JP6493003B2 - Electronic device and method of manufacturing electronic device - Google Patents

Electronic device and method of manufacturing electronic device

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本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an electronic device and a method of manufacturing the electronic device.

遷移金属ダイカルコゲナイド(Transition Metal DiChalcogenide;TMDC)は、モリブデン(Mo)やタングステン(W)等の遷移金属原子Tに対して硫黄(S)やセレン(Se)等のカルコゲン原子Xが上下に結合した、化学式TX2で表される層状化合物である。 A transition metal dichalcogenide (TMDC) has chalcogen atoms X such as sulfur (S) and selenium (Se) bonded vertically to transition metal atoms T such as molybdenum (Mo) and tungsten (W) a layered compound of formula TX 2.

遷移金属ダイカルコゲナイドが有する機械的及び電気的な特性を利用し、遷移金属ダイカルコゲナイドを、電子装置に含まれる電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor;FET)に用いる技術等が知られている。   Techniques etc. which use transition metal dichalcogenide for the field effect transistor (Field Effect Transistor; FET) contained in an electronic device using the mechanical and electrical property which transition metal dichalcogenide has, etc. are known.

特表2007−506286号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-506286

遷移金属ダイカルコゲナイドを用いる電子装置では、遷移金属ダイカルコゲナイドへの電流供給或いは遷移金属ダイカルコゲナイドからの電流取り出しのための電極として、金属が当該遷移金属ダイカルコゲナイドに接続される場合がある。この場合、電極金属と遷移金属ダイカルコゲナイドとの間の接触抵抗が大きいと、遷移金属ダイカルコゲナイドの電気的な特性を活かした電子装置を得ることができないことが起こり得る。   In an electronic device using transition metal dichalcogenide, a metal may be connected to the transition metal dichalcogenide as an electrode for supplying current to the transition metal dichalcogenide or extracting current from the transition metal dichalcogenide. In this case, when the contact resistance between the electrode metal and the transition metal dichalcogenide is large, it may not be possible to obtain an electronic device utilizing the electrical characteristics of the transition metal dichalcogenide.

本発明の一観点によれば、カルコゲン原子によって終端する第1面を有する遷移金属ダイカルコゲナイドであって、前記第1面の第1部分及び第2部分の各々において少なくとも1つの遷移金属原子が露出する遷移金属ダイカルコゲナイドと、前記第1部分に接続された第1金属と、前記第2部分に接続された第2金属とを含む電子装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a transition metal dichalcogenide having a first surface terminated by a chalcogen atom, wherein at least one transition metal atom is exposed in each of the first portion and the second portion of the first surface. a transition metal dichalcogenides you, the first metal connected to the first portion, an electronic device and a second metal connected to said second portion is provided.

また、本発明の一観点によれば、カルコゲン原子によって終端する第1面を有する遷移金属ダイカルコゲナイドであって、前記第1面の第1部分及び第2部分の各々において少なくとも1つの遷移金属原子が露出する遷移金属ダイカルコゲナイドを形成する工程と、前記第1部分に第1金属を接続する工程と、前記第2部分に第2金属を接続する工程とを含む電子装置の製造方法が提供される。 Further, according to an aspect of the present invention, there is provided a transition metal dichalcogenide having a first surface terminated by a chalcogen atom, wherein at least one transition metal atom is formed in each of the first portion and the second portion of the first surface. a step but to form a transition metal dichalcogenides you exposed, said a step of connecting the first metal to the first portion, a method of manufacturing an electronic device including the step of connecting the second metal on the second portion Provided.

開示の技術によれば、遷移金属ダイカルコゲナイドとそれに接続される金属との間の接触抵抗の増大を抑えた電子装置を実現することが可能になる。   According to the disclosed technology, it is possible to realize an electronic device in which an increase in contact resistance between a transition metal dichalcogenide and a metal connected thereto is suppressed.

遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)の構造の説明図である。It is explanatory drawing of the structure of transition metal dichalcogenide (TMDC). TMDCを用いたトランジスタの第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the transistor which used TMDC. TMDCを用いたトランジスタの第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the transistor which used TMDC. TMDCと電極との接続部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the connection part of TMDC and an electrode. TMDCと電極との接続部の第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the connection part of TMDC and an electrode. トランジスタモデルについてシミュレーションにより電流値の比較を行った結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having compared the current value by simulation about a transistor model. TMDCと電極との接続部の第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the connection part of TMDC and an electrode. TMDCの遷移金属原子を露出させる手法の一例の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of an example of the method of exposing the transition metal atom of TMDC. TMDCの遷移金属原子を露出させる手法の一例の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of an example of the method of exposing the transition metal atom of TMDC. TMDCの遷移金属原子を露出させる手法の別例の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of another example of the method of exposing the transition metal atom of TMDC. TMDCの遷移金属原子を露出させる手法の別例の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of another example of the method of exposing the transition metal atom of TMDC. 開口部を有するTMDCを用いたトランジスタの構成例を示す図(その1)である。FIG. 18 is a first diagram illustrating a configuration example of a transistor using TMDC having an opening portion. 開口部を有するTMDCを用いたトランジスタの構成例を示す図(その2)である。FIG. 18 is a second example of a configuration example of a transistor using TMDC having an opening portion. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その3)である。It is explanatory drawing (the 3) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その4)である。It is explanatory drawing (the 4) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その5)である。It is explanatory drawing (the 5) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その6)である。It is explanatory drawing (the 6) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その7)である。It is explanatory drawing (the 7) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の一例の説明図(その8)である。It is explanatory drawing (the 8) of an example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の別例の説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) of another example of the transistor formation method. トランジスタ形成方法の別例の説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) of another example of the transistor formation method. TMDCを用いた導体部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conductor part using TMDC.

図1は遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)の構造の説明図である。図1(A)には、単層のTMDCの要部断面模式図を示し、図1(B)には、単層のTMDCの要部平面模式図を示している。図1(A)及び図1(B)の点線で囲んだ領域は、周期的に繰り返される単位セル構造である。   FIG. 1 is an explanatory view of the structure of transition metal dichalcogenide (TMDC). FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of a main part of a single layer of TMDC, and FIG. 1B shows a schematic plan view of a main part of a single-layer TMDC. Regions surrounded by dotted lines in FIGS. 1A and 1B are unit cell structures that are periodically repeated.

TMDCは、遷移金属原子Tの上下にカルコゲン原子Xが結合した、化学式TX2で表される単位セル構造を有する層状化合物である。遷移金属原子Tは、モリブデン、タングステン等であり、カルコゲン原子Xは、硫黄、セレン、テルル(Te)等である。単層のTMDCは、図1(A)に示すように、断面視で、遷移金属原子Tの層の上下をカルコゲン原子Xの層が挟む、3原子層の構造を有する。また、単層のTMDCは、図1(B)に示すように、平面視で、グラフェン等と同様に、原子が蜂の巣状(六角格子状)に並んだ構造を有する。 TMDC is a layered compound having a unit cell structure represented by a chemical formula TX 2 in which a chalcogen atom X is bonded to the upper and lower sides of a transition metal atom T. The transition metal atom T is molybdenum, tungsten or the like, and the chalcogen atom X is sulfur, selenium, tellurium (Te) or the like. As shown in FIG. 1A, the single-layer TMDC has a triatomic layer structure in which the layer of chalcogen atoms X sandwiches the top and bottom of the layer of transition metal atoms T in a cross-sectional view. In addition, as illustrated in FIG. 1B, the single layer TMDC has a structure in which atoms are arranged in a honeycomb shape (hexagonal lattice shape) in plan view, like graphene and the like.

