JP2005159332A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element that can be increased in speed and can be integrated highly, to provide a semiconductor device in which semiconductor elements thus constituted are highly integrated, and to provide methods of manufacturing them. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises a source region, a channel forming region, and drain region, all of which are laminated upon another in the thickness direction of a substrate. The device also comprises a gate electrode superimposed upon the channel forming region through an insulating film. The channel forming region is formed of extra fine carbon fibers. Since the semiconductor device has the extra fine carbon fibers in the channel forming region, and semiconductor elements laminated upon another in the longitudinal direction of surface of the substrate, the device can be integrated highly. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微細構造の半導体素子、及び微細構造の半導体素子で形成される半導体装置を作製する方法に関する。   The present invention relates to a microstructured semiconductor element and a method for manufacturing a semiconductor device formed of the microstructured semiconductor element.

近年、半導体装置を含む電気器具(ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)の小型化、軽量化、コストの低減に対する要求は高まるばかりである。電気器具を小型化、軽量化しても性能が落ちないことはユーザーにとって当然の要求であり、電気器具には今以上の性能が要求され続ける。なお、電気器具の機能や性能を決定するのは、システムを構成するLSI(Large Scale Integrated Circuitの略)の特性や、電気器具の表示部における表示装置の特性である。そこで、LSI等の半導体装置に関する微細化、高集積化や、表示装置の高輝度、高精細化に関する研究開発がさかんに進められている。これは、微細度や集積度が向上することにより、ひとつのチップに搭載できる機能が多くなるため、上記したような電気器具の小型化、軽量化、高性能化の要求を満たすためである。また、表示装置においては、画素数が増えることで高精細な画像表示が可能となる。   In recent years, electric appliances including semiconductor devices (video cameras, digital cameras, projectors, personal computers, mobile computers, mobile phones, electronic books, and the like) have been increasingly demanded for reduction in size, weight, and cost. It is a natural requirement for users that the performance does not decrease even if the appliance is reduced in size and weight, and the appliance still requires higher performance. Note that the function and performance of an electric appliance are determined by the characteristics of an LSI (abbreviation for Large Scale Integrated Circuit) constituting the system and the characteristics of the display device in the display unit of the electric appliance. Therefore, research and development relating to miniaturization and high integration of semiconductor devices such as LSIs and high luminance and high definition of display devices have been promoted. This is because an increase in the fineness and the degree of integration increases the number of functions that can be mounted on a single chip, thus satisfying the demands for reducing the size, weight, and performance of the above-described electric appliance. Further, in the display device, high-definition image display can be performed by increasing the number of pixels.

また、例えば、ひとつのチップにMPU、メモリ、I/Oインターフェースなどひとつのシステム(機能回路)を構成する回路がモノリシックに搭載され、高速化、高信頼性、低消費電力化が可能なシステムオンチップが提案されている。また、前述したようなシステム(機能回路)を薄膜トランジスタ(以下、TFTと示す。)で形成して、表示パネルと同一基板上に形成(搭載)されたシステムオンパネルが提案されている。これらを実現するために、高集積化の技術開発が続いている。また、前述したようなシステム(機能回路)をTFTで形成するためには、スイッチング速度の早いTFTを作製する必要がある。このため、TFTの半導体領域の結晶性を高めると共に、TFT素子の微細化が益々必要とされており、半導体素子の各部分のサイズ(配線幅、チャネル幅、コンタクトホールの直径等)を縮小する試みがなされている。   In addition, for example, a circuit that constitutes one system (functional circuit) such as MPU, memory, and I / O interface is monolithically mounted on one chip, enabling system-on that can achieve high speed, high reliability, and low power consumption. Tips have been proposed. Further, there has been proposed a system-on-panel in which the above-described system (functional circuit) is formed by thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) and is formed (mounted) on the same substrate as the display panel. In order to realize these, high integration technology development continues. Further, in order to form the system (functional circuit) as described above with TFTs, it is necessary to produce TFTs with a high switching speed. For this reason, the crystallinity of the semiconductor region of the TFT is increased and the TFT element is increasingly miniaturized, and the size of each part of the semiconductor element (wiring width, channel width, contact hole diameter, etc.) is reduced. Attempts have been made.

しかしながら、微細化において、レジストマスクを形成する為の露光工程のアライメン
ト精度、縮小投影露光による加工技術の精度、レジストの現像後形成されたレジストマスクの仕上り寸法、コンタクトホールを開口するために層間絶縁膜をエッチングするときの横方向のエッチング量等を精密に制御しなければならず、微細構造の半導体素子を有する半導体装置の製造を著しく困難なものとしている。
However, in miniaturization, the alignment accuracy of the exposure process for forming the resist mask, the accuracy of the processing technique by reduced projection exposure, the finished dimensions of the resist mask formed after developing the resist, and the interlayer insulation to open the contact hole The amount of etching in the lateral direction when the film is etched must be precisely controlled, making the manufacture of a semiconductor device having a finely structured semiconductor element extremely difficult.

また、半導体装置の応答速度を高速にするために、半導体素子の各部分のサイズ(配線幅、チャネル幅、コンタクトホールの直径等)を縮小すると、短チャネル効果によって閾値電圧が高くなってしまい、信頼性が低下するという問題がある。   Further, when the size of each part of the semiconductor element (wiring width, channel width, contact hole diameter, etc.) is reduced in order to increase the response speed of the semiconductor device, the threshold voltage increases due to the short channel effect, There is a problem that reliability decreases.

以上のことをふまえ、本発明では、高速化及び高集積化が可能な半導体素子、及びそれが高集積された半導体装置、並びにこれらの作製方法を提供する。   Based on the above, the present invention provides a semiconductor element that can be increased in speed and integration, a semiconductor device in which the semiconductor element is highly integrated, and a manufacturing method thereof.

本発明の一は、基板の厚さ方向に積層されたソース領域、チャネル形成領域、及びドレイン領域と、絶縁膜を介して前記チャネル形成領域と重畳するゲート電極とを有し、前記チャネル形成領域は、極細炭素繊維で形成されている半導体装置である。   One embodiment of the present invention includes a source region, a channel formation region, and a drain region that are stacked in a thickness direction of a substrate, and a gate electrode that overlaps the channel formation region with an insulating film interposed therebetween, and the channel formation region Is a semiconductor device formed of ultrafine carbon fibers.

また、本発明の一は、基板表面上に半導体素子が形成される半導体装置であって、前記半導体素子は、前記基板表面の垂直方向に接して積層されるソース領域、チャネル形成領域、及びドレイン領域と、前記チャネル形成領域の側面に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル形成領域の反対側に形成されるゲート電極とを有し、前記チャネル形成領域は、極細炭素繊維で形成されている。 Another aspect of the present invention is a semiconductor device in which a semiconductor element is formed over a substrate surface, and the semiconductor element is stacked in contact with a vertical direction of the substrate surface, a channel formation region, and a drain A gate insulating film formed on a side surface of the channel formation region, and a gate electrode formed on the opposite side of the channel formation region with the gate insulating film interposed therebetween. It is made of carbon fiber.

前記極細炭素繊維は、前記極細炭素繊維を充填する部材で包囲されており、その材料は、絶縁材料又は半導体材料で形成されている。   The ultrafine carbon fiber is surrounded by a member filling the ultrafine carbon fiber, and the material thereof is formed of an insulating material or a semiconductor material.

なお、前記極細炭素繊維を充填する部材が絶縁材料で形成されている場合は、ゲート絶縁膜としても機能する。   In addition, when the member filled with the ultrafine carbon fiber is formed of an insulating material, it also functions as a gate insulating film.

前記チャネル形成領域は、一本の極細炭素繊維又は複数の極細炭素繊維で形成されている。   The channel forming region is formed of one ultrafine carbon fiber or a plurality of ultrafine carbon fibers.

前記ソース領域又はドレイン領域と、前記極細炭素繊維との間には、金属元素を含む領域が形成されている。 A region containing a metal element is formed between the source region or the drain region and the ultrafine carbon fiber.

この金属元素を含む領域は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、ゲルマニウム、チタン、パラジウム、又は亜鉛から選ばれた元素、若しくは前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物である。 The region containing the metal element is an element selected from nickel, iron, cobalt, platinum, germanium, titanium, palladium, or zinc, or an alloy material or compound containing the element as a main component.

前記ゲート電極は、前記チャネル形成領域を囲繞している。この場合、複数のチャネル形成領域を一つのゲート電極で覆っても良い。   The gate electrode surrounds the channel formation region. In this case, a plurality of channel formation regions may be covered with one gate electrode.

前記ゲート電極は、前記チャネル形成領域の一部を重畳している。この場合、複数のゲート電極で、チャネル形成領域を重畳してもよい。   The gate electrode overlaps a part of the channel formation region. In this case, the channel formation region may overlap with a plurality of gate electrodes.

基板としては、単結晶シリコン基板または化合物半導体基板、若しくはガラス、石英、プラスチック、アルミナ、セラミック、又は絶縁膜が表面に形成された導電部材で形成されている。   As the substrate, a single crystal silicon substrate or a compound semiconductor substrate, or glass, quartz, plastic, alumina, ceramic, or a conductive member having an insulating film formed on the surface thereof is used.

前記極細炭素繊維は、グラファイトナノファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、チューブ状グラファイト、カーボンナノコーン、又はコーン状グラファイトである。 The ultrafine carbon fiber is graphite nanofiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, tubular graphite, carbon nanocone, or cone-like graphite.

また、本発明の一は、導電性を有する第1の領域上に、選択的に金属元素を含む領域を形成し、前記金属元素を含む領域上に極細炭素繊維を形成し、前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜を形成し、前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜に接するゲート電極を形成し、前記極細炭素繊維と接続する導電性を有する第2の領域を形成する半導体装置の作製方法である。   According to another aspect of the present invention, a region containing a metal element is selectively formed on the first region having conductivity, an ultrafine carbon fiber is formed on the region containing the metal element, and the ultrafine carbon fiber is formed. Forming a gate electrode in contact with the insulating film surrounding the ultrafine carbon fiber, and forming a conductive second region connected to the ultrafine carbon fiber. is there.

また、導電性を有する第1の領域上に、第1の絶縁膜を介してゲート電極を形成し、前記ゲート電極の表面を覆う第2の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜の一部を除去して、前記導電性を有する第1の領域を露出した後、該導電性を有する第1の領域上に金属元素を有する領域を形成し、前記金属元素を有する領域上に極細炭素繊維を形成し、前記極細炭素繊維の間を充填する部材を形成した後、前記極細炭素繊維に接続する導電性を有する第2の領域を形成する半導体装置の作製方法である。   In addition, a gate electrode is formed over the first region having conductivity via a first insulating film, a second insulating film covering the surface of the gate electrode is formed, and the first insulating film After removing a part and exposing the first region having conductivity, a region having a metal element is formed on the first region having conductivity, and an extremely fine region is formed on the region having the metal element. This is a method for manufacturing a semiconductor device in which a carbon fiber is formed, a member filling the space between the ultrafine carbon fibers is formed, and then a conductive second region connected to the ultrafine carbon fibers is formed.

また、導電性を有する第1の領域上に、選択的に金属元素を含む領域を形成し、前記金属元素を含む領域上に極細炭素繊維を形成した後、半導体膜を成膜し、前記半導体膜に、レーザ光を照射して前記極細炭素繊維の間を半導体材料で形成される部材で充填し、 前記半導体材料で形成される部材の一部を除去した後、前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜を形成し、前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜に接するゲート電極を形成し、前記極細炭素繊維と接続する導電性を有する第2の領域を形成する半導体装置の作製方法である。   In addition, a region containing a metal element is selectively formed over the first region having conductivity, an ultrafine carbon fiber is formed over the region containing the metal element, a semiconductor film is formed, and the semiconductor The film is irradiated with laser light to fill the space between the ultrafine carbon fibers with a member formed of a semiconductor material, and after removing a part of the member formed of the semiconductor material, the ultrafine carbon fiber is surrounded. This is a method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating film is formed, a gate electrode in contact with the insulating film surrounding the ultrafine carbon fiber is formed, and a conductive second region connected to the ultrafine carbon fiber is formed.

