特開 2023-122759 金属ナノワイヤ製造方法、複合基板および金属ナノワイヤ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023122759

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】金属ナノワイヤ製造方法、複合基板および金属ナノワイヤ

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/22 20060101AFI20230829BHJP

   C23C 14/16 20060101ALI20230829BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

C23C14/22 A

C23C14/16 Z

C23C14/14 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022026447

(22)【出願日】2022-02-24

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 発行者名：公益社団法人 応用物理学会、刊行物名：２０２１年 第６８回応用物理学会春季学術講演会 予稿集、発行日：令和３年２月２６日 集会名：２０２１年 第６８回応用物理学会春季学術講演会、開催日：令和３年３月１６日、開催場所：ＷＥＢ開催 ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｓａｐ２０２１ｓ／ｓｕｂｊｅｃｔ／１６ａ－Ｚ３４－１／ｔａｂｌｅｓ？ｃｒｙｐｔｏＩｄ＝、掲載日：令和３年２月２６日

(71)【出願人】

【識別番号】504255685

【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(72)【発明者】

【氏名】高廣 克己

(72)【発明者】

【氏名】水谷 仁美

【テーマコード（参考）】

4K029

【Ｆターム（参考）】

4K029AA06

4K029AA24

4K029BA05

4K029CA01

4K029CA09

4K029DA08

4K029FA01

(57)【要約】

【課題】工程数の低減を図りつつ、一般的なＭＥＭＳの製造への適用が容易である金属ナノワイヤ製造方法、複合基板および金属ナノワイヤを提供する。
【解決手段】金属ナノワイヤ製造方法は、Ｓｉ基板の厚さ方向における一面側にＳｉ基板の一面側の一部を覆うようにマスクを載置した状態で、Ｓｉ基板の一面側へイオンビームを照射することによりＳｉ基板の一面側にアモルファスＳｉを含む改質層を形成する改質層形成工程と、Ｓｉ基板の一面側に金属粒子を堆積させることにより金属ナノワイヤを成長させる成長工程と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｉ基板の厚さ方向における一面側に前記Ｓｉ基板の前記一面側の一部を覆うようにマスクを載置した状態で、前記Ｓｉ基板の前記一面側へイオンビームを照射することにより前記Ｓｉ基板の前記一面側にアモルファスＳｉを含む改質層を形成する改質層形成工程と、
前記Ｓｉ基板の前記一面側に金属粒子を堆積させることにより金属ナノワイヤを成長させる成長工程と、を含む、
金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項2】

前記改質層形成工程の後且つ前記成長工程の前に、前記Ｓｉ基板の前記一面側を大気に暴露する大気暴露工程を更に含む、
請求項１に記載の金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項3】

前記改質層形成工程において、前記イオンビームは、Ａｒイオンを含み、前記イオンビームのドーズ量は、２．０×１０^１５／ｃｍ^２以上４．５×１０^１６／ｃｍ^２以下である、
請求項１または２に記載の金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項4】

前記改質層形成工程において、前記イオンビームのエネルギは、１ｋｅＶ以上である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項5】

前記成長工程において、前記金属ナノワイヤを形成する金属とＳｉとの共晶合金の共融点温度をＴ_ｃｍとすると、前記Ｓｉ基板の温度を、Ｔ_ｃｍ近傍の温度で維持する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項6】

前記金属ナノワイヤは、Ａｕから形成されており、
前記成長工程において、前記Ｓｉ基板の温度を、３００℃に維持する、
請求項５に記載の金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項7】

前記マスクは、複数の開口部が形成されたメッシュ状であり、
前記複数の開口部それぞれの最大寸法は、１０μｍ以上６００μｍ以下である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の金属ナノワイヤ製造方法。

【請求項8】

厚さ方向における一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した第１領域と非改質層が露出した第２領域とが形成されたＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板の前記第１領域における、前記第１領域と前記第２領域との領域境界と、前記第１領域における前記領域境界よりも内側に規定距離だけ離間した位置と、の間に形成され且つ長軸方向の方向指数が＜１１０＞である金属ナノワイヤと、を備え、
前記規定距離は、０μｍよりも長く６００μｍ以下である、
複合基板。