TMDCは、フレキシブルであるという特性や、透明であるという特性を有する。また、TMDCは、遷移金属原子Tがモリブデン、タングステンといった6族元素である場合、単層においてシリコン(Si)と同程度のバンドギャップ、例えば単層において1eV〜2eVの直接遷移型のバンドギャップを示すという特性を有する。例えば、このような特性を有するTMDCが、半導体装置、電子装置に利用される。   TMDC has a characteristic of being flexible and a characteristic of being transparent. In addition, TMDC has a band gap similar to that of silicon (Si) in a single layer, for example, a direct transition band gap of 1 eV to 2 eV in a single layer, when the transition metal atom T is a group 6 element such as molybdenum or tungsten. It has the characteristic of showing. For example, TMDC having such characteristics is used for semiconductor devices and electronic devices.

一例として、単層のTMDCをトランジスタのチャネルの材料に用いた例を、図2及び図3に示す。
図2はTMDCを用いたトランジスタの第1の例を示す図である。図2には、第1の例に係るトランジスタの要部斜視模式図を示している。
As an example, an example in which a single layer of TMDC is used for the material of the channel of the transistor is shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is a diagram showing a first example of a transistor using TMDC. FIG. 2 is a schematic perspective view of the relevant part of the transistor according to the first example.

図2に示すトランジスタ10は、基板11、絶縁膜12、TMDC13、ソース電極14a、ドレイン電極14b、ゲート絶縁膜15及びゲート電極16を有する。
基板11には、各種基板を用いることができる。絶縁膜12には、各種絶縁材料を用いることができ、例えば、酸化シリコン(SiO2)が用いられる。このような絶縁膜12上に、チャネルとなる単層のTMDC13が設けられる。
The transistor 10 illustrated in FIG. 2 includes a substrate 11, an insulating film 12, a TMDC 13, a source electrode 14 a, a drain electrode 14 b, a gate insulating film 15, and a gate electrode 16.
Various substrates can be used as the substrate 11. Various insulating materials can be used for the insulating film 12, and, for example, silicon oxide (SiO 2 ) is used. A single layer TMDC 13 to be a channel is provided on such an insulating film 12.

TMDC13には、例えば、二硫化モリブデン(MoS2)が用いられる。この場合、単層のTMDC13は、例えば、二硫化モリブデンのバルク単結晶から粘着テープによって剥離する方法により得られた単層の二硫化モリブデンを、絶縁膜12上に転写することで、設けられる。 For example, molybdenum disulfide (MoS 2 ) is used for the TMDC 13. In this case, the single-layer TMDC 13 is provided, for example, by transferring the single-layer molybdenum disulfide obtained by a method of peeling from a bulk single crystal of molybdenum disulfide with an adhesive tape onto the insulating film 12.

トランジスタ10では、絶縁膜12上に設けられたTMDC13の一方向の両端部(各々、終端部及び終端部から内側の領域)である端部13a及び端部13bの上にそれぞれ、ソース電極14a及びドレイン電極14bが設けられる。ソース電極14a及びドレイン電極14bには、モリブデン、タングステン、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、銅(Cu)、銀(Ag)、白金(Pt)、金(Au)等の金属が用いられる。   In the transistor 10, the source electrode 14a and the end 13b which are both ends (regions inside the end and end respectively) of the TMDC 13 provided on the insulating film 12 in one direction are respectively the source electrode 14a and the end 13b. A drain electrode 14b is provided. For the source electrode 14a and the drain electrode 14b, molybdenum, tungsten, titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd), aluminum (Al), indium (In), copper (Cu), silver A metal such as (Ag), platinum (Pt) or gold (Au) is used.

このようなソース電極14aとドレイン電極14bとの間のTMDC13上に、ゲート絶縁膜15を介してゲート電極16が設けられる。
図2に示すトランジスタ10は、所謂トップゲート型のトランジスタである。トランジスタ10では、ゲート電極16の電位が制御されることで、TMDC13を用いたチャネルのオン、オフの状態が制御される。
The gate electrode 16 is provided on the TMDC 13 between the source electrode 14 a and the drain electrode 14 b as described above via the gate insulating film 15.
The transistor 10 shown in FIG. 2 is a so-called top gate type transistor. In the transistor 10, the potential of the gate electrode 16 is controlled to control the on / off state of the channel using the TMDC 13.

