JP3963686B2 - Carbon nanotube gate high electron mobility transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Carbon nanotube gate high electron mobility transistor and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタに関し、より詳しく言えば、金属的性質を示すカーボンナノチューブをゲート材料に用いた電界効果トランジスタに関する。
本発明はまた、カーボンナノチューブをドライエッチングのマスク材として利用する微細パターン形成方法にも関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体LSIの高密度化は、構成要素となる半導体素子や配線の微細加工技術によって押し進められてきた。半導体LSIの微細加工では、まずリソグラフィ工程でもってパターン化したレジストをマスクにして、下地をエッチングすることによって行う。そのため、解像度とエッチング耐性が共に高いことが、レジストに要求される特性である。しかしながら、従来の有機高分子レジストでは、高分子サイズより小さい10nm級のパターンは解像できず、またドライエッチング耐性も十分でないため、エッチングには別の膜へのパターン転写が必要であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
現在、トランジスタの最も短いゲート長として、電子線露光で作製したMOS構造のトランジスタで8nmが報告されている。この場合、レジストの解像度がほぼ限界に達しているため、形成されたゲートは寸法の揺らぎが大きくて直線性も悪く、実用には向かない。一般にゲートの微細化は、トランジスタ単体の高速・高周波性能向上に最も有効であり、それゆえ10nmあるいはそれ以下の寸法のゲート加工技術として、レジストの使用に代わる揺らぎの少ない技術が切望されている。
【0004】
高周波トランジスタとして現在最も高い性能を持つものとして、InP基板上に作られたHEMT(高電子移動度トランジスタ)が知られている。遠藤らが報告した現在最高性能のHEMTは、ゲート長が25nmでカットオフ周波数fTが約400GHzに達している(A.Endoh et al.,IPRM’01,pp448−51(2001))。一方、高速光通信ネットワークについては、TDM方式で40Gbpsの通信速度が開発段階にあるが、将来的には80、160Gbpsの実現が望まれている(図1)。その場合、光変調系の通信で要求される電子デバイス特性として、fTには一般に通信速度の4〜5倍の周波数が必要であることから、例えば160Gbpsの通信速度になれば、640〜800GHzのfTが必要になると予測される。電子デバイスのfTとゲート長との間にはある程度の相関関係があることが知られており、それをグラフ化したのが図2であるが、この図においてこれまでに実現されているゲート長とそれに対応するfTとの関係(図中、実線で表示の範囲)を外挿すると、800GHz程度のfTを得るためにはゲート長は10nmを下回らなくてはならないことが分かる。このように、近い将来の高速通信の要請に応えるためには、ゲートの更なる微細化が必須と考えられる。
【0005】
本発明は、ゲートをこれまで以上に微細化するという要望に応えようとするものであり、寸法の揺らぎのない微細ゲートを備えた電界効果トランジスタを提供することを目的とするものである。
そのような微細ゲートを始めとする微細構造の形成を可能にする微細パターン形成方法を提供することも、本発明の目的である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の電界効果トランジスタは、微細なゲートの実現を可能にする材料として、金属性のカーボンナノチューブを使用する。具体的に言えば、本発明の電界効果トランジスタは、キャリヤ、すなわちトランジスタ等の半導体装置において電気伝導に寄与する電子又は正孔、を供給するソースと、キャリヤを受け取るドレインと、それらの間の電流通路であるチャネルの導電率を変化させることによりチャネルを流れる電流を制御する電流制御電極としてのゲートを含む電界効果トランジスタであって、当該ゲートが金属性のカーボンナノチューブで作られていることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【0007】
本発明の微細パターン形成方法では、カーボンナノチューブをエッチングのマスクとして使用することにより、寸法の揺らぎのない微細パターンの形成を可能にする。具体的には、本発明の微細パターン形成方法は、下地層上にカーボンナノチューブを配置し、このカーボンナノチューブをマスクとしてドライエッチングを施すことにより当該ナノチューブの形状を下地層に転写し、これにより下地層をパターニングすることを特徴とする微細パターン形成方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明では、電界効果トランジスタのゲートの材料として、あるいはドライエッチングによるパターン形成のためのマスク材料として、自己組織化によるナノ構造体であり炭素元素から構成される円筒状の構造体であって、一般にカーボンナノチューブとして知られるものを使用する。
【0009】
カーボンナノチューブは、その独特の特性から最近注目を浴びている新しい炭素材料である。カーボンナノチューブは、炭素原子どうしがsp2結合と呼ばれる最も強い結合で6角形状につながって形成されたグラファイトシートを筒状に巻いたチューブ構造をしている。チューブの直径は最小0.4nm、長さは数100μmに達する。また、カーボンナノチューブは炭素原子が自己組織的に成長して形成されたナノ構造体であるため、寸法の揺らぎは極めて少ないという特徴がある。更に、カーボンナノチューブは、カイラリティの違いによって電気伝導度が半導体的なものから金属的なものまで、幅広く変化することも知られている。金属的な電気伝導度を持つ金属性カーボンナノチューブの場合、格子欠陥などがないと、電荷はナノチューブ内で無散乱(バリステック)伝導を示し、抵抗はその長さに依存しない量子抵抗値(6.5Ω)を示すことが知られている。
【0010】
カーボンナノチューブの作製には、従来はアーク放電やレーザーアブレーションが用いられてきたが、最近の研究でプラズマCVDや熱CVDによっても作製可能との報告がある。アーク放電などによる方法は高純度のナノチューブの生産を可能にする方法ではあるが、半導体装置の製造には不向きである一方、CVDによる方法は、半導体装置への応用にとっての有効なものと言える。
【0011】
本発明は、特に10nm以下の直径のカーボンナノチューブを、トランジスタのゲート電極あるいはその加工技術に適用することで、寸法揺らぎのない微細ゲートを備えた電界効果トランジスタを提供するものである。カーボンナノチューブをマスクに利用して微細パターンを形成する加工技術は、トランジスタのゲートに限らず、半導体装置その他で特に微細なパターンの形成が求められる場合に適用可能である。
【0012】
図3に、本発明による電界効果トランジスタの第一の態様を示す。比較のために、図4に従来の電界効果トランジスタを示す。
図3及び図4を参照して説明すると、従来の電界効果トランジスタ(図4)でも本発明のもの(図3)でも、基板11はInPで作られており、その上にHEMT(高電子移動度トランジスタ)用ヘテロ接合構造が形成されている。具体的には、InAlAsバッファー層12、InGaAsチャネル層13、Siドナーのδドーピング14が施されたInAlAs電子供給層15、InPキャップ層16、n+−InGaAsオーミック層17が、MBE(分子線エピタキシャル成長法)もしくはMOCVD(有機金属化学蒸着法)によって順次結晶成長されている。ソース21とドレイン22にはオーム性電極としてAuGe/Ni/Auが用いられ、約450℃の温度で低抵抗化のための合金化処理が施されている。本発明の電界効果トランジスタ(図3)と従来の電界効果トランジスタ(図4)の違いは、ゲート電極23(本発明、図3)、23’(従来技術、図4)の材料として、後者ではWSiなどが用いられていたのに対し、前者では金属的性質を持つカーボンナノチューブが用いられている点にあり、このゲート電極の構成のための材料の違いを反映して、ゲート電極23の形状も両者で異なっている。下記で説明するように、本発明におけるカーボンナノチューブはトランジスタの活性層の部位に配置されて、ゲートのいわゆる「フィンガー」と呼ばれる部分を構成し、一方、それと外部との電気的接続用の部分(すなわちゲート電極の引き出し部)は、これまでのトランジスタと同様に形成され、従ってこれまでのものと同様の形状を持つ。そのため、本発明のトランジスタを示す図3のゲート23は、その後方でそのようなゲート電極引き出し部(図中、想像線で表示されている)に接続している。ソース21、ドレイン22、ゲート23、23’以外の部分の表面は、表面パッシベーション膜としてSiO2の絶縁膜コーティング25、26が施されている。
