JP2007329351A - 細線状構造物集合体およびそれを備えた電子デバイス、それらの製造方法、および細線状構造物の配向方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の細線状構造物を特定の配向方向で会合させる方法、および、その利用方法を提供する。
【解決手段】複数のＳｉナノワイヤ４が会合してなるＳｉナノワイヤ集合体４０の製造方法であって、基板１上に、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液パターン３０を形成するパターン形成工程と、分散液３を乾燥させることにより、分散液パターン３０上の一部に、複数のＳｉナノワイヤ４を析出させる乾燥工程とを有し、乾燥工程では、Ｓｉナノワイヤ４を、所定の方向に配向させながら会合させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、細線状構造物集合体およびそれを備えた電子デバイス、それらの製造方法、および細線状構造物の配向方法に関するものである。

近年、携帯電話を始めとする小型の電子機器の需要が、急速に広まっている。携帯用機器においては、軽量で、かつ落下などによって破損しないことが要求される。このため、可撓性に富む樹脂性フィルムを基板とした表示装置が、要求される。

また、例えば液晶表示装置においては、ガラス基板上の各絵素に、液晶駆動用のＴＦＴ（Thin Film Transistor）が配置されている。ＴＦＴにおけるＳｉ薄膜（半導体膜）は、表示性能の向上を目的として、移動度を上げることが要求される。このため、移動度の高い多結晶Ｓｉを形成するプロセスの開発が進められる状況にある。

しかしながら、多結晶Ｓｉの形成プロセスでは、高温処理が必須であるため、樹脂性フィルムを基材とする可撓性のある表示装置の製造が困難である。また、高温処理が可能なガラス基板であっても、基板全体にわたって高温処理を行う必要があるため、液晶表示装置の製造コストを上げる要因となっている。

このような状況において、シリコンナノワイヤ（Ｓｉナノワイヤ）を用いたトランジスタの形成が注目されつつある。

Ｓｉナノワイヤの製造方法は、例えば、非特許文献１に開示されている。この製造方法は、Ｓｉ基板上に金を蒸着して溶融金属滴を形成した後、四塩化ケイ素やシラン，ジシランなどを原料ガスとしたＣＶＤ法により、上記溶融金属滴上に、Ｓｉナノワイヤを成長させる方法である。成長させたＳｉナノワイヤを刈り取り、刈り取ったＳｉナノワイヤを基板上の所定の位置に配置してＴＦＴを製造することができれば、基板を高温に晒すことなく、高移動度特性を有するＳｉを形成することができる。従って、Ｓｉナノワイヤは、高性能な液晶表示素子を安価に形成できるポテンシャルを有している。

Ｓｉナノワイヤを基板上に固定する方法は、例えば、特許文献１および２に開示されている。

特許文献１には、Ｓｉナノワイヤを基板上に固定または配置する方法が開示されている。この方法では、Ｓｉナノワイヤを分散させたレジストを基板上に塗布した後、フォトリソグラフィプロセスを利用して、Ｓｉナノワイヤが基板上に固定される。また、別の方法では、Ｓｉナノワイヤをアルコールなどの溶媒に分散した後、その溶媒を乾燥させて、Ｓｉナノワイヤが基板上に配置される。

また、特許文献２には、Ｓｉナノワイヤを分散させた分散液を、基板表面上の所定の方向に流して、Ｓｉナノワイヤの一端に形成された結合部位と、基板に形成された結合部位とを結合させることによって、Ｓｉナノワイヤを基板上に配置する方法が開示されている。
E. I. Givargizov, J. Vac. Sci. Tech., B11(2), p. 449,1993 特開平６−２５２０５６号公報（１９９４年９月９日公開） 特開２００５−１９３３６２号公報（２００５年７月２１日公開）

しかしながら、従来の方法では、複数のＳｉナノワイヤを集合させたＳｉナノワイヤ集合体を製造する際に、複数のＳｉナノワイヤを、所定方向に配向させることができない。このため、Ｓｉナノワイヤ集合体を、ＴＦＴ素子に適用することはできない。

具体的には、Ｓｉナノワイヤを用いてＴＦＴ素子を形成するには、十分な電流量を確保するために、１つのＴＦＴ素子について、複数のＳｉナノワイヤ（Ｓｉナノワイヤ集合体）を配置する必要がある。さらに、ＴＦＴを構成するソース電極とドレイン電極とを橋渡すように配向させたＳｉナノワイヤを、基板上に配置する必要がある。

ここで、Ｓｉナノワイヤの配向を無視して、無配向状態のＳｉナノワイヤを基板上に配置すると、ソース電極とドレイン電極との橋渡しができないＳｉナノワイヤが存在することになる。つまり、この場合、両電極付近にＳｉナノワイヤが配置されているにも拘わらず、両電極間の橋渡しには関与しないＳｉナノワイヤも存在する。また、Ｓｉナノワイヤが、斜めに大きく傾斜して配置されると、電流経路長が変化してしまう。これらの結果、ＴＦＴ素子の特性に、ばらつきが生じる場合がある。従って、ＳｉナノワイヤをＴＦＴ素子に適用するには、複数のＳｉナノワイヤを、両電極間を橋渡しできるように、高精度に配向させる必要がある。

特許文献１の方法では、Ｓｉナノワイヤを含有するレジストを、スピンコート法によって基板に塗布する。しかしながら、スピンコート法によって基板に配置されたＳｉナノワイヤの配向状態は、基板の位置によって大きく異なる。つまり、基板に配置されたＳｉナノワイヤの配向は、ランダムになっている。従って、特許文献１の手法では、複数のＳｉナノワイヤを、任意の方向に配向させることができない。

しかも、スピンコートの回転を利用したＳｉナノワイヤの配向制御では、基板全体で、Ｓｉナノワイヤの配向状態が大きく変化する。このため、スピンコート法を利用する特許文献１の方法を、基板上にマトリクス状に形成されるＴＦＴ素子の製造に適用することは、不適切である。

さらに、前述のように、ＳｉナノワイヤをＴＦＴ素子に適用するには、十分な電流量を確保するために、１つのＴＦＴ素子について複数のＳｉナノワイヤを配置させる必要がある。しかし、スピンコート法を用いる特許文献１では、基板全面に、Ｓｉナノワイヤを含有するレジストが塗布される。このため、Ｓｉナノワイヤの密度は、基板全域でほぼ均一となる。従って、スピンコート法では、基板上の特定の場所に、意図的にＳｉナノワイヤを集合させることができない。それゆえ、ＴＦＴ素子を機能させるのに必要な数のＳｉナノワイヤを確保するには、基板上の広い領域が必要となり、ＴＦＴ素子が大型化する。

一方、特許文献２の方法では、基板上の所定の領域に、Ｓｉナノワイヤとの結合部位を形成することによって、基板上の所定の領域にＳｉナノワイヤを配置することが可能である。しかし、この方法では、Ｓｉナノワイヤを配置するために、基板およびＳｉナノワイヤのそれぞれに、結合領域を形成しなければならない。このため、ＴＦＴ素子の製造工程が複雑となる上、工程数の増加により製造コストも高くなる。

さらに、特許文献２の方法では、基板と結合したＳｉナノワイヤの配向は、分散液を流す方向によってのみ規定される。また、この方法では、ノズルから微量の分散液を吐出して、基板にＳｉナノワイヤを配置する。しかし、微量な分散液の吐出によって、一様な分散液の流れを形成することは困難である。従って、特許文献２の手法では、基板上に、複数のＳｉナノワイヤを配向性良く配置することが困難である。

