触媒ナノ粒子の制御および選択的な形成
【課題】本発明は、基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５）を形成する方法およびナノ粒子（５）を触媒として用い、基体（Ｓ）に細長いナノ構造体（９）を形成する方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態にかかる方法は、例えば半導体製造工程に好都合に用いてもよい。本発明の実施形態にかかる方法は、拡張可能で既存の半導体製造技術と完全に両立する。さらに、本発明の実施形態にかかる方法は、基体（Ｓ）の所定の位置に触媒粒子（５）および細長いナノ構造体（９）を形成できる。
【解決手段】本発明の実施形態にかかる方法は、例えば半導体製造工程に好都合に用いてもよい。本発明の実施形態にかかる方法は、拡張可能で既存の半導体製造技術と完全に両立する。さらに、本発明の実施形態にかかる方法は、基体（Ｓ）の所定の位置に触媒粒子（５）および細長いナノ構造体（９）を形成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒ナノ粒子に関する。より詳細には、本発明は、基体に触媒ナノ粒子を形成する方法を提供する。さらに、本発明の実施形態にかかる方法により作製した触媒ナノ粒子を用いて基体に細長いナノ構想を形成する方法を提供する。本発明の実施形態にかかる方法は、如何なる寸法の基体にも用いることが可能で、また例えばナノデバイスの製造用のような、既存の半導体工程と完全に両立(compatible)する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、マイクロエレクトロニクス産業において拡大し、さらに現在用いている材料にさえ置き換わる最も有望な候補と認識されている。メタリックＣＮＴは、その高い導電能力のために、ナノ電子相互接続体(interconnecting)として提案されており、一方、半導体ＣＮＴは、その大きなバンドギャップのためにナノスケールトランジスタ要素として示されている。これら及び類似の用途は完全には、まだ達成できない。いかなるＣＮＴベースのデバイスもまだ、用途により異なるがしかし、いくつかの観点では類似しているであろう未解決な問題に直面しているからである。第１の問題は、異なるＣＮＴを同一の特性を有するように合成することが不可能なことに関連する。第２の問題は、電流の増加(current growth)のパラメータが、現実のバッチ式技術による集積の仕組み(realistic batch-type technology integration scheme)と一致しないことである。最後の問題は、所定の位置に触媒を堆積する拡張性のある方法が欠如していることに関する。さらに、ＣＮＴは、様々なデバイス構造において効率的、経済的に集積しなければならない。様々なデバイスの用途において、ＣＮＴのポテンシャルを完全に実現するには、触媒の配置および選択的な成長は極めて重要な課題である。
【０００３】
（孤立した）垂直配向カーボンナノチューブ繊維（ＶＡＣＮＦ、vertically aligned carbon nanotubefiber）用の大規模な工程が実現されているが、特性と配置を制御し選択的に堆積（または析出、deposit）したＣＮＴの合成は極めて限定的である。多層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）の一様な配列および孤立垂直配向ＭＷＣＮＴ(single free-standing aligned MWCNT)は正確なＮｉナノ粒子のパーターニングにより所定の位置に成長させていた。パターンニングは光学および電子ビームリソグラフィーの組み合わせを用いて規定され、一方成長は、Ｔｅｏらによる"Uniform Patterned Growth of Carbon Nanotubes without Surface Carbon" Appl. Phys. Lett. (2001), 79, 10 1534-1536およびＫｉｍらによる"The Growth of Freestanding Single Carbon Nanotube Arrays" Nanotechnology, (2003), 14, 1269-1271に開示されているプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を用いて実施される。同様にナノホールによるＣＮＴの合成は、触媒のパターンニングのためのイオンミリングを備えた従来のリソグラフィーとＤｕｅｃｂｅｒｇらによる"Growth of isolated Carbon Nanotube with Lithographically Defined Diameter and Location" Nano Letters, (2003), 3, 2, 257-259に示されている成長のための化学気相成長法（ＣＶＤ）とを組み合わせて実施された。
【０００４】
別の方法として、シャドーマスクを介した触媒の蒸発がＭＷＣＮＴと単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）との両方の制御に成功したことが知られていた。これらの方法をさらに変形することにより、Ｆｒａｎｋｌｉｎらによる"Patterned Growth of Single-walled Carbon Nanotube of full 4-inch wafers", Appl. Phys. Lett. (2001), 79, 27, 4571-4573" およびＫｏｎｇらによる"Synthesis of Individual Single-walled Carbon Nanotubes on Patterned Silicon Wafers", Nature, (1998), 395, 878-881に示されるようにパターンを設けたウエハー全面でＳＷＣＮＴの合成が実施された。
【０００５】
他の方法として、ナノ粒子の孤立化と所定の位置でのＣＮＴの成長が従来と異なる技術を用いて行われている。ポリスチレンナノ球体リソグラフィーを用いて長周期の配列を形成した（Ｈｕａｎｇらによる"Growth of Large Periodic Arrays of Carbon Nanotubes", Appl. Phys. Lett. (2003), 82, 3, 460-462を参照されたい）。パターン化された触媒は異なる直径と配置密度を有するＣＮＴを形成した。テンプレートとして陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）を選択することにより、ＡＡＯテンプレートのナノ細孔(nanopore)にＣｏナノ粒子が配置される。このようなナノ粒子から成長するＣＮＴは、ナノ細孔の中に制限された。デバイス製造のために局所的な成長を移動させる、多くのアプローチが実施されている。これらのうちの２つは、集積密度を改善できた。第１は電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）用のゲートホール内の孤立ＣＮＴの成長を実施していた。より詳細には、窒化ケイ素ＳｉＮｘのキャッピング層をＮｉ触媒の上に堆積した。そしてＳｉＮｘ層にホールを形成するために、ウェットエッチングが適用される。これは、最初従来のリソグラフィーにより規定されＮｉ下部層には到達しなかった。更なるアニーリングはＮｉ原子をＳｉＮｘに拡散させ、ホール内のＳｉＮｘの表面にＮｉ粒子を形成する。このＮｉ粒子を成長の条件下に曝すと、ＣＮＴは、ゲートホール内のみで成長した。第２は、パターン化したデバイス電極に予めパターンを設けた触媒のドットから垂直に成長するＣＮＴを用いた電気機械的スイッチングデバイスが製造されている。このデバイスは、３つのＮｂ電極の所定の位置から成長した３つのＭＷＣＮＴより成る。電極は、電子ビームリソグラフィー、スパッタリングおよびリフトオフによりパターンを設けられた。同様に、Ｎｉ触媒のドットが電極に形成され、その後ＣＮＴが成長した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在までに達成されたこれらの改良にもかかわらず、正確な触媒ナノ粒子の配置は依然と重大な課題であり、拡張性があり、経済的に魅力的で現実的である既存の半導体工程と完全に両立する方法による一様な配列のＣＮＴの成長は、現在まで達成されていない。
【０００７】
本発明の目的は、基体に触媒のナノ粒子を形成する優れた方法を提供することである。本発明の更なる目的は、基体に、例えばＣＮＴのような細長いナノ構造体を形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、本発明にかかる方法およびデバイスにより達成できる。
本発明の実施形態にかかる方法は、拡張性があり既存の半導体工程と完全に両立する。
【０００９】
さらに、本発明の実施形態にかかる方法は、基体の所定の位置に正確に触媒ナノ粒子および細長いナノ構造体を形成できる。
【００１０】
さらには、本発明の実施形態にかかる方法は、例えば直径と長さを制御したＣＮＴのような細長いナノ構造体を成長させる。
【００１１】
本発明の実施形態にかかる方法は、基体の所定の場所に狭いサイズ分布を有するパターンを有し、選択的に堆積されるナノ粒子を形成する方法を提供する。前記狭いサイズ分布は、変化が５〜１０％に制限されたサイズ分布をとして、またはナノ粒子の直径の寸法変化が５〜１０％以内として表すことが可能である。これらパターン化したナノ粒子は、触媒が存在する場所で、選択的に細長いナノ構造体の核生成および成長に触媒作用を及ぼすのに用いることができる。細長いナノ構造体の成長に用いるナノ粒子の直径は、好ましくは、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲であり、より好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。
【００１２】
本発明の実施形態にかかる方法は、また、高密度（または、個体数が多い）のパターン化したおよび選択的に析出したナノ粒子を形成する方法を提供する。前記高密度のナノ粒子は、１０１１〜１０１５個／ｃｍ２の範囲の密度であってもよい。
【００１３】
本発明の第１の要旨において、基体に触媒ナノ粒子を形成するための方法が提供される。この方法は、以下を含む。
・基体の所定の位置に凹部(recess)を形成し、凹部は底部を有する。
・基体にナノ粒子を供給する。
・凹部の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子を選択的に除去する。
【００１４】
本発明の実施形態にかかる基体に触媒ナノ粒子を形成する方法の利点は、いかなる寸法の基体においても用いることが可能なことである。さらに、例えばナノデバイスの製造のような既存の半導体の工程と完全に両立する。さらに、基体に触媒ナノ粒子を形成する方法は、狭いサイズ分布の触媒ナノ粒子を与える。
【００１５】
さらに、この方法は、基体の所定の位置に触媒ナノ粒子を与えることができる。
【００１６】
本発明の実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は以下のようにしてもよい。
・基体に少なくとも１層の触媒材料を供給し、触媒材料が凹部の少なくとも底部を覆い、かつ、
・少なくとも１層の触媒材料をナノ粒子に分割(または細分化、break up)する。
【００１７】
少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、熱および／またはプラズマ支援法(thermal and/or plasma assisted method)により行ってもよい。好ましくは、少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、基体の加熱により行ってもよい。
【００１８】
本発明の実施形態では、触媒材料層は、少なくとも１つの金属を含む層、または少なくとも１つの金属合金を含む層、または金属シリサイドを含む層であってもよい。従って、本発明の実施形態にかかる方法により形成されたナノ粒子は、少なくとも１つの金属を含む純金属ナノ粒子でもよく、金属合金ナノ粒子でもよく、または金属シリサイドナノ粒子であってもよい。
【００１９】
他の実施形態では、基体へのナノ粒子の提供は、以下により行われてもよい。
・ナノ粒子および溶媒を含む溶液より基体にナノ粒子を析出し、かつ、
・ナノ粒子の析出後溶媒を除去する。
【００２０】
溶媒の除去は、蒸発により行ってもよい。
【００２１】
本発明の実施形態にかかる方法では、最初凹部の標準の配列を基体に形成してもよい。凹部の標準の配列は、そして、触媒ナノ粒子の配置のテンプレートとして用いてもよい。標準の配列を有することは、リソグラフィーおよびドライエッチングの標準的な半導体工程により配列が形成されることを意味する。これらの標準的な工程を用いることにより、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍのような例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの直径で、例えば直径の１、２または８倍のピッチを備えた凹部を形成してもよい。凹部のアスペクト比は、例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２であってもよい。
【００２２】
形成するナノ粒子の直径は用途に依存する。本発明の実施形態にかかる方法により形成されるナノ粒子は１００ｎｍより小さい直径を有してもよい。触媒ナノ粒子を用いてシングルウォールＣＮＴ（または単層ＣＮＴ）が形成されなければならない特定の実施形態では、ナノ粒子は３ｎｍより小さい直径を有してもよい。触媒粒子を用いてマルチウォールＣＮＴ（多層ＣＮＴ）が形成されなければならない他の特定の実施形態では、ナノ粒子は５〜１０ｎｍの範囲の直径を有してもよい。
【００２３】
凹部の底部と異なる位置に形成されたナノ粒子を選択的に除去する方法は、以下により実施してもよい。
・基体に犠牲材料(sacrificial material)を堆積し、犠牲材料は少なくとも凹部の底部に位置するナノ粒子を覆い、
・凹部の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子を除去し、
・犠牲材料を除去する。
【００２４】
少なくとも凹部の底部に配置されたナノ粒子を覆うために犠牲材料を用いことにより、凹部の底部と異なる位置のナノ粒子を、凹部の底部に形成されたナノ粒子に影響を与えることなしに除去することが可能となる。さらに、凹部の底部に配置されたナノ粒子は犠牲層により以後の工程の影響、とりわけ凹部の底部と異なる場所に位置するナノ粒子を除去するための化学機械研磨工程の影響から保護され、これにより細長いナノ構造体の成長に用いられるナノ粒子の汚染を防止する。
【００２５】
犠牲材料の除去は、当該技術分野に通じた者にとって既知のいかなる方法、例えばウェットクリーニング（または湿式洗浄）工程により実施してもよい。
【００２６】
本発明の実施形態では、基体の所定の位置での凹部の形成は、基体の所定の位置の凹部のエッチングにより実施してもよい。この方法は、さらに、エッチングの前に、リソグラフィーにより基体に所定の位置を規定する工程を含んでもよい。この方法を用いて、凹部が形成されるべき位置を極めて正確に決定することが可能である。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、基体はベース基体(base substrate)を含んでもよい。基体の所定の位置への凹部を形成は、ベース基体に凹部を形成することにより実施してもよい。この方法は、ナノ粒子を触媒として用い、基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間の接触が必要な、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００２８】
本発明の他の実施形態では、基体はベース基体と誘電体層とを含んでもよい。基体の所定の位置への凹部を形成は、基体の誘電体層に凹部を形成することにより実施してもよい。ナノ粒子を触媒として用いて基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間が接触してはいけない、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００２９】
本発明の実施形態では、この方法は、凹部の端部（またはエッジ、または縁）から不純物を取り除く工程をさらに含んでもよい。これらの不純物は、凹部の底部と異なる場所に形成されたナノ粒子を取り除くために用いる工程の残留物でもよい。他の実施形態おいて、またはこれらに加え、これら残留物は、凹部の底部に形成したナノ粒子を、凹部の底部と異なる位置に形成したナノ粒子を取り除くために用いる工程から保護するのに用いる犠牲層の残留物であってもよい。
【００３０】
特定の実施形態では、凹部の端部からの不純物の除去は、エッチング、例えば基体をＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が１：４の溶液に５分間浸漬（または、ピラニアエッチという）により実施してもよい。
【００３１】
本発明の第１の要旨の実施形態にかかる方法は、基体上のナノ構造体の成長工程に用いていてもよい。
【００３２】
第２の要旨では、本発明は基体で細長いナノ構造体を形成する方法を提供する。この方法は以下を含む。
・基体の所定の位置に凹部を形成し、凹部は底部を有し
・基体にナノ粒子を配置し、
・凹部の底部と異なる位置に配置したナノ粒子を選択的に取り除き、かつ、
・凹部の底部に配置したナノ粒子を触媒として用い細長いナノ構造体を成長させる。
【００３３】
本発明の実施形態にかかる、基体に細長いナノ構造体を形成する方法の利点は、いかなる寸法の基体も使用できることである。さらに、この方法は、例えばナノデバイスの製造のような既存半導体工程と完全に両立することである。
【００３４】
本発明の実施形態にかかる、基体に細長いナノ構造体を形成する方法の更なる利点は、制御された所定の直径および長さを備えた細長いナノ構造体を形成できることである。
【００３５】
さらに、本発明の実施形態にかかる、基体に細長いナノ構造体を形成する方法により基体の所定に位置に細長いナノ構造体を備えることが可能である。
【００３６】
本発明の実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は以下により実施してもよい。
・基体に少なくとも１層の触媒材料を配置し、触媒材料が少なくとも凹部の底部を覆い、かつ、
・少なくとも１層の触媒材料をナノ粒子に分割する。
【００３７】
少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、熱および／またはプラズマ支援による方法により実施してもよい。好ましくは、少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、基体を加熱することにより実施してもよい。
【００３８】
他の実施形態では、基体へのナノ粒子の提供は以下により実施してもよい。
・ナノ粒子と溶媒とも含む溶液より、ナノ粒子を基体に析出し、
・ナノ粒子の析出後、溶媒を取り除く。
【００３９】
溶媒の除去は蒸発により実施してもよい。
【００４０】
本発明の実施形態では、ナノ粒子は純金属のナノ粒子でもよく、合金のナノ粒子でもよく、または金属シリサイドのナノ粒子でもよい。
【００４１】
細長いナノ構造体は、好ましくはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）またはナノワイヤー（ＮＷ）であってもよい。
【００４２】
本発明の実施形態にかかる方法では、第１に凹部の標準的な配列を基体に形成してもよい。凹部の標準の配列は、そして、触媒ナノ粒子の配置のテンプレートとして用いてもよい。標準の配列を有することは、リソグラフィーおよびドライエッチングの標準的な半導体工程により配列が形成されることを意味する。これらの標準的な工程を用いることにより、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍのような例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの直径で、例えば直径の１倍、２倍または８倍のピッチを備えた凹部を形成してもよい。凹部のアスペクト比は、例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２であってもよい。