【0013】
従来の電界効果トランジスタにおけるゲート電極23’は、次にようにして製作される。図5(a)は、先に言及した種々の層12、13、15、16、17を形成したInP基板11にソース21、ドレイン22、SiO2膜25を設けたところを示している。次に、図5(b)に示したように、この基板表面にレジストパターン31を形成し、これをマスクにSiO2膜25とn+−InGaAs層17をエッチングして、ゲート作製用の開口部32を形成する。レジストパターン31を除去してから、基板全面にSiO2膜26を形成する(図5(c))。次に、図6(a)に示したように、ゲート作製用のレジストパターン34を形成し、これをマスクにSiO2膜26をエッチングして、開口35を形成する。レジストパターン34を除去してから、図6(b)に示したようにSiO2膜26の一部が露出するように別のレジストパターン36を形成し、これと露出しているSiO2膜26とをマスクにInP層16をエッチングして、穴37を形成する。次いで、ゲート電極材料を堆積し、リフトオフ法を利用して図7に示したようにゲート電極23’を形成する。続いて、SiO2膜26の一部を除去してソース21、ドレイン22を部分的に露出させて、図4で説明した従来技術による電界効果トランジスタが得られる。このように、従来の電界効果トランジスタのゲート電極23’の作製にはリソグラフィ技術とリフトオフ法が用いられており、実用的なゲート電極としては、最小で25nmのものまでしかできていない。
【0014】
図8は、従来の電界効果トランジスタの模式上面図である。この図、及び以下で参照するトランジスタの同様の上面図においては、トランジスタの基本的構成要素であるソース、ドレイン、ゲート、及び活性領域(図中、その位置を40で表示する)を、模式的に示すことにする。
【0015】
図7は、図8のA−A線断面に相当しており、図6(b)に示したSiO2膜26とその下のInP層16に設けられた穴37の部分(この部分に、トランジスタの電流制御用ゲート電極が位置している)は、図8では37xで示した部分に相当しており、図から明らかなようにこの部分は電界効果トランジスタの活性層40を横断するように形成されている。図8において、この部分37xの存在しない領域(図中の想像線39より上方の領域)の部分23a’はゲート電極の引き出し部に相当している。
【0016】
図3で説明した本発明の電界効果トランジスタの特徴であるゲート部分を取り出して、図9の斜視図に示す。ゲート23は、SiO2膜26の開口35(図6(a))とその下のInP層16に形成した穴37(図6(b))に相当するところに位置するカーボンナノチューブ(簡単にするため、この図及び以下で参照する図では円筒状として示す)から構成されている。このカーボンナノチューブの一方の先端は、先に説明した従来技術のトランジスタのゲート23’の引き出し部23a’の作製と同様のやり方で形成されたゲート電極引き出し部23aに接続している。このように、ゲート金属に相当するカーボンナノチューブは、ゲート電極引き出し部23aの根元から伸び出した構造となっている。
【0017】
図3に示した本発明の態様の電界効果トランジスタの製造を、図10(a)、10(b)及び図11を参照して説明する。先に図5(a)〜(c)、図6(a)、(b)及び図7を参照して説明した方法と同じやり方によりゲート電極を形成してから、カーボンナノチューブのゲート23(「ゲートフィンガー」とも呼ばれる)(図9)を形成しようとする領域のゲート金属をパターニングにより取り除いてゲート電極引き出し部23aを残し、次いでそれに用いたレジスト(図示せず)を除去する(図10(a))。図10(a)に41で示された溝は、図6(b)の穴37に相当するものであり、カーボンナノチューブのゲートはこの溝内に形成される。次に、図10(b)に示したように別のレジストパターン43を形成し、ゲート電極引き出し部23aの根元に連絡するその開口部44にカーボンナノチューブ作製の触媒となるNi、CoあるいはFeなどの遷移金属微粒子、あるいはそのような遷移金属の合金の微粒子を堆積させる。レジストパターン43を除去し、そして図11に示したように、堆積させた遷移金属触媒45を使用するCVD法によりゲートフィンガーとなるカーボンナノチューブ46を方向制御して成長させる。この成長方向の制御は、カーボンナノチューブを成長させようとする方向に電界を印加しながら熱CVD成長させることで達成できる。ここで使用する電界は直流電界である。
【0018】
ゲートフィンガーのカーボンナノチューブを成長させるもう一つの方法を、図12(a)と(b)を参照して説明する。図12(a)に示したように、先に説明したのと同様のやり方でSiO2膜26とその下のInP層16(図3)に形成した、カーボンナノチューブを成長させるための溝51を作り、この溝51の両端に遷移金属触媒52を堆積させ、そして電界を印加しながらCVD法でカーボンナノチューブ53を成長させる。この場合には、交流電界を使用することで、カーボンナノチューブ53は溝51の両端を起点として双方から溝51の中央に向かって成長し、最終的に中央で接続して1本のチューブ54になる(図12(b))。
【0019】
本発明の電界効果トランジスタのもう一つの態様では、半導体基板上に形成したV型の溝に収容されたカーボンナノチューブをゲートとして使用する。この場合は、半導体基板に設けたV型の溝の中でカーボンナノチューブを成長することで、カーボンナノチューブの位置及び方向制御性を高めることができる。InP基板を用い、絶縁膜をマスクにHClガスによってこの基板をエッチングすることで、面方位の違いによる高選択エッチングが可能であり、ナノメートル級の尖った溝の形成が可能である。更に、炭素が例えばNiのような金属によってメッキできることを利用して、カーボンナノチューブの存在するV型溝内にそのような金属を埋め込み、ゲートの低抵抗化を図ることができる。
【0020】
この態様を図面を参照して説明することにする。
まず、先に図5(a)〜(c)、図6(a)を参照して説明したやり方で、ソース21、ドレイン22、及び絶縁膜26を備え、SiO2の絶縁膜26に開口35(図6(a))を設けた基板を用意する。次に、図13(a)に示したように、ゲート作製用のレジストパターン61を形成し、そしてHClガスを使ってInP層16を高温でドライエッチングする。このときのエッチングマスクは、レジストパターン61でなく、その開口部に露出しているSiO2絶縁膜26である。また、この絶縁膜26の開口パターンの長手方向(後にカーボンナノチューブを成長させる方向)は、予めInP層16の(110)方向に合わせておく。InP層16をこのように高温でドライエッチングすると、断面がV字型で、V字の底が非常に尖った溝を自動的に形成できること、またこのV字型の溝の側面にはInP結晶の(111)B面が現れることが分かった。
【0021】
続いて、InPの成長原料ガス(トリメチルインジウム、ホスフィン等)を供給してInPのMOCVDを行うと、V型溝の側壁の(111)B面には結晶成長せず、溝の底の部分にだけ選択的に成長して尖った底を埋めることができる。こうして形成されるV型溝の底面の幅WLは、図17に示したように、成長温度で制御することができる。この技術を利用して、後にカーボンナノチューブをV型溝の底面に安定に成長させるのに必要な底面の幅を持った溝62(図13(b))を得ることができる。
【0022】
InP層16に所定のV型溝62(図13(b))を形成後、レジストパターン61をマスクにゲート金属材料を堆積し、リフトオフ法を利用して、図7を参照して説明したようにゲート63を形成する。続いて、SiO2膜26の一部をエッチングにより除去してソース21、ドレイン22を部分的に露出させる。次に、先に図10(a)、(b)を参照して説明した事例ではカーボンナノチューブを成長させる溝41の断面が矩形であったが、ここではV型溝62(図13(b))であることを除き、先の事例と同じようにして、Ni金属触媒66を使用しV型溝62内にカーボンナノチューブ67を成長させる(図14)。Ni金属触媒66を用意する前に、ゲート電極引き出し部63a(図14)となる部分を残してゲート金属を除去しておく。このときのカーボンナノチューブの成長方向の制御性は、印加された電界の作用に加えて、V型溝内をそれに沿って成長することで、一層高められる。
【0023】