また、特許文献２の方法において、基板全域にわたって分散液を流した場合、或る特定の一方向（分散液を流した方向）にのみにしかＳｉナノワイヤを配向できない。このため、この方法では、ＴＦＴ素子を形成する位置などに制約を受けることとなる。

本願発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の細線状構造物を特定の配向方向で会合させる方法、および、その利用方法を提供することにある。より具体的には、所定方向に配向した複数の細線状構造物が会合した細線状構造物集合体の製造方法，細線状構造物を所定方向に配向させる方法，およびそれらの利用方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、複数の細線状構造物が会合してなる細線状構造物集合体の製造方法であって、基板上に、細線状構造物を分散させた分散液のパターンを形成するパターン形成工程と、上記分散液を乾燥させることにより、そのパターン上の少なくとも一部に、複数の細線状構造物を析出させる乾燥工程とを有し、上記乾燥工程では、複数の細線状構造物を、所定の方向に配向させながら会合させることを特徴としている。

上記の発明によれば、パターン形成工程により、基板上に、細線状構造物を分散させた分散液のパターンが形成され、乾燥工程により、その形成されたパターンの分散液（分散媒）を乾燥（蒸発）させる。乾燥工程では、分散液を乾燥させる時に分散液中に生じる対流を利用して、分散液中の細線状構造物を、分散液のパターンの一部に移動させる。これにより、分散液が乾燥（蒸発）し終わった分散液のパターンの位置に、細線状構造物が析出する。しかも、乾燥工程では、細線状構造物の析出の際に、分散液中に生じる対流によって、細線状構造物を特定の方向に配向させることができるとともに、同一方向に配向した複数の細線状構造物を、細線状構造物を高密度に会合させることができる。従って、基板上に、高精度に配向された細線状構造物が高密度に会合して形成された細線状構造物集合体を製造することができる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、パターン形成工程では、帯状の分散液のパターンを形成することが好ましい。

上記の発明によれば、パターン形成工程によって形成される分散液のパターンとして、帯状の分散液パターンを形成する。乾燥工程では、分散液パターンのエッジ付近からの乾燥（蒸発）速度が、相対的に高いため、分散液中に対流が生じる。このため、帯状の分散液パターンを乾燥させると、分散液中に発生する対流は、その帯状の分散液パターンと直交方向に形成される。これにより、分散液中の細線状構造物が、分散液パターンと略平行方向に整列するように配向し、会合した細線状構造物集合体を製造できる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、乾燥工程では、分散液のパターンのエッジに沿って、細線状構造物を析出させることが好ましい。

上記の発明によれば、分散液のパターンのエッジに沿って、細線状構造物を析出させるため、細線状構造物の特定の位置に、高精度に配向された細線状構造物が高密度に会合して形成された細線状構造物集合体を製造することができる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、分散液のパターンにおける短手方向の幅は、細線状構造物の粒子長よりも短いことが好ましい。

上記の発明によれば、分散液のパターンの短手方向の幅が、細線状構造物の粒子長よりも短い。このため、細線状構造物の粒子長が、分散液のパターンの長手方向と平行となるように、細線状構造物を配向させることができる。従って、細線状構造物の配向性をより高めることができる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、パターン形成工程では、分散液のパターンを形成する基板上の領域を、分散液のパターンを形成しない基板上の領域よりも、分散液に対する親和性を高くしてもよい。

上記の発明によれば、分散液のパターンを形成する基板上の領域が、分散液に対する親和性の高い領域となり、分散液のパターンを形成する基板上の領域が、分散液に対する親和性の低い領域となる。つまり、基板の表面エネルギーの差を利用することによって、分散液のパターンを形成している。これにより、分散液のパターンを形成しない領域に、分散液が供給されたとしても、その分散液を、分散液のパターンを形成する領域に移動させることができる。従って、分散液のパターンを形成する際に、分散液を基板への塗布位置を高精度に制御する必要がなく、簡便な塗布が可能となり、分散液のパターンの形成が容易となる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、パターン形成工程では、分散液のパターンを形成しない基板上の領域に、撥水膜を形成することが好ましい。

上記の発明によれば、パターン形成工程では、分散液のパターンを形成しない基板の領域に、撥水膜が形成される。これにより、分散液のパターンを形成する基板の領域を、分散液に対する親和性の高い領域とすることができる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、パターン形成工程では、上記撥水膜を、フッ素系シランカップリング剤を用いて形成することが好ましい。

上記の発明によれば、フッ素系シランカップリング剤を用いて、撥水膜を形成する。これにより、基板と撥水膜と間に、強い結合を形成することができ、化学的に安定した撥水膜を形成することができる。このため、撥水膜の形状をパターニングによって形成する際に、撥水膜が除去されにくくなる。従って、撥水膜の形状の制御が容易となる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、上記基板が、表面にシラノール基と縮合し得る官能基が存在するものであることが好ましい。

上記の発明によれば、フッ素系シランカップリング剤との反応性が高い官能基を有する基板を用いる。これにより、基板と撥水膜との結合をより強固なものとすることができるため、撥水膜の形状の制御が、さらに容易となる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、パターン形成工程では、分散液のパターンを転写によって形成することもできる。

上記の発明によれば、分散液のパターンを転写によって形成するため、簡便な方法で、基板上に分散液のパターンを形成することができる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、分散液のパターンの基板への転写は、分散液のパターンと同形状に形成された凸部と、基板とを接触させて行うことが好ましい。

上記の発明によれば、分散液のパターンと同形状に形成された凸部と、基板とを接触させることによって、分散液のパターンが形成される。このため、確実に分散液のパターンを、基板上に形成することができる。なお、このような転写は、例えば、凸部を有するスタンプによって実現できる。

本発明の細線状構造物集合体の製造方法は、細線状構造物が、シリコンナノワイヤであることが好ましい。これにより、高精度に配向されたシリコンナノワイヤが高密度に会合して形成されたシリコンナノワイヤ集合体を製造することができる。

本発明の電子デバイスの製造方法は、前記いずれかの細線状構造物集合体の製造方法によって得られた細線状構造物集合体を用いることを特徴としている。

前述のように、細線状構造物集合体は、基板上に、高精度に配向された細線状構造物が高密度に会合することによって形成されている。このため、電子デバイスに必要な数の細線状構造物を確保しつつ、電子デバイスを小型化することが可能となる。例えばＴＦＴ素子の製造工程においては、素子間の特性ばらつきを抑制するとともに十分な電流量を確保しながら素子を小型化することが可能となる。

また、本発明の電子デバイスの製造方法は、前述の撥水膜を用いる細線状構造物集合体の製造方法によって得られた細線状構造物集合体を用い、乾燥工程以降に、撥水膜を除去する除去工程を有することを特徴としている。この製造方法によれば、撥水膜を除去するため、電子デバイスの製造工程において、撥水膜の存在による制約を受けない。例えば、基板上にさらに、薄膜を形成する工程が存在する場合に、撥水膜の存在によって、その薄膜の密着強度が低下する虞はない。従って、信頼性の高い電子デバイスを形成することが可能となる。

本発明の細線状構造物集合体は、前記いずれかの細線状構造物集合体の製造方法によって得られたものである。また、本発明の電子デバイスは、その細線状構造物集合体を備えている。これらの発明によれば、細線状構造物集合体が、高精度に配向された細線状構造物が高密度に会合して形成されている。このため、電子デバイスに必要な数の細線状構造物を確保しつつ、電子デバイスを小型化することが可能となる。信頼性の高い電子デバイスを形成することが可能となる。

