JP2006049459A - Manufacturing method of carbon nanotube transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブトランジスタの製造方法に関するものであり、特に、カーボンナノチューブトランジスタの製造歩留りを向上させるための工程に特徴のあるカーボンナノチューブトランジスタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a carbon nanotube transistor, and more particularly to a method of manufacturing a carbon nanotube transistor characterized by a process for improving the manufacturing yield of the carbon nanotube transistor.
近年、カーボンナノチューブの有する優れた電気的特性を利用して各種の電子デバイスに応用することが研究されており、特に、単層(シングルウォール)のカーボンナノチューブは、直径がnmサイズなので量子効果が現れるため、特に有望視されている。 In recent years, research has been conducted on application to various electronic devices using the excellent electrical characteristics of carbon nanotubes. In particular, single-walled carbon nanotubes have a quantum effect due to their nanometer diameter. Because it appears, it is especially promising.
従来においては、電子デバイスへの適用としては電極材料としての応用が主であったが、最近は、カーボンナノチューブを有する半導体特性を利用して電界効果型トランジスタを構成することが試みられている(例えば、非特許文献1或いは非特許文献2参照)。
Conventionally, the application to an electronic device has been mainly applied as an electrode material, but recently, an attempt has been made to construct a field effect transistor using a semiconductor characteristic having a carbon nanotube ( For example, see Non-Patent
この様なカーボンナノチューブトランジスタCNTにおいては、単結晶SiMOSFETと同程度以上の特性が確認されており、特に、pチャネル型CNTにおいては、非常に良好なキャリア移動度、相補コンダクンタンスが報告されている。 Such a carbon nanotube transistor CNT has been confirmed to have characteristics comparable to or higher than those of a single-crystal SiMOSFET. In particular, in p-channel CNT, very good carrier mobility and complementary conductance have been reported. Yes.
しかし、カーボンナノチューブを所望に位置に成長させることは困難であるため、カーボンナノチューブを実用デバイス化するために、各種の方法が提案されており、例えば、自己組織化膜を利用したり(例えば、特許文献1参照)、或いは、触媒を利用する方法(例えば、特許文献2参照)が提案されている。 However, since it is difficult to grow carbon nanotubes in a desired position, various methods have been proposed to make carbon nanotubes a practical device. For example, a self-assembled film is used (for example, Patent Document 1) or a method using a catalyst (for example, refer to Patent Document 2) has been proposed.
図12及び図13参照
図12は、従来のCNTの概念的斜視図であり、また、図13は、その概略的断面図である。
例えば、シリコン基板41上にSiO2 膜42を介してMoからなる一対のソース・ドレイン電極43,44を設け、このソース・ドレイン電極43,44の表面に例えば、デイッピング法によってFe系の触媒45を付着させ、メタン或いはアセチレン等を原料ガスとして用いたCVD法によって、触媒45を起点としてソース・ドレイン電極43,44間にチャネル領域となるカーボンナノチューブ46を成長させる。
次いで、カーボンナノチューブ46上にリフトオフ法を用いてゲート絶縁膜47及びゲート電極48を形成することによってCNTの基本構成が完成する。
FIG. 12 is a conceptual perspective view of a conventional CNT, and FIG. 13 is a schematic cross-sectional view thereof.
For example, a pair of source /
Next, a
しかし、実際には、カーボンナノチューブの成長を上手に制御することができないという問題があるので、この事情を図14を参照して説明する。
図14参照
図14は、複数のCNTを構成する場合の概念的平面図であり、ここでは、6個のCNTを形成するために、シリコン基板41上にSiO2 膜を介して6対のソース・ドレイン電極43,44を設けた場合を示している。
However, in reality, there is a problem that the growth of carbon nanotubes cannot be well controlled, and this situation will be described with reference to FIG.
See FIG.
FIG. 14 is a conceptual plan view when a plurality of CNTs are formed. Here, in order to form six CNTs, six pairs of source / drain electrodes are formed on a
このような状態で、メタン或いはアセチレン等を原料ガスとして用いたCVD法によって、カーボンナノチューブ46を成長させた場合、一つのCNTを構成するソース・ドレイン電極43,44間だけではなく、隣接するソース・ドレイン電極43,44との間にもカーボンナノチューブ46が成長し、個々のCNTの機能を破壊してしまうという問題があり、したがって、CNTの製造歩留りが非常に低いという問題がある。
In this state, when the
また、成長したカーボンナノチューブ46は必ずしも半導体特性を有するカーボンナノチューブ(scnt)だけではなく、金属特性を有するカーボンナノチューブ(mcnt)も混在して成長するために、各CNTを確実にトランジスタとして動作させることが困難であり、この点でも、製造歩留りが非常に低いという問題がある。
In addition, since the grown
したがって、本発明は、カーボンナノチューブトランジスタ(CNT)の製造歩留まりを向上することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the manufacturing yield of carbon nanotube transistors (CNT).
