JP2006308559A - ナノワイヤーの選択的な堆積を利用した、ナノワイヤーchemfetセンサ装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板34を用意する工程と、上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層42を堆積する工程と、上記多結晶ZnOシード層にパターンを形成し、エッチングする工程と、上記多結晶ZnOシード層および上記シリコン基板上に絶縁層46を堆積する工程と、上記絶縁層にパターンを形成およびエッチングし、ソース領域およびドレイン領域に対する接触孔を形成する工程と、上記接触孔を金属化し、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接点54,56を形成する工程と、誘電層58を堆積し、上記絶縁層および上記接点を封止する工程と、上記封止した層にパターンを形成およびエッチングし、多結晶ZnOシード層を露出する工程と、上記露出したZnOシード層上においてZnOナノ構造66を成長させ、ZnOナノ構造体センサ装置を形成する工程と、を含む。
【選択図】 図8
Description
本発明は、ナノテクノロジーおよび/またはマイクロエレクトロニクス、物性センサ/探知器に関するものであり、より詳細には、シード層上においてナノワイヤー群を成長させることによってCHEMFETセンサ装置を製造する方法に関する。
汚染制御、毒ガス監視、国土安全保障、ラボオンチップ(lab on a chip)などの用途において、安価で高感度な物性ガスセンサの需要が高まっている。金属酸化物のような、ある特定の材料が、その表面の性質により、様々な気体に対して高感度を示すことが知られている。近年、これら高感度材料の平面薄膜の使用を採用した、物性ガスセンサが提案され、製造されている。様々な気体に対するセンサとしての物性金属酸化物の使用がErannaらによる「Oxide materials for development of integrated gas sensors − A comprehensive review, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 29(3−4):111−188(2004)」に示されている。
ナノワイヤーCHEMFETセンサ機構の製造方法は、シリコン基板を用意する工程と、上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程と、上記多結晶ZnOシード層にパターンを形成し、エッチングする工程と、上記多結晶ZnOシード層およびシリコン基板上に絶縁層を堆積する工程と、上記絶縁層にパターンを形成およびエッチングすることによって、ソース領域、およびドレイン領域への接触孔を形成する工程と、上記接触孔を金属化することによって、ソース領域、およびドレイン領域に対する接点を形成する工程と、上記絶縁層および上記接点上に誘電層を堆積する工程と、誘電層にパターンを形成およびエッチングすることによって、ソース領域とドレイン領域との間に上記多結晶ZnOシード層を露出する工程と、上記露出したZnOシード層上においてZnOナノ構造体を成長させ、ZnOナノ構造体センサ装置を形成する工程を含む。
ナノワイヤーを選択的に成長させることにより、ナノ構造体であるゲート物質を備えたCHEMFETセンサを製造する方法について説明する。より詳細には、例としてZnOを用いて、ナノワイヤーの成長を説明する。この方法は、In2O3等の、他のナノワイヤーのための適切なシード層の使用にも適用可能である。Conley,Jr.らによる米国特許出願第10/977,430号(2004年10月29日にファイルされた)「Selective growth of ZnO nanowires using a patterned ALD ZnO seed layer」に示されているように、パターンを形成したZnOシード層を用いて、ZnOナノワイヤーを選択的に成長させる。Conley,Jr.らによる米国特許出願第10/956,786号(2004年10月1日にファイルされた)「Nanowire Sensor Device Structures」に示されているように、パターンを形成したZnOシード層を用いて、ZnOナノワイヤー架橋を選択的に成長させる。これらの方法は、標準的なマイクロエレクトロニクス処理技術により置き換えることが可能であり、また、CMOS装置と組み合わせてもよい。
ソース領域およびドレイン領域が形成されたシリコン基板上に、多結晶シード層を堆積する工程と、
上記多結晶シード層にパターンを形成しかつエッチングする工程と、
上記多結晶シード層および上記シリコン基板に絶縁層を堆積する工程と、
上記絶縁層にパターンを形成しかつエッチングすることによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接触孔を形成する工程と、
上記接触孔を金属化することによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接点を形成する工程と、
上記絶縁層および上記接点に誘電層を堆積することによって、上記絶縁層および上記接点を封止する工程と、
上記誘電層にパターンを形成しかつエッチングすることによって、上記ソース領域と上記ドレイン領域との間に多結晶シード層を露出させる工程と、
上記露出されたシード層においてナノ構造体を成長させることによって、ナノ構造体センサ装置を形成する工程と、を含む方法。
36、38 ソース領域、またはドレイン領域
42 多結晶ZnOシード層
46 絶縁層
54、56 接点
58 誘電層
66 ZnOナノ構造体
68 ZnOナノ構造体センサ装置
Claims (14)
- ナノワイヤーCHEMFETセンサ機構を製造する方法であって、
シリコン基板を用意する工程と、
上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程と、
上記多結晶ZnOシード層にパターンを形成し、エッチングする工程と、
上記多結晶ZnOシード層および上記シリコン基板上に絶縁層を堆積する工程と、
上記絶縁層にパターンを形成およびエッチングすることによって、ソース領域およびドレイン領域に対する接触孔を形成する工程と、
上記接触孔を金属化することによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接点を形成する工程と、
上記絶縁層および上記接点上に誘電層を堆積することによって、封止する工程と、
上記誘電層にパターンを形成およびエッチングすることによって、上記ソース領域と上記ドレイン領域との間に多結晶ZnOシード層を露出する工程と、