また、導電性を有する第1の領域上に、第1の絶縁膜を介してゲート電極を形成し、前記ゲート電極の表面を覆う第2の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜の一部を除去して、前記導電性を有する第1の領域を露出した後、該導電性を有する第1の領域上に金属元素を有する領域を形成し、前記金属元素を有する領域上に極細炭素繊維を形成した後、半導体膜を成膜し、前記半導体膜にレーザ光を照射して、前記極細炭素繊維の間を半導体材料で形成される部材で充填した後、前記半導体膜の一部を除去し、前記半導体膜及び前記ゲート電極上に第3の絶縁膜を形成し、前記第3の絶縁膜の一部を除去して前記極細炭素繊維を露出した後、導電性を有する第2の領域を形成する半導体装置の作製方法である。   In addition, a gate electrode is formed over the first region having conductivity via a first insulating film, a second insulating film covering the surface of the gate electrode is formed, and the first insulating film After removing a part and exposing the first region having conductivity, a region having a metal element is formed on the first region having conductivity, and an extremely fine region is formed on the region having the metal element. After forming the carbon fiber, forming a semiconductor film, irradiating the semiconductor film with a laser beam, filling the space between the ultrafine carbon fibers with a member formed of a semiconductor material, and then a part of the semiconductor film And forming a third insulating film on the semiconductor film and the gate electrode, removing a part of the third insulating film to expose the ultrafine carbon fiber, and then conducting a second conductive layer. This is a method for manufacturing a semiconductor device in which the region is formed.

前記レーザ光は、連続発振のレーザから照射されるレーザ光である。代表的な連続発振のレーザは、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YA
lO3レーザ、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、または
Ti:サファイアレーザーである。
The laser beam is a laser beam emitted from a continuous wave laser. Typical continuous wave lasers are Nd: YAG laser, Nd: YVO 4 laser, Nd: YLF laser, Nd: YA.
lO 3 laser, a glass laser, ruby laser, alexandrite laser, or Ti,: sapphire laser.

前記導電性を有する第1の領域及び前記導電性を有する第2の領域は、ソース領域及びドレイン領域である。   The first region having conductivity and the second region having conductivity are a source region and a drain region.

前記極細炭素繊維は、グラファイトナノファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、チューブ状グラファイト、カーボンナノコーン、又はコーン状グラファイト。 The ultrafine carbon fiber is graphite nanofiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, tubular graphite, carbon nanocone, or cone-shaped graphite.

CNTとしては、単層又は多層のものがあるか、ここではどちらを用いることもできる。   As the CNT, there is a single layer or a multilayer, and either one can be used here.

極細炭素繊維は、半導体を呈する。このため、極細炭素繊維を用いた半導体素子は、電界効果トランジスタと同様に、バリスティック伝導を示す。また、極細炭素繊維は、ナノ単位であって微細であり、且つ安定性を有している。さらに、本発明の半導体素子は、基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細、かつスイッチング速度が速い半導体素子を形成することができる。また、半導体素子が微細であるため、高集積された半導体装置を作製することができる。   The ultrafine carbon fiber exhibits a semiconductor. For this reason, the semiconductor element using the ultrafine carbon fiber exhibits ballistic conduction like the field effect transistor. Further, the ultrafine carbon fiber is a nano unit, is fine, and has stability. Furthermore, the semiconductor elements of the present invention are stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. For this reason, it is possible to form a fine semiconductor element having a high switching speed. In addition, since the semiconductor element is minute, a highly integrated semiconductor device can be manufactured.

以下、発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、各図面において共通の部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。   The best mode for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiment modes. In the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

(第1実施形態) (First embodiment)

本発明の半導体素子の一実施形態を、図1を用いて説明する。本実施形態では、ゲート電極がチャネル形成領域を囲繞(包囲)している。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the gate electrode surrounds (encloses) the channel formation region.

図1(A)は、半導体素子を模式的に示す斜視図である。半導体素子は、ソース領域及びドレイン領域101a、101bと、ソース領域及びドレイン領域の間に形成されているチャネル形成領域(図示しない。)と、少なくともチャネル形成領域を覆うゲート絶縁膜102と、ゲート絶縁膜102を介してチャネル形成領域を囲繞するゲート電極103とで形成されている。 FIG. 1A is a perspective view schematically showing a semiconductor element. The semiconductor element includes source and drain regions 101a and 101b, a channel formation region (not shown) formed between the source and drain regions, a gate insulating film 102 covering at least the channel formation region, and gate insulation. The gate electrode 103 surrounds the channel formation region with the film 102 interposed therebetween.

図1(B)は、図1(A)の(イ)−(イ’)を示す断面図である。ソース領域及びドレイン領域101a、101bの間に、チャネル形成領域104が形成されており、該チャネル形成領域は、ゲート絶縁膜102を介してゲート電極103に囲繞(包囲)されている。   FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating (A)-(A ′) in FIG. A channel formation region 104 is formed between the source and drain regions 101a and 101b, and the channel formation region is surrounded (enclosed) by the gate electrode 103 with the gate insulating film 102 interposed therebetween.

極細炭素繊維105の間には、極細炭素繊維の間を充填する部材107が形成されている。この代表例としては、絶縁材料または半導体材料で形成される。   A member 107 is formed between the ultrafine carbon fibers 105 to fill the space between the ultrafine carbon fibers. As a typical example, it is formed of an insulating material or a semiconductor material.

なお、極細炭素繊維の間を充填する部材107が、絶縁材料で形成されている場合、図12に示すようにゲート絶縁膜102を設けず、極細炭素繊維の間を充填する材料に接してゲート電極103を設けても良い。この場合、半導体素子を形成するための工程数を削減することができ、スループットを向上させることができる。   When the member 107 filling the space between the ultrafine carbon fibers is made of an insulating material, the gate insulating film 102 is not provided as shown in FIG. 12, and the gate is in contact with the material filling the space between the ultrafine carbon fibers. An electrode 103 may be provided. In this case, the number of steps for forming the semiconductor element can be reduced, and the throughput can be improved.

極細炭素繊維の間を充填する部材107が半導体材料で形成されている場合、極細炭素繊維及びその間を充填する部材がチャネル形成領域104である。一方、極細炭素繊維の間を充填する部材が、絶縁材料で形成されている場合、チャネル形成領域104は、極細炭素繊維である。このとき、絶縁材料を、アクリル、ベンゾシクロブテン、パリレン、フレア、ポリイミド、シロキサンポリマー等の低誘電率材料(好ましくは、比誘電率が4以下の材料)を用いると、極細炭素繊維の間に生じる寄生容量を低減することができ、低消費電力及び高速動作化が可能である。 When the member 107 filling the space between the ultrafine carbon fibers is formed of a semiconductor material, the channel forming region 104 is the member filling the ultrafine carbon fiber and the space therebetween. On the other hand, when the member filling the space between the ultrafine carbon fibers is formed of an insulating material, the channel forming region 104 is an ultrafine carbon fiber. At this time, when a low dielectric constant material (preferably a material having a relative dielectric constant of 4 or less) such as acrylic, benzocyclobutene, parylene, flare, polyimide, siloxane polymer, or the like is used as an insulating material, The generated parasitic capacitance can be reduced, and low power consumption and high speed operation are possible.

極細炭素繊維は、ソース領域又はドレイン領域の一方上に選択的に形成された金属元素を有する領域106上に形成されており、且つソース領域又はドレイン領域の他方と接続している。金属元素を有する領域106は、金属元素で形成される領域、又は金属元素化合物で形成される領域である。本実施形態において、金属元素を有する領域106は、ニッケル元素、鉄元素、コバルト元素、白金元素、ゲルマニウム元素、チタン元素、パラジウム元素、又は亜鉛元素、若しくはこれらの元素の化合物で形成される。化合物としては、珪化物、酸化物等が挙げられる。 The ultrafine carbon fiber is formed on the region 106 having a metal element selectively formed on one of the source region and the drain region, and is connected to the other of the source region and the drain region. The region 106 having a metal element is a region formed of a metal element or a region formed of a metal element compound. In this embodiment, the region 106 having a metal element is formed of a nickel element, an iron element, a cobalt element, a platinum element, a germanium element, a titanium element, a palladium element, a zinc element, or a compound of these elements. Examples of the compound include silicides and oxides.

なお、図13に示すように、一本の極細炭素繊維105でチャネル形成領域104を形成してもよい。この場合、より微細な半導体素子を形成することができ、高集積された半導体装置を作製することができる。 As shown in FIG. 13, the channel formation region 104 may be formed with a single ultrafine carbon fiber 105. In this case, a finer semiconductor element can be formed and a highly integrated semiconductor device can be manufactured.

ソース領域又はドレイン領域101a、101bは、導電材料で形成することができる。導電材料としては、アルミニウム、チタン、金、白金、又はタングステンの金属材料やこれらを含む合金の一種若しくは複数種を組み合わせて形成する。また、導電性を有する半導体、代表的にはp型またはn型を呈する結晶性半導体膜又は単結晶半導体基板の一部であっても良い。   The source or drain regions 101a and 101b can be formed using a conductive material. As the conductive material, a metal material such as aluminum, titanium, gold, platinum, or tungsten, or an alloy including these materials or a combination of a plurality of types is used. Further, it may be a part of a conductive semiconductor, typically a p-type or n-type crystalline semiconductor film or a single crystal semiconductor substrate.

ソース領域又はドレイン領域101a、101bは、アルミニウム、チタン、金、白金、又はタングステンの金属材料を、スパッタリング法、蒸着法、又はCVD法によって成膜した後、フォトリソグラフィーを行うことにより形成する。また、半導体基板にn型またはp型を付与する不純物を、任意の領域に添加して形成する。さらには、ソース領域又はドレイン領域101bが、絶縁性を有する基板上に形成される場合、絶縁性を有する基板上にn型またはp型を呈する半導体膜を成膜し、公知のフォトリソグラフィー工程により所望の形状にエッチングする。又は、絶縁性を有する基板上に半導体膜を成膜し、該半導体膜にn型又はp型を付与する不純物元素を添加するし、公知のフォトリソグラフィー工程により、所望の形状にエッチングする。   The source or drain regions 101a and 101b are formed by performing photolithography after a metal material of aluminum, titanium, gold, platinum, or tungsten is formed by a sputtering method, an evaporation method, or a CVD method. In addition, an impurity imparting n-type or p-type to the semiconductor substrate is added to any region. Further, in the case where the source region or the drain region 101b is formed over an insulating substrate, an n-type or p-type semiconductor film is formed over the insulating substrate, and a known photolithography process is performed. Etch to desired shape. Alternatively, a semiconductor film is formed over an insulating substrate, an impurity element imparting n-type or p-type is added to the semiconductor film, and etching is performed into a desired shape by a known photolithography process.

なお、ソース領域又はドレイン領域101a、101bは、図14に示すソース領域又はドレイン領域111a、111bのように、極細炭素繊維105又は金属元素を有する領域106と接する面が、基板面に対して一定の傾斜を有する構造としても良い。この場合、極細炭素繊維の端部も、基板面に対して傾斜を有して配列している。   Note that the surface of the source or drain regions 101a and 101b, which is in contact with the ultrafine carbon fiber 105 or the region 106 containing a metal element, is constant with respect to the substrate surface like the source or drain regions 111a and 111b illustrated in FIG. It is good also as a structure which has this inclination. In this case, the ends of the ultrafine carbon fibers are also arranged with an inclination with respect to the substrate surface.

