JP2003338621A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な構造を有し、室温での安定動作に優
れ、光リソグラフィやＣＶＤ等を利用して安価にかつ量
産可能で、単一電子トランジスタに特に好適な半導体装
置等の提供。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、導電性粒子を少
なくとも１個含む炭素系線状構造体又は格子欠陥を少な
くとも２個含む炭素系線状構造体と、該炭素系線状構造
体に含まれる前記導電性粒子を少なくとも１個挟むよう
に配置した第１の電極及び第２の電極とを有する。本発
明の半導体装置の製造方法では、半導体基板上に２以上
形成した触媒によるアイランドのうちの第１のアイラン
ドと第２のアイランドとを接続するように、該触媒によ
る粒子を含む炭素系線状構造体又は格子欠陥を少なくと
も２個含む炭素系線状構造体を形成し、前記第１のアイ
ランド及び前記炭素系線状構造体に接するように第１の
電極と、前記第２のアイランド及び前記炭素系線状構造
体に接するように第２の電極とを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己組織的ナノ構
造体であるカーボンナノチューブを用いた単一電子トラ
ンジスタ等に好適な半導体装置及びその効率的な製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】単一電子トランジスタは、単一電子効果
を利用した３端子素子である。前記単一電子効果とは、
クーロンブロッケード効果ともいい、電子のもつ素電荷
量より小さな電気量は存在しないということに由来した
現象に基づく効果である。キャパシタをナノメートルの
レベルまで近づけると、キャパシタに蓄えられた電子は
電極間をトンネル効果で移動できるようになる。ところ
が、キャパシタ電極の容量が非常に小さい場合（例えば
１０−１８ファラド位）、電子１個がトンネルすること
によって生じる静電ポテンシャルの変化はキャパシタ
（トンネル接合）にかかる電圧を大きく変えることにな
る。もし、その変化が前記トンネル接合にかかる電圧の
向きを逆転させるような場合にはトンネル現象は実際に
は起こらない。こうした有限の電圧の範囲でトンネル現
象が生じない現象を利用し、電子１個づつをディスクリ
ートにトンネルさせることが可能になる。これを単一電
子効果と呼ぶ。ここで、この効果を利用した単一電子ト
ランジスタの作製方法と構造とを図８に示す。この単一
電子トランジスタでは、Ｔｉ薄膜をＡＦＭ陽極酸化によ
って局所的に酸化させ、Ｔｉ金属アイランドとＴｉ酸化
膜キャパシタとが形成されている。この作製方法では、
ＡＦＭを用いることから原子レベルでの操作は可能であ
るが、アイランド形成に陽極酸化現象を用いるため、微
細化に限界がある。そこで、更なる微細化が可能で容易
に製造可能な単一電子トランジスタ及びその効率的な製
造方法の提供が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来におけ
る諸問題を解決し、前記要望に応え、以下の目的を達成
することを課題とする。即ち、本発明は、微細な構造を
有し、室温での安定動作に優れ、光リソグラフィやＣＶ
Ｄ等を利用して安価にかつ量産可能であり、単一電子ト
ランジスタに特に好適な半導体装置及びその効率的な製
造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明者等が鋭意検討を行ったところ、以下の知見を
得た。即ち、従来よりカーボンナノチューブについては
以下のことが知られている。前記カーボンナノチューブ
は、炭素原子からなるグラファイトシート(グラフィン)
を、直径０．４〜１０ｎｍ程度の円筒状に丸めた自己組
織的構造である。前記カーボンナノチューブは、カイラ
リティ(円筒の丸め方)の違いによって金属的にもなるし
半導体的にもなる伝導特性を有する。前記カーボンナノ
チューブは、アーク放電法やレーザーアブレーション法
等により一般に製造でき、最近では、デバイス応用を念
頭にした、パターニングされた触媒金属からのＣＶＤ成
長法によっても製造できることが報告されている。ま
た、ＣＶＤ成長時に外部電界を加えると、前記カーボン
ナノチューブの成長方向が電界方向になることも知られ
ている。このような自己組織的構造をとり各種の特性を
有するカーボンナノチューブ等の炭素系線状構造体を用
