JPH0620946A - 基体に量子細線を形成する方法 - Google Patents

基体に量子細線を形成する方法

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JPH0620946A
JPH0620946A JP17584992A JP17584992A JPH0620946A JP H0620946 A JPH0620946 A JP H0620946A JP 17584992 A JP17584992 A JP 17584992A JP 17584992 A JP17584992 A JP 17584992A JP H0620946 A JPH0620946 A JP H0620946A
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JP
Japan
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substrate
quantum
forming
ion implantation
quantum wire
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JP17584992A
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English (en)
Inventor
Tsukasa Hayashi
司 林
Makoto Takeuchi
誠 竹内
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体に量子細線を形成する方法であって、量
子細線直径が該細線の長さ方向において略均一化されて
おり、量子細線同士においても細線直径、長さ、方向が
略揃っていて所望の量子効果を期待できる量子細線の形
成方法を提供する。 【構成】 量子細線を形成する基体1にイオン注入5a
を行ったのち、該基体を弗化水素酸中又はプラズマPの
もとで陽極酸化処理することにより該基体に量子細線7
を形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン(Si)の結
晶からなる基板等の基体に量子細線を形成する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】例えば真性半導体(i形半導体)である
シリコン結晶からなる基板に直径数十オングストロー
ム、長さ数ミクロン程度の細い線を多数形成し、これら
の細線に光等の外部エネルギーを与えると、該細線にお
いてシリコン結晶中の価電子が励起されて伝導電子とな
るとともに正孔(ホール)が生成され、電子正孔対が形
成される。この電子及び正孔はバンド内ある欠陥、不純
物に起因する準位に落ち込み、バンド内準位を介して再
結合する。この電子正孔対の再結合により発光等の現像
が生じる。
【0003】このような発光等の現象故に、かかる細線
は発光素子の形成等に利用できる。このように量子効果
を有する細線(量子細線)は陽極酸化法により形成する
ことができる。すなわち、例えば図3の(A)図に示す
ように、シリコン基板1を弗化水素酸2(弗酸とも呼ば
れる弗化水素の水溶液)中に入れ、該基板に電源3にて
正電圧を印加するとともに該基板に対向させて配置した
白金等のメッシュ電極4に負電圧を印加すると、シリコ
ン基板1上の構造的に弱い部分は、負に帯電した弗化水
素酸中の酸素イオンがシリコン基板自身の持つ正電界に
引き寄せられることで酸化する。この陽極酸化により形
成されたシリコン酸化物(SiO2 )は、弗化水素酸に
溶け易いため、酸化された部分が溶出し、穴が開く。穴
が開いたシリコン基板は構造的に弱いため、再び、陽極
酸化される。
【0004】この作用が繰り返されることで、最終的
に、図3の(B)図に示すように、直径数十オングスト
ロームで、長さ数ミクロンの細い線(量子細線)8がシ
リコン基板1上に形成される。なお、図3の(B)図
中、9はシリコン酸化物である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の量子細
線形成方法によると、細線8の直径が細線長さ方向にお
いて不均一となり、また、細線同士の直径が不揃いで、
各細線の方向もバラつく。そのため、量子サイズ効果等
の現象の確認が困難となったり、発光色の制御が困難と
なったりする。
【0006】そこで、本発明は、基体に量子細線を形成
する方法であって、量子細線直径が該細線の長さ方向に
おいて略均一化されており、量子細線同士においても細
線直径、長さ、方向が略揃っていて所望の量子効果を期
待できる量子細線の形成方法を提供することを課題とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の量子細線形成方法は、量子細線を形成する基体に対
し、前処理としてイオン注入を行い、その後、該基体を
陽極酸化することを特徴とする。量子細線の直径は、イ
オン注入におけるイオンの大きさにより制御できる。イ
オンの大きさは例えば使用するイオン源ガスをヘリウム
(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)等と使い