また、図3はTMDCを用いたトランジスタの第2の例を示す図である。図3には、第2の例に係るトランジスタの要部斜視模式図を示している。
図3に示すトランジスタ20は、基板21、絶縁膜22、TMDC23、ソース電極24a及びドレイン電極24bを有する。
FIG. 3 is a diagram showing a second example of a transistor using TMDC. FIG. 3 is a schematic perspective view of the relevant part of the transistor according to the second example.
A transistor 20 illustrated in FIG. 3 includes a substrate 21, an insulating film 22, TMDC 23, a source electrode 24a, and a drain electrode 24b.

基板21には、導電性を有する基板が用いられ、例えば、所定導電型の不純物元素を添加したシリコン基板等の半導体基板が用いられる。絶縁膜22には、各種絶縁材料を用いることができ、例えば、酸化シリコンが用いられる。このような絶縁膜22上に、チャネルとなる単層のTMDC23、例えば二硫化モリブデンが、上記同様、転写等の方法を用いて設けられる。   As the substrate 21, a substrate having conductivity is used, and for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate to which an impurity element of a predetermined conductivity type is added is used. Various insulating materials can be used for the insulating film 22, and, for example, silicon oxide is used. A single-layer TMDC 23 to be a channel, for example, molybdenum disulfide, is provided on such an insulating film 22 using a method such as transfer as described above.

トランジスタ20では、絶縁膜22上に設けられたTMDC23の一方向の両端部(各々、終端部及び終端部から内側の領域)である端部23a及び端部23bの上にそれぞれ、ソース電極24a及びドレイン電極24bが設けられる。ソース電極24a及びドレイン電極24bには、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、パラジウム、アルミニウム、インジウム、銅、銀、白金、金等の金属が用いられる。   In the transistor 20, the source electrode 24a and the end 23b, which are both ends (regions inside the end and end, respectively) of TMDC 23 provided on the insulating film 22 in one direction, respectively, the source electrode 24a and the end 23b. A drain electrode 24b is provided. For the source electrode 24a and the drain electrode 24b, metals such as molybdenum, tungsten, titanium, cobalt, nickel, palladium, aluminum, indium, copper, silver, platinum, gold and the like are used.

図3に示すトランジスタ20は、所謂バックゲート型のトランジスタである。トランジスタ20では、導電性の基板21がゲート電極として機能し、基板21の電位が制御されることで、TMDC23を用いたチャネルのオン、オフの状態が制御される。   The transistor 20 shown in FIG. 3 is a so-called back gate type transistor. In the transistor 20, the conductive substrate 21 functions as a gate electrode, and the potential of the substrate 21 is controlled, whereby the on / off state of the channel using the TMDC 23 is controlled.

TMDCを用い、例えば、上記の図2や図3に例示するような構成を有するトランジスタを得ることができる。
尚、トランジスタのチャネルにTMDCを用いる場合、ソース電極及びドレイン電極として機能する電極は、TMDCの上層側に限らず、TMDCの下層側に設けることもできる。
For example, a transistor having a configuration as illustrated in FIGS. 2 and 3 described above can be obtained using TMDC.
Note that in the case where TMDC is used for the channel of the transistor, electrodes functioning as a source electrode and a drain electrode are not limited to the upper layer side of TMDC, and can be provided on the lower layer side of TMDC.

ここで、TMDCと電極との接続について述べる。
図4はTMDCと電極との接続部の一例を示す図である。図4には、単層のTMDCと電極との接続部の一例を模式的に示している。
Here, the connection between the TMDC and the electrode will be described.
FIG. 4 is a view showing an example of a connection portion between the TMDC and the electrode. FIG. 4 schematically shows an example of a connection portion between a single layer of TMDC and an electrode.

図4には、接続部の一例として、単層のTMDC2の一部2a(図4に点線枠で図示)と、そこに積層される金属の電極3との接続部(積層部)1Bの要部断面模式図を示している。   In FIG. 4, as an example of the connection portion, a portion of a connection portion (lamination portion) 1B between a part 2a (shown by a dotted line frame in FIG. 4) of a single layer TMDC 2 and a metal electrode 3 stacked there The partial cross section schematic diagram is shown.