いることにより、微細な構造を有する単一電子トランジ
スタを効率的に得られるとの知見である。
【０００５】前記課題を解決するための手段としては、
後述の（付記１）から（付記２３）に記載の通りであ
る。本発明の一の半導体装置は、導電性粒子を少なくと
も１個含む炭素系線状構造体と、該炭素系線状構造体に
含まれる前記導電性粒子を少なくとも１個挟むように配
置した第１の電極及び第２の電極とを有してなることを
特徴とする。該半導体装置においては、前記炭素系線状
構造体中にアイランドとして機能する導電性粒子が少な
くとも１個（複数個）含まれている。この導電性粒子は
前記炭素系線状構造体中で電気的にアイソレイトされて
おり、該炭素系線状構造体においてはトンネル接合が複
数個直列に接続されている。このため、前記第１の電極
をソース電極として機能させ、前記第２の電極をドレイ
ン電極として機能させると、該半導体装置は、単一電子
の半導体装置として機能する。また、前記炭素系線状構
造体に対し電界効果を与える第３の電極を前記第１の電
極及び前記第２の電極から電気的に絶縁された状態で形
成すると、該半導体装置は、単一電子トランジスタとし
て機能する。本発明の他の半導体装置は、格子欠陥を少
なくとも２個含む炭素系線状構造体と、該炭素系線状構
造体に含まれる前記格子欠陥を少なくとも２個挟むよう
に配置した第１の電極及び第２の電極とを有してなるこ
とを特徴とする。該半導体装置においては、前記炭素系
線状構造体中に格子欠陥が少なくとも２個含まれてい
る。この格子欠陥により囲まれたアイランド状の炭素系
線状構造体は他と電気的にアイソレイトされており、該
炭素系線状構造体においては該格子欠陥により囲まれた
アイランド状の炭素系線状構造体が存在し、トンネル接
合が複数個直列に接続されている。このため、前記第１
の電極をソース電極として機能させ、前記第２の電極を
ドレイン電極として機能させると、該半導体装置は、単
一電子の半導体装置として機能する。また、前記炭素系
線状構造体に対し電界効果を与える第３の電極を前記第
１の電極及び前記第２の電極から電気的に絶縁された状
態で形成すると、該半導体装置は、単一電子トランジス
タとして機能する。本発明の一の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に２以上形成した触媒によるアイラン
ドのうちの第１のアイランドと第２のアイランドとを接
続するように、該触媒による粒子を含む炭素系線状構造
体を形成し、前記第１のアイランド及び前記炭素系線状
構造体に接するように第１の電極と、前記第２のアイラ
ンド及び前記炭素系線状構造体に接するように第２の電
極とを形成することを特徴とする。該半導体装置の製造
方法においては、半導体基板上に２以上形成した触媒に
よるアイランドのうちの第１のアイランドと第２のアイ
ランドとを接続するように、ＣＶＤ法等により、該触媒
による粒子を含むカーボンナノチューブ等の炭素系線状
構造体が形成される。次に、前記第１のアイランド及び
前記炭素系線状構造体に接するように第１の電極と、前
記第２のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接する
ように第２の電極とが形成される。その結果、単一電子
の半導体装置が得られる。本発明の他の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に２以上形成した触媒によるア
イランドのうちの第１のアイランドと第２のアイランド
とを接続するように、格子欠陥を少なくとも２個含む炭
素系線状構造体を形成し、前記第１のアイランド及び前
記炭素系線状構造体に接するように第１の電極と、前記
第２のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接するよ
うに第２の電極とを形成することを特徴とする。該半導
体装置の製造方法においては、半導体基板上に２以上形
成した触媒によるアイランドのうちの第１のアイランド
と第２のアイランドとを接続するように、ＣＶＤ法等に
より、格子欠陥を少なくとも２個含むカーボンナノチュ
ーブ等の炭素系線状構造体が形成される。次に、前記第
１のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接するよう
に第１の電極と、前記第２のアイランド及び前記炭素系
線状構造体に接するように第２の電極とが形成される。
