JP4884723B2 - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は電界効果型トランジスタ及びその製造方法に関するものであり、特に、小型の高周波用電界効果型トランジスタにおける耐圧向上のための電界緩和用電極の構成に特徴のある電界効果型トランジスタ及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the same, and more particularly to a field effect transistor characterized by the configuration of an electric field relaxation electrode for improving the breakdown voltage in a small-sized high-frequency field effect transistor and a method for manufacturing the same. It is about.

トランジスタの高周波回路応用を考えた場合、当然トランジスタには高速動作が要求されるが、同時にパワーアンプなどの場合のように耐圧を要求される場合も少なくなく、電界効果型トランジスタにおいては、高速性と耐圧とはトレードオフの関係にある。   Considering high-frequency circuit applications of transistors, naturally, transistors require high-speed operation, but at the same time, withstand voltage is often required as in power amplifiers, etc. And withstand voltage are in a trade-off relationship.

高速性を向上させるために通常はソース−ドレイン間距離をできるだけ短縮するが、これは反面、ゲート−ドレイン間の電界増加を招き、耐圧は低下することになるのでこの事情を図8を参照して説明する。   In order to improve the high speed, the distance between the source and the drain is usually shortened as much as possible. However, this causes an increase in the electric field between the gate and the drain, and the withstand voltage is lowered. I will explain.

図8参照
図8の上段図はカーボンナノチューブFETの概略的斜視図であり、中段図はチャネル長方向に沿った断面図であり、また、下段図はゲート−ドレイン間の電界分布図である。 このようなカーボンナノチューブFETにおいては、中段図及び下段図に示すように、通常はゲート−ドレイン間の電界はゲート電極66の端部に集中し、この部分で耐圧が決まる。
See FIG.
The upper diagram of FIG. 8 is a schematic perspective view of the carbon nanotube FET, the middle diagram is a sectional view along the channel length direction, and the lower diagram is an electric field distribution diagram between the gate and the drain. In such a carbon nanotube FET, as shown in the middle and lower diagrams, the electric field between the gate and the drain is usually concentrated on the end portion of the gate electrode 66, and the breakdown voltage is determined at this portion.

このようなゲート−ドレイン間の電界を緩和する手段としては、ゲート−ドレイン間に電界緩和用の電極を設け、これにゲートと同電位の電圧を印加する方法がある(例えば、特許文献1参照)。   As a means for relaxing the electric field between the gate and the drain, there is a method in which an electrode for electric field relaxation is provided between the gate and the drain, and a voltage having the same potential as the gate is applied to the electrode (for example, see Patent Document 1). ).

図9参照
図9の上段図は電界緩和用電極を設けた高耐圧型カーボンナノチューブFETの概略的斜視図であり、中段図はチャネル長方向に沿った断面図であり、また、下段図はゲート−ドレイン間の電界分布図である。
中段図及び下段図に示すように、電界緩和用電極67を設けることによって、破線で示す電界分布から実線で示す電界分布へと変化しゲート−ドレイン間の電界は緩和されるので、耐圧が向上することになる。
See FIG.
The upper diagram of FIG. 9 is a schematic perspective view of a high breakdown voltage type carbon nanotube FET provided with an electric field relaxation electrode, the middle diagram is a cross-sectional view along the channel length direction, and the lower diagram is between the gate and the drain. FIG.
As shown in the middle and lower diagrams, by providing the electric field relaxation electrode 67, the electric field distribution shown by the broken line is changed to the electric field distribution shown by the solid line, and the electric field between the gate and the drain is relaxed, so that the breakdown voltage is improved. Will do.

なお、トランジスタの小型化或いは高速化等のために、ゲート電極を金属性カーボンナノチューブで構成したり(例えば、特許文献2参照)、或いは、チャネルを半導体性カーボンナノチューブで構成すること(例えば、特許文献3参照)も提案されている。
特開2001−237250号公報 特開2003−109974号公報 特開2005−116618号公報
In order to reduce the size or increase the speed of the transistor, the gate electrode is composed of metallic carbon nanotubes (for example, see Patent Document 2), or the channel is composed of semiconducting carbon nanotubes (for example, patents). Reference 3) has also been proposed.
JP 2001-237250 A JP 2003-109974 A JP 2005-116618 A

しかし、新たに第二のゲート電極とも言える電界緩和用電極を設けた場合には、電極間容量Cgs,Cgdが増加し、高速性を損ねてしまうという問題がある。 However, when an electric field relaxation electrode that can be said to be a second gate electrode is newly provided, the interelectrode capacitances C gs and C gd increase, and there is a problem that high-speed performance is impaired.

また、高速用途のFETはもともとゲート−ドレイン間距離がサブミクロンオーダーであるため、ゲート−ドレイン間に新たに電界緩和用電極を形成することは製造技術上困難であるという問題もある。   In addition, since a high-speed FET has a gate-drain distance of the order of submicron, it is difficult to form a new electric field relaxation electrode between the gate and the drain in terms of manufacturing technology.

また、仮に、サブミクロンオーダーのゲート−ドレイン間に電界緩和用電極を設けた場合には、電界緩和用電極の幅は非常に細いものになるため、必然的に高抵抗にならざるを得ないという問題がある。   In addition, if an electric field relaxation electrode is provided between the gate and the drain on the order of submicrons, the width of the electric field relaxation electrode becomes very thin, and thus inevitably has a high resistance. There is a problem.

したがって、本発明は、容量の増加を招かず、ゲート−ドレイン間に低抵抗な微細な電界緩和用電極を設けることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fine electric field relaxation electrode having a low resistance between the gate and the drain without causing an increase in capacitance.

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、電界効果型トランジスタにおいて、ゲート電極6とドレイン電極(3)との間隔がサブミクロンオーダーの電界効果型トランジスタのゲート−ドレイン間に金属的性質を示すカーボンナノチューブからなる電界緩和用電極8を設けたことを特徴とする。
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 problem, the present invention is a field effect transistor in which the distance between the gate electrode 6 and the drain electrode (3) is metallic between the gate and the drain of the field effect transistor having a submicron order. An electric field relaxation electrode 8 made of carbon nanotubes exhibiting properties is provided.

カーボンナノチューブの径は10nm程度と非常に細いので、サブミクロンオーダーのゲート−ドレイン間に容易に設けることができるとともに、カーボンナノチューブ−チャネル間の容量増加をほとんど招かないため、ソース−ドレイン間距離短縮による高速化、カーボンナノチューブ電極による電界緩和・高耐圧化を同時に実現することができる。   Since the diameter of the carbon nanotube is as thin as about 10 nm, it can be easily provided between the gate and the drain on the order of submicron, and the capacity between the carbon nanotube and the channel is hardly increased, so the distance between the source and the drain is shortened. It is possible to simultaneously realize a high speed by using a carbon nanotube electrode and an electric field relaxation and a high breakdown voltage.

例えば、トランジスタの高速性の指標である電流利得遮断周波数fT は、
T 〜gm /{2π(Cgs+Cgd)}
であるので、電界緩和用電極8に起因するCgs,Cgdが小さくなることによって電流利得遮断周波数fT の低下を招かずに耐圧を向上させることが出来る。
For example, the current gain cutoff frequency f T , which is an index of the high speed of the transistor, is
f T -g m / {2π (C gs + C gd )}
Therefore, the breakdown voltage can be improved without causing a decrease in the current gain cutoff frequency f T by reducing C gs and C gd caused by the electric field relaxation electrode 8.