本発明の配向方法は、基板上に、複数の細線状構造物を所定方向に配向させる配向方法であって、基板上に、細線状構造物を分散させた分散液のパターンを形成するパターン形成工程と、上記分散液を乾燥させることにより、そのパターン上の少なくとも一部に、複数の細線状構造物を析出させる乾燥工程とを有し、上記乾燥工程では、複数の細線状構造物を、所定の方向に配向させながら会合させることを特徴としている。

上記の発明によれば、前述の発明と同様に、基板上に、高精度に配向された細線状構造物が高密度に会合させることができる。

本発明によれば、複数の細線状構造物を、所定の方向に配向させながら会合させるため、高精度に配向された細線状構造物が、高密度に会合して形成された細線状構造物集合体を製造することができる。このため、電子デバイスに必要な数の細線状構造物を確保しつつ、電子デバイスを小型化することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図８に基づいて説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態では、特定の方向に配向した複数のＳｉナノワイヤ（細線状構造物）が会合してなるＳｉナノワイヤ集合体（細線状構造物集合体）およびその利用方法について説明する。

（１）Ｓｉナノワイヤ集合体４０
図１は、基板１上に形成されたＳｉナノワイヤ集合体４０の平面図である。図１では、基板１上に、複数（図１では４本）のＳｉナノワイヤ集合体４０が形成されている。

基板１は、Ｓｉナノワイヤ４を固定できれば特に限定されない。例えば、液晶表示装置の場合、基板１は可視光に対して透明である必要がある。このため、基板１として、透明のガラス基板、或いは透明の樹脂フィルムを用いれば良い。

１本のＳｉナノワイヤ集合体４０は、複数のＳｉナノワイヤ４・４…が会合して構成される。しかも、これら複数のＳｉナノワイヤ４の各々は、特定の方向に配向している。

本実施形態のＳｉナノワイヤ集合体４０は、基板１上の特定の位置に形成されており、複数のＳｉナノワイヤ４が高密度に集合して構成されている。しかも、それらＳｉナノワイヤ４は、特定の方向に配向して、配列している。

ここで、Ｓｉナノワイヤ４のサイズは、特に限定されるものではない。例えば、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を用いてＴＦＴ素子を製造する場合、そのＴＦＴ素子サイズによって、Ｓｉナノワイヤ４のサイズが決まる。この場合、Ｓｉナノワイヤ４のサイズは、概ね長さが１０〜７０μｍ、直径が１０〜１００ｎｍの単結晶を使用する。

図１に示すように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、基板１上の特定の位置に形成されている。しかも、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を構成する複数のＳｉナノワイヤ４が、特定の方向に、高精度に配向されている。このため、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を、ナノデバイスに応用できる。例えば、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を、ＴＦＴに応用できる。

図２は、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を用いたＴＦＴ素子５の平面図である。Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、複数のＳｉナノワイヤ４が配向性良く配列された構成である。Ｓｉナノワイヤ４の配向方向は、ＴＦＴ素子５のソース電極−ドレイン電極間を橋渡しする方向となっている。このため、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、両電極間のチャネルとして利用できる。

このように、図２に示すＴＦＴ素子５は、基板１上の特定の位置に、特定の方向で配向された複数のＳｉナノワイヤ４からなるＳｉナノワイヤ集合体４０を用いている。このため、ＴＦＴ素子５のソース電極とドレイン電極との橋渡しを確実に行うことができる。しかも、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、規則的に配向した複数のＳｉナノワイヤ４が、高密度に会合している。このため、基板１上の狭い領域に形成されたＳｉナノワイヤ集合体４０によって、十分な電流量を確保することができる。従って、従来よりも小型のＴＦＴ素子を形成することができる。

（２）Ｓｉナノワイヤ集合体４０およびＴＦＴ素子５の製造方法
次に、Ｓｉナノワイヤ集合体４０の製造方法について説明する。

本実施形態の製造方法は、基板１上に、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液のパターン（分散液パターン）を形成するパターン形成工程と、分散液の分散媒を乾燥させることにより、そのパターン上の少なくとも一部に、Ｓｉナノワイヤ４を会合させる乾燥工程とを含んでいる。

本実施形態のＳｉナノワイヤ集合体４０の製造方法は、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液を乾燥させる際に、分散液に生じる対流を利用することによって、Ｓｉナノワイヤ４を、特定の方向に配向させながら、高密度に会合させることが可能となる。

以下、Ｓｉナノワイヤ集合体４０の製造方法を詳細に説明する。

＜Ｓｉナノワイヤ集合体４０の製造例１＞
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、製造例１におけるＳｉナノワイヤ集合体４０の製造工程を示す平面図である。製造例１は、パターン形成工程において、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液（分散媒）に対する親和性を利用して、基板１上に、分散液パターンを形成する方法である。

製造例１は、基板１上に撥水膜２ａを形成する工程（図３（ａ），図３（ｂ）），撥水膜２ａが形成されていない領域に、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液３のパターンを形成する工程（図３（ｃ）），分散液３を乾燥してＳｉナノワイヤ４を析出させる工程（図３（ｄ）），および、撥水膜２ａを除去する工程を有する。

具体的には、製造例１では、まず、図３（ａ）に示すように、基板１を用意する。ここでは、基板１として、液晶表示装置に使用する透明のガラス基板を用いる。

次に、図３（ｂ）に示すように、基板１上に、所望の形状にパターニングされた、撥水膜２ａおよびパターン形成領域２ｂを形成する。パターン形成領域２ｂは、撥水膜２ａが形成されていない基板１上の領域である。図３（ｂ）では、ライン状のパターン形成領域２ｂが形成されている。後述のように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、パターン形成領域２ｂの一部に形成される。また、パターン形成領域２ｂに対し、プラズマ処理、或いは紫外光照射することによって、パターン形成領域２ｂの分散液３に対する親和性（親液性）を高めておくことが好ましい。

図３（ｂ）において、撥水膜２ａおよびパターン形成領域２ｂは、基板１上に形成した撥水膜２ａをパターニングすることによって、形成できる。このパターニングは、例えば、リフトオフ法、アッシング法、紫外線照射法により行うことができる。

すなわち、リフトオフ法では、まず、レジストを基板１全面に塗布する。次に、フォトリソグラフィプロセスにより、撥水膜２ａを形成したい領域のレジストを除去する。そして、撥水膜２ａを基板１全面に形成した後、レジストを除去する。これにより、所望の領域に選択的に撥水膜２ａをパターニングすることができる。この結果、基板１上に、撥水膜２ａとパターン形成領域２ｂとが形成される。

アッシング法では、基板１の全面に撥水膜２ａを形成した後に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストをパターニングし、レジストを除去した領域の撥水膜２ａを酸素ガスを用いたアッシング法によって除去する。これにより、基板１上に、撥水膜２ａとパターン形成領域２ｂとが形成される。

紫外線照射法では、基板１の全面に、撥水膜２ａを形成する。次に、撥水膜２ａを残す部分をマスキングしながら、形成した撥水膜２ａに、波長が１００ｎｍ〜２００ｎｍの真空紫外光を照射する。これにより、パターン形成領域２ｂを形成すべき領域に、選択的に真空紫外光が照射され、その領域の撥水膜２ａを除去できる。これにより、これにより、基板１上に、撥水膜２ａとパターン形成領域２ｂとが形成される。

なお、基板１への撥水膜２ａの塗布は、ディッピング法、スピンコート法、または蒸着法など、一般的に知られる手法によって行うことができる。

ここで、撥水膜２ａは、例えば、フッ素系の撥水材料を挙げることができる。

例えば、フッ素系の撥水材料として、例えば、ＣＦ_４などのフッ素系ガスを用いたプラズマ処理によって生成したフッ素系の生成物を用い、その生成物を基板１の表面に付着させたものを撥水膜２ａとして利用してもよい。また、フッ素系の撥水材料として、市販の撥水膜材料を用いてもよい。例えば、旭硝子社製サイトップ，フロロテクノロジー社製フロロサーフＦＳ−１０１０，同ＦＳ−５０１０，ダイキン社製オプツールＤＳＸ，住友３Ｍ社製ノベックＥＧＣ−１７２０などを用いてもよい。

