(57)【要約】【課題】鋳型構造を用いずに金属ナノワイヤを成長させ、外部環境検出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を提供する。【解決手段】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。上記方法は、シリコンなどの基板１０２から第１の複数のナノワイヤ１０８を成長させ、インシュレータ層１２０を第１の複数のナノワイヤ１０８上に堆積させ、エッチングによって第１の複数のナノワイヤの先端部１１６を露出させ、電極の端部１１４が第１の複数のナノワイヤの先端部１１６の上にまたがるようにパターン化された金属の電極１１２を形成し、エッチングによって電極の端部１１４の下にある第１の複数のナノワイヤ１０８を露出させる方法である。また、上記方法では成長プロモーション層が基板の上に形成される構成としてもよい。上記構成物は、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を含む。【選択図】図１Ａ
2007125687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
上記基板を形成する工程は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ガラス、プラスティック、石英、および透明な伝導性電極からなる物質によって基板を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項３】
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をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項４】
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をさらに含み、
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むことを特徴とする請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項５】
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むことを特徴とする請求項４に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項６】
上記成長プロモーション層を形成する工程の後に、Ｏ２，Ｎ２，Ａｒ，真空下，または形成用の気体中などの環境中で、温度が３００〜１０００℃の範囲でアニールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項７】
上記ナノワイヤを成長させる工程は、ＩｒＯ２，ＴｉＯ２，ＩｎＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，カーボン，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＣｄＳｅ，ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓからなる物質、上記に記載した物質の２種類の組み合わせからなるコアおよびシェル構造、および区切られた軸の構造を有しており、それぞれの区切られた部分が上記に記載した物質によって構成される構造によってナノワイヤを成長させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項８】
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請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項９】
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）などであり、
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））、絹などであることを特徴とする請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項１０】
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請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項１１】
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請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項１２】
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に引き続いて、２００〜１０００℃の温度で１０〜３６００秒間アニールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項１３】
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請求項３に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項１４】
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請求項５に記載の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法。
【請求項１５】
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いることを特徴とする外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項１６】
第２の複数のナノワイヤをさらに含み、
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ることを特徴とする請求項１５に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項１７】
上記基板が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ガラス、プラスティック、石英、および透明な伝導性電極からなる物質であることを特徴とする請求項１５に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項１８】