また、カーボンナノチューブは長軸方向に非常に低抵抗であるので、電界緩和用電極8の低抵抗化が可能になり、それによって、面内で均一な電界緩和を実現することができる。   In addition, since the carbon nanotube has a very low resistance in the major axis direction, the resistance of the electric field relaxation electrode 8 can be reduced, thereby realizing a uniform electric field relaxation in the plane.

この場合、ゲート電極6も金属的性質を示すカーボンナノチューブで構成することが望ましく、それによって、微細構造トランジスタのゲート電極6を低抵抗にすることができ、デバイスの高利得化、低雑音化が可能になる。   In this case, it is desirable that the gate electrode 6 is also composed of carbon nanotubes exhibiting metallic properties, whereby the resistance of the gate electrode 6 of the microstructure transistor can be reduced, resulting in higher device gain and lower noise. It becomes possible.

また、ゲート電極6と電界緩和用電極8の少なくとも一方を、基板1とチャネル4との間に埋め込んで埋込構造としても良いものである。   Further, at least one of the gate electrode 6 and the electric field relaxation electrode 8 may be embedded between the substrate 1 and the channel 4 to form an embedded structure.

このような、金属的性質を示すカーボンナノチューブの成長起点としては、Ta膜上にFe膜を設けたFe/Ta積層薄膜7が望ましく、製造条件に依存せずに金属的性質を示すカーボンナノチューブを再現性良く形成することが可能になる。   As a growth starting point of such carbon nanotubes exhibiting metallic properties, an Fe / Ta laminated thin film 7 in which an Fe film is provided on a Ta film is desirable, and carbon nanotubes exhibiting metallic properties are independent of manufacturing conditions. It becomes possible to form with good reproducibility.

また、チャネル4を半導体的性質を示すカーボンナノチューブで構成しても良いものであり、それによって、トランジスタの動作速度をより向上することが可能になる。
この場合、半導体的性質を示すカーボンナノチューブの成長起点としては、Al層上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜が望ましく、製造条件に依存せずに半導体的性質を示すカーボンナノチューブを再現性良く形成することが可能になる。
Further, the channel 4 may be made of carbon nanotubes having semiconducting properties, whereby the operation speed of the transistor can be further improved.
In this case, the growth starting point of carbon nanotubes that exhibit semiconducting properties is preferably an Fe / Al laminated thin film in which an Fe film is provided on an Al layer, and carbon nanotubes that exhibit semiconducting properties are reproducible without depending on manufacturing conditions. It becomes possible to form well.

或いは、チャネル4を単結晶半導体で構成しても良く、それによって、製造技術が確立された化合物半導体FETのゲート−ドレイン間距離を1μm以下にした場合にも、再現性良く電界緩和用電極8を形成することが可能になる   Alternatively, the channel 4 may be formed of a single crystal semiconductor, and thereby the electric field relaxation electrode 8 with good reproducibility even when the gate-drain distance of the compound semiconductor FET for which manufacturing technology has been established is 1 μm or less. Can be formed

上述の電界効果型トランジスタを製造する場合には、絶縁性の基板1上にAl層上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜からなる触媒作用を有する第1の電極2を設けるとともに、第1の電極2に間隔を隔てて対向する触媒作用を有さない第2の電極3を設け、第1の電極2を成長起点として第2の電極3に達する半導体的性質を示すカーボンナノチューブを成長させてチャネル4とし、次いで、チャネル4上にゲート絶縁膜5を堆積したのちゲート絶縁膜5上に第1の電極2或いは第2の電極3のうちのドレイン電極となる一方の電極との間隔がサブミクロンオーダーとなる位置にゲート電極6を形成し、次いで、第1の電極2或いは第2の電極3のうちのドレイン電極となる一方の電極とゲート電極6との間の端部にTa膜上にFe膜を設けたFe/Ta積層薄膜7を設け、Fe/Ta積層薄膜7を成長起点としてチャネル4幅方向に延在する金属的性質を示すカーボンナノチューブを成長させて電界緩和用電極8を形成すれば良い。 In the case of manufacturing the above-described field effect transistor, the first electrode 2 having a catalytic action composed of an Fe / Al laminated thin film in which an Fe film is provided on an Al layer on an insulating substrate 1 is provided, A second electrode 3 having no catalytic action is provided opposite to the first electrode 2 at a distance, and carbon nanotubes exhibiting semiconducting properties reaching the second electrode 3 are grown from the first electrode 2 as a growth starting point. Then, the channel 4 is formed, and after the gate insulating film 5 is deposited on the channel 4 , the distance between the first electrode 2 or one of the second electrodes 3 serving as the drain electrode on the gate insulating film 5 Is formed at a position on the order of submicron , and then Ta is formed at the end portion between the first electrode 2 or the second electrode 3 serving as the drain electrode and the gate electrode 6. Fe film on the film The Fe / Ta laminated film 7 digits provided may be an electric field relaxation electrodes 8 by growing carbon nanotubes exhibit metallic properties which extend in the channel 4 the width direction of Fe / Ta laminated film 7 as the growth starting point.

この場合、ゲート電極6の形成工程において、チャネル端部にTa膜上にFe膜を設けたゲート電極成長用のFe/Ta積層薄膜を設け、電界緩和用電極8の形成工程と同時にゲート電極成長用のFe/Ta積層薄膜を成長起点としてチャネル幅方向に延在する金属的性質を示すカーボンナノチューブを成長させてゲート電極6としても良いものであり、それによって、製造工程を簡素化することができる。   In this case, in the step of forming the gate electrode 6, an Fe / Ta laminated thin film for gate electrode growth in which an Fe film is provided on the Ta film is provided at the channel end, and the gate electrode growth is performed simultaneously with the step of forming the electric field relaxation electrode 8. Carbon nanotubes exhibiting metallic properties extending in the channel width direction using the Fe / Ta laminated thin film for growth as a starting point may be grown as the gate electrode 6, thereby simplifying the manufacturing process. it can.

本発明では、電界緩和用電極として金属的性質を示すカーボンナノチューブを用いることによって、高速化及び高耐圧を両立することができる。   In the present invention, both high speed and high breakdown voltage can be achieved by using carbon nanotubes exhibiting metallic properties as the electric field relaxation electrode.

