(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上の所定位置に触媒金属がコーティングされたシリコン角柱ドットパターンを配設し、ポリシランガスの３００℃以下の温度でのＣＶＤによって所定の触媒金属がコーティングされた前記シリコン角柱間にシリコンナノワイヤーを架橋成長させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋成長方法。
【請求項２】
請求項１の方法により形成された架橋構造を有することを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等情報通信用デバイス用素材として用いることのできる単結晶シリコンナノワイヤーを任意の金属粒子ドット間に架橋させる制御成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーの進展にともなって、シリコンナノワイヤーの合成とその応用が注目されている。
【０００３】
このような状況において、本発明者らは、ポリシランの低温ＣＶＤにより温度３００℃以下においてシリコンナノワイヤーを合成する方法を確立し、これを新しい技術としてすでに提案しているところである（特許文献１）。
【０００４】
一方、シリコンナノワイヤーの応用として、マイクロマシン用の素材やナノサイズ半導体が考えられているが、半導体への応用では、リソグラフィー技術のように、回路に直接半導体ワイヤーが組み込まれるのが望ましい。そのためには、できるだけ低温でワイヤーを合成可能とする必要がある。さらに、任意の位置に制御した方向にナノワイヤーを自発的に成長させることができれば、より回路構成が容易になる。このような回路構成のためのシリコンナノワイヤーの架橋方法としては、対向するシリコンウエファー間にモノシリコンの熱分解を用いてワイヤーを作製する方法が報告されている（非特許文献１）。しかし、この方法ではシリコンナノワイヤーの成長反応に６００℃以上の高温条件が必要であり、また形成される架橋構造が複雑であるという問題がある。
【特許文献１】特願２００４−３０７６１８号公報
【非特許文献１】M. Saif Islam et al, Nanotechnology, 15, (2004) L5-L8
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上のとおりの背景から、すでに本発明者らが提案しているシリコンナノワイヤーのポリシランＣＶＤによる合成法の特徴を生かし、従来のシリコンナノワイヤーの架橋のための６００℃以上の高温での成長という、回路上への熱損傷が避けられず、しかも複雑な架橋構造であるという問題点を解決し、より低温での、回路上の熱損傷を与えることなく、任意の位置においてその場でシリコンナノワイヤーの架橋構造を形成することのできる新しい技術手段を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するための手段として以下のことを特徴としている。
【０００７】
第１：基板表面上の所定位置に触媒金属がコーティングされたシリコン角柱ドットパターンを配設し、ポリシランガスの３００℃以下の温度でのＣＶＤによって所定の触媒金属がコーティングされた前記シリコン角柱間にシリコンナノワイヤーを架橋成長させることを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋成長方法。
【０００８】
第２：上記の方法により形成された架橋構造を有することを特徴とするシリコンナノワイヤーの架橋構造体。
【発明の効果】
【０００９】
上記のとおりの本発明によれば、従来の問題点を解消し、回路の熱損傷をともなうことなく、３００℃以下の温度で任意の場所に結晶性のシリコンナノワイヤー架橋を作製できる。このため、任意の位置でのナノワイヤー配線による半導体回路作製が実現可能となる。また、反応ガスの圧力、流量を制御することによりワイヤーのサイズの制御が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、ポリシランガスのＣＶＤ法によってシリコンナノワイヤーを架橋成長させることを特徴としている。
【００１１】
ポリシランガスは、熱的に不安定で、分解してＳｉを生成するものから選定されるが、３００℃以下の温度でのＣＶＤにおいて、たとえばジシラン、トリシラン等のガスが好適なものとして用いられる。ＣＶＤの温度は、３００℃以下、より好適には２５０℃〜３００℃の範囲とすることが考慮される。
【００１２】
本発明のシリコンナノワイヤーの架橋成長においては、たとえば好適には、約２μｍ角以下の触媒金属粒子のドットをあらかじめリソグラフィーによって作製し、全圧１〜５Ｔｏｒｒ、ポリシランガス流量０．１〜１ＳＣＣＭの条件で温度約２５０〜３００℃でパターン上に接触させることによってドット間にシリコンナノワイヤーの架橋を作る。ドットに用いる金属として金、銀、鉄、ニッケル等が例示される。その厚さは１〜５ｎｍ程度であることが望ましい。
【００１３】
架橋成長されるシリコンナノワイヤーは、結晶性であって、好適には単結晶である。このシリコンナノワイヤーを架橋成長させる基板としては、たとえば好適にはシリコンあるいはシリカ等が例示される。
【００１４】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００１５】
＜実施例１＞
シリコンナノワイヤーを成長、位置制御するために、シリコン基板上に触媒金属粒子のパターニングが必要である。まず、ＳＯＩ（Silicon On Insurator）基板を用いてＳｉＯ2上に図１ａの平面図のように、厚さ２μｍ、２μｍ角のＳｉ単結晶ドットを約１５μｍ間隔でエッチングにより作製する。続いてスパッタリングにより金を約２ｎｍコーティングする。さらに、希釈フッ酸によりＳｉＯ2層を取り除くと、金粒子に覆われたシリコン角柱のパターンが得られる（図１ｂ）。ここで、図１（ａ）（ｂ）での符号は次のものを示している。
【００１６】
１：ドット間隔３〜２０μｍ、２：金属／シリコン柱、３：ＳｉＯ2層、４：シリコン基板。
【００１７】
実際に得られた像を図２に示す。
【００１８】
図２のように得られた金ドットパターン試料を反応容器内で１×１０−６Ｔｏｒｒまで真空に引く。ついで試料を２９６℃まで加熱する。温度が一定になったら、容器内にＨ２ガスで１０％に希釈したＳｉ２Ｈ６ガス（１ＳＣＣＭ）とアルゴンガス（２０ＳＣＣＭ） を５Ｔｏｒｒまで導入し、その状態で２０ｍｉｎ保持する。実験後、基板表面を電子顕微鏡で観察すると、図３のようにシリコンナノワイヤーが生成する。金ドット間で架橋されていることがわかる。
＜参考例１＞
シリコン基板上に金を約２ｎｍ厚さでスパッタコーティングし、約１５μｍ幅の細い傷を入れる。その後、参考例１と同様な条件によりシリコンナノワイヤーを形成させる。図４に示すようにシリコンナノワイヤーによる架橋が行われていることがわかる。なお図４では反応ガスは右上から左下へ流しており、ほぼ流れの方向に沿ってワイヤーが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】リソグラフィーにより作製した触媒金属ドットパターンを示した図であって、（ａ）上から見たパターン、（ｂ）断面図である。
【図２】触媒金属ドット（２×２×４（高さ））パターンの例を示した写真図である。
【図３】金ドット間を架橋したシリコンナノワイヤーの写真図である。
【図４】シリコンナノワイヤーブリッジの例の写真図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    ドット間隔３−２０μｍ
２    金属／シリコン柱
３    ＳｉＯ2層
４    シリコン基板
【図１】
0004811851.tif 000002
【図２】
0004811851.tif 000003
【図３】
0004811851.tif 000004
【図４】
0004811851.tif 000005