【請求項9】

厚さ方向における一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した第１領域と非改質層が露出した第２領域とが形成されたＳｉ基板上に形成されたＳｉ基板の前記第１領域における、前記第１領域と前記第２領域との領域境界と、前記第１領域における前記領域境界よりも内側に規定距離だけ離間した位置と、の間に形成され且つ長軸方向の方向指数が＜１１０＞であり、前記規定距離が０μｍよりも長く６００μｍ以下である、
金属ナノワイヤ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属ナノワイヤ製造方法、複合基板および金属ナノワイヤに関する。

【背景技術】

【0002】

金属のナノワイヤから形成されたナノワイヤ構造体を製造する方法として、誘電性のテンプレートフィルムを用いた製造方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この製造方法では、まず、テンプレートフィルムにイオンビームを照射することによりテンプレートフィルムを貫通する多数のトラックを形成した後、ウェットエッチングによりトラックを広げてナノ細孔を形成する。次に、金属を含む電解質を用いてテンプレートフィルムのナノ細孔内に金属を堆積させた後、テンプレートフィルムを溶解させて除去することによりナノワイヤ構造体を得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００９／１１５２２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、少なくともテンプレートフィルムへのイオンビーム照射工程、ウェットエッチング工程、金属堆積工程およびテンプレートフィルム除去工程の４つの工程を行う必要があり、工程数の低減が要請されている。また、このような金属のナノワイヤのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）への適用を容易に行うことを考慮すれば、ＭＥＭＳの製造で一般的に採用される加工プロセスのみで金属のナノワイヤを作製できることが要請される。

【0005】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、工程数の低減を図りつつ、一般的なＭＥＭＳの製造への適用が容易である金属ナノワイヤ製造方法、複合基板および金属ナノワイヤを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る金属ナノワイヤ製造方法は、
Ｓｉ基板の厚さ方向における一面側（鏡面研磨側）に前記Ｓｉ基板の前記一面側の一部を覆うようにマスクを載置した状態で、前記Ｓｉ基板の前記一面側へイオンビームを照射することにより前記Ｓｉ基板の前記一面側にアモルファスＳｉを含む改質層を形成する改質層形成工程と、
前記Ｓｉ基板の前記一面側に金属粒子を堆積させることにより金属ナノワイヤを成長させる成長工程と、を含む。

【0007】

他の観点から見た本発明に係る複合基板は、
厚さ方向における一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した第１領域と非改質層が露出した第２領域とが形成されたＳｉ基板と、
前記Ｓｉ基板の前記第１領域における、前記第１領域と前記第２領域との領域境界と、前記第１領域における前記領域境界よりも内側に規定距離だけ離間した位置と、の間に形成され且つ長軸方向の方向指数が＜１１０＞である金属ナノワイヤと、を備え、
前記規定距離は、０μｍよりも長く６００μｍ以下である。

【0008】

他の観点から見た本発明に係る金属ナノワイヤは、
厚さ方向における一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した第１領域と非改質層が露出した第２領域とが形成されたＳｉ基板上に形成されたＳｉ基板の前記第１領域における、前記第１領域と前記第２領域との領域境界と、前記第１領域における前記領域境界よりも内側に規定距離だけ離間した位置と、の間に形成され且つ長軸方向の方向指数が＜１１０＞であり、前記規定距離が０μｍよりも長く６００μｍ以下である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ＭＥＭＳの製造で一般的に採用されるＳｉ基板へイオンビームを照射する改質層形成工程と、Ｓｉ基板の一面側に金属粒子を堆積させる成長工程と、を行うことにより、金属ナノワイヤをＳｉ基板上に形成することができる。従って、金属ナノワイヤの製造における工程数の低減を図ることができるとともに、ＭＥＭＳの製造への適用が比較的容易であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係る複合基板の平面図である。

【図2】実施形態１に係る改質工程を説明するための図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は側面図である。

【図3】実施形態２に係る複合基板の平面図である。

【図4】（Ａ）は実施の形態２に係る改質工程を説明するための側面図であり、（Ｂ）は実施の形態２に係る改質工程で使用するマスクを示す図である。

【図5】（Ａ）は実施例１に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は（Ａ）の破線で囲んだ部分の拡大ＳＥＭ写真である。