本実施形態においては、ソース領域、ドレイン領域101a、101b、及びチャネル形成領域104を円柱状として示したが、この構造に限定されるものではない。例えば、三角柱、四角柱、多角柱等の角柱構造で形成することもできる。さらには、ソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域の断面構造が異なるものでもよい。   In the present embodiment, the source region, the drain regions 101a and 101b, and the channel formation region 104 are shown as cylindrical, but the present invention is not limited to this structure. For example, it can be formed in a prismatic structure such as a triangular prism, a quadrangular prism, or a polygonal prism. Furthermore, the source region, the drain region, and the channel formation region may have different cross-sectional structures.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子である。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. Therefore, the semiconductor element is fine and has a high switching speed.

(第2実施形態)
本実施形態では、実施形態1とは異なる構造の半導体素子を、図2を用いて示す。なお、図1と同様の部位に関しては、同じ符号を用いて説明し、各部位の詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
In this embodiment mode, a semiconductor element having a structure different from that in Embodiment Mode 1 is shown with reference to FIG. In addition, about the site | part similar to FIG. 1, it demonstrates using the same code | symbol and detailed description of each site | part is abbreviate | omitted.

図2(A)は、本実施形態の半導体素子を模式的に示す斜視図である。半導体素子は、ソース領域及びドレイン領域101a、101bと、ソース領域及びドレイン領域の間に形成されているチャネル形成領域(図示しない。)と、少なくともチャネル形成領域を覆うゲート絶縁膜102、ゲート絶縁膜102を介してチャネル形成領域の一部を重畳する一つのゲート電極203で形成されている。 FIG. 2A is a perspective view schematically showing the semiconductor element of this embodiment. The semiconductor element includes a source region and a drain region 101a, 101b, a channel formation region (not shown) formed between the source region and the drain region, a gate insulating film 102 that covers at least the channel formation region, and a gate insulating film. A single gate electrode 203 is formed so as to overlap a part of the channel formation region via 102.

ゲート電極がチャネル形成領域を重畳する割合は、任意にすることができる。   The ratio at which the gate electrode overlaps the channel formation region can be arbitrarily set.

図2(B)は、図2(A)の(ロ)−(ロ’)を示す断面図である。ソース領域及びドレイン領域の間に、チャネル形成領域104が形成されており、該チャネル形成領域は、ゲート絶縁膜102を介してゲート電極203に重畳されている。   FIG. 2B is a cross-sectional view taken along (B)-(B ′) of FIG. A channel formation region 104 is formed between the source region and the drain region, and the channel formation region overlaps with the gate electrode 203 with the gate insulating film 102 interposed therebetween.

極細炭素繊維105の間には、第1実施形態と同様に、極細炭素繊維の間を充填する部材が形成されている。この代表例としては、絶縁材料または半導体材料で形成される。   In the same manner as in the first embodiment, a member that fills the space between the ultrafine carbon fibers 105 is formed between the ultrafine carbon fibers 105. As a typical example, it is formed of an insulating material or a semiconductor material.

極細炭素繊維の間を充填する部材107が半導体材料で形成されている場合、極細炭素繊維105及びその間を充填する部材107がチャネル形成領域である。一方、極細炭素繊維の間を充填する部材107が、絶縁材料で形成されている場合、チャネル形成領域は、極細炭素繊維105である。   When the member 107 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed of a semiconductor material, the ultrafine carbon fiber 105 and the member 107 that fills the space are channel forming regions. On the other hand, when the member 107 filling the space between the ultrafine carbon fibers is formed of an insulating material, the channel forming region is the ultrafine carbon fiber 105.

また、極細炭素繊維105は、第1実施形態と同様に、ソース領域又はドレイン領域の一方上に選択的に形成された金属元素を有する領域上に形成されており、且つソース領域又はドレイン領域の他方と接続している。   Further, as in the first embodiment, the ultrafine carbon fiber 105 is formed on a region having a metal element selectively formed on one of the source region and the drain region, and in the source region or the drain region. Connected to the other.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子である。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. Therefore, the semiconductor element is fine and has a high switching speed.

(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態及び第2実施形態とは異なる構造の半導体素子を、図3を用いて示す。なお、図1と同様の部位に関しては、同じ符号を用いて説明し、各部位の詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a semiconductor element having a structure different from that of the first embodiment and the second embodiment is shown using FIG. In addition, about the site | part similar to FIG. 1, it demonstrates using the same code | symbol and detailed description of each site | part is abbreviate | omitted.

図3(A)は、本実施形態の半導体素子を模式的に示す斜視図である。半導体素子は、ソース領域及びドレイン領域101a、101bと、ソース領域及びドレイン領域の間に形成されているチャネル形成領域(図示しない。)と、少なくともチャネル形成領域を覆うゲート絶縁膜102、ゲート絶縁膜102を介してチャネル形成領域の一部を重畳する複数のゲート電極303a、303bで形成されている。本実施形態では、2つのゲート電極で形成されている。   FIG. 3A is a perspective view schematically showing the semiconductor element of this embodiment. The semiconductor element includes a source region and a drain region 101a, 101b, a channel formation region (not shown) formed between the source region and the drain region, a gate insulating film 102 that covers at least the channel formation region, and a gate insulating film. A plurality of gate electrodes 303 a and 303 b overlap with part of the channel formation region via 102. In this embodiment, it is formed of two gate electrodes.

ゲート電極がチャネル形成領域を重畳する割合、及び各ゲート電極の距離は、任意にすることができる。   The ratio of the gate electrode overlapping the channel formation region and the distance between the gate electrodes can be arbitrarily set.

図3(B)は、図3(A)の(ハ)−(ハ’)を示す断面図である。ソース領域及びドレイン領域101a、101bの間に、チャネル形成領域104が形成されており、該チャネル形成領域は、ゲート絶縁膜102を介して二つのゲート電極303a、303bに重畳されている。   FIG. 3B is a cross-sectional view taken along (c)-(c ′) of FIG. A channel formation region 104 is formed between the source and drain regions 101a and 101b, and the channel formation region overlaps with the two gate electrodes 303a and 303b with the gate insulating film 102 interposed therebetween.

極細炭素繊維105の間には、実施形態1と同様に、極細炭素繊維の間を充填する部材が形成されている。この代表例としては、絶縁材料または半導体材料で形成される。   In the same manner as in the first embodiment, a member that fills the space between the ultrafine carbon fibers 105 is formed between the ultrafine carbon fibers 105. As a typical example, it is formed of an insulating material or a semiconductor material.

極細炭素繊維の間を充填する部材107が半導体材料で形成されている場合、極細炭素繊維105及びその間を充填する部材107がチャネル形成領域である。一方、極細炭素繊維の間を充填する部材107が、絶縁材料で形成されている場合、チャネル形成領域は、極細炭素繊維105である。   When the member 107 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed of a semiconductor material, the ultrafine carbon fiber 105 and the member 107 that fills the space are channel forming regions. On the other hand, when the member 107 filling the space between the ultrafine carbon fibers is formed of an insulating material, the channel forming region is the ultrafine carbon fiber 105.

また、第1実施形態と同様に、極細炭素繊維105は、ソース領域又はドレイン領域の一方上に選択的に形成された金属元素を有する領域上に形成されており、且つソース領域又はドレイン領域の他方と接続している。 Further, as in the first embodiment, the ultrafine carbon fiber 105 is formed on a region having a metal element selectively formed on one of the source region and the drain region, and the source region or the drain region. Connected to the other.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子である。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. Therefore, the semiconductor element is fine and has a high switching speed.

(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態乃至第3実施形態とは異なる構造の半導体素子を、図4を用いて示す。なお、図1と同様の部位に関しては、同じ符号を用いて説明し、各部位の詳細な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
In this embodiment, a semiconductor element having a structure different from that of the first to third embodiments is shown with reference to FIG. In addition, about the site | part similar to FIG. 1, it demonstrates using the same code | symbol and detailed description of each site | part is abbreviate | omitted.

図4(A)は、本実施形態の半導体素子を模式的に示す斜視図である。半導体素子は、ソース領域及びドレイン領域101a〜101dと、ソース領域及びドレイン領域の間に形成されているチャネル形成領域(図示しない。)と、チャネル形成領域を覆うゲート絶縁膜102a、102b、ゲート絶縁膜102a、102bを介してチャネル形成領域を囲繞するゲート電極403で形成されている。本実施形態では、1つのゲート電極403が2つのチャネル形成領域を囲繞している。 FIG. 4A is a perspective view schematically showing the semiconductor element of this embodiment. The semiconductor element includes source and drain regions 101a to 101d, a channel formation region (not shown) formed between the source and drain regions, gate insulating films 102a and 102b covering the channel formation region, and gate insulation. The gate electrode 403 surrounds the channel formation region via the films 102a and 102b. In this embodiment, one gate electrode 403 surrounds two channel formation regions.

なお、本実施形態では、ゲート電極403は、チャネル形成領域104a、104bをそれぞれ囲繞しているが、この構造に限定されず、2つのチャネル形成領域104a、104bの一部ずつを重畳してもよい。   In this embodiment, the gate electrode 403 surrounds the channel formation regions 104a and 104b. However, the present invention is not limited to this structure, and a part of the two channel formation regions 104a and 104b may overlap each other. Good.

図4(B)は、図4(A)の(ハ)−(ハ’)を示す断面図である。ソース領域及びドレイン領域の間(101aと101bの間、101cと101dの間)に、チャネル形成領域104a、104bが形成されており、該チャネル形成領域は、ゲート絶縁膜102a、102bを介してゲート電極403に囲繞されている。   FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line (c)-(c ′) of FIG. Channel formation regions 104a and 104b are formed between the source region and the drain region (between 101a and 101b and between 101c and 101d). The channel formation region is gated through gate insulating films 102a and 102b. Surrounded by the electrode 403.

極細炭素繊維105a、105bの間には、第1実施形態と同様に、極細炭素繊維の間を充填する部材が形成されている。この代表例としては、絶縁材料または半導体材料で形成される。   As in the first embodiment, a member that fills the space between the ultrafine carbon fibers 105a and 105b is formed between the ultrafine carbon fibers 105a and 105b. As a typical example, it is formed of an insulating material or a semiconductor material.

極細炭素繊維の間を充填する部材107が半導体材料で形成されている場合、極細炭素繊維105a、105b及びその間を充填する部材107a、107bがチャネル形成領域である。一方、極細炭素繊維の間を充填する部材107a、107bが、絶縁材料で形成されている場合、チャネル形成領域は、極細炭素繊維105a、105bである。 When the member 107 filling the space between the ultrafine carbon fibers is formed of a semiconductor material, the ultrafine carbon fibers 105a and 105b and the members 107a and 107b filling the space between them are channel forming regions. On the other hand, when the members 107a and 107b filling the space between the ultrafine carbon fibers are formed of an insulating material, the channel forming regions are the ultrafine carbon fibers 105a and 105b.

また、第1実施形態と同様に、極細炭素繊維105a、105bは、ソース領域又はドレイン領域の一方上に選択的に形成された金属元素を有する領域上に形成されており、且つソース領域又はドレイン領域の他方と接続している。 Similarly to the first embodiment, the ultrafine carbon fibers 105a and 105b are formed on a region having a metal element selectively formed on one of the source region and the drain region, and the source region or the drain Connected to the other side of the area.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子である。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. Therefore, the semiconductor element is fine and has a high switching speed.