その結果、単一電子の半導体装置が得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置は、炭素系線
状構造体と、該炭素系線状構造体に含まれる前記導電性
粒子を少なくとも１個挟むように配置した第１の電極及
び第２の電極とを有してなり、更に必要に応じて、炭素
系線状構造体に対し電界効果を与える第３の電極、その
他の部材を有してなる。
【０００７】前記炭素系線状構造体としては、内部にト
ンネル接合が複数個直列に接続されている構造のもので
あれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すること
ができるが、例えば、導電性粒子を少なくとも１個含む
炭素系線状構造体、格子欠陥を少なくとも２個含む炭素
系線状構造体、などが好適に挙げられる。
【０００８】前記導電性粒子としては、導電性を有しア
イランドとして機能する限り特に制限はなく、目的に応
じて適宜選択することができるが、例えば、金属粒子、
フラーレン、金属内包フラーレンなどが好適に挙げら
れ、これらの中でも金属粒子が好ましい。前記金属粒子
としては、例えば、遷移金属、その合金などが好適に挙
げられ、これらの中から選択される少なくとも１種が好
ましい。前記遷移金属としては、鉄、ニッケル、コバル
トなどが好適に挙げられ、これらの中から選択される。
【０００９】前記格子欠陥としては、格子欠陥で囲まれ
た前記炭素系線状構造体の領域がアイランドとして機能
する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択するこ
とができるが、例えば、炭素原子の欠落、変形、他の不
純物原子との置換などが挙げられ、これらの中から選択
されるものが好ましい。
【００１０】本発明において、前記炭素系線状構造体の
中に、アイランドとして機能する導電性粒子、又は、前
記格子欠陥で囲まれ、アイランドとして機能する前記炭
素系線状構造体の領域の数としては、１以上であり、特
に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。
前記炭素系線状構造体が、導電性粒子を少なくとも１個
含む炭素系線状構造体の場合には、該炭素系線状構造体
の一部はトンネル接合として機能し、格子欠陥を少なく
とも２個含む炭素系線状構造体の場合には、該炭素系線
状構造体は導電性材料として機能する。
【００１１】前記炭素系線状構造体としては、特に制限
はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、炭
素６員環や炭素５員環が互いに連結した構造のものが好
適に挙げられ、カーボンナノチューブが特に好ましい。
該カーボンナノチューブとしては、シングルウォール構
造であってもよいし、マルチウォール構造のものであっ
てもよい。前記炭素系線状構造体の数としては、特に制
限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１つ
であってもよいし、２以上であってもよい。
【００１２】本発明においては、炭素系線状構造体に対
し電界効果を与える第３の電極を備えていることが好ま
しい。この場合、該半導体装置においては、前記第１の
電極及び前記第２の電極がソース電極及びドレイン電極
として機能し、第３の電極がゲート電極として機能し、
単一電子トランジスタとして機能する。該第３の電極を
ゲート電極として機能させる場合、該第３の電極のゲー
ト電圧を適宜調整することにより、単一電子トランジス
タの挙動を調整することができる。前記第１の電極、前
記第２の電極及び前記第３の電極としては、特に制限は
なく、半導体装置において使用されている公知のものの
中から適宜選択することができるが、金属電極などが好
適に挙げられる。
【００１３】本発明の半導体装置は、単一電子の半導体
装置乃至単一電子トランジスタ等として各種分野で好適
に使用することができ、以下の本発明の半導体装置の製
造方法により好適に製造することができる。
【００１４】本発明の半導体装置の製造方法において
は、半導体基板上に２以上形成した触媒によるアイラン
ドのうちの第１のアイランドと第２のアイランドとを接
続するように、炭素系線状構造体を形成し（これを「炭
素系線状構造体形成工程」と称することがある）、前記
第１のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接するよ
うに第１の電極と、前記第２のアイランド及び前記炭素
系線状構造体に接するように第２の電極とを形成するこ