本発明は、絶縁性基板上にAl層上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜からなる触媒電極を設けるとともに、触媒電極に間隔を隔てて対向する非触媒電極を設け、成長方向に直流電界を印加した状態でFe膜を成長起点として非触媒電極に達する半導体的性質を示す単層カーボンナノチューブを成長させてチャネルとし、次いで、チャネル上にゲート絶縁膜を堆積したのちゲート絶縁膜上に触媒電極或いは非触媒電極のうちのドレイン電極となる一方の電極との間隔がサブミクロンオーダーとなる位置にゲート電極を形成し、次いで、触媒電極或いは非触媒電極のうちのドレイン電極となる一方の電極とゲート電極との間の端部にTa膜上にFe膜を設けたFe/Ta積層薄膜を設け、成長方向に直流電界を印加した状態でFe/Ta積層薄膜を成長起点としてチャネル幅方向に延在する金属的性質を示す多層カーボンナノチューブを成長させて電界緩和用電極を形成するものである。 In the present invention, a catalyst electrode made of an Fe / Al laminated thin film in which an Fe film is provided on an Al layer is provided on an insulating substrate, and a non-catalyst electrode facing the catalyst electrode at a distance is provided so that a direct current is applied in the growth direction. Single-walled carbon nanotubes exhibiting semiconducting properties that reach the non-catalytic electrode with the Fe film as a growth starting point with the boundary applied are grown into a channel, and then a gate insulating film is deposited on the channel and then the gate insulating film is formed on the channel. A gate electrode is formed at a position where the distance from one of the catalyst electrodes or non-catalyst electrodes that is the drain electrode is on the order of submicron , and then one of the catalyst electrodes or non-catalyst electrodes that is to be the drain electrode Fe / Ta laminated thin film with Fe / Ta laminated thin film provided with Fe film on Ta film at the edge between electrode and gate electrode, with DC electric field applied in the growth direction Film is grown multiwall carbon nanotubes exhibit metallic properties extending in the channel width direction as the growth starting point is to form an electric field relaxation electrodes.

ここで、図2乃至図4を参照して、本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETの製造工程を説明する。
図2参照
まず、サファイア基板11上に、レジストパターンをマスクとしてスパッタ法により厚さが、例えば、5nmのAl膜13及び厚さが、例えば、1nmの触媒作用を有するFe膜14を順次堆積させたのちレジストパターンを除去することによってソース電極12とする。
Here, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 4, the manufacturing process of carbon nanotube FET of Example 1 of this invention is demonstrated.
See Figure 2
First, an Al film 13 having a thickness of, for example, 5 nm and an Fe film 14 having a thickness of, for example, 1 nm having a catalytic action are sequentially deposited on the sapphire substrate 11 by a sputtering method using a resist pattern as a mask. The source electrode 12 is formed by removing the pattern.

次いで、再び、レジストパターンをマスクとしてスパッタ法により厚さが、例えば、6nmのAl膜をソース電極12と例えば5μmの間隙をあけて対向するように堆積させたのちレジストパターンを除去することによってドレイン電極15とする。   Next, an Al film having a thickness of, for example, 6 nm is deposited again by sputtering using the resist pattern as a mask so as to face the source electrode 12 with a gap of, for example, 5 μm, and the drain is removed by removing the resist pattern. The electrode 15 is used.

図3参照
次いで、プラズマCVD法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてArガスもしくは水素ガスを用い、ソース電極12−ドレイン電極15間に直流電界を印加した状態で、例えば、100Paの圧力において、600℃の成長温度で、RFパワーを印加することによってカーボンナノチューブ16を形成する。
この場合、図示は省略しているが、実際には、ソース電極12の上面全体からドレイン電極15に向かってカーボンナノチューブ16が成長している。
See Figure 3
Next, using plasma CVD, acetylene gas is used as a process gas, Ar gas or hydrogen gas is used as a carrier gas, and a DC electric field is applied between the source electrode 12 and the drain electrode 15, for example, 100 Pa The carbon nanotubes 16 are formed by applying RF power at a growth temperature of 600 ° C. under pressure.
In this case, although not shown, the carbon nanotubes 16 actually grow from the entire upper surface of the source electrode 12 toward the drain electrode 15.

この時、例えば、600℃の成長温度においてソース電極12の表面を構成するFe膜14は温度の影響により粒子状になるが、この粒子の径は下地のAlとの濡れ性を反映して小径となるので、成長するカーボンナノチューブ16は半導体的性質を有する単層カーボンナノチューブとなるので、チャネルを構成することになる。   At this time, for example, the Fe film 14 constituting the surface of the source electrode 12 at a growth temperature of 600 ° C. becomes particulate due to the influence of the temperature. The diameter of the particle reflects the wettability with the underlying Al. Thus, the growing carbon nanotubes 16 become single-walled carbon nanotubes having semiconducting properties, and thus constitute a channel.

また、成長状態において、ソース電極12−ドレイン電極15間に直流電界を印加しているので、カーボンナノチューブ16はソース電極12上のFe膜14を成長起点としてドレイン電極15に向かって成長し、ドレイン電極15に充分達した時点で成長を終了する。
因に、成長時間は、例えば、40分とする。
In addition, since a DC electric field is applied between the source electrode 12 and the drain electrode 15 in the growth state, the carbon nanotubes 16 grow toward the drain electrode 15 using the Fe film 14 on the source electrode 12 as a growth starting point, and the drain The growth is terminated when the electrode 15 is sufficiently reached.
For example, the growth time is 40 minutes.

次いで、CVD法を用いて厚さが、例えば、10nmのSiO2 膜17を堆積させてカーボンナノチューブ16の間隙を埋めるとともに、カーボンナノチューブ16上に堆積した部分をゲート絶縁膜とする。 Next, a SiO 2 film 17 having a thickness of, for example, 10 nm is deposited by CVD to fill the gaps between the carbon nanotubes 16, and the portion deposited on the carbon nanotubes 16 is used as a gate insulating film.

次いで、レジストパターンをマスクとしてスパッタ法により、厚さが、例えば、10nmのTi膜19及び厚さが、例えば、100nmのPt層20を順次堆積させのちレジストパターンを除去することによってゲート電極18を形成する。   Next, the gate electrode 18 is formed by sequentially depositing a Ti film 19 having a thickness of, for example, 10 nm and a Pt layer 20 having a thickness of, for example, 100 nm by sputtering using the resist pattern as a mask, and then removing the resist pattern. Form.

次いで、100nm×100nmの開口部を有するレジストパターンをマスクとしてスパッタ法により、厚さが、例えば、5nmのTa膜22及び厚さが、例えば、1nmの触媒作用を有するFe膜23を順次堆積させたのちレジストパターンを除去することによって成長用電極21とする。   Next, a Ta film 22 having a thickness of, for example, 5 nm and an Fe film 23 having a catalytic action of, for example, 1 nm in thickness are sequentially deposited by sputtering using a resist pattern having an opening of 100 nm × 100 nm as a mask. After that, the growth pattern 21 is obtained by removing the resist pattern.

次いで、プラズマCVD法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてArガスもしくは水素ガスを用い、ゲート電極18に沿った方向に直流電界を印加した状態で、例えば、100Paの圧力において、600℃の成長温度で、RFパワーを印加することによってカーボンナノチューブからなる電界緩和用電極24を形成することによって、本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETの基本構造が完成する。   Next, using plasma CVD, acetylene gas is used as a process gas, Ar gas or hydrogen gas is used as a carrier gas, and a direct current electric field is applied in a direction along the gate electrode 18, for example, a pressure of 100 Pa Then, by applying RF power at a growth temperature of 600 ° C., the electric field relaxation electrode 24 made of carbon nanotubes is formed, thereby completing the basic structure of the carbon nanotube FET of Example 1 of the present invention.

