ナノスケールまたはメソスケール構造が、Ｖ型溝内に原子クラスタ（例えばアンチモンまたはビスマス）を凝集することによって基板（例えばシリコン）の表面上に形成される。ナノワイヤの形状であることが好ましい、これらの構造は、後続の基板のエッチングにおいてエッチングマスクとして用いられる。一実施形態においては、Ｖ型溝はクラスタ蒸着の前に（例えばチタンまたは金）で金属化される。この場合、ナノ構造（例えばアンチモンまたはビスマス）をエッチングマスクとして用いることによって、下に金属（例えばチタンまたは金）があるナノ構造が形成される。このようにして、ナノワイヤの寸法は、下に位置する金属膜に転写され、この方法によって、クラスタとして蒸着できない材料（例えばチタンまたは金）からナノワイヤを製造できる。
2007534150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上または表面内にパターンを形成する方法であって、
ａ）基板を設けるステップと、
ｂ）前記基板表面を修正して局所的形状物を設けるか、または局所的形状物を前記基板表面上に識別するステップと、
ｃ）複数の粒子を調製するステップと、
ｄ）前記基板表面上の、前記局所的形状物内またはその近傍に前記複数の粒子を蒸着するステップと、
ｅ）前記局所的形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に、前記粒子を集積する（１つの手段または別の手段によって）ことによって粒子配列を形成するステップと、
ｆ）前記粒子配列がエッチマスクとして作用するエッチングによって、前記基板の少なくとも一部を除去するステップと、
を備えるかまたは含む方法。
【請求項２】
前記基板の少なくとも一部分は、絶縁または半導体材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パターンはワイヤ形状で、前記粒子配列は実質的に連続した金属クラスタ鎖である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ワイヤはナノワイヤで、前記粒子はナノ粒子である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記修正は、前記基板表面内で段差、窪みまたは隆起の形成を含む、請求項１から４のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項６】
前記修正は、実質的にコンタクト間を走る、ほぼＶ字形の断面または逆ピラミッド構造を有する溝を形成することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記表面の修正にはリソグラフィを利用する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記表面修正ステップはエッチングを含み、前記基板材料の結晶面のエッチング速度の差を利用する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記粒子は、０．５ｎｍ〜１００ミクロンの間のサイズであり、０．５ｎｍ〜１００ミクロンの間のサイズのワイヤを生成する、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子は、同一の元素であってもなくてもよい２つ以上の原子からなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記局所的形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に前記粒子が集積することは、前記基板表面または前記基板上に蒸着された任意の材料の表面を横切って、またはその表面上で、前記粒子が拡散し、滑り、跳ね返る運動またはその他の運動に依存する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板はほぼ全体が絶縁または半導体材料である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記エッチングステップによって、前記マスクされた部分以外の前記基板のほぼ全部が除去され、それによって独立したワイヤまたはブリッジが残る、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、金属および／または絶縁および／または半導体材料からの１つまたは複数から選択された１つまたは複数の表面被膜を備えた絶縁または半導体材料であり、
前記１つまたは複数の表面被膜は、前記基板表面を修正するステップｂ）の前かまたは後に蒸着されていてもよい、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチングステップは、前記マスクされた部分以外の１つまたは複数の表面被膜の、１つまたは複数のほぼ全てを除去する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、１つまたは複数の金属および／または半導体層でコーティングされた絶縁または半導体材料を含み、前記金属および／または半導体層は、結晶性、ナノ結晶もしくはミクロ結晶またはアモルファスである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属および／または半導体層は、ステップｃ）とステップｄ）で複数の粒子を形成して蒸着する前で、かつ複数の粒子と異なった識別を有する、複数のクラスタのクラスタ蒸着によって形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属および／または半導体層は均一である、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属および／または半導体層は均一でない、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、前記基板を前記１つまたは複数の金属および／または半導体層でコーティングする前のある時点で、パッシベーション処理またはＳｉＯｘまたはＳｉＮなどの絶縁層を加えることによる前記基板表面の処理を含んでもよい、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法は、１つまたは複数の金属および／または絶縁および／または半導体材料から選択される前記１つまたは複数の表面被膜で前記基板をコーティングした後のある時点で、前記金属または半導体層の絶縁または酸化を防止するために、ＳｉＯｘもしくはＳｉＮなどの絶縁層または種々の半導体層を加えることによって、前記基板表面をコーティングすることも含んでもよい、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法は、前記パターンに電気コンタクトを設ける追加リソグラフィステップまたは複数のステップを含んでもよい、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記追加リソグラフィステップまたは複数のステップはステップｆ）の後になされる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
リソグラフィは、１００ミクロンよりも小さい距離で離れた２つのコンタクトを形成するために用いられる、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記コンタクトは１０００ｎｍ未満の距離で隔たれている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記粒子は金属クラスタである、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記粒子／ナノ粒子の調製および蒸着ステップは不活性ガス凝集またはマグネトロンスパッタリングおよび凝集または他の同様のクラスタ調製方法によりなされ、前記ナノ粒子は、同一元素であってもなくてもよい複数の原子から構成された原子クラスタである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板の半導体または絶縁体は、シリコン、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、インジウムスズ酸化物、ゲルマニウム、ガリウムヒ素または他のＩＩＩ−Ｖ族半導体、石英またはガラスから選択される、請求項３から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つまたは複数の表面被膜は、アルミニウム、シリコン、白金、パラジウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトの１つまたは複数から選択される、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノ粒子は、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、シリコン、白金、パラジウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトのクラスタのうちの１つまたは複数から選択される、請求項５から２８のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板上のクラスタの蒸着の入射角または前記基板上の前記局所的形状物（複数可）の角度は、粒子密度またはそれらが前記基板の任意の部分または複数の部分内または上で、滑り、固着しまたは跳ね返る能力に影響を与えるよう制御される、請求項１から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板上に蒸着される粒子の運動エネルギーは、不活性ガス凝集源、またはマグネトロンスパッタリングおよび凝集、または他の同様のクラスタ源および／または関連する真空システムのガス圧およびノズル直径によって制御される、請求項１から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記条件は、前記基板表面上での前記ナノ粒子の拡散を促進するような条件であり、温度、表面平滑性および／または表面種類および／または固有特性の条件のうち１つまたは複数を含んでいる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
蒸着前に、以下のプロセス
・粒子のイオン化、
・粒子の大きさの選択、
・クラスタの加速および集束、
・入射粒子の後続の運動を変更するために、Ｖ型溝（または他のテンプレート）の表面を酸化またはそうでなければパッシベーション処理するステップ、
・前記粒子を前記基板の一部（例えば、表面修正間の未修正領域）から跳ね返らせるために粒子と基板の材料および粒子の運動エネルギーを選択し、それによって粒子が基板のその領域に付着することを防ぐこと、
・表面修正の大きさ（例えばＶ型溝の幅）を選択し、形成されるワイヤの厚さを制御すること、
のうちの１つまたは複数を実行できる、請求項１から３３のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項３５】
前記エッチングステップｆ）によって、前記粒子の配列に優先して、前記基板材料および（存在する場合には）任意の被膜材料の一部または全てが除去される、請求項１から３５のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項３６】
前記エッチングステップｆ）によって、前記基板材料に優先してマスクされていない被膜材料が除去される、請求項１から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記エッチングステップは、プラズマエッチングプロセスである、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記方法は、
ｇ）前記エッチマスクを除去するステップ、をさらに含む、請求項１から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
ステップｇ）がない場合であっても、異方性エッチングステップｆ）によって１つまたは複数の材料層でワイヤが形成されるように、前記基板は、分子線エピタキシーまたは有機金属化学蒸着等によって調製された多数の材料層を含む、請求項１から３８のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項４０】
実質的に請求項１から３９のいずれか一項に記載の方法によって調製された、基板の表面上の金属または半導体のパターン。
【請求項４１】
基板表面上に形成された２つのコンタクト間の導電経路を含むかまたはそれを必要とするデバイスの製造方法であって、
Ａ．ｖｉｉ．半導体または絶縁基板を設けるステップと、
ｖｉｉｉ．局所的形状物を設けるために前記基板表面を修正するか、または前記基板表面の局所的形状物を識別するステップと、
ｉｘ．複数のクラスタを調製するステップと、
ｘ．前記局所的形状物内またはその近傍で、前記基板表面に前記複数のクラスタを蒸着するステップと、
ｘｉ．（１つの手段または別の手段によって）前記局所的形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍にクラスタを集積することによって、クラスタ配列を形成するステップと、
ｘｉｉ．前記基板と配列をエッチング処理し、前記クラスタ配列がエッチマスクとして機能するステップと
