JP4338910B2 - 炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路をテラビット(Terabit)スケールで高集積化することが可能な炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のシリコン基板を用いて作製されたスイッチング素子は、基本的に不純物拡散領域、素子分離領域、及びチャネルが水平方向に連結された構造を有している。また、このようなスイッチング素子が数多く集積化されてなる集積回路においても、各々のスイッチング素子が水平方向に配列されて集積化された構造を有している。このように、シリコン基板に前記不純物拡散領域や素子分離領域等を水平方向に形成する場合、工程上の複雑性により、その微細化及び集積化には自ずから限界があった。
【0003】
このような既存の微細なスイッチング素子として最も一般的に使用されているものの1つにMOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor)がある。実際、最小パターンサイズが0.25μmの256M(メガ)DRAMでは素子のサイズが約0.72μm2であり、また最小パターンサイズが0.18μmの1G(ギガ)DRAMでは素子のサイズが約0.32μm2であり、さらに、最小パターンサイズが0.13μmの4GDRAMでは素子のサイズが約0.18μm2であり、そして、最小パターンサイズが0.1μmの16GDRAMでは素子のサイズが約0.1μm2程度と集積化が進展するにつれて最小パターンサイズが飛躍的に小さくなってきており、スイッチング素子の更なる微細化、集積化を図る上で、前記従来のスイッチング素子の構造では、工程上の限界に近づきつつある。
【0004】
このような既存のスイッチング素子が有する微細加工技術の限界を克服するための1つの方策として、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブを用いてなる個別のスイッチング素子が提案されている。しかしながら、この炭素ナノチューブを用いたスイッチング素子においてもなお既存のスイッチング素子と同様にスイッチング素子が水平方向に配列された構造を有しているため、この炭素ナノチューブを用いたスイッチング素子で前記既存のスイッチング素子が有する微細化の限界を克服するには、多くの制約がある。したがって、このように既存のスイッチング素子と同様にスイッチング素子が水平方向に配列された構造を有する、炭素ナノチューブを用いた個別素子によって、高度に集積化されたスイッチング素子を具現化することは極めて困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するための本発明の第1の目的は、炭素ナノチューブを垂直方向に成長させながら、所定の部分に選択的に成膜させる方法を用いて、不導体基板に配列されたナノメートルサイズの直径を有する孔の内部に、ナノメートルサイズの直径を有する炭素ナノチューブを成長させることによって、チャネルとして用いることが可能な炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタを提供することにある。
【0006】
また、本発明の第2の目的は、炭素ナノチューブの上部と下部とを各々ソース電極、ドレイン電極に連結し、炭素ナノチューブの中間部にゲート電極を配置してスイッチング動作が可能に構成することにより、一個のトランジスタサイズが数十ナノメートルから最大1ミクロン以下である、テラビットスケールでの高集積化が可能な、炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記第1の目的を達成するために、本発明は、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタであって、ナノメートルサイズの直径を有する孔が配列された絶縁層と、前記孔の内部に垂直に形成された炭素ナノチューブと、前記炭素ナノチューブの周囲近傍の前記絶縁層の上に形成されたゲート電極と、前記孔が埋め込まれるように絶縁層ゲート電極の上に成膜された不導体薄膜と、前記不導体薄膜及び炭素ナノチューブの上部に形成されたドレイン電極と、前記絶縁層及び炭素ナノチューブの下部に形成されたソース電極とを含んで構成されることを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタを提供する。
【0008】
前記ナノサイズ垂直トランジスタにおいて、前記絶縁層はAl2O3またはSiで形成されることが望ましく、また、前記ソース電極及びドレイン電極は金属膜で形成されることが望ましい。
【0009】