と（これを「電極形成工程」と称することがある）を含
み、更に必要に応じて、第１の電極及び第２の電極を形
成した後、炭素系線状構造体に対し電界効果を与える第
３の電極を前記第１の電極及び前記第２の電極から電気
的に絶縁された状態で形成すること（これを「第３の電
極形成工程」と称することがある）、あるいは適宜選択
したその他の工程を含む。
【００１５】前記炭素系線状構造体形成工程において
は、半導体基板上に２以上形成した触媒によるアイラン
ドのうちの第１のアイランドと第２のアイランドとを接
続するように、炭素系線状構造体を形成する。
【００１６】前記半導体基板としては、特に制限はな
く、半導体装置における基板として使用されている公知
のものの中から適宜選択することができ、例えば、シリ
コン基板などが好適に挙げられる。前記触媒によるアイ
ランドは、前記半導体基板上に絶縁膜を堆積（形成）し
た後、該絶縁膜上に形成することができる。前記触媒と
しては、上述の導電性粒子が挙げられる。前記絶縁膜と
しては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択するこ
とができ、例えば酸化ケイ素などが挙げられ、公知の酸
化法等により形成することができる。前記触媒によるア
イランドは、リソグラフィーの技術を利用して形成する
ことができ、例えば、前記絶縁膜上に公知のレジスト材
料によるレジストパターンを形成した後、該レジストパ
ターンをマスクパターンとして前記絶縁膜上に前記触媒
によるアイランドを形成し、次に前記レジストパターン
をリフトオフ、エッチング等の処理により除去すること
により形成することができる。以上により、前記半導体
基板上には、触媒によるアイランドが２以上形成され
る。なお、該触媒によるアイランドの大きさとしては、
特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ
る。
【００１７】前記炭素系線状構造体は、前記半導体基板
上に２以上形成した触媒によるアイランドのうちの第１
のアイランドと第２のアイランドとを接続するように形
成される。前記炭素系線状構造体は、上述の通りであ
り、前記第１のアイランドと前記第２のアイランドとの
間に、例えば電界を印加してＣＶＤ法により形成するこ
とができる。前記ＣＶＤ法としては、特に制限はなく、
プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等のいずれであってもよ
い。前記炭素系線状構造体をＣＶＤ法により形成する場
合、前記第１のアイランドが第２のアイランド側に尖端
部を有し、前記第２のアイランドが第１のアイランド側
に尖端部を有しているのが好ましい。この場合、触媒と
しての前記第１のアイランドと前記第２のアイランドと
の間に印加する電界が効率よく集中させることができ、
該炭素系線状構造体の形成効率に優れる点で有利であ
る。
【００１８】前記電極形成工程においては、前記第１の
アイランド及び前記炭素系線状構造体に接するように前
記第１の電極と、前記第２のアイランド及び前記炭素系
線状構造体に接するように前記第２の電極とが形成され
る。
【００１９】前記第１の電極及び前記第２の電極は、上
述の通りであり、リソグラフィーの技術を利用して形成
することができ、例えば、前記炭素系線状構造体、前記
第１のアイランド及び前記第２のアイランド上にレジス
ト材料によるレジストパターンを形成した後、該レジス
トパターンをマスクパターンとして前記電極材料を蒸着
し、次に前記レジストパターンをリフトオフ、エッチン
グ等の処理により除去することにより形成することがで
きる。以上により、前記第１のアイランド及び前記炭素
系線状構造体に接するように第１の電極が形成され、前
記第２のアイランド及び前記炭素系線状構造体の少なく
とも一方に接するように前記第２のアイランド上に第２
の電極が形成される。
【００２０】前記第３の電極は、前記第１の電極と同様
の材料、例えば公知の金属材料を用いて蒸着等により、
前記半導体基板の裏面に形成することができる。該第３
の電極は、前記第１の電極及び前記第２の電極から電気
的に絶縁されており、ゲート電極として機能させること
ができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。鉄
を触媒として用いてＣＶＤ法により成長させたカーボン
ナノチューブにおいては、図１（ａ）に示すように、内
部に触媒である鉄が原子状あるいは少数クラスターとし