図1は本発明の原理的構成図であり、ここで図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、カーボンナノチューブトランジスタの製造方法において、ソース部5、ドレイン部6、及び、ソース部5とドレイン部6との間の領域以外の領域上に堆積したカーボンナノチューブ9を除去することを特徴とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a method of manufacturing a carbon nanotube transistor on a
このように、ソース部5、ドレイン部6、及び、ソース部5とドレイン部6との間の領域以外の領域上に堆積したカーボンナノチューブ9、即ち、他のトランジスタを構成するソース部5或いはドレイン部6と接続するカーボンナノチューブ9を除去することによって、各トランジスタを確実に動作させることができ、したがって、製造歩留りを向上することができる。
なお、本発明におけるカーボンナノチューブ9とは、Cが100%のカーボンナノチューブだけではなく、H等を他の元素をイオン注入したカーボンナノチューブも含まれるものである。
Thus, the
The
このような工程を実際に行う場合には、基板1上に第1の絶縁膜2を介してゲート電極3を設けたのち、ゲート電極3上に第2の絶縁膜4を設け、次いで、第2の絶縁膜4上にソース・ドレイン部5,6を設けたのち第3の絶縁膜7を設け、次いで、第3の絶縁膜7のソース・ドレイン部5,6の少なくとも一部及びソース部5とドレイン部6との間の領域が露出するように開口部8を形成したのち、全面にカーボンナノチューブ9を堆積させ、次いで、開口部8以外の領域に堆積したカーボンナノチューブ9を除去するようにすることが望ましい。
When such a process is actually performed, after providing the
この場合、基板1としては、導電性基板、半導体基板、絶縁性基板のいずれでも良いが、製造容易性の観点からシリコン基板等の半導体基板が望ましく、また、基板をゲート電極として用いる場合にもシリコン基板等の半導体基板が望ましい。
In this case, the
この場合、ゲート電極3及びソース・ドレイン部5,6が、Mo、Au、Pt、Ir、WNx 、RuOx 、IrOx 、CoSi2 、NiSi、或いは、多結晶Si等のカーボンナノチューブ9の堆積温度である700〜900℃に耐え得る金属で且つ成膜或いはパターニングの容易な導電材料が望ましい。
In this case, the
また、第2の絶縁膜4としては、SiO2 、Si3 N4 、SiON、Ta2 O5 、ZrOX 、HfO、或いは、HfSiOのいずれかからなるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられるとともに、ゲート絶縁膜に対して選択エッチング性を有するエッチングストッパー膜とから構成することが望ましく、それによって、開口部8を形成する際に、第2の絶縁膜4を過剰にエッチングすることがない。
The second
この場合、エッチングストッパー膜の上記開口部8における露出部を、上記カーボンナノチューブ9の堆積工程の前に除去することが望ましく、それによって、ゲート絶縁膜を所望の膜厚及び所望の誘電率を有する誘電体膜で構成することができる。
In this case, it is desirable to remove the exposed portion of the etching stopper film in the
また、カーボンナノチューブ9の堆積工程の前に、ソース・ドレイン部5,6の少なくとも一部にカーボンナノチューブ9を堆積させる際に触媒を付着させることが望ましく、それによって、カーボンナノチューブ9を再現性良くソース・ドレイン部5,6の一方から他方に向かう方向に整列させて堆積させることが可能になる。
Further, it is desirable to attach a catalyst when depositing the
また、開口部8以外の領域に堆積したカーボンナノチューブ9を除去する場合、開口部8を無機絶縁材料或いはレジストのいずれかからなる埋込膜10で埋め込んだのち、埋込膜10を第3の絶縁膜7とともに化学機械研磨法、反応性イオンエッチング法、或いは、ウェット・エッチング法等を用いて除去して平坦化することが望ましく、除去工程をマスクレスで行うことが可能になる。
Further, when removing the
また、ソース部5とドレイン部6との間の領域の間隔を0.5μm以上とし、ソース・ドレイン部5,6の長さを100μm以下とすることが望ましく、それによって、堆積するカーボンナノチューブ9を再現性良く半導体特性を有するカーボンナノチューブ9とすることが可能になる。
Further, it is desirable that the distance between the
本発明により、成長させるカーボンナノチューブを半導体特性を有するカーボンナノチューブとすることができるとともに、不所望な位置に成長したカーボンナノチューブを除去してトランジスタ動作を確実なものにすることができるので、カーボンナノチューブトランジスタの製造歩留りを大幅に向上することができる。 According to the present invention, carbon nanotubes to be grown can be made into carbon nanotubes having semiconductor characteristics, and carbon nanotubes grown at undesired positions can be removed to ensure transistor operation. The manufacturing yield of the transistor can be greatly improved.