を備えるかまたは含む方法によって、２つのコンタクト間に導電パターンを調製するステップを備えるかまたは含み、
ステップｉｉの前または後のいずれかに、エッチングプロセスが、１つまたは複数の金属または半導体層のマスクされた部分以外のほぼ全てを除去するように、１つまたは複数の金属または半導体層が前記基板表面上に蒸着され、
前記プロセスはまた、任意の段階で、エッチングが完了すると前記コンタクト間に導電パターンが存在するように前記基板上に電気コンタクトを設けるステップを含み、
さらに、
Ｂ．前記コンタクトとワイヤを前記デバイス内に組み込むステップ、を備えるかまたは含むデバイスの製造方法。
【請求項４２】
前記デバイスは２つ以上のコンタクトを含み、前記導電パターンは導電ワイヤである、請求項４１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項４３】
前記デバイスはナノスケールのデバイスであり、前記ワイヤはナノワイヤである、請求項４２に記載のデバイスの製造方法。
【請求項４４】
前記エッチングプロセス後のある時点で、前記エッチマスクを除去するＡの追加ステップが存在する、請求項４１から４３のいずれか一項に記載のデバイスの製造方法。
【請求項４５】
実質的に請求項４１から４４のいずれか一項に記載のデバイスの製造方法によって調製された、基板表面上に形成された２つのコンタクト間に導電経路を含むかまたは必要とするデバイス。
【請求項４６】
任意の１つまたは複数の図または実施例を参照して本明細書で詳細に記載されたような、基板表面上の金属または半導体パターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチングプロセスで使用するクラスタ集合マスクを利用することによって、基板の表面上に半導体または金属のパターンを調製する方法に関する。さらに詳細には、しかしこれに限定されないが、本発明は、ナノスケールおよび最大ミクロンスケールの両方のワイヤなどのパターンを調製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーは２１世紀の重要なテクノロジーであると認識されている。この技術は、１メートルの数１０億分の１のスケールで、電子デバイス、光デバイスおよび光電子デバイスを製造する能力を中心にしている。将来、この種のデバイスは、新規のコンピューティングおよび通信技術を支持し、広範囲な消費者製品に組み込まれるであろう。
【０００３】
ナノスケールのデバイスを製造することには多くの利点がある。最も単純な場合では、この種のデバイスは、現在市販されているデバイス（例えば集積回路で用いられるトランジスタ）より大幅に小さく、したがって、パッケージ密度を高め、電力消費を低減し、高速化の可能性を提供する。さらに、この種の小型のデバイスは、より大きいスケールで製造されたデバイスとは基本的に異なる特性を有することができ、このことによって、全く新しいデバイス用途の可能性を提供する。
【０００４】
この分野における課題のうちの１つは、量子物理学の法則を用いるナノ構造のデバイスを開発することである。寸法が１００ｎｍまでの電気デバイスは、低温（−１００℃未満）でのみ量子原理（例えば単一の電子トランジスタおよび量子ワイヤ）で動作することが一般に証明されていた。
【０００５】
その後に、あらゆる種類の量子効果および新規のデバイス機能が常温で利用できたため、現在の課題は、これらの同一デバイスの概念をわずか数ナノメートルの寸法を有する構造に変換することである。実際、後述するように、比較的高温でこの種の量子効果を示すプロトタイプのナノスケールデバイスがいくつか作製されている。しかし、これも後述するように、この種のデバイスの商業的な用途を見出す前に克服すべき課題が多く残されている。
【０００６】
一般に、ナノスケールのデバイスを製造するには、
−「トップダウン」と
−「ボトムアップ」
という２つの異なったアプローチがある。
【０００７】
「トップダウン」アプローチでは、デバイスはリソグラフィとエッチングとを組み合わせることによって生成される。解像度限度は、例えば、リソグラフィプロセスで使用される光の波長によって決定される。リソグラフィは、高スループットを有する高度に発展した信頼性の高い技術であるが、現時点の最新技術（紫外線放射を用いた）では、高費用でしか１０ｎｍ程度の寸法のデバイスを達成できない。他のリソグラフィ技術（例えば電子ビームリソグラフィ）によると、（原則として）解像度をより高くすることができるが、スループットがかなり低下する。
【０００８】
「ボトムアップ」アプローチは、ナノスケールの構成要素からデバイスを組み立てることにより、ナノスケールの解像度を直ちに達成することを提示している。しかし、このアプローチは、通常、構成要素を組み立てるのに要する困難性、費用および長期間といったさまざまな別の問題を生じる。主となる問題は、トップダウンおよびボトムアップアプローチを組み合わせて、各アプローチに固有の問題を回避すると同時に、両アプローチの最良の特徴を利用するデバイスを製造できるかどうかということである。
【０００９】
クラスタデバイスに関する先行技術の例が、ニュージーランド国仮出願明細書第５２４０５９号の参考文献１〜４０およびＰＣＴ国際特許出願番号ＮＺ０２／００１６０号の参考文献１〜３７に記載されている。これら文献は引用されて、本明細書に含まれている。
【００１０】
光学的リソグラフィの一般的な説明は、多くの参考書（例えば［１］）で得られる。その最も基本レベルでは、光学的リソグラフィは、
・レジストコーティングされた基板を、マスクを通して露光し、
・レジストを現像して、マスク上のパターンをレジスト層に転写し、
・エッチングによってパターンを基板に転写し、
・残ったレジストを除去する、
ことからなる。
【００１１】
このプロセスの主な制限事項は、光が通常は、直径がほぼλ／２のスポットに集束することしかできないために、レジストを露光するのに光を用いることが、達成可能な解像度を制限することである。種々の代替技術が使用されており、これらには、例えば、
・高解像度を達成できるが、連続的書き込みプロセスのために本質的に低速の、電子ビームリソグラフィ［２］、
・高解像度を達成できるが、産業環境において立証されていない比較的新しい技術である、ナノインプリントリソグラフィ［３、４、５、６］を含む。ダストまたは他の異物が金型を傷つけるかまたはパターンの転写を妨げるため、金型と基板との接触に不都合を生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ナノスケールまたは最大ミクロンスケールまでのパターン、特に、基板表面上にワイヤ状の構造を調製する方法を提供し、および／または、上記方法により形成されるデバイスで、上述の不具合のうち１つまたは複数の欠点を克服し、または一般ユーザに有用な代替物を少なくとも提供するデバイスを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、以下のステップを備えるまたは含む、基板表面上または表面内にパターンを形成する方法が提供される。このステップには、
ａ）基板を設けるステップと、
ｂ）局所的な形状物を備えるために基板表面を修正するか、または、基板表面上の局所的な形状物を識別するステップと、
ｃ）複数の粒子を調製するステップと、
ｄ）局所的な形状物内またはその近傍にある基板表面上に複数の粒子を蒸着するステップと、
ｅ）局所的な形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に粒子を集積する（１つの手段または別の手段によって）ことによって粒子配列を生成するステップと、
ｆ）粒子配列がエッチマスクとして作用する、エッチングによって基板の少なくとも一部を除去するステップと、を含む。
【００１４】
好ましくは、基板は、少なくとも一部は絶縁または半導体材料である。
好ましくは、パターンはワイヤ形状で、粒子配列は実質的に連続した金属クラスタ鎖である。
好ましくは、ワイヤはナノワイヤで、粒子はナノ粒子である。
好ましくは、修正は、基板表面内で段差、窪みまたは隆起の形成を含む。
好ましくは、修正は、略Ｖ字形の断面か逆ピラミッド構造で、実質的にコンタクト間を走る溝の形成を含む。
好ましくは、表面の修正ステップはリソグラフィを含む。
好ましくは、表面の修正ステップは、エッチングの利用を含み、基板材料の結晶面の異なるエッチィング速度の利点を利用する。
【００１５】
好ましくは、粒子は０．５ｎｍ〜１００ミクロンの間の大きさで、０．５ｎｍ〜１００ミクロンの間の寸法のワイヤを生成する。
好ましくは、粒子は、同一元素であってもなくてもよい２つ以上の原子からなる。
好ましくは、局所的な形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に粒子を集積することは、基板または基板上に蒸着された任意の材料の表面を横切るかまたはその上で粒子が拡散するか、滑るか、跳ね上がるかまたはその他の動きに依存する。
【００１６】
好ましくは、基板はほぼ全体が絶縁または半導体材料である。
好ましくは、エッチングステップによって、マスクされた部分以外の基板のほぼ全てが除去され、それによって独立したワイヤまたはブリッジが残る。
好ましくは、基板は、金属および／または絶縁および／または半導体材料の１つまたは複数から選択された１つまたは複数の表面被膜を備えた絶縁または半導体材料であって、１つまたは複数の表面被膜は、基板表面を修正するステップｂ）の前か後に蒸着されていてもよい。
【００１７】
好ましくは、エッチングステップは、マスクされた部分以外の１つまたは複数の表面被膜の１つまたは複数の全てをほぼ完全に除去する。
好ましくは、基板は、１つまたは複数の金属および／または半導体層（複数可）でコーティングされた絶縁または半導体材料を含み、金属および／または半導体層は結晶性、ナノもしくはミクロ結晶またはアモルファスである。
【００１８】
好ましくは、金属および／または半導体層（複数可）は、ステップｃ）およびｄ）で複数の粒子を生成、蒸着する前で、かつ複数の粒子と異なった識別を有する複数のクラスタをクラスタ蒸着することによって形成される。
好ましくは、金属および／または半導体層（複数可）は均質である。
好ましくは、金属および／または半導体層（複数可）は均質でない。
好ましくは、本発明の方法はさらに、１つまたは複数の金属および／または半導体層で基板をコーティングする前に、ある時点で、パッシベーション処理またはＳｉＯｘまたはＳｉＮなどの絶縁層を追加する等によって基板表面を処理することを含むこともできる。
【００１９】
好ましくは、本発明の方法はさらに、ＳｉＯｘもしくはＳｉＮなどの絶縁層または種々の半導体層を追加することによってなどの、基板表面をコーティングすることを含むことができる。この目的は、１つまたは複数の金属および／または絶縁および／または半導体材料から選択された１つまたは複数の表面被膜で基板をコーティングした後のある時点で、金属または半導体層を電気的に絶縁するかまたは酸化を防止するためである。
【００２０】
好ましくは、本発明の方法さらに、パターンに電気コンタクトを設ける追加のリソグラフィステップまたは複数のステップも含む。
好ましくは、追加のリソグラフィステップまたは複数のステップは、ステップｆ）の後に実施される。
【００２１】
好ましくは、リソグラフィを利用して、１００ミクロンよりも小さい距離の間隔を空けている２つのコンタクトを形成する。
好ましくは、コンタクトは１０００ｎｍ未満の距離の間隔を空けている。
好ましくは、粒子は金属クラスタである。
好ましくは、粒子／ナノ粒子を調製および蒸着するステップは、不活性ガスの凝集、またはマグネトロンスパッタリングおよび凝集、または他の同様のクラスタ調製方法を用いるものであり、ナノ粒子は、同一元素であってもなくてもよい複数の原子で生成された原子クラスタである。
【００２２】
好ましくは、基板の半導体または絶縁体は、シリコン、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、インジウムスズ酸化物、ゲルマニウム、ガリウムヒ素もしくは任意の他のＩＩＩ−Ｖ族半導体、石英またはガラスから選択される。
好ましくは、１つまたは複数の表面被膜は、アルミニウム、シリコン、白金、パラジウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトのうちの１つまたは複数から選択される。
【００２３】
好ましくは、ナノ粒子は、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、シリコン、白金、パラジウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトのクラスタのうちの１つまたは複数から選択される。
好ましくは、基板上のクラスタ蒸着物の入射角または基板上の局所的な形状物（複数可）の角度を制御して、粒子密度またはそれらの能力に影響を与えて、基板の任意の部分または複数の部分内または上で、滑るか、固着するかまたは跳ね上がるようにする。
【００２４】
好ましくは、基板上に蒸着される粒子の運動エネルギーは、不活性ガス凝集源、またはマグネトロンスパッタリングおよび凝集、または他の同様のクラスタ源および／または関連する真空システムのガス圧およびノズル直径によって制御される。
好ましくは、蒸着条件には、例えば基板表面上でのナノ粒子の拡散を促進する条件であり、温度、表面平滑性および／または表面種類およびまたは固有特性の条件のうち１つまたは複数を含んでいる。
【００２５】
好ましくは、蒸着前に、次のプロセスのうちの１つまたは複数が実行されてもよい。
・粒子のイオン化；
・粒子の大きさの選択；