て点在している。ここでは、この触媒である鉄をアイラ
ンドとして機能させる。前記カーボンナノチューブの長
さが長い場合、前記アイランドはカーボンナノチューブ
内に複数個存在し、その結果、トンネル接合が複数個直
列に接続された、いわゆるマルチ・ジャンクション型の
単一電子の半導体装置乃至単一電子トランジスタが形成
される。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すカーボンナノ
チューブを用いた半導体装置（単一電子トランジスタ）
の一例である。該半導体装置（単一電子トランジスタ）
においては、半導体基板（シリコン基板）上に堆積した
絶縁膜（酸化ケイ素）上であって触媒（鉄）パターン間
にカーボンナノチューブが形成されており、該触媒
（鉄）パターン上にはコンタクト抵抗低減のための金属
電極が付加されている。該金属電極は、該単一電子トラ
ンジスタにおけるソース電極及びドレイン電極として機
能する。また、前記半導体基板の裏面には、電流制御用
のゲート電極が設けられている。なお、前記触媒（鉄）
パターンの形状は、後述するカーボンナノチューブ形成
プロセスの中のＣＶＤ成長時に、触媒（鉄）パターン間
に印加する電界が効率よく集中するように、対向する金
属電極側に対し尖端部を有している（対向する金属電極
側に向かって先端が細くなっている）。なお、該尖端部
は、図７の左側に示すように、一つであってもよいし、
図７の右側に示すように、複数並列されていてもよい。
【００２２】前記カーボンナノチューブの位置制御は、
従来においては非常に困難であった。従来においては、
前記カーボンナノチューブを液体に混ぜて、分散塗布し
た後、ＡＦＭカンチレバー等で該カーボンナノチューブ
を所定の位置に移動させる方法しか採れなかった。本発
明では、上述のように、触媒パターニング法を利用して
位置制御を行う。即ち、まず単一導電型（ここではｐ型
を示す）シリコン基板にシリコン絶縁膜１００ｎｍを形
成し、光露光によってレジスト材料をパターニングす
る。次に、触媒である鉄を蒸着し、リフトオフによって
触媒パターンを形成する（この工程は、触媒金属蒸着、
レジストパターニング、触媒金属のエッチングという一
連の工程と置き換えてもよい）。その後、プラズマＣＶ
Ｄ法又は熱ＣＶＤ法によってカーボンナノチューブを成
長させる。なお、前記熱ＣＶＤ法の条件としては、例え
ば、原料ガスがメタンガス（あるいはアセチレンガス）
を用い、該原料ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、前記半
導体基板の温度が約９００℃、カーボンナノチューブの
成長時間が３０分、という条件などが具体例として挙げ
られる。なお、カーボンナノチューブ成長の際、対向パ
ターン間に電界を印加することによって、パターン間を
最短距離でカーボンナノチューブによってつなぐことが
できる。
【００２３】図２は、鉄触媒の円形パターンを用いて上
記カーボンナノチューブ形成プロセスによって作製した
カーボンナノチューブの成長位置制御の結果を示す。こ
こでは、該鉄触媒の円形パターン間にカーボンナノチュ
ーブが１本成長していることが判る。該カーボンナノチ
ューブは、鉄を触媒として用いているのでシングルウォ
ール構造（単層構造）である。なお、他の金属を触媒と
して用いるとマルチウォール構造（多層構造）のカーボ
ンナノチューブを作成することができる。以上の炭素系
線状構造体形成工程により、半導体基板（シリコン基
板）上に２以上形成した触媒（鉄）によるアイランドの
うちの第１のアイランドと第２のアイランドとを接続す
るように、炭素系線状構造体（カーボンナノチューブ）
を形成した（図６参照）。
【００２４】次に、レジストパターニング、電極金属の
蒸着、リフトオフ等を行うことによって、触媒パターン
上にソース電極及びドレイン電極を形成する。更に必要
に応じてソース電極及びドレイン電極のコンタクト抵抗
低減のためのアルゴン雰囲気中で６００〜８００℃程度
の熱処理を行うことができる。さらに、前記半導体基板
の裏面に、パターニング、ゲート電極蒸着リフトオフ、
高温アニール等を行うことによりゲート電極を形成し
て、単一電子トランジスタを製造することができる。以
上の前記電極形成工程において、前記第１のアイランド
（鉄触媒の円形パターン）及び前記炭素系線状構造体
（カーボンナノチューブ）に接するように前記第１の電
極（ソース電極）と、前記第２のアイランド（鉄触媒の