接続部1BのTMDC2には、二硫化モリブデン、二セレン化タングステン等が用いられる。TMDC2は、モリブデンやタングステン等の遷移金属原子Tと、その上下に結合する硫黄やセレン等のカルコゲン原子Xとを含む単位セル構造を有する。   Molybdenum disulfide, tungsten diselenide or the like is used for the TMDC 2 of the connection portion 1B. The TMDC 2 has a unit cell structure including a transition metal atom T such as molybdenum or tungsten and a chalcogen atom X such as sulfur or selenium bonded to the upper and lower sides thereof.

接続部1Bの電極3には、モリブデン、タングステン、チタン、パラジウム等の金属が用いられる。電極3は、多数の金属原子Mが互いに金属結合された結晶構造を有する。
単層のTMDC2をチャネルに用いたトランジスタにおいては、TMDC2の両端部に、金属の電極3が積層され、それらに流される電流のオン、オフが、TMDC2に対向して配置されるゲート電極(図4では図示せず)によって制御される。
For the electrode 3 of the connection part 1B, a metal such as molybdenum, tungsten, titanium, palladium or the like is used. The electrode 3 has a crystal structure in which a large number of metal atoms M are metallurgically bonded to each other.
In a transistor using a single layer of TMDC2 as a channel, metal electrodes 3 are stacked on both ends of TMDC2, and the on / off of the current supplied to them is placed opposite to TMDC2 as a gate electrode (see FIG. No. 4 is controlled by (not shown).

単層のTMDC2と、金属の電極3との接続(積層)においては、通常の半導体と金属との接続界面と同様にショットキー障壁が存在し、このショットキー障壁が接触抵抗(Rc)を増大させる一因となる。また、TMDC2と電極3との接続界面にトンネル障壁5(図4に鎖線で図示)ができ、それらの接触抵抗を増大させる。   In the connection (lamination) of single-layer TMDC 2 and metal electrode 3, a Schottky barrier is present as in the case of a normal semiconductor-metal connection interface, and this Schottky barrier increases the contact resistance (Rc). It contributes to In addition, a tunnel barrier 5 (shown by a dashed line in FIG. 4) is formed at the connection interface between the TMDC 2 and the electrode 3 to increase their contact resistance.

TMDC2をチャネルに用いたトランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極となる金属の電極3と、チャネルとなる単層のTMDC2との間の接触抵抗が高いと、その高い接触抵抗によってトランジスタ特性が律速され得る。金属の電極3と、チャネルとなるTMDC2との間の接触抵抗が増大すると、TMDC2の特性を活かした、トランジスタの高速化、低消費電力化が難しくなる。   In a transistor using TMDC2 as the channel, if the contact resistance between metal electrode 3 serving as the source electrode and drain electrode and TMDC2 serving as the channel is high, the high contact resistance can limit the transistor characteristics. . When the contact resistance between the metal electrode 3 and the TMDC 2 serving as the channel increases, it is difficult to achieve high speed and low power consumption of the transistor by utilizing the characteristics of the TMDC 2.

一方、TMDC2と電極3の材料の組み合わせによっては、それらの接触抵抗の増大を抑えることが可能になる場合がある。
例えば、TMDC2として二硫化モリブデンを用い、電極3としてモリブデンやチタンを用いた場合には、TMDC2と電極3との間でオーミック接合が実現され得る。このほか、TMDC2として二セレン化タングステン(WSe2)を用い、電極3としてタングステンやパラジウムを用いた場合も同様に、TMDC2と電極3との間でオーミック接合が実現され得る。このようにTMDC2と電極3の材料の組み合わせによってオーミック接合を実現し、それらの接触抵抗の増大を抑えることができる場合もある。
On the other hand, depending on the combination of the TMDC 2 and the material of the electrode 3, it may be possible to suppress the increase in the contact resistance thereof.
For example, when molybdenum disulfide is used as TMDC 2 and molybdenum or titanium is used as the electrode 3, an ohmic junction can be realized between the TMDC 2 and the electrode 3. In addition, also in the case where tungsten diselenide (WSe 2 ) is used as TMDC 2 and tungsten or palladium is used as the electrode 3, an ohmic junction can be similarly realized between the TMDC 2 and the electrode 3. As described above, the combination of the material of the TMDC 2 and the material of the electrode 3 may realize an ohmic junction and may suppress an increase in the contact resistance thereof.