・クラスタの加速および集束；
・Ｖ型溝（または他のテンプレート）の表面を酸化またはパッシベーション処理して、入射粒子の後続の運動を修正するステップ；
・粒子と基板の材料および粒子の運動エネルギーを選択して、粒子を基板の一部（例えば、表面修正間の未修正領域）から跳ね上がるようにし、それによって粒子が基板のその領域に付着することを防止するステップ；
・表面修正の大きさ（例えばＶ型溝の幅）を選択して、形成されるワイヤの厚さを制御するステップ。
【００２６】
好ましくは、エッチングステップｆ）によって、粒子の配置に優先して、基板材料および（存在する場合には）任意のコーティング材料の一部または全てが除去される。
好ましくは、エッチングステップｆ）によって、基板材料に優先してマスクされていないコーティング材料が除去される。
好ましくは、エッチングステップは、プラズマエッチングプロセスである。
好ましくは、本発明の方法は、さらに、
ｇ）エッチマスクを除去するステップを含む。
好ましくは、基板が、例えば、分子線エピタキシーまたは有機金属化学蒸着等によって調製された多数の材料層を含むことにより、ステップｇ）がない場合であっても、異方性エッチングステップｆ）によって１つまたは複数の材料層のワイヤが形成される。
【００２７】
本発明の第２の態様によれば、実質的に上述の方法によって調製された基板の表面上に金属または半導体のパターンが設けられる。
【００２８】
本発明の第３の態様によれば、基板表面上に形成された２つのコンタクト間の導電経路を含むかまたはこの経路を必要とするデバイスを製造する方法が提供され、この方法は、
Ａ．ｉ．半導体または絶縁基板を設けるステップと、
ｉｉ．局所的な形状物を設けるために基板表面を修正するか、または基板表面上の局所的な形状物を識別するステップと、
ｉｉｉ．複数のクラスタを調製するステップと、
ｉｖ．局所的な形状物内またはその近傍に、基板表面に複数のクラスタを蒸着するステップと、
ｖ．局所的な形状物内、またはそれに接して、またはその近傍に、クラスタを集積することによって（１つの手段または別の手段によって）、クラスタ配列を形成するステップと、
ｖｉ．基板と配列を、クラスタ配列がエッチマスクとして機能するエッチングプロセスで処理するステップと、
を備えるかまたは含む方法によって２つのコンタクト間に導電パターンを調整するステップ、を備えるかまたは含み、
ステップｉｉの前後のいずれかに、エッチングプロセスが、１つまたは複数の金属または半導体層のうちのマスクされた部分以外のほぼ全てを除去するようにして、１つまたは複数の金属または半導体層が基板表面上に蒸着されており、このプロセスはまた、任意の段階で、エッチングが終了したらコンタクト間に導電パターンが存在するように、基板上に電気コンタクトを設けるステップを含み、
この方法はさらに、
Ｂ．コンタクトとワイヤをデバイス内に組み込むステップ、
を備えるかまたは含む。
【００２９】
好ましくは、デバイスは２つ以上のコンタクトを含み、導電パターンは導電ワイヤである。
好ましくは、デバイスはナノスケールのデバイスであり、ワイヤはナノワイヤである。
好ましくは、エッチングプロセスに続いてある時点で、エッチマスクを除去するＡの追加ステップが存在する。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、実質的に上述の方法によって調製された基板表面上に形成された２つのコンタクト間に導電経路を含むかまたは必要とするデバイスが提供される。
本発明の別の態様によれば、いずれか１つまたは複数の図または実施例を参照して本明細書で詳細に述べるように、基板の表面上に金属または半導体パターンを設ける。
本発明に関連する当業者には、本発明の構成およびさまざまな実施形態および用途における数多くの変更を、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、提案できるであろう。本明細書における開示および記載は単に例示のためであって、いかなる意味においても限定を意図するものではない。
【００３１】
定義
本明細書で用いられる「ナノスケール」は、０．５〜１０００ナノメートルの範囲にある１つまたは複数の寸法を意味する。
本明細書で用いられる「ナノ粒子」は、０．５〜１０００ナノメートルの範囲にある寸法を有する粒子を意味し、不活性ガスの凝集またはそれ以外によって形成された原子クラスタを含む。
【００３２】
本明細書で用いられる「粒子」は、０．５ｎｍ〜１００ミクロンの範囲にある寸法を有する粒子を意味し、不活性ガスの凝集またはそれ以外によって形成された原子クラスタを含む。原子クラスタは、これに限定されないが、金属、半導体および絶縁クラスタなど広範囲にわたるクラスタを含むことができる。
【００３３】
本明細書で用いられる「ワイヤ」は、連続した（またはほぼ連続した）半導体または金属層または導電経路である。
本明細書で用いられる「マスク」は、集合粒子によって形成された経路である（１ｎｍ〜１００ミクロンの大きさの範囲であってもよい）。マスクは、単一の直線形状に限定されず、直線または非直線であってもよい。マスクはまた、マスクに結合される側枝または他の構造体を有してもよい。粒子は、部分的または完全に連結していてもよく、あるいは連結していなくてもよい。ワイヤの定義は、部分的に均一であるが限定された数の主要経路を有する粒子の膜をも含んでよく、粒子の均一な膜または粒子の蒸着から得られる均一な膜を含まない。ワイヤの定義は、それを形成するのに用いられるクラスタの直径よりも大きい直径を有するワイヤを含み、相当数のクラスタがワイヤの幅全体にわたって識別できる（部分的に連結しているか、または連結していない）ワイヤを含む。
【００３４】
「ナノワイヤ」は、全体の寸法が１０００ｎｍのオーダーのワイヤ（上記で定義した）で、２０ｎｍオーダーのクラスタから構成されてもよい。
本明細書で用いられる「コンタクト」は基板上の領域を意味するが、通常は、蒸着した金属層を備えるとは限らない。コンタクトの目的は、ナノワイヤまたはクラスタ蒸着された膜と外部回路または他の電子デバイスとの間に電気接続を提供することである。
【００３５】
本明細書で用いられる「原子クラスタ」または「クラスタ」は、任意のガス凝集または多数の他の技術［７］のうちの１つによって形成される原子のナノスケール凝集体を意味し、０．５ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の直径を有し、典型的には２〜１０7個の原子を含んでいる。
【００３６】
本明細書で用いられる「基板」は、１つまたは複数の層を含む絶縁または半導体材料デを意味し、デバイスを製造するための構造基材として使用される。基板は、電気コンタクトの蒸着により、および表面テクスチャを形成できるドーピングまたはリソグラフィプロセスによって修正されてもよい。
本明細書で用いられる「伝導」は、オームの伝導を含むがトンネル伝導は除く電気伝導を意味する。伝導は、半導体ナノワイヤおよび金属伝導に予測されるように、大きい温度依存性を有する。
【００３７】
本明細書で用いられる「鎖」は、個別の構成単位ユニットで形成される経路、連結体または他の構造体を意味し、接続ネットワークの一部であってもよい。ナノワイヤと同様に、鎖は単一の直線形状に限定されず、直線または非直線であってもよい。鎖はまた、鎖に結合される側枝または他の構造体を有してもよい。ナノ粒子は、伝導可能である限り、部分的または完全に連結していてもよく、あるいは連結していなくてもよい。鎖の定義は、部分的に均一であるが限定された数の主要経路を有する粒子の膜をも含んでよく、ナノ粒子の均一な膜またはナノ粒子の蒸着から得られる均一な膜を含まない。
【００３８】
「テンプレート」は、リソグラフィとエッチングとの組み合わせを用いて典型的に形成される表面形状物であって、これを用いてクラスタがデバイスの表面に蒸着される際に、ワイヤ状の構造が形成される確率を高める。
【００３９】
「Ｖ型溝」は、適切な基板の表面上に形成されたＶ字形の溝であって、この溝は、ワイヤ状の構造を形成するためのテンプレートとして機能する。Ｖ型溝は、逆ピラミッド、底が正方形の逆ピラミッド、断面が台形の溝など他の同様の構造を含む。
【００４０】
「拡散」は表面全体にわたるクラスタのランダム運動である。
「滑り」は、例えば、クラスタの初期運動量または運動エネルギーが、クラスタが表面に接触した後であっても、その方向にクラスタの運動を継続させるときの、表面全体にわたるクラスタの方向性運動である。滑りは、表面との接触が維持されるかまたは、クラスタが一時的に表面を離れる（すなわち「跳ね上がり」）運動を含んでもよい。
本発明が、添付の図を参照してさらに説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明は、粒子（理想的にはナノ粒子）の集合を特定の配列に形成し、その後にエッチングすることによって基板の表面上に金属または半導体構造を製造する方法を開示する。本発明者らは先に、基板上または基板内に形成された形状物（Ｖ型溝等）にクラスタを蒸着することによってワイヤを調製する方法を開示した（出願番号第ＮＺ５２４０５９号）。本発明においては、本発明者らはこれらのクラスタをマスキングデバイスとして使用する。クラスタによってＶ型溝の金属または半導体層をマスキングすることによって、後続のエッチングが可能となり、好ましくは、ワイヤ（Ｖ型溝をコーティングするのに用いられる金属の上面にクラスタ層を備える）を達成する。本発明の好ましい形態においては、クラスタを取り除くためのさらなるエッチングによって、Ｖ型溝をコーティングするのに用いられた元の金属のナノワイヤが生じる（これに反して、（出願番号第ＮＺ５２４０５９号）で開示された本発明者らの先の技術は、クラスタを含むワイヤを生成することしかできない）。
【００４２】
本発明者らの技術の利点（多くの競合技術と比較した）は、
−クラスタ集合マスクの形成は、高解像度の光学的リソグラフィを利用しないため、光回折によって限定されない。
【００４３】
−ワイヤは、後述の表面テンプレーティング技術を用いて「自己集合」されるため、マスクを形成するのにクラスタの操作は必要としない。
−ナノワイヤおよびマスクの幅は、選択されるクラスタのサイズによって制御できる。
−一般に、このようにクラスタを利用することによって、直径がクラスタの直径で制御されるワイヤを製造することができる。直径は、リソグラフィプロセスで達成可能な寸法よりかなり小さくすることができ、大幅に簡単になる。
【００４４】
本明細書ではナノワイヤの形成を強調しているが、本発明の方法はナノスケール寸法のワイヤに限定されず、幅が最大１００ミクロンのより大きなワイヤを形成するのに有用であることも立証されている。
【００４５】
Ａ．本発明の方法
発明の好ましい方法は、以下に述べるように多数のステップおよび／または技術に依存している。当業者には認識されるように、本発明の範囲内にある、この方法のさまざまな変形例（例えば、同一目的を達成するための、異なる順番のステップ、または異なる先行技術プロセスの使用）がある。
【００４６】
１．局所的形状物を基板上に形成（リソグラフィまたは他の技術を用いて）、または既に存在するそれらを利用して、クラスタを、クラスタ鎖の集合（ナノスケールまたはそれ以上であっても）を生成するように誘導する。
２．基板を材料層（理想的には金属または半導体）でコーティングする。
３．好ましくはナノスケールで粒子（好ましくは原子クラスタ）を形成する。
４．粒子を基板上に蒸着する。これらの粒子は、粒子の配列（例えば連続した鎖であってもよい）を形成できる。
５．材料の金属または半導体層の大部分が除去される間、粒子配列をエッチマスクとして利用し、それによって粒子鎖のマスクの下で金属または半導体パターン（理想的にはワイヤ）を生成する。
６．クラスタ材料を随意に除去する。
７．追加リソグラフィステップまたは複数のステップを随意に用いて、パターンまたはワイヤに電気コンタクトを形成する。
【００４７】
先に記載したように、ここでの説明の多くはナノスケールおよびナノ粒子に関しているが、本発明の方法は、最大ミクロンスケールのパターンの調製も含む。このスケールのパターンおよびワイヤは、ミクロンスケールのクラスタを蒸着し、マスキングすることによって形成できるが、同じく、結合してミクロンスケールのワイヤ構造を得るために、多数のナノスケール粒子を蒸着することによって形成することもできる。
【００４８】
１．表面テンプレート構造の形成
電子ビームリソグラフィとフォトリソグラフィは、半導体および集積回路産業で十分に確立された技術であって、現在では、テンプレートを形成する好ましい手段である。これらの技術は、通常的に、トランジスタから固体レーザにまで及ぶ多くの電子デバイスを形成するのに用いられている。本発明者らの技術においては、標準的なリソグラフィプロセスを利用して、クラスタを、特にナノワイヤを含む形状物の集合に誘導するよう意図された表面テンプレートを生成する。当業者には理解されるように、電子ビームリソグラフィおよびフォトリソグラフィ、例えばナノインプリントリソグラフィに加えて、ナノスケールでテンプレートを形成できる他の技術も本発明の範囲に含められる。
種々のエッチング技術と合わせて、このリソグラフィ段階は表面テクスチャリングを生成するのに用いることができる。詳細には、例えばＫＯＨでシリコンをエッチングすることによって、Ｖ型溝と逆ピラミッド等の関連構造とを形成するための種々の確立された手順がある。本発明の範囲には、ナノワイヤの形成を促進する表面パターンを生成することを目的とする追加リソグラフィステップを含む。
さらに、基板は、段差などのように、事前に存在する局所的形状物を含んでいてもよい。これらは、新しい構造を調製する代わりに利用することができよう。
【００４９】
２．材料層による基板のコーティング