円形パターン）及び前記炭素系線状構造体（カーボンナ
ノチューブ）に接するように前記第２の電極（ドレイン
電極）とを形成し、前記半導体基板（シリコン基板）の
裏面に前記第３の電極（ゲート電極）を形成することに
より、単一電子トランジスタを製造した（図６参照）。
【００２５】以上により製造した単一電子トランジスタ
の特性として、ドレイン電流のゲート電圧及びドレイン
電圧依存性を図３に示した。図３中の色の濃い（暗い）
部分は、電流が流れにくいクーロンブロッケード領域で
あり、この領域がゲート電圧によって大きく変調を受け
ていることが明らかである。したがって、前記単一電子
トランジスタは、室温で良好なクーロンダイアモンド
（単一電子）特性を示すことが判る。
【００２６】図４は、第１のアイランドが第２のアイラ
ンド側に尖端部を有し、第２のアイランドが第１のアイ
ランド側に尖端部を有する態様で形成した本発明の単一
電子トランジスタの一例を示す概略説明図である。前記
第１のアイランド（触媒パターン）及び前記第２のアイ
ランド（触媒パターン）の形状を変更した以外は上述の
実施例と同様にして単一電子トランジスタを製造したと
ころ、上記実施例と同様に高品質な単一電子トランジス
タが得られた。
【００２７】図５（ａ）は、格子欠陥を少なくとも２個
含む炭素系線状構造体を示す概略説明図であり、図５
（ｂ）は、該炭素系線状構造体を用いた単一電子トラン
ジスタの一例を示す概略説明図である。前記炭素系線状
構造体における導電性アイランドを導電性粒子ではな
く、格子欠陥に囲まれた該炭素系線状構造体の部位とし
た以外は上述の実施例と同様にして単一電子トランジス
タを製造したところ、上記実施例と同様に高品質な単一
電子トランジスタが得られた。また、図５（ｃ）は、第
１のアイランドが第２のアイランド側に尖端部を有し、
第２のアイランドが第１のアイランド側に尖端部を有す
る態様で形成した本発明の単一電子トランジスタの一例
を示す概略説明図である。前記第１のアイランド（触媒
パターン）及び前記第２のアイランド（触媒パターン）
の形状を変更した以外は上述の実施例と同様にして単一
電子トランジスタを製造したところ、上記実施例と同様
に高品質な単一電子トランジスタが得られた。
【００２８】ここで、本発明の好ましい態様を付記する
と、以下の通りである。 （付記１） 導電性粒子を少なくとも１個含む炭素系線
状構造体と、該炭素系線状構造体に含まれる前記導電性
粒子を少なくとも１個挟むように配置した第１の電極及
び第２の電極とを有してなることを特徴とする半導体装
置。 （付記２） 導電性粒子が、金属粒子、カーボンナノチ
ューブ及び金属内包カーボンナノチューブから選択され
る付記１に記載の半導体装置。 （付記３） 金属粒子が、遷移金属及びその合金から選
択される少なくとも１種で形成された付記２に記載の半
導体装置。 （付記４） 遷移金属が、鉄、ニッケル及びコバルトか
ら選択される少なくとも１種で形成された付記３に記載
の半導体装置。 （付記５） 格子欠陥を少なくとも２個含む炭素系線状
構造体と、該炭素系線状構造体に含まれる前記格子欠陥
を少なくとも２個挟むように配置した第１の電極及び第
２の電極とを有してなることを特徴とする半導体装置。 （付記６） 格子欠陥が、炭素原子の欠落、変形及び他
の不純物原子との置換のいずれかにより形成された付記
５に記載の半導体装置。 （付記７） 炭素系線状構造体に対し電界効果を与える
第３の電極を更に有してなる付記１から６のいずれかに
記載の半導体装置。 （付記８） 第１の電極及び第２の電極がソース電極及
びドレイン電極であり、第３の電極がゲート電極である
付記７に記載の半導体装置。 （付記９） 炭素系線状構造体が、炭素６員環や炭素５
員環が互いに連結した構造を有する付記１から８のいず
れかに記載の半導体装置。 （付記１０） 炭素系線状構造体が、カーボンナノチュ
ーブである付記９に記載の半導体装置。 （付記１１） 半導体基板上に２以上形成した触媒によ
るアイランドのうちの第１のアイランドと第２のアイラ
ンドとを接続するように、該触媒による粒子を含む炭素
系線状構造体を形成し、前記第１のアイランド及び前記
炭素系線状構造体に接するように第１の電極と、前記第
２のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接するよう
に第２の電極とを形成することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 （付記１２） 触媒によるアイランドが、半導体基板上
