子細線の形成方法を提供する。Si基板41にドライエッチ法で段差43を形成した後に表面にSiO2膜44を形成する。下の圧力下でSi2H6ガスを流して、Si結晶粒(量子ドット)45を段差43に沿って形成する。般的なホトリソグラフィ技術とドライエッチ技術で形成するので、量子ドットの成長位置を容易に制御可能である。Si結晶粒45成長時のガス量や時間や基板温度を制御すれば、量子細線を形成したり、量子ドットの大きさや量子細線の太さを制御したりできる。性と高再現性とを実現し、特殊な微細加工技術を用いずに低コスト,高歩留まり,高生産性を実現する。【発明の属する技術分野】この発明は、量子サイズ効果を発現させうる程度に微小な導電性を有する半導体あるいは金属の超微粒子および超細線を絶縁性基板上に形成する超微粒子および超細線の形成方法と、この形成方法による超微粒子あるいは超細線を用いた半導体素子に関する。細化によって大容量,高速,低消費電力の性能を飛躍的に向上させてきた。素子のサイズが0.1μm以下になると、従来の素子の動作原理の限界に到達すると考えられ、新しい動作原理に基づいて新しい素子の研究が活発に行われている。子細線と言う)の超微細構造を有する素子である。ここで、前者の量子ドットについては、種々の量子効果ディバイスと共に、特にクーロン・ブロッケイド現象を用いた単電子ディバイスへの応用のための研究が盛んに行われている。後者の量子細線については、量子効果を利用した超高速トランジスタへの応用が期待されている。【0004】一方においては、今後のエレクトロニクスの新しい潮流として、電子回路と光通信回路との融合が模索されている。素子の搭載が不可欠となり、LSIの主流であるSi(シリコン)系材料で実用化もされている。発光に関しては、Si系IV族半導体が間接遷移型のバンドギャップを有しているため発光しないとされてきた。年、10nm以下の大きさの微小結晶粒では、直接遷移型のバンド構造となって発光することが確認されたことを機に、活発な研究がさなれている。記量子ドットあるいは量子細線の形成技術の多種多様な研究が行われている。平8−64525号公報)について簡単に説明する。【0006】図13(f)に、形成された単電子トランジスタの断面を示す。ソース端子1とドレイン端子2との間に電圧を掛け、結晶Si微小粒(以下、単に微小粒と言う)3を介してソース・ドレイン間に流れる電流をゲート端子4に掛ける電圧でオン/オフする。果によって発現するクーロン・ブロッケイド現象のために電流は流れない。この状態がオフ状態である。象が破れて電流が流れる。この状態がオン状態である。【0007】上記構成の単電子トランジスタは、以下のようにして形成される。表面に厚さ2500ÅのSiO2膜6を形成して素子分離領域とする。成し、この上にCVD(化学蒸着)法によって厚さ1000Åのタングステン膜8を形成して、ドライエッチングによってパターニングする。最終的に、このタングステン膜8をソースおよびドレインとして使用する。槽内で125°Cに加熱しながら、電子ビーム蒸着法で、SiO2膜7およびタングステン膜8の表面に0.1Å/secの堆積速度でSi原子を供給する。して、SiO2膜7およびタングステン膜8の表面に、直径が20Åで高さが10Åの半球形非晶質Si微小粒9を20Åの間隔で形成する。小粒3(結晶Si微小粒)を得る。【0009】次に、SiH4,O2,PH3,B2H5を原料ガスとして用いたCVD法によって、図13(b)に示すように、ボロン/リン添加ガラス10を堆積し、800°C熱処理によるリフローで表面を平坦化して微小粒3のある領域での厚さを40Åとし、ない領域での厚さを50Åとする。【0010】次に、図13(c)に示すように、再びタングステン膜11を堆積してゲート電極の形状に成形する。図13(d)に示すように、SiO2膜12をCVD法で堆積して層間絶縁膜を形成する。子2,ゲート端子4および基板電位端子13を形成する。【0011】次に、上記量子ドットの発光素子への応用について説明する。このSi発光素子は、上部電極15と下部電極16との間に電圧を掛けてトンネル電流を流し、結晶Si微小粒(以下、単に微小粒と言う)17にキャリアを注入することによって発光を得る。