基板をコーティングする材料の略均一性（理想的には金属または半導体層）は、熱または電子ビーム蒸着あるいはスパッタリングなど当技術分野で公知の標準的な技術を用いて、容易に達成できる。材料の金属または半導体層は、好ましくは、ナノまたはミクロ結晶であってもよく、また均一であってもなくてもよい。
あるいは、ナノ結晶の半導体または金属層が、クラスタ蒸着によってＶ型溝の上全体わたって生成され、その後異なる材料のクラスタを蒸着することによって、エッチマスクを形成できる。
半導体または金属層を、テンプレートの上面に成長するＳｉＯｘまたはＳｉＮ等の絶縁層の上面に蒸着することにより、電気的絶縁性を実現するかまたは、クラスタが蒸着される表面上でのクラスタの拡散または滑り特性を変化させることができる。
【００５０】
３．粒子の形成
これには、例えば、不活性ガスの凝集による原子クラスタ（好ましい形状の）の形成を含む。このプロセスは、金属蒸気が流れる不活性ガス流内に蒸発し、凝結して小粒子となるプロセスである。粒子は不活性ガス流によってノズルを通して運ばれ、分子ビームが形成される。ビームからの粒子は適切な基板上に蒸着することができる。このプロセスは不活性ガス凝集法（ＩＧＡ）として公知であるが、クラスタは、例えばマグネトロンスパッタリングおよび凝集を含む任意の他の設計のクラスタ源を用いて同等に形成できる（例えば、参考文献［７］に記載のクラスタ源を参照）。
【００５１】
４．クラスタ蒸着
クラスタ蒸着システムの基本的な設計は、参考文献［８］で述べられ、その内容を参照により本明細書に引用する。クラスタ蒸着は、クラスタ源と、クラスタが最終的に基板上に蒸着される前に、クラスタのイオン化、サイズ選択、加速および集束を可能にする一連の差動排気チャンバとからなる。実際には、このような高度なシステムが望ましいが、必須ではなく、本発明者らの最初のデバイスは、イオン化、サイズ選択、加速または集束がない比較的不十分な真空状態で形成されてきた。
本発明の実験では、一連のノズルを通って流れる不活性ガス流によるクラスタの加速によって粒子の運動エネルギーが決定されるが、当業者によって理解されるように、帯電したクラスタおよび静電界またはパルス電界の利用を含む、粒子の運動エネルギーを制御する方法が多数ある。
拡散するか、跳ね上がるまたは滑ってＶ型溝の頂点方向にクラスタが移動すると、最終的に、クラスタの凝集がワイヤ状のマスクになる。
【００５２】
５．粒子鎖をエッチマスクとして使用
下にある半導体または金属層材料が粒子鎖より優先的にエッチングされる限り、粒子鎖をエッチマスクとして用いることができる。リアクティブイオンエッチングは好ましい方法であるが、ウェット化学エッチングが適切である。大部分の金属または半導体材料層が除去され、それによって、粒子鎖マスクの下に金属または半導体ワイヤが生成される。さらに、この（追加的な）エッチングステップで基板材料の一部または全部が除去されると、独立したワイヤとなる。
【００５３】
６．粒子材料の可能な除去
エッチング方法が下にある半導体または金属層を除去しない場合には、標準的なウェットまたはドライエッチング手順を用いて粒子を除去できる。
【００５４】
７．コンタクトの形成
本発明者らの技術においては、標準的なリソグラフィプロセスを用いて、本発明のデバイスへのコンタクトを形成する。当業者には理解されるように、ナノスケールのコンタクトを形成できる当技術分野の他の技術は、電子ビームリソグラフィおよびフォトリソグラフィに加えて、例えばナノプリントリソグラフィも、本発明の範囲に含められよう。
【００５５】
Ｂ．得られた技術および関連方法
先に述べたように、小さい粒子が十分に滑らかな表面に付着すると拡散できることは十分に立証されている。粒子は欠損部または他の粒子と衝突するまで拡散する。表面に到達するかなり細い粒子束については、粒子は、相互に十分に凝集せず欠損部で凝集する。本発明のテンプレーティング方法は、適切な欠損部を形成することにより、クラスタの凝集を達成し、最終的にナノワイヤマスクを形成できるという概念に基づいている。
【００５６】
本発明の技術では、リソグラフィ処理を利用して表面テクスチャリングを形成できる。本発明のデバイスは、ＰｅＣＡＮデバイスについて先に述べた全用途に利用できる［９］が、この技術によって全体的にかなり小さい寸法のデバイスを形成できる。したがって、本発明のデバイスは、トランジスタなど高密度デバイスを必要とする用途により適切である。
【００５７】
好ましい実施形態においては、本発明は標準的なリソグラフィ技術を利用して、１つまたは複数のＶ型溝（図１参照）を形成することに関する。Ｖ型溝の平坦側部によって、クラスタが局在するＶ型溝の頂点にクラスタを拡散させることができる。これにより、クラスタは徐々に凝集して、Ｖ型溝の頂点の底部に沿ってナノワイヤを形成する。
なお、上述のＶ型溝テクスチャリングは本発明の好ましい形状であるが、表面テクスチャリングの他の形状も本発明の範囲内に含まれる。
【００５８】
拡散／温度の検討
本発明の技術は、ナノワイヤまたは他の構造を形成するのに、クラスタの表面拡散、滑りまたは跳ね上がりに依存している。表面を温度制御してクラスタの拡散率を変化させ、例えば、クラスタを、他の方法ではその上でクラスタが移動しない表面上に、クラスタを拡散させることができる。（使用可能な温度範囲はクラスタの融点で制限される。）種々のクラスタ／基板システムが適合し得る。例えば、ガリウムヒ素やシリコンなどの半導体システムが、Ｖ型溝を形成するのに適切であることが知られ、基板とは異なる格子定数を有するクラスタ材料によってクラスタが、特に小さいクラスタサイズで、拡散できることが予測される。
【００５９】
後述の本発明者らの実験結果によると、クラスタの拡散に加えて、クラスタの滑りおよび跳ね上がりが、特にＶ型溝面に対して直角ではない角度で入射するとき（これは、Ｖ型溝の２つの側面のうちの少なくとも一方については、２つの側面が相互にある角度を有するために、常に言えることである）、改良された方法においては、Ｖ型溝（または他のテンプレート）の頂点においてワイヤ状構造を形成するのを促進するのに重要であることを示している。
【００６０】
Ｃ．本発明の用途
本発明の方法で形成されるナノワイヤの重要な特性は、ナノワイヤが、一般に、その後の多様な用途に発展する、多くの異なった外的要因（例えば、光、温度、化学物質、磁界または電界）に敏感であることである。本発明のデバイスは多様な用途のうちのいずれか１つで利用できる。デバイスの用途には以下のものが含まれるが、これらに限定されない。
【００６１】
−トランジスタまたは他のスイッチングデバイス
後述の多数のデバイスは、電界効果トランジスタと同様のスイッチングモードを用いてスイッチングできる。
【００６２】
電子ビームリソグラフィと、電気コンタクト間の単一ゲートのカーボンナノチューブ（単にナノワイヤとして機能する）の配列とを組み合わせて形成されるトランジスタは、多数のグループ（例えば［１０］参照）によって製造されてきており、また、大部分の集積回路で用いられるシリコンＭＯＳＦＥＴデバイスの相互コンダクタンス値に近い相互コンダクタンス値を示すことが明らかになっている。本発明の技術を用いて、一組のコンタクト間に同等の伝導ナノワイヤを形成できる。このワイヤは、カーボンナノチューブトランジスタではカーボンナノチューブに直接代わるものと見なすことができる。これらの装置を形成するために本発明の技術を用いる利点は、これらの技術では、ナノワイヤを位置合わせするために、時間を要する面倒な操作手順を使用する必要がなくなることである。
【００６３】
あらゆる場合において、第３の（ゲート）コンタクトを設けてナノワイヤを通る電流を制御することが重要である。スイッチングを達成するために、トップゲート技術とボトムゲート技術の両方を用いることが考えられる。しかし、好ましい実施形態では、ナノワイヤと同一平面内にあるかまたは同一平面の近くにある第３のコンタクトを有する、本発明のデバイスを使用する。この場合、トランジスタは、上述の［１０］のカーボンナノチューブトランジスタと極めて似ている。
このデバイスの好ましい実施形態では、シリコンまたはゲルマニウムクラスタなどの半導体層がクラスタ蒸着前に蒸着される。
【００６４】
磁界センサ
磁界センサは大多数の産業用途で必要とされるが、ここでは、本発明者らは、高密度のハードディスクドライブに記憶された磁気情報のセンサ、または、読み取りヘッドとして適正な小型磁界センサを使用する必要がある他の磁気記憶された情報のセンサとしての、特定用途に焦点を合わせる。原理的には、読み取りヘッド内の能動部品が小さくなるほど、また高感度になるほど、ハードドライブ上の情報のビットはより小さくなり、データ貯蔵密度が高くなる。
【００６５】
磁気抵抗は、通常、ゼロ磁界での抵抗のパーセンテージとして表され、ＭＲは読み取りヘッドの効率を定義する性能指数として用いられる。適切なナノワイヤは磁界に対する感度が高いことが明らかとなっており、すなわち、大きな磁気抵抗（ＭＲ）が得られる。例えば、ニッケルのナノワイヤは常温で３０００パーセントのＭＲを有することが最近報告されている［１１］。これは、最近の商品のＧＭＲ効果読み取りヘッドデバイスのＭＲをはるかに超えている。
【００６６】
この技術に基づく読み取りヘッドの能動部は、最初にＶ型溝の表面上にニッケルまたはビスマス層を蒸着し、次いでクラスタを蒸着してマスク層を形成し、その後エッチングすることによって形成されたＢｉまたはＮｉナノワイヤである。なお、読み取りヘッドの解像度はナノワイヤのサイズで決まり、デバイス全体の大きさには左右されない（すなわち、コンタクトのサイズは必ずしも重要ではない）。本発明のデバイスの読み取りヘッドに必要な高磁気抵抗を決定するメカニズムは、ワイヤ内の急峻なドメイン壁を越えるスピン依存電子輸送［１１］、または、クラスタが製造される材料（例えば、ビスマスナノワイヤが大きなＭＲ値を有すると報告されている）の弱局在または強局在、電子集束および基本特性など多数の他の効果のうちのいずれか１つ（またはそれらの効果の組み合わせ）と予測される。好ましい実施形態では、ナノ結晶の半導体または金属層が、多くの場合クラスタ蒸着によって、Ｖ型溝の上に形成され、その後エッチマスクが、別の材料でできたクラスタを蒸着することによって生成される。
【００６７】
さらに、本発明者らは、明確に画定されたナノワイヤが適切な感度を有する読み取りヘッドを形成するのに必須ではないことを見出した。磁気記憶された情報から磁界によって電子を磁気集束する可能性、または他の磁気抵抗効果の可能性があるため、より複雑なクラスタネットワークを有するデバイスもまた有用である。電子が、ソースおよびドレイン以外の電気コンタクトおよび／またはクラスタネットワーク内のデッドエンドに集束する場合、これによって、特定のバリスティック半導体デバイスで達成される変調と同様に、（ソースドレイン間で測定される）磁気抵抗の極めて強い変調が得られる。
【００６８】
−化学センサ
参考文献［１２］に記載のデバイスは、細いワイヤが化学センサで有用であり、同様の化学的感度が、本発明のデバイスの最も細い部分で形成された細いワイヤの応答によって可能であることを示している。極めて細いワイヤ、すなわち直径がナノメートルのワイヤは、量子伝導性を示しても示さなくても、ワイヤの表面に分子が付着することによって強く変調された伝導性を有することは明らかにさている。これは、ワイヤの表面の波動関数の流出または化学修飾から生じ得る。ワイヤ伝導性が強く変調されることによって高い化学感度となる。
【００６９】
本発明により形成されるナノワイヤは、化学的な検出用途に有用である。これらの用途は、工業プロセス制御、環境検知、製品試験または多数の他の商業環境のいずれかにおけるものである。排他性も有用であろう。すなわち、目的の化学物質のみを検知し他の化学物質は検知しない材料を用いることが理想的であるが、そのような材料はまれである。
【００７０】
化学物質検知デバイスの好ましい実施形態は、各々が異なった材料から形成されるナノワイヤアレイである。この場合、各デバイスは別個のセンサとして機能し、センサアレイは適切にコンピュータ制御されたソフトウェアによって読み取られて、検知される気体または液体材料の化学成分を決定する。このデバイスの好ましい実施形態では、金属の電気コンタクト間に形成された導電性のポリマーのナノ粒子を用いるが、多くの他の材料も同様に適切に用いることができる。
【００７１】
このデバイスの別の好ましい実施形態は、それ自体が化学的に高感度な絶縁性材料に埋め込まれたナノワイヤである。その後、絶縁キャッピング層に対する化学的に誘導された変化が、ナノワイヤの導電性に変化を生じさせる。このデバイスの別の好ましい実施形態では、例えば適切な導電ポリマー層など、ナノワイヤの上方で化学的に高感度な層でナノワイヤを囲む絶縁性の不活性キャッピング層を用いる。次に、導電ポリマーが適切な化学物質を導入することによる影響を受け、導電ポリマー層の電気的特性の変化はゲートの作用と同様であり、それによって、次に、ナノワイヤを通る伝導性が変化する。現在製造されている同様のデバイスはＣＨＥＭＦＥＴと呼ばれている。
【００７２】
−発光または検出デバイス
上述のデバイスは、ナノワイヤの光学特性を利用でき、それによって紫外線、可視光または赤外線を含む任意の特定の波長または特定の範囲の波長の光に応答または光を放射し、それによって光検出器または発光ダイオード、レーザまたは他のエレクトロルミネセント素子を形成するデバイスが得られる。
【００７３】
シリコン技術に基づいたＣＣＤはエレクトロニックイメージングの市場リーダーとして十分に確立されている。ナノワイヤアレイは、イメージングを目的とする光検出器として同等に十分有用であり得る。このようなアレイは、デジタルカメラおよびある範囲の他の技術分野での用途を見出すことができる。
【００７４】