図15は、図14のB−B断面に相当しており、そしてこの図においてはカーボンナノチューブ67の存在するV型溝内に後にNi金属を埋め込むメッキの際のマスクとなるレジストパターン68が示されている。このレジストパターン68をマスクにNi電解メッキを行い、図16に示したようにV型溝内にNi金属69を埋め込み、その後レジストパターン68を除去する。
【0024】
本発明で使用するカーボンナノチューブの最小直径は0.4nmであるから、本発明によって、将来の高速・高周波トランジスタに不可欠である10nm以下のゲート長が実現可能になる。
【0025】
このように直径の小さなカーボンナノチューブをトランジスタのゲート自体として利用するのでなく、ゲートの作製におけるマスクとして利用することも可能であり、それによってもやはり10nm以下のゲート長の実現か可能になる。従来のようにレジストパターンをマスクに微細ゲートを製作した場合には、レジストパターン自体の寸法上の揺らぎが大きいため、そのような微細パターンを満足に得ることはできない。その一方で、エッチングによるマスクパターンの下地層への転写に伴う揺らぎは、現在でもそれほど大きくはない。そこで、寸法あるいは形状の揺らぎの極めて小さいカーボンナノチューブをマスクとして利用すれば、それに応じて寸法あるいは形状の揺らぎの極めて小さい微細ゲートを得ることができる。カーボンナノチューブをマスクにゲートを作製するためには、まず半導体基板上あるいはゲート絶縁膜上にゲート金属膜を成長した後フッ素系のガス、例えばSF6、CF4などでゲート金属膜をドライエッチングし、それから酸素系ドライエッチガスを使ってカーボンナノチューブのマスクを除去する。
【0026】
以下、本発明によりカーボンナノチューブをマスクとする電界効果トランジスタの作製を図面を参照して説明する。
まず、先に図5(a)〜(c)、図6(a)〜(b)を参照して説明したやり方で、ソース21、ドレイン22、及び絶縁膜26を備え、絶縁膜26とその下のInP層16にゲート金属用の穴37(図6(b))を設けた基板を用意する。次に、図18(a)に示したように、ゲート金属層81を形成し、その上にカーボンナノチューブ成長用のNi触媒82を用意する。続いて、直流電界を印加しながら熱CVDを行い、カーボンナノチューブ83を成長させる(図18(b))。得られたカーボンナノチューブ83をマスクに、例えばSF6を使ってゲート金属層81をドライエッチングし、そして酸素ドライエッチングによりカーボンナノチューブを除去して、金属から形成された微細パターンのゲート84を得る(図19(a))。次いで、ゲート84の一端にゲートの引き出し部85を形成する(図19(b))。
【0027】
この方法を駆使し、10nm以下でもレジストによるリソグラフィの場合に問題となる寸法ゆらぎを回避し、高速・高周波トランジスタを実現できる。
【0028】
ここでは、HEMTを例に本発明を説明しているが、本発明がそれ以外の種々のトランジスタに適用可能なことは言うまでもない。一例を挙げれば、カーボンナノチューブのゲートを採用した本発明の電界効果トランジスタでは、ゲートの数は一つに限らず、複数であってもよい。ゲートとなるカーボンナノチューブの成長は、上述の説明で言及している熱CVDのほかに、プラズマCVDで行うことも可能である。熱CVDの場合、触媒は成長の起点に残存するのに対し、プラズマCVDの場合、触媒は成長するチューブの先端に位置し、チューブの成長とともに移動していく。また、カーボンナノチューブをマスクに微細パターンを形成する方法が、ゲートの作製のみならず、例えばSiO2絶縁膜のパターニングなどにも応用できることは容易に理解される。いずれの場合も、マスクであるカーボンナノチューブとパターニングしようとする材料に応じて、適当なエッチングガスを選べばよい。例えば、金属膜のエッチングにはSF6、CF4など、シリコン酸化膜用にはCHF3などを使用することができる。
【0029】
本発明は以上説明したとおりであるが、その特徴を種々の態様とともに付記すれば、次のとおりである。
(付記1)キャリヤを供給するソースと、キャリヤを受け取るドレインと、それらの間の電流通路であるチャネルの導電率を変化させることによりチャネルを流れる電流を制御する電流制御電極としてのゲートを含む電界効果トランジスタであって、当該ゲートが金属性のカーボンナノチューブで作られていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
(付記2)前記カーボンナノチューブのゲートが金属材料のゲート引き出し部に接続している、付記1記載の電界効果トランジスタ。
(付記3)前記ゲート引き出し部がリソグラフィ技術により製作されている、付記2記載の電界効果トランジスタ。
(付記4)前記カーボンナノチューブのゲートと前記金属材料のゲート引き出し部とが、当該カーボンナノチューブのCVD成長のための触媒金属を介して接続されている、付記2又は3記載の電界効果トランジスタ。
(付記5)前記触媒金属が遷移金属又はそれらの合金である、付記4記載の電界効果トランジスタ。
(付記6)前記遷移金属がNi、Co又はFeである、付記5記載の電界効果トランジスタ。
(付記7)前記ゲートのカーボンナノチューブが、チャネル部分を含む基板に当該チャネルを横切って形成した溝の中に位置している、付記1から6までのいずれかに記載の電界効果トランジスタ。
(付記8)前記溝の断面形状が矩形である、付記7記載の電界効果トランジスタ。
(付記9)前記溝の断面形状がV型である、付記7記載の電界効果トランジスタ。
(付記10)前記溝内のカーボンナノチューブの上に、当該溝を埋める金属材料が位置している、付記9記載の電界効果トランジスタ。
(付記11)キャリヤを供給するソースと、キャリヤを受け取るドレインと、それらの間の電流通路であるチャネルの導電率を変化させることによりチャネルを流れる電流を制御する電流制御電極としてのゲートを含む電界効果トランジスタであり、当該ゲートが金属性のカーボンナノチューブで作られている電界効果トランジスタの製造方法であって、当該カーボンナノチューブのゲートを電界印加条件下でのCVD法により成長させることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
(付記12)前記カーボンナノチューブのゲート成長を、当該カーボンナノチューブのゲートに接続させるべき金属材料のゲート引き出し部の一部に付着させた触媒を使用して行う、付記11記載の方法。
(付記13)直流電界を印加して、前記カーボンナノチューブのゲートを前記ゲート引き出し部から一方向に成長させる、付記12記載の方法。
(付記14)前記ゲート引き出し部の一部に付着させた触媒のほかに、前記カーボンナノチューブの当該ゲート引き出し部に接続するのと反対側の先端が位置する部位に触媒を配置し、交流電界を印加して、両方の触媒の位置を起点としてカーボンナノチューブを互いに向き合う方向に成長させて接続させる、付記12記載の方法。
(付記15)前記カーボンナノチューブのゲートを、チャネル部分を含む基板に当該チャネルを横切って形成した溝の中で成長させる、付記11から14までのいずれかに記載の方法。
(付記16)前記溝の断面形状が矩形である、付記15記載の方法。
(付記17)前記溝の断面形状がV型である、付記16記載の方法。
(付記18)下地層上にカーボンナノチューブを配置し、このカーボンナノチューブをマスクとしてドライエッチングを施すことにより当該ナノチューブの形状を下地層に転写し、これにより下地層をパターニングすることを特徴とする微細パターン形成方法。
(付記19)前記下地層が金属層である、付記18記載の方法。
(付記20)前記金属層がトランジスタのゲートを形成するためのものである、付記19記載の方法。
(付記21)前記下地層が絶縁層である、付記19記載の方法。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、寸法の揺らぎのない微細ゲートを備えた電界効果トランジスタの提供に貢献することができる。また、本発明によれば、そのような微細ゲートを始めとする微細構造の形成を可能にする微細パターン形成方法の利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】今後の光通信速度の予測を説明するグラフである。
【図2】電子デバイスのゲート長とカットオフ周波数fTとの関係を説明するグラフである。
【図3】HEMT構造を持つ、本発明による電界効果トランジスタの一態様を説明する図である。
【図4】従来のHEMT構造の電界効果トランジスタを説明する図である。
【図5】従来の電界効果トランジスタの製造を説明する第一の図である。
【図6】従来の電界効果トランジスタの製造を説明する第二の図である。
【図7】従来の電界効果トランジスタの製造を説明する第三の図である。