【００４３】
直径および長さを制御した細長いナノ構造体の成長を、そして、触媒としてナノ粒子を用いて凹部の内部で実施する。
【００４４】
凹部での細長いナノ構造体の成長は、化学気相成長法により実施してもよい。これは、例えば以下のように実施してもよい。
・カーボンソースとアシスタントガスを備え、
・基体を加熱することにより細長いナノ構造体を成長させる。
【００４５】
細長いナノ構造体の成長は、好ましくは基体を６００℃〜８００℃の温度に加熱することにより実施してもよい。
【００４６】
凹部の底部と異なる位置に形成されたナノ粒子の選択的な除去は、以下のように実施してもよい。
・犠牲材料を基体に堆積（または形成）し、犠牲材料は少なくとも凹部の底部に配置したナノ粒子を覆い、
・凹部の底部と異なる場所に配置されたナノ粒子を取り除き、
・犠牲材料を取り除く。
【００４７】
少なくとも凹部の底部に配置されたナノ粒子を覆うために犠牲層を用いることにより、凹部の底部と異なる場所のナノ粒子を凹部の底部に形成されたナノ粒子に影響を与えることなく、除去できる。さらに、凹部の底部に配置されたナノ粒子は、犠牲層により以降の工程、より詳細には凹部の底部と異なる位置に配置されたナノ粒子を除去するために用いてもよい化学機械研磨工程から保護され、これにより凹部の底部に配置されたナノ粒子の汚染を防止する。
【００４８】
本発明の実施形態では、基体の所定の位置での凹部の形成は、以下により実施してもよい。
・リソグラフィーにより基体に所定の位置を規定し、
・所定の位置で基体に凹部をエッチングする。
【００４９】
この方法の使用により、凹部が形成されるべき位置を極めて正確に決定できる。
【００５０】
本発明の実施形態では、基体はベース基体を含んでもよい。基体の所定の位置の凹部の形成は、ベース基体に凹部を形成することにより実施してもよい。この方法は、ナノ粒子を触媒として用いて基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間の接触が必要な、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００５１】
本発明の実施形態では、基体はベース基体と誘電体層とを含んでもよい。基体の所定の位置への凹部を形成は、基体の誘電体層に凹部を形成することにより実施してもよい。この方法は、ナノ粒子を触媒として用いて基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間が接触してはいけない、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００５２】
本発明の実施形態では、細長いナノ構造体の成長は、ベース成長（または根本成長、base growth）により実施される。
【００５３】
本発明の実施形態では、細長いナノ構造体の成長は、チップ成長(または先端成長、tip growth)により実施される。
【００５４】
本発明の第２の要旨の実施形態にかかる、基体での細長いナノ構造体の形成は、半導体製造工程に用いてもよい。
【００５５】
本発明は、また、触媒ナノ粒子を有する基体を供給し、触媒ナノ粒子は選択的に基体の凹部に配置され、基体は細長いナノ構造体を備え、細長いナノ構造体は選択的に基体凹部に配置される。細長いナノ構造体は、凹部に選択的に配置されている触媒ナノ粒子を有する基体を用いて形成できる。
【００５６】
本発明のとりわけ、および好ましい要旨は、添付の独立および従属請求項に示されている。従属請求項の技術的特徴は、単に請求項に明示されているものだけでなく、適切に、独立請求項の技術的特徴および他の従属請求項の技術的特徴と組み合わせてもよい。
【００５７】
当該技術分野では持続的なデバイスの改良、変更および発展があるが、本発明の概念は、実質的に新しく、新規な改良であり、従来の実施形態からの逸脱を含み、より効率的で、安定し、信頼性のあるこの分野のデバイスを提供すると信じられている。
【００５８】
上記および他の本発明の特性、特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および例として本発明の原理を示す添付の図により明らかになるであろう。本明細書は、本発明の技術的範囲を制限しない例を示すものである。以下に引用する参照図面は、添付の図について示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
全ての図は、本発明の要旨および実施形態を説明することを意図している。全ての他の実施形態および選択肢が示されているわけでなく、従って本発明は添付の図の範囲に制限されるものではない。同様の番号が異なる図の同様の部分を示すために用いられている。図は好ましい実施形態を示すであろう。異なる図の同じ記号は同じまたは類似の要素を示す。
【００６０】
本発明は多くの特定の実施形態を記載し、図を参照するが、しかし本発明はこれらに限定されるものではなく特許請求の範囲によってのみ限定される。図は概要のみを示しており限定するものではない。図中において、いくつの要素は説明のために誇張されているかもしれず、スケール通りに描かれていないかもしれない。寸法および相対的な寸法は本発明の実施の実際の縮尺とは対応していない。
【００６１】
さらに、本明細書および特許請求の範囲の用語「上」、「下」等は、説明のために用いるものであり、相対的な位置を示す必要はない。これら用いた用語は適切な状況下では互いに代替可能であり、本明細書で説明する本発明の実施形態は、本明細書で説明または示した以外の方向においても実施可能であることを理解すべきである。
【００６２】
特許請求の範囲で用いる用語「含む」は、そこに記載した手段に限定するものであると解してはならず、他の要素または工程を排除するものではない。従って、言及した特徴、整数、工程または部材が言及したように存在することを特定し、１以上の他の特徴、整数、工程もしくは部材またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではないと理解しなければならない。従って、記述「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の技術的範囲は、部材ＡとＢのみからなるデバイスに限定してはならない。本発明に関しては、デバイスの関連した部材はＡおよびＢのみであることを意味する。
【００６３】
本明細書において、「１つの実施形態」または「実施形態」は、実施形態と関連して記載された特定の技術的特徴、構造または特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書多くの箇所に示されるフレーズ「１つの実施形態」または「実施形態」は、全てが同じ実施形態を示している必要はないが、しかし示してもよい。さらに、当該技術分野の通常の知識を有する者にとって明らかであろうように、特定の技術的特徴、構造または特徴は、任意の適正な手法により１以上の実施形態に組み合わせてもよい。
【００６４】
同様に、明細書の本発明の例示的な実施形態において多くの本発明の技術的特徴は、効率的に開示し、多くの発明の要旨の１以上についての理解を助けることを目的に、しばしば本明細書の１つの実施形態、図、記載に一緒に示されていることを理解すべきである。開示のこの方法は、しかしながら、特許請求の範囲に記載の発明が、それぞれの請求項に明示的に記載された以上の特徴が必要であることを示していると解してはならない。むしら、以下の請求項が示すように、発明の要旨は、以下に開示する単一の実施形態の一部の技術的特徴にある。詳細な説明に従った特許請求の範囲は、これによりそれぞれの請求項は、それぞれ別の本発明の実施形態により本明細書に明確に示されている。
【００６５】
さらに、本明細書に示される実施形態のいくつかは、他の実施形態に示される特徴を含んでいないけれども、当該技術分野の通常の知識を有す者が理解するであろうように、異なる実施形態の技術的特徴の組み合わせも本発明の技術範囲に属し、異なる実施形態を形成する。
【００６６】
本明細書の記載では、多くの特定の詳細な具体例が示されている。しかしながら、本発明の実施形態はこれら詳細な具体例がなくても実施可能であることが理解されている。他の例では、既知の方法、構造、技術は、本明細書の理解を曖昧にしないように詳細は示されていない。
【００６７】
本発明は、本発明の多くの実施形態の詳細な記載により説明される。当該技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の真の精神および技術的教唆から逸脱することなく本発明の他の実施形態を構成できることは明確であり、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００６８】
本発明は、基体上に触媒ナノ粒子を供給する方法に関する。
【００６９】
この方法は、基体の所定の位置に底部を有する穴または凹部を形成する第１の工程を含む。穴(hole)または開口(opening)とも呼ばれる凹部は、基体表面から基体内部に形成され、底部は、凹部が形成された基体表面から最も遠い面に位置する。本明細書において、用語「凹部」「穴」または「開口部」は同じことを意味する。
【００７０】
次いで、ナノ粒子を基体に供給する。本発明の好ましい実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は、少なくとも１層の触媒材料を基体に供給し、触媒材料が少なくとも凹部底面を覆うことにより実施してもよい。そして、少なくとも１層の触媒材料を、ナノ粒子に分割する。この分割は、熱および／またはプラズマ支援による方法を用いて行ってもよい。例えば、触媒材料層の分割は（後述する）基体のアニーリングにより行ってもよい。他の実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は、ナノ粒子と溶媒を含む溶液からナノ粒子を析出し実施してもよい。基体へのナノ粒子の析出は、例えば、溶液のスピンコーティング(またはスピン工程、spinning)により行ってもよい。基体にナノ粒子を析出した後、例えば熱乾燥工程での蒸発により溶媒を溶液より除去し基体にナノ粒子のみを残存させてもよい。
【００７１】
最後の工程では、例えば２つの凹部の間の基体表面のような凹部の底部と異なる部位に供給または形成されたナノ粒子を選択的に取り除く。
【００７２】
従って、本発明は、基体の所定の位置に狭い寸法分布（narrow size distribution）でナノ粒子を形成および孤立させる方法を提供する。狭い寸法分布は、寸法または直径の偏差が５〜１０％である、またはナノ粒子の直径または寸法の偏差が５〜１０％、好ましくは５〜８％（詳細後述）であるといいうことが可能である。ナノ粒子の材料は、用いた触媒材料に依存する。ナノ粒子は、好ましくは金属含有ナノ粒子であってもよい。好ましい実施形態では、選択的に析出するナノ粒子は、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＮｉおよびＦｅのような純金属であってもよい。他の好ましい実施形態では、選択的に析出するナノ粒子は、金属シリサイド含有ナノ粒子であってもよい。さらに別の好ましい実施形態では、選択的に析出するナノ粒子は、金属合金でもよい。
【００７３】
本発明はまた、高密度（または、多数）のナノ粒子を形成および孤立させる方法も提供する。前記高密度のナノ粒子は、ナノ粒子１０１１〜１０１２個／ｃｍ２の範囲の密度であってもよい。
【００７４】
本発明の実施形態による基体に触媒ナノ粒子を形成する方法の利点は、いかなる寸法の基体も使用可能なことである。さらに、例えばナノデバイスの製造のような既存の半導体工程と完全に両立する。
【００７５】
本発明の実施形態にかかる基体にナノ粒子を供給する方法により形成する触媒ナノ粒子は、細長いナノ構造体を成長させる触媒として好都合に用いることができる。基体の所定の位置に析出したこれらのナノ粒子は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）またはナノワイヤ（ＮＷ）のような細長いナノ構造体の核生成および成長を開始し触媒する。従って、ＣＮＴまたはＮＷのような細長いナノ構造体を基体の所定の位置で成長させることができる。位置ならびに長さおよび直径を制御して選択的に析出するＣＮＴまたはＮＷは、前記ナノ粒子を触媒として（成長の間）得ることができる。このようなＣＮＴ（またはＮＷ）の成長を実現するように、凹部の標準的な配列を触媒の配置のテンプレートとして用いてもよく、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて穴の内部でＣＮＴ（ＮＷ）が成長する。凹部の標準的な配列を有することは、凹部の配列が標準的な半導体工程のリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて形成されること意味する。これらの標準的な工程を用いて、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの直径、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍの直径を有し、例えば直径の１倍、２倍または８倍のピッチを備えた凹部を形成してもよい。凹部のアスペクト比は例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２であってもよい。
【００７６】
従って、本発明は、また、基体に細長いナノ構造体を形成する方法も提供する。この方法は、基体の所定の位置に凹部を形成する第１の工程を含み、凹部は底部を有する。底部は凹部が形成される基体表面から最も遠い凹部の壁面と定義される。次いで、触媒材料の少なくとも１つの層が基体に供給され、触媒材料は少なくとも凹部の底部を覆う。次の工程では、少なくとも１つの触媒材料層が、例えば基体のアニーリングによりナノ粒子に分割される。その後、凹部の底部と異なる部位に形成したナノ粒子を選択的に取り除く。最後の工程では、ＣＮＴまたはＮＷのような細長いナノ構造体が、ナノ粒子を触媒として用いて凹部で成長する。
【００７７】
本発明の実施形態にかかる基体に細長いナノ構造体を形成する方法は、いかなる寸法の基体でも用いることが可能であり、半導体製造技術と完全に両立する。
【００７８】
以下において、いくつかの実施形態の詳細な説明により本発明を説明する。当該技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の真の精神および技術的教唆から逸脱することなく本発明の他の実施形態を構成できることは明確であり、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００７９】
本発明において、用語「細長いナノ構造体」は、ワイヤ（ナノワイヤ）、チューブ（ナノチューブ）、ロッド（ナノロッド）および長軸を有する同様の細長い実質的に円柱または多角形のナノ構造体の形態の固体材料の任意の二次元的に制限された要素を意味する。細長いナノ構造体の断面寸法は、好ましくは１〜５００ｎｍである。本発明では、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のような細長い有機ナノ構造体または例えば半導体ナノワイヤ（例えばシリコンナノワイヤ）のような細長い無機ナノ構造体を用いてもよい。以下にＣＮＴを用いて本発明を説明する。これは、いかなる方法においても本発明を制限することを意図したものでない。本発明は、また上述した他の細長いナノ構造体にも適用される。
【００８０】
さらに、本明細書で用いる用語、ＣＮＴの「ベース成長」または「ボトムアップ成長」は、基体に付着した触媒ナノ粒子を有するＣＮＴの成長を意味する。本明細書で用いる用語、ＣＮＴの「チップ成長」または「トップダウン成長」は、表面に付着したＣＮＴおよびＣＮＴの最上部（または先端）にナノ粒子を有するＣＮＴの成長を意味する。
【００８１】
さらに、用語「純金属」ナノ粒子は、純金属より作られたナノ粒子または純金属のフィルムのアニーリングにより形成されたナノ粒子を意味する。前記金属の好ましい例はＮｉ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｗ、ＰｔおよびＦｅである。用語「金属シリケート」ナノ粒子は、Ｎｉシリケート、Ｃｏシリケート、Ｆｅシリケート、Ｔｉシリケートのような金属シリケートよりなるナノ粒子を意味する。用語「金属含有」ナノ粒子は、金属ナノ粒子と金属シリケートナノ粒子の両方を意味する。本明細書で用いる用語「合金」は、アニール（加熱）工程でいっしょに溶融する２以上の金属元素、または金属と非金属元素を含む混合物を意味し、従って、互いに溶け合い２以上の金属元素、または金属と非金属元素を含むナノ粒子を形成する。
【００８２】
用語「活性触媒ナノ粒子」は、ＣＮＴ（またはＮＷ）の成長の触媒として用いるのに適したナノ粒子を意味する。即ち、単語「活性」は形成したナノ粒子を用いて、カーボンナノチューブを成長／合成／形成する能力があると理解される。カーボンナノチューブの成長／合成／形成は、カーボンソースを受け取る第１の工程、次にカーボンを割る(cracking)工程、続いてカーボンナノチューブを成長させる工程の多段階工程である。
【００８３】
用語「アスペクト比」は、特定の凹部の高さ寸法の幅寸法に対する比を意味する。例えば通常、層内に円筒状に延在する凹部は高さと直径を有し、アスペクト比は円筒状凹部の高さを直径で割った値である。
【００８４】
本発明の第１の要旨では、方法は触媒ナノ粒子を基体Ｓに供給する工程を有する。本発明の実施形態では、用語「基体」は、用いることができる、またはその上にデバイス、回路、もしくはエピタキシャル相を形成できる、単数または複数の下に配置されたいかなる材料を含んでもよい。好ましい実施形態では、この「基体」は、例えばドープしたシリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基体のような半導体基体である。別の実施形態では、「基体」は例えば半導体基体の部分に加え、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４層のような絶縁層を含んでもよい。従って、用語「基体」はまた、シリコン・オン・グラス(silicon on glass)またはシリコン・オン・サファイア(silicon on sapphire)をも含む。従って、用語「基体」は、概して対象の層または部分の下に位置する層の元素を定義するのみに用いる。また、「基体」は、例えばガラスや金属のような、その上に層が形成される他のいかなるベースであってもよい。基体Ｓは、シリコンの基体であってもよい。
【００８５】
本発明の実施形態にかかる方法を概略的に図１Ａ〜１Ｆに示す。第１の工程で、この方法は、所定の位置に凹部３を形成することを含む。もっとも好ましくは、横列(row)および縦列(column)を有する標準的な配列の凹部３を形成してもよい。上述のような標準的な配列を備えることは、凹部の配列は、標準的な半導体のリソグラフィーおよびドライエッチング方法を用いて形成されることを意味している。これらの標準的な方法を用いることにより、凹部は、５０ｎｍから５００ｎｍの直径、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍの直径で、例えば直径の１倍、２倍または８倍のピッチを有するように形成してもよい。凹部のアスペクト比は、例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２でもよい。凹部３の標準的な配列は基体Ｓに直接形成することが可能であるけれども、より好ましい凹部３は、ベース基体１に析出させた誘電体層２に形成してもよい。誘電体層２とベース基体１とは、基体Ｓを形成している。誘電体層２は、例えばＳｉ基体の熱的なアニーリングにより形成してもよいＳｉＯ２、または他の態様では例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）のような堆積（または析出）技術によりＳｉＯ２を堆積することにより形成するＳｉＯ２であってもよい。誘電体層２は、ＣＶＤで析出させるＳｉＣＯ（Ｈ）材料、ゼオライト、ＮＣＳまたは（適当な）有機低誘電率誘電体のような低誘電率(Low-K)誘電体でもよい。誘電体層２の厚さｔは用途に依存し、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍの間であってもよい。