【0012】上記構成のSi発光素子は、以下のようにして形成される。表面に厚さ2500ÅのSiO2膜19を形成して素子分離領域とする。次に、図14(b)に示すように、酸素雰囲気中で熱処理して厚さ30ÅのSiO2膜20を形成する。槽内で125°Cに加熱しながら、電子ビーム蒸着法でSiO2膜19,20の表面に、0.1Å/secの堆積速度でSi原子を供給する。小粒21を20Åの間隔で形成する。500°Cに昇温して1時間の熱処理を行って、半球形非晶質Si微小粒21を結晶化して微小粒17を得る。【0014】次に、SiH4,O2,PH3,B2H5を原料ガスとして用いたCVD法によって、図14(d)に示すように、ボロン/リン添加ガラス22を堆積し、800°C熱処理によるリフローによって表面を平坦化して微小粒17のある領域での厚さを30Åとし、ない領域での厚さを40Åとする。oxide)膜23を堆積し、このITO膜23を所望の形状のマスクでエッチングして上部電極15を成形する。図14(e)に示すように、上部電極15をマスクとしてボロン/リン添加ガラス22をエッチングして、電極領域以外のボロン/リン添加ガラス22および微小粒17を除去する。図14(f)に示すように、配線およびパッシベーション膜形成を行ってSi発光素子を形成する。講演番号28a-T-3,予稿集p-1313に記載された方法がある。この方法では、Ar(アルゴン)ガス(4×10-3Torr)のDC放電(220V,0.4A)によってAl(アルミニウム)をスパッタし、その周りに満たされたHe(ヘリウム)ガス(10Torr)で凝集を行うマグネトロンスパッタ凝集法によって、直径5nm〜500nmの球形アルミニウムクラスターを生成している。【0017】次に、Si量子細線の製造方法の例について述べる。講演番号28a-PB-5,予稿集p-798に記載された方法がある。図15(a)に示すように、(100)SIMOX基板25上にSi3N4膜26を堆積した後に、(110)方向にパターニングする。Ammonium-Hydroxide)で異方性エッチングを行って、パターンエッジに(111)面27を形成する。図15(c)に示すように、上記Si3N4膜26をマスクとして(111)面27を選択的に酸化し、酸化膜28を形成する。子細線29を形成する。述のようにしてSi量子細線が形成された素子におけるドレイン電流のゲート電圧依存性を観察すると、図16に示すように、ドレイン電流の単一電子現象によるクーロン・クロッケイド現象が観測されている。講演番号30a-PB-4,予稿集p-515に記載された方法がある。この方法では、SiO2絶縁基板上に幅30μm、厚さ8nmのAlを蒸着する。微鏡(AFM)を用いてAl細線以外の領域を酸化させる。具体的にはAFMの探針とAlの間に電圧を加えることによってAl細線以外のAlを酸化させて絶縁膜とする。して、幅20nmのAl細線を形成する。板に搭載して融合するためには、以下のような問題がある。長に強く影響を及ぼす。置,大きさおよび密度の均一性,再現性を確保するのは極めて困難で、量産技術としては成り立ち難いという問題がある。一性,再現性を確保するのは極めて困難で、量産技術としては成り立ち難いという問題がある。成されたSIMOX基板上の均一なSi量子細線」による量子細線の形成方法は、工程が極めて複雑であり、高コスト,低歩留まり,低生産性等の問題を有しているために、現実的な量産技術として成り立ち難いという問題がある。板全面にわたって所望の位置に細線を形成できるAFMは存在しない。性良く形成するかという問題がある。量産装置を開発して行くには、アライメントをどのようにするか、現実的なスループットをどのように確保するか等の多くの問題を有している。素子を提供することにある。成する超微粒子および超細線の形成方法において、段差が形成された絶縁性基板を作成し、上記超微粒子あるいは超細線を上記段差の上縁に沿って選択的に形成することを特徴としている。差の上縁に沿って選択的に形成される。望の位置に設定される。