しかし、接触抵抗の増大が抑えられる材料の組み合わせが限定的で、TMDC2に用いることのできる材料の種類、電極3に用いることのできる材料の種類が、少数に限定される。   However, the combination of materials that can suppress the increase in contact resistance is limited, and the types of materials that can be used for TMDC 2 and the types of materials that can be used for electrode 3 are limited.

例えば、この図4のような接続部1Bを、上記のトランジスタ10,20(図2,図3)に採用した場合には、前述のように、その高速化、低消費電力化が難しくなってしまう。また、TMDC13,23並びにソース電極14a,24a及びドレイン電極14b,24bの材料の組み合わせが限定的となってしまう。   For example, when the connection portion 1B as shown in FIG. 4 is adopted for the transistors 10 and 20 (FIG. 2, FIG. 3), as described above, it is difficult to achieve high speed and low power consumption. I will. In addition, the combination of the materials of the TMDCs 13 and 23 and the source electrodes 14a and 24a and the drain electrodes 14b and 24b is limited.

このような点に鑑み、ここでは、次の図5に示すような手法を採用する。
図5はTMDCと電極との接続部の第1の例を示す図である。図5には、単層のTMDCと電極との接続部の一例を模式的に示している。
In view of such a point, here, a method as shown in the following FIG. 5 is adopted.
FIG. 5 is a view showing a first example of the connection portion between the TMDC and the electrode. In FIG. 5, an example of the connection part of TMDC of a single layer and an electrode is shown typically.

図5には、接続部の第1の例として、単層のTMDC2の一部2a(図5に点線枠で図示)と、そこに積層される金属の電極3との接続部(積層部)1Aの要部断面模式図を示している。   In FIG. 5, as a first example of the connection portion, a connection portion (laminated portion) between a part 2a of a single layer TMDC 2 (shown by a dotted frame in FIG. 5) and a metal electrode 3 stacked there The principal part cross section schematic diagram of 1A is shown.

図5に示す接続部1AのTMDC2及び電極3には、上記図4に示した接続部1BのTMDC2及び電極3と同様の材料が用いられる。
接続部1AのTMDC2には、二硫化モリブデン、二セレン化タングステン等が用いられる。TMDC2は、モリブデンやタングステン等の遷移金属原子Tと、その上下に結合する硫黄やセレン等のカルコゲン原子Xとを含む単位セル構造を有する。
For the TMDC 2 and the electrode 3 of the connection portion 1A shown in FIG. 5, the same material as the TMDC 2 and the electrode 3 of the connection portion 1B shown in FIG. 4 is used.
Molybdenum disulfide, tungsten diselenide or the like is used for the TMDC 2 of the connection portion 1A. The TMDC 2 has a unit cell structure including a transition metal atom T such as molybdenum or tungsten and a chalcogen atom X such as sulfur or selenium bonded to the upper and lower sides thereof.

接続部1Aの電極3には、各種金属、例えば、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、パラジウム、アルミニウム、インジウム、銅、銀、白金若しくは金、又はこれらのうちの2種以上を含む金属が用いられる。電極3は、多数の金属原子Mが互いに金属結合された結晶構造を有する。   Various metals such as molybdenum, tungsten, titanium, cobalt, nickel, palladium, aluminum, indium, copper, silver, platinum or gold, or a metal containing two or more of these metals are used for the electrode 3 of the connection portion 1A. Used. The electrode 3 has a crystal structure in which a large number of metal atoms M are metallurgically bonded to each other.