この時、例えば、600℃の成長温度においてソース電極12の表面を構成するFe膜14は温度の影響により粒子状になるが、この粒子の径は下地のTaとの濡れ性を反映して下地がAlの場合に比べて大きな径となるので、成長するカーボンナノチューブは金属的性質を有する直径が例えば10nm程度の多層カーボンナノチューブとなる。   At this time, for example, the Fe film 14 constituting the surface of the source electrode 12 at the growth temperature of 600 ° C. becomes particulate due to the influence of temperature. The diameter of the particle reflects the wettability with the underlying Ta. Therefore, the carbon nanotubes to be grown are multi-walled carbon nanotubes having a metallic property and having a diameter of about 10 nm, for example.

また、成長状態において、ゲート電極18に沿った方向に直流電界を印加しているので、カーボンナノチューブはゲート電極18と平行方向に成長する。   In addition, since a direct current electric field is applied in a direction along the gate electrode 18 in the growth state, the carbon nanotubes grow in a direction parallel to the gate electrode 18.

図4参照
図4の上段図は本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETの概略的斜視図であり、中段図はチャネル長方向に沿った断面図であり、また、下段図はゲート−ドレイン間の電界分布図である。
本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETにおいては、中段図及び下段図に示すように、電界緩和用電極24によりゲート−ドレイン間の電界が緩和されて、耐圧が向上する。
See Figure 4
The upper diagram of FIG. 4 is a schematic perspective view of the carbon nanotube FET of Example 1 of the present invention, the middle diagram is a sectional view along the channel length direction, and the lower diagram is the electric field distribution between the gate and the drain. FIG.
In the carbon nanotube FET of Example 1 of the present invention, as shown in the middle and lower diagrams, the electric field between the gate and the drain is relaxed by the electric field relaxation electrode 24 and the breakdown voltage is improved.

また、本発明の実施例1においては、電界緩和用電極24を直径が10nm程度のカーボンナノチューブで構成しているので、電界緩和用電極−チャネル間の容量増加をほとんど招かず、ソース−ドレイン間距離短縮による高速化と電界緩和用電極24による電界緩和・高耐圧化を同時に実現できる。   In Example 1 of the present invention, since the electric field relaxation electrode 24 is composed of carbon nanotubes having a diameter of about 10 nm, there is almost no increase in capacitance between the electric field relaxation electrode and the channel, and between the source and drain. High speed by shortening the distance and electric field relaxation and high breakdown voltage by the electric field relaxation electrode 24 can be realized at the same time.

また、カーボンナノチューブの直径は10nm程度と微細であることによって、ゲート−ドレイン間距離がサブミクロンオーダーの微細トランジスタ上にも電界緩和用電極を形成が容易となる。   In addition, since the diameter of the carbon nanotube is as small as about 10 nm, it is easy to form an electric field relaxation electrode on a fine transistor having a gate-drain distance of submicron order.

さらに、金属的性質を有するカーボンナノチューブは、長軸方向に非常に低抵抗であるため、細い電界緩和用電極24の場合にも高抵抗に起因する信号遅延等が生ずることがない。   Furthermore, since carbon nanotubes having metallic properties have a very low resistance in the major axis direction, even in the case of the thin electric field relaxation electrode 24, a signal delay due to the high resistance does not occur.

次に、図5を参照して、本発明の実施例2のカーボンナノチューブFETを説明するが、基本的な製造工程は上記の実施例1と同様であるので、最終的な素子構成図のみを示す。
図5参照
図5の上段図は本発明の実施例2のカーボンナノチューブFETの概略的斜視図であり、下段図はチャネル長方向に沿った断面図である。
まず、上記の実施例1と全く同様に、サファイア基板11上にAl膜13及びFe膜14からなるソース電極12を形成したのち、ソース電極12と対向するようにドレイン電極15を形成する
Next, the carbon nanotube FET of Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. 5. Since the basic manufacturing process is the same as that of Example 1, only the final device configuration diagram is shown. Show.
See Figure 5
The upper diagram of FIG. 5 is a schematic perspective view of the carbon nanotube FET of Example 2 of the present invention, and the lower diagram is a cross-sectional view along the channel length direction.
First, in the same manner as in the first embodiment, after forming the source electrode 12 composed of the Al film 13 and the Fe film 14 on the sapphire substrate 11, the drain electrode 15 is formed so as to face the source electrode 12.

次いで、ソース電極12−ドレイン電極15間に半導体的性質を有するカーボンナノチューブ16を形成してチャネルとしたのち、SiO2 膜17を堆積させてカーボンナノチューブ16の間隙を埋めるとともに、カーボンナノチューブ16上に堆積した部分をゲート絶縁膜とする。 Next, carbon nanotubes 16 having semiconducting properties are formed between the source electrode 12 and the drain electrode 15 to form channels, and an SiO 2 film 17 is deposited to fill the gaps between the carbon nanotubes 16 and on the carbon nanotubes 16. The deposited portion is used as a gate insulating film.

次いで、100nm×100nmの開口部及び1000nm×2000nmの開口部を有するレジストパターンをマスクとしてスパッタ法により、厚さが、例えば、5nmのTa膜22及び厚さが、例えば、1nmの触媒作用を有するFe膜23を順次堆積させたのちレジストパターンを除去することによって成長用電極21,25とする。   Next, a Ta film 22 having a thickness of, for example, 5 nm and a catalytic action having a thickness of, for example, 1 nm are formed by sputtering using a resist pattern having an opening of 100 nm × 100 nm and an opening of 1000 nm × 2000 nm as a mask. After sequentially depositing the Fe film 23, the resist pattern is removed to form growth electrodes 21 and 25.

次いで、プラズマCVD法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてArガスもしくは水素ガスを用い、チャネル幅に沿った方向に直流電界を印加した状態で、例えば、100Paの圧力において、600℃の成長温度で、RFパワーを印加することによってカーボンナノチューブからなる電界緩和用電極24及びゲート電極26を形成することによって、本発明の実施例2のカーボンナノチューブFETの基本構造が完成する。
なお、ここでは、図示の都合上、ゲート電極26を2本のカーボンナノチューブで形成しているが、ゲート電極26を構成するカーボンナノチューブの数は任意である。
Next, using plasma CVD, acetylene gas is used as a process gas, Ar gas or hydrogen gas is used as a carrier gas, and a DC electric field is applied in a direction along the channel width, for example, at a pressure of 100 Pa The basic structure of the carbon nanotube FET of Example 2 of the present invention is completed by forming the electric field relaxation electrode 24 and the gate electrode 26 made of carbon nanotubes by applying RF power at a growth temperature of 600 ° C. .
Here, for convenience of illustration, the gate electrode 26 is formed of two carbon nanotubes, but the number of carbon nanotubes constituting the gate electrode 26 is arbitrary.

この本発明の実施例2においては、ゲート電極26も抵抗の非常に低いカーボンナノチューブで構成しているので、ゲート抵抗低減、ゲート−ドレイン容量低減、ゲート−ソース容量低減を同時に実現することでき、このカーボンナノチューブFETを増幅器に用いることによって低ノイズ化、高利得化が可能になる。   In the second embodiment of the present invention, since the gate electrode 26 is also composed of carbon nanotubes having a very low resistance, it is possible to simultaneously realize a reduction in gate resistance, a reduction in gate-drain capacitance, and a reduction in gate-source capacitance, By using this carbon nanotube FET for an amplifier, it is possible to reduce noise and increase gain.