【0029】また、請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明の超微粒子あるいは超細線の形成方法において、上記段差は1nm以上であることを特徴としている。細線が確実に形成される。縁性基板の表面に段差を形成することによって行われることを特徴としている。おける段差の形成位置が容易に制御されて、超微粒子あるいは超細線の成長位置が容易に所望の位置に設定される。基板の表面に段差を形成した後、上記段差が形成された半導体基板の表面に絶縁膜を形成することによって行われることを特徴としている。おける段差の形成位置が容易に制御されて、超微粒子あるいは超細線の成長位置が容易に所望の位置に設定される。基板の表面に絶縁膜を形成した後、上記絶縁膜をパターニングして上記半導体基板の表面を露出させ、この露出された上記半導体基板の表面を酸化することによって行われることを特徴としている。おける段差の形成位置が容易に制御されて、超微粒子あるいは超細線の成長位置が容易に所望の位置に設定される。体基板の上面全体に絶縁膜を積層することによって行われることを特徴としている。おける段差の形成位置が容易に制御されて、超微粒子あるいは超細線の成長位置が容易に所望の位置に設定される。線を上記段差の上縁のみに気相成長させることによって行われることを特徴としている。【0040】上記構成によれば、上記段差の上縁に沿った上記超微粒子あるいは超細線の選択的成長は、特殊な微細加工技術に因らずに一般的な高真空CVD技術によって行われる。したがって、反応室内の真空度,原料ガスの導入量や導入時間,基板温度等を制御することによって、所望の大きさや太さや密度の上記超微粒子あるいは超細線が均一に再現性よく形成されるのである。【0041】また、請求項8に係る発明は、請求項7に係る発明の超微粒子あるいは超細線の形成方法において、上記反応室内に原料ガスを流す場合のガス流量,ガス流入時間および基板温度の少なくとも1つを制御することによって、上記超微粒子あるいは超細線の何れかを選択的に形成することを特徴としている。粒子が連鎖して成る超細線の何れかが選択的に形成される。【0043】また、請求項9に係る発明は、請求項7に係る発明の超微粒子あるいは超細線の形成方法において、上記原料ガスは、モノシラン(SiH4),ジシラン(Si2H6),トリシラン(Si3H8),ジクロロシラン(SiH2Cl2)あるいはテトラクロロシラン(SiCl4)であり、Siの超微粒子あるいは超細線を形成することを特徴としている。一般的な成膜技術と、一般的なホトリソグラフィ技術やドライエッチ技術や選択酸化技術と、一般的な高真空CVD技術等によって、所望の大きさや太さや密度で容易に形成される。【0045】また、請求項10に係る発明は、請求項7に係る発明の超微粒子あるいは超細線の形成方法において、上記原料ガスは、ゲルマン(GeH4),ゲルマン(Ge2H6)あるいはフッ化ゲルマニウム(GeF4)であり、Geの超微粒子あるいは超細線を形成することを特徴としている。一般的な成膜技術と、一般的なホトリソグラフィ技術やドライエッチ技術や選択酸化技術と、一般的な高真空CVD技術等によって、所望の大きさや太さや密度で容易に形成される。【0047】また、請求項11に係る発明は、請求項7に係る発明の超微粒子あるいは超細線の形成方法において、上記原料ガスは、モノシラン(SiH4),ジシラン(Si2H6),トリシラン(Si3H8),ジクロロシラン(SiH2Cl2)あるいはテトラクロロシラン(SiCl4)の何れかと、ゲルマン(GeH4),ゲルマン(Ge2H6)あるいはフッ化ゲルマニウム(GeF4)の何れかとの混合ガスであり、SiGeの超微粒子あるいは超細線を形成することを特徴としている。術等によって、所望の大きさや太さや密度で容易に形成される。【0049】また、請求項12に係る発明は、請求項7に係る発明の超微粒子あるいは超細線の形成方法において、上記原料ガスは有機アルミニウムであり、アルミニウムの超微粒子あるいは超細線を形成することを特徴としている。