上記基板がｐ型およびｎ型からなる物質によってドープされることを特徴とする請求項１５に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項１９】
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をさらに含み、
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ることを特徴とする請求項１５に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項２０】
上記の成長プロモーション層は、厚さが０．５〜５ナノメートル（ｎｍ）であることを特徴とする請求項１９に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項２１】
上記第１の複数のナノワイヤが、ＩｒＯ２，ＴｉＯ２，ＩｎＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，カーボン，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＣｄＳｅ，ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓからなる物質、上記に記載した物質の２種類の組み合わせからなるコアおよびシェル構造、および区切られた軸の構造であることを特徴とする請求項１５に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項２２】
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）などであり、
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請求項１５に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項２３】
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請求項１６に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【請求項２４】
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請求項１９に記載の外部環境ナノワイヤセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路（ＩＣ）の製造に関するものであり、特に、外部環境検出ナノワイヤセンサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノワイヤの製造について、ナノデバイスの中、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭ）デバイスの中、およびナノエレクトロメカニカル（ＮＥＭ）デバイスの中に形成することについての潜在的な重要性から研究がおこなわれている。
【０００３】
例えば、Clarles Lieberらは、さまざまな半導体ナノワイヤの合成について報告している。上記の報告では、半導体ナノワイヤはシリコン（Ｓｉ）、シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、チッ化ガリウム（ＧａＮ）などからなり、ナノコンピュータシステムを構成するために用いられている。他のグループもまた鋳型構造を用いて金属ナノワイヤを成長させる方法について報告している。上記の金属ナノワイヤは、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルシリコン（ＮｉＳｉ）、金（Ａｕ）、および白金（Ｐｔ）などである。金属ナノワイヤは内部配線に用いることができ、またナノワイヤによる鋭利な先端部は電界放出の目的では効率的に作用する。酸化亜鉛（ＺｎＯ）のナノワイヤは、光放出素材として使用し易い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の金属ナノワイヤの成長方法では、工程が複雑になるという問題点を有している。
【０００５】
また、多孔性素材の鋳型や型板を用いずに金属ナノワイヤを形成することができる製造方法についても報告されている。鋳型を用いると、多くの複雑な段階をその製造工程に加えることになる。そのため、より現実的であり、商業的に実行可能な金属ナノワイヤの形成手段の公表が望まれている。
【０００６】
もし、イリジウム酸化物（ＩｒＯ２）のナノワイヤが鋳型を用いず、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成長することができると、特に利便性がある。
【０００７】
ＩｒＯ２は伝導性の金属酸化物であり、ＤＲＡＭやＦｅＲＡＭを用いた分野で広く用いられている。ＩｒＯ２は、電気的、化学的特性が安定であり、高温のＯ２環境下でも安定であるので、伝導性の電極として用いることもできる。
【０００８】
ＩｒＯ２はまたｐＨセンサー物質として用いることができる。Ｉｒの薄膜は、ＰＶＤを用いることによって容易に堆積させることができ、それは優れた多結晶構造であり、強固な配向（１１１）をもつ。ＩｒＯ２はあとからＩｒ膜を酸化することによって形成するか、または高温の酸素環境下でスパッタ法を直接用いることによって形成することができる。
【０００９】
ＣＶＤ法は、ＩｒとＩｒＯ２との薄膜を成長させるための方法として最近開発された。ＣＶＤプロセスにおいてよい状態を維持することが比較的容易であり、また工程への適用範囲が広い。
【００１０】
Reui-San Chenらは、ＭＯＣＶＤ法と、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））とを用いてＩｒＯ２ナノロッドを形成することについて公表した。
【００１１】
彼らはＩｒＯ２ナノロッドを電界放出の分野に用いることの可能性についても調べている。
【００１２】
彼らの成長させたナノロッドは数ミクロンの長さであり、およそ１００ナノメーター（ｎｍ）の直径であった。また、繰り返しおこなった実験が成功し、軸方向が整列し鋭利な先端部を有するＩｒＯ２のナノロッドが得られた上記の実験によって、結晶構造がアモルファスまたは多結晶であることがわかった。
【００１３】