(第5実施形態)
本実施形態では、第1実施形態乃至第4実施形態に示される半導体素子の作製方法について図5を用いて説明する。本実施形態では、第1実施形態で示される半導体素子の作製方法を示すが、第2実施形態乃至第4実施形態に示される半導体素子それぞれに適応することができる。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, a method for manufacturing the semiconductor element shown in any of Embodiments 1 to 4 will be described with reference to FIGS. In this embodiment mode, a method for manufacturing the semiconductor element shown in the first embodiment mode is shown, but it can be applied to each of the semiconductor elements shown in the second to fourth embodiment modes.

本実施形態では、基板として絶縁性を有する基板、代表的には、ガラス、石英、セラミック、又はプラスチックを用いる。ガラス基板としては、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラスなどの無アルカリガラス基板が使用される。さらには、表面に絶縁膜を形成したシリコン基板やステンレス基板などの半導電性または導電性基板も適用可能である。 In the present embodiment, an insulating substrate, typically glass, quartz, ceramic, or plastic is used as the substrate. As the glass substrate, an alkali-free glass substrate such as aluminoborosilicate glass, barium borosilicate glass, or aluminosilicate glass is used. Furthermore, a semiconductive or conductive substrate such as a silicon substrate or a stainless steel substrate having an insulating film formed on the surface is also applicable.

図5(A)に示すように、基板501上に所望の形状を有する半導体領域502を形成し、その上に第1の層間絶縁膜を形成する。半導体領域502は、ソース領域又はドレイン領域の一方である。   As shown in FIG. 5A, a semiconductor region 502 having a desired shape is formed over a substrate 501, and a first interlayer insulating film is formed thereover. The semiconductor region 502 is one of a source region and a drain region.

ここでは、半導体領域502は、基板上にリン(P)又はボロン(B)を含む結晶性半導体膜を成膜し、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて、所望の形状にエッチングする。   Here, the semiconductor region 502 is formed by forming a crystalline semiconductor film containing phosphorus (P) or boron (B) over a substrate and etching it into a desired shape using a resist mask formed by a photolithography process.

第1の層間絶縁膜は、無機材料(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど)、又は有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、またはシロキサンポリマー)を主成分とする原料を用いて層を形成する。 The first interlayer insulating film is a raw material mainly composed of an inorganic material (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, etc.) or an organic material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, benzocyclobutene, or siloxane polymer). To form a layer.

次に、第1の層間絶縁膜の一部上に、フォトリソグラフィー工程によりレジストマスク(図示しない。)を形成する。この後、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等の公知の手法を用いて層間絶縁膜の一部を除去して、コンタクトホール503を有する第2の層間絶縁膜504を形成するとともに、半導体領域502の一部を露出する。 Next, a resist mask (not shown) is formed on part of the first interlayer insulating film by a photolithography process. Thereafter, a part of the interlayer insulating film is removed by using a known method such as a dry etching method or a wet etching method to form a second interlayer insulating film 504 having a contact hole 503, and the semiconductor region 502 is formed. Expose part.

次に、図5(B)に示すように、露出された半導体領域の表面に、選択的に金属元素を有する領域511を形成する。金属元素を有する領域は、少なくとも半導体領域に第1の導電膜を成膜し、リフトオフ法、エッチング法等により第1の導電膜の一部を除去して、半導体領域上に縞状の金属元素を含む領域221を形成する。また、マスクを用いて成膜して金属元素を含む領域を形成することができる。さらには、第1の導電膜を半導体領域上に成膜した後、所定の温度で加熱して、半導体領域の表面に金属化合物(金属珪化物、金属窒化物、金属酸化物等)を形成することができる。第1の導電膜の代表例は、ニッケル元素、鉄元素、コバルト元素、白金元素、ゲルマニウム元素、チタン元素、パラジウム元素、又は亜鉛元素、若しくはこれらの元素の合金、更には化合物で形成される膜が挙げられる。   Next, as illustrated in FIG. 5B, a region 511 including a metal element is selectively formed on the surface of the exposed semiconductor region. In the region including the metal element, a first conductive film is formed at least in the semiconductor region, a part of the first conductive film is removed by a lift-off method, an etching method, or the like, and a striped metal element is formed over the semiconductor region. A region 221 including the same is formed. In addition, a region containing a metal element can be formed using a mask. Further, after the first conductive film is formed on the semiconductor region, it is heated at a predetermined temperature to form a metal compound (metal silicide, metal nitride, metal oxide, etc.) on the surface of the semiconductor region. be able to. Typical examples of the first conductive film include a nickel element, an iron element, a cobalt element, a platinum element, a germanium element, a titanium element, a palladium element, a zinc element, an alloy of these elements, and a film formed of a compound. Is mentioned.

次に、金属元素を含む領域511を触媒として極細炭素繊維512を形成する。形成方法としては、アルコールを原料ガスに用いた触媒CVD法、メタン、エチレン、またはアセチレン等の炭化水素を含む雰囲気で100〜1100度、好ましくは400〜650度に加熱する熱CVD法、同様の炭化水素を用い、0.1〜10torrの減圧下で形成するプラズマCVD法等がある。プラズマCVD法では、基板側に負の電圧を印加することにより、極細炭素繊維は基板に対して垂直方向に成長する。また、大気圧雰囲気で、炭化水素を原料として、パルス電圧を印加するプラズマCVD法によって、CNTを形成することもできる。   Next, an ultrafine carbon fiber 512 is formed using the region 511 containing a metal element as a catalyst. As a forming method, a catalytic CVD method using alcohol as a source gas, a thermal CVD method in which heating is performed at 100 to 1100 degrees, preferably 400 to 650 degrees in an atmosphere containing a hydrocarbon such as methane, ethylene, or acetylene, There is a plasma CVD method in which a hydrocarbon is used and formed under a reduced pressure of 0.1 to 10 torr. In the plasma CVD method, by applying a negative voltage to the substrate side, the ultrafine carbon fiber grows in a direction perpendicular to the substrate. Alternatively, CNTs can be formed by a plasma CVD method in which a pulse voltage is applied using a hydrocarbon as a raw material in an atmospheric pressure atmosphere.

次に、極細炭素繊維の間を充填する部材513を形成する。極細炭素繊維の間を充填する部材513としては、半導体材料で形成されるもの、又は絶縁材料で形成されるものとをあげることができる。本実施形態では、絶縁材料を用いて極細炭素繊維の間を充填する部材を形成する。絶縁材料は、塗布可能な材料、代表例としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン構造を含む樹脂、又は有機SOG(Spin on Glass)、無機SOG(Spin on Glass)等に代表される塗布シリコン酸化膜が挙げられる。無機SOGとしては、PSG(Phosphosilicate Glass)、BSG(Borosilicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)、シリケート系SOG、アルコキシシリケート系SOG、ポリシラザン系SOGが挙げられる。有機SOGとしては、ポリメチルシロキサンに代表される、Si−CH3結合を有するシリコン酸化膜が挙げられる。これらを、スピン
コートにて塗布することにより、極細炭素繊維の間を充填する。
Next, a member 513 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed. Examples of the member 513 that fills the space between the ultrafine carbon fibers include a member formed of a semiconductor material or a member formed of an insulating material. In this embodiment, an insulating material is used to form a member that fills the space between the ultrafine carbon fibers. The insulating material is a material that can be applied, and representative examples include a polyimide resin, an acrylic resin, a resin containing a siloxane structure, or a coated silicon oxide represented by organic SOG (Spin on Glass), inorganic SOG (Spin on Glass), or the like. A membrane is mentioned. Examples of the inorganic SOG include PSG (phosphosilicate glass), BSG (borosilicate glass), BPSG (borophosphosilicate glass), silicate-based SOG, alkoxysilicate-based SOG, and polysilazane-based SOG. Examples of the organic SOG include a silicon oxide film having a Si—CH 3 bond represented by polymethylsiloxane. By applying these by spin coating, the space between the ultrafine carbon fibers is filled.

なお、極細炭素繊維の間を充填する部材513を図15に示すように、液滴吐出法によって、吐出口561からコンタクトホールに極細炭素繊維の間を充填する部材の材料を吐出してもよい。562は、液滴吐出法により形成した極細炭素繊維の間を充填する部材である。この方法により、所望の領域にのみ、材料を吐出することが可能であり、材料の削減、及びコスト削減を図ることができる。   In addition, as shown in FIG. 15, the member 513 that fills the space between the ultrafine carbon fibers may be discharged from the discharge port 561 by the droplet discharge method. . Reference numeral 562 denotes a member that fills a space between ultrafine carbon fibers formed by a droplet discharge method. By this method, it is possible to discharge the material only in a desired region, and it is possible to reduce the material and cost.

次に、図5(C)に示すように、極細炭素繊維の間を充填する部材513の表面をエッチングして、極細炭素繊維512を露出させると共に、層間絶縁膜504の一部又は全部を異方性エッチングして、図5(C)の521に示すような、極細炭素繊維及びそれを包囲する領域521を形成する。なお、極細炭素繊維を包囲する領域は、極細炭素繊維の間を充填する部材の一部である。   Next, as shown in FIG. 5C, the surface of the member 513 filling the space between the ultrafine carbon fibers is etched to expose the ultrafine carbon fibers 512, and a part or all of the interlayer insulating film 504 is made different. Isotropic etching is performed to form an ultrafine carbon fiber and a region 521 surrounding the same, as shown at 521 in FIG. The region surrounding the ultrafine carbon fiber is a part of the member that fills the space between the ultrafine carbon fibers.

次に、極細炭素繊維及びそれを包囲する領域521を覆うように第2の絶縁膜を成膜する。該第2の絶縁膜は、後のゲート絶縁膜となる。第2の絶縁膜は、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、シリコンを含む絶縁膜の単層または積層構造の絶縁膜を形成する。なお、極細炭素繊維の間を充填する部材513及び第2の層間絶縁膜のエッチング条件により、極細炭素繊維及び半導体領域が絶縁膜で覆われている場合、該第2の絶縁膜を形成する必要はない。   Next, a second insulating film is formed so as to cover the ultrafine carbon fiber and the region 521 surrounding it. The second insulating film becomes a later gate insulating film. As the second insulating film, a single layer or a laminated structure of an insulating film containing silicon is formed using a plasma CVD method or a sputtering method. When the ultrafine carbon fiber and the semiconductor region are covered with an insulating film due to the etching conditions of the member 513 filling the space between the ultrafine carbon fibers and the second interlayer insulating film, it is necessary to form the second insulating film. There is no.

次に、第2の絶縁膜上に、第2の導電膜523を成膜する。第2の導電膜の材料としては、単層構造又は多層構造とすることができる。ゲート電極の材料としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、銀―銅―パラジウム合金(AgPdCu合金)を用いてもよい。さらには、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。   Next, a second conductive film 523 is formed over the second insulating film. The material of the second conductive film can be a single layer structure or a multilayer structure. The material of the gate electrode was selected from tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), and neodymium (Nd). It can be formed of an element or an alloy material or a compound material containing these elements as main components. Alternatively, a silver-copper-palladium alloy (AgPdCu alloy) may be used. Further, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used.

次に、図5(D)に示すように、第2の導電膜を所望の形状にエッチングして、ゲート電極531を形成する。例えば、マスクを用いず異方性エッチングを行うことにより、第1実施形態に示すような、チャネル形成領域を囲繞するゲート電極を形成することができる。また、所望の領域にマスクを用いることにより、第2実施形態乃至第4実施形態に示されるような、チャネル形成領域の一部を重畳するゲート電極を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 5D, the gate electrode 531 is formed by etching the second conductive film into a desired shape. For example, by performing anisotropic etching without using a mask, a gate electrode surrounding the channel formation region as shown in the first embodiment can be formed. In addition, by using a mask in a desired region, a gate electrode that overlaps part of the channel formation region as shown in the second to fourth embodiments can be formed.