本発明は、半導体基板等の基板上に第1の絶縁膜を介してゲート電極を設けたのち、ゲート電極上にゲート絶縁膜とエッチングストッパー膜とからなる第2の絶縁膜を設け、次いで、第2の絶縁膜上にソース・ドレイン電極を設けたのち全面に層間絶縁膜を設け、次いで、層間絶縁膜にチャネル領域形成領域に対応する開口部を形成したのち、全面にカーボンナノチューブを堆積させ、次いで、全面に無機絶縁体或いはレジスト等からなる埋込膜を堆積させて開口部を埋め込んだのち、化学機械研磨法、反応性イオンエッチング法、或いは、ウェット・エッチング法等を用いて平坦化処理することによって、開口部以外の領域に堆積したカーボンナノチューブを除去するものである。 In the present invention, a gate electrode is provided on a substrate such as a semiconductor substrate via a first insulating film, and then a second insulating film including a gate insulating film and an etching stopper film is provided on the gate electrode, After providing the source / drain electrodes on the second insulating film, an interlayer insulating film is provided on the entire surface, and then an opening corresponding to the channel region forming region is formed in the interlayer insulating film, and then carbon nanotubes are deposited on the entire surface. Next, an embedded film made of an inorganic insulator or resist is deposited on the entire surface to fill the opening, and then planarized using a chemical mechanical polishing method, a reactive ion etching method, a wet etching method, or the like. By processing, the carbon nanotube deposited in the region other than the opening is removed.
ここで、図2を参照して、本発明の実施例1のカーボンナノチューブトランジスタの製造工程を説明する。
図2参照
まず、ゲートとして機能するシリコン基板11上に厚さが、例えば、300nmのSiO2 膜12を成膜し、次いで、リフトオフ法を用いて厚さが、例えば、50nmのMoからなり、長さがWで両者の間隔がLの一対のソース電極13及びドレイン電極14を形成する。
なお、ソース電極13及びドレイン電極14とともに、引出電極15及びパッド部16も同時に形成する。
Here, with reference to FIG. 2, the manufacturing process of the carbon nanotube transistor of Example 1 of this invention is demonstrated.
See Figure 2
First, a SiO 2 film 12 having a thickness of, for example, 300 nm is formed on the
In addition, the
次いで、少なくともソース電極13及びドレイン電極14の表面にディッピング法によってFe系触媒(図示を省略)を形成したのち、炭素供給供給源として例えば、メタンを用いたCVD法によって全面にカーボンナノチューブ17,18を成長させる。
Next, an Fe-based catalyst (not shown) is formed on at least the surfaces of the
次いで、ソース電極13、ドレイン電極14、及び、両者の間の領域を覆うレジストパターン(図示を省略)を用いてエッチングすることによって、露出している不要なカーボンナノチューブ18を除去することによって、本発明の実施例1のカーボンナノチューブトランジスタ(CNT)の基本構成が完成する。
Next, the exposed
図3及び図4参照 図3及び図4はCNTのI−V特性図であり、図3はゲート電極となるシリコン基板11に−10Vを印加した場合のI−V特性を示し、図4はシリコン基板11に10+Vを印加した場合のI−V特性を示している。
3 and FIG. 4 are IV characteristic diagrams of CNT. FIG. 3 shows the IV characteristics when −10 V is applied to the
図3及び図4の対比からドレイン電流Id をゲート電圧によって制御できること、即ち、ソース電極13とドレイン電極14とを繋いでいるカーボンナノチューブ17が半導体特性を有していることが分かる。
3 and 4 that the drain current I d can be controlled by the gate voltage, that is, the
図5参照
図5も同じくCNTEのI−V特性図であり、ゲート電極となるシリコン基板11に−10Vを印加した場合と+10Vを印加した場合に変化はなく、したがって、ソース電極13とドレイン電極14とを繋いでいるカーボンナノチューブ17が金属特性を有しており、トランジスタ特性を示さないことが分かる。
See Figure 5
FIG. 5 is also an IV characteristic diagram of CNTE. When −10 V is applied to the
表から明らかなように、ソース・ドレイン間隔Lが長くなるほど、また、ソース・ドレイン長Wが短くなるほど半導体特性を示すことが分かる。
As is apparent from the table, the longer the source / drain distance L is, and the shorter the source / drain length W is, the more semiconductor characteristics are shown.