【００８６】
図１Ａ〜１Ｆに示す実施形態では、基体Ｓは、上述の最上部に誘電体層２を備える、例えば半導体層のようなベース基体１を含んでもよい。好ましくは、ベース基体１はシリコンを含んでもよい。図１Ａは、前記基体Ｓでの凹部３の形成を示す。図示する実施形態では、凹部３は、ベース基体１の上に存在する誘電体層２に形成してもよい。標準的なリソグラフ方法を用い、続いて基体Ｓに凹部３を形成するような、例えば反応性イオンエッチングのような、標準的な酸化物ドライエッチング(dry oxide etching)により、凹部３をリソグラフィー法的に（または露光技術的に、lithographically)規定してもよい。標準的なリソグラフィー法は、例えばフォトレジスト層のような少なくとも１つの感光層と、必要に応じ反射防止コーティングとを誘電体層２に堆積（または析出）する工程と、フォトリソグラフィックパターンを形成するように感光層を現像する工程とを少なくとも含む。フォトリソグラフィックパターン、そして例えば誘電体層２に凹部３を形成するための反応性イオンエッチングのマスクとして用いてもよい。
【００８７】
凹部３の直径ｄ０は、用途に依存してもよい。凹部３の直径ｄ０は、５０ｎｍから５００ｎｍまででよく、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍでよい。凹部３の深さは、用途および存在するのであれば誘電体層２の厚さに依存してもよい。例えば、凹部３を誘電体層２の内部に設け、形成される触媒粒子（後述する）と、誘電体層２の下のベース基体１との接触を避ける必要がある場合は、深さｄは誘電体層２の厚さｔよりも小さくすることができる。別の実施形態では、凹部３を誘電体層２の内部に設け、下のベース基体１と接触する必要がある、接触することが望ましい、または接触することが可能な場合、深さｄは誘電体層の厚さｔよりも大きくてもよい。凹部３の深さは、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲でよいが、しかしこの範囲に限定されるものではない。
【００８８】
更に別の実施形態では、基体Ｓはベース基体１の上の誘電体層２がなく、ベース基体１のみを含んでもよい。この場合、凹部３は基体Ｓのベース基体に設けられる。凹部３は、高密度、中密度(semi dense)または孤立した配置で設けてよい。高密度の（または密集した）配置は概して、１のピッチを、中密度の配置は概して、１：２のピッチを、孤立した配置は通常１：８のピッチを有してもよい。ピッチを有するとは隣接する凹部間の距離を意味する。凹部３のアスペクト比は、例えば、１：６、１：４、１：３、１：２．５、１：２であってもよい。
【００８９】
凹部３を形成した後、ナノ粒子を基体に供給する。本発明の実施例では、ナノ粒子の供給は、少なくとも１つの触媒の層４を基体Ｓに析出(deposit)させて供給してもよい。図１Ｂは基体Ｓの誘電体層２への触媒材料層４の析出を示す。この図より、本実施形態においては、触媒材料層４は、誘電体層２の最表面および凹部３の底部と側面とに供給されることがわかる。図１Ｂに示す例とは対照的に触媒材料層４は、また凹部２の底部のみに供給してもよいことに留意すべきである。後者の場合、触媒材料は基体Ｓの表面にも存在することになることがあることを記しておく。少なくとも１つの触媒材料層４は、好ましくは金属材料を含有する層であってもよい。少なくとも１つの触媒材料層４の少なくとも１つは、金属含有層４であってもよい。少なくとも１つの触媒材料層４は好ましは、２０ｎｍより薄くてもよく、より好ましくは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。触媒材料層４は、例えば０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍまたは１０ｎｍの厚さを有してもよい。別の実施形態では、触媒材料層４の厚さは、より小さい、例えば直径が０．２〜０．５ｎｍの範囲のナノ粒子をもたらし得る、０．５ｎｍ以下であってもよい。触媒材料層４の厚さに応じて、触媒材料層４は、不連続（言い換えれば、非同形（または不均一、non-conformal））であってもよい。層４の厚さに応じて、層４は、凹部３の内部で異なる厚さを有してよい。凹部３内の触媒材料層４の多くは、とりわけ触媒材料層４が８ｎｍより薄い場合、凹部３の底部に位置している。
【００９０】
触媒材料層４は、加熱された場合、活性触媒ナノ粒子を生じる材料を含んでもよい。触媒材料層４は、好ましくは金属を含んでもよく、もっとも好ましい実施形態では、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＮｉまたはＦｅのような純金属を含んでよい。好ましくは、純金属層は、物理気相成長法（ＰＶＤ）のようなスパッタ法または原子層堆積法（ＡＬＤ）もしくは化学気相成長法（ＣＶＤ）のような堆積法を用いて形成してもよい。
【００９１】
他の実施形態では、触媒材料層４は、例えば２つの層（好ましくは例えばＣｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＮｉまたはＦｅのような金属により形成された２つの層のような）のような複数の層の組み合わせを含んでもよい。また、好ましくは金属の２つの層は物理気相成長法（ＰＶＤ）のようなスパッタ法または原子層堆積法（ＡＬＤ）もしくは化学気相成長法（ＣＶＤ）のような堆積法を用いて形成してもよい。本発明は、任意の数の層の組み合わせについても開示していることに留意すべきである。さらに、２以上の層の組み合わせはまた、少なくとも１つの純金属層と少なくとも１つの非純金属層および／または非金属層との組み合わせであってもよい。
【００９２】
さらに別の実施形態では、触媒材料層４は金属合金を含んでもよい。
【００９３】
基体Ｓがシリコンを含み、触媒材料層４が金属または金属合金を含有する層である場合には注意を要することに留意すべきである。この場合、熱的に支援される方法を用いて触媒層４を分割した(break up)場合、基体を加熱する際にケイ酸塩（シリケート）を形成するように触媒材料と基体Ｓとの間に相互作用が起こり得る。これを避けるように、好ましくは中間バリア層を基体Ｓと触媒材料層４との間に設けてもよい。バリア層は、例えばＳｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＨｆＮ、ＳｉＯ２等でもよく、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００９４】
さらに別の実施形態では、触媒材料層４は金属シリサイドを含んでもよい。この場合、最初シリコン層と金属層とを基体の上に堆積してもよい。好ましくは、金属層を堆積する前に、基体Ｓにシリコン層を堆積してもよい。もっとも好ましくは、シリコン層はＣＶＤを用いて形成してもよい。金属シリサイドを形成するための金属層は、好ましくはＣｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＰｔまたはＦｅであってもよい。好ましくは、金属層はＰＶＤ、ＡＬＤまたはＣＶＤを用いて形成する。基体Ｓがシリコン基体（例えばＳｉウエハー）の場合、ベース基体１に誘電体層２が存在せず、触媒材料層４が金属シリサイドを含み、金属シリサイドのナノ粒子がベース基体１に移動するのを避けるように、シリコン層を堆積する前にバリア層を形成してもよい。上述したのと同様に、バリア層は、例えばＳｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＨｆＮ、ＳｉＯ２等でもよく、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００９５】
図１Ｃは、例えば基体Ｓのアニーリングまたは加熱のような熱的支援および／またはプラズマ支援による、少なくとも１つの触媒材料層４のナノ粒子５、６への変化を示す。基体Ｓのアニーリングは、例えば温度範囲５００℃〜９００℃、好ましくは６００℃〜８００℃での高速熱アニール（ＲＴＡ）により実施してもよい。他の適切なアニール方法の例は４００℃でのＨ２プラズマである。アニーリングを実施する温度は、ナノ粒子５、６が形成されるべき触媒材料層４の厚さに依存してよい。好ましくは、基体のアニーリングは少なくとも１分から数分の間実施する。好ましくは、アニーリングはＮ２中で行ってもよい。好ましくは、アニーリングはその間、破られることのない真空中で行ってもよい。
【００９６】
アニーリング工程の間に触媒材料層４に生じる応力は、図１Ｃに示すように２次元的な島またはナノ粒子５、６を水平な領域に形成する。触媒材料層４の厚さは、アニーリング工程の温度および保持時間と同様に、ナノ粒子５、６の寸法の制御、とりわけ直径の制御に影響を与え得る。同じアニーリング条件では、より薄い層４は、数密度が増加した(number density)、より小さなナノ粒子５に変化する。ナノ粒子５を最適に形成するための最適の温度および時間は、用いる触媒材料の種類と触媒材料層４の厚さに依存し得る。アニーリングを行うのに必要な温度は触媒材料層４の厚さと用いる触媒材料とに依存する。一方、配列の密度の変化、すなわち隣接する凹部３の間の距離は、ナノ粒子５、６の形成に顕著な影響を及ぼさないことを見出している。
【００９７】
図２Ａは、触媒材料がニッケルを含む場合で、７００℃で１分間のアニーリング工程後の凹部３の底部に形成したナノ粒子５と、基体表面に形成したナノ粒子６とを上方から観察した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す。この実施例では、触媒材料層４は、２ｍｍの厚さであった。この写真より、ナノ粒子６は凹部３の底部と異なる位置、すなわち基体表面にも形成していることがわかる。本明細書において、これらのナノ粒子６は、以降、外部ナノ粒子(exterior nanoparticle)６と呼ぶ。
【００９８】
本発明の他の実施形態では、ナノ粒子５、６と溶媒とを含む溶液より、ナノ粒子５、６を析出することで基体Ｓにナノ粒子５、６を供給してもよいことに留意すべきである。ナノ粒子５、６の析出(deposition)は、好ましくは基体Ｓへの溶液のスピンコーティング(spinning)により実施する。ナノ粒子５、６は、当業者により知られている如何なる適切な方法により形成してもよく、そして基体Ｓにナノ粒子５、６をスピンコーティングするように、溶媒と混合してもよい。ナノ粒子５、６が析出した後、凹部３の底部および基体Ｓの表面にナノ粒子５、６のみが残存するように溶媒を除去してもよい。溶媒の除去は、例えば熱的な乾燥工程での溶媒の蒸発により実施してもよい。
【００９９】
次の工程において、凹部３の底部と異なる位置に形成された外部ナノ粒子６を選択的に除去してもよい。これら外部ナノ粒子６の選択的な除去は、例えば図１Ｄに示すように実施してもよい。第１工程で、凹部３は少なくとも部分的に犠牲材料７により満たされ、これにより少なくとも凹部３の底部のナノ粒子５は覆われる。犠牲材料７による少なくとも部分的な凹部３の充填は、例えばスピンコーティング法(spin-on technique)により実施してもよい。犠牲材料７は、有機材料、好ましくは市販の有機材料でよく、好ましくは、例えばレジストのようなフォトリソグラフィー材料でもよい。例えば、犠牲材料による凹部３の少なくとも部分的な充填は、犠牲スピンコーティング有機ポリマー７を基体Ｓに形成し、犠牲スピンコーティング有機ポリマー７により少なくとも凹部３のナノ粒子５を覆う。
【０１００】
本発明の実施形態では、図１Ｄに示すように、凹部３に完全に犠牲材料７を充填してもよい。これは、好ましくは例えば２０００ｒｐｍのような所定の回転速度で、例えば１または２分のような所定の時間スピンコーティングすることにより行われてもよい。しかしながら、他の実施形態では凹部３の一部のみ犠牲材料７を充填してもよい。これは、好ましくはスピンコーティングにより実施してもよいが、しかしこの場合凹部３を部分的に充填する必要があることから、より少ない犠牲材料を用いる。例えば凹部３は、凹部３の底部に形成したナノ粒子５が犠牲材料７により覆われている限り、その半分または３分の１を犠牲材料７により充填されてもよい。少なくとも部分的に凹部３を充填し、これにより凹部３の底部に存在するナノ粒子５を覆う工程は主に、更なる工程、より詳細には凹部３の底部とは異なる部位に位置する外部ナノ粒子６を選択的に除去する工程において、ナノ粒子５を保護するために実施する。外部ナノ粒子６の除去は、好ましくは化学機械研磨（ＣＭＰ）により実施してもよい。さらに、この工程は好ましくない不純物をもたらすかもしれない工程後の残存物から凹部３の底部に形成したナノ粒子５を保護する。
【０１０１】
外部ナノ粒子６を選択的に除去した後、例えばＣＭＰ工程を実施し、犠牲材料７を取り除いてもよい。これは、例えば基体Ｓの材料にダメージを生じない、犠牲材料７の除去に適した湿式洗浄工程でもよい、洗浄工程により実施してもよい。この洗浄工程は凹部３より犠牲材料７を取り除き、これにより凹部３に形成したナノ粒子５を解放する。
【０１０２】
犠牲材料７を取り除くための洗浄工程の後、いくらかの犠牲材料７が、まだ凹部３に存在するかもしれず、例えばＣＭＰ工程に起因する不純物（例えばスラリー残存物）（図２ＢのＣＭＰおよび犠牲材料７除去後の上方から見たＳＥＭ像を参照されたい）の小さな堆積物８（図２Ｂ）が凹部３の端部に存在するかもしれない。従って、例えばウェットエッチングのような付加的な洗浄工程を適宜行って、これらの不純物８を除去してもよい。ウェットエッチングは、例えば基体Ｓを例えばＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を１：４の体積比で含む溶液に、例えば５分間室温で浸漬する、ピラニアエッチングとも呼ばれる工程を含んでもよい。図１Ｅは、外部ナノ粒子を除去したＣＭＰ工程、およびそれに続く上述の洗浄工程後の基体Ｓを概略的に示す。図２Ｃは、室温で５分間ピラニアエッチングを行った後の基体Ｓを上方から観察したＳＥＭ写真である。このＳＥＭ写真から、不純物８が取り除かれているのがわかる。
【０１０３】
凹部３の底部に形成されるナノ粒子５の数は、形成されるナノ粒子５の寸法と凹部３の直径ｄ０に依存する。直径が１００ｎｍの凹部３について、凹部３に形成したナノ粒子５の数を図３Ａに示す。図３Ａは、直径１００ｎｍの凹部３について、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１分間アニーリングした後の凹部３毎に形成したナノ粒子５の数を示すヒストグラムである。直径１００ｎｍの凹部を有する配列では、凹部内部のナノ粒子５の平均個数は２０±０．５１であってもよい。より大きな直径の凹部３は、その凹部３に、より多くの数のナノ粒子５を生じるであろう。また、触媒材料層４の厚さも凹部３に形成するナノ粒子５の個数に影響を与えるであろう。なぜなら、凹部３に形成するナノ粒子の寸法は基体Ｓの上に形成されている触媒材料層４の厚さに依存するからである。図３Ｂは直径が１００ｎｍの凹部３において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１分間アニーリングした後に形成したナノ粒子５の寸法または直径のヒストグラムを示す。図３Ｂから、上述した厚さ２ｎｍのＮｉ触媒のアニーリング後に形成するナノ粒子の平均直径は１２．６５ｎｍ±０．８４ｎｍであることがわかる。これは６．６％の偏差である。このことから、本発明の実施形態にかかる方法では、狭い寸法の分布でナノ粒子５を形成することができることがわかる。本発明では、狭い寸法の分布は、従って５〜１０％、好ましくは５〜８％の偏差を有する寸法または直径の分布を有する、またはナノ粒子の直径の偏差が５〜１０％以内、好ましくは５〜８％以内であると言うことができる。
【０１０４】
本発明にかかる実施形態では、選択的に形成した高密度の（または個数の多い）ナノ粒子を得る。前記高密度のナノ粒子は１０１１〜１０１２個／ｃｍ２の密度であってもよい。
【０１０５】
本発明の実施形態にかかる、基体Ｓの所定の位置に形成される触媒ナノ粒子５は、好都合にも所定の位置にＣＮＴまたは概して細長いナノ構造体を成長するのに用いてもよい。
【０１０６】
従って、本発明はまた、基体Ｓに細長いナノ構造体を形成する方法も提供する。本方法は、本発明の実施形態で上述したように基体Ｓの所定の位置に触媒ナノ粒子を提供する工程と、次に触媒としてナノ粒子５を用いて凹部３で細長いナノ構造体を成長させる工程を含む。図１Ｆは、触媒として凹部３の底部に形成したナノ粒子５を用いたＣＮＴ９の成長を示す。これは、ナノ粒子を適切なＣＮＴの合成条件に置くことで実施する。ＣＮＴ９は、好ましくは化学気相成長法（ＣＶＤ）またはプラズマ支援ＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）により成長させてもよい。これらの方法は、例えばＣＨ４とＣ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４とアシスタントガスとして例えばＮ２および／またはＨ２のようなガスをカーボンソースとして用いる。最も好ましくは、ＣＮＴ９を成長する方法は、Ｃ２Ｈ４をカーボンソースとして、かつＮ２および／またはＨ２をアシスタントガスとして用いてもよく、成長温度として、例えば６００℃〜８００℃のような９００℃より低い温度で実施してもよい。他の実施形態では、ＣＨ４のような他のカーボンソースを用いてもよく、また別の成長温度が必要かもしれない。例えば、ＣＮＴ９が成長する基体Ｓの材料のダメージを避けるように、成長温度は４５０℃より低くてもよい。例えば、Ｃ２Ｈ４以外の他のカーボンソースを用いた５００℃より低い成長温度もまた、ＣＮＴの成長に適している。概して、形成されるＣＮＴ９の直径は、元の触媒ナノ粒子５の直径と一致してもよく、すなわち実質的に同じでよい。ナノ粒子の寸法の減少とともに、１対１の関係（または相関関係）に従い、ＣＮＴ９の直径は小さくなってもよい。純金属のナノ粒子５では、ＣＮＴ９の大規模な成長が８００℃まで起こる。
【０１０７】
図４Ａは、直径１００ｎｍの凹部３において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１分間アニーリングして形成するナノ粒子５より成長するＣＮＴ９の個数を示す。ＣＮＴ９は７００℃で、２００ｍｌ／分のエチレンの定常流の中で１分間成長させる。直径が１００ｎｍの凹部３の配列で、凹部３の内部に形成されるＣＮＴ９の平均個数は、例えば凹部３あたり２０個のＣＮＴであってもよい。
【０１０８】
図４Ｄは、直径１００ｎｍの凹部３において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００度で１分間アニーリングして形成するナノ粒子５より成長するＣＮＴ９の直径のヒストグラムを示す。ＣＮＴ９は７００℃で２００ｍｌ／分のエチレンの定常流の中で１分間成長させる。図４Ｂから、ＣＮＴの平均直径が１２．５ｎｍであることがわかる。
【０１０９】
図６Ａは、０．５ｎｍのコバルト膜（プラズマ気相法を用いる）より得たコバルトナノ粒子を上方から見たＳＥＭ像である。凹部に位置するナノ粒子は、１０１２個／ｃｍ２の高い密度を有する。図６Ｂは、凹部の内部で成長したＣＮＴの横方向から見たＳＥＭ像であり、このナノ粒子が多い個数（高い密度）のＣＮＴをもたらす、ＣＮＴの成長を開始する（活性ナノ粒子）のに適していることを示している。
【０１１０】
実施形態にかかるＣＮＴ９は触媒材料と基体Ｓとの相互作用に応じ、ベース成長(base growth)またはボトムアップ成長（または下から上への成長、bottom up growth)でもよく、また他の実施形態では、チップ成長(tip growth)またはトップダウン成長（または上から下への成長、top down growth）でもよい。例えば、触媒材料と基体Ｓとの相互作用が無いまたは弱いとナノ粒子５を上部（または先端、top）に有するＣＮＴ９をもたらすチップ成長を生じてもよい。