【図8】従来の電界効果トランジスタの模式上面図である。
【図9】本発明の電界効果トランジスタのゲート部分を説明する斜視図である。
【図10】本発明の電界効果トランジスタのゲートの製作方法を説明する第一の図である。
【図11】本発明の電界効果トランジスタのゲートの製作方法を説明する第二の図である。
【図12】本発明の電界効果トランジスタのゲートのもう一つの製作方法を説明する図である。
【図13】HEMT構造を持つ、本発明によるもう一つの態様の電界効果トランジスタの製造を説明する第一の図である。
【図14】HEMT構造を持つ、本発明によるもう一つの態様の電界効果トランジスタの製造を説明する第二の図である。
【図15】HEMT構造を持つ、本発明によるもう一つの態様の電界効果トランジスタの製造を説明する第三の図である。
【図16】HEMT構造を持つ、本発明によるもう一つの態様の電界効果トランジスタの製造を説明する第四の図である。
【図17】V型溝へのMOCVDによる材料の埋め込みの際に観測される温度とV型溝底面の幅との関係を示すグラフである。
【図18】本発明による微細パターン形成方法を説明する第一の図である。
【図19】本発明による微細パターン形成方法を説明する第二の図である。
【符号の説明】
11…基板
16…キャップ層
17…オーミック層
21…ソース
22…ドレイン
23、23’、63…ゲート
25、26…絶縁膜
23a、23a’…ゲート電極引き出し部
40…活性層
41、51…溝
45、52、66…金属触媒
46、53、54、67…カーボンナノチューブ
62…V型溝
81…ゲート金属層
82…金属触媒
83…カーボンナノチューブ
84…ゲート
85…ゲート引き出し部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transistor, and more particularly to a field effect transistor using a carbon nanotube exhibiting metallic properties as a gate material.
The present invention also relates to a fine pattern forming method using carbon nanotubes as a mask material for dry etching.
[0002]
[Prior art]
Increasing the density of semiconductor LSIs has been promoted by microfabrication technology of semiconductor elements and wirings as constituent elements. The fine processing of a semiconductor LSI is performed by first etching a base using a resist patterned in a lithography process as a mask. Therefore, both the resolution and the etching resistance are characteristics required for the resist. However, the conventional organic polymer resist cannot resolve a pattern of 10 nm class smaller than the polymer size, and the dry etching resistance is not sufficient. Therefore, the pattern transfer to another film is necessary for the etching.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Currently, the shortest gate length of a transistor is reported to be 8 nm in a MOS structure transistor manufactured by electron beam exposure. In this case, since the resolution of the resist has almost reached its limit, the formed gate has a large dimensional fluctuation and poor linearity, which is not suitable for practical use. In general, gate miniaturization is most effective for improving the high-speed and high-frequency performance of a single transistor. Therefore, a technique for reducing fluctuations in place of using a resist is desired as a gate processing technique with a size of 10 nm or less.
[0004]
A HEMT (High Electron Mobility Transistor) fabricated on an InP substrate is known as one having the highest performance as a high-frequency transistor. The highest performance HEMT reported by Endo et al. Has a gate length of 25 nm and a cutoff frequency f. T Has reached about 400 GHz (A. Endoh et al., IPRM'01, pp 448-51 (2001)). On the other hand, for the high-speed optical communication network, a communication speed of 40 Gbps is in the development stage in the TDM system, but in the future, it is desired to realize 80 and 160 Gbps (FIG. 1). In that case, as an electronic device characteristic required for communication in the light modulation system, f T In general, a frequency that is 4 to 5 times the communication speed is required, so for example, if the communication speed is 160 Gbps, the frequency f is 640 to 800 GHz. T Is expected to be needed. F of electronic devices T It is known that there is a certain degree of correlation between the gate length and the gate length, and FIG. 2 is a graph of this, which corresponds to the gate length realized so far in this figure f T Extrapolating the relationship with (indicated by the solid line in the figure) f of about 800 GHz T It can be seen that the gate length must be less than 10 nm in order to obtain Thus, in order to meet the demand for high-speed communication in the near future, further miniaturization of the gate is considered essential.