図6参照
図6は表1の結果をグラフ化したものであり、ここでは、同じL及びDの2つのCNTについて若干ずらしてプロットしている。
この図6から、成長させたカーボンナノチューブを半導体特性を有するカーボンナノチューブとしてCNTのトランジスタ動作を再現性良く実現するためには、予測を含めてソース・ドレイン間隔Lとしては、0.5μm以上、好適には1μm以上とすることが望ましく、ソース・ドレイン間隔Lが短い場合には、ソース・ドレイン長Wはより短くする必要がある。
See FIG.
FIG. 6 is a graph of the results in Table 1. Here, two CNTs having the same L and D are plotted with a slight shift.
From FIG. 6, in order to realize the CNT transistor operation with good reproducibility by using the grown carbon nanotube as a carbon nanotube having semiconductor characteristics, the source / drain interval L including prediction is preferably 0.5 μm or more. Is preferably 1 μm or more, and when the source / drain distance L is short, the source / drain length W needs to be shorter.
一方、ソース・ドレイン長Wは100μm以下、好適には50μm以下とすることが望ましく、ソース・ドレイン長Wが長い場合には、ソース・ドレイン間隔Lはより長くする必要がある。 On the other hand, the source / drain length W is desirably 100 μm or less, preferably 50 μm or less. When the source / drain length W is long, the source / drain distance L needs to be longer.
このように、実施例1においてはソース・ドレイン電極間以外の領域に成長した不所望なカーボンナノチューブを除去しているので、不所望なカーボンナノチューブが隣接する他のCNTのソース電極或いはドレイン電極に繋がってトランジスタ特性を示さなくなることがない。 As described above, in Example 1, undesired carbon nanotubes grown in a region other than between the source and drain electrodes are removed, and therefore, the undesired carbon nanotubes are adjacent to the source electrode or drain electrode of another CNT. The transistor characteristics are not lost due to the connection.
また、ソース・ドレイン間隔L及びソース・ドレイン長Wを所定の関係に設定することにより、ソース・ドレイン電極間に成長するカーボンナノチューブの導電特性を確実に半導体特性にすることができるので、この点からも製造歩留りが向上する。 In addition, by setting the source / drain distance L and the source / drain length W to a predetermined relationship, the conductive characteristics of the carbon nanotubes grown between the source / drain electrodes can be reliably made semiconductor characteristics. Manufacturing yield is also improved.
ここで、図7乃至図11を参照して、本発明の実施例2のカーボンナノチューブトランジスタの製造工程を説明する。
図7参照
まず、シリコン基板21上に厚さが、例えば、300nmのSiO2 膜22を成膜し、次いで、リフトオフ法を用いて厚さが、例えば、50nmのMoからなるゲート電極23を形成する。
Here, with reference to FIGS. 7 to 11, a manufacturing process of the carbon nanotube transistor according to the second embodiment of the present invention will be described.
See FIG.
First, a SiO 2 film 22 having a thickness of, for example, 300 nm is formed on the
次いで、全面にSiO2 膜を堆積させたのち平坦化処理して埋込層24を形成したのち、ゲート絶縁膜となる厚さが、例えば、3nmのZrOx 膜25及びエッチングストッパーとなる厚さが、例えば、5nmのSi3 N4 膜26を順次堆積する。
Next, after depositing a SiO 2 film on the entire surface and then planarizing to form the buried
図8参照
次いで、再び、リフトオフ法を用いて厚さが、例えば、50nmのMoからなり、長さWが200μm以下で両者の間隔Lが0.5μm以下、より好適には、2μm以下の一対のソース電極27及びドレイン電極28を形成し、次いで、全面に厚さが200nm〜1μm、例えば、500nmのSiO2 膜29を堆積する。
See FIG.