本発明に基づいた光検出器の好ましい実施形態は、半導体ナノワイヤであり、例えばシリコンナノ粒子から形成され、電気伝導度が光によって強く変調されるワイヤである。この点に関しては、各端部でオーミックコンタクトを有する半導体ナノワイヤが適するが、反対にドープされた一組のコンタクトに接続されたワイヤがより効果的であると予測される。コンタクトの選択（オーミックかショットキーか）によって、デバイスの光に対する応答が著しく影響される。デバイスが応答する光の波長は、クラスタおよび／またはクラスタアセンブリワイヤの径を選択することによって調整できる。これは、詳細には、量子閉じ込め効果が有効なバンドギャップを大幅に移動できる半導体ナノ粒子の場合である。同様のデバイスを、光を放射するために作ることができる。ｐｎ接合内に形成された半導体量子ワイヤ（例えば、ｐおよびｎ型に作られたコンタクト１、２）は光を放射でき、適切な構造内に形成されている場合には、レージングを達成できる。
【００７５】
トランジスタのようなデバイス（上述を参照）は、外部または他のオンチップ電子回路への接続に特に適しているため、光センサとして最適である。
デバイスが応答する光の波長は、マスクを形成するクラスタおよび／または得られたナノワイヤの径を選択することによって調整できる。これは、詳細には、量子閉じ込め効果が効果的なバンドギャップを大幅に移動できる半導体ナノ粒子の場合である。
【００７６】
上述のデバイスと同様のデバイスを、光を放射するために作ることができる。ｐｎ接合内に形成された半導体量子ワイヤ（例えば、ｐおよびｎ型に作られたコンタクト１、２）は光を放射でき、適切な構造内に形成されている場合には、レージングを達成できる。
【００７７】
−温度センサ
デバイスの特異な特性として、温度による伝導性の高速または高精度の再現可能な変化が含まれ、この特性は温度センサとして有用である。
【００７８】
上述の可能な用途のリストは、多数の異なった方法で具体化されてもよく、これらのうち特定の実施例は以下を含む（実施例は本発明の範囲内に含まれる）。
ｉ）蒸着されたナノ粒子の最終的な位置を制御するために、Ｖ型溝または他の表面テンプレート構造が、シリコンまたはＧａＡｓなどの適切な半導体材料（すなわち異なった結晶面で適切に異なったエッチ速度を有する材料）の表面に形成されたデバイス。これによって、クラスタ鎖を含むマスクまたは、単一のクラスタまたはクラスタ鎖を含む最も細い点を有しているのが好ましいクラスタネットワーク、または径が蒸着された個々のクラスタの径よりも実質的に大きいワイヤ状の構造が達成される。半導体または金属がテンプレートの表面をコーティングするために選択される場合、クラスタ鎖をエッチマスクとして用いることができ、その半導体または金属から細いワイヤを生成する。ナノクラスタは基板を横切って拡散し、その後ある表面形状物に整列することができる［１３、１４］。これにより、ナノスケールのワイヤと類似の構造を生成する。ナノスケールの表面テクスチャリング技術（例えば、Ｓｉウェハの表面［１５］、ピラミッド形の窪みまたは他の表面形状物にエッチングされたＶ型溝）によって、クラスタはナノスケールのワイヤに強制的に集合される。移動クラスタがＶ型溝の表面上で拡散すると、頂点で鎖またはワイヤが形成される。同様に、表面に入射する運動エネルギーの影響でクラスタが滑ると、Ｖ型溝の頂点の方向への移動が生じ、蒸着角度の変化を利用して、滑り量に影響を与えることができる。この概念が、高価で低速のナノリソグラフィプロセス（「トップダウン」アプローチ）が、デバイスに相対的に大きくて簡単な電気コンタクトを形成するためだけに、また場合によっては、Ｖ型溝を形成するためだけに用いられる理由である。次に、ナノスケールの粒子の自己集合（「ボトムアップ」アプローチ）は、ナノスケールのエッチマスクを製造するのに用いられる。デバイスの中心では、「トップダウン」アプローチと「ボトムアップ」アプローチがナノテクノロジーに組み合わせられる。先に説明したように、本発明の方法はナノスケール寸法のワイヤに限定されず、幅が１００μｍまでのより大きなワイヤを形成するのにも有用であることも立証できる。
【００７９】
ｉｉ）エッチングステップによって元の基板材料の一部または全てが除去され、それによって実質的に独立したワイヤまたはブリッジを残す、１で記載したデバイス。ドライまたはウェットエッチング技術またはその２つの組み合わせを適切に選択することによって、以下の材料のいずれか１つまたは複数で作られるワイヤ状の構造を含むブリッジ構造を達成できる。
ａ）原型基板材料
ｂ）基板に蒸着された金属または半導体層
ｃ）蒸着されたクラスタ
したがって、得られたブリッジは１つまたは複数の層を含む。このデバイスが図２に示されている。代表図（ａ）〜（ｃ）は、エッチング前に基板上で蒸発した金属層に重ねられたＶ型溝の頂点におけるクラスタ集合ワイヤの断面図である。（ａ）および（ｃ）は垂直面での断面図で、一方（ｂ）は水平面での断面図である。代表図（ｄ）〜（ｆ）はエッチング後の同一断面図であり、クラスタ、金属および基板層を含むブリッジ構造の形成を示している。
【００８０】
ｉｉｉ）エッチングによってマスクの片側で原型基板材料を除去して、マスクのパターンと同様のほぼ直線パターンで原型基板材料のリッジを残す、上述の何れかに記載のデバイス。標準的なドライエッチングプロセスを用いて、上述のような高アスペクト比構造を達成できる。表面上に蒸着されたクラスタ層および／または任意の金属または半導体層はリッジが形成された後に除去されてもされなくてもよい。このデバイスでは、目的は、蒸着された金属または半導体層のワイヤ、または基板材料のワイヤ、または両方のワイヤを得ることであってもよい。
【００８１】
ｉｖ）電気コンタクトがナノワイヤに接触するように形成された上述の何れかに記載のデバイス。これらのデバイスおよび後述の各デバイスはＡＣまたはＤＣまたはパルスモードにおいて機能する。
【００８２】
ｖ）上述のデバイスの２つまたはそれ以上からなるより大きなデバイスは、より高性能または異なった機能のデバイスを形成するためか、または［９］に記載の形状の浸透デバイスを含むことによって、マスク／ワイヤの厚みを制御できる。
【００８３】
ｖｉ）均等または不均等に分離された２つまたはそれ以上のコンタクトが任意のパターンで配置され、コンタクトは相互に入り込む、規則的なまたは不規則な配置を含む任意の形状からできている、上述のデバイスのいずれか。
【００８４】
ｖｉｉ）一組のコンタクト間を走るＶ型溝によって、それらコンタクトは、形成されたワイヤに対してオーミックコンタクトとして作用し、他のコンタクトはワイヤから絶縁されることにより、ゲート（例えば、Ｖ型溝の頂点に位置する）として作用できる、デバイス。したがって、このデバイスは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と同様であり、ゲートに印加される電圧が、接続経路から電子を吸引（反発）し、それによってクラスタ鎖の伝導性を増加（低減）し、デバイスをオン（またはオフ）にする。
【００８５】
ｖｉｉｉ）ｖｉｉ）に記載のデバイスの別の好ましい実施形態は、単一のＶ型溝のみを含み、したがって単一ナノワイヤを形成する。
【００８６】
ｉｘ）ｖｉｉ）およびｖｉｉｉ）に記載したデバイスの別の好ましい実施形態は、Ｖ型溝または逆ピラミッドの底部で形成されたナノワイヤに対してオーミックコンタクトを可能にするコンタクト配置を有するようなデバイスを含む。同様に、Ｖ型溝の各端部における単一の金属コンタクト、Ｖ型溝に垂直な相互に入り込んだコンタクト、ならびに逆ピラミッドの各コーナーの金属コンタクトを含むような、多くの構成が予測できる（図３参照）。
【００８７】
ｘ）基板上に酸化層または他の絶縁層を形成し、その後、リソグラフィ技術を用いて、その領域に付着するクラスタだけが、形成されたクラスタネットワークに実質的に加わるように領域を画定し、それによってマスクが形成される領域を限定するようにする。ウィンドウ（酸化コーティングされていない領域）に付着するクラスタだけがマスクを形成することができる。このように、マスクは互いに絶縁され、コンタクトの機能が予め決定される。酸化層が、既存のコンタクトをコーティングする場合、この技術を利用して、ゲートまたはオーミックコンタクトとなる１つまたは複数のコンタクトの機能を予め決定できる。
【００８８】
ｘｉ）酸化層または他の絶縁層によって全体または部分的にコーティングされ、クラスタ集合構造を通る電子の流れを制御するようトップゲートを組み込み、それによって電界効果トランジスタまたは他の増幅または切換装置を達成する、上述のデバイスのいずれか。
【００８９】
ｘｉｉ）電気的に絶縁するか、またはクラスタが蒸着された表面上でクラスタの拡散または滑り特性を変化させるために、テンプレートの先端で成長したＳｉＯｘまたはＳｉＮなどの絶縁層の先端で作られた、上述のデバイスのいずれか。
【００９０】
ｘｉｉｉ）絶縁層自体がゲートとして作用できる導電層の上面にある絶縁層の上面に形成され、クラスタ集合構造を通る電子の流れを制御することができ、それによって電界効果トランジスタまたは他の増幅またはスイッチングデバイスを実現できる、上述のデバイスのいずれか。
【００９１】
ｘｉｖ）サンプルの一部分（または複数の部分）の表面上へのクラスタの衝突角度を選択または制御して、クラスタの滑り、跳ね上がりまたはサンプルの部分（または複数の部分）に固着する確率に影響を与える、上述のデバイスのいずれか。これは、基板全体に対する入射角度を制御することによって、または基板上の任意のテンプレート面の角度によってなされる。
【００９２】
ｘｖ）クラスタの運動エネルギーを制御して、クラスタの滑り、跳ね返りまたはサンプルの一部分（または複数の部分）に固着する確率に影響を与える、上述のデバイスのいずれか。
ｘｖｉ）スピン輸送に基づいてスイッチングまたは増幅が達成され、それによりスピンバルブトランジスタを生成する、上述のデバイスのいずれか。
【００９３】
ｘｖｉｉ）クラスタ集合マスクは、ビスマスまたはアンチモンクラスタにより形成されるか、または大多数のナノ粒子生成技術のうちのいずれか１つを用いて、または任意の元素または合金から形成できる任意のタイプのナノ粒子からも同様に形成できる。ナノ粒子は、それらが常温で塊状の（巨視的な）形状の、絶縁性、超伝導、半導体、セミメタリックまたは金属であるかどうかに関係なく、任意の化学元素、またはそれらの元素の任意の合金から形成できる。ナノ粒子は、導電ポリマーまたは電気導電性の無機または有機化学種から形成されてもよい。同様に、ナノワイヤは、それらが常温で塊状の（巨視的な）形状の、絶縁性、超伝導、半導体、セミメタリックまたは金属であるかどうかに関係なく、任意の化学元素またはそれらの元素の合金から形成できる。ナノワイヤは、導電ポリマーまたは電気導電性の無機または有機化学種から形成されてもよい。ただし、ナノワイヤおよびクラスタ集合マスクの材料には全く別の材料を用いることにより、マスクが、蒸着された金属または半導体層の塊を除去する段階で実質的に除去されないようにする必要がある。同様に、コンタクトおよび／またはナノ粒子のいずれかまたは両方が、強磁性、強磁性または反強磁性であってもよい。２つまたはそれ以上の種類のナノ粒子が、順次蒸着されるか、または例えば半導体および金属粒子とともにまたは強磁性および非磁性粒子とともに用いられてもよい。磁性部品を備えたデバイスは「スピントロニクス」挙動、すなわちスピン輸送から生じる挙動を生じる。ワイヤ内［１１］またはワイヤとコンタクト間の急峻なドメイン壁を越えるスピン依存電子輸送が大きな磁気抵抗を生み、それによってハードドライブの読み取りヘッドなどの磁界センサの商業的用途を可能にする。
【００９４】
ｘｖｉｉｉ）本明細書で記載した全てのデバイスについては、蒸着プロセスの間に、基板の温度を制御して、粒子の拡散、粒子の融合の制御または他の何らかの理由のための制御ができる。一般に、平滑な表面と高い基板温度とによって粒子の拡散が促進され、一方粗い表面と低い基板温度とによって拡散が阻害される。ナノ粒子の融合および拡散は材料に依存する。
【００９５】
ｘｉｘ）膜を保護し、および／または例えばデバイスの誘電率を変えることによって膜の特性を高めるために、膜が酸化または他の非金属または半導体膜に埋められている上述のデバイスのいずれか。このキャッピング層にイオン注入または別の方法でドーパントを蒸着することによってドーピングし、デバイスの伝導性を高め、制御または決定することができる。
【００９６】
ｘｘ）蒸着された粒子の凝集を達成するかまたは他の何らかの理由でサンプルがアニーリングされる上述のデバイスのいずれか。
ｘｘｉ）ナノ粒子の集合が、蒸着または凝集プロセスの前または後のいずれかで、露光、現像、洗浄されるかどうかに関係なく、レジストまたは他の有機化合物によって影響される上述のデバイスのいずれか。
【００９７】
ｘｘｉｉ）ナノ粒子の集合が、光源またはレーザビーム（均一、集束または非集束または干渉パターンの形状であるかどうかに関係なく）による照射によって制御されるかまたは影響される上述のデバイスのいずれか。
ｘｘｉｉｉ）粒子が有機材料または配位子でコーティングされる場合を含み、粒子が液体から蒸着される上述のデバイスのいずれか。
【００９８】
ｘｘｉｖ）いくつかのコンタクトまたはポートを有し、およびナノ粒子を通るバリスティックまたは非バリスティック電子輸送に依存し、およびゼロ磁界での元の出力ポートではなかった出力ポートに電子を誘導する磁界効果に依存し、または任意の磁気集束効果に依存するデバイス。
【００９９】
ｘｘｖ）サイズが選択されたクラスタを蒸着することによって形成される、または代わりに、サイズが選択されていない粒子を蒸着することによって形成される上述のデバイスのいずれか。