般的な成膜技術と、一般的なホトリソグラフィ技術やドライエッチ技術や選択酸化技術と、一般的な高真空CVD技術等によって、所望の大きさや太さや密度で容易に形成される。項1乃至請求項12の何れか1つに記載の超微粒子あるいは超細線の形成方法によって形成された上記超微粒子あるいは超細線を用いたことを特徴としている。粒子あるいは超細線で構成しているので蓄積電荷は少なくなる。したがって、この半導体素子は、上記浮遊ゲートへの少ない注入電荷量で動作する。導体の超細線を用いたことを特徴としている。【0054】上記構成によれば、チャネル領域をナノメータサイズの半導体超細線で形成しているので、上記チャネル領域は、上記超細線の延在方向に直交する方向に量子化されて1次元伝導を示す。体素子は高速で動作する。極で挟んだ構造を有し、両電極間に電圧を掛けることによって発光することを特徴としている。遷移型のバンド構造を有している。記超微粒子を絶縁膜を介して挟んでいる両電極に電圧を掛けてトンネル電流を流して超微粒子に電子が注入されると、上記超微粒子に電子の遷移が生じて発光する。態により詳細に説明する。本実施の形態においては、予め、絶縁性基板に段差を形成した後、上記段差の上縁に沿って選択的に、導電性を有する金属あるいは半導体で量子ドットあるいは量子細線を形成する。具体的には以下の方法で形成する。絶縁性材料を加工して段差を形成する。半導体表面に絶縁膜を形成した後に、上記絶縁膜をパターニングして半導体表面を露出させ、酸化するか或いは全面に絶縁膜を堆積させて段差を形成する。記段差の上縁に沿った部分にのみ気相成長するのである。ところが、図11(c)に示すように、ある時間が経過して絶縁性基板31の表面に核33が形成されると、島状の膜に成長し、図11(d)に示すように、やがて連続した薄膜34が形成される。【0060】ところが、基板表面に段差が在る場合には、図12(b)に示すように、平坦部では核が形成されない初期の段階でも、絶縁性基板35の段差36の上縁に沿って核(粒状の反応物)38が生成する。性基板35の表面にも核38'が形成される。両核38,38'は島状の膜に成長して連続した薄膜39が形成される。ところで、上記段差36に沿って反応物38が成長するのは、段差36で反応ガス分子37の濃度が平坦部に比べて高くなるためと考えられる。このように、段差で反応物が成長し易いということは、エピタキシャル成長では例が在るものの、CVD法においては前例がない。旦10-6Torrよりも高真空にして、大気の成分や水分等の不純物を排気する必要がある。反応時における反応室内の圧力も10−2Torr以下にしなければならない。これは、10−2Torrよりも高いと、全面で速やかに膜成長が始まってしまうためである。【0062】ここで、上記量子ドットまたは量子細線をSiで形成する場合には、原料ガスとして、SiH4(モノシラン),Si2H6(ジシラン),Si3H8(トリシラン),SiH2Cl2(ジクロロシラン)あるいはSiCl4(テトラクロロシラン)を用いる。【0063】また、上記量子ドットまたは量子細線をGe(ケルマニウム)で形成する場合には、原料ガスとして、GeH4(ゲルマン),Ge2H6あるいはGeF4(フッ化ゲルマニウム)を用いる。【0064】また、上記量子ドットあるいは量子細線をSiGeで形成する場合には、原料ガスとして、SiH4,Si2H6,Si3H8,SiH2Cl2あるいはSiCl4の何れかのガスと、GeH4,Ge2H6あるいはGeF4の何れかのガスとの混合ガスを用いる。【0065】また、上記量子ドットあるいは量子細線をAlで形成する場合には、原料ガスとして、(CH3)2AlH(DMAH:ジメチルアルミニウム)等の有機アルミニウムを用いる。子の基本となる量子ドットあるいは量子細線を従来のSi系LSIと同一基板に搭載して融合させた半導体素子を得ることができる。浮遊ゲート領域に上記量子ドットあるいは量子細線を用いる。【0069】(3)半導体材料の量子ドットを絶縁膜で挟み、さらに電極で挟み、両電極間に電圧を掛けることによって発光する発光素子とする。子ドットあるいは量子細線の形成方法と、その量子ドットあるいは量子細線を用いた半導体素子について説明する。