次に、図5(E)に示されるように、第3の層間絶縁膜541を形成した後、第3の層間絶縁膜の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成すると共に、チャネル形成領域である極細炭素繊維512、及び半導体領域502をそれぞれ一部露出する。つぎに、チャネル形成領域及び半導体領域に接続する導電膜542、543を形成する。本実施形態においては、チャネル形成領域及び半導体領域に接続する導電性としては、導電性を有する結晶性半導体膜を成膜し、所望の形状にエッチングする。チャネル形成領域に接続される結晶性半導体膜は、ドレイン領域又はソース領域の他方となる。なお、本実施形態のように、チャネル形成領域に接続する導電膜と半導体領域に接続する導電膜とを、同一の層間絶縁膜上に形成しているが、この構造に限られず、異なる層で形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 5E, after the third interlayer insulating film 541 is formed, a part of the third interlayer insulating film is etched to form a contact hole, and in the channel formation region. Some ultrafine carbon fibers 512 and the semiconductor region 502 are partially exposed. Next, conductive films 542 and 543 connected to the channel formation region and the semiconductor region are formed. In this embodiment mode, a conductive crystalline semiconductor film is formed as a conductive layer connected to the channel formation region and the semiconductor region, and is etched into a desired shape. The crystalline semiconductor film connected to the channel formation region is the other of the drain region and the source region. Note that, as in this embodiment, the conductive film connected to the channel formation region and the conductive film connected to the semiconductor region are formed over the same interlayer insulating film, but the structure is not limited to this, and different layers are used. It may be formed.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子を作製することができる。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. For this reason, it is possible to manufacture a fine semiconductor element having a high switching speed.

(第6実施形態)
本実施形態では、第1実施形態乃至第4実施形態に示される半導体素子の作製方法について図6を用いて説明する。本実施形態では、第5実施形態において、極細炭素繊維の間を充填する部材として、半導体膜を用いた例を示す。
(Sixth embodiment)
In this embodiment, a method for manufacturing the semiconductor element described in any of Embodiments 1 to 4 will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which a semiconductor film is used as a member filling the space between the ultrafine carbon fibers in the fifth embodiment is shown.

図6(A)に示すように、第5実施形態の工程により、半導体領域502上に形成されたコンタクトホール内に極細炭素繊維512を形成する。   As shown in FIG. 6A, ultra fine carbon fibers 512 are formed in the contact holes formed on the semiconductor region 502 by the process of the fifth embodiment.

次に、極細炭素繊維の間を充填する部材551を形成する。本実施形態では、極細炭素繊維の間を充填する部材551を、半導体材料を用いて極細炭素繊維の間を充填する部材を形成する。半導体材料の代表例としては、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜がある。プラズマCVD法、スパッタリング法により、非晶質又は結晶質の半導体膜を基板上に成膜、該半導体膜に連続発振のレーザから射出されるレーザ光552を照射して溶融させる。   Next, a member 551 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed. In this embodiment, the member 551 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed using a semiconductor material. As a typical example of the semiconductor material, an amorphous semiconductor film or a crystalline semiconductor film is given. An amorphous or crystalline semiconductor film is formed on a substrate by plasma CVD or sputtering, and the semiconductor film is irradiated with a laser beam 552 emitted from a continuous wave laser and melted.

連続発振のレーザとしては、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YAlO3レーザ、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、またはTi:サファイアレーザー等を適宜用いることができる。 As a continuous wave laser, an Nd: YAG laser, an Nd: YVO 4 laser, an Nd: YLF laser, an Nd: YAlO 3 laser, a glass laser, a ruby laser, an alexandride laser, or a Ti: sapphire laser is appropriately used. it can.

この結果、図6(B)の553で示されるような極細炭素繊維の間を充填する部材を形成することができる。なお、溶融した非晶質半導体膜は、極細炭素繊維の間で結晶化される。   As a result, a member that fills the space between the ultrafine carbon fibers as indicated by 553 in FIG. 6B can be formed. Note that the melted amorphous semiconductor film is crystallized between ultrafine carbon fibers.

この後、図6(C)〜(E)に示すように、第5実施形態と同様の工程により、ゲート絶縁膜となる第2の絶縁膜522、ゲート電極531、及び導電膜542、543、第3の層間絶縁膜541を形成する。   Thereafter, as shown in FIGS. 6C to 6E, the second insulating film 522, the gate electrode 531, and the conductive films 542 and 543, which become the gate insulating film, are performed by the same process as in the fifth embodiment. A third interlayer insulating film 541 is formed.

なお、本実施形態において、基板として絶縁性を有する基板の代わりに、単結晶半導体基板を用いることもできる。この場合、半導体領域502は、半導体基板の一部に不純物元素をドーピングして形成すれば良い。   Note that in this embodiment, a single crystal semiconductor substrate can be used instead of an insulating substrate. In this case, the semiconductor region 502 may be formed by doping a part of the semiconductor substrate with an impurity element.

また、極細炭素繊維の間を充填する部材513として絶縁材料で形成されるものを示したが、半導体材料で形成してもよい。この場合、第1の絶縁膜522は必須となる。   In addition, although the member 513 that fills the space between the ultrafine carbon fibers has been formed of an insulating material, it may be formed of a semiconductor material. In this case, the first insulating film 522 is essential.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子を作製することができる。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. For this reason, it is possible to manufacture a fine semiconductor element having a high switching speed.

(第7実施形態)
本実施形態では、第1実施形態乃至第4実施形態に示される半導体素子の作製工程として、第5実施形態又は第6実施形態とは異なる工程を示す。本実施形態では、基板として、シリコン単結晶等の半導体材料又は半導体化合物の単結晶基板を用いた例を示す。なお、本実施形態は、ガラス基板等の絶縁表面を有する基板にも適応することができる。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, as a manufacturing process of the semiconductor element shown in the first to fourth embodiments, a process different from the fifth embodiment or the sixth embodiment is shown. In this embodiment, an example in which a semiconductor material such as silicon single crystal or a single crystal substrate of a semiconductor compound is used as the substrate is shown. This embodiment can also be applied to a substrate having an insulating surface such as a glass substrate.

図7(A)に示すように、シリコン基板601にp型を付与する不純物又はn型を付与する不純物をドーピングしてp型ウェル領域又はn型ウェル領域602を形成する。なお、基板として絶縁表面を有する基板、代表的には、ガラス、石英、セラミック、又はプラスチック、若しくは、表面に絶縁膜を形成したシリコン基板やステンレス基板などの半導電性または導電性基板を用いた場合は、第5実施形態又は第6実施形態に示すように、所望の形状であって、かつ導電性を有する半導体膜を形成する。 As shown in FIG. 7A, a p-type well region or an n-type well region 602 is formed by doping a silicon substrate 601 with an impurity imparting p-type conductivity or an impurity imparting n-type conductivity. Note that a substrate having an insulating surface as a substrate, typically glass, quartz, ceramic, or plastic, or a semiconductive or conductive substrate such as a silicon substrate or a stainless steel substrate with an insulating film formed on the surface was used. In this case, as shown in the fifth embodiment or the sixth embodiment, a semiconductor film having a desired shape and conductivity is formed.

次に、基板表面に第1の絶縁膜603を形成する。第1の絶縁膜としては、プラズマCVD法またはスパッタリング法、熱酸化法等を用い、シリコンを含む絶縁膜の単層または積層構造の絶縁膜を形成する。 Next, a first insulating film 603 is formed on the substrate surface. As the first insulating film, a single layer or a laminated structure of an insulating film containing silicon is formed using a plasma CVD method, a sputtering method, a thermal oxidation method, or the like.

なお、第1の絶縁膜603は、p型ウェル領域又はn型ウェル領域602と後に形成されるゲート電極611とを絶縁するために設ける。   Note that the first insulating film 603 is provided to insulate the p-type well region or the n-type well region 602 from the gate electrode 611 to be formed later.

次に、第1の絶縁膜上に、第1の層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜としては、第5実施形態に示す第1の層間絶縁膜と同様の材料及び作製方法を適宜用いる。次に、層間絶縁膜の一部をエッチングして、コンタクトホールが形成された層間絶縁膜604を形成すると共に、第1の絶縁膜603を露出する。   Next, a first interlayer insulating film is formed on the first insulating film. As the interlayer insulating film, a material and a manufacturing method similar to those of the first interlayer insulating film shown in the fifth embodiment are appropriately used. Next, a part of the interlayer insulating film is etched to form an interlayer insulating film 604 in which contact holes are formed, and the first insulating film 603 is exposed.

次に、コンタクトホール内に第1の導電膜605を形成する。この後、第1の導電膜としては、第5実施形態の第2の導電膜523と同様の材料及び作製方法にて作製することができる。   Next, a first conductive film 605 is formed in the contact hole. Thereafter, the first conductive film can be manufactured using the same material and manufacturing method as those of the second conductive film 523 of the fifth embodiment.

次に、図7(B)に示すように、第1の導電膜の一部をエッチングしてゲート電極611を形成する。本実施形態においては、異方性エッチングを用いることにより第1実施形態で示されるような、チャネル形成領域を囲繞するゲート電極を形成することができる。また、エッチングする領域により、第2実施形態乃至第4実施形態に示されるようなゲート電極を適宜形成することができる。さらには、第1の導電膜を成膜する際に、マスクを用いて形成することにより、エッチング工程を経ずとも、所望の形状を有するゲート電極を形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 7B, the gate electrode 611 is formed by etching part of the first conductive film. In this embodiment, the gate electrode surrounding the channel formation region as shown in the first embodiment can be formed by using anisotropic etching. In addition, a gate electrode as shown in the second to fourth embodiments can be appropriately formed depending on the region to be etched. Furthermore, when the first conductive film is formed, a gate electrode having a desired shape can be formed without an etching step by using a mask.

次に、少なくともゲート電極の露出部に第2の絶縁膜612を形成する。第2の絶縁膜の形成方法としては、第5実施形態の第2の絶縁膜と同様の手法により形成することができる。また、第2の絶縁膜も第5実施形態の第2の絶縁膜と同様の材料及び手法を用いて形成する。この後、第2の絶縁膜において、p型ウェル領域、又はn型ウェル領域と接する第2の絶縁膜の部分を、ドライエッチング又はウェットエッチングにより除去し、図6(C)に示されるようなゲート絶縁膜621を形成する。   Next, a second insulating film 612 is formed at least on the exposed portion of the gate electrode. The second insulating film can be formed by the same method as the second insulating film of the fifth embodiment. The second insulating film is also formed using the same material and method as the second insulating film of the fifth embodiment. After that, in the second insulating film, the portion of the second insulating film in contact with the p-type well region or the n-type well region is removed by dry etching or wet etching, as shown in FIG. A gate insulating film 621 is formed.

なお、ゲート電極として、アルミニウム、タンタル、チタン等を用いて形成すると、上記の工程によりゲート絶縁膜を形成する代わりに、ゲート電極の表面を陽極酸化法又はプラズマ酸化法によりゲート絶縁膜621を形成することもできる。この工程の場合、p型ウェル領域、又はn型ウェル領域と接する第2の絶縁膜が形成されないため、工程を削減することが可能となる。   Note that when the gate electrode is formed using aluminum, tantalum, titanium, or the like, the gate insulating film 621 is formed on the surface of the gate electrode by anodic oxidation or plasma oxidation instead of forming the gate insulating film by the above process. You can also In the case of this step, since the second insulating film in contact with the p-type well region or the n-type well region is not formed, the number of steps can be reduced.