【０１１１】
生じたＣＮＴ９の特性は、ＣＮＴ９の成長の際に用いた、プロセスパラメータに依存し得る。例えば、成長温度が上昇すると、生じたＣＮＴ９は、より真っ直ぐになり得る。さらに成長温度が９００℃では、ほんのわずかのナノ粒子５がＣＮＴの成長に触媒として作用できる。この効果は、触媒ナノ粒子の位置に起因する。高温であるため、Ｃ２Ｈ４は炭素が触媒ナノ粒子５の内部に拡散するよりも早く分解する。従って、触媒粒子５は、非晶質カーボンに覆われ、もはやＣＮＴ成長の触媒として作用できない。
【０１１２】
必要であれば、成長後ＣＮＴ９は容易に基体Ｓより解放できる。これは、例えばＣＮＴ９と基体Ｓとの間の相互作用が弱い場合、例えば脱イオン水により濯ぐことで実施してもよい。
【０１１３】
本発明の実施形態にかかる方法に基づくＣＮＴ９の成長についての好ましい実施形態は、例えば半導体デバイスの製造に用いることができる。例えば、ＣＮＴ９のチップ成長またはトップダウン成長、すなわちナノ粒子５がＣＮＴ９の上端に付着している場合、成長したＣＮＴ９に対する電気的な接触を容易に認識することができる。
【実施例】
【０１１４】
以下に本発明の実施形態にかかる方法を説明するいくつのかの実施例を示す。
【０１１５】
実施例１：金属ナノ粒子の形成
８ｎｍおよび２ｎｍの厚さのＮｉ層およびＣｏ層より生じる純金属のナノ粒子５、６を評価する。
【０１１６】
物理気相成長法（ＰＶＤ）を用いＮｉ層４を形成し、７００℃で１分間、Ｎｉ層をアニーリングした。ＳＥＭでの解析によりナノ粒子の寸法分布を決定した。上述のアニーリング条件で厚さ８ｎｍに堆積したＮｉ層より生じたナノ粒子５、６の粒子径は、６７ｎｍ±６ｎｍであった。厚さ２ｎｍに堆積したＮｉ層より生じたナノ粒子５、６の粒子径は、１７ｎｍ±４ｎｍであった。
【０１１７】
厚さ８ｎｍと厚さ２ｎｍのＣｏ層より生じた純金属ナノ粒子５、６は同じ厚さのＮｉ層で観察されたのと全く同じ挙動を示す。
【０１１８】
従って、金属、すなわちＮｉまたはＣｏ層４の与えられた厚さの実施例では、ナノ粒子５、６の直径は触媒材料４の厚さに依存すると結論付けることができる。触媒材料４の厚さが薄いほど、生じるナノ粒子５、６の直径が小さくなる。
【０１１９】
実施例２：ＣｏおよびＮｉナノ粒子を触媒として用いたＣＮＴの成長
本発明の実施例にかかるナノ粒子５を選択的に得る方法を完全に行った後のＮｉおよびＣｏ（純金属）の触媒作用を完全に評価するように、ＮｉおよびＣｏナノ粒子５を広い範囲の合成条件に曝した。ＣＮＴの成長を実施するためにＣＶＤチャンバーを用いた。反応系(system)は、ロードロックプレチャンバーであって、そこから磁気的なマグネティックトランスファーロッドを用いて、直径８０ｍｍのクォーツチューブを含み、長さが１２０ｃｍで水平炉に囲まれた固定床反応装置(fixed bed reactor)にサンプルを輸送するロードロックプレチャンバーを含んでもよい。反応系の圧力は大気圧から１ｍｂａｒまで変えることができ、一方、温度は１２００℃まで上げることができる。カーボンソース、水素ガスおよび窒素ガスを流量１００〜５００ｍｌ／分の範囲および最大圧力３ｂａｒで直接固定床反応装置に供給する。全てのサンプルは所望の成長温度で条件調整を行った。それぞれのサンプルを、キャリアガス、Ｎ２とＨ２の混合でそれぞれ流量４０００ｍｌ／分と２０００ｍｌ／分の定常流れのある反応装置の中央に２分間置いた。次にエチレンを１００ｍｌ／分、２００ｍｌ／分および５００ｍｌ／分と異なる流量で炉内に流した。ＣＮＴの成長は、大気圧で、６００℃〜８００℃の範囲のいくつかの温度で、異なる期間すなわち１、２、５および１０分間行った。ＣＮＴが成長した後、サンプルをプレチャンバーに戻し、Ｎ２雰囲気で冷却した。得られたＣＮＴは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）により調査した。上方からの解析は、Ｗフィラメントのフィリップ社製Ｘ−３０およびＸ−３１ＳＥＭにより行った。ＴＥＭ像は、電界放出銃（ＦＥＧ）を備えたＪＥＯＬ２０１０Ｆを加速電圧２００ｋｅｖで用いて記録した。
【０１２０】
触媒として選択的に得たＣｏおよびＮｉナノ粒子５を用い、評価した合成パラメータの全範囲でＣＮＴ９の高密度の配列を成長させた。両方の金属において、全ての場合で多量の成長が確認された。カーボンソースの流量、温度および保持時間の影響を調査した。これらのパラメータから、アニーリングおよび成長が行われた間の時間がＣＮＴ９の長さに大きな影響を及ぼすという結論を得ることができる。
【０１２１】
例えば、１０分間の成長時間の後、長さ最大１５μｍの長いＣＮＴ９を得ることができる。図５Ａに示すように、これらの環境で得たＣＮＴ９は、絡み合い、基体Ｓの表面の配列領域全体（凹部３の外側も）を覆い得る。このことは、本発明の実施形態にかかる方法により多量のＣＮＴ９の成長を得ることができることを示している。ＣＮＴ９は、凹部３の外側に成長し、そして同じ凹部３で成長した隣接するＣＮＴ９および隣接する凹部３で成長したＣＮＴ９と絡み合うことができる。しかしながら、実験的な観点では、このような長い絡み合ったＣＮＴを得た場合は、これらの特性を調査するのが困難である。従ってＣＮＴの成長は、上述のＣＮＴ成長方法についての他のパラメータは維持したまま、より短い時間で実施した。適切な成長時間を選択することにより、ＣＮＴ９の長さを調整することができ、これによりＣＮＴ９が、図５Ａに示した上述の成長方法による場合のように、凹部３の外部、すなわち上に成長した際の絡み合いを避けることができる。
【０１２２】
成長および得られるＣＮＴ９への時間の影響に対処するように、このパラメータは系統的に減少させた。２分にまでさえ減少させたが変化は認められなかった。まだ、絡み合った長いＣＮＴの成長が観察された。成長時間を１分に減少すると、ＣＮＴ９は、それぞれの凹部３より形成され、隣接する凹部３で成長したＣＮＴが絡み合わないことを観察することができた。このことは、７００℃で１分間２００ｍｌ／分の定常流れのエチレン中で成長させたＣＮＴ９の配列を上方から見たＳＥＭ像である図５Ｂに示されている。図５Ｂから、ＣＮＴ９は凹部３の内部より束状に成長していることがわかる。これは、１つの凹部３に、いくつかのナノ粒子５が形成されていることに起因する。概して、１対１のナノ粒子／ナノチューブ比は容易に達成され得る。同じ配列の凹部３での、成長密度の均一性、すなわち１つの凹部３のＣＮＴ９の量の均一性、が認められた。これは、本発明の実施形態にかかる触媒材料層４の形成が均一にできることを示している。
【０１２３】
さらに、本発明の実施形態にかかる選択的に形成したナノ粒子５の触媒としての活性は、ブランケットフィルムで認められるものと同程度あり、すなわち基体Ｓの凹部３の内部に形成することによる触媒の活性度(catalytic activity)の損失は認められない。ＣＮＴの直径の分布も、また均一であることが認められる。より詳細なＳＥＭの調査は、広く報告されているように１対１の関係に従い、チューブの直径が、それが成長したナノ粒子の直径に従い変化することを示している。このことは、ＣＮＴ直径の正確な制御は、主として、ＣＮＴがそこから成長する触媒ナノ粒子５の寸法により制限されるという事実をサポートする。
【０１２４】
従って、単分散のＣＮＴの配列を成長させるように、本発明の実施形態にかかる方法により形成および孤立化されるナノ粒子の適切な寸法が達成されなければならない。ＣＮＴ９の長さを除いて、成長の時間は得られるＣＮＴ９の他の特性を変化させないようである。
【０１２５】
しかしながら、成長温度またはカーボンソースの流量を変化させた場合、形態の違いが認められる。成長したＣＮＴ９は、６００℃でツイスト構造を示す。成長温度が高くなると、より真っ直ぐなＣＮＴ９をもたらす。この現象は、より高い温度は、生成するＣＮＴ９に、より少ない欠陥及びより優れたＣＮＴ壁の黒鉛化を形成するという事実に起因している。カーボンソースの流量を変化させるなかで、非晶質Ｃが形成しない最適値が認められた。同じナノ粒子の寸法の場合、温度とともに、ある程度、流量を増加させることが可能である。チップ成長メカニズム(tip growth mechanism)による多量成長の発生は、評価したパラメータの全範囲で確認される。チップ成長では、触媒ナノ粒子はそれぞれＣＮＴの最上部に残存する。この現象は、例えば基体Ｓがベース基体１とベース基体１の上にＳｉＯ２層２を含む場合に起こり得る。ナノ粒子５は、それが形成されるＳｉＯ２層２に接着しないからである。従って、成長したＣＮＴ９は、基体から容易に剥離する傾向がある。この現象は、ＣＮＴの絡み合いに起因してより長い成長時間でとりわけ認められる。概して、上述した全ての特徴が基体の端部領域ならびに中央領域で認められた。さらに、ＮｉおよびＣｏのナノ粒子５は触媒挙動に差が認められなかった。
【０１２６】
実施例３：ＣＶＤで成長したＣＮＴの成長パラメータの評価
実施例２で示した成長パラメータを更に評価するために、成長時間とカーボンソースの流速をそれぞれ、３０秒と１０ｍｌ／分とに減少し、一方成長温度を９００℃に上げた。ＣＮＴ９の成長に直ちに影響が認められた。これを図５Ｃに示す。単一のＣＮＴ９は全ての凹部３ではなく、ほんのいくつかの凹部３から成長した。限られたカーボンソースの量と成長時間の減少により、ＣＮＴの長さが制御されていた。さらに、形態への影響が明確に認められた。全てのＣＮＴ９が直線状であった。一方、このような状況下では、ナノ粒子の全てが活性であったわけではない。これはおそらく上述した高温での悪影響に起因している。
【０１２７】
実施例４：ＣＮＴ成長後のＣｏおよびＮｉ純金属ナノ粒子の状態。
ＣＮＴが完全に成長した後のＣｏおよびＮｉ純金属ナノ粒子５の状態を明らかにするように、７００℃で１時間成長させたＣＮＴ９のＨＲＴＥＭ観察を実施した。粒子で測定した面間隔（または格子面間隔）(ｄｈｋｌ＝０．２０４ｎｍ)がＮｉの結晶構造のこの特性値（ｄｈｋｌ＝０．２０３ｎｍ）と一致することが認められる。完全にＣＮＴの成長工程が完了した後、ＣＮＴ９の中に組み込まれたナノ粒子５は純金属として残存している。また全てのＣＮＴ９は多層(multi-wall)ＣＮＴであることも認められた。ナノ粒子５の寸法は単層(single wall)ＣＮＴの成長には大き過ぎることから、このことは予想されていた。一方、グラファイト壁は無欠陥(defect free)ではない。しかしながら、これは、成長パラメータを調整することで改善可能である。
【０１２８】
上述した方法は、多くの変形および改良が可能であることが知られている。従って、方法およびその関連する用途は上述した方法にのみ限定されるものではない。本発明にかかるデバイスについて、好ましい実施形態、特定の構造および配置、あるいは材料が明細書中で示されているが、構造および詳細部の多くの変更または改良が本発明の技術的範囲および精神から逸脱することなく可能であることを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１Ａ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｆ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる、ナノ粒子の選択的析出の際の異なる工程において上方よりみたＳＥＭ像である。
【図３】１００ｎｍの直径を有する凹部において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１時間アニーリングした後に形成するナノ粒子の（Ａ）数の分布および（Ｂ）直径の分布のそれぞれのヒストグラムを示す。
【図４】厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１時間アニーリングした後に形成する粒子より成長したＣＮＴの（Ａ）数の分布および（Ｂ）直径の分布のそれぞれのヒストグラムを示す。凹部は１００ｎｍの直径を有し、７００℃で一定の２００ｍｌ／分のエチレンの流れで１分間成長させた。
【図５】本発明の特定の実施形態にかかる、成長したＣＮＴの配列を上方から見たＳＥＭ像である。
【図６Ａ】凹部に位置するナノ粒子を上方から見たＳＥＭ像であり、これら凹部内の多数のナノ粒子を示している。
【図６Ｂ】凹部で成長したＣＮＴを側面から見たＳＥＭ像であり、ナノ粒子がＣＮＴの成長を起こさせる（活性ナノ粒子）のに適しており、多数の（高密度の）ＣＮＴをもたらすことを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒ナノ粒子に関する。より詳細には、本発明は、基体に触媒ナノ粒子を形成する方法を提供する。さらに、本発明の実施形態にかかる方法により作製した触媒ナノ粒子を用いて基体に細長いナノ構想を形成する方法を提供する。本発明の実施形態にかかる方法は、如何なる寸法の基体にも用いることが可能で、また例えばナノデバイスの製造用のような、既存の半導体工程と完全に両立(compatible)する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、マイクロエレクトロニクス産業において拡大し、さらに現在用いている材料にさえ置き換わる最も有望な候補と認識されている。メタリックＣＮＴは、その高い導電能力のために、ナノ電子相互接続体(interconnecting)として提案されており、一方、半導体ＣＮＴは、その大きなバンドギャップのためにナノスケールトランジスタ要素として示されている。これら及び類似の用途は完全には、まだ達成できない。いかなるＣＮＴベースのデバイスもまだ、用途により異なるがしかし、いくつかの観点では類似しているであろう未解決な問題に直面しているからである。第１の問題は、異なるＣＮＴを同一の特性を有するように合成することが不可能なことに関連する。第２の問題は、電流の増加(current growth)のパラメータが、現実のバッチ式技術による集積の仕組み(realistic batch-type technology integration scheme)と一致しないことである。最後の問題は、所定の位置に触媒を堆積する拡張性のある方法が欠如していることに関する。さらに、ＣＮＴは、様々なデバイス構造において効率的、経済的に集積しなければならない。様々なデバイスの用途において、ＣＮＴのポテンシャルを完全に実現するには、触媒の配置および選択的な成長は極めて重要な課題である。
【０００３】
（孤立した）垂直配向カーボンナノチューブ繊維（ＶＡＣＮＦ、vertically aligned carbon nanotubefiber）用の大規模な工程が実現されているが、特性と配置を制御し選択的に堆積（または析出、deposit）したＣＮＴの合成は極めて限定的である。多層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）の一様な配列および孤立垂直配向ＭＷＣＮＴ(single free-standing aligned MWCNT)は正確なＮｉナノ粒子のパーターニングにより所定の位置に成長させていた。パターンニングは光学および電子ビームリソグラフィーの組み合わせを用いて規定され、一方成長は、Ｔｅｏらによる"Uniform Patterned Growth of Carbon Nanotubes without Surface Carbon" Appl. Phys. Lett. (2001), 79, 10 1534-1536およびＫｉｍらによる"The Growth of Freestanding Single Carbon Nanotube Arrays" Nanotechnology, (2003), 14, 1269-1271に開示されているプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）を用いて実施される。同様にナノホールによるＣＮＴの合成は、触媒のパターンニングのためのイオンミリングを備えた従来のリソグラフィーとＤｕｅｃｂｅｒｇらによる"Growth of isolated Carbon Nanotube with Lithographically Defined Diameter and Location" Nano Letters, (2003), 3, 2, 257-259に示されている成長のための化学気相成長法（ＣＶＤ）とを組み合わせて実施された。
【０００４】
別の方法として、シャドーマスクを介した触媒の蒸発がＭＷＣＮＴと単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）との両方の制御に成功したことが知られていた。これらの方法をさらに変形することにより、Ｆｒａｎｋｌｉｎらによる"Patterned Growth of Single-walled Carbon Nanotube of full 4-inch wafers", Appl. Phys. Lett. (2001), 79, 27, 4571-4573" およびＫｏｎｇらによる"Synthesis of Individual Single-walled Carbon Nanotubes on Patterned Silicon Wafers", Nature, (1998), 395, 878-881に示されるようにパターンを設けたウエハー全面でＳＷＣＮＴの合成が実施された。
【０００５】
他の方法として、ナノ粒子の孤立化と所定の位置でのＣＮＴの成長が従来と異なる技術を用いて行われている。ポリスチレンナノ球体リソグラフィーを用いて長周期の配列を形成した（Ｈｕａｎｇらによる"Growth of Large Periodic Arrays of Carbon Nanotubes", Appl. Phys. Lett. (2003), 82, 3, 460-462を参照されたい）。パターン化された触媒は異なる直径と配置密度を有するＣＮＴを形成した。テンプレートとして陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）を選択することにより、ＡＡＯテンプレートのナノ細孔(nanopore)にＣｏナノ粒子が配置される。このようなナノ粒子から成長するＣＮＴは、ナノ細孔の中に制限された。デバイス製造のために局所的な成長を移動させる、多くのアプローチが実施されている。これらのうちの２つは、集積密度を改善できた。第１は電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）用のゲートホール内の孤立ＣＮＴの成長を実施していた。より詳細には、窒化ケイ素ＳｉＮｘのキャッピング層をＮｉ触媒の上に堆積した。そしてＳｉＮｘ層にホールを形成するために、ウェットエッチングが適用される。これは、最初従来のリソグラフィーにより規定されＮｉ下部層には到達しなかった。更なるアニーリングはＮｉ原子をＳｉＮｘに拡散させ、ホール内のＳｉＮｘの表面にＮｉ粒子を形成する。このＮｉ粒子を成長の条件下に曝すと、ＣＮＴは、ゲートホール内のみで成長した。第２は、パターン化したデバイス電極に予めパターンを設けた触媒のドットから垂直に成長するＣＮＴを用いた電気機械的スイッチングデバイスが製造されている。このデバイスは、３つのＮｂ電極の所定の位置から成長した３つのＭＷＣＮＴより成る。電極は、電子ビームリソグラフィー、スパッタリングおよびリフトオフによりパターンを設けられた。同様に、Ｎｉ触媒のドットが電極に形成され、その後ＣＮＴが成長した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在までに達成されたこれらの改良にもかかわらず、正確な触媒ナノ粒子の配置は依然と重大な課題であり、拡張性があり、経済的に魅力的で現実的である既存の半導体工程と完全に両立する方法による一様な配列のＣＮＴの成長は、現在まで達成されていない。
【０００７】
本発明の目的は、基体に触媒のナノ粒子を形成する優れた方法を提供することである。本発明の更なる目的は、基体に、例えばＣＮＴのような細長いナノ構造体を形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、本発明にかかる方法およびデバイスにより達成できる。
本発明の実施形態にかかる方法は、拡張性があり既存の半導体工程と完全に両立する。
【０００９】
さらに、本発明の実施形態にかかる方法は、基体の所定の位置に正確に触媒ナノ粒子および細長いナノ構造体を形成できる。
【００１０】