また、前記第2の目的を達成するための本発明は、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法であって、(イ)半導体基板の上にソース電極を形成する段階と、(ロ)不導体で絶縁層を形成し、前記ソース電極に対応する領域にナノメートルサイズの直径を有する孔をナノメートル間隔で形成する段階と、(ハ)前記孔の内部のソース電極の上に炭素ナノチューブを垂直に成長させる段階と、(ニ)前記炭素ナノチューブの周囲近傍の前記絶縁層上にゲート電極を形成する段階と、(ホ)前記孔が埋め込まれるように前記ゲート電極の上に不導体薄膜を成膜する段階と、(ヘ)前記不導体薄膜と炭素ナノチューブとの上部にドレイン電極を形成する段階とを含んで構成されることを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法を提供する。
【0010】
前記ナノサイズ垂直トランジスタの製造方法において、前記(ロ)段階では不導体がAl2O3またはSiであることが望ましく、また前記(ハ)段階では化学気相成膜法、電気泳動法及び機械的圧縮法よりなる群からの中から選択された少なくとも1つの方法により炭素ナノチューブを垂直に成長させることが望ましい。
【0011】
また、前記第1の目的を達成するために、本発明は、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタであって、ナノメートルサイズの直径を有する孔が配列された絶縁層と、前記孔の内部に垂直に形成された炭素ナノチューブと、前記絶縁層及び前記炭素ナノチューブの上部に形成されたドレイン電極と、前記ドレイン電極の上部に形成された不導体薄膜と、前記不導体薄膜の上部に形成されたゲート電極と、前記絶縁層及び炭素ナノチューブの下部に形成されたソース電極とを含むことを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタを提供する。
【0012】
前記ナノサイズ垂直トランジスタにおいて、前記絶縁層はAl2O3またはSiで形成され、前記ソース電極及びドレイン電極は金属膜で形成されることが望ましく、また前記ソース電極及びドレイン電極は、金属膜で形成されることが望ましい。
【0013】
また、また、前記第2の目的を達成するために、本発明は、ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法であって、
(イ)半導体基板の上にソース電極を形成する段階と、
(ロ)不導体で絶縁層を形成し、前記ソース電極に対応する領域にナノメートルサイズの直径を有する孔をナノメートル間隔で形成する段階と、
(ハ)前記孔の内部のソース電極の上に炭素ナノチューブを垂直に成長させる段階と、
(ニ)前記不導体と炭素ナノチューブとの上部にドレイン電極を形成する段階と、
(ホ)前記ドレイン電極の上部に不導体薄膜を形成する段階と、
(ヘ)前記不導体薄膜の上部にゲート電極を形成する段階と
を含むことを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法を提供する。
【0014】
前記ナノサイズ垂直トランジスタの製造方法において、前記(ロ)段階で前記不導体はAl2O3またはSiであり、前記(ハ)段階は化学気相成膜法、電気泳動法または機械的圧縮法よりなることが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ及びその製造方法を詳細に説明する。
まず、図1及び図2を参照して本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第1実施例について説明する。図1は本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第1実施例であり、垂直に配列された炭素ナノチューブトランジスタの単位素子が次のように形成されて構成されている。
【0016】
まず、所定の基板上に設けられたAl2O3(アルミナ)またはSi(シリコン)の不導体からなる絶縁層10に、直径数nmの孔10’を、数nm間隔で形成し、この孔10’の内部に炭素ナノチューブ100を垂直方向に成長させ、かつ、これを選択的に成膜させる成膜方法によって、ナノメートルサイズの孔10’が配列されてなる前記不導体からなる絶縁層10を有する基板に炭素ナノチューブ100を配列させる。
【0017】
次に、従来公知の半導体装置の製造方法を用いて、このように配列された炭素ナノチューブ100の周囲近傍の絶縁層10の上にゲート電極20を形成する。続いて、孔10’を埋め込むように、ゲート電極20及び絶縁層10の上、並びに炭素ナノチューブの周囲に不導体薄膜30を成膜する。引き続いて、炭素ナノチューブ100の上部と下部とに各々ソース電極40及びドレイン電極50を連結させる。このとき、絶縁層10にアルミナ等の絶縁膜を用いて、孔10’のサイズ及び孔10’同士の間隔をnm単位で調節することが可能であるため、テラビットスケールの高集積化を具現化することが可能である。
【0018】