[0005]
An object of the present invention is to respond to a demand for miniaturization of a gate more than ever, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor having a fine gate with no dimensional fluctuation.
It is also an object of the present invention to provide a fine pattern forming method that enables formation of a fine structure including such a fine gate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The field effect transistor of the present invention uses metallic carbon nanotubes as a material that enables realization of a fine gate. Specifically, the field effect transistor of the present invention includes a source that supplies carriers, that is, electrons or holes that contribute to electrical conduction in a semiconductor device such as a transistor, a drain that receives carriers, and a current between them. A field effect transistor including a gate as a current control electrode for controlling a current flowing through a channel by changing a conductivity of the channel as a passage, wherein the gate is made of metallic carbon nanotubes It is a field effect transistor.
[0007]
In the method for forming a fine pattern according to the present invention, it is possible to form a fine pattern free from dimensional fluctuations by using carbon nanotubes as an etching mask. Specifically, in the fine pattern forming method of the present invention, carbon nanotubes are arranged on an underlayer, and the shape of the nanotubes is transferred to the underlayer by performing dry etching using the carbon nanotubes as a mask. It is a fine pattern forming method characterized by patterning a formation.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, as a gate material of a field effect transistor or as a mask material for pattern formation by dry etching, a self-organized nanostructure is a cylindrical structure composed of carbon elements, Generally known carbon nanotubes are used.
[0009]
Carbon nanotubes are a new carbon material that has recently attracted attention due to its unique properties. The carbon nanotube has a tube structure in which a graphite sheet formed by connecting carbon atoms in a hexagonal shape with the strongest bond called sp2 bond is wound in a cylindrical shape. The diameter of the tube reaches a minimum of 0.4 nm and the length reaches several hundred μm. Further, since the carbon nanotube is a nanostructure formed by carbon atoms growing in a self-organized manner, there is a feature that the dimensional fluctuation is extremely small. Furthermore, it is known that carbon nanotubes vary widely in electrical conductivity from semiconducting to metallic due to differences in chirality. In the case of metallic carbon nanotubes with metallic electrical conductivity, if there are no lattice defects, the charge exhibits non-scattering (ballistic) conduction in the nanotubes, and the resistance is a quantum resistance value (6 .5Ω) is known.
[0010]
Conventionally, arc discharge and laser ablation have been used for the production of carbon nanotubes, but recent studies have reported that they can also be produced by plasma CVD or thermal CVD. A method using arc discharge or the like is a method that enables production of high-purity nanotubes, but is not suitable for manufacturing semiconductor devices, whereas a method using CVD can be said to be effective for application to semiconductor devices.
[0011]
The present invention provides a field effect transistor having a fine gate with no dimensional fluctuation by applying a carbon nanotube having a diameter of 10 nm or less to a gate electrode of a transistor or a processing technique thereof. A processing technique for forming a fine pattern using a carbon nanotube as a mask is applicable not only to the gate of a transistor but also to a case where a particularly fine pattern is required in a semiconductor device or the like.
[0012]
FIG. 3 shows a first embodiment of a field effect transistor according to the present invention. For comparison, FIG. 4 shows a conventional field effect transistor.
Referring to FIGS. 3 and 4, the substrate 11 is made of InP in both the conventional field effect transistor (FIG. 4) and the present invention (FIG. 3), and the HEMT (High Electron Transfer) is formed thereon. Heterojunction structure is formed. Specifically, an InAlAs buffer layer 12, an InGaAs channel layer 13, an InAlAs electron supply layer 15 with Si donor δ-doping 14, an InP cap layer 16, n + The InGaAs ohmic layer 17 is sequentially crystal-grown by MBE (molecular beam epitaxy) or MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). The source 21 and the drain 22 are made of AuGe / Ni / Au as an ohmic electrode, and are subjected to an alloying treatment for reducing resistance at a temperature of about 450 ° C. The difference between the field effect transistor of the present invention (FIG. 3) and the conventional field effect transistor (FIG. 4) is that the material of the gate electrodes 23 (present invention, FIG. 3) and 23 ′ (prior art, FIG. 4) In contrast to the use of WSi or the like, the former uses carbon nanotubes having metallic properties. The shape of the gate electrode 23 reflects the difference in material for the structure of the gate electrode. Are different. As will be described below, the carbon nanotubes in the present invention are disposed in the active layer portion of the transistor to form a so-called “finger” portion of the gate, while the portion for electrical connection between the gate and the outside ( That is, the lead-out portion of the gate electrode is formed in the same manner as the conventional transistors, and thus has the same shape as the conventional transistors. Therefore, the gate 23 of FIG. 3 showing the transistor of the present invention is connected to such a gate electrode lead-out portion (indicated by an imaginary line in the figure) behind the gate 23. The surface of portions other than the source 21, drain 22, and gates 23, 23 ′ is made of SiO as a surface passivation film. 2 Insulating film coatings 25 and 26 are applied.
[0013]
The gate electrode 23 'in the conventional field effect transistor is manufactured as follows. FIG. 5A shows a source 21, drain 22, SiO 2 on an InP substrate 11 on which the various layers 12, 13, 15, 16, 17 mentioned above are formed. 2 The place where the film 25 is provided is shown. Next, as shown in FIG. 5B, a resist pattern 31 is formed on the surface of the substrate, and SiO 2 is used as a mask. 2 Membrane 25 and n + The InGaAs layer 17 is etched to form an opening 32 for forming a gate. After the resist pattern 31 is removed, the entire surface of the substrate is SiO. 2 A film 26 is formed (FIG. 5C). Next, as shown in FIG. 6A, a resist pattern 34 for forming a gate is formed, and this is used as a mask for SiO. 2 The film 26 is etched to form an opening 35. After removing the resist pattern 34, as shown in FIG. 2 Another resist pattern 36 is formed so that a part of the film 26 is exposed, and the exposed SiO 2 is exposed. 2 The InP layer 16 is etched using the film 26 as a mask to form a hole 37. Next, a gate electrode material is deposited, and a gate electrode 23 ′ is formed using a lift-off method as shown in FIG. Subsequently, SiO 2 A part of the film 26 is removed to partially expose the source 21 and the drain 22 to obtain the field effect transistor according to the prior art described with reference to FIG. As described above, the lithography technique and the lift-off method are used to manufacture the gate electrode 23 ′ of the conventional field effect transistor, and a practical gate electrode can only have a minimum thickness of 25 nm.