さらには、本発明の実施形態にかかる方法は、例えば直径と長さを制御したＣＮＴのような細長いナノ構造体を成長させる。
【００１１】
本発明の実施形態にかかる方法は、基体の所定の場所に狭いサイズ分布を有するパターンを有し、選択的に堆積されるナノ粒子を形成する方法を提供する。前記狭いサイズ分布は、変化が５〜１０％に制限されたサイズ分布をとして、またはナノ粒子の直径の寸法変化が５〜１０％以内として表すことが可能である。これらパターン化したナノ粒子は、触媒が存在する場所で、選択的に細長いナノ構造体の核生成および成長に触媒作用を及ぼすのに用いることができる。細長いナノ構造体の成長に用いるナノ粒子の直径は、好ましくは、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲であり、より好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。
【００１２】
本発明の実施形態にかかる方法は、また、高密度（または、個体数が多い）のパターン化したおよび選択的に析出したナノ粒子を形成する方法を提供する。前記高密度のナノ粒子は、１０１１〜１０１５個／ｃｍ２の範囲の密度であってもよい。
【００１３】
本発明の第１の要旨において、基体に触媒ナノ粒子を形成するための方法が提供される。この方法は、以下を含む。
・基体の所定の位置に凹部(recess)を形成し、凹部は底部を有する。
・基体にナノ粒子を供給する。
・凹部の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子を選択的に除去する。
【００１４】
本発明の実施形態にかかる基体に触媒ナノ粒子を形成する方法の利点は、いかなる寸法の基体においても用いることが可能なことである。さらに、例えばナノデバイスの製造のような既存の半導体の工程と完全に両立する。さらに、基体に触媒ナノ粒子を形成する方法は、狭いサイズ分布の触媒ナノ粒子を与える。
【００１５】
さらに、この方法は、基体の所定の位置に触媒ナノ粒子を与えることができる。
【００１６】
本発明の実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は以下のようにしてもよい。
・基体に少なくとも１層の触媒材料を供給し、触媒材料が凹部の少なくとも底部を覆い、かつ、
・少なくとも１層の触媒材料をナノ粒子に分割(または細分化、break up)する。
【００１７】
少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、熱および／またはプラズマ支援法(thermal and/or plasma assisted method)により行ってもよい。好ましくは、少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、基体の加熱により行ってもよい。
【００１８】
本発明の実施形態では、触媒材料層は、少なくとも１つの金属を含む層、または少なくとも１つの金属合金を含む層、または金属シリサイドを含む層であってもよい。従って、本発明の実施形態にかかる方法により形成されたナノ粒子は、少なくとも１つの金属を含む純金属ナノ粒子でもよく、金属合金ナノ粒子でもよく、または金属シリサイドナノ粒子であってもよい。
【００１９】
他の実施形態では、基体へのナノ粒子の提供は、以下により行われてもよい。
・ナノ粒子および溶媒を含む溶液より基体にナノ粒子を析出し、かつ、
・ナノ粒子の析出後溶媒を除去する。
【００２０】
溶媒の除去は、蒸発により行ってもよい。
【００２１】
本発明の実施形態にかかる方法では、最初凹部の標準の配列を基体に形成してもよい。凹部の標準の配列は、そして、触媒ナノ粒子の配置のテンプレートとして用いてもよい。標準の配列を有することは、リソグラフィーおよびドライエッチングの標準的な半導体工程により配列が形成されることを意味する。これらの標準的な工程を用いることにより、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍのような例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの直径で、例えば直径の１、２または８倍のピッチを備えた凹部を形成してもよい。凹部のアスペクト比は、例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２であってもよい。
【００２２】
形成するナノ粒子の直径は用途に依存する。本発明の実施形態にかかる方法により形成されるナノ粒子は１００ｎｍより小さい直径を有してもよい。触媒ナノ粒子を用いてシングルウォールＣＮＴ（または単層ＣＮＴ）が形成されなければならない特定の実施形態では、ナノ粒子は３ｎｍより小さい直径を有してもよい。触媒粒子を用いてマルチウォールＣＮＴ（多層ＣＮＴ）が形成されなければならない他の特定の実施形態では、ナノ粒子は５〜１０ｎｍの範囲の直径を有してもよい。
【００２３】
凹部の底部と異なる位置に形成されたナノ粒子を選択的に除去する方法は、以下により実施してもよい。
・基体に犠牲材料(sacrificial material)を堆積し、犠牲材料は少なくとも凹部の底部に位置するナノ粒子を覆い、
・凹部の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子を除去し、
・犠牲材料を除去する。
【００２４】
少なくとも凹部の底部に配置されたナノ粒子を覆うために犠牲材料を用いことにより、凹部の底部と異なる位置のナノ粒子を、凹部の底部に形成されたナノ粒子に影響を与えることなしに除去することが可能となる。さらに、凹部の底部に配置されたナノ粒子は犠牲層により以後の工程の影響、とりわけ凹部の底部と異なる場所に位置するナノ粒子を除去するための化学機械研磨工程の影響から保護され、これにより細長いナノ構造体の成長に用いられるナノ粒子の汚染を防止する。
【００２５】
犠牲材料の除去は、当該技術分野に通じた者にとって既知のいかなる方法、例えばウェットクリーニング（または湿式洗浄）工程により実施してもよい。
【００２６】
本発明の実施形態では、基体の所定の位置での凹部の形成は、基体の所定の位置の凹部のエッチングにより実施してもよい。この方法は、さらに、エッチングの前に、リソグラフィーにより基体に所定の位置を規定する工程を含んでもよい。この方法を用いて、凹部が形成されるべき位置を極めて正確に決定することが可能である。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、基体はベース基体(base substrate)を含んでもよい。基体の所定の位置への凹部を形成は、ベース基体に凹部を形成することにより実施してもよい。この方法は、ナノ粒子を触媒として用い、基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間の接触が必要な、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００２８】
本発明の他の実施形態では、基体はベース基体と誘電体層とを含んでもよい。基体の所定の位置への凹部を形成は、基体の誘電体層に凹部を形成することにより実施してもよい。ナノ粒子を触媒として用いて基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間が接触してはいけない、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００２９】
本発明の実施形態では、この方法は、凹部の端部（またはエッジ、または縁）から不純物を取り除く工程をさらに含んでもよい。これらの不純物は、凹部の底部と異なる場所に形成されたナノ粒子を取り除くために用いる工程の残留物でもよい。他の実施形態おいて、またはこれらに加え、これら残留物は、凹部の底部に形成したナノ粒子を、凹部の底部と異なる位置に形成したナノ粒子を取り除くために用いる工程から保護するのに用いる犠牲層の残留物であってもよい。
【００３０】
特定の実施形態では、凹部の端部からの不純物の除去は、エッチング、例えば基体をＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が１：４の溶液に５分間浸漬（または、ピラニアエッチという）により実施してもよい。
【００３１】
本発明の第１の要旨の実施形態にかかる方法は、基体上のナノ構造体の成長工程に用いていてもよい。
【００３２】
第２の要旨では、本発明は基体で細長いナノ構造体を形成する方法を提供する。この方法は以下を含む。
・基体の所定の位置に凹部を形成し、凹部は底部を有し
・基体にナノ粒子を配置し、
・凹部の底部と異なる位置に配置したナノ粒子を選択的に取り除き、かつ、
・凹部の底部に配置したナノ粒子を触媒として用い細長いナノ構造体を成長させる。
【００３３】
本発明の実施形態にかかる、基体に細長いナノ構造体を形成する方法の利点は、いかなる寸法の基体も使用できることである。さらに、この方法は、例えばナノデバイスの製造のような既存半導体工程と完全に両立することである。
【００３４】
本発明の実施形態にかかる、基体に細長いナノ構造体を形成する方法の更なる利点は、制御された所定の直径および長さを備えた細長いナノ構造体を形成できることである。
【００３５】
さらに、本発明の実施形態にかかる、基体に細長いナノ構造体を形成する方法により基体の所定に位置に細長いナノ構造体を備えることが可能である。
【００３６】
本発明の実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は以下により実施してもよい。
・基体に少なくとも１層の触媒材料を配置し、触媒材料が少なくとも凹部の底部を覆い、かつ、
・少なくとも１層の触媒材料をナノ粒子に分割する。
【００３７】
少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、熱および／またはプラズマ支援による方法により実施してもよい。好ましくは、少なくとも１層の触媒材料のナノ粒子への分割は、基体を加熱することにより実施してもよい。
【００３８】
他の実施形態では、基体へのナノ粒子の提供は以下により実施してもよい。
・ナノ粒子と溶媒とも含む溶液より、ナノ粒子を基体に析出し、
・ナノ粒子の析出後、溶媒を取り除く。
【００３９】
溶媒の除去は蒸発により実施してもよい。
【００４０】
本発明の実施形態では、ナノ粒子は純金属のナノ粒子でもよく、合金のナノ粒子でもよく、または金属シリサイドのナノ粒子でもよい。
【００４１】
細長いナノ構造体は、好ましくはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）またはナノワイヤー（ＮＷ）であってもよい。
【００４２】
本発明の実施形態にかかる方法では、第１に凹部の標準的な配列を基体に形成してもよい。凹部の標準の配列は、そして、触媒ナノ粒子の配置のテンプレートとして用いてもよい。標準の配列を有することは、リソグラフィーおよびドライエッチングの標準的な半導体工程により配列が形成されることを意味する。これらの標準的な工程を用いることにより、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍのような例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの直径で、例えば直径の１倍、２倍または８倍のピッチを備えた凹部を形成してもよい。凹部のアスペクト比は、例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２であってもよい。
【００４３】
直径および長さを制御した細長いナノ構造体の成長を、そして、触媒としてナノ粒子を用いて凹部の内部で実施する。
【００４４】
凹部での細長いナノ構造体の成長は、化学気相成長法により実施してもよい。これは、例えば以下のように実施してもよい。
・カーボンソースとアシスタントガスを備え、
・基体を加熱することにより細長いナノ構造体を成長させる。
【００４５】
細長いナノ構造体の成長は、好ましくは基体を６００℃〜８００℃の温度に加熱することにより実施してもよい。
【００４６】
凹部の底部と異なる位置に形成されたナノ粒子の選択的な除去は、以下のように実施してもよい。
・犠牲材料を基体に堆積（または形成）し、犠牲材料は少なくとも凹部の底部に配置したナノ粒子を覆い、
・凹部の底部と異なる場所に配置されたナノ粒子を取り除き、
・犠牲材料を取り除く。
【００４７】
少なくとも凹部の底部に配置されたナノ粒子を覆うために犠牲層を用いることにより、凹部の底部と異なる場所のナノ粒子を凹部の底部に形成されたナノ粒子に影響を与えることなく、除去できる。さらに、凹部の底部に配置されたナノ粒子は、犠牲層により以降の工程、より詳細には凹部の底部と異なる位置に配置されたナノ粒子を除去するために用いてもよい化学機械研磨工程から保護され、これにより凹部の底部に配置されたナノ粒子の汚染を防止する。
【００４８】
本発明の実施形態では、基体の所定の位置での凹部の形成は、以下により実施してもよい。
・リソグラフィーにより基体に所定の位置を規定し、
・所定の位置で基体に凹部をエッチングする。
【００４９】
この方法の使用により、凹部が形成されるべき位置を極めて正確に決定できる。
【００５０】
本発明の実施形態では、基体はベース基体を含んでもよい。基体の所定の位置の凹部の形成は、ベース基体に凹部を形成することにより実施してもよい。この方法は、ナノ粒子を触媒として用いて基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間の接触が必要な、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００５１】
本発明の実施形態では、基体はベース基体と誘電体層とを含んでもよい。基体の所定の位置への凹部を形成は、基体の誘電体層に凹部を形成することにより実施してもよい。この方法は、ナノ粒子を触媒として用いて基体上で成長し得る細長いナノ構造体とベース基体との間が接触してはいけない、例えば半導体デバイスの製造に用いると有利であろう。
【００５２】
本発明の実施形態では、細長いナノ構造体の成長は、ベース成長（または根本成長、base growth）により実施される。
【００５３】
本発明の実施形態では、細長いナノ構造体の成長は、チップ成長(または先端成長、tip growth)により実施される。
【００５４】
本発明の第２の要旨の実施形態にかかる、基体での細長いナノ構造体の形成は、半導体製造工程に用いてもよい。
【００５５】
本発明は、また、触媒ナノ粒子を有する基体を供給し、触媒ナノ粒子は選択的に基体の凹部に配置され、基体は細長いナノ構造体を備え、細長いナノ構造体は選択的に基体凹部に配置される。細長いナノ構造体は、凹部に選択的に配置されている触媒ナノ粒子を有する基体を用いて形成できる。
【００５６】
本発明のとりわけ、および好ましい要旨は、添付の独立および従属請求項に示されている。従属請求項の技術的特徴は、単に請求項に明示されているものだけでなく、適切に、独立請求項の技術的特徴および他の従属請求項の技術的特徴と組み合わせてもよい。
【００５７】
当該技術分野では持続的なデバイスの改良、変更および発展があるが、本発明の概念は、実質的に新しく、新規な改良であり、従来の実施形態からの逸脱を含み、より効率的で、安定し、信頼性のあるこの分野のデバイスを提供すると信じられている。
【００５８】
上記および他の本発明の特性、特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および例として本発明の原理を示す添付の図により明らかになるであろう。本明細書は、本発明の技術的範囲を制限しない例を示すものである。以下に引用する参照図面は、添付の図について示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
全ての図は、本発明の要旨および実施形態を説明することを意図している。全ての他の実施形態および選択肢が示されているわけでなく、従って本発明は添付の図の範囲に制限されるものではない。同様の番号が異なる図の同様の部分を示すために用いられている。図は好ましい実施形態を示すであろう。異なる図の同じ記号は同じまたは類似の要素を示す。
【００６０】
本発明は多くの特定の実施形態を記載し、図を参照するが、しかし本発明はこれらに限定されるものではなく特許請求の範囲によってのみ限定される。図は概要のみを示しており限定するものではない。図中において、いくつの要素は説明のために誇張されているかもしれず、スケール通りに描かれていないかもしれない。寸法および相対的な寸法は本発明の実施の実際の縮尺とは対応していない。
【００６１】
さらに、本明細書および特許請求の範囲の用語「上」、「下」等は、説明のために用いるものであり、相対的な位置を示す必要はない。これら用いた用語は適切な状況下では互いに代替可能であり、本明細書で説明する本発明の実施形態は、本明細書で説明または示した以外の方向においても実施可能であることを理解すべきである。
【００６２】
特許請求の範囲で用いる用語「含む」は、そこに記載した手段に限定するものであると解してはならず、他の要素または工程を排除するものではない。従って、言及した特徴、整数、工程または部材が言及したように存在することを特定し、１以上の他の特徴、整数、工程もしくは部材またはこれらのグループの存在または追加を排除するものではないと理解しなければならない。従って、記述「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の技術的範囲は、部材ＡとＢのみからなるデバイスに限定してはならない。本発明に関しては、デバイスの関連した部材はＡおよびＢのみであることを意味する。
【００６３】
本明細書において、「１つの実施形態」または「実施形態」は、実施形態と関連して記載された特定の技術的特徴、構造または特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書多くの箇所に示されるフレーズ「１つの実施形態」または「実施形態」は、全てが同じ実施形態を示している必要はないが、しかし示してもよい。さらに、当該技術分野の通常の知識を有する者にとって明らかであろうように、特定の技術的特徴、構造または特徴は、任意の適正な手法により１以上の実施形態に組み合わせてもよい。
【００６４】
同様に、明細書の本発明の例示的な実施形態において多くの本発明の技術的特徴は、効率的に開示し、多くの発明の要旨の１以上についての理解を助けることを目的に、しばしば本明細書の１つの実施形態、図、記載に一緒に示されていることを理解すべきである。開示のこの方法は、しかしながら、特許請求の範囲に記載の発明が、それぞれの請求項に明示的に記載された以上の特徴が必要であることを示していると解してはならない。むしら、以下の請求項が示すように、発明の要旨は、以下に開示する単一の実施形態の一部の技術的特徴にある。詳細な説明に従った特許請求の範囲は、これによりそれぞれの請求項は、それぞれ別の本発明の実施形態により本明細書に明確に示されている。
【００６５】
さらに、本明細書に示される実施形態のいくつかは、他の実施形態に示される特徴を含んでいないけれども、当該技術分野の通常の知識を有す者が理解するであろうように、異なる実施形態の技術的特徴の組み合わせも本発明の技術範囲に属し、異なる実施形態を形成する。
【００６６】
本明細書の記載では、多くの特定の詳細な具体例が示されている。しかしながら、本発明の実施形態はこれら詳細な具体例がなくても実施可能であることが理解されている。他の例では、既知の方法、構造、技術は、本明細書の理解を曖昧にしないように詳細は示されていない。
【００６７】
本発明は、本発明の多くの実施形態の詳細な記載により説明される。当該技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の真の精神および技術的教唆から逸脱することなく本発明の他の実施形態を構成できることは明確であり、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００６８】
本発明は、基体上に触媒ナノ粒子を供給する方法に関する。
【００６９】