Next, again using a lift-off method, a pair of source electrodes having a thickness of, for example, 50 nm of Mo, a length W of 200 μm or less, and a distance L between them of 0.5 μm or less, more preferably 2 μm or less. 27 and the
図9参照
次いで、ソース電極27及びドレイン電極28の一部を露出するように開口部30を形成したのち、露出するSi3 N4 膜26を選択に除去してZrOx 膜25を露出させ、次いで、硝酸鉄・9水和物〔Fe(NO3 )3 ・9H2 O〕を含んだ溶液中にディッピングしてソース電極27及びドレイン電極28の表面にFe系触媒膜31を形成する。
See FIG.
Next, after forming an
図10参照
次いで、炭素供給供給源として例えば、メタンを用いたCVD法によって全面にカーボンナノチューブ32,33を成長させ、次いで、再び、全面にSiO2 膜34を堆積して開口部30を埋め込む。
See FIG.
Next,
図11参照
次いで、CMP(化学機械研磨)法を用いてソース電極27及びドレイン電極28が露出する寸前までSiO2 膜29,34を除去することによって、開口部30以外の領域に成長した余分なカーボンナノチューブ33を除去する。
See FIG.
Next, by using the CMP (chemical mechanical polishing) method, the SiO 2 films 29 and 34 are removed until just before the
次いで、再び、全面に層間絶縁膜となるSiO2 膜35を堆積させたのち、ソース電極27及びドレイン電極28に達するコンタクトホールを形成したのち、コンタクトホール内をTiNバリヤメタル37及びW38からなるプラブ36で埋め込んだ後、例えば、TiN/W/TiNからなる導電体層を堆積させたのちパターニングすることによって配線39を形成することによって、実施例2のカーボンナノチューブトランジスタの基本構成が完成する。
Next, an SiO 2 film 35 serving as an interlayer insulating film is again deposited on the entire surface, contact holes reaching the
この実施例2においては、実施例1と同様に不所望な領域に成長したカーボンナノチューブを除去しているので、隣接するCNTと短絡を起こすことがなく、隣接するCNTに影響を受けないCNTを構成することができる。 In Example 2, since carbon nanotubes grown in an undesired region are removed as in Example 1, CNTs that are not affected by adjacent CNTs are not short-circuited with adjacent CNTs. Can be configured.
また、この場合も、ソース・ドレイン間隔Lとソース・ドレイン長Lの関係を、半導体特性を有するカーボンナノチューブが成長する関係に設定しているので、CNTの動作を確実にすることができる。 Also in this case, since the relationship between the source / drain distance L and the source / drain length L is set to a relationship in which carbon nanotubes having semiconductor characteristics grow, the operation of the CNT can be ensured.
また、この実施例2においては、個々に独立したゲート電極を設けているので各CNTの動作を独立に行うことができる。 Further, in the second embodiment, since individual gate electrodes are provided, the operation of each CNT can be performed independently.
以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施例においてはソース・ドレイン電極としてMoを用いているが、Moに限られるものではなく、カーボンナノチューブの成長温度である700〜900℃の温度で耐え、且つ、成膜及びパターニングが容易な導電体が好適であり、例えば、Au、Pt、Ir、WNx 、RuOx 、IrOx 、CoSi2 、NiSi、或いは、多結晶Si等を用いても良いものである。
As mentioned above, although each Example of this invention was described, this invention is not restricted to the structure and conditions described in each Example, A various change is possible.
For example, in each of the above embodiments, Mo is used as the source / drain electrode. However, the present invention is not limited to Mo, and can withstand a temperature of 700 to 900 ° C. that is the growth temperature of carbon nanotubes. A conductor that can be easily patterned is suitable. For example, Au, Pt, Ir, WN x , RuO x , IrO x , CoSi 2 , NiSi, or polycrystalline Si may be used.
また、上記の実施例1においては、基板をゲート電極にしている、集積回路装置を構成する実デバイス構造としては現実的ではないので、上記の特許文献2と同様にリフトオフ法を用いてカーボンナノチューブ上にゲート絶縁膜及びゲート電極を設けても良いものである。 In the first embodiment, the actual device structure that constitutes the integrated circuit device using the substrate as the gate electrode is not realistic. A gate insulating film and a gate electrode may be provided thereover.