【図6】（Ａ）は実施例１に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は実施例１に係る複合基板の表面における位置Ｐ１のＳＥＭ写真である。

【図7】（Ａ）は実施例１に係る複合基板の表面における位置Ｐ２のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は実施例１に係る複合基板の表面における位置Ｐ３のＳＥＭ写真であり、（Ｃ）は実施例１に係る複合基板の表面における位置Ｐ４のＳＥＭ写真である。

【図8】（Ａ）は実施例１に係る金属ナノワイヤのＴＥＭの明視野画像であり、（Ｂ）は実施例１に係る金属ナノワイヤのＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectroscopy）分析の結果を示す図である。

【図9】（Ａ－１）は実施例１に係る金属ナノワイヤのＴＥＭの明視野画像であり、（Ａ－２）は（Ａ－１）に示す金属ナノワイヤの電子線回折パターンを示す図であり、（Ｂ－１）は実施例１に係る他の金属ナノワイヤのＴＥＭの明視野画像であり、（Ｂ－２）は（Ｂ－１）に示す金属ナノワイヤの電子線回折パターンを示す図であり、（Ｃ－１）は実施例１に係る他の金属ナノワイヤのＴＥＭの明視野画像であり、（Ｃ－２）は（Ｃ－１）に示す金属ナノワイヤの電子線回折パターンを示す図である。

【図10】（Ａ）は比較例１に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は実施例２に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｃ）は実施例３に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真である。

【図11】（Ａ）は実施例１に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は実施例４に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｃ）は実施例５に係る複合基板の表面の拡大ＳＥＭ写真である。

【図12】（Ａ）は実施例１に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は比較例２に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真である。

【図13】（Ａ）は実施例６に係る複合基板の表面のＳＥＭ写真であり、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大したＳＥＭ写真であり、（Ｃ）は（Ｂ）の一部を拡大したＳＥＭ写真である。

【図14】（Ａ）は実施例６に係る複合基板の表面の顕微鏡写真であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ線におけるＡＦＭプロファイルを示す図である。

【図15】（Ａ）は実施例６に係る複合基板を作製する際の改質工程を説明するための模式図であり、（Ｂ）は実施例６に係る複合基板の状態を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係る金属ナノワイヤ製造方法および複合基板について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る複合基板１は、厚さ方向における一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した第１領域１１と非改質層が露出した第２領域１２とが形成されたＳｉ基板を備える。そして、複合基板１は、Ｓｉ基板の第１領域１１における、第１領域１１と第２領域１２との領域境界Ｂと第１領域１１における領域境界Ｂよりも内側に規定距離Ｌ１０だけ離間した位置Ｐ１０との間のサブ領域１１１に形成された金属ナノワイヤ（図示せず）を備える。ここで、規定距離Ｌ１０は、０μｍよりも長く６００μｍ以下である。また、金属ナノワイヤの長軸方向の方向指数は、＜１１０＞である。また、金属ナノワイヤは、金、銀等の貴金属から形成されている。

【0012】

次に、本実施形態に係る金属ナノワイヤの製造方法について説明する。本実施の形態に係る金属ナノワイヤの製造方法では、Ｓｉ基板の一面側にアモルファスＳｉを含む改質層を形成する改質層形成工程と、Ｓｉ基板を大気に暴露する大気暴露工程と、Ｓｉ基板上に金属ナノワイヤを成長させる成長工程と、を順次行う。改質層形成工程では、図２に示すように、Ｓｉ基板Ｗの厚さ方向における一面側にＳｉ基板Ｗの一面側の一部を覆うようにマスクＭ１を載置した状態で、矢印ＡＲ１に示すように、イオン源ＳからＳｉ基板Ｗの一面側へイオンビームを照射する。ここで、イオン源Ｓとしては、例えばＦＩＢ(Focused Ion Beam)装置を使用することができる。また、イオンビームとしては、Ａｒイオン、Ｈｅイオン、Ｇａイオン等のイオンビームを採用することができる。また、イオンビームのドーズ量は、Ａｒイオンの場合、２．０×１０^１５／ｃｍ^２以上４．５×１０^１６／ｃｍ^２以下であり、好ましくは、６．０×１０^１５／ｃｍ^２以上１．６×１０^１６／ｃｍ^２以下である。更に、イオンビームのエネルギは、１ｋｅＶ以上であり、好ましくは、５ｋｅＶ以上である。マスクＭ１としては、例えばアルミニウム箔のような金属から形成されたマスクを使用することが好ましく、これにより、マスクＭ１へのチャージアップを抑制することができる。このようにして、改質層形成工程では、Ｓｉ基板Ｗに、Ｓｉ基板Ｗの一面側に改質層が露出した第１領域Ａ１１と、Ｓｉ基板Ｗの一面側にイオンビームが照射されていない非改質層が露出した第２領域Ａ１２と、を形成する。