さらに、本実施形態では、基板１としてガラス基板を用いているため、フッ素系のフッ素系の撥水材料として、フッ素系シランカップリング剤を用いることが好ましい。フッ素系シランカップリング剤とは、加水分解によってシラノール基を形成し、水酸基等の反応基と縮合して強固な撥水膜２ａを形成可能な化合物である。このため、ガラス基板のように表層に水酸基が存在する基板１を用いれば、その水酸基とフッ素系シランカップリング剤とが縮合可能となる。これにより、化学的に安定した撥水膜２ａを形成することが可能となる。従って、例えば、上記のリフトオフ法を用いた撥水膜２ａのパターニングにおいて、残すべき撥水膜２ａが除去されにくく、パターニングを簡便に実施できる。

また、フッ素系シランカップリング剤を用いて形成した撥水膜２ａの膜厚は、概ね１００ｎｍ以下と薄い。このため、基板１上にＳｉナノワイヤ集合体４０を形成した後、短時間で除去することができる。撥水膜２ａは、アッシング処理（灰化処理）、または、紫外線照射によって、短時間で除去できる。アッシング処理には、酸素ガスまたは酸素を含有するガスを用いる。アッシング処理の場合、１分以下程度の短時間で、撥水膜２ａを除去できる。一方、紫外線照射の場合、１０分以下程度の紫外線照射により、撥水膜２ａを除去できる。紫外線照射は、大気中で行うことができるため、アッシング処理用の装置のように、真空容器を用意する必要はない。このため、紫外線照射は、簡便である。

なお、前述のように、フッ素系シランカップリング剤に対し、特に好ましい基板１は、ガラス基板である。しかし、基板１として、樹脂フィルムを用いることもできる。この場合、例えば、アッシング処理或いは紫外線照射処理によって、フッ素系シランカップリング剤と反応する反応基を、樹脂フィルムの表層に形成する。これにより、樹脂フィルムを用いた場合にも、化学的に安定した撥水膜２ａを形成することが可能である。

ここで、本実施形態において、フッ素系シランカップリング剤は、例えば、下記の式（１）で表されるＳｉ化合物であることが好ましい。

Ｙ_ｎＳｉＸ_４−ｎ（ｎ＝１，２，または３）・・・（１）
ただし、Ｘの少なくとも１つは、加水分解により水酸基となる官能基であり、残りは加水分解されない官能基であり、Ｙはフッ化アルキル基である。

式（１）において、官能基Ｘの少なくとも１つは、加水分解により水酸基となる官能基である。これにより、式（１）の化合物が加水分解されると、シラノール基（−ＳｉＯＨ）が形成される。官能基Ｘの少なくとも１つは、加水分解により水酸基となるものであれば、特に限定されるものではない。加水分解により水酸基となる官能基Ｘとしては、例えば、ハロゲン（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ），アルコキシ基（ＯＣＨ_３，ＯＣＨ_２ＣＨ_３）などである。

ここで、例えば、式（１）においてｎが１の場合、式（１）の化合物は、３つの官能基Ｘを有する。この場合、少なくとも１つのＸが、加水分解により水酸基となる官能基であればよく、残りのＸは、加水分解されない官能基としてもよい。加水分解されない官能基としては、例えば、炭化水素基などが挙げられる。このような炭化水素基としては、例えば、メチル基（−ＣＨ_３）などを挙げることができる。このように、官能基Ｘの１つまたは２つを、加水分解されない官能基とすれば、基板１と式（１）の化合物との反応性を抑制することができる。なお、もちろん、全ての官能基Ｘが、加水分解により水酸基となる官能基であってもよい。

一方、式（１）において、フッ化アルキル基Ｙは、例えば、直鎖状または分岐鎖状のフッ化アルキル基を示す。例えば、Ｙは、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２，などを例示できる。

フッ化アルキル基Ｙは、直鎖状であり、かつ、その直鎖が長い場合に、良好な撥水特性を示す傾向がある。これは、フッ化アルキル基Ｙが、基板１の表面上に密に整列しやすくなり、その結果、臨界表面エネルギーの低いトリフルオロメチル基（ＣＦ_３基）を、基板１の表面に高密度に配列できるためであると予想される。

従って、フッ化アルキル基Ｙは、例えば、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２、ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＨ_２ＣＨ_２、などを選択することが好ましい。

式（１）のフッ素系シランカップリング剤は、これらＸ、Ｙを組み合わせた各種Ｓｉ化合物から適宜選択することができる。

撥水膜２ａを形成するとき、高濃度にフッ素系シランカップリング剤が存在すると、フッ素系シランカップリング剤同士の結合が進行してしまう。このため、基板１の表面に、高密度にシランカップリング剤を整列させることが難しくなる。そこで、フッ素系シランカップリング剤は、適当量の溶媒で希釈することが望ましい。

この希釈溶媒としては、クロロフルオロカーボン，パーフルオロヘキサンなどのフッ素系溶剤の他、メタノール、エタノール、酢酸エチル、ベンゼン、トルエン、クロロホルムなどの有機溶媒が挙げられる。希釈濃度は、特に限定されるものではないが、例えば、２０％（重量％，以下同様）以下程度まで希釈して用いることが望ましい。特に、ディッピング法、スピンコート法など、フッ素系カップリング剤を溶液状態で基板１表面に接触させる場合には、フッ素系カップリング剤を、１％以下に希釈することが望ましい。

このようにして、図３（ｂ）の工程では、基板１上に、撥水膜２ａが形成された領域と、撥水膜２ａが形成されていないパターン形成領域２ｂとが形成される。

次に、図３（ｃ）に示すように、基板１上のパターン形成領域２ｂに、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液３を塗布する。これにより、パターン形成領域２ｂに、分散液３によるパターン（分散液パターン３０）が形成される（パターン形成工程）。前述のように、本実施形態では、ライン状のパターン形成領域２ｂを形成しているため、分散液パターン３０も、ライン状となる。

最後に、図３（ｄ）に示すように、Ｓｉナノワイヤ４を含有する分散液３を乾燥（蒸発）させることによって、Ｓｉナノワイヤ４を析出させる（乾燥工程）。これにより、基板１上に、Ｓｉナノワイヤ集合体４０が形成される。なお、乾燥工程終了後に、図３（ｄ）の撥水膜２ａを除去すれば、図１に示すＳｉナノワイヤ集合体４０を製造することができる。

ここで、図３（ｃ）のパターン形成工程において、分散液パターン３０を形成する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ディッピング法，スピンコート法，バーコーター法を適用できる。

また、分散液３を基板１に塗布する方法は、インクジェット法、または、ディスペンサを用いることもできる。これらの方法では、基板１上のパターン形成領域２ｂに、選択的に分散液３を塗布することができる。つまり、塗布することを所望しない領域（撥水膜２ａ）への、分散液３のはみ出しを極力避けて塗布することができる。このため、これらの方法では、パターン形成領域２ｂに塗布するのに必要量の分散液３を塗布することが可能となる。従って、Ｓｉナノワイヤ４を含有する分散液３の使用量を抑えることができる。

ここで、本実施形態では、分散液３は、Ｓｉナノワイヤ４を分散させる分散媒であればよく、例えば、水、アルコール（メタノール，エタノールなど），ケトン（アセトン等）などを挙げることができる。