上記のような多結晶構造は欠陥、または転位密度が高いことによる。結晶の成長の間、ナノロッドの軸や底の部分に対しての必要量よりも多くのナノロッドチップの前駆物質を供給し、シャドーイングの効果に打ち勝つための拡散が不十分であったことが考えられる。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、鋳型構造を用いずに金属ナノワイヤを成長させ、外部環境検出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を提供することにある。
【００１５】
本明細書は、U.S.C.120の35によって、『イリジウム酸化膜ナノワイヤおよびその形成法』の発明の優先権を主張している。上記発明はZhangらによってなされており、シリアルナンバー10/971,330 (２００４年１０月２１日)であり、本願で引用している文献である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は以下のように説明することができる。
【００１７】
ＩｒＯ２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、ＩｒＯ２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。
【００１８】
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ＩｒＯ２，ＴｉＯ２，ＩｎＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３，またはＩｎ２Ｏ３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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法は、以上のように、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、を含む方法である。
【００２２】
また、本発明の外部環境ナノワイヤセンサは、以上のように、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いる。
【００２３】
それゆえ、鋳型構造を用いずに金属ナノワイヤを成長させ、外部環境検出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を提供することができるという効果を奏する。
【００２４】
上記の方法は、例えば、基板を形成し、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。
【００２５】
それゆえ、鋳型構造を用いずに金属ナノワイヤを成長させ、外部環境検出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を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔実施の形態〕
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。
【００２７】
基板１０２はシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ-ｏｎ-Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、Ｓｉ、Ｓｉ多結晶、Ｓｉゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ガラス、プラスチック、石英、または透明な伝導性電極のような物質である。
【００２８】
透明な伝導性電極の一例としては、インジウム−錫酸化膜（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）がある。他の透明な伝導性電極についても知られている。また、基板１０２がｐ型とｎ型とのドープがなされていてもよい。一般的にドープされた上記のような基板としては、Ｓｉを含むものがある。
【００２９】
第１の複数のナノワイヤ１０８は基板１０２から成長し、外部環境１１０に露出する。即ち、第１の複数のナノワイヤ１０８はナノワイヤとして成長する。ここで、『成長した』ナノワイヤは、一つの基板の上で成長し、『刈り取られ』、それから異なる基板上に分散させたナノ構造物とは区別される。例えば、刈り取られたナノワイヤは溶液中で引き伸ばされ、その後溶液が蒸発させられる。ナノワイヤを形成する上記のような方法は、『採取して並べる』方法としてしばしば報告されている。
【００３０】
上記第１の複数のナノワイヤ１０８は、例えばＩｒＯ２，ＴｉＯ２，ＩｎＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，カーボン，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＣｄＳｅ，ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＩｎＰ，またはＩｎＡｓなどの物質である。
【００３１】
また、ナノワイヤは上記の中の２種の物質の組み合わせからなるコアとシェルとの構造を含んでいてもよい（記載は省略する）。さらに、ナノワイヤは区切られた軸の構造を有しており、それぞれの区切られた部分が上記に記載した物質によって構成されていてもよい（記載は省略する）。
【００３２】
上記のナノワイヤでは、断面が円形として記載しているが、ナノワイヤが方形、三角形、または楕円の断面であってもよい。さらに、詳しい記載は省略するが、ナノワイヤがコアの中心部に中空の部分を有していてもよい。他の構成として、ナノワイヤがナノロッド、ナノ構造物、またはナノチューブであってもよい。
【００３３】
電極の端部１１４を有するパターン化された金属の電極１１２は、第１の複数のナノワイヤ１０８の先端部１１６上に形成される。電極１１２は電極の端部１１４の間に電極の中心部１１８を有する。インシュレータ層１２０は基板１０２と電極の中心部１１８との間に挟みこまれている。
【００３４】
上記インシュレータ層１２０は、珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサン（ｓｉｌｏｘａｎｅ）などのスピン・オン・グラス（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ−ｏｎ  ｇｌａｓｓ）である。また、インシュレータ層１２０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））、絹などのｌｏｗ−ｋ層間絶縁部であってもよい。また、上記インシュレータ層１２０は、酸化シリコンの化学量論的混合物であってもよい。