ｘｘｖｉ）原子蒸気または小さいクラスタを蒸着することによって形成され、蒸着された粒子よりも大きいナノ粒子、クラスタ、フィラメントまたは他の構造を形成している、上述のデバイスのいずれか。
【０１００】
Ｄ．実験
以下に、特定の実施例とともに提示される本発明者らの好ましい実験を開示する。好ましいプロセスでは、凝集クラスタによって溝内にナノスケールのワイヤを形成するように導くために、基板にＶ型溝が形成される。本発明のこの好ましいプロセスを用いたＡｕ／Ｔｉナノワイヤの生成を示す詳細なプロセス図が図４に与えられる。
クラスタを蒸着する前に、パッシベーション処理されかつ金属化されたＶ型溝Ｓｉ＜１００＞基板が標準的な光学リソグラフィを用いて調製される。
ａ）リソグラフィ
標準的な光ビームおよび電子ビームリソグラフィを利用して、シリコンウェハまたは、ＳｉＯｘもしくはＳｉＮのいずれかでコーティングされたシリコンウェハ上にＶ型溝を画定した。
ｂ）Ｖ型溝の形成
以下では、シリコン上にＶ型溝の表面テンプレートの形成を述べるが、類似のアプローチを利用して他の基板上で他の構造を形成することもできる。
【０１０１】
プロセスのこの部分は、二酸化ケイ素または窒化シリコンでコーティングされた（層の厚さは典型的には１２０ｎｍ）シリコンウェハを８×８ｍｍの基板に切断することで開始される。＜１１１＞面の方向を正確に位置づけるために、酸化／窒化層が最初にフォトレジストマスクを介してドライエッチングされ２°ずつ離れた放射状スロットを形成する。これらのスロットは、４０重量％のＫＯＨ溶液を用いて下のシリコン内でＶ型溝に変形される。溝が完成すると、別のフォトリソグラフィおよびドライエッチング段階によって、デバイスのＶ型溝アレイの試験スロット（最も正確にエッチングされた輪郭を備えるスロットを選択）への角度整列がなされる。Ｖ型溝アレイが同じＫＯＨ溶液を用いて形成される。７０℃の４０重量％のＫＯＨ溶液を用いて、２２分のエッチング時間で、シリコン内に２〜５μｍ幅のシリコンＶ型溝が生成される。
【０１０２】
Ｓｕｓｓ  ＭＡ６アライナを用いて２〜５μｍ幅のスロットでＡＺ１５００フォトレジストが露光された。スロットは現像され、緩衝ＨＦエッチングを用いて下の酸化または窒化層に転写された。レジストは基板から除去され、温度制御された超音波槽内で６５℃に加熱された４０重量％のＫＯＨ溶液中に置かれた。基板が導入される直前に、５％のＩＰＡを加え、エッチングプロセスの表面活性剤として作用するようにした。完全なＶ型溝が５〜１０分（スロットの幅に依存する）で得られた。Ｖ型溝が完全にエッチングされると、基板から酸化物（ＨＦを用いて）を取り除き、ピラニア溶液（容量比でＨ2Ｏ2：Ｈ2ＳＯ4が１：４）で洗浄した。
【０１０３】
Ｖ型溝と、同様の方法で形成され、原子間力顕微鏡を用いて画像化された関連構造の例が図１に示されている。Ｖ型溝は直径でおよそ５ミクロンであり、光学的リソグラフィを用いて形成された。この技術の利点の１つは、この技術によって、電子ビームリソグラフィを用いて形状物を容易に縮小できることである。
【０１０４】
ｃ）Ｖ型溝のパッシベーション処理
使用される特定のクラスタ／基板の組が、Ｖ型溝の表面がパッシベーション処理される（すなわちナノワイヤと基板との間を絶縁するために絶縁層でコーティングされる）必要があるか否かを決定する。特定のワイヤ／基板の組み合わせについては、ショットキーコンタクトが形成され、それによって基板からワイヤを限定的に絶縁できる。場合により、基板上の自然酸化層によって十分な絶縁性が与えられる。必要に応じて、Ｖ型溝のパッシベーション処理は２つの方法で実行できる。現在のところ、好ましい方法は、Ｖ型溝アレイを形成した直後に基板全体を熱的に酸化することである。酸化は１０５０℃で酸素を多量に含む乾燥炉内で行われる。１時間の酸化期間によって、厚さが１２０ｎｍの二酸化ケイ素の膜が生成される。代替のパッシベーション方法はスパッタコーティングした窒化シリコンに依存する。
【０１０５】
ｄ）ナノワイヤ材料の蒸着
クラスタ集合ワイヤがエッチマスクとして用いられるサンプルに対しては、Ｔｉ（７ｎｍの密着層）とＡｕ（２５ｎｍの上部層）とがパッシベーション処理したＶ型溝の基板上で蒸着された。パッシベーション処理した層の構造とパッシベーション処理／金属化されたＶ型溝のサンプルとが図５に概略的に示されている。Ｔｉ／Ａｕ層は、最終的にナノワイヤを形成する（後述するマスキングおよびエッチングステップの後）材料である。
なお、パッシベーション層または半導体／金属層のいずれかまたは両方によるＶ型溝表面のコーティングは、後続の、表面に蒸着されるクラスタ集合に影響を与え、パッシベーション材料、半導体／金属層材料およびクラスタ材料を選択することにより、クラスタ集合マスクの形態に影響を与えることができる。
【０１０６】
ｅ）クラスタの形成および蒸着
蒸着システムにおいてイオン化クラスタおよび／または質量選別システムを使用し、例えば参考文献［１６］の設計の質量フィルタと標準的な電子ビーム技術によるクラスタイオン化を組み込むことができる。
【０１０７】
本発明者らの好ましい装置は、参考文献［１７］に記載した実験装置を改良したものである。クラスタを生成するのに必要な金属蒸気は、タングステンフィラメントを用いてソースチャンバで加熱される、Ｓｂを含むるつぼから生成される。るつぼの温度は、るつぼの底に取り付けられたサーモカップルを介して監視制御される。Ａｒが流量制御器を通して供給され、その後直接ソースチャンバに入り、そこでクラスタ成長に必要な凝縮／凝集プロセスを促進する。るつぼの温度が十分に上昇して０．１〜１．０ｍｂａｒの蒸気圧に達すると、クラスタは過飽和状態の金属蒸気から成長する。クラスタ／ガスの混合物は、二段階の差動排気（ソースチャンバでの約１トールからメインチャンバでの約１０-6トールまで下がる）を通り、その結果、ガスの大部分が抽出される。ビームは、直径が約１ｍｍで開口角度が約０．５度のノズルを通ってメインチャンバに入る。サンプルでは、クラスタビームの直径は約４ｍｍである。クラスタビームの強度を決定するために、石英結晶の蒸着速度モニターが用いられる。サンプルは可動式ロッドに取り付けられ、蒸着の間、石英蒸着速度モニターの前に配置される。
【０１０８】
なお、ソースパラメータの特定の範囲は重要でなく、クラスタは広範囲の圧力（０．０１トール〜１００トール）と蒸発温度にわたって生成でき、１トール〜１０-12トールまでのほぼ任意の圧力で蒸着できる。任意の不活性ガスまたは不活性ガスの混合物を使用して凝集を起こすことができ、蒸着が可能な任意の材料を使用してクラスタを形成できる。クラスタサイズはガス圧力、ガスの種類、金属の蒸発温度、および種々の減圧チャンバに接続するのに用いられるノズルサイズの相互関係によって決定される。
【０１０９】
ｆ）マスクとして機能するクラスタ鎖の実験による実現
ソースのＡｒ入り口の流量を用いて、クラスタの平均的な運動量が制御される。１００ｓｃｃｍを上回るＡｒ流量でソースを作動させると、４μｍ幅のＳｉＯ2のＶ型溝に付着するＳｂクラスタは、ワイヤを形成するために凝集する頂点に達するまで跳ね上がるかまたは滑る。一方、平坦域（Ｖ型溝間の）に付着するほぼ全てのクラスタは、平坦域から反射されるのに十分な運動量を有している。ナノワイヤを生成する目的に対しては、Ａｒの流量は、Ｖ型溝の「口」内のどこかに付着するクラスタがＶ型溝の頂点まで確実に運ばれるように選択される。所定のガス流量に対する蒸着速度は、ソースの温度で調節され、サンプルの後ろに、クラスタビームに整列して取り付けられた石英結晶膜厚モニター（ＦＴＭ）で監視される。１５０ｓｃｃｍのＡｒ流量で、測定された蒸着速度が０．３Ａ／ｓのとき、およそ１２０秒で３μｍ幅のＶ型溝でナノスケール幅のワイヤが生成される（図６）。Ｓｂに関しては、この蒸着速度を達成するために、るつぼの温度は、典型的には５５０℃と５８０℃の間である。サンプルアームに取り付けられた電子シャッターを開いて、常温でのサンプルへの蒸着を開始する。蒸着後に、サンプルが真空システムから取り除かれ、クラスタ膜がＳＥＭおよびＥＤＸ分析器を用いて検査される。
【０１１０】
図６は、Ａｒソース入り口流量が１５０ｓｃｃｍで、ＳｉＯ2上（ａ）と金属化された／パッシベーション処理されたＳｉのＶ型溝上（ｂ）に蒸着したＳｂクラスタの電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）像を示している。図６（ａ）および（ｂ）の両方において、クラスタアセンブリはＶ型溝の頂点で生じ、クラスタ自由領域が頂点上方の溝の壁部に存在する。
【０１１１】
クラスタビームスポットの強度は端部よりも中心の方が強く、直径は約２ｍｍであった。クラスタビームスポットの中心では、クラスタは集積し、Ｖ型溝の頂点では互いに補強し合う。クラスタの密度が大きいことは、そこで形成されたワイヤの幅がビームスポットの端部で形成されたワイヤよりも大きいことを意味する。ビームスポットの全領域にわたって、Ｖ型溝間の平坦域のクラスタ被覆率は、浸透しきい値を大幅に下回り、これによって有意の長さの鎖が、Ｖ型溝の頂点を除いては表面上に存在しないことを保証する［１８］。
【０１１２】
異方性でＡｒプラズマエッチングされたＴｉ／ＡｕワイヤのＦＥ−ＳＥＭ像が図７に示されている。ワイヤを形成するのに用いられる材料の残りを除去するためにＡｒプラズマエッチングのパラメータが用いられ、図７にあるように、Ａｒの流量が７０ｓｃｃｍ、プロセス圧力が０．０５ｍｂａｒ、ＤＣバイアスが−４６０ＶでＲＦ電力が２００Ｗである。エッチングプロセスには２７０秒を要した。プラズマエッチングに続いて、ウェット選択エッチングがＳｂマスクを除去するために用いられた（この選択エッチングは１００ｍｌの脱イオン化水と２５ｇのクエン酸と１０ｇのモリブデン酸アンモニウムからなる。この浸水時間は常温で３６０秒であった）。
【０１１３】
ワイヤの最大および最小幅は、それぞれ約３００ｎｍと約１００ｎｍで、１００μｍを超える長さである。ワイヤはＳｂクラスタ集合ワイヤと同じ選択的な形成特性を示す。ドライエッチングプロセスの後、寄生伝導経路は平面基板領域またはＶ型溝の壁部に存在しなかった。１２０ｎｍ厚みのＳｉＯ2パッシベーション層がＡｒプラズマプロセスによって１０〜２０ｎｍエッチバックされた。この数字は、より正確なプロセスのタイミングによってさらに低減できる。Ｓｂクラスタ材料がプラズマエッチング中にＶ型溝の側壁に再度蒸着されるが、そこで金属膜をマスキングさせるには十分ではない。
【０１１４】
ｇ）ナノワイヤのＦＥ−ＳＥＭ／電子分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析
Ａｒプラズマプロセスに続いて、選択エッチングプロセスの後に、エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析がＳｂクラスタでマスクされたサンプル上で実行された。基板全体にわたるＥＤＸスキャンによって、選択エッチングの前にＳｂとＡｕの存在が確認された。一方で、Ａｕに対応するがＳｂに対応しないピークが後に記録された。したがって、残っているワイヤはＡｕであることが結論付けられた。
【０１１５】
ｈ）コンタクト形成
本発明においては、ナノワイヤへの電気接続がプロセスの最終段階である。コンタクトは光学段階または組み合わせられた電子ビーム／光学リソグラフィ段階のいずれかを用いて形成される。
【０１１６】
クラスタ集合マスクを除去した後、基板と非接触金属ワイヤがフォトレジスト（ＡＺ１５００またはＳ１８０５）でスピンコーティングされる。その後、サンプルは、光学または電子ビームリソグラフィのいずれかとＴｉ／Ａｕ膜の剥離とによって多数のコンタクトパッドでパターン化される。必要な場合、走査電子顕微鏡の画像化と電子ビームリソグラフィとを用いてコンタクトパッドをパターン化する前に、整列形状物をレジストに書き込むことができる。
【０１１７】
コンタクトパッドの幅によって、接触するワイヤの数を決定し、コンタクトパッドの間隔がこれらのワイヤの長さを決定する。したがって、多数または単一のワイヤが接触でき、ワイヤのＩ（Ｖ）特性が決定される（単一サンプル上の種々の幅のコンタクトパッドを用いることによって、測定システムとコンタクト／ワイヤ界面に対応するコンタクト抵抗を予測し、ワイヤ抵抗の測定値から算出できる）。
【０１１８】
最後に、多数の大規模なコンタクトを単一の光学リソグラフィ段階で形成できる。その後サンプルが標準的なＩ（Ｖ）検査装置に取り付けられ、Ｉ（Ｖ）特性検査が、ある一定範囲の温度および磁界において、種々のガスの存在下で実行される。
【０１１９】
最後に、本発明者らは、多くの形状の表面テクスチャリングを利用することができ、Ｖ型溝に限定されないことを見出した。図３は、「逆ピラミッド」の底部の２つの異なった解像度での原子間力顕微鏡の像を示している。逆ピラミッドは、ＫＯＨおよび円形または方形の形状（上述のスロットでなく）を有したマスクまたはウィンドウを用いてシリコンをエッチングすることにより形成される。極めて小さい寸法で極めて平坦な壁を備えた逆ピラミッドを実現できる（図３の下の像では、リッジはＡＦＭ像の質に起因するものであり、表面の平坦性を表すものではない）。好ましい実施形態においては、電子ビームリソグラフィを用いて、逆ピラミッドの頂点に沿って走るワイヤの四つのコーナーのそれぞれに電気コンタクトを形成し、それによってワイヤを４つの末端で測定できる。このような４つの末端での測定は、例えば磁界または化学センシング用途における正確な伝導性測定に有用である。トップおよび／またはボトムゲートもまたこれらの構造に適用できる。
【実施例】
【０１２０】
本発明はさらに以下の例によって示される。
１．リソグラフィプロセス
光学および電子ビームリソグラフィの組み合わせおよびそれらを表面形状物とコンタクトを形成する際に用いることが、先の特許出願［９］に記載されており、参照によりここに引用される。