分散液３の分散媒は、Ｓｉナノワイヤ４が化学的に変化しない溶媒であることが好ましい。言い換えれば、分散液３の分散媒は、分散媒を乾燥した時に、分散されたＳｉナノワイヤ４がそのまま析出する溶媒であることが好ましい。例えば、Ｓｉナノワイヤ４は単結晶であり、Ｓｉナノワイヤ４をＴＦＴなどの電子デバイスに適用する場合、その結晶構造が維持される溶媒を用いる。これにより、Ｓｉナノワイヤ４の性質を維持したＳｉナノワイヤ集合体４０を形成することができる。

分散液３の分散媒は、その乾燥様式に基づいて設定することもできる。すなわち、本実施形態では、分散液３の乾燥時に、分散液３（分散液パターン３０）が撥水膜２ａとパターン形成領域２ｂとの境界から移動しない分散媒を用いることが好ましい。言い換えれば、分散液３の乾燥時に、分散液３のエッジが、その境界から移動しないことは、「エッジがピン止めされる」と表現することもできる。また、「エッジがピン止めされる」分散媒を用いた場合、分散液３を乾燥させると、略エッジに沿って、Ｓｉナノワイヤ４を析出させることができる。これを、「ピン止め効果」と表現することもできる。

ここで、乾燥工程におけるＳｉナノワイヤ４の析出（Ｓｉナノワイヤ集合体４０の形成）について、説明する。同時に、「エッジがピン止めされる」および「ピン止め効果」についても説明する。

図４（ａ）は、図３（ｃ）の部分拡大図であり、分散液３の乾燥の様子を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図４（ｂ）から分かるように、単位面積当りの分散液３の表面積は、分散液パターン３０と撥水膜２ａとの境界付近が、最も大きい。このため、エッジ付近での分散液３（分散媒）の蒸発速度（乾燥速度）が、最も速い。そして、蒸発した分散液３を補うべく、分散液３が、エッジ方向に移動する。これにより、図４（ａ）および図４（ｂ）の分散液３（分散液パターン３０）に矢印にて図示するような、分散液パターン３０の長さ方向（図中Ｌの方向；長手方向）に対して直角方向（図中Ｗの方向；短手方向）に、エッジ方向へ向かう対流が発生する。

そして、この対流によって、Ｓｉナノワイヤ４が、エッジ方向に向かって移動する。この移動の際に、Ｓｉナノワイヤ４は、分散液パターン３０と略平行に（つまりエッジに沿って）配向する。すなわち、複数のＳｉナノワイヤ４が、同一方向に配向する。そして、分散液３の蒸発が進むと、同一方向に配向したＳｉナノワイヤ４が析出する。

ここで、図４（ａ）に示す、Ｓｉナノワイヤ４’のように、分散液パターン３０の長さ方向Ｌに対して傾いており、そのＳｉナノワイヤ４’の一方の端部が、先にエッジに到達して固定されたとする。この場合でも、その傾いて固定されたＳｉナノワイヤ４’は、前述した分散液３の対流によって、回転トルクを受ける。これにより、傾いて固定されたＳｉナノワイヤ４’には、分散液パターン３０の長さ方向Ｌに対して平行となる方向に、回転移動する作用が働く。これにより、Ｓｉナノワイヤ４’も、エッジに沿って配向することとなる。

なお、図４（ａ）では、分散液パターン３０の幅Ｗよりも、Ｓｉナノワイヤ４の粒子長が小さい。しかし、Ｓｉナノワイヤ４の粒子長が、分散液パターン３０の幅Ｗよりも大きい場合、分散液パターン３０を形成した時点で、Ｓｉナノワイヤ４は、分散液パターン３０の長さ方向Ｌに沿って、配向性を有することになる。従って、より配向性を向上してＳｉナノワイヤ４を形成することが可能となる。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、「エッジがピン止めされること」および「ピン止め効果」を説明する図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図４（ｂ）と同様、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、分散液３の乾燥様式を説明する図である。図５（ａ）は、分散液３が基板１に塗布された初期状態、図５（ｂ）は、分散液３がピン止め効果を有する乾燥様式、図５（ｃ）は、分散液３がピン止め効果を有さない乾燥様式をそれぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、パターン形成領域２ｂに分散液３を塗布した時には、分散液３のエッジが撥水膜２ａに接触した状態となっている。図５（ａ）の分散液３を乾燥させる際（乾燥工程）、図５（ｂ）に示すように、分散液３のエッジが、撥水膜２ａとの接触状態を維持したまま乾燥する場合、エッジがピン止めされて乾燥すると表現できる。一方、乾燥工程において、図５（ｃ）に示すように、分散液３のエッジが、撥水膜２ａに接触しなくなる場合、エッジがピン止めされずに乾燥すると表現できる。

図５（ｂ）のように、分散液３のエッジがピン止めされていれば、そのピン止めされた部分に、Ｓｉナノワイヤ４を、局在化して析出させることができる。つまり、図５（ａ）のように、初めに分散液３を塗布した分散液３と撥水膜２ａとの境界近傍に、Ｓｉナノワイヤ４を析出させることができる。これにより、基板１上の特定位置に、Ｓｉナノワイヤ４を析出させることができる。つまり、パターン形成領域２ｂに形成された、ライン状の分散液パターン３０のうち、特に、分散液３と撥水膜２ａとの境界に沿って、選択的に、複数のＳｉナノワイヤ４を会合させることができる。言い換えれば、ライン状の分散液パターン３０において、分散液３の両エッジ近傍に、選択的にＳｉナノワイヤ４を会合させることが可能となる。従って、Ｓｉナノワイヤ４（Ｓｉナノワイヤ集合体４０）の、基板１への配置精度が向上する。

なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）の説明では、基板１に撥水膜２ａが形成されているが、撥水膜２ａが形成されていない場合も、同様に、ピン止め効果が得られる。

このような「ピン止め効果」は、基板１と分散液３の分散媒との組み合わせによって決まるため、基板１および分散液３の分散媒は、ピン止め効果の有無を選択基準にして設定することもできる。「ピン止め効果」は、比較的多くの種類の基板１と、分散液３の分散媒の組み合わせで発現する。しかし、ピン止め効果の発現条件は明確に規定できない。このため、使用する基板１と分散媒との各種組み合わせを試験して確認し、基板１と分散媒とを選択すればよい。一般に、水に比べて表面エネルギーの小さい有機溶媒を分散液３の分散媒として用いると、ピン止め効果が発現しやすい傾向にある。
分散媒の表面エネルギーは、界面活性剤などの添加物を添加することによっても、制御できる。

また、製造工程を考慮すれば、数分程度の短時間で、乾燥がほぼ終了することが望ましいため、乾燥速度を分散媒の選択基準にしてもよい。

このように、製造例１では、基板１上に、撥水膜２ａとパターン形成領域２ｂとを形成することによって、Ｓｉナノワイヤ４を含有する分散液３を、確実にパターン形成領域２ｂに塗布することが可能となる。これにより、パターン形成領域２ｂに分散液パターン３０が形成される。そして、その分散液パターン３０の分散液３を乾燥させることによって、Ｓｉナノワイヤ４を所望の方向に配向させつつ会合させ、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を製造することができる。従って、製造例１では、基板１の特定の位置に、特定の方向に配向したＳｉナノワイヤ４が会合したＳｉナノワイヤ集合体４０を形成することができる。

なお、乾燥工程終了後に、図３（ｄ）の撥水膜２ａを除去すれば、図１に示すＳｉナノワイヤ集合体４０を製造することができる。撥水膜２ａの除去は、前述したアッシング法または紫外線照射法によって除去することができる。