に絶縁膜を堆積した後、該絶縁膜上に形成された付記１
１に記載の半導体装置の製造方法。 （付記１３） 触媒が、金属粒子、カーボンナノチュー
ブ及び金属内包カーボンナノチューブから選択される付
記１１又は１２に記載の半導体装置の製造方法。 （付記１４） 金属粒子が、遷移金属及びその合金から
選択される少なくとも１種で形成された付記１３に記載
の半導体装置の製造方法。 （付記１５） 遷移金属が、鉄、ニッケル及びコバルト
から選択される少なくとも１種で形成された付記１４に
記載の半導体装置の製造方法。 （付記１６） 半導体基板上に２以上形成した触媒によ
るアイランドのうちの第１のアイランドと第２のアイラ
ンドとを接続するように、格子欠陥を少なくとも２個含
む炭素系線状構造体を形成し、前記第１のアイランド及
び前記炭素系線状構造体に接するように第１の電極と、
前記第２のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接す
るように第２の電極とを形成することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 （付記１７） 格子欠陥が、炭素原子の欠落、変形及び
他の不純物原子との置換のいずれかにより形成された付
記１６に記載の半導体装置の製造方法。 （付記１８） 第１の電極及び第２の電極を形成した
後、炭素系線状構造体に対し電界効果を与える第３の電
極を前記第１の電極及び前記第２の電極から電気的に絶
縁された状態で形成する付記１１から１７のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法。 （付記１９） 第１の電極及び第２の電極がソース電極
及びドレイン電極であり、第３の電極がゲート電極であ
る付記１８に記載の半導体装置の製造方法。 （付記２０） 第１のアイランドが第２のアイランド側
に尖端部を有し、第２のアイランドが第１のアイランド
側に尖端部を有する付記１１から１９のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。 （付記２１） 炭素系線状構造体が、第１のアイランド
と第２のアイランドとの間に電界を印加してＣＶＤによ
り形成された付記１１から２０のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法。 （付記２２） 炭素系線状構造体が、炭素６員環や炭素
５員環が互いに連結した構造を有する付記１１から２１
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 （付記２３） 炭素系線状構造体が、カーボンナノチュ
ーブである付記２２に記載の半導体装置の製造方法。
【００２９】
【発明の効果】本発明によると、従来における諸問題を
解決することができ、微細な構造を有し、室温での安定
動作に優れ、光リソグラフィやＣＶＤ等を利用して安価
にかつ量産可能であり、単一電子トランジスタに特に好
適な半導体装置及びその効率的な製造方法を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、導電性粒子を少なくとも１個含
む炭素系線状構造体を示す概略説明図であり、図１
（ｂ）は、該炭素系線状構造体を用いた単一電子トラン
ジスタの一例を示す概略説明図である。
【図２】図２は、図１に示す単一電子トランジスタの平
面図に相当する電子顕微鏡写真の一例を模式化した模式
図である。
【図３】図３は、本発明の単一電子トランジスタが、室
温でクーロンダイヤモンド特性を示すことを説明するた
めのゲート電圧とドレイン電圧との関係図の一例であ
る。
【図４】図４は、第１のアイランドが第２のアイランド
側に尖端部を有し、第２のアイランドが第１のアイラン
ド側に尖端部を有する態様で形成した本発明の単一電子
トランジスタの一例を示す概略説明図である。
【図５】図５（ａ）は、格子欠陥を少なくとも２個含む
炭素系線状構造体を示す概略説明図であり、図５（ｂ）
は、該炭素系線状構造体を用いた単一電子トランジスタ
の一例を示す概略説明図であり、図５（ｃ）は、第１の
アイランドが第２のアイランド側に尖端部を有し、第２
のアイランドが第１のアイランド側に尖端部を有する態
様で形成した本発明の単一電子トランジスタの一例を示
す概略説明図である。
【図６】図６は、本発明の単一電子トランジスタの一製
造例を示す工程図である。
【図７】図７は、第１のアイランドが第２のアイランド