【0013】

大気暴露工程は、前述の改質層形成工程を行った後、成長工程を行う前に、Ｓｉ基板の一面側を大気に暴露する。

【0014】

また、成長工程では、内側が高い真空度に維持されたチャンバ（図示せず）内で、Ｓｉ基板Ｗをその改質層が露出する一面側を鉛直下方に向けた状態で保持する。そして、金属ナノワイヤを形成する金属とＳｉとの共晶合金の共融点温度をＴ_ｃｍとした場合、Ｓｉ基板の温度を、Ｔ_ｃｍ近傍の温度で維持する。例えば金属ナノワイヤがＡｕから形成されている場合、Ｓｉ－Ａｕ系の共晶合金の共融点温度Ｔ_ｃｍが３６３℃であるが、Ｓｉ基板の温度を３００℃で維持する。ここで、チャンバ内の気圧は、例えば１０^－５Ｐａ以下に設定される。そして、金属ナノワイヤの材料となる金属が充填されたるつぼ（図示せず）を、チャンバ内におけるＳｉ基板Ｗの鉛直下方に配置し、金属粒子を蒸発させることにより、Ｓｉ基板Ｗの改質層が露出する一面側に金属粒子を堆積させる。金属ナノワイヤの材料となる金属は、金属ナノワイヤを形成する材料に応じて選択されるものであり、金、銀等である。

【0015】

以上説明したように、本実施形態に係る金属ナノワイヤ製造方法によれば、ＭＥＭＳの製造で一般的に採用されるＳｉ基板Ｗへイオンビームを照射する改質層形成工程と、Ｓｉ基板の一面側に金属粒子を堆積させる成長工程と、を行うことにより、金属ナノワイヤをＳｉ基板上に形成することができる。従って、金属ナノワイヤの製造における工程数の低減を図ることができるとともに、ＭＥＭＳの製造への適用が比較的容易であるという利点がある。

【0016】

（実施の形態２）
本実施の形態に係る金属ナノワイヤ製造方法は、改質層形成工程において、複数の開口部が形成されたメッシュ状のマスクを使用する点で実施の形態１と相違する。図３に示すように、本実施の形態に係る複合基板２は、厚さ方向における一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した複数の矩形状の第１領域２１が格子状に配置され、複数の第１領域２１の間に非改質層が露出した第２領域２２が形成されたＳｉ基板を備える。ここで、矩形状の第１領域２１の図３における横方向、縦方向の長さＬ１１、Ｌ１２は、いずれも０μｍよりも長く且つ６００μｍ以下に設定され、例えば長さＬ１１が１０μｍ、長さＬ１２が６μｍに設定される。なお、隣り合う２つの第１領域２１の間の長さＬ１２、Ｌ２２は、特に限定されない。そして、複合基板２は、Ｓｉ基板の第１領域２１の内側に形成された金属ナノワイヤ（図示せず）を備える。また、金属ナノワイヤの長軸方向の方向指数は、実施の形態１と同様に、＜１１０＞である。また、金属ナノワイヤの材料は実施の形態１と同様である。