次に、第5実施形態と同様の工程により、半導体領域の表面に金属元素を含む領域511を形成した後、該領域上に極細炭素繊維512を形成する。   Next, a region 511 containing a metal element is formed on the surface of the semiconductor region by the same process as in the fifth embodiment, and then an ultrafine carbon fiber 512 is formed on the region.

次に、図7(D)に示すように、第5実施形態と同様に、極細炭素繊維の間を充填する部材513を形成する。本実施形態では、極細炭素繊維の間を充填する部材513は、絶縁材料又は半導体材料で形成することができる。   Next, as shown in FIG. 7D, the member 513 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed as in the fifth embodiment. In this embodiment, the member 513 filling between the ultrafine carbon fibers can be formed of an insulating material or a semiconductor material.

次に、図7(E)に示すように、極細炭素繊維の間を充填する部材513の表面をエッチングして、極細炭素繊維の表面を露出すると共に、チャネル形成領域641を形成する。この工程は、公知のウェットエッチング法、ドライエッチング法、CPM(Chemical−Mechanical Polishing:化学的・機械的ポリッシング)法等を用いることができる。なお、チャネル形成領域641は、極細炭素繊維512と半導体材料で形成される領域である。   Next, as shown in FIG. 7E, the surface of the member 513 filling the space between the ultrafine carbon fibers is etched to expose the surface of the ultrafine carbon fibers and form a channel formation region 641. In this step, a known wet etching method, dry etching method, CPM (Chemical-Mechanical Polishing) method or the like can be used. Note that the channel formation region 641 is a region formed of an ultrafine carbon fiber 512 and a semiconductor material.

次に、第2の層間絶縁膜を形成した後、該第2の層間絶縁膜の一部をエッチングしてコンタクトホールが形成された第3の層間絶縁膜642を形成すると共に、チャネル形成領域641の一部を露出する。次に、チャネル形成領域に接続するドレイン領域643を形成する。   Next, after forming a second interlayer insulating film, a part of the second interlayer insulating film is etched to form a third interlayer insulating film 642 in which contact holes are formed, and a channel forming region 641 To expose a part of Next, a drain region 643 connected to the channel formation region is formed.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子を作製することができる。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. For this reason, it is possible to manufacture a fine semiconductor element having a high switching speed.

(第8実施形態)
本実施形態では、第1実施形態乃至第4実施形態に示される半導体素子の作製工程として、第7実施形態において、極細炭素繊維の間を充填する材料として絶縁膜を用いた構造の作製工程を示す。
(Eighth embodiment)
In this embodiment, as a manufacturing process of the semiconductor element shown in the first to fourth embodiments, a manufacturing process of a structure using an insulating film as a material filling the space between the ultrafine carbon fibers in the seventh embodiment. Show.

図8(A)〜図8(C)に示すように、第7実施形態と同様の工程により、601シリコン基板上に極細炭素繊維512、ゲート絶縁膜621、ゲート電極611を形成する。   As shown in FIGS. 8A to 8C, ultrafine carbon fibers 512, a gate insulating film 621, and a gate electrode 611 are formed on a 601 silicon substrate by the same process as in the seventh embodiment.

次に、図8(D)に示すように、極細炭素繊維の間に極細炭素繊維の間を充填する部材713を形成する。本実施形態においては、極細炭素繊維の間を充填する部材としては、絶縁膜を形成する。絶縁膜の材料及びその形成方法は、第5実施形態の極細炭素繊維の間を充填する部材513と同様のものを適応することができる。なお、本実施形態においては、極細炭素繊維の間を充填する部材は、絶縁膜であるため、第2の層間絶縁膜としても機能する。このため、第1の層間絶縁膜及び第3の絶縁膜上に、一定の膜厚を有して形成する。   Next, as shown in FIG. 8D, a member 713 that fills the space between the ultrafine carbon fibers is formed between the ultrafine carbon fibers. In this embodiment, an insulating film is formed as a member that fills the space between the ultrafine carbon fibers. The material of the insulating film and the formation method thereof can be the same as the member 513 that fills the space between the ultrafine carbon fibers of the fifth embodiment. In this embodiment, since the member filling the space between the ultrafine carbon fibers is an insulating film, it also functions as a second interlayer insulating film. Therefore, the first interlayer insulating film and the third insulating film are formed with a certain film thickness.

次に、図8(E)に示すように、極細炭素繊維の間を充填する部材の一部をドライエッチング法、又はウェットエッチング法等の公知の手法によりエッチングして、コンタクトホールを形成すると共に、極細炭素繊維の一部を露出する。   Next, as shown in FIG. 8E, a part of the member filling the space between the ultrafine carbon fibers is etched by a known method such as a dry etching method or a wet etching method to form a contact hole. , Expose a part of ultra fine carbon fiber.

次に、チャネル形成領域641である極細炭素繊維に接続するドレイン領域643を形成する。   Next, a drain region 643 connected to the ultrafine carbon fiber which is the channel formation region 641 is formed.

本実施形態で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子を作製することができる。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. For this reason, it is possible to manufacture a fine semiconductor element having a high switching speed.

本実施例では、第1実施形態乃至第4実施形態に示される、基板膜厚方向にソース領域、チャネル形成領域、ドレイン形成領域が積層され、かつチャネル形成領域が極細炭素繊維で形成させる半導体素子が、多層配線構造を有する半導体装置の例について、図9に示す。   In this example, the semiconductor element shown in the first to fourth embodiments is formed by stacking a source region, a channel formation region, and a drain formation region in the substrate film thickness direction, and forming the channel formation region with ultrafine carbon fibers. FIG. 9 shows an example of a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

図9(A)に示すように、第5実施形態乃至第8実施形態に示す工程によって、基板上に基板の膜厚方向にソース領域、チャネル形成領域、ドレイン形成領域が積層され、かつチャネル形成領域が極細炭素繊維で形成される半導体素子を形成する。本実施形態においては、第8実施形態で示させる工程を適応し、601シリコン基板上にp型ウェル領域又はn型ウェル領域602、該半導体領域に接続するチャネル形成領域641、該チャネル形成領域を包囲し、且つゲート絶縁膜として機能する第3の絶縁膜612、第3の絶縁膜を介してチャネル形成領域を囲繞するゲート電極611、チャネル形成領域と接続するドレイン領域643を形成する。なお、ゲート電極611とp型ウェル領域又はn型ウェル領域602との間を絶縁する第2の絶縁膜610、第2の絶縁膜上であって且つゲート電極の側面に形成されている第1の層間絶縁膜604、第1の層間絶縁膜上に形成される第3の絶縁膜612、第3の絶縁膜上に形成され且つ極細炭素繊維の間を充填する部材713がそれぞれ形成されている。   As shown in FIG. 9A, a source region, a channel formation region, and a drain formation region are stacked on the substrate in the film thickness direction by the steps shown in the fifth to eighth embodiments, and channel formation is performed. A semiconductor element having a region formed of ultrafine carbon fiber is formed. In this embodiment, the process shown in the eighth embodiment is applied, and a p-type well region or an n-type well region 602 on a 601 silicon substrate, a channel formation region 641 connected to the semiconductor region, and the channel formation region are provided. A third insulating film 612 that surrounds and functions as a gate insulating film, a gate electrode 611 that surrounds the channel formation region through the third insulating film, and a drain region 643 that is connected to the channel formation region are formed. Note that the second insulating film 610 that insulates between the gate electrode 611 and the p-type well region or the n-type well region 602, the first insulating film formed on the second insulating film and on the side surface of the gate electrode. The interlayer insulating film 604, the third insulating film 612 formed on the first interlayer insulating film, and the member 713 formed on the third insulating film and filling between the ultrafine carbon fibers are formed. .

次に、図9(B)に示すように、第2の層間絶縁膜として機能する極細炭素繊維の間を充填する部材713及びドレイン領域643上に第3の層間絶縁膜811を形成する。第3の層間絶縁膜としては、第1の層間絶縁膜407と同様の材料を用いて形成することができる。次に、第3の層間絶縁膜の一部をエッチングして、コンタクト孔を開口した後、第1の導電膜812及び第2の導電膜813を成膜する。第1の導電膜812としては、ブロッキング効果を有する導電性材料によって形成する。第1の導電膜の代表例としては、Ti、TiN、TiW、Ta、TaN、WSixで形成される膜が挙げられる。第2の導電膜813としては、リフローが可能な金属材料膜706を成膜する。ここではアルミニウムを主成分とする合金、代表的にはAlGe膜を形成する。また、本実施例では、2層構造の導電膜を成膜したが、これに限られず単層の導電膜、又は3層以上の導電膜でもよい。   Next, as shown in FIG. 9B, a third interlayer insulating film 811 is formed over the member 713 and the drain region 643 filling the space between the ultrafine carbon fibers functioning as the second interlayer insulating film. The third interlayer insulating film can be formed using a material similar to that of the first interlayer insulating film 407. Next, part of the third interlayer insulating film is etched to open contact holes, and then a first conductive film 812 and a second conductive film 813 are formed. The first conductive film 812 is formed using a conductive material having a blocking effect. A typical example of the first conductive film is a film formed of Ti, TiN, TiW, Ta, TaN, and WSix. As the second conductive film 813, a reflowable metal material film 706 is formed. Here, an alloy containing aluminum as a main component, typically an AlGe film, is formed. In this embodiment, a conductive film having a two-layer structure is formed.

次に、図9(C)に示すように、350℃〜400℃の熱処理を行って第2の導電膜をリフローさせて凹凸を緩和する。ここで、凹凸が緩和された金属膜821が形成される。第1の導電膜及び第2の導電膜を所望の形状にエッチングして、図9(D)に示す第1の接続配線832を形成する。   Next, as shown in FIG. 9C, heat treatment at 350 ° C. to 400 ° C. is performed to reflow the second conductive film, thereby reducing the unevenness. Here, a metal film 821 in which unevenness is reduced is formed. The first conductive film and the second conductive film are etched into a desired shape, so that a first connection wiring 832 illustrated in FIG. 9D is formed.

なお、第2の導電膜として、アルミニウムを含む合金の代わりに、銅で形成される膜を形成し、ダマシン法により接続配線を形成しても良い。銅で形成される配線は、低抵抗であり、且つ平坦性を有するため、多層配線を可能とすることで、さらなる素子の高集積化が可能である。   Note that instead of the alloy containing aluminum, a film formed of copper may be formed as the second conductive film, and the connection wiring may be formed by a damascene method. Since the wiring formed of copper has low resistance and flatness, the device can be further integrated by enabling multilayer wiring.

次に、層間絶縁膜の形成と、コンタクトホールの形成と、金属材料膜の形成と、リフロー処理と、エッチング処理とを同様に繰り返して、第4の層間絶縁膜833、第5の層間絶縁膜835、第2の接続配線834、第3の接続配線836を形成する。   Next, the formation of the interlayer insulating film, the formation of the contact hole, the formation of the metal material film, the reflow process, and the etching process are repeated in the same manner to obtain the fourth interlayer insulating film 833 and the fifth interlayer insulating film. 835, a second connection wiring 834, and a third connection wiring 836 are formed.

また、本実施例では、単結晶半導体基板上に形成された半導体素子を有する多層構造の半導体装置を示したが、これに限られず、ガラス基板等の絶縁表面を有する基板を用いたFETを有する半導体装置に適応することもできる。   In this embodiment, a semiconductor device having a multilayer structure including a semiconductor element formed over a single crystal semiconductor substrate is shown; however, the present invention is not limited thereto, and an FET using a substrate having an insulating surface such as a glass substrate is included. It can also be applied to a semiconductor device.