この方法は、基体の所定の位置に底部を有する穴または凹部を形成する第１の工程を含む。穴(hole)または開口(opening)とも呼ばれる凹部は、基体表面から基体内部に形成され、底部は、凹部が形成された基体表面から最も遠い面に位置する。本明細書において、用語「凹部」「穴」または「開口部」は同じことを意味する。
【００７０】
次いで、ナノ粒子を基体に供給する。本発明の好ましい実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は、少なくとも１層の触媒材料を基体に供給し、触媒材料が少なくとも凹部底面を覆うことにより実施してもよい。そして、少なくとも１層の触媒材料を、ナノ粒子に分割する。この分割は、熱および／またはプラズマ支援による方法を用いて行ってもよい。例えば、触媒材料層の分割は（後述する）基体のアニーリングにより行ってもよい。他の実施形態では、基体へのナノ粒子の供給は、ナノ粒子と溶媒を含む溶液からナノ粒子を析出し実施してもよい。基体へのナノ粒子の析出は、例えば、溶液のスピンコーティング(またはスピン工程、spinning)により行ってもよい。基体にナノ粒子を析出した後、例えば熱乾燥工程での蒸発により溶媒を溶液より除去し基体にナノ粒子のみを残存させてもよい。
【００７１】
最後の工程では、例えば２つの凹部の間の基体表面のような凹部の底部と異なる部位に供給または形成されたナノ粒子を選択的に取り除く。
【００７２】
従って、本発明は、基体の所定の位置に狭い寸法分布（narrow size distribution）でナノ粒子を形成および孤立させる方法を提供する。狭い寸法分布は、寸法または直径の偏差が５〜１０％である、またはナノ粒子の直径または寸法の偏差が５〜１０％、好ましくは５〜８％（詳細後述）であるといいうことが可能である。ナノ粒子の材料は、用いた触媒材料に依存する。ナノ粒子は、好ましくは金属含有ナノ粒子であってもよい。好ましい実施形態では、選択的に析出するナノ粒子は、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＮｉおよびＦｅのような純金属であってもよい。他の好ましい実施形態では、選択的に析出するナノ粒子は、金属シリサイド含有ナノ粒子であってもよい。さらに別の好ましい実施形態では、選択的に析出するナノ粒子は、金属合金でもよい。
【００７３】
本発明はまた、高密度（または、多数）のナノ粒子を形成および孤立させる方法も提供する。前記高密度のナノ粒子は、ナノ粒子１０１１〜１０１２個／ｃｍ２の範囲の密度であってもよい。
【００７４】
本発明の実施形態による基体に触媒ナノ粒子を形成する方法の利点は、いかなる寸法の基体も使用可能なことである。さらに、例えばナノデバイスの製造のような既存の半導体工程と完全に両立する。
【００７５】
本発明の実施形態にかかる基体にナノ粒子を供給する方法により形成する触媒ナノ粒子は、細長いナノ構造体を成長させる触媒として好都合に用いることができる。基体の所定の位置に析出したこれらのナノ粒子は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）またはナノワイヤ（ＮＷ）のような細長いナノ構造体の核生成および成長を開始し触媒する。従って、ＣＮＴまたはＮＷのような細長いナノ構造体を基体の所定の位置で成長させることができる。位置ならびに長さおよび直径を制御して選択的に析出するＣＮＴまたはＮＷは、前記ナノ粒子を触媒として（成長の間）得ることができる。このようなＣＮＴ（またはＮＷ）の成長を実現するように、凹部の標準的な配列を触媒の配置のテンプレートとして用いてもよく、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて穴の内部でＣＮＴ（ＮＷ）が成長する。凹部の標準的な配列を有することは、凹部の配列が標準的な半導体工程のリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて形成されること意味する。これらの標準的な工程を用いて、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍの直径、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍの直径を有し、例えば直径の１倍、２倍または８倍のピッチを備えた凹部を形成してもよい。凹部のアスペクト比は例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２であってもよい。
【００７６】
従って、本発明は、また、基体に細長いナノ構造体を形成する方法も提供する。この方法は、基体の所定の位置に凹部を形成する第１の工程を含み、凹部は底部を有する。底部は凹部が形成される基体表面から最も遠い凹部の壁面と定義される。次いで、触媒材料の少なくとも１つの層が基体に供給され、触媒材料は少なくとも凹部の底部を覆う。次の工程では、少なくとも１つの触媒材料層が、例えば基体のアニーリングによりナノ粒子に分割される。その後、凹部の底部と異なる部位に形成したナノ粒子を選択的に取り除く。最後の工程では、ＣＮＴまたはＮＷのような細長いナノ構造体が、ナノ粒子を触媒として用いて凹部で成長する。
【００７７】
本発明の実施形態にかかる基体に細長いナノ構造体を形成する方法は、いかなる寸法の基体でも用いることが可能であり、半導体製造技術と完全に両立する。
【００７８】
以下において、いくつかの実施形態の詳細な説明により本発明を説明する。当該技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の真の精神および技術的教唆から逸脱することなく本発明の他の実施形態を構成できることは明確であり、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００７９】
本発明において、用語「細長いナノ構造体」は、ワイヤ（ナノワイヤ）、チューブ（ナノチューブ）、ロッド（ナノロッド）および長軸を有する同様の細長い実質的に円柱または多角形のナノ構造体の形態の固体材料の任意の二次元的に制限された要素を意味する。細長いナノ構造体の断面寸法は、好ましくは１〜５００ｎｍである。本発明では、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のような細長い有機ナノ構造体または例えば半導体ナノワイヤ（例えばシリコンナノワイヤ）のような細長い無機ナノ構造体を用いてもよい。以下にＣＮＴを用いて本発明を説明する。これは、いかなる方法においても本発明を制限することを意図したものでない。本発明は、また上述した他の細長いナノ構造体にも適用される。
【００８０】
さらに、本明細書で用いる用語、ＣＮＴの「ベース成長」または「ボトムアップ成長」は、基体に付着した触媒ナノ粒子を有するＣＮＴの成長を意味する。本明細書で用いる用語、ＣＮＴの「チップ成長」または「トップダウン成長」は、表面に付着したＣＮＴおよびＣＮＴの最上部（または先端）にナノ粒子を有するＣＮＴの成長を意味する。
【００８１】
さらに、用語「純金属」ナノ粒子は、純金属より作られたナノ粒子または純金属のフィルムのアニーリングにより形成されたナノ粒子を意味する。前記金属の好ましい例はＮｉ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｗ、ＰｔおよびＦｅである。用語「金属シリケート」ナノ粒子は、Ｎｉシリケート、Ｃｏシリケート、Ｆｅシリケート、Ｔｉシリケートのような金属シリケートよりなるナノ粒子を意味する。用語「金属含有」ナノ粒子は、金属ナノ粒子と金属シリケートナノ粒子の両方を意味する。本明細書で用いる用語「合金」は、アニール（加熱）工程でいっしょに溶融する２以上の金属元素、または金属と非金属元素を含む混合物を意味し、従って、互いに溶け合い２以上の金属元素、または金属と非金属元素を含むナノ粒子を形成する。
【００８２】
用語「活性触媒ナノ粒子」は、ＣＮＴ（またはＮＷ）の成長の触媒として用いるのに適したナノ粒子を意味する。即ち、単語「活性」は形成したナノ粒子を用いて、カーボンナノチューブを成長／合成／形成する能力があると理解される。カーボンナノチューブの成長／合成／形成は、カーボンソースを受け取る第１の工程、次にカーボンを割る(cracking)工程、続いてカーボンナノチューブを成長させる工程の多段階工程である。
【００８３】
用語「アスペクト比」は、特定の凹部の高さ寸法の幅寸法に対する比を意味する。例えば通常、層内に円筒状に延在する凹部は高さと直径を有し、アスペクト比は円筒状凹部の高さを直径で割った値である。
【００８４】
本発明の第１の要旨では、方法は触媒ナノ粒子を基体Ｓに供給する工程を有する。本発明の実施形態では、用語「基体」は、用いることができる、またはその上にデバイス、回路、もしくはエピタキシャル相を形成できる、単数または複数の下に配置されたいかなる材料を含んでもよい。好ましい実施形態では、この「基体」は、例えばドープしたシリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基体のような半導体基体である。別の実施形態では、「基体」は例えば半導体基体の部分に加え、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４層のような絶縁層を含んでもよい。従って、用語「基体」はまた、シリコン・オン・グラス(silicon on glass)またはシリコン・オン・サファイア(silicon on sapphire)をも含む。従って、用語「基体」は、概して対象の層または部分の下に位置する層の元素を定義するのみに用いる。また、「基体」は、例えばガラスや金属のような、その上に層が形成される他のいかなるベースであってもよい。基体Ｓは、シリコンの基体であってもよい。
【００８５】
本発明の実施形態にかかる方法を概略的に図１Ａ〜１Ｆに示す。第１の工程で、この方法は、所定の位置に凹部３を形成することを含む。もっとも好ましくは、横列(row)および縦列(column)を有する標準的な配列の凹部３を形成してもよい。上述のような標準的な配列を備えることは、凹部の配列は、標準的な半導体のリソグラフィーおよびドライエッチング方法を用いて形成されることを意味している。これらの標準的な方法を用いることにより、凹部は、５０ｎｍから５００ｎｍの直径、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍの直径で、例えば直径の１倍、２倍または８倍のピッチを有するように形成してもよい。凹部のアスペクト比は、例えば１：６、１：４、１：３、１：２．５または１：２でもよい。凹部３の標準的な配列は基体Ｓに直接形成することが可能であるけれども、より好ましい凹部３は、ベース基体１に析出させた誘電体層２に形成してもよい。誘電体層２とベース基体１とは、基体Ｓを形成している。誘電体層２は、例えばＳｉ基体の熱的なアニーリングにより形成してもよいＳｉＯ２、または他の態様では例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）のような堆積（または析出）技術によりＳｉＯ２を堆積することにより形成するＳｉＯ２であってもよい。誘電体層２は、ＣＶＤで析出させるＳｉＣＯ（Ｈ）材料、ゼオライト、ＮＣＳまたは（適当な）有機低誘電率誘電体のような低誘電率(Low-K)誘電体でもよい。誘電体層２の厚さｔは用途に依存し、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍの間であってもよい。
【００８６】
図１Ａ〜１Ｆに示す実施形態では、基体Ｓは、上述の最上部に誘電体層２を備える、例えば半導体層のようなベース基体１を含んでもよい。好ましくは、ベース基体１はシリコンを含んでもよい。図１Ａは、前記基体Ｓでの凹部３の形成を示す。図示する実施形態では、凹部３は、ベース基体１の上に存在する誘電体層２に形成してもよい。標準的なリソグラフ方法を用い、続いて基体Ｓに凹部３を形成するような、例えば反応性イオンエッチングのような、標準的な酸化物ドライエッチング(dry oxide etching)により、凹部３をリソグラフィー法的に（または露光技術的に、lithographically)規定してもよい。標準的なリソグラフィー法は、例えばフォトレジスト層のような少なくとも１つの感光層と、必要に応じ反射防止コーティングとを誘電体層２に堆積（または析出）する工程と、フォトリソグラフィックパターンを形成するように感光層を現像する工程とを少なくとも含む。フォトリソグラフィックパターン、そして例えば誘電体層２に凹部３を形成するための反応性イオンエッチングのマスクとして用いてもよい。
【００８７】
凹部３の直径ｄ０は、用途に依存してもよい。凹部３の直径ｄ０は、５０ｎｍから５００ｎｍまででよく、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍまたは３００ｎｍでよい。凹部３の深さは、用途および存在するのであれば誘電体層２の厚さに依存してもよい。例えば、凹部３を誘電体層２の内部に設け、形成される触媒粒子（後述する）と、誘電体層２の下のベース基体１との接触を避ける必要がある場合は、深さｄは誘電体層２の厚さｔよりも小さくすることができる。別の実施形態では、凹部３を誘電体層２の内部に設け、下のベース基体１と接触する必要がある、接触することが望ましい、または接触することが可能な場合、深さｄは誘電体層の厚さｔよりも大きくてもよい。凹部３の深さは、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲でよいが、しかしこの範囲に限定されるものではない。
【００８８】
更に別の実施形態では、基体Ｓはベース基体１の上の誘電体層２がなく、ベース基体１のみを含んでもよい。この場合、凹部３は基体Ｓのベース基体に設けられる。凹部３は、高密度、中密度(semi dense)または孤立した配置で設けてよい。高密度の（または密集した）配置は概して、１のピッチを、中密度の配置は概して、１：２のピッチを、孤立した配置は通常１：８のピッチを有してもよい。ピッチを有するとは隣接する凹部間の距離を意味する。凹部３のアスペクト比は、例えば、１：６、１：４、１：３、１：２．５、１：２であってもよい。
【００８９】
凹部３を形成した後、ナノ粒子を基体に供給する。本発明の実施例では、ナノ粒子の供給は、少なくとも１つの触媒の層４を基体Ｓに析出(deposit)させて供給してもよい。図１Ｂは基体Ｓの誘電体層２への触媒材料層４の析出を示す。この図より、本実施形態においては、触媒材料層４は、誘電体層２の最表面および凹部３の底部と側面とに供給されることがわかる。図１Ｂに示す例とは対照的に触媒材料層４は、また凹部２の底部のみに供給してもよいことに留意すべきである。後者の場合、触媒材料は基体Ｓの表面にも存在することになることがあることを記しておく。少なくとも１つの触媒材料層４は、好ましくは金属材料を含有する層であってもよい。少なくとも１つの触媒材料層４の少なくとも１つは、金属含有層４であってもよい。少なくとも１つの触媒材料層４は好ましは、２０ｎｍより薄くてもよく、より好ましくは０．５ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。触媒材料層４は、例えば０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍまたは１０ｎｍの厚さを有してもよい。別の実施形態では、触媒材料層４の厚さは、より小さい、例えば直径が０．２〜０．５ｎｍの範囲のナノ粒子をもたらし得る、０．５ｎｍ以下であってもよい。触媒材料層４の厚さに応じて、触媒材料層４は、不連続（言い換えれば、非同形（または不均一、non-conformal））であってもよい。層４の厚さに応じて、層４は、凹部３の内部で異なる厚さを有してよい。凹部３内の触媒材料層４の多くは、とりわけ触媒材料層４が８ｎｍより薄い場合、凹部３の底部に位置している。
【００９０】
触媒材料層４は、加熱された場合、活性触媒ナノ粒子を生じる材料を含んでもよい。触媒材料層４は、好ましくは金属を含んでもよく、もっとも好ましい実施形態では、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＮｉまたはＦｅのような純金属を含んでよい。好ましくは、純金属層は、物理気相成長法（ＰＶＤ）のようなスパッタ法または原子層堆積法（ＡＬＤ）もしくは化学気相成長法（ＣＶＤ）のような堆積法を用いて形成してもよい。
【００９１】
他の実施形態では、触媒材料層４は、例えば２つの層（好ましくは例えばＣｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、ＮｉまたはＦｅのような金属により形成された２つの層のような）のような複数の層の組み合わせを含んでもよい。また、好ましくは金属の２つの層は物理気相成長法（ＰＶＤ）のようなスパッタ法または原子層堆積法（ＡＬＤ）もしくは化学気相成長法（ＣＶＤ）のような堆積法を用いて形成してもよい。本発明は、任意の数の層の組み合わせについても開示していることに留意すべきである。さらに、２以上の層の組み合わせはまた、少なくとも１つの純金属層と少なくとも１つの非純金属層および／または非金属層との組み合わせであってもよい。
【００９２】
さらに別の実施形態では、触媒材料層４は金属合金を含んでもよい。
【００９３】
基体Ｓがシリコンを含み、触媒材料層４が金属または金属合金を含有する層である場合には注意を要することに留意すべきである。この場合、熱的に支援される方法を用いて触媒層４を分割した(break up)場合、基体を加熱する際にケイ酸塩（シリケート）を形成するように触媒材料と基体Ｓとの間に相互作用が起こり得る。これを避けるように、好ましくは中間バリア層を基体Ｓと触媒材料層４との間に設けてもよい。バリア層は、例えばＳｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＨｆＮ、ＳｉＯ２等でもよく、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００９４】
さらに別の実施形態では、触媒材料層４は金属シリサイドを含んでもよい。この場合、最初シリコン層と金属層とを基体の上に堆積してもよい。好ましくは、金属層を堆積する前に、基体Ｓにシリコン層を堆積してもよい。もっとも好ましくは、シリコン層はＣＶＤを用いて形成してもよい。金属シリサイドを形成するための金属層は、好ましくはＣｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、ＰｔまたはＦｅであってもよい。好ましくは、金属層はＰＶＤ、ＡＬＤまたはＣＶＤを用いて形成する。基体Ｓがシリコン基体（例えばＳｉウエハー）の場合、ベース基体１に誘電体層２が存在せず、触媒材料層４が金属シリサイドを含み、金属シリサイドのナノ粒子がベース基体１に移動するのを避けるように、シリコン層を堆積する前にバリア層を形成してもよい。上述したのと同様に、バリア層は、例えばＳｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＨｆＮ、ＳｉＯ２等でもよく、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００９５】
図１Ｃは、例えば基体Ｓのアニーリングまたは加熱のような熱的支援および／またはプラズマ支援による、少なくとも１つの触媒材料層４のナノ粒子５、６への変化を示す。基体Ｓのアニーリングは、例えば温度範囲５００℃〜９００℃、好ましくは６００℃〜８００℃での高速熱アニール（ＲＴＡ）により実施してもよい。他の適切なアニール方法の例は４００℃でのＨ２プラズマである。アニーリングを実施する温度は、ナノ粒子５、６が形成されるべき触媒材料層４の厚さに依存してよい。好ましくは、基体のアニーリングは少なくとも１分から数分の間実施する。好ましくは、アニーリングはＮ２中で行ってもよい。好ましくは、アニーリングはその間、破られることのない真空中で行ってもよい。
【００９６】
アニーリング工程の間に触媒材料層４に生じる応力は、図１Ｃに示すように２次元的な島またはナノ粒子５、６を水平な領域に形成する。触媒材料層４の厚さは、アニーリング工程の温度および保持時間と同様に、ナノ粒子５、６の寸法の制御、とりわけ直径の制御に影響を与え得る。同じアニーリング条件では、より薄い層４は、数密度が増加した(number density)、より小さなナノ粒子５に変化する。ナノ粒子５を最適に形成するための最適の温度および時間は、用いる触媒材料の種類と触媒材料層４の厚さに依存し得る。アニーリングを行うのに必要な温度は触媒材料層４の厚さと用いる触媒材料とに依存する。一方、配列の密度の変化、すなわち隣接する凹部３の間の距離は、ナノ粒子５、６の形成に顕著な影響を及ぼさないことを見出している。