【０１２１】
２．クラスタ蒸着実験の結果
ビスマスクラスタを平坦なＳｉＮ表面（または予め決められた電気コンタクトを有するような表面）上に蒸着し、原子力、光学および電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いてそのようなクラスタ膜を画像化することが先の特許出願［９］に記載されており、参照によりここに引用される。以前の特許文献におけるＦＥ−ＳＥＭ像は、クラスタは拡散せずＳｉＮで著しく凝集することを示している。限定された量の凝集があり、クラスタは極くわずかの近隣のクラスタと結合するが、一般に、粒子は依然として区別可能である。Ｖ型溝（ニュージーランド国仮出願明細書第５２４０５９号の図１〜図１２の像参照）に関しては、Ｖ型溝の頂点でかなりの程度の粒子が凝集し、単一のワイヤ状鎖を備えるデバイスに加えて、より大きな径の粒子と、多くの粒子を含む径のワイヤを形成することが、本発明の重要な態様である。
【０１２２】
３．理論：付着後のクラスタを分離させる入射運動エネルギーの効果
詳細がニュージーランド国仮出願明細書第５２４０５９号に記載されている。クラスタの観察された跳ね返り／滑りに対して提案されたモデルの主要な態様は、表面からの液滴の跳ね上がりに関しては比較的古いモデルである。簡単に言えば、そのモデルは、跳ね返る液滴の運動エネルギーが、クラスタ／液滴による表面のウェッティングから生じる付着力を超えるのに十分である場合に、クラスタ／液滴が跳ね返ることを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】ＫＯＨを用いてシリコン内にエッチングされたＶ型溝の原子間力顕微鏡の像である。
【図２】ブリッジ構造の形成に含まれるエッチングステップを表す断面図である。
【図３】ＫＯＨを用いてシリコン内にエッチングされた「逆ピラミッド」の底部の２つの異なった解像度での原子間力顕微鏡の像である。
【図４】本発明のプロセスを用いたＡｕ／Ｔｉナノワイヤの製造を示した詳細なプロセス図である。
【図５】クラスタを蒸着する前の、Ｖ型溝テンプレートの（ａ）パッシベーション処理されたＳｉ基板と（ｂ）金属化した基板の断面図である。
【図６】（ａ）ＳｉＯ2がパッシベーション処理されたＶ型溝と（ｂ）Ｔｉ／ＡｕコーティングしたＶ型溝の頂点に集合したＳｂクラスタである。
【図７】Ｓｂクラスタ集合ナノワイヤの下に生成されたＡｕナノワイヤのＦＥ−ＳＥＭの像である。Ａｕ／Ｔｉワイヤとパッシベーション処理したＶ型溝が（ａ）で示され、（ｂ）はワイヤの形態を（高い倍率で）示す。
【０１２４】
参考文献
１  Ｓ．Ｓｚｅ著、「半導体装置」（「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」），Ｗｉｌｅｙ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８５の４２８頁参照。
２  Ｓ．Ｓｚｅ著、「半導体装置」（「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」），Ｗｉｌｅｙ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８５の４４３頁参照。
３  Ｔ．Ｈａａｔａｉｎｅｎ、Ｊ．Ａｈｏｐｅｌｔｏ著  「ステップおよびスタンプインプリントリソグラフィを用いたパターン転写」（「Ｐａｔｔｔｅｒｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｓｔｅｐ  ａｎｄ  ｓｔａｍｐ  ｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」）、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｓｅｃｒｉｐｔａ，６７（４），３５７−３６０，２００３年４月
４  Ｍ．Ｃｏｌｂｕｒｎ、Ｓ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｍ．Ｓｔｅｗａｒｔ、Ｓ．Ｄａｍｌｅ、Ｂ．Ｊ．Ｃｈｏｉ、Ｔ．Ｂａｉｌｅｙ、Ｍ．Ｗｅｄｌａｋｅ、Ｔ．Ｍｉｃｈａｅｌｓｏｎ、Ｓ．Ｖ．Ｓｒｅｅｎｉｖａｓａｎ、Ｊ．Ｅｋｅｒｄｔ、Ｃ．Ｇ．Ｗｉｓｏｎ著、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３６７６，３７９，１９９９年
５  Ｄ．Ｙ．Ｋｈａｎｇ、Ｈ．Ｈ．Ｌｅｅ著、「溶媒蒸気処理による常温インプリントリソグラフィ」（「Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｒｅｔａｕｒｅ  ｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｇｙ  ｂｙ  ｓｏｌｖｅｎｔ  ｖａｐｏｕｒ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ」）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，７６，ｎｏ．７、２０００年２月１４日
６  Ｍ．Ｌｉ、Ｌ．Ｃｈｅｎ、Ｓ．Ｃｈｏｕ著、「ナノインプリントリソグラフィを用いた直接３次元パターン化」（「Ｄｉｒｅｃｔ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，７８，ｎｏ．２１，ｐｐ３３２２−３３２４、２００１年５月２１日
７  Ｗ．ｄｅ  Ｈｅｅｒ著、Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．６５，６１１（１９９３年）
８  Ｉ．Ｍ．Ｇｏｌｄｂｙら著、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ．６８，３３２７（１９９７年）
９  国際特許出願番号第ＰＣＴ／ＮＺ０２／００１６０号、ニュージーランド国特許出願番号第５１３６７号、「ナノスケール電子デバイスおよび製造方法」（「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」）
１０  Ｓ．Ｔａｎｓら著、Ｎａｔｕｒｅ  ３９３，４９（１９９８年）
１１  Ｈ．ＣｈｏｐｒａとＳ．Ｈｕａ著、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６６，０２０４０３（２００２年）
１２  Ｃ．Ｌｉら著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６，１３３３（２０００年）
１３  Ｉ．Ｍ．Ｇｏｌｄｂｙら著、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９，２８１９（１９９６年）
１４  Ｇ．Ｍ．Ｆｒａｎｃｉｓら著、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７３，２９４２（１９９６年）
１５  Ｈ．ＩｓｈｉｋｕｒｏとＴ．Ｈｉｒａｍｏｔｏ著、Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８，３９６（１９９９年）の「類似のエッチング技術を異なるタイプのデバイス構造に用いる」（「Ｓｉｍｉｌａｒ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｒｅ  ｕｓｅｄ  ｆｏｒ  ａ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ｔｙｐｅ  ｏｆ  ｄｅｖｉｃｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」）
１６  Ｂ．ｖｏｎ  ＩｓｓｅｎｄｏｒｆとＲ．Ｐａｌｍｅｒ著、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔ．７０，４４９７（１９９９年）
１７  Ｂ．Ｄ．Ｈａｌｌ，ＰｈＤ論文、Ｅｃｏｌｅ  Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  Ｆｅｄｅｒａｌｅ  ｄｅ  Ｌａｕｓｓａｎｎｅ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ（１９９１年）
１８  Ｊ．Ｓｃｈｍｅｌｚｅｒ  Ｊｒ．、Ｓ．Ａ．Ｂｒｏｗｎ、Ａ．Ｗｕｒｌ、Ｍ．Ｈｙｓｌｏｐ、Ｒ．Ｊ．Ｂｌａｉｋｉｅ著、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８８，２２６８０２（２００２年）
【図１】
2007534150.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007534150.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007534150.tif 000007
【図６】
2007534150.tif 000008
【図７】
2007534150.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月8日(2005.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上または表面内にパターンを形成する方法であって、
ａ）基板を設けるステップと、
ｂ）前記基板表面を修正して局所的形状物を設けるか、または局所的形状物を前記基板表面上に識別するステップと、
ｃ）大きさが約０．５ｎｍ〜１００ミクロンの間の複数の粒子を調製するステップと、
ｄ）前記基板表面上の、前記局所的形状物内またはその近傍に前記複数の粒子を蒸着するステップと、
ｅ）前記局所的形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に、前記粒子を集積することによって粒子配列を形成するステップと、
ｆ）前記粒子配列がエッチマスクとして作用するエッチングによって、前記基板の少なくとも一部を除去するステップと、
を備えるかまたは含む方法。
【請求項２】
前記粒子の大きさが約０．５ｎｍ〜１０００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板の少なくとも一部分は、絶縁または半導体材料である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記パターンはワイヤ形状で、前記粒子配列は実質的に連続した金属クラスタ鎖である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ワイヤはナノワイヤで、前記粒子はナノ粒子である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記修正は、前記基板表面内で段差、窪みまたは隆起の形成を含む、請求項１から５のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項７】
前記修正は、実質的にコンタクト間を走る、ほぼＶ字形の断面または逆ピラミッド構造を有する溝を形成することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記表面の修正にはリソグラフィを利用する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記表面修正ステップはエッチングを含み、前記基板材料の結晶面のエッチング速度の差を利用する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記粒子は、同一の元素であってもなくてもよい２つ以上の原子からなる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記局所的形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に前記粒子が集積することは、前記基板表面または前記基板上に蒸着された任意の材料の表面を横切って、またはその表面上で、前記粒子が拡散し、滑り、跳ね返る運動またはその他の運動に依存する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板はほぼ全体が絶縁または半導体材料である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記エッチングステップによって、前記マスクされた部分以外の前記基板のほぼ全部が除去され、それによって独立したワイヤまたはブリッジが残る、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、金属および／または絶縁および／または半導体材料からの１つまたは複数から選択された１つまたは複数の表面被膜を備えた絶縁または半導体材料であり、