【００３５】
図１Ａに示すように、上記インシュレータ層は、上記電極の中心部１１８の下である基板１０２の一部の上に直接形成される。図１Ａのセンサ１００では、第２の複数のナノワイヤ１２２が上記電極の中心部１１８の下にある基板から成長している。即ち、第２の複数のナノワイヤ１２２はナノワイヤとして成長している。インシュレータ層１２０は第２の複数のナノワイヤ１２２の上に形成され、上記電極の中心部１１８は第２の複数のナノワイヤ１２２の先端部１２４の上に形成される。
【００３６】
図１Ｂに示すセンサ１００は、成長プロモーション層１０４が基板１０２の上に形成されている点を除いて図１Ａに示すものと同じである。
【００３７】
上記成長プロモーション層１０４は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｉｒ，またはＰｔなどの物質である。一般的に、成長プロモーション層１０４は約０．５〜５ナノメーター（ｎｍ）の厚み１０６を有する。図に示すように、第１の複数のナノワイヤ１０８および第２の複数のナノワイヤ１２２は成長プロモーション層１０４の上から成長し、その上に直接形成されている。
【００３８】
図２は、図１Ａに記載のセンサの変形例の断面図である。上記例では、基板１０２はドープされた部位２００とドープされていない部位２０２とを含む。例えば、基板はＳｉであってもよく、ドープされた部位２００はｐ型の不純物を含んでいてもよい。
【００３９】
第１の複数のナノワイヤ１０８はドープされた部位２００の上に形成され、第２の複数のナノワイヤ１２２はドープされていない部位２０２の上に形成される。上記構成は交互に繰りかえされており、ドープされた部位２００は外部環境に露出しており、ドープされていない部位２０２はインシュレータ層１２０によって覆われている。特に記載はしていないが、第１の複数のナノワイヤ１０８および第２の複数のナノワイヤ１２２は図１Ｂに示すような成長プロモーション層から成長していてもよい。
【００４０】
図３は、図１Ｂに記載のセンサの変形例の断面図である。成長プロモーション層は、電極の端部１１４の下にある部分３００に選択的に形成されている。
【００４１】
成長プロモーション層が電極の中心部１１８の下には形成されていないので、第１の複数のナノワイヤ１０８は電極の中心部１１８の下の基板には形成されない。
【００４２】
上記構成は交互に繰りかえされており、図１Ａ、図１Ｂまたは図２でみられた第２の複数のナノワイヤは図３では形成されない。
【００４３】
インシュレータ層１２０にはナノワイヤは含まれない。
【００４４】
特に記載はしていないが、インシュレータ層の一部が成長プロモーションをおこなっている部分３００の上に形成されていてもよく、この場合には小数のナノワイヤが上記インシュレータに組み込まれることになる。
【００４５】
〔実施例１〕
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。
【００４６】
上記基板は、ｐ型またはｎ型の基板を形成する他の要素によってドープされている。ドープされた不純物の活性化のために活性化アニーリングがおこなわれる。
【００４７】
記載してはいないが、Ｔｉなどの金属の薄膜層を厚さ０．５〜５（ｎｍ）でＳｉの表面に堆積させてもよい。Ｎｉ，Ａｕ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｉｒ，またはＰｔがナノワイヤの成長プロモーション層として用いることができ、それらの層の厚みは０．５〜５（ｎｍ）であることが好ましい。３００〜１０００℃のＯ２，Ｎ２，Ａｒ，真空下，または形成用の気体中でアニーリングすることによって、成長プロモーション層が活性化し、ナノワイヤの成長が増強される。
【００４８】
図５では、上記ウエハがＩｒＯ２ナノワイヤの成長のために、成長用のチャンバに移されている。（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）が前駆物質として用いられている。前駆物質とその輸送ラインは約６０〜１００℃の温度で一定に保たれている。
【００４９】
流量５０〜５００（ｓｃｃｍ：ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｓ）の高純度の酸素が反応気体として用いられる。流量５０〜５００（ｓｃｃｍ）の気体ＡｒはＩｒ前駆物質のアンプルからの輸送用の気体として用いられる。
【００５０】
ＭＯＣＶＤ法の基準圧力は約１×１０−８〜１×１０−３（ｔｏｒｒ）である。また、約１〜５００（ｔｏｒｒ）であり、望ましくは約１０〜１００（ｔｏｒｒ）である高いチャンバ圧力は、成長用チャンバに前駆物質を導入する前においてＯ２のバイパスラインを維持するために用いられる。チャンバ内での成長温度は約２００〜５００℃であり、望ましくは約３００〜４００℃である。チャンバの圧力は成長の間１〜５００（ｔｏｒｒ）に固定する。望ましくは約１０〜１００（ｔｏｒｒ）に固定する。
【００５１】
図６は、ナノワイヤを成長させたのちにインシュレータ層の堆積を示す図である。珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサンなどのスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）が用いられる。ナノガラス、ＭＳＱ（ＣＨ３ＳｉＯ１．５）、メチル化シルセキオザン、ＨＳＱ水素化シルセキオザン（メチルイソブチルケトン）、絹などのｌｏｗ−ｋ層間絶縁部がＩｒＯ２ナノワイヤをコートするために引き伸ばされ、覆い、平らな表面を形成するとしてもよい。必要ならば、ＳＯＧの多くの層がナノワイヤのカバーのために用いられる。
【００５２】
ＨＳＱ溶液が用いられる場合には、約１００〜１００００ＲＰＭのスピンスピードが用いられる。上記の層の上でスピンをおこなったのち、約１００〜４００℃の温度でベーキングがおこなわれる。
【００５３】
図９は、ＩｒＯ２上に形成されたＨＳＱインシュレータ層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【００５４】
図６に戻る。ＨＳＱの堆積が終わり、さらに約４００〜１０００℃でアニーリングが終了したのち、化学量論的にＳｉＯ２膜を形成する。その際、ＨＦ溶液に短時間浸し、ナノワイヤの先端部のみを露出させる。
【００５５】