分けることで選択できる。
【0008】また、量子細線の長さは、イオン注入にお
けるイオンのエネルギーにより制御できる。このイオン
エネルギーは、イオンの加速電圧を例えば数KV〜数百
KVの範囲で変えることで変化させ得る。イオン注入後
の陽極酸化を増速させるため、前記イオン注入における
注入イオンに電気陰性度の高いイオンを採用してもよ
い。かかる電気陰性度の高いイオンとしては、弗素等の
ハロゲンイオンを例示できる。陽極酸化処理は、従来と
同様、弗化水素酸中における素反応によってもよいし、
例えば酸素と弗化物ガスを混合したガスのプラズマ中で
行ってもよい。
【0009】
【作用】本発明の量子細線形成方法によると、量子細線
を形成する基体に対し、予め前処理としてイオン注入が
行われる。このイオン注入された部分は他の部分より構
造的に弱くなり、酸化され易くなる。そして、この構造
的に弱い部分は、その方向がイオン注入方向に揃ってお
り、また、注入されたイオンの大きさ、エネルギーに応
じてその直径、深さが均一化される。
【0010】かかるイオン注入のあと、基体は陽極酸化
処理を施されることで、前記構造的に弱くなった部分が
集中的に酸化され、その結果として、方向、直径、長さ
が均一化された所望の量子細線が多数形成される。各量
子細線の直径は注入イオンの大きさにより容易に制御す
ることができ、長さは注入イオンのエネルギーにより容
易に制御することができる。
【0011】注入イオンに電気陰性度の高いイオン、例
えば弗素等のハロゲンイオンを採用すると、それだけイ
オン注入後の陽極酸化が増速される。また、陽極酸化処
理を例えば酸素と弗化物ガスの混合ガスのプラズマ中で
行うときは、それがドライ処理であるから、イオン注入
後直ちに陽極酸化に移行してバッチ処理できるし、取り
扱いが容易である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1の(A)図は量子細線を形成する基板1にイ
オン注入を行うイオン注入装置5の概略構成を示してお
り、図2の(A)図はイオン注入後、該基板1をプラズ
マP中で陽極酸化処理する装置6の概略構成を示してい
る。
【0013】イオン注入装置5は、真空容器51、これ
に付設したイオン源52及び容器51内を所定の真空度
にする排気装置53を含んでいる。陽極酸化処理装置6
は、真空容器61、該容器内を所定の真空度に維持する
排気装置62、容器61内の下部に配置した基板支持ト
レイ63、その上に対向配置したメッシュ電極64、ト
レイ63を介してその上の基板1に正電圧を印加すると
ともにメッシュ電極64に負電圧を印加する電源65、
容器61内にプラズマP源となるガスGを導入するガス
導入部66を備え、この他、図面には示していないが、
該ガスをプラズマ化するそれ自体既に知られたプラズマ
発生手段を含んでいる。このプラズマ発生手段として
は、平行平板型プラズマ発生装置、電子サイクロトロン
共鳴によるプラズマ発生装置等、各種のものを採用でき
る。
【0014】なお、ガスGとして、ここでは酸素
(O2 )と弗化窒素(NF3 )の混合ガスを用いてい
る。以上の装置5、6を用いて実施する量子細線形成方
法は次のとおりである。まず、イオン注入装置5に量子
細線を形成しようとする基板1を設置し、真空容器51
内を排気装置53にて所定の真空度に維持し、イオン源
52には原料ガスgを導入し、ここから該基板表面にイ
オン5aを注入する。
【0015】このイオン注入により、図1の(B)図に
示すように、基板1中に構造的に弱く、酸化され易い部
分(例えばシリコン基板において非晶質化した部分)1
1を、イオン注入方向に直線状に多数形成する。各部分
11の直径は、注入イオンの種類、従ってイオン源52
へ導入する原料ガスgの種類を選択することで制御し、
各部分11の深さは注入イオンのエネルギーを数KVか
ら数百KVの範囲から選択することで制御する。
【0016】原料ガスgとして、ここではヘリウム(H
e)又はHeと弗化窒素ガス(NF 3 )の混合ガスを使
用する。NF3 は、イオン注入後の陽極酸化を速く行い
たいときに用いる。前記イオン注入により形成された構
造的に弱い部分11は、その方向がイオン注入方向に揃
っており、また、注入されたイオンの大きさ、エネルギ
ーに応じてその直径、深さが均一化されている。
【0017】かかるイオン注入のあと、基板1を直ちに
陽極酸化処理装置6の基板支持トレイ63上に設置して
基板押さえ60にて押さえ、次いで該装置の真空容器6
1を排気装置62にて所定の真空度に維持しつつ、該容
器内にガス導入部66から導入したガスG(O2 +NF
3 )をプラズマP化させ、このプラズマPのもとで、電
源65にて基板1に正電圧を印加するとともに、メッシ
ュ電極64に負電圧を印加する。
【0018】かくして、プラズマP中の酸素イオン、弗
素イオンが基板1に引き寄せられ、従来の弗酸中におけ
ると同様のプロセスで、前記イオン注入部分11が集中
的に酸化され、その結果として、図2の(B)図に示す
ように、直径、長さ、方向の揃った多数の量子細線7が
形成される。この(B)図中、70はシリコン酸化物と
なった部分である。
【0019】前記実施例では陽極酸化処理をプラズマ中
でドライで行うようにしたが、他の実施例として図3の