【００９７】
図２Ａは、触媒材料がニッケルを含む場合で、７００℃で１分間のアニーリング工程後の凹部３の底部に形成したナノ粒子５と、基体表面に形成したナノ粒子６とを上方から観察した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す。この実施例では、触媒材料層４は、２ｍｍの厚さであった。この写真より、ナノ粒子６は凹部３の底部と異なる位置、すなわち基体表面にも形成していることがわかる。本明細書において、これらのナノ粒子６は、以降、外部ナノ粒子(exterior nanoparticle)６と呼ぶ。
【００９８】
本発明の他の実施形態では、ナノ粒子５、６と溶媒とを含む溶液より、ナノ粒子５、６を析出することで基体Ｓにナノ粒子５、６を供給してもよいことに留意すべきである。ナノ粒子５、６の析出(deposition)は、好ましくは基体Ｓへの溶液のスピンコーティング(spinning)により実施する。ナノ粒子５、６は、当業者により知られている如何なる適切な方法により形成してもよく、そして基体Ｓにナノ粒子５、６をスピンコーティングするように、溶媒と混合してもよい。ナノ粒子５、６が析出した後、凹部３の底部および基体Ｓの表面にナノ粒子５、６のみが残存するように溶媒を除去してもよい。溶媒の除去は、例えば熱的な乾燥工程での溶媒の蒸発により実施してもよい。
【００９９】
次の工程において、凹部３の底部と異なる位置に形成された外部ナノ粒子６を選択的に除去してもよい。これら外部ナノ粒子６の選択的な除去は、例えば図１Ｄに示すように実施してもよい。第１工程で、凹部３は少なくとも部分的に犠牲材料７により満たされ、これにより少なくとも凹部３の底部のナノ粒子５は覆われる。犠牲材料７による少なくとも部分的な凹部３の充填は、例えばスピンコーティング法(spin-on technique)により実施してもよい。犠牲材料７は、有機材料、好ましくは市販の有機材料でよく、好ましくは、例えばレジストのようなフォトリソグラフィー材料でもよい。例えば、犠牲材料による凹部３の少なくとも部分的な充填は、犠牲スピンコーティング有機ポリマー７を基体Ｓに形成し、犠牲スピンコーティング有機ポリマー７により少なくとも凹部３のナノ粒子５を覆う。
【０１００】
本発明の実施形態では、図１Ｄに示すように、凹部３に完全に犠牲材料７を充填してもよい。これは、好ましくは例えば２０００ｒｐｍのような所定の回転速度で、例えば１または２分のような所定の時間スピンコーティングすることにより行われてもよい。しかしながら、他の実施形態では凹部３の一部のみ犠牲材料７を充填してもよい。これは、好ましくはスピンコーティングにより実施してもよいが、しかしこの場合凹部３を部分的に充填する必要があることから、より少ない犠牲材料を用いる。例えば凹部３は、凹部３の底部に形成したナノ粒子５が犠牲材料７により覆われている限り、その半分または３分の１を犠牲材料７により充填されてもよい。少なくとも部分的に凹部３を充填し、これにより凹部３の底部に存在するナノ粒子５を覆う工程は主に、更なる工程、より詳細には凹部３の底部とは異なる部位に位置する外部ナノ粒子６を選択的に除去する工程において、ナノ粒子５を保護するために実施する。外部ナノ粒子６の除去は、好ましくは化学機械研磨（ＣＭＰ）により実施してもよい。さらに、この工程は好ましくない不純物をもたらすかもしれない工程後の残存物から凹部３の底部に形成したナノ粒子５を保護する。
【０１０１】
外部ナノ粒子６を選択的に除去した後、例えばＣＭＰ工程を実施し、犠牲材料７を取り除いてもよい。これは、例えば基体Ｓの材料にダメージを生じない、犠牲材料７の除去に適した湿式洗浄工程でもよい、洗浄工程により実施してもよい。この洗浄工程は凹部３より犠牲材料７を取り除き、これにより凹部３に形成したナノ粒子５を解放する。
【０１０２】
犠牲材料７を取り除くための洗浄工程の後、いくらかの犠牲材料７が、まだ凹部３に存在するかもしれず、例えばＣＭＰ工程に起因する不純物（例えばスラリー残存物）（図２ＢのＣＭＰおよび犠牲材料７除去後の上方から見たＳＥＭ像を参照されたい）の小さな堆積物８（図２Ｂ）が凹部３の端部に存在するかもしれない。従って、例えばウェットエッチングのような付加的な洗浄工程を適宜行って、これらの不純物８を除去してもよい。ウェットエッチングは、例えば基体Ｓを例えばＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２を１：４の体積比で含む溶液に、例えば５分間室温で浸漬する、ピラニアエッチングとも呼ばれる工程を含んでもよい。図１Ｅは、外部ナノ粒子を除去したＣＭＰ工程、およびそれに続く上述の洗浄工程後の基体Ｓを概略的に示す。図２Ｃは、室温で５分間ピラニアエッチングを行った後の基体Ｓを上方から観察したＳＥＭ写真である。このＳＥＭ写真から、不純物８が取り除かれているのがわかる。
【０１０３】
凹部３の底部に形成されるナノ粒子５の数は、形成されるナノ粒子５の寸法と凹部３の直径ｄ０に依存する。直径が１００ｎｍの凹部３について、凹部３に形成したナノ粒子５の数を図３Ａに示す。図３Ａは、直径１００ｎｍの凹部３について、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１分間アニーリングした後の凹部３毎に形成したナノ粒子５の数を示すヒストグラムである。直径１００ｎｍの凹部を有する配列では、凹部内部のナノ粒子５の平均個数は２０±０．５１であってもよい。より大きな直径の凹部３は、その凹部３に、より多くの数のナノ粒子５を生じるであろう。また、触媒材料層４の厚さも凹部３に形成するナノ粒子５の個数に影響を与えるであろう。なぜなら、凹部３に形成するナノ粒子の寸法は基体Ｓの上に形成されている触媒材料層４の厚さに依存するからである。図３Ｂは直径が１００ｎｍの凹部３において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１分間アニーリングした後に形成したナノ粒子５の寸法または直径のヒストグラムを示す。図３Ｂから、上述した厚さ２ｎｍのＮｉ触媒のアニーリング後に形成するナノ粒子の平均直径は１２．６５ｎｍ±０．８４ｎｍであることがわかる。これは６．６％の偏差である。このことから、本発明の実施形態にかかる方法では、狭い寸法の分布でナノ粒子５を形成することができることがわかる。本発明では、狭い寸法の分布は、従って５〜１０％、好ましくは５〜８％の偏差を有する寸法または直径の分布を有する、またはナノ粒子の直径の偏差が５〜１０％以内、好ましくは５〜８％以内であると言うことができる。
【０１０４】
本発明にかかる実施形態では、選択的に形成した高密度の（または個数の多い）ナノ粒子を得る。前記高密度のナノ粒子は１０１１〜１０１２個／ｃｍ２の密度であってもよい。
【０１０５】
本発明の実施形態にかかる、基体Ｓの所定の位置に形成される触媒ナノ粒子５は、好都合にも所定の位置にＣＮＴまたは概して細長いナノ構造体を成長するのに用いてもよい。
【０１０６】
従って、本発明はまた、基体Ｓに細長いナノ構造体を形成する方法も提供する。本方法は、本発明の実施形態で上述したように基体Ｓの所定の位置に触媒ナノ粒子を提供する工程と、次に触媒としてナノ粒子５を用いて凹部３で細長いナノ構造体を成長させる工程を含む。図１Ｆは、触媒として凹部３の底部に形成したナノ粒子５を用いたＣＮＴ９の成長を示す。これは、ナノ粒子を適切なＣＮＴの合成条件に置くことで実施する。ＣＮＴ９は、好ましくは化学気相成長法（ＣＶＤ）またはプラズマ支援ＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）により成長させてもよい。これらの方法は、例えばＣＨ４とＣ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４とアシスタントガスとして例えばＮ２および／またはＨ２のようなガスをカーボンソースとして用いる。最も好ましくは、ＣＮＴ９を成長する方法は、Ｃ２Ｈ４をカーボンソースとして、かつＮ２および／またはＨ２をアシスタントガスとして用いてもよく、成長温度として、例えば６００℃〜８００℃のような９００℃より低い温度で実施してもよい。他の実施形態では、ＣＨ４のような他のカーボンソースを用いてもよく、また別の成長温度が必要かもしれない。例えば、ＣＮＴ９が成長する基体Ｓの材料のダメージを避けるように、成長温度は４５０℃より低くてもよい。例えば、Ｃ２Ｈ４以外の他のカーボンソースを用いた５００℃より低い成長温度もまた、ＣＮＴの成長に適している。概して、形成されるＣＮＴ９の直径は、元の触媒ナノ粒子５の直径と一致してもよく、すなわち実質的に同じでよい。ナノ粒子の寸法の減少とともに、１対１の関係（または相関関係）に従い、ＣＮＴ９の直径は小さくなってもよい。純金属のナノ粒子５では、ＣＮＴ９の大規模な成長が８００℃まで起こる。
【０１０７】
図４Ａは、直径１００ｎｍの凹部３において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１分間アニーリングして形成するナノ粒子５より成長するＣＮＴ９の個数を示す。ＣＮＴ９は７００℃で、２００ｍｌ／分のエチレンの定常流の中で１分間成長させる。直径が１００ｎｍの凹部３の配列で、凹部３の内部に形成されるＣＮＴ９の平均個数は、例えば凹部３あたり２０個のＣＮＴであってもよい。
【０１０８】
図４Ｄは、直径１００ｎｍの凹部３において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００度で１分間アニーリングして形成するナノ粒子５より成長するＣＮＴ９の直径のヒストグラムを示す。ＣＮＴ９は７００℃で２００ｍｌ／分のエチレンの定常流の中で１分間成長させる。図４Ｂから、ＣＮＴの平均直径が１２．５ｎｍであることがわかる。
【０１０９】
図６Ａは、０．５ｎｍのコバルト膜（プラズマ気相法を用いる）より得たコバルトナノ粒子を上方から見たＳＥＭ像である。凹部に位置するナノ粒子は、１０１２個／ｃｍ２の高い密度を有する。図６Ｂは、凹部の内部で成長したＣＮＴの横方向から見たＳＥＭ像であり、このナノ粒子が多い個数（高い密度）のＣＮＴをもたらす、ＣＮＴの成長を開始する（活性ナノ粒子）のに適していることを示している。
【０１１０】
実施形態にかかるＣＮＴ９は触媒材料と基体Ｓとの相互作用に応じ、ベース成長(base growth)またはボトムアップ成長（または下から上への成長、bottom up growth)でもよく、また他の実施形態では、チップ成長(tip growth)またはトップダウン成長（または上から下への成長、top down growth）でもよい。例えば、触媒材料と基体Ｓとの相互作用が無いまたは弱いとナノ粒子５を上部（または先端、top）に有するＣＮＴ９をもたらすチップ成長を生じてもよい。
【０１１１】
生じたＣＮＴ９の特性は、ＣＮＴ９の成長の際に用いた、プロセスパラメータに依存し得る。例えば、成長温度が上昇すると、生じたＣＮＴ９は、より真っ直ぐになり得る。さらに成長温度が９００℃では、ほんのわずかのナノ粒子５がＣＮＴの成長に触媒として作用できる。この効果は、触媒ナノ粒子の位置に起因する。高温であるため、Ｃ２Ｈ４は炭素が触媒ナノ粒子５の内部に拡散するよりも早く分解する。従って、触媒粒子５は、非晶質カーボンに覆われ、もはやＣＮＴ成長の触媒として作用できない。
【０１１２】
必要であれば、成長後ＣＮＴ９は容易に基体Ｓより解放できる。これは、例えばＣＮＴ９と基体Ｓとの間の相互作用が弱い場合、例えば脱イオン水により濯ぐことで実施してもよい。
【０１１３】
本発明の実施形態にかかる方法に基づくＣＮＴ９の成長についての好ましい実施形態は、例えば半導体デバイスの製造に用いることができる。例えば、ＣＮＴ９のチップ成長またはトップダウン成長、すなわちナノ粒子５がＣＮＴ９の上端に付着している場合、成長したＣＮＴ９に対する電気的な接触を容易に認識することができる。
【実施例】
【０１１４】
以下に本発明の実施形態にかかる方法を説明するいくつのかの実施例を示す。
【０１１５】
実施例１：金属ナノ粒子の形成
８ｎｍおよび２ｎｍの厚さのＮｉ層およびＣｏ層より生じる純金属のナノ粒子５、６を評価する。
【０１１６】
物理気相成長法（ＰＶＤ）を用いＮｉ層４を形成し、７００℃で１分間、Ｎｉ層をアニーリングした。ＳＥＭでの解析によりナノ粒子の寸法分布を決定した。上述のアニーリング条件で厚さ８ｎｍに堆積したＮｉ層より生じたナノ粒子５、６の粒子径は、６７ｎｍ±６ｎｍであった。厚さ２ｎｍに堆積したＮｉ層より生じたナノ粒子５、６の粒子径は、１７ｎｍ±４ｎｍであった。
【０１１７】
厚さ８ｎｍと厚さ２ｎｍのＣｏ層より生じた純金属ナノ粒子５、６は同じ厚さのＮｉ層で観察されたのと全く同じ挙動を示す。
【０１１８】
従って、金属、すなわちＮｉまたはＣｏ層４の与えられた厚さの実施例では、ナノ粒子５、６の直径は触媒材料４の厚さに依存すると結論付けることができる。触媒材料４の厚さが薄いほど、生じるナノ粒子５、６の直径が小さくなる。
【０１１９】
実施例２：ＣｏおよびＮｉナノ粒子を触媒として用いたＣＮＴの成長
本発明の実施例にかかるナノ粒子５を選択的に得る方法を完全に行った後のＮｉおよびＣｏ（純金属）の触媒作用を完全に評価するように、ＮｉおよびＣｏナノ粒子５を広い範囲の合成条件に曝した。ＣＮＴの成長を実施するためにＣＶＤチャンバーを用いた。反応系(system)は、ロードロックプレチャンバーであって、そこから磁気的なマグネティックトランスファーロッドを用いて、直径８０ｍｍのクォーツチューブを含み、長さが１２０ｃｍで水平炉に囲まれた固定床反応装置(fixed bed reactor)にサンプルを輸送するロードロックプレチャンバーを含んでもよい。反応系の圧力は大気圧から１ｍｂａｒまで変えることができ、一方、温度は１２００℃まで上げることができる。カーボンソース、水素ガスおよび窒素ガスを流量１００〜５００ｍｌ／分の範囲および最大圧力３ｂａｒで直接固定床反応装置に供給する。全てのサンプルは所望の成長温度で条件調整を行った。それぞれのサンプルを、キャリアガス、Ｎ２とＨ２の混合でそれぞれ流量４０００ｍｌ／分と２０００ｍｌ／分の定常流れのある反応装置の中央に２分間置いた。次にエチレンを１００ｍｌ／分、２００ｍｌ／分および５００ｍｌ／分と異なる流量で炉内に流した。ＣＮＴの成長は、大気圧で、６００℃〜８００℃の範囲のいくつかの温度で、異なる期間すなわち１、２、５および１０分間行った。ＣＮＴが成長した後、サンプルをプレチャンバーに戻し、Ｎ２雰囲気で冷却した。得られたＣＮＴは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）により調査した。上方からの解析は、Ｗフィラメントのフィリップ社製Ｘ−３０およびＸ−３１ＳＥＭにより行った。ＴＥＭ像は、電界放出銃（ＦＥＧ）を備えたＪＥＯＬ２０１０Ｆを加速電圧２００ｋｅｖで用いて記録した。
【０１２０】
触媒として選択的に得たＣｏおよびＮｉナノ粒子５を用い、評価した合成パラメータの全範囲でＣＮＴ９の高密度の配列を成長させた。両方の金属において、全ての場合で多量の成長が確認された。カーボンソースの流量、温度および保持時間の影響を調査した。これらのパラメータから、アニーリングおよび成長が行われた間の時間がＣＮＴ９の長さに大きな影響を及ぼすという結論を得ることができる。
【０１２１】
例えば、１０分間の成長時間の後、長さ最大１５μｍの長いＣＮＴ９を得ることができる。図５Ａに示すように、これらの環境で得たＣＮＴ９は、絡み合い、基体Ｓの表面の配列領域全体（凹部３の外側も）を覆い得る。このことは、本発明の実施形態にかかる方法により多量のＣＮＴ９の成長を得ることができることを示している。ＣＮＴ９は、凹部３の外側に成長し、そして同じ凹部３で成長した隣接するＣＮＴ９および隣接する凹部３で成長したＣＮＴ９と絡み合うことができる。しかしながら、実験的な観点では、このような長い絡み合ったＣＮＴを得た場合は、これらの特性を調査するのが困難である。従ってＣＮＴの成長は、上述のＣＮＴ成長方法についての他のパラメータは維持したまま、より短い時間で実施した。適切な成長時間を選択することにより、ＣＮＴ９の長さを調整することができ、これによりＣＮＴ９が、図５Ａに示した上述の成長方法による場合のように、凹部３の外部、すなわち上に成長した際の絡み合いを避けることができる。
【０１２２】
成長および得られるＣＮＴ９への時間の影響に対処するように、このパラメータは系統的に減少させた。２分にまでさえ減少させたが変化は認められなかった。まだ、絡み合った長いＣＮＴの成長が観察された。成長時間を１分に減少すると、ＣＮＴ９は、それぞれの凹部３より形成され、隣接する凹部３で成長したＣＮＴが絡み合わないことを観察することができた。このことは、７００℃で１分間２００ｍｌ／分の定常流れのエチレン中で成長させたＣＮＴ９の配列を上方から見たＳＥＭ像である図５Ｂに示されている。図５Ｂから、ＣＮＴ９は凹部３の内部より束状に成長していることがわかる。これは、１つの凹部３に、いくつかのナノ粒子５が形成されていることに起因する。概して、１対１のナノ粒子／ナノチューブ比は容易に達成され得る。同じ配列の凹部３での、成長密度の均一性、すなわち１つの凹部３のＣＮＴ９の量の均一性、が認められた。これは、本発明の実施形態にかかる触媒材料層４の形成が均一にできることを示している。
【０１２３】
さらに、本発明の実施形態にかかる選択的に形成したナノ粒子５の触媒としての活性は、ブランケットフィルムで認められるものと同程度あり、すなわち基体Ｓの凹部３の内部に形成することによる触媒の活性度(catalytic activity)の損失は認められない。ＣＮＴの直径の分布も、また均一であることが認められる。より詳細なＳＥＭの調査は、広く報告されているように１対１の関係に従い、チューブの直径が、それが成長したナノ粒子の直径に従い変化することを示している。このことは、ＣＮＴ直径の正確な制御は、主として、ＣＮＴがそこから成長する触媒ナノ粒子５の寸法により制限されるという事実をサポートする。
【０１２４】
従って、単分散のＣＮＴの配列を成長させるように、本発明の実施形態にかかる方法により形成および孤立化されるナノ粒子の適切な寸法が達成されなければならない。ＣＮＴ９の長さを除いて、成長の時間は得られるＣＮＴ９の他の特性を変化させないようである。
【０１２５】
しかしながら、成長温度またはカーボンソースの流量を変化させた場合、形態の違いが認められる。成長したＣＮＴ９は、６００℃でツイスト構造を示す。成長温度が高くなると、より真っ直ぐなＣＮＴ９をもたらす。この現象は、より高い温度は、生成するＣＮＴ９に、より少ない欠陥及びより優れたＣＮＴ壁の黒鉛化を形成するという事実に起因している。カーボンソースの流量を変化させるなかで、非晶質Ｃが形成しない最適値が認められた。同じナノ粒子の寸法の場合、温度とともに、ある程度、流量を増加させることが可能である。チップ成長メカニズム(tip growth mechanism)による多量成長の発生は、評価したパラメータの全範囲で確認される。チップ成長では、触媒ナノ粒子はそれぞれＣＮＴの最上部に残存する。この現象は、例えば基体Ｓがベース基体１とベース基体１の上にＳｉＯ２層２を含む場合に起こり得る。ナノ粒子５は、それが形成されるＳｉＯ２層２に接着しないからである。従って、成長したＣＮＴ９は、基体から容易に剥離する傾向がある。この現象は、ＣＮＴの絡み合いに起因してより長い成長時間でとりわけ認められる。概して、上述した全ての特徴が基体の端部領域ならびに中央領域で認められた。さらに、ＮｉおよびＣｏのナノ粒子５は触媒挙動に差が認められなかった。
【０１２６】
実施例３：ＣＶＤで成長したＣＮＴの成長パラメータの評価
実施例２で示した成長パラメータを更に評価するために、成長時間とカーボンソースの流速をそれぞれ、３０秒と１０ｍｌ／分とに減少し、一方成長温度を９００℃に上げた。ＣＮＴ９の成長に直ちに影響が認められた。これを図５Ｃに示す。単一のＣＮＴ９は全ての凹部３ではなく、ほんのいくつかの凹部３から成長した。限られたカーボンソースの量と成長時間の減少により、ＣＮＴの長さが制御されていた。さらに、形態への影響が明確に認められた。全てのＣＮＴ９が直線状であった。一方、このような状況下では、ナノ粒子の全てが活性であったわけではない。これはおそらく上述した高温での悪影響に起因している。