次に、図6を参照して、本発明の実施例3のカーボンナノチューブFETを説明するが、基本的な製造工程は上記の実施例1と同様であるので、最終的な素子構成図のみを示す。
図6参照
図6の上段図は本発明の実施例3のカーボンナノチューブFETの概略的斜視図であり、下段図はチャネル長方向に沿った断面図である。
まず、100nm×100nmの開口部及び1000nm×2000nmの開口部を有するレジストパターンをマスクとしてスパッタ法により、サファイア基板11上に厚さが、例えば、5nmのTa膜29及び厚さが、例えば、1nmの触媒作用を有するFe膜30を順次堆積させたのちレジストパターンを除去することによって成長用電極27,28とする。
Next, a carbon nanotube FET of Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 6. Since the basic manufacturing process is the same as that of Example 1, only the final device configuration diagram is shown. Show.
See FIG.
The upper part of FIG. 6 is a schematic perspective view of the carbon nanotube FET of Example 3 of the present invention, and the lower part is a cross-sectional view along the channel length direction.
First, a Ta film 29 having a thickness of, for example, 5 nm and a thickness of, for example, 1 nm are formed on the sapphire substrate 11 by sputtering using a resist pattern having an opening of 100 nm × 100 nm and an opening of 1000 nm × 2000 nm as a mask. After sequentially depositing the Fe film 30 having the catalytic action, the resist pattern is removed to form the growth electrodes 27 and 28.

次いで、プラズマCVD法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてArガスもしくは水素ガスを用い、チャネル幅に沿った方向に直流電界を印加した状態で、例えば、100Paの圧力において、600℃の成長温度で、RFパワーを印加することによって成長用電極27,28を成長起点として金属性カーボンナノチューブからなるゲート電極31及び電界緩和用電極32を形成する。   Next, using plasma CVD, acetylene gas is used as a process gas, Ar gas or hydrogen gas is used as a carrier gas, and a DC electric field is applied in a direction along the channel width, for example, at a pressure of 100 Pa By applying RF power at a growth temperature of 600 ° C., the gate electrode 31 made of metallic carbon nanotubes and the electric field relaxation electrode 32 are formed using the growth electrodes 27 and 28 as growth starting points.

次いで、SiO2 膜33を堆積させてからなるゲート電極31及び電界緩和用電極32の間隙及びその周辺部を埋めるとともに、ゲート電極31上に堆積した部分をゲート絶縁膜とする。 Next, the gap between the gate electrode 31 and the electric field relaxation electrode 32 formed by depositing the SiO 2 film 33 and the periphery thereof are filled, and the portion deposited on the gate electrode 31 is used as a gate insulating film.

次いで、SiO2 膜33上にAl膜35及びFe膜36からなるソース電極34を形成したのち、ソース電極34と対向するようにドレイン電極37を形成する Next, after forming the source electrode 34 composed of the Al film 35 and the Fe film 36 on the SiO 2 film 33, the drain electrode 37 is formed so as to face the source electrode 34.

次いで、ソース電極34−ドレイン電極37間に半導体的性質を有するカーボンナノチューブ38を形成してチャネルとしたのち、SiO2 膜39を堆積させてカーボンナノチューブ38の間隙を埋めることによって、本発明の実施例3のカーボンナノチューブFETの基本構造が完成する。 Next, after forming a carbon nanotube 38 having semiconductor properties between the source electrode 34 and the drain electrode 37 to form a channel, an SiO 2 film 39 is deposited to fill the gap between the carbon nanotubes 38. The basic structure of the carbon nanotube FET of Example 3 is completed.

この本発明の実施例3においては、ゲート電極及び電界緩和用電極として金属的性質を有するカーボンナノチューブを用い、且つ、チャネルとして半導体的性質を有するカーボンナノチューブを用いることによって、高耐圧の埋め込みゲート構造のFETを再現性良く構成することができる。   In the third embodiment of the present invention, a carbon nanotube having metallic properties is used as the gate electrode and the electric field relaxation electrode, and a carbon nanotube having semiconductor properties is used as the channel, thereby providing a high breakdown voltage buried gate structure. The FET can be configured with good reproducibility.

次に、図7を参照して、本発明の実施例4の高耐圧MESFETを説明する。
図7参照
まず、半絶縁性GaAs基板41上に、MBE法を用いてi型GaAs動作層41及びn+ 型GaAs層を順次成長させたのち、n+ 型GaAs層をパターニングすることによって、ソースコンタクト領域43及びドレインコンタクト領域44を形成する。
Next, with reference to FIG. 7, the high voltage | pressure-resistant MESFET of Example 4 of this invention is demonstrated.
See FIG.
First, after sequentially growing an i-type GaAs operation layer 41 and an n + -type GaAs layer on the semi-insulating GaAs substrate 41 by using the MBE method, the source contact region 43 is formed by patterning the n + -type GaAs layer. The drain contact region 44 is formed.

次いで、プラズマCVD法を用いて全面に厚さが、例えば、0.4μmのSiO2 膜45を形成したのち、ゲートコンタクト用開口部を設け、次いで、Wシリサイド層47及びAu層48を順次堆積させたのち、イオンミリングを施すことによって積層膜をパターニングしてゲート電極46を形成する。 Next, a SiO 2 film 45 having a thickness of, for example, 0.4 μm is formed on the entire surface by plasma CVD, and then an opening for gate contact is provided, and then a W silicide layer 47 and an Au layer 48 are sequentially deposited. After that, the gate electrode 46 is formed by patterning the laminated film by ion milling.

次いで、ゲート電極46のドレインコンタクト領域44側の近傍に100nm×100nmの開口部を有するレジストパターンをマスクとしてスパッタ法により、厚さが、例えば、5nmのTa膜50及び厚さが、例えば、1nmの触媒作用を有するFe膜51を順次堆積させたのちレジストパターンを除去することによって成長用電極49とする。   Next, a Ta film 50 having a thickness of, for example, 5 nm and a thickness of, for example, 1 nm are formed by sputtering using a resist pattern having an opening of 100 nm × 100 nm in the vicinity of the drain contact region 44 side of the gate electrode 46 as a mask. After sequentially depositing the Fe film 51 having the catalytic action, the resist pattern is removed to obtain the growth electrode 49.

次いで、プラズマCVD法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてArガスもしくは水素ガスを用い、ゲート電極46に沿った方向に直流電界を印加した状態で、例えば、100Paの圧力において、600℃の成長温度で、RFパワーを印加することによって金属的性質を有する多層カーボンナノチューブからなる電界緩和用電極52を形成することによって、本発明の実施例4の高耐圧MESFETの基本構成が完成する。   Next, using plasma CVD, acetylene gas is used as a process gas, Ar gas or hydrogen gas is used as a carrier gas, and a DC electric field is applied in a direction along the gate electrode 46, for example, a pressure of 100 Pa In FIG. 5, the basic structure of the high voltage MESFET of Example 4 of the present invention is formed by forming the electric field relaxation electrode 52 made of multi-walled carbon nanotubes having metallic properties by applying RF power at a growth temperature of 600 ° C. Is completed.