すなわち、垂直方向へ成長されたナノメートルサイズ直径を有する炭素ナノチューブ100をチャネルとして用いるべく、炭素ナノチューブの上部と下部とを各々ソース電極40、ドレイン電極50に連結して中間にゲート電極20が配置されるようにしてスイッチングが起こるように構成する。したがって、一個のトランジスタのサイズを数十ナノメートルから最大1ミクロン以下で構成することが可能となるため、素子のより一層の高集積化を具現化することが可能になる。
【0019】
また、図2の平面図に示されるように、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの炭素ナノチューブの直径は、1〜200nm程度とすることが望ましく、さらに望ましくは1〜50nmとし、そして、不導体薄膜30の膜厚は50〜500nmの範囲内で形成することが望ましく、さらに望ましくは50〜100nmとする。
【0020】
このように構成される本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタは、ソース電極40から電子が供給されてゲート電極20に印加される電圧により、電流が精密に制御されてドレイン電極50へ電流が流れるという特性を有する。しかも、単位素子のサイズがナノメートルスケールであるので、小さな負荷で電流を制御することが可能となり、その結果、低消費電力での動作が可能になるという長所を有する。
【0021】
また、このように構成される本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第1実施例の製造方法を、図3から図8に示す。図3から図8を参照しながら、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法を工程段階別に説明すると次のようになる。
【0022】
まず、図3に示されるように、半導体基板200の上にソース電極40を形成する。続いて、図4に示されるように、Al2O3またはSi等の不導体で絶縁層10を形成し、ソース電極40の上部に孔10’を形成する。引き続いて、図5に示されるように、化学気相成膜法、電気泳動法及び機械的圧縮法からなる群の中から選択された少なくとも1つの方法を用いて、孔10’の内部のソース電極40の上に炭素ナノチューブ100をほぼ垂直に成長させる。すなわち、孔10’を形成し、孔10’の内部にのみ選択的に炭素ナノチューブ100を成長させる。
【0023】
さらに、図6に示されるように、配列された炭素ナノチューブ100の周囲近傍にゲート電極20を形成する。さらにまた、図7に示されるように、孔10’が埋め込まれるように、ゲート電極20、絶縁層10及びソース電極40にかけて不導体薄膜30を成膜する。最後に、図8に示されるように、不導体薄膜30と炭素ナノチューブ100の上部にドレイン電極50を形成してナノサイズのトランジスタを完成させる。
【0024】
次に、図9(A)及び図9(B)を参照して本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第2実施例について説明する。図9(A)は本発明に係る第2実施例の構成を模式的に示す断面図である。図1及び図9(A)を対比させて参照すると、前記の本発明に係る第1実施例ではゲート電極20が不導体薄膜30を介してドレイン電極50の下部に形成されているのに対して、本発明に係る第2実施例ではゲート電極20が不導体薄膜30介してドレイン電極50の上部に形成されている。すなわち、前記両者はゲート電極20とドレイン電極50との相対的位置関係が異なっている。
【0025】
前記本発明に係る第2実施例の製造方法は、次の通りである。まず、図9(A)に示されるように、炭素ナノチューブを垂直方向へ成長させながら、これを選択的に成膜させる成膜方法により、絶縁層10に配列されて形成されたナノサイズの孔(図示省略)の内部に、炭素ナノチューブ100を垂直に配列させる。次に、ナノサイズの孔(図示省略)の内部に垂直に配列された炭素ナノチューブ100の上部と下部との各々にソース電極40及びドレイン電極50を連結させる。さらに、ドレイン電極50の上部は不導体薄膜30を形成し、この不導体薄膜30の上部にゲート電極20を形成する。ここで不導体薄膜30は、SiO2であることが好ましい。
【0026】
このように、垂直方向へ成長されたナノメートルサイズの直径を有する炭素ナノチューブ100をチャネルとして用いるべく、炭素ナノチューブ100の上部と下部とを各々、ソース電極40、ドレイン電極50に連結させて、ドレイン電極50の上部にゲート電極20を配置させて、電気的スイッチングが生起されるように構成する。
【0027】
図9(B)は、図9(A)に示される本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの斜視図であり、ソース電極40及びドレイン電極50のラインが、炭素ナノチューブを成長させた位置で交差して単位素子が構成された形態を示す。なお、この本発明に係る第2実施例では、ゲート電極20のラインは、ドレイン電極50のラインと接触しないようにして、電流のオンとオフとを調節するように構成されている。
【0028】