ここで、Ｓｉナノワイヤ４の表面を酸化処理しておけば、アッシング処理、または、紫外線処理による損傷を受けることはない。つまり、Ｓｉナノワイヤ４（Ｓｉナノワイヤ集合体４０）の表面を、酸化処理し、その表面にＳｉＯ_２膜を形成してもよい。このように、Ｓｉナノワイヤ４の表層に酸化処理を行い、内部にＳｉが包まれるように構成されたＳｉナノワイヤ４を使用することもできる。

Ｓｉナノワイヤ４表面の酸化処理は、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を形成してから行ってもよいし、予め酸化処理したＳｉナノワイヤ４を用いてもよい。

Ｓｉナノワイヤ４（Ｓｉナノワイヤ集合体４０）の外周（表面）に、酸化層を形成する方法は特に限定されない。例えば、背景技術に示したように、Ｓｉ基板上に金を蒸着して溶融金属滴を形成した後に、四塩化ケイ素やシラン、ジシランなどを原料ガスとしたＣＶＤ法によって上記溶融金属滴上にＳｉナノワイヤ４を形成する。その後、該Ｓｉ基板全体に対して熱酸化処理を行い、上記溶融液滴上に形成されたＳｉナノワイヤ４の表層に、Ｓｉナノワイヤ４のＳｉが酸化された層(ＳｉＯ_２膜）を形成すればよい。一般に、高温の熱酸化処理を行えば、絶縁性に優れたＳｉＯ_２膜が形成できることが知られている。従って、表面にＳｉＯ_２層が形成されたＳｉナノワイヤ４を複数会合させたＳｉナノワイヤ集合体４０をゲート酸化膜とするトランジスタを製造すれば、トランジスタの特性を向上することができる。

＜Ｓｉナノワイヤ集合体４０を用いた電子デバイスの製造方法＞
そこで、次に、このようにして得られたＳｉナノワイヤ集合体４０を用いた電子デバイスの製造方法について説明する。

Ｓｉナノワイヤ４をＴＦＴ素子５などのナノデバイスに適用するには、基板１上の目的とする位置に、配向性良く複数Ｓｉナノワイヤを配置する必要がある。前述のように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、複数のＳｉナノワイヤ４を、基板１の特定の位置に、特定の方向に配向したＳｉナノワイヤ４が会合したものである。従って、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、そのようなナノデバイスに好適である。ここでは、その例として、図２に示すようなＴＦＴ素子５の製造方法について説明する。

図６（ａ）〜図６（ｅ）は、ＴＦＴ素子５の製造工程を示す断面図である。

まず、図６（ａ）に示すように、前述の方法により、基板１上に、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａを形成する。ここでは、基板１は透明基板であり、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａの表面は酸化層４ａ（ＳｉＯ_２膜）で覆われている。

次に、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィプロセスにより、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａの表面の酸化層４ａを除去し、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａの両端のＳｉナノワイヤ４を露出させる。

次に、図６（ｃ）に示すように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａの酸化層４ａ上に、金属層からなるゲート電極６を形成する。

次に、図６（ｄ）に示すように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａおよびゲート電極６を覆うように、基板１の表面に絶縁層７を形成する。

そして、図６（ｅ）に示すように、一部のＳｉナノワイヤ４が露出するまで、絶縁層７をエッチングして、コンタクトホール８を形成する。

最後に、図６（ｆ）に示すように、コンタクトホール８に金属層を形成し、その金属層からドレイン電極９およびソース電極１０を構成する。これにより、ドレイン電極９およびソース電極１０と、Ｓｉナノワイヤ４とが接続される。このようにして、基板１上に、Ｓｉナノワイヤ集合体４０ａを用いたＴＦＴ素子５が形成される。

このような、ＴＦＴ素子５の製造方法では、予め表面が酸化層４ａで覆われたＳｉナノワイヤ４を用い、そのＳｉナノワイヤ４を複数会合させたＳｉナノワイヤ集合体４０ａを、基板１上に形成している。ここで、Ｓｉナノワイヤ４表面の酸化処理には、高温処理が必要になる。しかし、予め表面が酸化層４ａで覆われたＳｉナノワイヤ４を用いているため、基板１を高温に晒す必要がない。従って、熱の影響を受けずに、高性能の電子デバイス（ＴＦＴ素子５）を製造することが可能となる。

しかも、基板１上の特定の位置に特定の方向に配向させたＳｉナノワイヤ４を複数会合して、Ｓｉナノワイヤ集合体４０が形成される。このため、製造する電子デバイスに要求される数のＳｉナノワイヤ４を、基板１の局所領域に集めて配置できる。従って、電子デバイスを小型化することが可能となる。例えば、上記ＴＦＴ素子５においては、ドレイン電極９とソース電極１０との間を橋渡しするＳｉナノワイヤ４の数を、所定数量確保する必要がある。前述のように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０の製造においては、Ｓｉナノワイヤ４を基板１上の特定箇所に高密度に局在化させている。そして、Ｓｉナノワイヤ４を局在化させた領域に、ドレイン電極９およびソース電極１０を形成している。このため、ドレイン電極９およびソース電極１０の形成に必要な領域が、従来のように局在化されていないＳｉナノワイヤ４場合よりも、顕著に狭くなる。つまり、従来よりも、ドレイン電極９およびソース電極１０の面積を小さくしてＴＦＴ素子５を形成することが可能となる。高密度に会合させるＳｉナノワイヤ４の数は、分散液３の濃度（分散させるＳｉナノワイヤ４の量）によって制御することができる。

このように、Ｓｉナノワイヤ集合体４０は、基板１の特定の位置に、特定の方向に配列した複数のＳｉナノワイヤ４から構成されている。このため、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を用いて、これによりＳｉナノワイヤ４を用いれば、基板１上の所望とする位置に、所望とする向きで各種電子デバイスを製造できる。

＜Ｓｉナノワイヤ集合体４０の製造例２＞
次に、Ｓｉナノワイヤ集合体４０の製造例２について説明する。なお、製造例１と重複する点については、説明を省略する。

製造例２は、前述の製造例１のパターン形成工程が異なる。前述の製造例１では、図３（ｃ）のように、基板１上に形成した撥水膜２ａおよびパターン形成領域２ｂの分散液３に対する親和性の差を利用して、分散液パターン３０を形成した。

一方、製造例２では、分散液パターン３０をスタンプを用いた転写によって形成する。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、製造例２の分散液パターン３０形成方法を示す断面図である。また、図８は、製造例２によって得られた分散液パターン３０の平面図である。

製造例２では、図７（ａ）に示すように、分散液パターン３０の形成に、スタンプ１１を用いる。スタンプ１１の基板１との対向面には、凹凸パターンが形成されている。スタンプ１１の凸部１２の形状は、基板１に形成すべき分散液パターン３０の形状と一致するようになっている。

製造例２では、まず、このスタンプ１１を、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液３に浸し、凸部１２に分散液３を塗布する。そして、分散液パターン３０を形成すべき基板１の所定領域の上部に、スタンプ１１を配置する。

次に、図７（ｂ）に示すように、その配置状態を維持して、スタンプ１１の凸部１２と基板１とを接触させる。これにより、スタンプ１１の凸部１２の分散液３が、基板１に塗布される。

最後に、図７（ｃ）に示すように、スタンプ１１を基板１から離すと、所望とする分散液パターン３０が、基板１上に転写される。つまり、図８に示すように、基板１上に、分散液パターン３０が形成される。