このように、電界緩和用電極として小径のカーボンナノチューブを用いることによって、単結晶半導体層をチャネルにしたMESFETにおいても高速化と高耐圧化の両立が可能になる。   Thus, by using a small-diameter carbon nanotube as the electric field relaxation electrode, both high speed and high breakdown voltage can be achieved even in a MESFET using a single crystal semiconductor layer as a channel.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、カーボンナノチューブの成長に要する原料ガスはアセチレンガスに限られるものではなく、メタンやエチレン等の炭化水素ガス或いはメタノール等のアルコールガスを用いても良いものであり、成長方法についてもCVD法に限られるものではなく、アーク放電法或いはレーザアブレーション法等の他の成長方法を用いても良いものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various modifications can be made. For example, it is necessary for the growth of carbon nanotubes. The source gas is not limited to acetylene gas, and hydrocarbon gas such as methane or ethylene or alcohol gas such as methanol may be used, and the growth method is not limited to the CVD method, but arc discharge. Alternatively, other growth methods such as a laser ablation method may be used.

また、上記の実施例においては、触媒として下地によって成長するカーボンナノチューブの導電特性を制御できるFeを用いているが、Feに限られるものではなく、Co,Ni,Pt,Rh、或いは、これらの触媒1種類以上とTi,Mo,Al,Taなど1種以上との合金を用いても良く、また、触媒の形状も薄膜に限られるものではなく、微分型静電分級器などにより直径制御された微粒子を用いても良いものであり、その場合には、金属性カーボンナノチューブと半導体性カーボンナノチューブを成長する工程でそれぞれに好適な原料ガス、成長温度、下地金属等の成長条件を採用すれば良い。   In the above embodiment, Fe that can control the conductive properties of the carbon nanotubes grown on the substrate is used as a catalyst. However, the present invention is not limited to Fe, and Co, Ni, Pt, Rh, An alloy of one or more types of catalyst and one or more types of Ti, Mo, Al, Ta, etc. may be used. The shape of the catalyst is not limited to a thin film, and the diameter is controlled by a differential electrostatic classifier or the like. In such a case, if the growth conditions such as the source gas, the growth temperature, and the underlying metal are suitable for the process of growing the metallic carbon nanotube and the semiconducting carbon nanotube, good.

また、上記の実施例1乃至実施例3においては、基板としてサファイアを用いているが、サファイア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に耐えられる絶縁性基板であれば良く、例えば、パイレック(登録商標名)等の耐熱性ガラスを用いても良く、或いは、シリコン基板等の表面にSiO2 膜等の絶縁膜を設けた基板を用いても良いものである。 In the above-described Examples 1 to 3, sapphire is used as the substrate. However, the substrate is not limited to sapphire, and any insulating substrate that can withstand the growth temperature of carbon nanotubes may be used. A heat-resistant glass such as (registered trademark) may be used, or a substrate in which an insulating film such as a SiO 2 film is provided on the surface of a silicon substrate or the like may be used.

また、上記の実施例3においては、ゲート電極と電界緩和用電極の両方を埋込構造としているが、何方か一方のみを埋め込に構造とし、他方を表面側に設けても良いものである。   In the third embodiment, both the gate electrode and the electric field relaxation electrode have a buried structure, but only one of them may be buried and the other may be provided on the surface side. .

また、上記の実施例1及び実施例2においては、ゲート電極と電界緩和用電極を同じ高さに設けているが、例えば、絶縁膜のうちゲート絶縁膜となる領域を軽くエッチングして凹部を形成し、この凹部にゲート電極を設けて、パッシベーション膜となる絶縁膜の他の領域の膜厚を厚くし、ゲート電極がチャネルに与える電界と、電界緩和用電極がチャネルに与える電界の影響を異なるようにしても良いものである。   In the first and second embodiments, the gate electrode and the electric field relaxation electrode are provided at the same height. For example, the region of the insulating film that becomes the gate insulating film is lightly etched to form the recess. The gate electrode is formed in this recess, and the thickness of the other region of the insulating film to be the passivation film is increased, and the influence of the electric field applied to the channel by the gate electrode and the electric field applied to the channel by the electric field relaxation electrode is affected. It may be different.

また、上記の実施例2及び実施例3においては、チャネルとゲート電極及び電界緩和用電極とを別工程で形成しているが一度の成長工程で形成しても良いものである。
この場合、チャネルを成長させるためのソース電極の下地となるAl膜と、ゲート電極及び電界緩和用電極の成長起点となる成長用電極の下地となるTa膜の厚さにカーボンナノチューブの直径程度の差を設けて各カーボンナノチューブが空間を介して交差するように成長すれば良い。
In the second and third embodiments, the channel, the gate electrode, and the electric field relaxation electrode are formed in separate steps, but may be formed in a single growth step.
In this case, the thickness of the Al film that is the base of the source electrode for growing the channel and the thickness of the Ta film that is the base of the growth electrode that is the growth starting point of the gate electrode and the electric field relaxation electrode is about the diameter of the carbon nanotube. What is necessary is just to grow so that a difference may be provided and each carbon nanotube may cross | intersect through space.

なお、この場合、カーボンナノチューブの成長方向を制御するために、成長時にソース−ドレイン間を結ぶ線に対して45°等の斜め方向から電界を印加することが望ましい。 また、カーボンナノチューブの成長後にSOG(Spin On Glass)をスピンコートして、チャネルとゲート電極及び電界緩和用電極との間にゲート絶縁膜を形成するとともに、カーボンナノチューブ間の空間を充填すれば良い。   In this case, in order to control the growth direction of the carbon nanotubes, it is desirable to apply an electric field from an oblique direction such as 45 ° with respect to a line connecting the source and drain during growth. Further, SOG (Spin On Glass) may be spin-coated after the growth of the carbon nanotubes to form a gate insulating film between the channel, the gate electrode, and the electric field relaxation electrode, and fill the space between the carbon nanotubes. .

また、実施例4においては、基本構造をGaAs等の化合物半導体としているが、化合物半導体に限られるものではなく、シリコン基板或いはシリコン基板上に設けたSiGe層を能動領域とするMOSFETにも適用されるものであり、MOSFETの場合にはゲート電極としても金属性カーボンナノチューブを採用しても良いものである。   In Example 4, the basic structure is a compound semiconductor such as GaAs. However, the basic structure is not limited to a compound semiconductor, but is applied to a MOSFET having a silicon substrate or a SiGe layer provided on the silicon substrate as an active region. In the case of a MOSFET, metallic carbon nanotubes may be employed as the gate electrode.