図７は、ナノワイヤの先端部を露出させたのち、最上部の金属層（電極）の形成を示した図である。最上部の金属層はＡｌ，ＴｉＮ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ａｕなどの物質であり、上記の露出したＩｒＯ２ナノワイヤの先端部とともにＳｉＯ２の表面に堆積させる。
【００５６】
フォトレジストが最上部の金属層の上に堆積され、パターンが形成される。その際、最上部の金属層に対してドライエッチングプロセスがなされてもよい。エッチングされた金属の下にあるＳｉＯ２層とナノワイヤとが取り除かれる。上記フォトレジストは、用いられるエッチングの工程によってそのまま残されるか取り除かれる。
【００５７】
図８は、競合するセンサの構造である。最上部の金属／ＳｉＯ２／ナノワイヤの積み重ねられた層をエッチングしたのち、上記構造をＨＦ溶液に浸し、ナノワイヤの外側の縁を露出させつつ最上部の電極を支えるためのＳｉＯ２の中央部のコアを残すように処理する。エッチングの時間はデバイスの大きさに依存する。十分なナノワイヤが環境の気体または液体を感知するように露出されるとともに、ＳｉＯ２は最上部の電極を支えるために残される。
【００５８】
上記構造は、最後にＨＦへ浸ける前または後で、最上部の電極および下部の基板とナノワイヤとの接続を強化するために短時間アニーリングされる。上記のアニーリングはＮ２，Ａｒ，形成用の気体中，真空中、またはＯ２の中で温度約２００〜１０００℃、約１０〜３６００秒でおこなわれる。
【００５９】
〔実施例２〕
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）。
【００６０】
基板のドープされていない部位は伝送性がなく、ドープされていない基板から成長したナノワイヤはセンサの抵抗値の変化には寄与しない。その代わりに、センサの抵抗値の変化は、ドープされた基板の部位から成長し、異なる環境に露出したナノワイヤによって起こる。選択的にドープした後の、図１２から図１４に示した工程は上記の図５から図８に示した工程と同様である。
【００６１】
〔実施例３〕
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。
【００６２】
パターン形成された成長プロモーション層（Ｔｉ）を図１６に示す。ナノワイヤを含まない、支持するためのＳｉＯ２部位については、図２０を参照されたい。ＩｒＯ２のナノワイヤについて特に記載したが、上記ナノワイヤはＴｉＯ２，ＩｎＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，カーボンナノチューブなどの金属酸化物に置き換えることができる。さらに、上記ナノワイヤはＰｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｍｏなどの金属に置き換えることができる。さらに、上記ナノワイヤはＳｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＣｄＳｅ，ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓなどの半導体に置き換えることができる。
【００６３】
図２１は、外部環境ナノワイヤセンサの製造方法を図示したフローチャートである。上記方法は明瞭にするために番号付けされたステップの順に記述されているが、番号どおり実行される必要はない。即ち、これらのステップは省略されたり、平行して実行されたり、記述した順番どおり実行する必要がない場合が存在すると理解されるべきである。上記方法は、ステップ２１００から実行される。
【００６４】
ステップ２１００では基板を形成する。基板は、例えばＳＯＩ，Ｓｉ，ｐｏｌｙＳｉ，ＳｉＧｅ，ガラス，プラスチック，石英、または透明な伝導性電極などの物質である。たとえば、ステップ２１０３のようにｐ型またはｎ型のドーパントでドープしてもよい。ステップ２１０６では、ナノワイヤを成長させている。ステップ２１０８ではインシュレータ層をナノワイヤの上に堆積させている。ステップ２１１０では、ナノワイヤの先端部を露出させる。ステップ２１１２では、金属電極の端部がナノワイヤの先端部の上になるようにパターンを形成する。ステップ２１１４では、電極の端部の下にあるナノワイヤを露出させる。ステップ２１１６のように、ステップ２１１４の後に約２００〜１０００℃の温度で約１０〜３６００秒間アニールしてもよい。または、ステップ２１１６はステップ２１１４の前におこなってもよい。
【００６５】
また、ステップ２１０４のように、基板の上にＴｉ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｉｒ，またはＰｔなどの物質からなる成長プロモーション層を形成してもよい。ステップ２１０６はナノワイヤを成長プロモーション層から成長させる工程である。上記の成長プロモーション層は、約０．５〜５（ｎｍ）の厚さで形成される。また別の例として、ステップ２１０５では成長プロモーション層の形成の後に、Ｏ２，Ｎ２，Ａｒ，真空下，または形成用の気体中などの環境中で、温度が約３００〜１０００℃の範囲でアニールされてもよい。
【００６６】
ステップ２１０６のナノワイヤの成長工程は、ＩｒＯ２，ＴｉＯ２，ＩｎＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，カーボン，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅ，ＣｄＳｅ，ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＩｎＰ，またはＩｎＡｓなどの物質からナノワイヤを成長させる工程が含まれている。ナノワイヤが、上記に記載した物質の２種類の組み合わせからなるコアまたはシェル構造を有する場合もある。即ち、上記のコアは一種類の物質であり、上記のシェルはそれとは異なる物質である。また別の例として、ナノワイヤは区切られた軸の構造を有しており、それぞれの区切られた部分が上記に記載した物質によって構成されていてもよい。
【００６７】
上記の図６の記載のように、ステップ２１０６では有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）の工程を用いて、ＩｒＯ２のナノワイヤが成長する。ＭＯＣＶＤ法は以下のようにおこなう。
【００６８】
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）が、約６０〜１００℃の温度で導入される。
【００６９】
高純度の酸素が流量約５０〜５００（ｓｃｃｍ）で導入される。
【００７０】
ＡｒがＩｒ前駆物質の輸送用の気体として、流量約５０〜５００（ｓｃｃｍ）で導入される。