[0014]
FIG. 8 is a schematic top view of a conventional field effect transistor. In this figure and a similar top view of the transistor referred to below, the source, drain, gate, and active region (indicated by 40 in the figure) that are the basic components of the transistor are schematically shown. I will show it in
[0015]
FIG. 7 corresponds to the cross section taken along the line AA of FIG. 8, and the SiO shown in FIG. 2 The portion of the hole 37 provided in the film 26 and the underlying InP layer 16 (where the transistor current control gate electrode is located) corresponds to the portion indicated by 37x in FIG. As is apparent from the figure, this portion is formed so as to cross the active layer 40 of the field effect transistor. In FIG. 8, a portion 23a ′ of a region where the portion 37x does not exist (region above the imaginary line 39 in the drawing) corresponds to a lead portion of the gate electrode.
[0016]
A gate portion, which is a feature of the field effect transistor of the present invention described with reference to FIG. 3, is taken out and shown in a perspective view of FIG. The gate 23 is made of SiO 2 A carbon nanotube located in the opening 35 (FIG. 6A) of the film 26 and the hole 37 (FIG. 6B) formed in the underlying InP layer 16 (for simplicity, this figure and the following) In the figure referred to in FIG. One end of the carbon nanotube is connected to the gate electrode lead portion 23a formed in the same manner as the production of the lead portion 23a ′ of the gate 23 ′ of the conventional transistor described above. Thus, the carbon nanotube corresponding to the gate metal has a structure extending from the base of the gate electrode lead portion 23a.
[0017]
The manufacture of the field effect transistor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. After the gate electrode is formed in the same manner as described with reference to FIGS. 5A to 5C, FIGS. 6A, 6B, and 7, the carbon nanotube gate 23 (“ The gate metal in the region to be formed (also referred to as “gate finger”) (FIG. 9) is removed by patterning to leave the gate electrode lead portion 23a, and then the resist (not shown) used therefor is removed (FIG. 10A). )). The groove indicated by 41 in FIG. 10A corresponds to the hole 37 in FIG. 6B, and the gate of the carbon nanotube is formed in this groove. Next, another resist pattern 43 is formed as shown in FIG. 10B, and Ni, Co, Fe or the like serving as a catalyst for producing carbon nanotubes is formed in the opening 44 that communicates with the root of the gate electrode lead portion 23a. The transition metal fine particles, or the fine particles of such transition metal alloys are deposited. The resist pattern 43 is removed, and as shown in FIG. 11, the carbon nanotubes 46 serving as gate fingers are grown while the direction is controlled by the CVD method using the deposited transition metal catalyst 45. Control of this growth direction can be achieved by performing thermal CVD growth while applying an electric field in the direction in which the carbon nanotubes are to be grown. The electric field used here is a DC electric field.
[0018]
Another method for growing the carbon nanotube of the gate finger will be described with reference to FIGS. 12 (a) and 12 (b). As shown in FIG. 12 (a), SiO is treated in the same manner as described above. 2 A groove 51 for growing carbon nanotubes is formed in the film 26 and the underlying InP layer 16 (FIG. 3), a transition metal catalyst 52 is deposited on both ends of the groove 51, and CVD is performed while applying an electric field. The carbon nanotubes 53 are grown by the method. In this case, by using an AC electric field, the carbon nanotube 53 grows from both ends of the groove 51 toward the center of the groove 51, and finally connects at the center to form one tube 54. (FIG. 12B).
[0019]
In another embodiment of the field effect transistor of the present invention, a carbon nanotube housed in a V-shaped groove formed on a semiconductor substrate is used as a gate. In this case, the position and direction controllability of the carbon nanotube can be improved by growing the carbon nanotube in a V-shaped groove provided in the semiconductor substrate. By using an InP substrate and etching the substrate with HCl gas using an insulating film as a mask, highly selective etching is possible due to the difference in plane orientation, and a nanometer-level sharp groove can be formed. Furthermore, by utilizing the fact that carbon can be plated with a metal such as Ni, it is possible to bury such a metal in a V-shaped groove where carbon nanotubes exist, thereby reducing the resistance of the gate.
[0020]
This aspect will be described with reference to the drawings.
First, in the manner described above with reference to FIGS. 5A to 5C and FIG. 6A, the source 21, the drain 22, and the insulating film 26 are provided. 2 A substrate in which an opening 35 (FIG. 6A) is provided in the insulating film 26 is prepared. Next, as shown in FIG. 13A, a resist pattern 61 for forming a gate is formed, and the InP layer 16 is dry etched at high temperature using HCl gas. The etching mask at this time is not the resist pattern 61 but the SiO exposed at the opening. 2 This is the insulating film 26. The longitudinal direction of the opening pattern of the insulating film 26 (the direction in which carbon nanotubes are grown later) is previously aligned with the (110) direction of the InP layer 16. When the InP layer 16 is dry etched at such a high temperature, a groove having a V-shaped cross section and a very sharp V-shaped bottom can be automatically formed, and an InP crystal is formed on the side surface of the V-shaped groove. It was found that the (111) B plane of
[0021]
Subsequently, when an InP growth source gas (trimethylindium, phosphine, etc.) is supplied and InP MOCVD is performed, crystals do not grow on the (111) B surface of the side wall of the V-shaped groove, and the bottom part of the groove You can only selectively grow and fill the pointed bottom. The width W of the bottom surface of the V-shaped groove thus formed L As shown in FIG. 17, it can be controlled by the growth temperature. By using this technique, it is possible to obtain a groove 62 (FIG. 13B) having a bottom surface width necessary for stably growing carbon nanotubes on the bottom surface of the V-shaped groove later.
[0022]
After forming a predetermined V-shaped groove 62 (FIG. 13B) in the InP layer 16, a gate metal material is deposited using the resist pattern 61 as a mask, and the lift-off method is used as described with reference to FIG. A gate 63 is formed. Subsequently, SiO 2 A part of the film 26 is removed by etching to partially expose the source 21 and the drain 22. Next, in the example described above with reference to FIGS. 10A and 10B, the cross section of the groove 41 for growing the carbon nanotubes was rectangular, but here the V-shaped groove 62 (FIG. 13B). In the same manner as in the previous case, the carbon nanotube 67 is grown in the V-shaped groove 62 using the Ni metal catalyst 66 (FIG. 14). Before preparing the Ni metal catalyst 66, the gate metal is removed leaving a portion that becomes the gate electrode lead portion 63a (FIG. 14). The controllability of the growth direction of the carbon nanotubes at this time is further enhanced by growing along the V-shaped groove in addition to the action of the applied electric field.
[0023]
FIG. 15 corresponds to the BB cross section of FIG. 14, and in this figure, a resist pattern 68 serving as a mask for plating in which Ni metal is embedded in the V-shaped groove where the carbon nanotubes 67 are present is shown. Has been. Ni electrolytic plating is performed using the resist pattern 68 as a mask, Ni metal 69 is embedded in the V-shaped groove as shown in FIG. 16, and then the resist pattern 68 is removed.
[0024]
Since the minimum diameter of the carbon nanotube used in the present invention is 0.4 nm, the present invention makes it possible to realize a gate length of 10 nm or less, which is essential for future high-speed / high-frequency transistors.