ここで再び図1を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図1参照
(付記1)ゲート電極6とドレイン電極(3)との間隔がサブミクロンオーダーの電界効果型トランジスタのゲート−ドレイン間に金属的性質を示すカーボンナノチューブからなる電界緩和用電極8を設けたことを特徴とする電界効果型トランジスタ。
(付記2)前記ゲート電極6が、金属的性質を示すカーボンナノチューブからなることを特徴とする付記1記載の電界効果型トランジスタ。
(付記3)前記ゲート電極6と前記電界緩和用電極8の少なくとも一方が、基板1とチャネル4との間に埋め込まれた埋込構造であることを特徴とする付記1または付記2に記載の電界効果型トランジスタ。
(付記4)前記金属的性質を示すカーボンナノチューブの成長起点として、Ta膜上にFe膜を設けたFe/Ta積層薄膜7を用いたことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の電界効果型トランジスタ。
(付記5)チャネル4が半導体的性質を示すカーボンナノチューブからなることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の電界効果型トランジスタ。
(付記6)前記半導体的性質を示すカーボンナノチューブの成長起点として、Al膜上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜を用いたことを特徴とする付記5記載の電界効果型トランジスタ。
(付記7)チャネル4が単結晶半導体からなることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の電界効果型トランジスタ。
(付記8)絶縁性の基板1上にAl膜上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜からなる触媒作用を有する第1の電極2を設けるとともに、前記第1の電極2に間隔を隔てて対向する触媒作用を有さない第2の電極3を設け、前記第1の電極2を成長起点として前記第2の電極3に達する半導体的性質を示すカーボンナノチューブを成長させてチャネル4とする工程、前記チャネル4上にゲート絶縁膜5を堆積する工程、前記ゲート絶縁膜5上に第1の電極2或いは第2の電極3のうちのドレイン電極となる一方の電極との間隔がサブミクロンオーダーとなる位置にゲート電極6を形成する工程、及び、前記第1の電極2或いは第2の電極3のうちのドレイン電極となる一方の電極と前記ゲート電極6との間の端部にTa膜上にFe膜を設けたFe/Ta積層薄膜7を設け、前記Fe/Ta積層薄膜7を成長起点としてチャネル4幅方向に延在する金属的性質を示すカーボンナノチューブを成長させて電界緩和用電極8を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
(付記9)前記ゲート電極6の形成工程において、チャネル4端部にTa膜上にFe膜を設けたゲート電極成長用Fe/Ta積層薄膜を設け、前記電界緩和用電極8の形成工程と同時に前記ゲート電極成長用Fe/Ta積層薄膜を成長起点としてチャネル4幅方向に延在する金属的性質を示すカーボンナノチューブを成長させてゲート電極6とすることを特徴とする付記8記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
(付記10)絶縁性の基板1上にAl膜上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜からなる触媒作用を有する第1の電極2を設けるとともに、前記第1の電極2に間隔を隔てて対向する触媒作用を有さない第2の電極3を設ける工程と、前記絶縁性の基板1上に第1の開口部と前記第1の開口部より大きく且つ第1の電極2或いは第2の電極3のうちのドレイン電極となる一方の電極との間隔がサブミクロンオーダーとなる位置に第2の開口部を有するレジストパターンをマスクとして触媒作用を有するFe/Ta積層薄膜を堆積させて前記第1の開口部に第3の電極を形成するとともに、前記第2の開口部に第4の電極を形成する工程と、前記第1の電極2を成長起点として前記第2の電極3に達する半導体的性質を示すチャネルとなるカーボンナノチューブ、前記第3の電極を成長起点としてチャネル幅方向に延在する金属的性質を示す電界緩和用電極8となるカーボンナノチューブ、及び、前記第4の電極を成長起点としてチャネル幅方向に延在する金属的性質を示すゲート電極6となるカーボンナノチューブを一度の成長で形成する工程と、前記チャネル、ゲート電極6、電界緩和用電極8上及び前記チャネルとゲート電極6間、前記チャネルと電界緩和用電極8間に絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
The detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG. 1 again.
Again see Figure 1
(Additional remark 1) The electric field relaxation electrode 8 which consists of a carbon nanotube which shows a metallic property was provided between the gate-drain of the field effect transistor whose space | interval of the gate electrode 6 and the drain electrode (3) is a submicron order. A characteristic field-effect transistor.
(Supplementary note 2) The field effect transistor according to supplementary note 1 , wherein the gate electrode 6 is made of carbon nanotubes exhibiting metallic properties.
(Supplementary Note 3) at least one of the gate electrode 6 and the field relaxation electrodes 8, according to Appendix 1 or Appendix 2, characterized in that a buried structure embedded between the substrate 1 and the channel 4 Field effect transistor.
As (Supplementary Note 4) growth origin of the carbon nanotubes showing the metallic properties, to any one of Appendices 1 to Appendix 3, characterized in that using the Fe / Ta laminated film 7 having a Fe film on the Ta film The field effect transistor described.
(Supplementary note 5) The field effect transistor according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the channel 4 is made of a carbon nanotube exhibiting semiconducting properties.
(Supplementary Note 6) as a growth starting point of carbon nanotubes showing the semiconductor property, the field-effect transistor according to Note 5, characterized in that using the Fe / Al laminated film in which a Fe film on the Al film.
(Supplementary note 7) The field effect transistor according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the channel 4 is made of a single crystal semiconductor.
(Additional remark 8) While providing the 1st electrode 2 which has the catalytic action which consists of an Fe / Al laminated thin film which provided the Fe film | membrane on the Al film | membrane on the insulating board | substrate 1, the said 1st electrode 2 is spaced apart from the said 1st electrode 2. The second electrode 3 having no opposing catalytic action is provided, and a carbon nanotube exhibiting semiconducting properties reaching the second electrode 3 is grown from the first electrode 2 as a growth starting point to form a channel 4. A step of depositing a gate insulating film 5 on the channel 4, and a distance between the first electrode 2 or one of the second electrodes 3 serving as a drain electrode on the gate insulating film 5 is submicron. A step of forming the gate electrode 6 at the position to be ordered, and Ta at one end of the first electrode 2 or the second electrode 3 between the one electrode serving as the drain electrode and the gate electrode 6. Fe film was provided on the film a step of providing an electric field relaxation electrode 8 by providing an e / Ta multilayer thin film 7 and growing carbon nanotubes having metallic properties extending in the width direction of the channel 4 using the Fe / Ta multilayer thin film 7 as a growth start A method of manufacturing a field effect transistor.
In (Supplementary Note 9) the step of forming the gate electrode 6, the channel 4 an end provided with a gate electrode growth for Fe / Ta laminated film having a Fe film on the Ta film, and the step of forming the field relaxation electrode 8 at the same time 9. The field effect according to appendix 8 , wherein a carbon nanotube exhibiting metallic properties extending in the width direction of the channel 4 is grown from the Fe / Ta laminated thin film for gate electrode growth as a growth starting point to form a gate electrode 6. Type transistor manufacturing method.
(Additional remark 10) While providing the 1st electrode 2 which has the catalytic action which consists of a Fe / Al laminated thin film which provided Fe film | membrane on the Al film | membrane on the insulating board | substrate 1, the said 1st electrode 2 is spaced apart from the said 1st electrode 2. And providing a second electrode 3 having no opposing catalytic action, a first opening on the insulating substrate 1 and larger than the first opening and the first electrode 2 or the second electrode. The Fe / Ta laminated thin film having a catalytic action is deposited by using a resist pattern having a second opening as a mask at a position where the distance from one of the electrodes 3 serving as the drain electrode is in the submicron order. Forming a third electrode in the first opening, forming a fourth electrode in the second opening, and reaching the second electrode 3 using the first electrode 2 as a growth starting point; A car that is a channel that exhibits semiconducting properties Nanotubes, carbon nanotubes serving as electric field relaxation electrodes 8 exhibiting metallic properties extending in the channel width direction from the third electrode as a growth starting point, and extending in the channel width direction from the fourth electrode as a growth starting point A step of forming a carbon nanotube to be a gate electrode 6 exhibiting existing metallic properties by a single growth, the channel, the gate electrode 6, the electric field relaxation electrode 8 and between the channel and the gate electrode 6, and the channel and the electric field. A method of manufacturing a field effect transistor, comprising a step of forming an insulating film between the relaxation electrodes 8.