また、上記の実施例2においてはゲート電極としてMoを用いているが、Moに限られるものではなく、実施例1において独立したゲート電極を設ける場合を含めてゲート電極としてAu、Pt、Ir、WNx 、RuOx 、IrOx 、CoSi2 、NiSi、或いは、多結晶Si等を用いても良いものである。 In the second embodiment, Mo is used as the gate electrode. However, the gate electrode is not limited to Mo, and includes Au, Pt, Ir, WN x , RuO x , IrO x , CoSi 2 , NiSi, or polycrystalline Si may be used.
また、上記の実施例2においては、ゲート絶縁膜としてZrOx を用いているが、ZrOx に限られるものではなく、SiO2 、Si3 N4 、SiON、Ta2 O5 、HfO、或いは、HfSiO等を用いても良いものであり、特に、ZrOx と同様なTa2 O5 、HfO、或いは、HfSiO等の高誘電率体が望ましい。 In the second embodiment, ZrO x is used as the gate insulating film. However, the gate insulating film is not limited to ZrO x , and SiO 2 , Si 3 N 4 , SiON, Ta 2 O 5 , HfO, or HfSiO or the like may be used, and a high dielectric constant such as Ta 2 O 5 , HfO, or HfSiO similar to ZrO x is particularly desirable.
また、上記の実施例2においてはエッチングストッパーとしてSi3 N4 を用いているが、Si3 N4 に限られるものではなく、ゲート絶縁膜の材質に応じてゲート絶縁膜に対してエッチングストッパーとなり得る程度の異なったエッチングレートを有する絶縁体を用いれば良く、さらには、開口部を形成する絶縁膜に対しても異なったエッチングレートを有するものが望ましい。 In the second embodiment, Si 3 N 4 is used as an etching stopper. However, the etching stopper is not limited to Si 3 N 4 and serves as an etching stopper for the gate insulating film according to the material of the gate insulating film. It is only necessary to use insulators having different etching rates to the extent that they can be obtained, and it is also desirable that the insulating films forming the openings have different etching rates.
また、上記の実施例2においては、カーボンナノチューブの成長前にエッチングストッパーの露出部を除去しているが、エッチングストッパーはそのまま残存させても良いものである。 In Example 2 described above, the exposed portion of the etching stopper is removed before the growth of the carbon nanotubes, but the etching stopper may be left as it is.
また、上記の実施例2においては、ゲート絶縁膜上にエッチングストッパーを設けているがエッチングストッパーは必ずしも必要なものではなく、ゲート絶縁膜を単独に設けて、その上にソース・ドレイン電極を設けても良いものである。 In the second embodiment, the etching stopper is provided on the gate insulating film. However, the etching stopper is not always necessary. The gate insulating film is provided independently and the source / drain electrodes are provided thereon. It is good.
また、上記の実施例2においては、ソース・ドレイン電極の形成を精度良く行うためにゲート絶縁膜の成長前に埋込層を形成しているが、埋込層は必ずしも必要ではなく、ソース・ドレイン電極の形成後にゲート絶縁膜を直接堆積させても良いものである。 In the second embodiment, the buried layer is formed before the growth of the gate insulating film in order to form the source / drain electrodes with high accuracy. However, the buried layer is not always necessary. A gate insulating film may be directly deposited after forming the drain electrode.
また、上記の実施例2においては、平坦化工程をCMP法によって行っているが、CMP法に限られるものではなく、反応性イオンエッチング法、或いは、ウェット・エッチング法を用いても良いものである。 In the second embodiment, the planarization process is performed by the CMP method. However, the present invention is not limited to the CMP method, and a reactive ion etching method or a wet etching method may be used. is there.
また、上記の各実施例においては、カーボンナノチューブを成長する際の炭素供給源としてメタンを用いているが、メタンに限られるものではなく、エチレン、アセチレン、メタノール、エタノール等を用いても良いものである。 In each of the above embodiments, methane is used as a carbon supply source for growing carbon nanotubes, but is not limited to methane, and ethylene, acetylene, methanol, ethanol, or the like may be used. It is.
