JP5483062B2 - カーボンナノチューブ製造用基材の製造方法、カーボンナノチューブの製造方法、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
カーボンナノチューブ製造用基材の製造方法、カーボンナノチューブの製造方法、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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しかし、(5)の発明によれば、触媒元素のイオンを注入する第1エネルギー以上である第2エネルギーでイオンを注入するので、絶縁膜内に留まる非晶質の触媒元素集合体が界面へと移動して結晶化し、触媒元素を含む成長核を形成することができる。
そこで、(6)の発明によれば、第2エネルギーを、任意元素のイオン濃度のピークが基板中になるエネルギーにしたので、非晶質の触媒元素集合体が界面へ効率的に移動する。これにより、触媒元素を含む成長核をより多く形成することができる。
前記絶縁膜が除去され、露出した状態の前記成長核に対し炭素含有ガスを供給することで、前記成長核上に筒状の炭素構造体を成長させる成長工程を有するカーボンナノチューブの製造方法。
前記カーボンナノチューブの両端に位置するソース及びドレインと、を備える(9)記載の半導体装置。
前記絶縁膜が除去され、露出した状態の前記成長核に対し炭素含有ガスを供給することで、前記成長核上に筒状の炭素構造体を成長させてカーボンナノチューブを製造する工程と、
前記基板の表面をN型又はP型の半導体膜に変化させて、ソース又はドレインを形成する工程と、
前記カーボンナノチューブの束の側面をゲート絶縁膜で包囲する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
まず、単結晶Siからなる基板の表面に、ドライ酸化法(酸化時間60分、酸素流量3.0L/min、酸化温度900℃)を用いて、SiO2からなる絶縁膜を形成した。この基板及び絶縁膜の複合体を切断し、触媒形成用の基材として用いた。
加速エネルギー36keV、ドース量5×1015ions/cm2の条件で、35nm厚さのSiO2膜/Si単結晶基板にイオン注入を行った点を除き、参考例1と同様の手順で、カーボンナノチューブ製造用基材を製造した。なお、加速エネルギー36keVは、絶縁膜のSiO2密度を2.21g/cm3、Siの密度を2.32g/cm3と仮定し、ソフトウェア「SRIM2008」を用いて、Fe原子の分布ピークが基板と絶縁膜との界面に位置するよう、算出したものである。このカーボンナノチューブ製造用基材を、表面に垂直に切断し、絶縁膜の表面近傍の切断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果を図7に示す。図7(B)は(A)の界面近傍(左側部分)の拡大図であり、(C)は(B)の界面近傍に形成されたクラスターの拡大図である。
加速エネルギーを42keVとして43nm厚さのSiO2膜/Si単結晶基板にイオン注入し、その間の基板温度を300℃とした点を除き、実施例1と同様の手順でカーボンナノチューブ製造用基材を製造した。なお、加速エネルギー42keVは、上記と同様の手順でFe原子の分布ピークが基板と絶縁膜との界面に位置するよう算出したものである。このカーボンナノチューブ製造用基材を、表面に垂直に切断し、絶縁膜の表面近傍の切断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果を図8に示す。図8(B)は(A)の界面近傍の拡大図であり、径が2nm程度でほぼ観測限界に近いことから視認しづらいものの、クラスターが界面に形成されている。
参考例1で製造したカーボンナノチューブ製造用基材に対し、加速エネルギー400keV、基板温度1000℃の条件でArイオン(任意元素のイオンの一例)を3×1015/cm2のドース量でイオン注入する(照射増速拡散工程)ことで、カーボンナノチューブ製造用基材を製造した。このカーボンナノチューブ製造用基材を、表面に垂直に切断し、絶縁膜の表面近傍の切断面を透過型電子顕微鏡で観察した。図10(B)は(A)の界面近傍の拡大図であり、(C)は(B)のクラスターの拡大図である。
21,21’,51 基板
23,53 半導体膜
25 絶縁膜
27 成長核
30’ 炭素構造体
30 チャネル
40 ゲート
41 ゲート絶縁膜
43 ゲート電極
50 ドレイン
Claims (13)
- 表面に絶縁膜が位置し且つ所定の結晶方位を有する基板に対し、この基板を200℃以上1000℃以下の所定温度に調節した状態にて、触媒元素のイオンを注入することで、前記触媒元素を含む結晶化した成長核を、前記基板と前記絶縁膜との界面に形成させる成長核形成工程を有する、カーボンナノチューブ製造用基材の製造方法。
- 前記基板は第14族元素を含み、前記触媒元素は前記基板を構成する元素と同一である請求項1記載の製造方法。
- 前記触媒元素は、Siである請求項1又は2記載の製造方法。
- 前記成長核形成工程は、前記触媒元素のイオンを注入するエネルギーを、前記触媒元素の分布のピークが前記基板と前記絶縁膜との界面に理論的に位置するよう調節する工程を有する請求項1から3いずれか記載の製造方法。
- 前記成長核形成工程は、任意元素のイオンを、前記触媒元素のイオンを注入する第1エネルギー以上である第2エネルギーで注入する照射増速拡散工程と、を有する請求項1から4いずれか記載の製造方法。
- 前記第2エネルギーは、前記任意元素のイオン濃度のピークが前記基板中になるエネルギーである請求項5記載の製造方法。
- 請求項1から6いずれか記載の製造方法で製造されたカーボンナノチューブ製造用基材を用い、
前記絶縁膜が除去され、露出した状態の前記成長核に対し炭素含有ガスを供給することで、前記成長核上に筒状の炭素構造体を成長させる成長工程を有するカーボンナノチューブの製造方法。 - 前記炭素構造体の成長は、前記炭素含有ガスを用いた化学気相成長法により行う請求項6記載の製造方法。
- 請求項7又は8記載の製造方法で製造されるカーボンナノチューブの束を備える半導体装置。
- 前記カーボンナノチューブの束で構成されるチャネルの側面を包囲するゲート絶縁膜と、
前記カーボンナノチューブの両端に位置するソース及びドレインと、を備える請求項9記載の半導体装置。 - 請求項1から6いずれか記載の製造方法で製造されたカーボンナノチューブ製造用基材を用い、
前記絶縁膜が除去され、露出した状態の前記成長核に対し炭素含有ガスを供給することで、前記成長核上に筒状の炭素構造体を成長させてカーボンナノチューブを製造する工程と、
前記基板の表面をN型又はP型の半導体膜に変化させて、ソース又はドレインを形成する工程と、
前記カーボンナノチューブの束の側面をゲート絶縁膜で包囲する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブを製造する工程は、前記ソース又はドレインを形成する工程よりも前に行う請求項11記載の製造方法。
- 前記ソース又はドレインを形成する工程は、前記カーボンナノチューブを製造する工程よりも前に行う請求項11記載の製造方法。
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