(A)図に示すように、従来どおり弗化水素酸中で陽極
酸化処理することもできる。次に基板の種類、イオン注
入及び陽極酸化の条件を特定した状態での具体的な実施
例1〜4を説明する。 実施例1 基板 :4インチSiウエハ イオン注入 ・注入ガス :He ・加速電圧 :100KV ・ドーズ量 :5×10-15 陽極酸化 ・ウエット式 :HF水溶液使用 ・電流密度 :30mA/cm2 ・酸化時間 :20分 結果) ・発光色 :黄緑色(紫外蛍光灯光照射) 実施例2 基板 :4インチSiウエハ イオン注入 ・注入ガス :He ・加速電圧 :100KV ・ドーズ量 :5×10-15 陽極酸化 ・ドライ式 :NF3 +O2 プラズマ使用 ・電流密度 :3mA/cm2 ・酸化時間 :30分 結果) ・発光色 :緑色(紫外蛍光灯光照射) 実施例3 基板 :4インチSiウエハ イオン注入 ・注入ガス :He+NF3 ・加速電圧 :100KV ・ドーズ量 :5×10-15 陽極酸化 ・ドライ式 :HF水溶液使用 ・電流密度 :30mA/cm2 ・酸化時間 :20分 結果) ・発光色 :黄緑色(紫外蛍光灯光照射) 実施例4 基板 :4インチSiウエハ イオン注入 ・注入ガス :He+NF3 ・加速電圧 :100KV ・ドーズ量 :5×10-15 陽極酸化 ・ドライ式 :NF3 +O2 プラズマ使用 ・電流密度 :3mA/cm2 ・酸化時間 :30分 結果) ・発光色 :緑色(紫外蛍光灯光照射)
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、基
体に量子細線を形成する方法であって、量子細線直径が
該細線の長さ方向において略均一化されており、量子細
線同士においても細線直径、長さ、方向が略揃っていて
所望の量子効果を期待できる量子細線の形成方法を提供
することができる。
【0021】各量子細線の直径は注入イオンの大きさに
より容易に制御することができ、長さは注入イオンのエ
ネルギーにより容易に制御することができる。注入イオ
ンに電気陰性度の高いイオン、例えば弗素等のハロゲン
イオンを採用するときは、それだけイオン注入後の陽極
酸化が増速される。また、陽極酸化処理を例えば酸素と
弗化物ガスの混合ガスのプラズマ中で行うときは、それ
がドライ処理であるから、イオン注入後直ちに陽極酸化
に移行してバッチ処理できるし、取り扱いが容易であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)図はイオン注入装置の1例の概略構成図
であり、(B)図はイオン注入された基板の一部の断面
図である。
【図2】(A)図は陽極酸化処理装置の概略構成図であ
り、(B)図は陽極酸化された基板の一部の断面図であ
る。
【図3】(A)図は従来の量子細線形成方法の説明図で
あり、(B)図はその方法によって形成された量子細線
を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 弗化水素酸 3 電源 4 メッシュ電極 5 イオン注入装置 11 イオン注入部分 6 陽極酸化処理装置 7 量子細線 70、9 シリコン酸化物 8 従来の量子細線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 量子細線を形成する基体にイオン注入を
    行ったのち、該基体を陽極酸化処理することにより該基
    体に量子細線を形成することを特徴とする基体に量子細
    線を形成する方法。
  2. 【請求項2】 前記イオン注入における注入イオンの大
    きさによって量子細線の直径を制御する請求項1記載の
    基体に量子細線を形成する方法。
  3. 【請求項3】 前記イオン注入における注入イオンのエ
    ネルギーによって量子細線の長さを制御する請求項1又
    は2記載の基体に量子細線を形成する方法。
  4. 【請求項4】 前記イオン注入における注入イオンとし
    て電気陰性度の高いイオンを用いる請求項1、2又は3
    記載の基体に量子細線を形成する方法。
  5. 【請求項5】 前記陽極酸化処理を弗化水素酸中で行う
    請求項1から4のいずれかに記載の基体に量子細線を形
    成する方法。
  6. 【請求項6】 前記陽極酸化処理を酸素と弗化物ガスを
    混合したガスのプラズマ中で行う請求項1から4のいず
    れかに記載の基体に量子細線を形成する方法。
JP17584992A 1992-07-03 1992-07-03 基体に量子細線を形成する方法 Withdrawn JPH0620946A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6769697B1 (en) 1999-09-09 2004-08-03 Ace Inc. Gasket

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6769697B1 (en) 1999-09-09 2004-08-03 Ace Inc. Gasket

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Effective date: 19991005