【0017】

次に、本実施形態に係る金属ナノワイヤの製造方法について説明する。本実施の形態に係る金属ナノワイヤの製造方法では、実施の形態１で説明した金属ナノワイヤ製造方法と略同様であり、改質層形成工程において、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、複数の開口部ＨＬ２が形成されたマスクＭ２を使用する点が相違する。ここで、マスクＭ２に形成された平面視矩形状の開口部ＨＬ２の寸法は、複合基板２の第１領域２１の寸法と同じ寸法に設定されており、図４（Ｂ）に示すように、開口部ＨＬ２の横方向、縦方向の長さＬ１１、Ｌ１２は、いずれも１０μｍ以上６００μｍ以下に設定されている。なお、開口部ＨＬ２の平面視形状は矩形状に限定されるものではなく、円形、三角形、その他多角形の形状を有するものであってもよい。また、隣り合う２つの開口部ＨＬ２の間の長さＬ１２、Ｌ２２は、特に限定されない。これにより、Ｓｉ基板Ｗの一面側にアモルファスＳｉを含む改質層が露出した複数の矩形状の第１領域２１が格子状に配置されたものが形成される。そして、この改質層形成工程の後、実施の形態１で説明した堆積工程を行うことで、Ｓｉ基板Ｗにおける第１領域２１の内側に金属ナノワイヤが形成される。

【0018】

以上説明したように、本実施形態に係る金属ナノワイヤ製造方法によれば、前述の改質層形成工程において、最大寸法が１０μｍ以上６００μｍ以下の複数の開口部ＨＬ２が形成されたメッシュ状のマスクＭ２を使用する。これにより、Ｓｉ基板上における複数の開口部ＨＬ２に対応した部分それぞれに最大寸法が１０μｍ以上６００μｍ以下の第１領域２１を形成することができる。従って、第１領域２１それぞれに比較的高い密度で金属ナノワイヤを形成することができる。

【実施例0019】

本発明に係る基体について、実施例および比較例に基づいて説明する。７つの実施例１乃至７および４つの比較例１乃至４の全てにおいて、Ｓｉ基板として、抵抗率３乃至５Ω・ｃｍ、厚さ６２５±１５μｍのｎ型のＳｉ基板を採用した。また、改質層形成工程において、イオンビームとしてはＡｒイオンのイオンビームを用い、イオンビームのＳｉ基板に対する入射角は０度に設定した。更に、成長工程において、ＡｕのＳｉ基板への蒸着を行った。また、実施例１乃至７および比較例１乃至４の全てにおいて、改質層形成工程を行った後、Ｓｉ基板を大気に暴露する大気暴露工程を行ってから、成長工程を行った。実施例１乃至７、比較例１乃至４それぞれに係る改質層形成工程におけるイオンビームのドーズ量、加速エネルギ、電流密度および成長工程におけるＳｉ基板の温度は以下の表１に示す通りである。

【0020】

【表1】

【0021】

次に、実施例１乃至７および比較例１乃至４に係る複合基板の金属ナノワイヤについて、ＳＥＭ観察、ＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectroscopy）による成分元素分析、結晶構造の分析、ＡＦＭ観察を実施することにより評価した結果について説明する。なお、ＳＥＭ観察には、電界放出型走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ－７６００Ｆ ＦＥ－ＳＥＭ：日本電子製）を使用した。また、成分元素分析には、エネルギ分散型Ｘ線分光装置（ＪＳＭ－７６００Ｆ ＩＮＣＡ Ｖｅｒｓｉｏｎ ４．１１：日本電子製）を使用した。更に、結晶構造の分析には、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いた。

【0022】

実施例１に係る複合基板では、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、イオンビームが照射された改質層が露出する第１領域におけるイオンビームが照射されていない非改質層が露出する第２領域との境界から５０μｍ乃至２００μｍ程度離間した位置にナノワイヤが確認された。そして、実施例１に係る複合基板について、図６（Ａ）に示すように、第２領域内の位置Ｐ１、第１領域における第２領域との境界近傍の位置Ｐ２、第１領域における第２領域との境界から４００μｍ程度離間した位置Ｐ３および第１領域における第２領域との境界から１ｍｍ程度離間した位置Ｐ４それぞれについて、表面モフォロジを詳細に確認した。図６（Ｂ）に示すように、位置Ｐ１では、Ａｕ粒子が確認されたが、ナノワイヤは全く確認されなかった。また、図７（Ａ）に示すように、位置Ｐ２では、Ａｕナノ粒子に加えて粒径５０μｍ乃至１００μｍの大きさの島状の塊が観測されたが、ナノワイヤは観測されなかった。そして、図７（Ｂ）に示すように、位置Ｐ３では、略六角柱状に成長したナノワイヤが観測された。一方、図７（Ｃ）に示すように、位置Ｐ４では、位置Ｐ２と同様に、粒径５０μｍ乃至１００μｍの大きさの島状の塊が観測されたが、ナノワイヤは観測されなかった。但し、位置Ｐ２に比べて島状の塊の密度が低かった。