以降の工程は、製造例１と同様なので、説明を省略する。

なお、スタンプ１１の材質は特に限定されないが、基板１として可撓性が無い（低い）ガラス基板などを用いる場合には、樹脂製のスタンプ１１を用いることが好ましい。樹脂製のスタンプ１１は、やわらかいため、可撓性のない（低い）ガラス基板などに対しても、スタンプ１１の凸部１２を均一に接触させることができる。さらに、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）製のスタンプ１１を用いれば、１μｍ以下の微細な凹凸パターンを形成することが可能である。

このように、製造例２では、基板１上に分散液パターン３０を形成するプロセスにおいて、スタンプ１１を用いて、Ｓｉナノワイヤ４を分散させた分散液３を、基板１上の所定の領域にのみ塗布する方法である。従って、製造例２では、基板１上に撥水膜２ａを形成することなく、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を製造することができる。

なお、本実施形態では、細線状構造物として、Ｓｉナノワイヤ４を例に挙げたが、細線状構造物は、これに限定されるものではない。本発明の効果は、細線状構造物の形状によって得られる。一方、例えば、等方的形状（球状など）の粒子では、本発明の効果は得られない。従って、細線状構造物は、Ｓｉナノワイヤに限定されるものではなく、棒状または柱状など、長さをもったあらゆる粒子であってもよい。つまり、細線状構造物は、基本的にはアスペクト比の大きいものであるほど本願の効果が得られる。例えば、細線状構造物のアスペクト比が、約１０以上であれば、十分本願の効果が得られる。

また、本実施形態では、分散液３（分散液パターン３０）のエッジ部に、Ｓｉナノワイヤ４を析出させて、Ｓｉナノワイヤ集合体４０を形成した。しかし、Ｓｉナノワイヤ４を析出させる位置は、分散液パターン３０の少なくとも一部であればよい。つまり、本実施形態では、ピン止め効果を利用しているため、Ｓｉナノワイヤ４が、基板１上の分散液パターン３０のエッジに局在化して析出する。

しかし、ピン止め効果を利用しない場合には、Ｓｉナノワイヤ４を、分散液３のエッジ以外にも、局在化させることができる。例えば、分散液３に分散されたＳｉナノワイヤ４は、分散液３が全て蒸発したときに、析出するように設定されている。このため、ピン止め効果を利用しない場合には、最終的に分散液３の分散媒が蒸発した場所に、Ｓｉナノワイヤ４が局在化することになる。

例えば、本実施形態と同様に、ライン状の分散液パターン３０の場合、分散液パターン３０の両サイドから、均等に分散液３の蒸発が進むとする（図５（ｃ）参照）。この場合、Ｓｉナノワイヤ４は、その分散液パターン３０の中心に配置されることになる。

また、ライン状の分散液パターン３０のうち、一方のエッジを、加熱するなどして温度勾配をつけて、分散液３を蒸発させると、分散液３の蒸発速度が変わる。これにより、ライン幅方向（短手方向）に配置場所を変化させることが可能となる。

なお、本発明を以下のように表現することもできる。

〔１〕基板上に針状粒子（Ｓｉナノワイヤ４）を配置する工程において、前記針状粒子を含有する液体（分散液３）によるパターン（分散液パターン３０）を形成するステップと、該針状粒子を前記液体によるパターンの少なくとも一部に集積する（会合させる）ステップとを備えることを特徴とする針状粒子の配置方法（配向方法）。

この方法によれば、基板上の所望とする領域に選択的に針状粒子を含有する液体によるパターンを形成する。このため、そのパターンにその液体を塗布すればよく、基板全域に上記液体を塗布する必要がない。従って、デバイス製造プロセスにおいて特に針状粒子の使用量を低減することができる。

また、上記形成したパターンの一部に針状パターンを集積するので、針状粒子を含有する液体に分散された状態での針状粒子の密度以上の高密度で、針状粒子を配置することが可能である。従って、例えば、Ｓｉナノワイヤを利用したＴＦＴ素子を形成する際には、微小領域に必要な数のＳｉナノワイヤを配置して電流量を確保しながらＴＦＴ素子を形成することができる。つまり小型のＴＦＴ素子を形成することが可能である。

〔２〕前記針状粒子を含有する液体によるパターンを形成するステップでは、前記パターンをライン状に形成し、前記針状粒子を前記液体によるパターンの少なくとも一部に集積するステップでは、前記ライン状パターンのラインと略平行に針状粒子を配列させることを特徴とする上記〔１〕に記載の針状粒子の配置方法。

液体を蒸発させるプロセスにおいては、液体パターンのエッジ付近からの蒸発速度が高く、これに起因して液体中に対流が発生する。上記のようにライン状に液体パターンを形成することにより、上記液体中に発生する対流はラインと直交方向に形成される。このため、その液体に含有される針状粒子が、ラインと平行方向に整列するように配向して集積されることとなる。

そして、ライン状パターンのラインと略平行に針状粒子を配列できれば、ライン状パターンを形成する方向によって所望の位置に、所望の配向方向に針状粒子を集積して配置することが可能となる。従って、例えばマトリクス状に配列されるＴＦＴ素子をＳｉナノワイヤを用いて形成するプロセスに容易に適用することが可能となる。

〔３〕前記ライン状に形成するパターンのライン幅（短手方向の幅Ｗ（図４（ａ）参照）が、前記針状粒子の粒子長よりも短いことを特徴とする上記〔２〕に記載の針状粒子の配置方法。

上記のようにライン状に形成するパターンのライン幅が針状粒子の粒子長、すなわち長手方向の長さよりも短く設定することによって、上記ライン状に形成されたパターン内において、針状粒子は、概ねライン方向と平行方向に配向して存在する。このため、上記ライン方向と平行に、針状粒子を配列させて集積することが容易となる。

本発明では、液体に含有される針状粒子の少なくとも一部の粒子長よりも上記ライン幅が短ければ、配向性を向上させる効果がある。また、含有される全ての針状粒子よりもライン幅を小さく設定すれば、配向性が大きく向上する。

〔４〕前記針状粒子を含有する液体によるパターンを形成する方法は、前記針状粒子を含有する液体を塗布する基板上の所望の領域に、他の領域よりも、その液体に対する親液性の高い領域を形成し、該親液性の高い領域に選択的に前記パターンを形成することを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の針状粒子の配置方法。

この方法によれば、あらかじめ基板上に親水領域と撥水領域との異なる２領域を形成することによって、針状粒子を含有する液体によるパターンを所望の形状にて形成可能となる。また、上記液体の塗布を所望しない領域の撥液性を高く設定する。このため、上記液体を基板へ塗布する際に、上記液体が塗布を所望しない領域に一旦はみ出しても表面エネルギーの差異によって液体が所望とする領域へと移動する効果がある。すなわち、上記液体を基板へ塗布する際の塗布位置を高精度に制御する必要がなく、簡便な塗布が可能となる。

〔５〕前記針状粒子を含有する液体を塗布する基板上の所望の領域に他の領域よりも親液性の高い領域を形成する手段は、上記所望の領域以外の基板領域に撥水膜を形成することを特徴とする〔４〕に記載の針状粒子の配置方法。

この方法によれば、不所望の領域に撥水膜を形成することによって、所望の領域の親液性を向上させることが可能である。また、撥水膜を形成することによって接触角が１００°以上の撥水特性を発現させることが容易に実現できる。このため、液体を塗布する所望領域の親液性と、不所望の領域の撥液性（撥水性）とのコントラストを簡便に形成することが可能となる。上記コントラストは、特に液体を塗布する所望領域の親液性が高ければコントラスト比が高くなり、塗布する液体が不所望の領域にはみ出しても所望の領域へと液体が移動する効果が向上する。なお、当然ながら、液体を塗布する所望の領域の親液性を向上させるために、あらかじめ基板に対してプラズマ処理、或いは紫外光照射を行っておくことが望ましい。