【０１２７】
実施例４：ＣＮＴ成長後のＣｏおよびＮｉ純金属ナノ粒子の状態。
ＣＮＴが完全に成長した後のＣｏおよびＮｉ純金属ナノ粒子５の状態を明らかにするように、７００℃で１時間成長させたＣＮＴ９のＨＲＴＥＭ観察を実施した。粒子で測定した面間隔（または格子面間隔）(ｄｈｋｌ＝０．２０４ｎｍ)がＮｉの結晶構造のこの特性値（ｄｈｋｌ＝０．２０３ｎｍ）と一致することが認められる。完全にＣＮＴの成長工程が完了した後、ＣＮＴ９の中に組み込まれたナノ粒子５は純金属として残存している。また全てのＣＮＴ９は多層(multi-wall)ＣＮＴであることも認められた。ナノ粒子５の寸法は単層(single wall)ＣＮＴの成長には大き過ぎることから、このことは予想されていた。一方、グラファイト壁は無欠陥(defect free)ではない。しかしながら、これは、成長パラメータを調整することで改善可能である。
【０１２８】
上述した方法は、多くの変形および改良が可能であることが知られている。従って、方法およびその関連する用途は上述した方法にのみ限定されるものではない。本発明にかかるデバイスについて、好ましい実施形態、特定の構造および配置、あるいは材料が明細書中で示されているが、構造および詳細部の多くの変更または改良が本発明の技術的範囲および精神から逸脱することなく可能であることを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１Ａ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｅ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図１Ｆ】本発明の実施形態にかかる、基体の凹部でのＣＮＴの成長方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる、ナノ粒子の選択的析出の際の異なる工程において上方よりみたＳＥＭ像である。
【図３】１００ｎｍの直径を有する凹部において、厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１時間アニーリングした後に形成するナノ粒子の（Ａ）数の分布および（Ｂ）直径の分布のそれぞれのヒストグラムを示す。
【図４】厚さ２ｎｍのＮｉ触媒層を７００℃で１時間アニーリングした後に形成する粒子より成長したＣＮＴの（Ａ）数の分布および（Ｂ）直径の分布のそれぞれのヒストグラムを示す。凹部は１００ｎｍの直径を有し、７００℃で一定の２００ｍｌ／分のエチレンの流れで１分間成長させた。
【図５】本発明の特定の実施形態にかかる、成長したＣＮＴの配列を上方から見たＳＥＭ像である。
【図６Ａ】凹部に位置するナノ粒子を上方から見たＳＥＭ像であり、これら凹部内の多数のナノ粒子を示している。
【図６Ｂ】凹部で成長したＣＮＴを側面から見たＳＥＭ像であり、ナノ粒子がＣＮＴの成長を起こさせる（活性ナノ粒子）のに適しており、多数の（高密度の）ＣＮＴをもたらすことを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部を有する凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程と、
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程と、
を含むことを特徴とする基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５）を形成する方法。
【請求項２】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が、
基体（Ｓ）に少なくとも１つの触媒材料層（４）を供給し、触媒材料が凹部（３）の少なくとも底部を覆う工程と、
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程と、
により為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程が、熱および／またはプラズマ支援法により為されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が
ナノ粒子（５、６）と溶媒とを含む溶液よりナノ粒子（５、６）を基体（Ｓ）に析出する工程と、
ナノ粒子（５、６）を析出後、溶媒を取り除く工程と、
により為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
溶媒を取り除く工程が、蒸発により為されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程が、
犠牲材料（７）を基体（Ｓ）に堆積し、犠牲材料（７）が少なくとも凹部（３）の底部に供給されたナノ粒子（５）を覆う工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を取り除く工程と、
犠牲材料（７）を取り除く工程と、
により為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
犠牲材料（７）を取り除く工程が、湿式洗浄方法により為されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
凹部（３）の端部から不純物（８）を取り除く工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
凹部（３）の端部から不純物（８）を取り除く工程が、基体（Ｓ）をＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が１：４の溶液に５分間浸漬することにより為されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程が、基体（Ｓ）の所定の位置に凹部（３）をエッチングして為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
エッチングの前に、基体（Ｓ）にリソグラフィー法により所定の位置を規定する工程を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基体（Ｓ）がベース基体（１）を含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程がベース基体（１）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
基体（Ｓ）がベース基体（１）と誘電体層（２）とを含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程が誘電体層（２）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
基体（Ｓ）に細長いナノ構造体（９）を成長させる方法への請求項１記載の方法の使用。
【請求項１５】
底部を有する凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程と、
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程と、
凹部（３）の底部に供給されたナノ粒子（５）を触媒として用いて、凹部（３）に細長いナノ構造体（９）を成長させる工程と、
を含むことを特徴とする基体（Ｓ）に細長いナノ構造体（９）を形成する方法。
【請求項１６】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が、
基体（Ｓ）に少なくとも１つの触媒材料層（４）を供給し、触媒材料が凹部（３）の少なくとも底部を覆う工程と、
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程と、
により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程が、熱および／またはプラズマ支援法により為されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が
ナノ粒子（５、６）と溶媒とを含む溶液よりナノ粒子（５、６）を基体（Ｓ）に析出する工程と、
ナノ粒子（５、６）を析出後、溶媒を取り除く工程と
により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
溶媒を取り除く工程が、蒸発により為されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
細長いナノ構造体（９）の成長が、化学気相成長法により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
細長いナノ構造体（９）を成長させる工程が、
カーボンソースとアシスタントガスとを供給する工程と、
基体（Ｓ）を加熱することにより細長いナノ構造体（９）を成長させる工程と、
を含むことを特徴と請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
細長いナノ構造体（９）を成長させる工程が、基体（Ｓ）を６００℃から８００℃の間の温度に加熱して為されることを特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２３】
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程が、
犠牲材料（７）を基体（Ｓ）に堆積し、犠牲材料（７）が少なくとも凹部（３）の底部に供給されたナノ粒子（５）を覆う工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を取り除く工程と、
犠牲材料（７）を取り除く工程と、
により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
基体（Ｓ）がベース基体（１）を含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程がベース基体（１）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
基体（Ｓ）がベース基体（１）と誘電体層（２）とを含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程が誘電体層（２）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
細長いナノ構造体（９）の成長がベース成長により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
細長いナノ構造体（９）の成長がチップ成長により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
半導体製造工程での請求項１５に記載の方法の使用。
【請求項１】
底部を有する凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程と、
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程と、
を含むことを特徴とする基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５）を形成する方法。
【請求項２】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が、
基体（Ｓ）に少なくとも１つの触媒材料層（４）を供給し、触媒材料が凹部（３）の少なくとも底部を覆う工程と、
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程と、
により為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程が、熱および／またはプラズマ支援法により為されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が
ナノ粒子（５、６）と溶媒とを含む溶液よりナノ粒子（５、６）を基体（Ｓ）に析出する工程と、
ナノ粒子（５、６）を析出後、溶媒を取り除く工程と、
により為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
溶媒を取り除く工程が、蒸発により為されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程が、
犠牲材料（７）を基体（Ｓ）に堆積し、犠牲材料（７）が少なくとも凹部（３）の底部に供給されたナノ粒子（５）を覆う工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を取り除く工程と、
犠牲材料（７）を取り除く工程と、
により為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
犠牲材料（７）を取り除く工程が、湿式洗浄方法により為されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
凹部（３）の端部から不純物（８）を取り除く工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
凹部（３）の端部から不純物（８）を取り除く工程が、基体（Ｓ）をＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が１：４の溶液に５分間浸漬することにより為されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程が、基体（Ｓ）の所定の位置に凹部（３）をエッチングして為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
エッチングの前に、基体（Ｓ）にリソグラフィー法により所定の位置を規定する工程を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
基体（Ｓ）がベース基体（１）を含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程がベース基体（１）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
基体（Ｓ）がベース基体（１）と誘電体層（２）とを含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程が誘電体層（２）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
基体（Ｓ）に細長いナノ構造体（９）を成長させる方法への請求項１記載の方法の使用。
【請求項１５】
底部を有する凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程と、
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程と、
凹部（３）の底部に供給されたナノ粒子（５）を触媒として用いて、凹部（３）に細長いナノ構造体（９）を成長させる工程と、
を含むことを特徴とする基体（Ｓ）に細長いナノ構造体（９）を形成する方法。
【請求項１６】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が、
基体（Ｓ）に少なくとも１つの触媒材料層（４）を供給し、触媒材料が凹部（３）の少なくとも底部を覆う工程と、
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程と、
により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの触媒材料層（４）をナノ粒子（５、６）に分割する工程が、熱および／またはプラズマ支援法により為されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
基体（Ｓ）に触媒ナノ粒子（５、６）を供給する工程が
ナノ粒子（５、６）と溶媒とを含む溶液よりナノ粒子（５、６）を基体（Ｓ）に析出する工程と、
ナノ粒子（５、６）を析出後、溶媒を取り除く工程と
により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
溶媒を取り除く工程が、蒸発により為されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
細長いナノ構造体（９）の成長が、化学気相成長法により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
細長いナノ構造体（９）を成長させる工程が、
カーボンソースとアシスタントガスとを供給する工程と、
基体（Ｓ）を加熱することにより細長いナノ構造体（９）を成長させる工程と、
を含むことを特徴と請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
細長いナノ構造体（９）を成長させる工程が、基体（Ｓ）を６００℃から８００℃の間の温度に加熱して為されることを特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２３】
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を選択的に取り除く工程が、
犠牲材料（７）を基体（Ｓ）に堆積し、犠牲材料（７）が少なくとも凹部（３）の底部に供給されたナノ粒子（５）を覆う工程と、
凹部（３）の底部と異なる位置に供給されたナノ粒子（６）を取り除く工程と、
犠牲材料（７）を取り除く工程と、
により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
基体（Ｓ）がベース基体（１）を含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程がベース基体（１）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
基体（Ｓ）がベース基体（１）と誘電体層（２）とを含み、凹部（３）を基体（Ｓ）の所定の位置に形成する工程が誘電体層（２）に凹部（３）を形成して為されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
細長いナノ構造体（９）の成長がベース成長により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
細長いナノ構造体（９）の成長がチップ成長により為されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
半導体製造工程での請求項１５に記載の方法の使用。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２００９−１５５１１１（Ｐ２００９−１５５１１１Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−３２８７４４（Ｐ２００７−３２８７４４）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（５９１０６０８９８）アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＩＲ ＭＩＣＲＯ−ＥＬＥＫＴＲＯＮＩＣＡ ＣＥＮＴＲＵＭ ＶＺＷ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８７４４（Ｐ２００７−３２８７４４）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（５９１０６０８９８）アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＩＲ ＭＩＣＲＯ−ＥＬＥＫＴＲＯＮＩＣＡ ＣＥＮＴＲＵＭ ＶＺＷ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]