【0023】

また、実施例１に係る複合基板について、図８（Ａ）に示す位置Ｐ３で確認されたナノワイヤについて、ＥＤＸによる成分元素分析を行ったところ、図８（Ｂ）に示すようにＡｕに対応するピークが観測された。このことから、実施例１に係る複合基板の位置Ｐ３においてＡｕのナノワイヤが形成されていることが判った。

【0024】

更に、実施例１に係る複合基板の位置Ｐ３に形成されている図９（Ａ－１）、（Ｂ－１）、（Ｃ－１）に示す３つのＡｕのナノワイヤそれぞれについて、図９（Ａ－２）、（Ｂ－２）、（Ｃ－２）に示す電子線回折パターンが観測された。これらの電子線回折パターンから、Ａｕのナノワイヤの長軸方向の方向指数が＜１１０＞であることが判った。

【0025】

次に、Ａｕナノワイヤのイオンビームのドーズ量依存性について評価した結果について実施例１乃至４に係るＳＥＭ観察結果および比較例１に係るＳＥＭ観察結果を用いて説明する。比較例１に係る複合基板の第１領域では、図１０（Ａ）に示すように、Ａｕのナノワイヤが確認されなかった。実施例１乃至４に係る複合基板の第１領域では、図１０（Ｂ）、（Ｃ）および図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すようにＡｕのナノワイヤが確認された。但し、実施例２では、Ａｕのナノワイヤとともに島状の塊が観測され、Ａｕのナノワイヤの数は、実施例１、３のそれに比べて少なかった。また、実施例４に係る複合基板の第１領域におけるＡｕのナノワイヤの数は、実施例１、３のそれに比べて少なかった。このことから、イオンビームのドーズ量が２．０×１０^１５／ｃｍ^２以上４．５×１０^１６／ｃｍ^２以下であればＡｕのナノワイヤが形成されることが判った。但し、Ａｕのナノワイヤを多数形成する観点からすれば、イオンビームのドーズ量は、６．０×１０^１５／ｃｍ^２以上１．６×１０^１６／ｃｍ^２以下であることが好ましいことが判った。

【0026】

続いて、Ａｕのナノワイヤのイオンビームの加速エネルギ依存性について評価した結果について実施例１、５に係るＳＥＭ観察結果および比較例２，３に係るＳＥＭ観察結果を用いて説明する。比較例２、３に係る複合基板の第１領域では、Ａｕのナノワイヤが全く確認されなかった。実施例５に係る複合基板の第１領域では、図１１（Ｃ）に示すようにＡｕのナノワイヤが確認された。但し、実施例５に係るＡｕのナノワイヤのうちの最長のものの長さが２０μｍ程度であるのに対して、実施例１に係るＡｕのナノワイヤのうちの最長のものの長さが１００μｍ程度であった。このことから、イオンビームの加速エネルギが、１ｋｅＶ以上であればＡｕのナノワイヤが形成されることが判った。但し、Ａｕのナノワイヤの長尺化の観点からすれば、イオンビームの加速エネルギは、５ｋｅＶ以上であることが好ましいことが判った。