上記露出した多結晶ZnOシード層上においてZnOナノ構造体を成長させることによって、ZnOナノ構造体センサ装置を形成する工程と、を含む方法。 - 上記ZnOナノ構造体センサ装置を封止する工程と、上記封止したZnOナノ構造体センサ装置をCHEMFETセンサ機構内に組み込む工程と、をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程が、原子層堆積(ALD)、スピンオン塗布堆積(Spin on deposition)、RFスパッタリング、およびスプレー熱分解堆積(spray pyrolysis)から選択される堆積方法によって、上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程を含む請求項1に記載の方法。
- 上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程が、上記シリコン基板上に、膜厚が1nm〜100nmの多結晶ZnOシード層を堆積する工程を含む請求項1に記載の方法。
- 上記露出したZnOシード層上においてZnOナノ構造体を成長させる工程が、微量酸素存在下であって、接点を構成する金属の融点より低い温度条件下において、ZnOシード層をZn蒸気にさらす固体蒸着堆積によって、選択的にZnOナノ構造体を成長させる工程を含む請求項1に記載の方法。
- ナノワイヤーCHEMFETセンサ機構を製造する方法であって、
シリコン基板を用意し、ソース領域およびドレイン領域を形成する工程と、
上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程と、
上記多結晶ZnOシード層にパターンを形成し、エッチングする工程と、
上記多結晶ZnOシード層および上記シリコン基板上にシリコン酸化物絶縁層を堆積する工程と、
上記シリコン酸化物層にパターンを形成およびエッチングすることによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接触孔を形成する工程と、
上記接触孔を金属化することによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接点を形成する工程と、
上記絶縁層および上記接点上に誘電層を堆積することによって、封止する工程と、
上記誘電層にパターンを形成およびエッチングすることによって、上記ソース領域と上記ドレイン領域との間に多結晶ZnOシード層を露出する工程と、
上記露出した多結晶ZnOシード層上にZnOナノ構造体を成長させることによって、ZnOナノ構造体センサ装置を形成する工程と、
上記ZnOナノ構造体センサ装置を封止する工程と、
上記封止したZnOナノ構造体センサ装置をCHEMFETセンサ機構内に組み込む工程と、を含む方法。 - 上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程が、原子層堆積(ALD)、スピンオン塗布堆積(Spin on deposition)、RFスパッタリング、およびスプレー熱分解堆積(spray pyrolysis)から選択される堆積方法によって、上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程を含む請求項6に記載の方法。
- 上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程が、上記シリコン基板上に、膜厚が1nm〜100nmの多結晶ZnOシード層を堆積する工程を含む請求項6に記載の方法。
- 上記露出したZnOシード層上においてZnOナノ構造体を成長させる工程が、微量酸素存在下であって、接点を構成する金属の融点より低い温度条件下において、ZnOシード層をZn蒸気にさらす固体蒸着堆積によって、選択的にZnOナノ構造体を成長させる工程を含む請求項6に記載の方法。
- ナノワイヤーCHEMFETセンサ機構を製造する方法であって、
シリコン基板を用意する工程と、
上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程と、
上記多結晶ZnOシード層にパターンを形成し、エッチングする工程と、
上記ZnOシード層および上記シリコン基板上に絶縁層を堆積する工程と、
上記絶縁層にパターンを形成およびエッチングすることによって、ソース領域およびドレイン領域に対する接触孔を形成する工程と、
上記接触孔を金属化することによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接点を形成する工程と、
上記絶縁層および上記接点上に誘電層を堆積することによって、封止する工程と、
上記誘電層にパターンを形成およびエッチングすることによって、上記ソース領域と上記ドレイン領域との間に多結晶ZnOシード層を露出する工程と、
上記露出したZnOシード層上においてZnOナノ構造体を成長させることによって、ZnOナノ構造体センサ装置を形成する工程であって、微量酸素存在下であって、接点を構成する金属の融点より低い温度条件下においてZnOシード層をZn蒸気にさらす固体蒸着堆積によって、選択的にZnOナノ構造体を成長させる工程を含む、方法。 - 上記ZnOナノ構造体センサ装置を封止する工程と、上記封止したZnOナノ構造体センサ装置をCHEMFETセンサ機構内に組み込む工程と、をさらに含む請求項10に記載の方法。
- 上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程が、原子層堆積(ALD)、スピンオン塗布堆積(Spin on deposition)、RFスパッタリング、およびスプレー熱分解堆積(spray pyrolysis)から選択される堆積方法によって、上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程を含む請求項10に記載の方法。
- 上記シリコン基板上に多結晶ZnOシード層を堆積する工程が、上記シリコン基板上に、膜厚が1nm〜100nmの多結晶ZnOシード層を堆積する工程を含む請求項10に記載の方法。
- ナノワイヤーCHEMFETセンサ機構を製造する方法であって、
ソース領域およびドレイン領域が形成されたシリコン基板上に、多結晶シード層を堆積する工程と、
上記多結晶シード層にパターンを形成しかつエッチングする工程と、
上記多結晶シード層および上記シリコン基板に絶縁層を堆積する工程と、
上記絶縁層にパターンを形成しかつエッチングすることによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接触孔を形成する工程と、
上記接触孔を金属化することによって、上記ソース領域および上記ドレイン領域に対する接点を形成する工程と、
上記絶縁層および上記接点に誘電層を堆積することによって、上記絶縁層および上記接点を封止する工程と、
上記誘電層にパターンを形成しかつエッチングすることによって、上記ソース領域と上記ドレイン領域との間に多結晶シード層を露出させる工程と、
上記露出されたシード層においてナノ構造体を成長させることによって、ナノ構造体センサ装置を形成する工程と、を含む方法。
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