【００７１】
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約１〜５００（ｔｏｒｒ）の圧力を生成する。
【００７２】
そして、基板の温度を約２００〜５００℃に保つ。
【００７３】
ステップ２１０８のＳＯＧまたはｌｏｗ−ｋ層間絶縁部の堆積工程において、インシュレータ層をナノワイヤの上に堆積させてもよい。ＳＯＧは、例えば珪酸塩、リン酸化珪酸塩、またはシロキサンなどであり、ｌｏｗ−ｋ層間絶縁部は、例えばナノガラス、ＭＳＱ（ＣＨ３ＳｉＯ１．５）、メチル化シルセキオザン、ＨＳＱ水素化シルセキオザン（メチルイソブチルケトン）、絹などである。
【００７４】
例えば、ＨＳＱ溶液がステップ２１０８で堆積させられると、約１００〜１００００ＲＰＭのスピンスピードを用いることによって複数のＨＳＱの層が形成される。ＨＳＱの層がそれぞれ形成された後、約１００〜４００℃でベーキングされる。
【００７５】
また、ステップ２１０８でのインシュレータ層を堆積する工程に引き続き、ステップ２１０９ａでは、約４００〜１０００℃の温度でアニールをおこなってもよい。そして、ステップ２１０９ｂでは、アニーリングする工程に応じて、インシュレータ層を化学量論的なＳｉ酸化層に変換する。
【００７６】
また、ステップ２１０３で基板をドープするときに、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してもよい。それによって、電極の端部の下にある、ナノワイヤを露出させるためのエッチングの工程（ステップ２１１４）によって、図２〜図１４に示すようなドープされた基板の部分が露出する。
【００７７】
また、ステップ２１０４で基板の上に成長プロモーション層を形成する工程では、図３〜２０に示すように、電極の端部の下にある基板の部分に選択的に成長プロモーション層の形成をおこなってもよい。
【００７８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】本発明における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１Ｂ】本発明における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２】本発明の図１Ａに記載のセンサの変形例の断面図である。
【図３】本発明の図１Ｂに記載のセンサの変形例の断面図である。
【図４】本発明の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断面図である。
【図５】本発明の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断面図である。
【図６】本発明の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断面図である。
【図７】本発明の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断面図である。
【図８】本発明の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断面図である。
【図９】本発明のＩｒＯ２上に形成されたＨＳＱインシュレータ層の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像による断面図である。
【図１０】本発明の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断面図である。
【図１１】本発明の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断面図である。
【図１２】本発明の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断面図である。
【図１３】本発明の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断面図である。
【図１４】本発明の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断面図である。
【図１５】本発明の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断面図である。
【図１６】本発明の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断面図である。
【図１７】本発明の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断面図である。
【図１８】本発明の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断面図である。
【図１９】本発明の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断面図である。
【図２０】本発明の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断面図である。
【図２１】本発明の外部環境ナノワイヤセンサの製造方法を図示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１００  センサ
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
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007125687.tif 000008
【図６】
2007125687.tif 000009
【図７】
2007125687.tif 000010
【図８】
2007125687.tif 000011
【図１０】
2007125687.tif 000012
【図１１】
2007125687.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007125687.tif 000017
【図１６】
2007125687.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2007125687.tif 000022
【図２１】
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【図９】
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