本実施例で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、微細で、且つスイッチング速度が速い半導体素子を作製することができる。また、多層配線構造を有しているため、さらなる素子の高集積化が可能である。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. For this reason, it is possible to manufacture a fine semiconductor element having a high switching speed. In addition, since the multilayer wiring structure is provided, further integration of elements can be achieved.

本実施例では、本発明を用いて形成する半導体素子を有する半導体装置の一例であるパッケージについて図10を用いて説明する。図10(A)に、ワイヤーボンディング法でチップがインターポーザに接続されている、パッケージの断面構造を表す斜視図を示す。901はインターポーザ、902はチップ、903はモールド樹脂層に相当する。チップ902はインターポーザ901上に、マウント用の接着剤904によりマウントされている。   In this embodiment, a package which is an example of a semiconductor device including a semiconductor element formed using the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10A is a perspective view showing a cross-sectional structure of a package in which a chip is connected to an interposer by a wire bonding method. Reference numeral 901 denotes an interposer, 902 denotes a chip, and 903 denotes a mold resin layer. The chip 902 is mounted on the interposer 901 with a mounting adhesive 904.

また図10(A)に示すインターポーザ901は、ソルダーボール905が設けられたボールグリッドアレイ型である。ソルダーボール905は、インターポーザ901のチップ902がマウントされている側とは反対の側に設けられている。そしてインターポーザ901に設けられた配線906は、インターポーザ901に設けられたコンタクト孔を介して、ソルダーボール905と電気的に接続している。   An interposer 901 shown in FIG. 10A is a ball grid array type in which solder balls 905 are provided. The solder ball 905 is provided on the side opposite to the side on which the chip 902 of the interposer 901 is mounted. The wiring 906 provided in the interposer 901 is electrically connected to the solder ball 905 through a contact hole provided in the interposer 901.

なお本実施例では、チップ902とソルダーボール905との電気的な接続をするための配線906を、インターポーザ901のチップがマウントされている面上に設けているが、本発明で用いるインターポーザはこれに限定されない。例えば、インターポーザの内部において配線が多層化されて設けられていても良い。   In this embodiment, the wiring 906 for electrical connection between the chip 902 and the solder ball 905 is provided on the surface of the interposer 901 on which the chip is mounted. It is not limited to. For example, the wiring may be provided in multiple layers inside the interposer.

図10(A)では、チップ902と配線906とが、ワイヤ907によって電気的に接続されている。図10(B)に、図10(A)に示したパッケージの断面図を示す。チップ902には第1実施形態乃至第4実施形態で示される半導体素子909が設けられており、またチップ902のインターポーザ901が設けられている側とは反対側に、パッド908が設けられている。パッド908は該半導体素子909と電気的に接続されている。そしてパッド908は、インターポーザ901に設けられた配線906と、ワイヤ907によって接続されている。   In FIG. 10A, the chip 902 and the wiring 906 are electrically connected by a wire 907. FIG. 10B is a cross-sectional view of the package illustrated in FIG. The chip 902 is provided with the semiconductor element 909 shown in the first to fourth embodiments, and a pad 908 is provided on the opposite side of the chip 902 from the side where the interposer 901 is provided. . The pad 908 is electrically connected to the semiconductor element 909. The pad 908 is connected to a wiring 906 provided in the interposer 901 by a wire 907.

910はプリント配線基板の一部に相当し、911はプリント配線基板910に設けられた配線または電極に相当する。配線906はソルダーボール905を介して、プリント配線基板910に設けられた配線または電極911に接続される。なおソルダーボール905と、配線または電極911との接続は、熱圧着や、超音波による振動を加えた熱圧着等様々な方法を用いることができる。なお、アンダーフィルで圧着後のソルダーボール間の隙間を埋めるようにし、接続部分の機械的強度や、パッケージで発生した熱の拡散などの効率を高めるようにしても良い。アンダーフィルは必ずしも用いる必要はないが、インターポーザとチップの熱膨張係数のミスマッチから生ずる応力により、接続不良が起こるのを防ぐことができる。超音波を加えて圧着する場合、単に熱圧着する場合に比べて接続不良を抑えることができる。   Reference numeral 910 corresponds to a part of the printed wiring board, and 911 corresponds to a wiring or an electrode provided on the printed wiring board 910. The wiring 906 is connected to a wiring or electrode 911 provided on the printed wiring board 910 via a solder ball 905. Note that various methods such as thermocompression bonding, thermocompression bonding with ultrasonic vibration, and the like can be used for connection between the solder ball 905 and the wiring or electrode 911. It should be noted that the gap between the solder balls after pressure bonding may be filled with underfill to increase the mechanical strength of the connecting portion and the efficiency of diffusion of heat generated in the package. The underfill is not necessarily used, but connection failure can be prevented from occurring due to a stress caused by a mismatch between the thermal expansion coefficients of the interposer and the chip. When crimping by applying ultrasonic waves, poor connection can be suppressed as compared to the case of simply thermocompression bonding.

なお、本実施例においては、チップがワイヤーボンディング法によってインターポーザに接続されているパッケージを示したがこれに限られない。フリップチップ法を用いてこれらを接続しても良い。この場合、接続するべきパッドの数が増加しても、ワイヤーボンディング法に比べて、比較的パッド間のピッチを広く確保することができるので、端子数の多いチップの接続に向いている。   In this embodiment, the package in which the chip is connected to the interposer by the wire bonding method is shown, but the present invention is not limited to this. These may be connected using a flip chip method. In this case, even if the number of pads to be connected is increased, a relatively wide pitch between the pads can be secured as compared with the wire bonding method, which is suitable for connection of a chip having a large number of terminals.

また、パッケージ内においてチップを積層してもよい。この場合、一つのパッケージ内に複数のチップを設けることができるため、パッケージ全体の大きさを抑えることができるというメリットを有している。   Further, chips may be stacked in the package. In this case, since a plurality of chips can be provided in one package, there is an advantage that the size of the entire package can be suppressed.

さらには、複数のパッケージを積層してもよい。この構造では、パッケージごとに電気的な検査を行い、良品だけを選別してから積層することができるので、歩留りを高めることができるというメリットを有している。   Furthermore, a plurality of packages may be stacked. This structure has an advantage that the yield can be increased because electrical inspection is performed for each package and only good products can be selected and stacked.

本発明により、歩留まり高く高集積化された半導体装置を作製することができる。   According to the present invention, a highly integrated semiconductor device with high yield can be manufactured.

本実施例では、本発明を用いて形成する半導体素子を有する半導体装置の一例である表示装置について説明する。   In this embodiment, a display device which is an example of a semiconductor device including a semiconductor element formed using the present invention will be described.

本発明を用いて形成する半導体素子を、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等の表示装置の駆動を制御する各種回路に用いることができる。     A semiconductor element formed using the present invention is a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element typified by an organic light emitting element in each pixel, DMD (Digital Micromirror Device), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field). It can be used for various circuits for controlling driving of a display device such as an Emission Display.

本実施例で示す半導体素子は、極細炭素繊維をチャネル形成領域に有し、かつ基板表面に対して縦方向に積層されている。このため、スイッチング速度が速い半導体素子が高集積された半導体装置である。   The semiconductor element shown in this embodiment has ultrafine carbon fibers in a channel formation region and is stacked in the vertical direction with respect to the substrate surface. Therefore, the semiconductor device is a highly integrated semiconductor element having a high switching speed.

本発明を実施して得た半導体装置を組み込むことによって様々な電子機器を作製するこ
とができる。電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。電子機器の1つであるカーナビゲーションを例に挙げ、本発明の素子が実際に電子機器に実装されている様子を図11(A)に示す。
Various electronic devices can be manufactured by incorporating a semiconductor device obtained by implementing the present invention. Electronic devices include video cameras, digital cameras, goggles-type displays (head-mounted displays), navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), notebook-type personal computers, game machines, and portable information terminals (mobile computers, A mobile phone, a portable game machine, an electronic book, etc.), and an image playback apparatus (specifically, a digital versatile disc (DVD)) provided with a recording medium, and a display capable of displaying the image Apparatus). A car navigation which is one of electronic devices is taken as an example, and FIG. 11A shows a state in which the element of the present invention is actually mounted on an electronic device.

図11(A)に示すナビゲーションシステムの表示部のモジュールは、基板上に画素部1102、画素部の表示を制御する走査線駆動回路1103、信号線駆動回路1104、コントロール回路1105、オーディオ用回路1106、映像信号処理回路1107、SRAM1108等が設けられている。本実施例では、基板1101はガラス基板である。   A display unit module of the navigation system illustrated in FIG. 11A includes a pixel portion 1102 on a substrate, a scanning line driver circuit 1103 for controlling display of the pixel portion, a signal line driver circuit 1104, a control circuit 1105, and an audio circuit 1106. A video signal processing circuit 1107, an SRAM 1108, and the like are provided. In this embodiment, the substrate 1101 is a glass substrate.

また、FPC1109によって、外部に設けられているプリント配線基板と接続されている。   Further, it is connected to an external printed wiring board by the FPC 1109.

図11(B)には、基板1001上に形成された各回路のブロック図を示す。なお、画素部1102に液晶素子が形成される場合の回路について説明する。画素部1102は、階調電源1111を有する。画素部1102の周囲には、走査線駆動回路1103と、信号線駆動回路1104とが設けられている。なお、画素部1102は、発光素子、DMD素子、電界放出素子等を用いてもよい。 FIG. 11B shows a block diagram of each circuit formed over the substrate 1001. Note that a circuit in the case where a liquid crystal element is formed in the pixel portion 1102 is described. The pixel portion 1102 has a gradation power supply 1111. A scan line driver circuit 1103 and a signal line driver circuit 1104 are provided around the pixel portion 1102. Note that the pixel portion 1102 may use a light-emitting element, a DMD element, a field emission element, or the like.

コントロール回路1105は、CPU1112、CPU用インターフェース(I/F)1113、CPUが使用するスタック・変数用SRAMとして機能するWRAM1114、プログラムと画像データが格納されているマスクROMとして機能するPROM1115、PROMとWRAMのアドレス・データバスのインターフェース及びWRAM用アドレスの一部をデコードしてオーディオ用回路を制御する信号を作製する機能を有するメモリーコントローラ1116、を有している。 The control circuit 1105 includes a CPU 1112, a CPU interface (I / F) 1113, a WRAM 1114 functioning as a stack / variable SRAM used by the CPU, a PROM 1115 functioning as a mask ROM storing programs and image data, a PROM and a WRAM. And a memory controller 1116 having a function of decoding a part of the WRAM address and generating a signal for controlling the audio circuit.

オーディオ用回路1106は、音声データが格納されているマスクROMとして機能するオ
ーディオROM1121、オーディオ用回路のクロック信号を作製したり、カウンタを使ってオーディオROMのアドレスを作製する機能を有するオーディオコントローラ1122、デジタル音声データからアナログ波形を作製したり、アナログ波形を増幅する機能を有するアンプ1123を有する。
The audio circuit 1106 includes an audio ROM 1121 functioning as a mask ROM storing audio data, an audio controller 1122 having a function of generating a clock signal of the audio circuit, and generating an address of the audio ROM using a counter, An amplifier 1123 having a function of creating an analog waveform from digital audio data and amplifying the analog waveform is provided.

映像信号処理回路1107は、画像データの色情報を格納するSRAMとして機能するCRAM1131を有する。 The video signal processing circuit 1107 includes a CRAM 1131 that functions as an SRAM that stores color information of image data.

さらに、画像の座標情報や画像一行分の画像情報を格納するSRAM1108が設けられている。 Further, an SRAM 1108 for storing image coordinate information and image information for one line of the image is provided.

これら機能を有する各回路は、プリント基板(図示しない)に設けられた電源回路からの電源が、FPC1109を介して供給される。 Each circuit having these functions is supplied with power from a power supply circuit provided on a printed board (not shown) via the FPC 1109.