また、上記の各実施例においては、触媒としてFe系触媒を用いているが、Feに限られるものではなく、Co或いはNi等のFe以外の鉄族を用いても良いものであり、この場合、ソース・ドレイン電極としてCoSi2 或いはNiSiを用いた場合には触媒は必ずしも必要でなくなる。 In each of the above embodiments, an Fe-based catalyst is used as a catalyst. However, the catalyst is not limited to Fe, and an iron group other than Fe, such as Co or Ni, may be used. When CoSi 2 or NiSi is used as the source / drain electrodes, a catalyst is not always necessary.
また、上記の各実施例においては、触媒をディンピング法によって形成しているが、ディッピング法に限られるものではなく、Co、Fe、Ni等を蒸着法等により堆積させても良いものであり、この場合、リフトオフ法を用いることにより任意の位置に触媒を形成することができる。 In each of the above embodiments, the catalyst is formed by the dipping method. However, the present invention is not limited to the dipping method, and Co, Fe, Ni, etc. may be deposited by an evaporation method or the like. In this case, the catalyst can be formed at an arbitrary position by using the lift-off method.
また、上記の各実施例においては、カーボンナノチューブをCVD法で成長させているが、CVD法に限られるものではなく、レーザアブレーション法或いはアーク放電法によって形成しても良いものである。 In each of the above embodiments, the carbon nanotubes are grown by the CVD method. However, the carbon nanotube is not limited to the CVD method, and may be formed by a laser ablation method or an arc discharge method.
また、上記の各実施例においてはカーボンナノチューブについては導電特性しか言及していないが、シングルウォールカーボンナノチューブ(scnt)でも良いし、マチルウォールカーボンナノチューブ(mcnt)でも良く、また、一つにCNTのソース・ドレイン電極間に成長させるカーボンナノチューブの本数は任意であり、本数が多くなるほどドレイン電流を多くすることができる。 In each of the above embodiments, only the carbon nanotube is referred to as a conductive property, but it may be a single wall carbon nanotube (scnt) or a multi-wall carbon nanotube (mcnt). The number of carbon nanotubes grown between the source and drain electrodes is arbitrary, and the drain current can be increased as the number increases.
また、上記の各実施例においては、基板としてシリコン基板を用いているが、シリコン基板に限られるものではなく、実施例1のように基板にゲート電極の機能を持たせる場合には、Mo等の金属基板を用いても良いものである。 In each of the above embodiments, a silicon substrate is used as the substrate. However, the substrate is not limited to a silicon substrate. When the substrate has a gate electrode function as in the first embodiment, Mo or the like is used. The metal substrate may be used.
また、実施例2のように基板にゲート電極の機能を持たせない場合には、Mo等の金属基板や、石英、サファイア、MgO、Al2 O3 、ガラス等の絶縁性基板を用いても良いものである。 When the substrate does not have a gate electrode function as in the second embodiment, a metal substrate such as Mo or an insulating substrate such as quartz, sapphire, MgO, Al 2 O 3 , or glass may be used. It ’s good.
ここで、再び、図1を参照して、本発明の詳細な構成を改めて説明する。
再び、図1参照
(付記1) ソース部5、ドレイン部6、及び、前記ソース部5とドレイン部6との間の領域以外の領域上に堆積したカーボンナノチューブ9を除去することを特徴とするカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記2) 基板1上に第1の絶縁膜2を介してゲート電極3を設けたのち、前記ゲート電極3上に第2の絶縁膜4を設ける工程、前記第2の絶縁膜4上にソース・ドレイン部5,6を設けたのち第3の絶縁膜7を設け、次いで、前記第3の絶縁膜7の前記ソース・ドレイン部5,6の少なくとも一部及び前記ソース部5とドレイン部6との間の領域が露出するように開口部8を形成する工程、全面にカーボンナノチューブ9を堆積させたのち、前記開口部8以外の領域に堆積したカーボンナノチューブ9を除去する工程とを有することを特徴とするカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記3) 上記ゲート電極3及びソース・ドレイン部5,6が、Mo、Au、Pt、Ir、WNx 、RuOx 、IrOx 、CoSi2 、NiSi、或いは、多結晶Siのいずれかからなることを特徴とする付記2記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記4) 上記第2の絶縁膜4が、SiO2 、Si3 N4 、SiON、Ta2 O5 、ZrOX 、HfO、或いは、HfSiOのいずれかからなるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられるとともに、前記ゲート絶縁膜に対して選択エッチング性を有するエッチングストッパー膜とからなることを特徴とする付記2または3に記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記5) 上記エッチングストッパー膜の上記開口部8における露出部を、上記カーボンナノチューブ9の堆積工程の前に除去することを特徴とする付記4記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記6) 