このように構成される本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第2実施例の製造方法は、本発明に係る前記第1実施例の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法を適用することが可能である。すなわち、炭素ナノチューブ100を成長させるまでの工程については、前記第1実施例で説明したような工程をそのまま用いることができる。
【0029】
一方、前記したように、この第2実施例と前記第1実施例との相違点は、ゲート電極20とドレイン電極50との位置関係が異なる点である。すなわち、炭素ナノチューブ100を絶縁層10の内部に形成した後に(図5参照)、前記第1実施例では絶縁層10及び炭素ナノチューブ100の上にゲート電極20を形成したのに対し(図6参照)、この第2実施例では絶縁層10及び炭素ナノチューブ100の上にドレイン電極50を形成する(図9(A)参照)という点で異なる。これは、この第2実施例のゲート電極20の位置が、前記第1実施例とは異なってドレイン電極50の上部に位置するためである。このため、この第2実施例では、ドレイン電極50を形成した後、その上部に不導体薄膜30を形成し、最後に、前記不導体薄膜30の上部にゲート電極20を形成することにより、ナノサイズ垂直トランジスタを完成させる。
【0030】
図10(A)及び図10(B)は、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ製造工程において、垂直に成長された炭素ナノチューブの外観のTEM(透過型電子顕微鏡)像の写真である。ここで、図10(A)は直径が約50nmに成長された炭素ナノチューブのTEM像であり、図10(B)は直径が約20nmに成長された炭素ナノチューブのTEM像である。図10(A)及び図10(B)に示されるように、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタは、炭素ナノチューブが高精度で配列されていることが分かる。
【0031】
図11(A)は、垂直方向に成長された炭素ナノチューブを、電子ビームリソグラフィを用いて電極のパターンに形成した状態を示すTEM像の写真であり、図11(B)は図11(A)に示す炭素ナノチューブをより高い倍率で観察したときのTEM像の写真である。図11(A)、(B)に示されるように、電極のパターンの中央部付近に垂直方向に成長した炭素ナノチューブが金属電極に連結されている様子が分かる。
【0032】
図12は、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタのI−V特性を示すグラフである。図12に示されるように、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタは、4.2Kという比較的低温での電気伝導度測定において明確なエネルギーバンドギャップが存在することが明らかとなり、トランジスタ特性が発現していることが分かる。
【0033】
図13及び図14は、前記第2実施例のゲート電極20にバイアスを印加したときのI−V特性を示すグラフであり、図13は正バイアス(positivebias、+5V)を印加した場合のものを示し、図14は負バイアス(negative bias、−5V)を印加した場合のものを示す。図13及び図14に示されるように、正負いずれのバイアスを印加した場合においても一方向のみに電流が流れていることが分かる。
【0034】
図15及び図16は、それぞれ、約400℃から800℃の温度範囲で、100℃刻みで計5水準のアニーリングを施した、直径が約20nmの炭素ナノチューブの試験片のI−V特性を示すグラフである。図15は炭素ナノチューブの下部に酸化層が存在している場合を示し、図16は酸化層が存在しない場合を示すものである。図15及び図16に示されるように、本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタにあっては、約400℃から800℃の温度範囲で、炭素ナノチューブ下部の酸化層の有無にかかわらず、トランジスタとしての機能が充分に発揮されることが分かる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明した通りに構成される本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ及びその製造方法によれば、Al2O3(アルミナ)等の絶縁膜に、直径が数nmの孔を数nm間隔で形成し、この孔の内部に直径がナノメートルサイズの炭素ナノチューブを化学気相成膜法、電気泳動法、及び機械的方法の中から選択された1つの成膜方法により垂直に配列させて形成し、この炭素ナノチューブをチャネルとして用いるべく、従来公知の半導体装置の製造方法により炭素ナノチューブの周囲近傍にゲート電極を形成すると共に、炭素ナノチューブの上部と下部とを各々、ソース電極とドレイン電極とに形成することにより電気的なスイッチング特性を有するナノサイズ垂直トランジスタを提供することが可能となる。