[0025]
Thus, carbon nanotubes having a small diameter can be used not only as a transistor gate itself but also as a mask in the fabrication of the gate, which also makes it possible to realize a gate length of 10 nm or less. When a fine gate is manufactured using a resist pattern as a mask as in the prior art, such a fine pattern cannot be obtained satisfactorily because the dimensional fluctuation of the resist pattern itself is large. On the other hand, the fluctuation accompanying the transfer of the mask pattern to the underlying layer by etching is not so great even now. Therefore, if a carbon nanotube with extremely small size or shape fluctuation is used as a mask, a fine gate with extremely small size or shape fluctuation can be obtained accordingly. In order to fabricate a gate using a carbon nanotube as a mask, a gate metal film is first grown on a semiconductor substrate or a gate insulating film, and then a fluorine-based gas such as SF is used. 6 , CF Four The gate metal film is dry-etched with, for example, and then the carbon nanotube mask is removed using an oxygen-based dry etch gas.
[0026]
Hereinafter, fabrication of a field effect transistor using a carbon nanotube as a mask according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, in the manner described with reference to FIGS. 5A to 5C and FIGS. 6A to 6B, the source 21, the drain 22, and the insulating film 26 are provided. A substrate in which a gate metal hole 37 (FIG. 6B) is provided in the lower InP layer 16 is prepared. Next, as shown in FIG. 18A, a gate metal layer 81 is formed, and a Ni catalyst 82 for carbon nanotube growth is prepared thereon. Subsequently, thermal CVD is performed while applying a DC electric field to grow carbon nanotubes 83 (FIG. 18B). Using the obtained carbon nanotube 83 as a mask, for example, SF 6 Is used to dry-etch the gate metal layer 81, and the carbon nanotubes are removed by oxygen dry etching to obtain a gate 84 with a fine pattern formed of metal (FIG. 19A). Next, a gate lead portion 85 is formed at one end of the gate 84 (FIG. 19B).
[0027]
By making full use of this method, even when the thickness is 10 nm or less, it is possible to avoid a dimensional fluctuation that becomes a problem in the case of lithography using a resist and to realize a high-speed / high-frequency transistor.
[0028]
Here, the present invention is described by taking HEMT as an example, but it goes without saying that the present invention can be applied to various other transistors. For example, in the field effect transistor of the present invention employing a carbon nanotube gate, the number of gates is not limited to one, and may be plural. The growth of the carbon nanotube serving as the gate can be performed by plasma CVD in addition to the thermal CVD mentioned in the above description. In the case of thermal CVD, the catalyst remains at the starting point of growth, whereas in the case of plasma CVD, the catalyst is located at the tip of the growing tube and moves with the growth of the tube. In addition, a method of forming a fine pattern using a carbon nanotube as a mask is not only a method for producing a gate, but also, for example, SiO 2 It can be easily understood that it can be applied to patterning of an insulating film. In any case, an appropriate etching gas may be selected in accordance with the carbon nanotube as a mask and the material to be patterned. For example, when etching a metal film, SF is used. 6 , CF Four Etc., CHF for silicon oxide film Three Etc. can be used.
[0029]
The present invention is as described above. The features of the present invention will be described as follows together with various aspects.
(Appendix 1) An electric field including a source that supplies carriers, a drain that receives carriers, and a gate as a current control electrode that controls the current flowing through the channel by changing the conductivity of the channel that is a current path therebetween. A field effect transistor, wherein the gate is made of metallic carbon nanotubes.
(Supplementary note 2) The field effect transistor according to supplementary note 1, wherein a gate of the carbon nanotube is connected to a gate lead portion of a metal material.
(Supplementary note 3) The field effect transistor according to supplementary note 2, wherein the gate lead-out portion is manufactured by a lithography technique.
(Additional remark 4) The field effect transistor of Additional remark 2 or 3 with which the gate of the said carbon nanotube and the gate drawer | drawing-out part of the said metal material are connected via the catalyst metal for CVD growth of the said carbon nanotube.
(Supplementary note 5) The field effect transistor according to supplementary note 4, wherein the catalyst metal is a transition metal or an alloy thereof.
(Supplementary note 6) The field effect transistor according to supplementary note 5, wherein the transition metal is Ni, Co, or Fe.
(Supplementary note 7) The field effect transistor according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the carbon nanotube of the gate is located in a groove formed across the channel in the substrate including the channel portion.
(Additional remark 8) The field effect transistor of Additional remark 7 whose cross-sectional shape of the said groove | channel is a rectangle.
(Additional remark 9) The field effect transistor of Additional remark 7 whose cross-sectional shape of the said groove | channel is V type.
(Supplementary note 10) The field effect transistor according to supplementary note 9, wherein a metal material filling the groove is located on the carbon nanotube in the groove.
(Supplementary Note 11) An electric field including a source that supplies carriers, a drain that receives carriers, and a gate as a current control electrode that controls current flowing through the channel by changing the conductivity of the channel that is a current path between them A field effect transistor manufacturing method, wherein the gate is made of metallic carbon nanotubes, wherein the gate of the carbon nanotubes is grown by a CVD method under electric field application conditions. A method of manufacturing a field effect transistor.
(Additional remark 12) The method of Additional remark 11 which performs the gate growth of the said carbon nanotube using the catalyst attached to a part of gate drawing part of the metal material which should be connected to the gate of the said carbon nanotube.
(Supplementary note 13) The method according to supplementary note 12, wherein a DC electric field is applied to grow the carbon nanotube gate in one direction from the gate lead-out portion.
(Supplementary Note 14) In addition to the catalyst attached to a part of the gate lead-out portion, a catalyst is disposed at a position where the tip of the carbon nanotube opposite to the gate lead-out portion is connected, and an AC electric field is generated. 13. The method according to appendix 12, wherein the carbon nanotubes are grown and connected in a direction facing each other starting from the positions of both catalysts.
(Supplementary note 15) The method according to any one of Supplementary notes 11 to 14, wherein the carbon nanotube gate is grown in a groove formed across the channel on a substrate including a channel portion.
(Supplementary note 16) The method according to supplementary note 15, wherein the groove has a rectangular cross-sectional shape.
(Supplementary note 17) The method according to supplementary note 16, wherein a cross-sectional shape of the groove is V-shaped.
(Appendix 18) A fine structure characterized in that carbon nanotubes are arranged on an underlayer, and the shape of the nanotube is transferred to the underlayer by performing dry etching using the carbon nanotube as a mask, thereby patterning the underlayer. Pattern forming method.
(Supplementary note 19) The method according to supplementary note 18, wherein the underlayer is a metal layer.
(Supplementary note 20) The method according to supplementary note 19, wherein the metal layer is for forming a gate of a transistor.
(Supplementary note 21) The method according to supplementary note 19, wherein the underlayer is an insulating layer.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can contribute to the provision of a field effect transistor provided with a fine gate with no dimensional fluctuation. Further, according to the present invention, it is possible to use a fine pattern forming method that enables formation of a fine structure including such a fine gate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph for explaining prediction of future optical communication speed.
FIG. 2 shows the gate length and cutoff frequency f of an electronic device. T It is a graph explaining the relationship.