〔６〕前記針状粒子を含有する液体によるパターンを形成する方法は、凹凸パターンが形成されたスタンプの凸部に前記針状粒子を含有する液体を塗布した後に、前記基板上に前記スタンプを接触させることによって前記針状粒子を含有する液体を基板に転写することを特徴とする上記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の針状粒子の配置方法。

この方法によれば、基板上に特段の処理を施すことなく、所望とする領域に選択的に針状粒子を含有する液体を塗布することが可能である。また、パターン形状はスタンプの凸部形状によって規定されるために再現性良くパターン形状を形成することが可能となる。

〔７〕前記針状粒子を前記液体によるパターンの少なくとも一部に集積するステップは、前記液体の乾燥過程において前記針状粒子を前記パターンのエッジに析出させるステップであることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の針状粒子の配置方法。

この方法では、上記液体の乾燥工程において、液体によるパターンのエッジがピン止めされる条件を選定すれば、上記針状粒子はパターンのエッジに析出される。従って、形成するパターン中でもさらに、エッジ近傍の特定位置に針状粒子を配置できることとなる。すなわち、針状粒子の配置位置の制御性を向上することが可能となる。

〔１０〕上記〔５〕に記載の針状粒子の配置方法によって得られた針状粒子を用いた電子デバイスを製造し、さらに上記針状粒子を配置する工程以降に、前記所望の領域以外の基板領域に形成した撥水膜を除去する工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

この製造方法によれば、針状粒子を配置する工程以降に不要となった撥水膜を除去する。このため、例えば上層に薄膜を形成するといった後工程が存在する場合に、該薄膜の密着強度が低下するなど、上記撥水膜が悪影響を及ぼすことが無くなる。従って、信頼性の高い電子デバイスを形成することが可能となる。

〔１１〕前記撥水膜は、フッ素系シランカップリング剤を用いて形成した撥水膜であることを特徴とする上記〔１０〕に記載の電子デバイスの製造方法。

フッ素系シランカップリング剤を用いて形成した撥水膜は、一般に膜厚が１００ｎｍ以下と薄い。このため、酸素、或いは酸素を含有するガスを用いたアッシング処理（灰化処理）によって、１分以下程度の短時間で除去が可能である。また、大気中で１０分以下程度の紫外線照射によっても除去が可能である。紫外線照射には、アッシング装置のように真空容器を用意する必要がないため、簡便に、短時間で撥水膜を除去することが可能となる。

このように、本発明によれば、針状粒子を、基板上の所望の位置に配向性良く配置可能となる。また、そのように高精度に配向された複数の針状粒子を集積して配置するため、針状粒子の使用量を抑えつつ、必要とする領域には高密度に針状粒子を配置することが可能となる。

したがって、例えば、Ｓｉナノワイヤを用いたＴＦＴを作成する場合に、所定領域に選択的に配向性良く、複数のＳｉナノワイヤを配置することができ、ＴＦＴ特性のばらつきを抑えて製造することが可能となる。また、Ｓｉナノワイヤを高密度に会合させて配置できるため、素子サイズを小型にすることが可能となる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、複数のＳｉナノワイヤなどの細線状構造物を、基板上の特定の位置に特定の配向で会合させることができるため、ナノデバイス等の開発に好適である。

本発明の実施の一形態におけるＳｉナノワイヤ集合体の平面図である。 図１のＳｉナノワイヤ集合体を用いたＴＦＴ素子の平面図である。 図３（ａ）〜図３（ｅ）は、図１のＳｉナノワイヤ集合体の製造例１の製造工程を示す平面図である。 図４（ａ）は、図３（ｃ）において基板上に形成された分散液パターンの部分拡大図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ、基板に塗布された分散液３の乾燥様式を説明する図である。 図６（ａ）〜図６（ｅ）は、図２のＴＦＴ素子の製造工程を示す断面図である。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図１のＳｉナノワイヤ集合体の製造例２における、分散液パターンを形成する工程を示す平面図である。 図７（ａ）〜図７（ｃ）の工程によって得られた分散液パターンを示す平面図である。

符号の説明

１ 基板
２ａ 撥水膜（分散液のパターンを形成しない基板上の領域）
２ｂ パターン形成領域（分散液に対する親和性の高い領域）
３ 分散液
３０ 分散液パターン
４，４’ Ｓｉナノワイヤ（細線状構造物）
４ａ 酸化層（ＳｉＯ_２膜）
５ ＴＦＴ素子（電子デバイス）
６ ゲート電極
７ 絶縁膜
８ コンタクトホール
９ ドレイン電極
１０ ソース電極
１１ スタンプ
４０，４０ａ Ｓｉナノワイヤ集合体（細線状構造物集合体）
Ｗ 分散液パターンの幅（分散液のパターンにおける短手方向の幅）
Ｌ 分散液パターンの長さ

Claims (16)

1. 複数の細線状構造物が会合してなる細線状構造物集合体の製造方法であって、
   基板上に、細線状構造物を分散させた分散液のパターンを形成するパターン形成工程と、
   上記分散液を乾燥させることにより、そのパターン上の少なくとも一部に、複数の細線状構造物を析出させる乾燥工程とを有し、
   上記乾燥工程では、複数の細線状構造物を、所定の方向に配向させながら会合させることを特徴とする細線状構造物集合体の製造方法。
2. パターン形成工程では、帯状の分散液のパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
3. 乾燥工程では、分散液のパターンのエッジに沿って、細線状構造物を析出させることを特徴とする請求項１に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
4. 分散液のパターンにおける短手方向の幅は、細線状構造物の粒子長よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
5. パターン形成工程では、分散液のパターンを形成する基板上の領域を、分散液のパターンを形成しない基板上の領域よりも、分散液に対する親和性を高くすることを特徴とする請求項１に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
6. パターン形成工程では、分散液のパターンを形成しない基板上の領域に、撥水膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
7. パターン形成工程では、上記撥水膜を、フッ素系シランカップリング剤を用いて形成することを特徴とする請求項６に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
8. 上記基板は、表面にシラノール基と縮合し得る官能基が存在するものであることを特徴とする請求項７に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
9. パターン形成工程では、分散液のパターンを転写によって形成することを特徴とする請求項１に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
10. 分散液のパターンの基板への転写は、分散液のパターンと同形状に形成された凸部と、基板とを接触させて行うことを特徴とする請求項９に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
11. 細線状構造物が、シリコンナノワイヤであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の細線状構造物集合体の製造方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の細線状構造物集合体の製造方法によって得られた細線状構造物集合体を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
13. 請求項６または７に記載の細線状構造物集合体の製造方法によって得られた細線状構造物集合体を用いることを特徴とする電子デバイスの製造方法であって、
    乾燥工程以降に、撥水膜を除去する除去工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
14. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の細線状構造物集合体の製造方法によって得られた細線状構造物集合体。
15. 請求項１４に記載の細線状構造物集合体を備えた電子デバイス。
16. 基板上に、複数の細線状構造物を所定方向に配向させる配向方法であって、
    基板上に、細線状構造物を分散させた分散液のパターンを形成するパターン形成工程と、
    上記分散液を乾燥させることにより、そのパターン上の少なくとも一部に、複数の細線状構造物を析出させる乾燥工程とを有し、
    上記乾燥工程では、複数の細線状構造物を、所定の方向に配向させながら会合させることを特徴とする配向方法。

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