【0036】
したがって、本発明によれば、炭素ナノチューブが有する固有の特性を活用して、既存の半導体装置における微細加工技術の限界をブレークスルーし、集積回路のテラビット(Terabit)スケールへの高集積化に大きく寄与する垂直構造のトランジスタを具現化することができ、しかもこの集積回路を有する素子低消費電力で動作させることができる炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの構造を模式的に示す断面図である。
【図2】図1に示される炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの平面図である。
【図3】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法に含まれる工程を示す垂直断面図であって、半導体基板の上にソース電極を形成する工程を示す図である。
【図4】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法に含まれる工程を示す垂直断面図であって、不導体で絶縁層を形成し、ソース電極の上部に孔を形成する工程を示す図である。
【図5】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法に含まれる工程を示す垂直断面図であって、孔の内部のソース電極の上に炭素ナノチューブをほぼ垂直に成長させる工程を示す図である。
【図6】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法に含まれる工程を示す垂直断面図であって、配列された炭素ナノチューブの周囲近傍にゲート電極を形成する工程を示す図である。
【図7】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法に含まれる工程を示す垂直断面図であって、孔が埋め込まれるようにゲート電極の上に不導体薄膜を成膜する工程を示す図である。
【図8】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法に含まれる工程を示す垂直断面図であって、不導体薄膜と炭素ナノチューブの上部にドレイン電極を形成してナノサイズのトランジスタを完成させる工程を示す図である。
【図9】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第2実施例の構造を模式的に示す図であって、図9(A)は、断面図であり、図9(B)は、斜視図である。
【図10】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造工程で垂直に成長した炭素ナノチューブのTEM(透過型電子顕微鏡)像の写真であって、図10(A)は直径が約50nmに成長した炭素ナノチューブのTEM像を示し、図10(B)は直径が約20nmに成長した炭素ナノチューブのTEM像を示す。
【図11】図11(A)、(B)は垂直に成長した炭素ナノチューブを電子ビームリソグラフィで電極のパターンに形成したときのTEM像の写真であり、図11(B)は(A)をより高倍率で撮影した写真である。
【図12】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタのI−V特性を示すグラフである。
【図13】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第2実施例のゲート電極20にバイアスを印加した場合のI−V特性曲線であり、正バイアス(positive bias)を印加した場合を示す図である。
【図14】本発明に係る炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの第2実施例のゲート電極20にバイアスを印加した場合のI−V特性曲線であり、負バイアス(negative bias)を印加した場合を示す図である。
【図15】直径が約20nmの炭素ナノチューブの試験片に約400℃から800℃でアニーリングを施したときのI−V特性を示すグラフであって、炭素ナノチューブの下部に酸化層が存在している場合のものである。
【図16】直径が約20nmの炭素ナノチューブの試験片に約400℃から800℃でアニーリングを施したときのI−V特性を示すグラフであって、炭素ナノチューブの下部に酸化層が存在している場合のものである。
【符号の説明】
10 絶縁層
10’ 孔
20 ゲート電極
30 不導体薄膜
40 ソース電極
50 ドレイン電極
100 炭素ナノチューブ
200 半導体基板
Claims (12)
- ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタであって、
ナノメートルサイズの直径を有する孔が配列された絶縁層と、
前記孔の内部に垂直に配列されて形成された炭素ナノチューブと、