上記カーボンナノチューブ9の堆積工程の前に、上記ソース・ドレイン部5,6の少なくとも一部に前記カーボンナノチューブ9を堆積させる際の触媒を付着させる工程を有することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1に記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記7) 上記開口部8以外の領域に堆積したカーボンナノチューブ9を除去する工程が、前記開口部8を無機絶縁材料或いはレジストのいずれかからなる埋込膜10で埋め込んだのち、前記埋込膜10を上記第3の絶縁膜7とともに除去して平坦化する工程であることを特徴とする付記2記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記8) 上記平坦化工程が、化学機械研磨法、反応性イオンエッチング法、或いは、ウェット・エッチング法のいずれかからなることを特徴とする付記7記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記9) 上記ソース部5とドレイン部6との間の領域の間隔が0.5μm以上であり、且つ、前記ソース・ドレイン部5,6の長さが100μm以下であることを特徴とする付記1乃至8のいずれか1に記載のカーボンナノチューブトランジスタの製造方法。
(付記10) 付記1に記載の製造方法からなることを特徴とするカーボンナノチューブトランジスタ。
Here, the detailed configuration of the present invention will be described again with reference to FIG.
Again see Figure 1
(Additional remark 1) The carbon nanotube transistor deposited on the
(Additional remark 2) The process of providing the 2nd insulating
(Supplementary Note 3) The
(Supplementary Note 4) The second insulating film 4, SiO 2, Si 3 N 4 , SiON, Ta 2
(Additional remark 5) The manufacturing method of the carbon nanotube transistor of
(Additional remark 6) It has the process of making the catalyst at the time of depositing the said
(Supplementary Note 7) In the step of removing the
(Additional remark 8) The said planarization process consists of either a chemical mechanical polishing method, the reactive ion etching method, or the wet etching method, The manufacturing method of the carbon nanotube transistor of
(Additional remark 9) The space | interval of the area | region between the said
(Supplementary note 10) A carbon nanotube transistor comprising the manufacturing method according to
本発明の活用例としては、上述の単純なCNTに限られるものではなく、pチャネル型CNTの非常に優れた特性を生かして、nチャネル型SiMOSFETを形成したシリコン基板上にpチャネル型CNTを形成して複合型の高速CMOSを構成しても良いものである。 The utilization example of the present invention is not limited to the above-described simple CNT, but by utilizing the very excellent characteristics of p-channel CNT, p-channel CNT is formed on a silicon substrate on which an n-channel SiMOSFET is formed. It may be formed to constitute a composite high-speed CMOS.
1 基板
2 第1の絶縁膜
3 ゲート電極
4 第2の絶縁膜
5 ソース部
6 ドレイン部
7 第3の絶縁膜
8 開口部
9 カーボンナノチューブ
10 埋込膜
11 シリコン基板
12 SiO2 膜
13 ソース電極
14 ドレイン電極
15 引出電極
16 パッド部
17 カーボンナノチューブ
18 カーボンナノチューブ
21 シリコン基板
22 SiO2 膜
23 ゲート電極
24 埋込層
25 ZrOx 膜
26 Si3 N4 膜
27 ソース電極
28 ドレイン電極
29 SiO2 膜
30 開口部
31 Fe系触媒膜
32 カーボンナノチューブ
33 カーボンナノチューブ
34 SiO2 膜
35 SiO2 膜
36 プラグ
37 TiNバリヤメタル
38 W
39 配線
41 シリコン基板
42 SiO2 膜
43 ソース電極
44 ドレイン電極
45 触媒
46 カーボンナノチューブ
47 ゲート絶縁膜
48 ゲート電極
DESCRIPTION OF
39
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100877690B1 (en) | 2006-12-05 | 2009-01-08 | 한국전자통신연구원 | Manufacturing method of nano-wire array device |
JP2010186858A (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
US7846786B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-12-07 | Korea University Industrial & Academic Collaboration Foundation | Method of fabricating nano-wire array |
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WO2017148176A1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Thin-film transistor, manufacturing method, and array substrate |
-
2004
- 2004-08-03 JP JP2004226352A patent/JP2006049459A/en not_active Withdrawn
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