前記１つまたは複数の表面被膜は、前記基板表面を修正するステップｂ）の前かまたは後に蒸着されていてもよい、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチングステップは、前記マスクされた部分以外の１つまたは複数の表面被膜の、１つまたは複数のほぼ全てを除去する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、１つまたは複数の金属および／または半導体層でコーティングされた絶縁または半導体材料を含み、前記金属および／または半導体層は、結晶性、ナノ結晶もしくはミクロ結晶またはアモルファスである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属および／または半導体層は、ステップｃ）とステップｄ）で複数の粒子を形成して蒸着する前で、かつ複数の粒子と異なった識別を有する、複数のクラスタのクラスタ蒸着によって形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属および／または半導体層は均一である、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属および／または半導体層は均一でない、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、前記基板を前記１つまたは複数の金属および／または半導体層でコーティングする前のある時点で、パッシベーション処理またはＳｉＯｘまたはＳｉＮなどの絶縁層を加えることによる前記基板表面の処理を含んでもよい、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法は、１つまたは複数の金属および／または絶縁および／または半導体材料から選択される前記１つまたは複数の表面被膜で前記基板をコーティングした後のある時点で、前記金属または半導体層の絶縁または酸化を防止するために、ＳｉＯｘもしくはＳｉＮなどの絶縁層または種々の半導体層を加えることによって、前記基板表面をコーティングすることも含んでもよい、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法は、前記パターンに電気コンタクトを設ける追加リソグラフィステップまたは複数のステップを含んでもよい、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記追加リソグラフィステップまたは複数のステップはステップｆ）の後になされる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
リソグラフィは、１００ミクロンよりも小さい距離で離れた２つのコンタクトを形成するために用いられる、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記コンタクトは１０００ｎｍ未満の距離で隔たれている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記粒子は金属クラスタである、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記粒子／ナノ粒子の調製および蒸着ステップは不活性ガス凝集またはマグネトロンスパッタリングおよび凝集または他の同様のクラスタ調製方法によりなされ、前記ナノ粒子は、同一元素であってもなくてもよい複数の原子から構成された原子クラスタである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板の半導体または絶縁体は、シリコン、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、インジウムスズ酸化物、ゲルマニウム、ガリウムヒ素または他のＩＩＩ−Ｖ族半導体、石英またはガラスから選択される、請求項３から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つまたは複数の表面被膜は、アルミニウム、シリコン、白金、パラジウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトの１つまたは複数から選択される、請求項１６から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノ粒子は、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、シリコン、白金、パラジウム、ゲルマニウム、銀、金、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトのクラスタのうちの１つまたは複数から選択される、請求項５から２８のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板上のクラスタの蒸着の入射角または前記基板上の前記局所的形状物（複数可）の角度は、粒子密度またはそれらが前記基板の任意の部分または複数の部分内または上で、滑り、固着しまたは跳ね返る能力に影響を与えるよう制御される、請求項１から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板上に蒸着される粒子の運動エネルギーは、不活性ガス凝集源、またはマグネトロンスパッタリングおよび凝集、または他の同様のクラスタ源および／または関連する真空システムのガス圧およびノズル直径によって制御される、請求項１から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記条件は、前記基板表面上での前記ナノ粒子の拡散を促進するような条件であり、温度、表面平滑性および／または表面種類および／または固有特性の条件のうち１つまたは複数を含んでいる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
蒸着前に、以下のプロセス
・粒子のイオン化、
・粒子の大きさの選択、
・クラスタの加速および集束、
・入射粒子の後続の運動を変更するために、Ｖ型溝（または他のテンプレート）の表面を酸化またはそうでなければパッシベーション処理するステップ、
・前記粒子を前記基板の一部（例えば、表面修正間の未修正領域）から跳ね返らせるために粒子と基板の材料および粒子の運動エネルギーを選択し、それによって粒子が基板のその領域に付着することを防ぐこと、
・表面修正の大きさ（例えばＶ型溝の幅）を選択し、形成されるワイヤの厚さを制御すること、
のうちの１つまたは複数を実行できる、請求項１から３３のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項３５】
前記エッチングステップｆ）によって、前記粒子の配列に優先して、前記基板材料および（存在する場合には）任意の被膜材料の一部または全てが除去される、請求項１から３５のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項３６】
前記エッチングステップｆ）によって、前記基板材料に優先してマスクされていない被膜材料が除去される、請求項１から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記エッチングステップは、プラズマエッチングプロセスである、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記方法は、
ｇ）前記エッチマスクを除去するステップ、をさらに含む、請求項１から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
ステップｇ）がない場合であっても、異方性エッチングステップｆ）によって１つまたは複数の材料層でワイヤが形成されるように、前記基板は、分子線エピタキシーまたは有機金属化学蒸着等によって調製された多数の材料層を含む、請求項１から３８のいずれか一項または複数項に記載の方法。
【請求項４０】
実質的に請求項１から３９のいずれか一項に記載の方法によって調製された、基板の表面上の金属または半導体のパターン。
【請求項４１】
基板表面上に形成された２つのコンタクト間の導電経路を含むかまたはそれを必要とするデバイスの製造方法であって、
Ａ．ｉ．半導体または絶縁基板を設けるステップと、
ｉｉ．局所的形状物を設けるために前記基板表面を修正するか、または前記基板表面の局所的形状物を識別するステップと、
ｉｉｉ．複数のクラスタを調製するステップと、
ｉｖ．前記局所的形状物内またはその近傍で、前記基板表面に前記複数のクラスタを蒸着するステップと、
ｖ．前記局所的形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍にクラスタを集積することによって、クラスタ配列を形成するステップと、
ｖｉ．前記基板と配列をエッチング処理し、前記クラスタ配列がエッチマスクとして機能するステップと
を備えるかまたは含む方法によって、２つのコンタクト間に導電パターンを調製するステップを備えるかまたは含み、
ステップｉｉの前または後のいずれかに、エッチングプロセスが、１つまたは複数の金属または半導体層のマスクされた部分以外のほぼ全てを除去するように、１つまたは複数の金属または半導体層が前記基板表面上に蒸着され、
前記プロセスはまた、任意の段階で、エッチングが完了すると前記コンタクト間に導電パターンが存在するように前記基板上に電気コンタクトを設けるステップを含み、
さらに、
Ｂ．前記コンタクトとワイヤを前記デバイス内に組み込むステップ、を備えるかまたは含むデバイスの製造方法。
【請求項４２】
前記デバイスは２つ以上のコンタクトを含み、前記導電パターンは導電ワイヤである、請求項４１に記載のデバイスの製造方法。
【請求項４３】
前記デバイスはナノスケールのデバイスであり、前記ワイヤはナノワイヤである、請求項４２に記載のデバイスの製造方法。
【請求項４４】
前記エッチングプロセス後のある時点で、前記エッチマスクを除去するＡの追加ステップが存在する、請求項４１から４３のいずれか一項に記載のデバイスの製造方法。
【請求項４５】
実質的に請求項４１から４４のいずれか一項に記載のデバイスの製造方法によって調製された、基板表面上に形成された２つのコンタクト間に導電経路を含むかまたは必要とするデバイス。
【請求項４６】
任意の１つまたは複数の図または実施例を参照して本明細書で詳細に記載されたような、基板表面上の金属または半導体パターン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、以下のステップを備えるまたは含む、基板表面上または表面内にパターンを形成する方法が提供される。このステップには、
ａ）基板を設けるステップと、
ｂ）局所的な形状物を備えるために基板表面を修正するか、または、基板表面上の局所的な形状物を識別するステップと、
ｃ）大きさが約０．５ｎｍ〜１００ミクロンの間の複数の粒子を調製するステップと、
ｄ）局所的な形状物内またはその近傍にある基板表面上に複数の粒子を蒸着するステップと、
ｅ）局所的な形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に粒子を集積することによって粒子配列を生成するステップと、
ｆ）粒子配列がエッチマスクとして作用する、エッチングによって基板の少なくとも一部を除去するステップと、を含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
好ましくは、粒子は約０．５ｎｍ〜１０００ｎｍの間の大きさである。
好ましくは、基板は、少なくとも一部は絶縁または半導体材料である。
好ましくは、パターンはワイヤ形状で、粒子配列は実質的に連続した金属クラスタ鎖である。
好ましくは、ワイヤはナノワイヤで、粒子はナノ粒子である。
好ましくは、修正は、基板表面内で段差、窪みまたは隆起の形成を含む。
好ましくは、修正は、略Ｖ字形の断面か逆ピラミッド構造で、実質的にコンタクト間を走る溝の形成を含む。
好ましくは、表面の修正ステップはリソグラフィを含む。
好ましくは、表面の修正ステップは、エッチングの利用を含み、基板材料の結晶面の異なるエッチィング速度の利点を利用する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
好ましくは、粒子は、同一元素であってもなくてもよい２つ以上の原子からなる。
好ましくは、局所的な形状物内、またはそれに接して、またはそれの近傍に粒子を集積することは、基板または基板上に蒸着された任意の材料の表面を横切るかまたはその上で粒子が拡散するか、滑るか、跳ね上がるかまたはその他の動きに依存する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の第３の態様によれば、基板表面上に形成された２つのコンタクト間の導電経路を含むかまたはこの経路を必要とするデバイスを製造する方法が提供され、この方法は、
Ａ．ｉ．半導体または絶縁基板を設けるステップと、
ｉｉ．局所的な形状物を設けるために基板表面を修正するか、または基板表面上の局所的な形状物を識別するステップと、
ｉｉｉ．複数のクラスタを調製するステップと、
ｉｖ．局所的な形状物内またはその近傍に、基板表面に複数のクラスタを蒸着するステップと、
ｖ．局所的な形状物内、またはそれに接して、またはその近傍に、クラスタを集積することによって、クラスタ配列を形成するステップと、
ｖｉ．基板と配列を、クラスタ配列がエッチマスクとして機能するエッチングプロセスで処理するステップと、
を備えるかまたは含む方法によって２つのコンタクト間に導電パターンを調整するステップ、を備えるかまたは含み、
ステップｉｉの前後のいずれかに、エッチングプロセスが、１つまたは複数の金属または半導体層のうちのマスクされた部分以外のほぼ全てを除去するようにして、１つまたは複数の金属または半導体層が基板表面上に蒸着されており、このプロセスはまた、任意の段階で、エッチングが終了したらコンタクト間に導電パターンが存在するように、基板上に電気コンタクトを設けるステップを含み、
この方法はさらに、
Ｂ．コンタクトとワイヤをデバイス内に組み込むステップ、
を備えるかまたは含む。
【国際調査報告】
2007534150.tif 000010
2007534150.tif 000011
2007534150.tif 000012