前記炭素ナノチューブの周囲近傍の前記絶縁層の上に形成されたゲート電極と、
前記孔が埋め込まれるようにゲート電極の上に成膜された不導体薄膜と、
前記不導体薄膜及び炭素ナノチューブの上部に形成されたドレイン電極と、
前記絶縁層及び炭素ナノチューブの下部に形成されたソース電極と
を含んで構成されることを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ。 - 前記絶縁層は、Al2O3またはSiで形成されたことを特徴とする請求項1に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ。
- 前記ソース電極及びドレイン電極は、金属膜で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ。
- ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法であって、
(イ)半導体基板の上にソース電極を形成する段階と、
(ロ)不導体で絶縁層を形成し、前記ソース電極に対応する領域にナノメートルサイズの直径を有する孔をナノメートル間隔で形成する段階と、
(ハ)前記孔の内部のソース電極の上に炭素ナノチューブを垂直に成長させる段階と、
(ニ)前記炭素ナノチューブの周囲近傍の前記絶縁層上にゲート電極を形成する段階と、
(ホ)前記孔が埋め込まれるようにゲート電極の上に不導体薄膜を成膜する段階と、
(ヘ)前記不導体薄膜と炭素ナノチューブとの上部にドレイン電極を形成する段階と
を含んで構成されることを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法。 - 前記(ロ)段階において、前記不導体は、Al2O3またはSiであることを特徴とする請求項4に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法。
- 前記(ハ)段階は、化学気相成膜法、電気泳動法及び機械的圧縮法よりなる群の中から選択された少なくとも1つの方法により炭素ナノチューブを垂直に成長させることを特徴とする請求項4に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法。
- ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタであって、
ナノメートルサイズの直径を有する孔が配列された絶縁層と、
前記孔の内部に垂直に形成された炭素ナノチューブと、
前記絶縁層及び炭素ナノチューブの上部に形成されたドレイン電極と、
前記ドレイン電極の上部に形成された不導体薄膜と、
前記不導体薄膜の上部に形成されたゲート電極と、
前記絶縁層及び炭素ナノチューブの下部に形成されたソース電極とを含んで構成されることを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ。 - 前記絶縁層は、Al2O3またはSiで形成されたことを特徴とする請求項7に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ。
- 前記ソース電極及びドレイン電極は、金属膜で形成されたことを特徴とする請求項7に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタ。
- ナノメートルサイズの炭素ナノチューブが基板上に垂直かつ選択的に形成され、これをチャネルとしたトランジスタの単位素子を有する炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法であって、
(イ)半導体基板の上にソース電極を形成する段階と、
(ロ)不導体で絶縁層を形成し、前記ソース電極に対応する領域にナノメートルサイズの直径を有する孔をナノメートル間隔で形成する段階と、
(ハ)前記孔の内部のソース電極の上に炭素ナノチューブを垂直に成長させる段階と、
(ニ)前記不導体からなる絶縁層と炭素ナノチューブとの上部にドレイン電極を形成する段階と、
(ホ)前記ドレイン電極の上部に不導体薄膜を形成する段階と、
(ヘ)前記不導体薄膜の上部にゲート電極を形成する段階とを含むことを特徴とする炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法。 - 前記(ロ)段階において、前記不導体は、Al2O3またはSiであることを特徴とする請求項10に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法。
- 前記(ハ)段階は、化学気相成膜法、電気泳動法及び機械的圧縮法よりなる群の中から選ばれた少なくとも1つの方法により炭素ナノチューブを垂直に成長させることを特徴とする請求項10に記載の炭素ナノチューブを用いたナノサイズ垂直トランジスタの製造方法。
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