【0027】

ここで、実施例１、５および比較例２、３に係る複合基板について第１領域の改質層の深さとＡｕのナノワイヤの形成有無並びにＡｕのナノワイヤが形成された場合のその長さとの関係を評価した結果について説明する。Ｓｉ基板の表面には通常１ｎｍ程度の自然酸化膜（ＳｉＯ_２）が形成されている。そこで、Ｓｉ基板にイオンビームを照射したときに検出されるスパッタリングされた酸素の量とＳｉの量とイオンビームのドーズ量とから酸素のスパッタ率、Ｓｉのスパッタ率を算出し、自然酸化膜を１ｎｍとしたときの酸化膜除去に必要な必要ドーズ量を算出した。そして、実施例１、５および比較例２、３に係るイオンビームのドーズ量から必要ドーズ量を差し引いて得られる差分量に基づいて改質層の深さを算出した。算出した酸素のスパッタ率、Ｓｉのスパッタ率、必要ドーズ量および改質層の深さを下記表２に示す。

【0028】

【表2】

【0029】

表２に示す結果から、改質層の深さが１．９ｎｍ以下の場合、Ａｕのナノワイヤが形成されないことが判った。また、改質層の深さが２．３ｎｍ以上であればＡｕのナノワイヤが形成され、改質層の深さが深いほど形成されるＡｕのナノワイヤの長さが長くなることが判った。

【0030】

また、Ａｕのナノワイヤの成長工程におけるＳｉ基板の温度依存性について評価した結果について実施例１に係るＳＥＭ観察結果および比較例４に係るＳＥＭ観察結果を用いて説明する。比較例４に係る複合基板の第１領域では、図１２（Ａ）に示すようにＡｕのナノワイヤが全く確認されなかった。一方、実施例１に係る複合基板の第１領域では、図１２（Ｂ）に示すようにＡｕのナノワイヤが確認された。即ち、成長工程におけるＳｉ基板の温度が３００℃であればＡｕのナノワイヤが形成されることが判った。

【0031】

つまり、Ｓｉ基板の温度が、Ａｕ－Ｓｉ系共晶合金の共融点温度近傍の３００℃である場合にＡｕのナノワイヤが成長し、前述の共融点温度から１００℃程度離れた温度ではＡｕのナノワイヤが成長しないことが判った。このことから、Ａｕのナノワイヤは、気相状態でＳｉ基板の第１領域へ供給されたＡｕ原子が、第１領域の改質層中のアモルファスＳｉとで形成される液相のＳｉ－Ａｕ合金の状態を経てから固相成長するＶＬＳ（Vapor Liquid Solid）またはＶＳＳ（Vapor Solid Solid）成長に類似した成長機構により形成されることが判った。そして、実施例１に係るＡｕのナノワイヤの長さが、実施例５に係るＡｕのナノワイヤの長さよりも長くなるのは、実施例１に係る複合基板の改質層の深さが実施例５に係るそれに比べて厚く、その分、改質層からＳｉ－Ａｕ合金を形成するためのＳｉがより多く供給されることに起因するものと考えられる。

【0032】

実施例６に係る複合基板は、実施の形態２で説明した金属ナノワイヤ製造方法により作製された。ここで、改質層形成工程では、図４に示す長さＬ１１、Ｌ１２が１０μｍであり、長さＬ１２、Ｌ２２が６μｍであるメッシュ状のマスクを使用した。実施例６に係る複合基板では、図１３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、イオンビームが照射された改質層が露出する矩形状の第１領域においてＡｕのナノワイヤが観測された。また、図１３（Ｃ）に示すように、複合基板の第１領域において、Ａｕのナノワイヤが略六角柱状に成長していることが観測された。また、実施例６に係る複合基板において、その改質層が露出する面側の表面プロファイルをＡＦＭにより観測したところ、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第１領域の周部が突出したアモルファスＳｉが形成された場合に特徴的なプロファイルが観測された。即ち、図１５（Ａ）に示すように、Ｓｉ単結晶（ｃ－Ｓｉ）からなる基板ＷにマスクＭ２を介して基板Ｗ上の第１領域Ａ２１にＡｒのイオンビームを照射することにより、図１５（Ｂ）に示すように、アモルファスＳｉを含む改質層Ａ２３が形成されていることを反映していることが判った。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明に係る基体は、ＭＥＭＳデバイスの製造に好適である。

【符号の説明】

【0034】

１，２：複合基板、１１，２１：第１領域、１２，２２：第２領域、１１１：サブ領域、Ｍ１，Ｍ２：マスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】