側に尖端部を有し、第２のアイランドが第１のアイラン
ド側に尖端部を有する態様でカーボンナノチューブを形
成した状態を説明するための概略説明図である。
【図８】図８（ａ）は、ＡＦＭ陽極酸化法を説明するた
めの説明図であり、図８（ｂ）は、ＡＦＭ陽極酸化法に
より、従来の単一電子トランジスタの製造を説明するた
めの概略図である。
フロントページの続き (72)発明者 松本 和彦 茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内 Ｆターム(参考） 5F110 AA16 BB13 CC07 DD05 DD13 EE02 EE08 EE43 EE48 FF02 GG01 GG11 GG44 GG45 GG60 HK02 HK32 QQ14

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電性粒子を少なくとも１個含む炭素系
    線状構造体と、該炭素系線状構造体に含まれる前記導電
    性粒子を少なくとも１個挟むように配置した第１の電極
    及び第２の電極とを有してなることを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項２】 導電性粒子が、金属粒子、フラーレン及
    び金属内包フラーレンから選択される請求項１に記載の
    半導体装置。
  3. 【請求項３】 格子欠陥を少なくとも２個含む炭素系線
    状構造体と、該炭素系線状構造体に含まれる前記格子欠
    陥を少なくとも２個挟むように配置した第１の電極及び
    第２の電極とを有してなることを特徴とする半導体装
    置。
  4. 【請求項４】 格子欠陥が、炭素原子の欠落、変形及び
    他の不純物原子との置換のいずれかにより形成された請
    求項３に記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 炭素系線状構造体に対し電界効果を与え
    る第３の電極を更に有してなる請求項１から４のいずれ
    かに記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 半導体基板上に２以上形成した触媒によ
    るアイランドのうちの第１のアイランドと第２のアイラ
    ンドとを接続するように、該触媒による粒子を含む炭素
    系線状構造体を形成し、前記第１のアイランド及び前記
    炭素系線状構造体に接するように第１の電極と、前記第
    ２のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接するよう
    に第２の電極とを形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項７】 半導体基板上に２以上形成した触媒によ
    るアイランドのうちの第１のアイランドと第２のアイラ
    ンドとを接続するように、格子欠陥を少なくとも２個含
    む炭素系線状構造体を形成し、前記第１のアイランド及
    び前記炭素系線状構造体に接するように第１の電極と、
    前記第２のアイランド及び前記炭素系線状構造体に接す
    るように第２の電極とを形成することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 第１の電極及び第２の電極を形成した
    後、炭素系線状構造体に対し電界効果を与える第３の電
    極を前記第１の電極及び前記第２の電極から電気的に絶
    縁された状態で形成する請求項６又は７に記載の半導体
    装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 第１のアイランドが第２のアイランド側
    に尖端部を有し、第２のアイランドが第１のアイランド
    側に尖端部を有する請求項６から８のいずれかに記載の
    半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 炭素系線状構造体が、第１のアイラン
    ドと第２のアイランドとの間に電界を印加してＣＶＤに
    より形成された請求項６から９のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法。
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