【0071】<第1実施の形態>図1は、本形態の形態における量子ドットあるいは量子細線の形成方法の手順を示す。本形態の形態は、上述した段差形成方法によって、つまり、半導体基板を加工して段差を形成した後に表面に絶縁膜を形成する方法に関する。【0072】すなわち、先ず、図1(a)に示すように、Si基板41上にホトレジスト膜を形成した後、段差の形成位置を境界としてパターニングを行ってホトマスク42を得る。板41に50nmの段差43を形成した後に、図1(b)に示すようにホトマスク42を除去する。厚でSiO2膜44を形成するのである。上記熱酸化によってSiO2膜44を形成する変わりに、CVD法によってSiO2膜あるいはSi3N4膜等の絶縁膜あるいはSiO2とSi3N4とを積層した絶縁膜を形成しても差し支えない。【0073】その後、段差43が形成されたSi基板41を高真空CVD装置と同等の反応室に設置し、10-8Torr程度まで真空排気した後、10-2Torr以下の圧力下で18ccのSi2H6ガスを120秒で流す。その場合の基板温度は590°Cである。これによって、図1(d)に示すように、約30nmの大きさのSi結晶粒45が段差43に沿ってのみ形成される。段差を形成する方法の手順である。次形成した後、図2(b)に示すように、さらにホトレジスト膜を形成して段差の形成位置を境界としてパターニングを行ってホトマスク54を得る。化膜53およびロコス酸化膜55を除去して、50nmの段差56が形成されたSi基板51を得る。子細線の形成方法における図1(c)以降と同様の処理を行って、表面全体に5nmの膜厚でSiO2膜を形成した後、10-8Torr程度まで真空排気し、10-2Torr以下の圧力下で18ccのSi2H6ガスを120秒で流す。晶粒が段差56の上縁に沿ってのみ形成される。平坦部でも粒状のものが見られるが、明らかに段差43に沿って大きなSi結晶粒45が成長しているのが分かる。【0077】上述したように、本実施の形態においては、Si基板41,51を加工して段差43,56を形成した後に表面にSiO2膜(膜絶縁膜)44を形成する。反応室内を10-8Torr程度まで真空排気した後、590°Cの温度下,10-2Torr以下の圧力下で18ccのSi2H6ガスを120秒で流すことによって、約30nmの大きさのSi結晶粒45を段差43,56に沿って形成するようにしている。粒45の成長位置を所望の位置に正しく設定できるのである。量子ドットの成長位置を容易に制御可能なのである。【0079】尚、上記実施の形態において、Si結晶粒(量子ドット)45を成長させる場合には、Si2H6ガスの流量を18ccとし、時間を120秒とし、基板温度を590°Cとしている。このガス流量やガスを流す時間や基板温度を制御することによって、離散的な量子ドットを形成したり、量子ドットが連なった量子細線を形成したりできる。量子ドットの大きさや量子細線の太さも制御可能となる。度の高均一性と高再現性を実現できるのである。【0080】このように、本実施の形態による量子ドットあるいは量子細線の形成方法は、一般的なホトリソグラフィ技術,ドライエッチ技術,ロコス法,CVD法等のシンプルな工程で行うことができ、特殊な微細加工技術を必要とはしない。方法を提供できるのである。粒45を成長させる場合にはSi2H6ガスを用いているが、上述したように、SiH4,Si3H8,SiH2Cl2あるいはSiCl4を原料ガスとして用いても構わない。原料ガスとしてGeH4,Ge2H6あるいはGeF4を用いることによって、Ge結晶粒を形成できる。原料ガスとして、SiH4,Si2H6,Si3H8,SiH2Cl2あるいはSiCl4の何れかのガスと、GeH4,Ge2H6あるいはGeF4の何れかのガスとの混合ガスを用いることによって、SiGe結晶粒を形成できる。原料ガスとして、DMAH等の有機アルミニウムを用いることによって、金属のAl結晶粒を形成できるのである。【0082】その場合、形成する量子ドットや量子細線の材質は、半導体として上述のSi,GeおよびSiGeに限定するものではない。金属として上述のAlに限定するものではない。