FIG. 3 is a diagram illustrating one embodiment of a field effect transistor according to the present invention having a HEMT structure.
FIG. 4 is a diagram illustrating a field effect transistor having a conventional HEMT structure.
FIG. 5 is a first diagram illustrating the manufacture of a conventional field effect transistor.
FIG. 6 is a second diagram illustrating the manufacture of a conventional field effect transistor.
FIG. 7 is a third diagram illustrating the manufacture of a conventional field effect transistor.
FIG. 8 is a schematic top view of a conventional field effect transistor.
FIG. 9 is a perspective view illustrating a gate portion of a field effect transistor according to the present invention.
FIG. 10 is a first diagram illustrating a method for manufacturing a gate of a field effect transistor according to the present invention.
FIG. 11 is a second diagram illustrating a method for manufacturing the gate of the field effect transistor of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating another method for manufacturing the gate of the field effect transistor of the present invention.
FIG. 13 is a first diagram illustrating the manufacture of another embodiment of a field effect transistor according to the present invention having a HEMT structure.
FIG. 14 is a second diagram illustrating the manufacture of another embodiment of a field effect transistor according to the present invention having a HEMT structure.
FIG. 15 is a third diagram illustrating the manufacture of another embodiment of a field effect transistor according to the present invention having a HEMT structure.
FIG. 16 is a fourth view illustrating the manufacture of another embodiment of a field effect transistor according to the present invention having a HEMT structure.
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the temperature observed when a material is embedded in the V-shaped groove by MOCVD and the width of the bottom surface of the V-shaped groove.
FIG. 18 is a first diagram illustrating a fine pattern forming method according to the present invention.
FIG. 19 is a second view illustrating the fine pattern forming method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11 ... Board
16 ... Cap layer
17 ... Ohmic layer
21 ... Source
22 ... Drain
23, 23 ', 63 ... Gate
25, 26 ... Insulating film
23a, 23a '... Gate electrode lead-out portion
40 ... Active layer
41, 51 ... groove
45, 52, 66 ... metal catalyst
46, 53, 54, 67 ... carbon nanotubes
62 ... V-shaped groove
81 ... Gate metal layer
82 ... Metal catalyst
83 ... carbon nanotube
84 ... Gate
85 ... Gate drawer

Claims (11)

チャネル層及び電子供給層を積層し、該電子供給層の上側にソース、ゲート及びドレインを配置した高電子移動度トランジスタであって、
前記ゲートが金属性のカーボンナノチューブで作られていることを特徴とする高電子移動度トランジスタ。
A high electron mobility transistor in which a channel layer and an electron supply layer are stacked, and a source, a gate, and a drain are arranged above the electron supply layer ,
A high electron mobility transistor, wherein the gate is made of metallic carbon nanotubes.
前記カーボンナノチューブのゲートが金属材料のゲート引き出し部に接続している、請求項1記載の高電子移動度トランジスタ。The high electron mobility transistor according to claim 1, wherein a gate of the carbon nanotube is connected to a gate lead portion made of a metal material. 前記カーボンナノチューブのゲートと前記金属材料のゲート引き出し部とが、当該カーボンナノチューブのCVD成長のための触媒金属を介して接続されている、請求項2記載の高電子移動度トランジスタ。The gate of the carbon nanotube and the gate lead-out portion of the metal material, the catalytic metal through are connected, the high electron mobility transistor according to claim 2, wherein for the CVD growth of the carbon nanotubes. 前記カーボンナノチューブからなるゲートは、前記ソース及び前記ドレイン間を横切って形成された溝の中に位置している、請求項1から3までのいずれか一つに記載の高電子移動度トランジスタ。4. The high electron mobility transistor according to claim 1, wherein the gate made of the carbon nanotube is located in a groove formed across the source and the drain. 5. 前記ゲートのカーボンナノチューブが、チャネル部分を含む基板に当該チャネルを横切って形成した断面形状がV型の溝の中に位置している、請求項1から3までのいずれか一つに記載の高電子移動度トランジスタ。4. The height according to claim 1, wherein the carbon nanotube of the gate has a cross-sectional shape formed across the channel in the substrate including the channel portion, and is located in the V-shaped groove. 5. Electron mobility transistor. 前記溝内のカーボンナノチューブの上に、当該溝を埋める金属材料が位置している、請求項4又は5記載の高電子移動度トランジスタ。The high electron mobility transistor according to claim 4 or 5 , wherein a metal material filling the groove is located on the carbon nanotube in the groove. チャネル層及び電子供給層を積層し、該電子供給層の上側にソース、ゲート及びドレインを配置した高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
前記ゲートは、成長方向に電界を印加しながらCVD法によりカーボンナノチューブを成長させて形成することを特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a high electron mobility transistor in which a channel layer and an electron supply layer are stacked, and a source, a gate, and a drain are disposed above the electron supply layer ,
The method of manufacturing a high electron mobility transistor, wherein the gate is formed by growing a carbon nanotube by a CVD method while applying an electric field in a growth direction .
前記カーボンナノチューブのゲート成長を、当該カーボンナノチューブのゲートに接続させるべき金属材料のゲート引き出し部の一部に付着させた触媒を使用して行う、請求項記載の方法。The gate growth of carbon nanotubes is carried out using a catalyst deposited on a portion of the gate lead portion of the metallic material to be connected to the gate of the carbon nanotubes, the method of claim 7 wherein. 直流電界を印加して、前記カーボンナノチューブのゲートを前記ゲート引き出し部から一方向に成長させる、請求項記載の方法。9. The method of claim 8 , wherein a direct current electric field is applied to grow the carbon nanotube gate in one direction from the gate lead-out. 前記ゲート引き出し部の一部に付着させた触媒のほかに、前記カーボンナノチューブの当該ゲート引き出し部に接続するのと反対側の先端が位置する部位に触媒を配置し、交流電界を印加して、両方の触媒の位置を起点としてカーボンナノチューブを互いに向き合う方向に成長させて接続させる、請求項記載の方法。In addition to the catalyst attached to a part of the gate lead-out part, a catalyst is disposed at a position where the tip of the carbon nanotube opposite to the gate lead-out part is connected, and an alternating electric field is applied, 9. The method according to claim 8 , wherein the carbon nanotubes are grown and connected in directions facing each other starting from the positions of both catalysts. チャネル層及び電子供給層を積層し、該電子供給層の上側にソース、ゲート及びドレインを配置した高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート形成位置に、ゲート金属層を成長させ、
前記ゲート金属層上に、カーボンナノチューブを成長させ、
前記カーボンナノチューブをマスクに前記ゲート金属層をドライエッチングしてゲートパターンを形成すること、
を特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法
A method of manufacturing a high electron mobility transistor in which a channel layer and an electron supply layer are stacked, and a source, a gate, and a drain are disposed above the electron supply layer,
A gate metal layer is grown at the gate formation position,
Carbon nanotubes are grown on the gate metal layer,
Using the carbon nanotubes as a mask to dry-etch the gate metal layer to form a gate pattern;
A method for producing a high electron mobility transistor .
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