本発明の活用例としては、高周波回路用トランジスタ及びその製造方法が典型的なものであるが、高周波回路用に限られるものではなく、また、製造方法としては、触媒となるFeの下地をAlとTaとした成長用電極を選択的に設けることによって、半導体性カーボンナノチューブと金属性カーボンナノチューブとを任意の位置に同時に成長させることも可能になる。   As an application example of the present invention, a transistor for a high-frequency circuit and a manufacturing method thereof are typical, but it is not limited to a high-frequency circuit, and as a manufacturing method, an Fe base serving as a catalyst is made of Al. By selectively providing growth electrodes made of Si and Ta, it becomes possible to simultaneously grow semiconducting carbon nanotubes and metallic carbon nanotubes at arbitrary positions.

本発明の原理的構成の説明図である。It is explanatory drawing of the fundamental structure of this invention. 本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETの途中までの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process to the middle of carbon nanotube FET of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETの図2以降の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process after FIG. 2 of carbon nanotube FET of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のカーボンナノチューブFETの説明図である。It is explanatory drawing of carbon nanotube FET of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2のカーボンナノチューブFETの説明図である。It is explanatory drawing of carbon nanotube FET of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3のカーボンナノチューブFETの説明図である。It is explanatory drawing of carbon nanotube FET of Example 3 of this invention. 本発明の実施例4の高耐圧MESFETの説明図である。It is explanatory drawing of the high voltage | pressure-resistant MESFET of Example 4 of this invention. 従来のカーボンナノチューブFETの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional carbon nanotube FET. 従来の高耐圧型カーボンナノチューブFETの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional high voltage | pressure-resistant carbon nanotube FET.

1 基板
2 第1の電極
3 第2の電極
4 チャネル
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 Fe/Ta積層薄膜
8 電界緩和用電極
11 サファイア基板
12 ソース電極
13 Al膜
14 Fe膜
15 ドレイン電極
16 カーボンナノチューブ
17 SiO2
18 ゲート電極
19 Ti膜
20 Pt層
21 成長用電極
22 Ta膜
23 Fe膜
24 電界緩和用電極
25 成長用電極
26 ゲート電極
27 成長用電極
28 成長用電極
29 Ta膜
30 Fe膜
31 ゲート電極
32 電界緩和用電極
33 SiO2
34 ソース電極
35 Al膜
36 Fe膜
37 ドレイン電極
38 カーボンナノチューブ
39 SiO2
41 半絶縁性GaAs基板
42 i型GaAs動作層
43 ソースコンタクト領域
44 ドレインコンタクト領域
45 SiO2
46 ゲート電極
47 Wシリサイド層
48 Au層
49 成長用電極
50 Ta膜
51 Fe膜
52 電界緩和用電極
61 サファイア基板
62 ソース電極
63 ドレイン電極
64 カーボンナノチューブ
65 SiO2
66 ゲート電極
67 電界緩和用電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 First electrode 3 Second electrode 4 Channel 5 Gate insulating film 6 Gate electrode 7 Fe / Ta laminated thin film 8 Electric field relaxation electrode 11 Sapphire substrate 12 Source electrode 13 Al film 14 Fe film 15 Drain electrode 16 Carbon nanotube 17 SiO 2 film 18 Gate electrode 19 Ti film 20 Pt layer 21 Growth electrode 22 Ta film 23 Fe film 24 Electric field relaxation electrode 25 Growth electrode 26 Gate electrode 27 Growth electrode 28 Growth electrode 29 Ta film 30 Fe film 31 Gate electrode 32 Electric field relaxation electrode 33 SiO 2 film 34 Source electrode 35 Al film 36 Fe film 37 Drain electrode 38 Carbon nanotube 39 SiO 2 film 41 Semi-insulating GaAs substrate 42 i-type GaAs operation layer 43 Source contact region 44 Drain contact region 45 SiO 2 film 46 Gate electrode 47 W silissa Id layer 48 Au layer 49 Growth electrode 50 Ta film 51 Fe film 52 Electric field relaxation electrode 61 Sapphire substrate 62 Source electrode 63 Drain electrode 64 Carbon nanotube 65 SiO 2 film 66 Gate electrode 67 Electric field relaxation electrode

Claims (5)

ゲート電極とドレイン電極との間隔がサブミクロンオーダーの電界効果型トランジスタのゲート−ドレイン間に金属的性質を示すカーボンナノチューブからなる電界緩和用電極を設けたことを特徴とする電界効果型トランジスタ。 A field effect transistor comprising a field relaxation electrode made of carbon nanotubes exhibiting metallic properties between a gate and a drain of a field effect transistor having a distance between a gate electrode and a drain electrode of submicron order . 前記ゲート電極が、金属的性質を示すカーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項1記載の電界効果型トランジスタ。 2. The field effect transistor according to claim 1 , wherein the gate electrode is made of carbon nanotubes exhibiting metallic properties. 前記ゲート電極と前記電界緩和用電極の少なくとも一方が、基板とチャネルとの間に埋め込まれた埋込構造であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電界効果型トランジスタ。 Wherein at least one of the gate electrode and the electric field relaxation electrodes, field-effect transistor according to claim 1 or claim 2, characterized in that a buried structure embedded between the substrate and the channel. チャネルが半導体的性質を示すカーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the channel consists of carbon nanotubes having semiconductor properties. 絶縁性の基板上にAl膜上にFe膜を設けたFe/Al積層薄膜からなる触媒作用を有する第1の電極を設けるとともに、前記第1の電極に間隔を隔てて対向する触媒作用を有さない第2の電極を設け、前記第1の電極を成長起点として前記第2の電極に達する半導体的性質を示すカーボンナノチューブを成長させてチャネルとする工程、前記チャネル上にゲート絶縁膜を堆積する工程、前記ゲート絶縁膜上に前記第1の電極或いは第2の電極のうちのドレイン電極となる一方の電極との間隔がサブミクロンオーダーとなる位置にゲート電極を形成する工程、及び、前記第1の電極或いは第2の電極のうちのドレイン電極となる一方の電極と前記ゲート電極との間の端部にTa膜上にFe膜を設けたFe/Ta積層薄膜を設け、前記Fe/Ta積層薄膜を成長起点としてチャネル幅方向に延在する金属的性質を示すカーボンナノチューブを成長させて電界緩和用電極を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。 A first electrode having a catalytic action composed of an Fe / Al laminated thin film in which an Fe film is provided on an Al film is provided on an insulating substrate, and has a catalytic action facing the first electrode with an interval. A step of providing a second electrode not to be grown and growing a carbon nanotube exhibiting semiconducting properties reaching the second electrode with the first electrode as a growth starting point to form a channel; A step of forming a gate electrode on the gate insulating film at a position where an interval between the first electrode or the second electrode serving as a drain electrode of the first electrode or the second electrode is on the order of submicron , and An Fe / Ta laminated thin film in which an Fe film is provided on a Ta film is provided at an end portion between one electrode serving as a drain electrode of the first electrode or the second electrode and the gate electrode, and the Fe / Ta T FET manufacturing method of a transistor characterized by having a step of carbon nanotubes exhibit metallic properties extending in the channel width direction of the laminated film as the growth starting point is grown to form an electric field relaxation electrodes.
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