また、FPC1109を介して、外部に設けられたキーボードからの入力信号、メモリ、クロック、スピーカー、電源等の信号を入出力する。   Also, an input signal from an externally provided keyboard, signals such as a memory, a clock, a speaker, and a power source are input / output via the FPC 1109.

本発明で作製される半導体素子は、微細且つ高速度動作が可能であるため、図11(A)に示される各回路の半導体素子の作製に本発明を適応することにより、高精細な表示を有し、且つ応答ずれの少ないナビゲーションシステムを作製することが可能である。   Since the semiconductor element manufactured according to the present invention can operate finely and at high speed, high-definition display can be achieved by applying the present invention to the manufacturing of the semiconductor element of each circuit shown in FIG. It is possible to produce a navigation system having a small response deviation.

本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor element according to the present invention. 本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor element according to the present invention. 本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor element according to the present invention. 本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor element according to the present invention. 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。8A and 8B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to the invention. 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。8A and 8B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to the invention. 本発明に係る電子機器を説明する断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating an electronic device according to the invention. 本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子を説明する断面図。Sectional drawing explaining the semiconductor element which concerns on this invention. 本発明に係る半導体素子の作製工程を説明する断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor element according to the present invention.

Claims (26)

基板の厚さ方向に積層されたソース領域、チャネル形成領域、及びドレイン領域と、
絶縁膜を介して前記チャネル形成領域と重畳するゲート電極とを有し、
前記チャネル形成領域は、極細炭素繊維で形成されていることを特徴とする半導体装置。
A source region, a channel formation region, and a drain region stacked in the thickness direction of the substrate;
A gate electrode overlapping with the channel formation region via an insulating film;
The channel formation region is formed of an ultrafine carbon fiber.
基板表面上に半導体素子が形成される半導体装置であって、
前記半導体素子は、前記基板表面の垂直方向に接して積層されるソース領域、チャネル形成領域、及びドレイン領域と、前記チャネル形成領域の側面に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル形成領域の反対側に形成されるゲート電極とを有し、
前記チャネル形成領域は、極細炭素繊維で形成されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which a semiconductor element is formed on a substrate surface,
The semiconductor element includes a source region, a channel formation region, and a drain region stacked in contact with a vertical direction of the substrate surface, a gate insulating film formed on a side surface of the channel formation region, and the gate insulating film. And a gate electrode formed on the opposite side of the channel formation region,
The channel formation region is formed of an ultrafine carbon fiber.
請求項1又は請求項2において、前記極細炭素繊維は、前記極細炭素繊維を充填する部材で包囲されていることを特徴とする半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the ultrafine carbon fiber is surrounded by a member that fills the ultrafine carbon fiber. 請求項3において、前記極細炭素繊維を充填する部材は、前記半導体材料で形成されていることを特徴とする半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the member filled with the ultrafine carbon fiber is made of the semiconductor material. 請求項3において、前記極細炭素繊維を充填する部材は、絶縁材料で形成されていることを特徴とする半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the member filling the ultrafine carbon fiber is formed of an insulating material. 請求項5において、前記極細炭素繊維を充填する部材は、ゲート絶縁膜であることを特徴とする半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the member filled with the ultrafine carbon fiber is a gate insulating film. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、前記チャネル形成領域は、一本の極細炭素繊維で形成されていることを特徴とする半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel formation region is formed of a single ultrafine carbon fiber. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、前記チャネル形成領域は、複数の極細炭素繊維で形成されていることを特徴とする半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel formation region is formed of a plurality of ultrafine carbon fibers. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、前記ソース領域又はドレイン領域と、前記極細炭素繊維との間には、金属元素を含む領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein a region containing a metal element is formed between the source region or the drain region and the ultrafine carbon fiber. 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、前記金属元素を含む領域は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、ゲルマニウム、チタン、パラジウム、又は亜鉛から選ばれた元素、若しくは前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物であることを特徴とする半導体装置。   10. The region containing the metal element according to claim 1, wherein the region containing the metal element is an element selected from nickel, iron, cobalt, platinum, germanium, titanium, palladium, or zinc, or a main component of the element. A semiconductor device characterized by being an alloy material or a compound. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項において、前記ゲート電極は、前記チャネル形成領域を囲繞していることを特徴とする半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode surrounds the channel formation region. 前請求項1乃至請求項11のいずれか一項において、前記チャネル形成領域は、複数からなることを特徴とする半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel formation region includes a plurality of channel formation regions. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項において、前記ゲート電極は、前記チャネル形成領域の一部を重畳していることを特徴とする半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode overlaps a part of the channel formation region. 請求項1乃至請求項10のいずれか一項において、前記ゲート電極は、複数からなり、且つ前記チャネル形成領域の一部を重畳していることを特徴とする半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode includes a plurality of gate electrodes and a part of the channel formation region is overlapped. 請求項1乃至請求項14のいずれか一項において、前記基板は、単結晶シリコン基板または化合物半導体基板であることを特徴とする半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is a single crystal silicon substrate or a compound semiconductor substrate. 請求項1乃至請求項14のいずれか一項において、前記基板は、ガラス、石英、プラスチック、アルミナ、セラミック、又は絶縁膜が表面に形成された導電部材で形成されていることを特徴とする半導体装置。   15. The semiconductor according to claim 1, wherein the substrate is made of glass, quartz, plastic, alumina, ceramic, or a conductive member having an insulating film formed on a surface thereof. apparatus. 請求項1乃至請求項16のいずれか一項において、前記極細炭素繊維は、グラファイトナノファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、チューブ状グラファイト、カーボンナノコーン、又はコーン状グラファイトであることを特徴とする半導体装置。   17. The ultrafine carbon fiber according to claim 1, wherein the ultrafine carbon fiber is graphite nanofiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, tubular graphite, carbon nanocone, or cone-shaped graphite. Semiconductor device. 導電性を有する第1の領域上に、選択的に金属元素を含む領域を形成し、
前記金属元素を含む領域上に極細炭素繊維を形成し、
前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜を形成し、
前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜に接するゲート電極を形成し、
前記極細炭素繊維と接続する導電性を有する第2の領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A region including a metal element is selectively formed over the first region having conductivity,
Forming an ultrafine carbon fiber on the region containing the metal element;
Forming an insulating film surrounding the ultrafine carbon fiber;
Forming a gate electrode in contact with an insulating film surrounding the ultrafine carbon fiber;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second region having conductivity connected to the ultrafine carbon fiber is formed.
導電性を有する第1の領域上に、第1の絶縁膜を介してゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の表面を覆う第2の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜の一部を除去して、前記導電性を有する第1の領域を露出した後、該導電性を有する第1の領域上に金属元素を有する領域を形成し、
前記金属元素を有する領域上に極細炭素繊維を形成し、
前記極細炭素繊維の間を充填する部材を形成した後、前記極細炭素繊維に接続する導電性を有する第2の領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode over the first region having conductivity through the first insulating film;
Forming a second insulating film covering the surface of the gate electrode;
After removing a part of the first insulating film to expose the first region having conductivity, a region having a metal element is formed on the first region having conductivity.
Forming an ultrafine carbon fiber on the region having the metal element;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a member that fills a space between the ultrafine carbon fibers, and then forming a second region having conductivity connected to the ultrafine carbon fibers.
導電性を有する第1の領域上に、選択的に金属元素を含む領域を形成し、
前記金属元素を含む領域上に極細炭素繊維を形成した後、半導体膜を成膜し、
前記半導体膜に、レーザ光を照射して前記極細炭素繊維の間を半導体材料で形成される部材で充填し、
前記半導体材料で形成される部材の一部を除去した後、
前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜を形成し、
前記極細炭素繊維を包囲する絶縁膜に接するゲート電極を形成し、
前記極細炭素繊維と接続する導電性を有する第2の領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A region including a metal element is selectively formed over the first region having conductivity,
After forming ultrafine carbon fibers on the region containing the metal element, a semiconductor film is formed,
The semiconductor film is filled with a member formed of a semiconductor material between the ultrafine carbon fibers by irradiating a laser beam,
After removing a part of the member formed of the semiconductor material,
Forming an insulating film surrounding the ultrafine carbon fiber;
Forming a gate electrode in contact with an insulating film surrounding the ultrafine carbon fiber;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second region having conductivity connected to the ultrafine carbon fiber.
導電性を有する第1の領域上に、第1の絶縁膜を介してゲート電極を形成し、
前記ゲート電極の表面を覆う第2の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜の一部を除去して、前記導電性を有する第1の領域を露出した後、該導電性を有する第1の領域上に金属元素を有する領域を形成し、
前記金属元素を有する領域上に極細炭素繊維を形成した後、半導体膜を成膜し、
前記半導体膜にレーザ光を照射して、前記極細炭素繊維の間を半導体材料で形成される部材で充填した後、前記半導体膜の一部を除去し、
前記半導体膜及び前記ゲート電極上に第3の絶縁膜を形成し、
前記第3の絶縁膜の一部を除去して前記極細炭素繊維を露出した後、導電性を有する第2の領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a gate electrode over the first region having conductivity through the first insulating film;
Forming a second insulating film covering the surface of the gate electrode;
After removing a part of the first insulating film to expose the first region having conductivity, a region having a metal element is formed on the first region having conductivity.
After forming ultrafine carbon fiber on the region having the metal element, a semiconductor film is formed,
After irradiating the semiconductor film with laser light and filling the space between the ultrafine carbon fibers with a member formed of a semiconductor material, a part of the semiconductor film is removed,
Forming a third insulating film on the semiconductor film and the gate electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a part of the third insulating film to expose the ultrafine carbon fiber; and forming a second region having conductivity.
請求項20又は請求項21において、前記レーザ光は、連続発振のレーザから照射されるレーザ光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   24. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the laser light is laser light emitted from a continuous wave laser. 請求項22において、前記連続発振のレーザは、Nd:YAGレーザ、Nd:YVO4
ーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YAlO3レーザ、ガラスレーザー、ルビーレーザー、
アレキサンドライドレーザー、またはTi:サファイアレーザーであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
23. The continuous wave laser according to claim 22, wherein the continuous wave laser is an Nd: YAG laser, an Nd: YVO 4 laser, an Nd: YLF laser, an Nd: YAlO 3 laser, a glass laser, a ruby laser,
A method for manufacturing a semiconductor device, which is an Alexandride laser or a Ti: sapphire laser.
請求項18乃至請求項23のいずれか一項において、前記金属元素を含む領域は、ニッケル、鉄、コバルト、白金、ゲルマニウム、チタン、又はパラジウムから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物であることを特徴とする半導体装置。   24. The region containing the metal element according to any one of claims 18 to 23, an element selected from nickel, iron, cobalt, platinum, germanium, titanium, or palladium, or the element as a main component. A semiconductor device characterized by being an alloy material or a compound. 請求項18乃至請求項24のいずれか一項において、前記導電性を有する第1の領域及び前記導電性を有する第2の領域は、ソース領域及びドレイン領域であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   25. The semiconductor device according to claim 18, wherein the first region having conductivity and the second region having conductivity are a source region and a drain region. Manufacturing method. 請求項18乃至請求項25のいずれか一項において、前記極細炭素繊維は、グラファイトナノファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、チューブ状グラファイト、カーボンナノコーン、又はコーン状グラファイトであることを特徴とする半導体装置。


26. The ultrafine carbon fiber according to any one of claims 18 to 25, wherein the ultrafine carbon fiber is a graphite nanofiber, a carbon nanofiber, a carbon nanotube, a tube-like graphite, a carbon nanocone, or a cone-like graphite. Semiconductor device.


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