図5に示す接続部1Aでは、TMDC2の一部2aにおいて、少なくとも1つの遷移金属原子Tが、部分的にカルコゲン原子Xと結合されないことで露出し、当該一部2aの、遷移金属原子Tが露出する側に、金属の電極3が積層される。図5には、TMDC2の、部分的にカルコゲン原子Xと結合されないことで露出する遷移金属原子Tとして、2つの遷移金属原子T1を例示している。   In the connection portion 1A shown in FIG. 5, at least one transition metal atom T is exposed by being partially not bonded to the chalcogen atom X in the portion 2a of the TMDC 2, and the transition metal atom T of the portion 2a is exposed. A metal electrode 3 is stacked on the exposed side. FIG. 5 exemplifies two transition metal atoms T1 as the transition metal atoms T exposed by the partial non-bonding with the chalcogen atom X of TMDC2.

図5に示す接続部1Aでは、このように遷移金属原子T1が露出するTMDC2の一部2aに金属の電極3が積層され、TMDC2の露出する遷移金属原子T1と、当該一部2aに積層される電極3の金属原子Mとの間に、金属−金属結合4が形成される。これにより、TMDC2と電極3との間でオーミック接合が実現され、それらの接触抵抗の増大が抑えられる。   In the connecting portion 1A shown in FIG. 5, the metal electrode 3 is stacked on the portion 2a of TMDC 2 where the transition metal atom T1 is exposed as described above, and the transition metal atom T1 where TMDC 2 is exposed and the portion 2a are stacked. A metal-metal bond 4 is formed between the metal 3 and the metal atom M of the electrode 3. Thereby, an ohmic junction is realized between the TMDC 2 and the electrode 3, and an increase in their contact resistance is suppressed.

このように、TMDC2の、電極3と接続される一部2aにおいて、少なくとも1つの遷移金属原子T1を露出させ、その遷移金属原子T1と、電極3の金属原子Mとの間に、金属−金属結合4を形成する。TMDC2の遷移金属原子T1と、電極3の金属原子Mとの間に、金属−金属結合4を形成することで、TMDC2と電極3との間の接触抵抗の増大を抑える。   Thus, at least one transition metal atom T1 is exposed in the portion 2a of the TMDC 2 connected to the electrode 3, and between the transition metal atom T1 and the metal atom M of the electrode 3, metal-metal The bond 4 is formed. By forming the metal-metal bond 4 between the transition metal atom T1 of TMDC 2 and the metal atom M of the electrode 3, the increase in contact resistance between the TMDC 2 and the electrode 3 is suppressed.

例えば、この図5のような接続部1Aを、上記のトランジスタ10,20(図2,図3)に採用すれば、TMDC13,23と、ソース電極14a,24a及びドレイン電極14b,24bとの接触抵抗の増大抑制により、高速化、低消費電力化が可能になる。また、TMDC13,23並びにソース電極14a,24a及びドレイン電極14b,24bの材料の組み合わせが限定的となるのを抑えることが可能になる。   For example, if the connection portion 1A as shown in FIG. 5 is employed for the transistors 10 and 20 (FIG. 2 and FIG. 3), the contact between the TMDCs 13 and 23 and the source electrodes 14a and 24a and the drain electrodes 14b and 24b By suppressing the increase in resistance, high speed and low power consumption can be achieved. In addition, it is possible to suppress the limitation of the combination of the materials of the TMDCs 13 and 23 and the source electrodes 14a and 24a and the drain electrodes 14b and 24b.

ここで、この図5に示したような接続部1Aの構造を採用したトランジスタモデルAと、上記図4に示したような接続部1Bの構造を採用したトランジスタモデルBについて、シミュレーションにより電流値の比較を行った結果の一例を、図6に示す。   Here, the transistor model A adopting the structure of the connecting portion 1A as shown in FIG. 5 and the transistor model B adopting the structure of the connecting portion 1B as shown in FIG. An example of the comparison result is shown in FIG.

図6のシミュレーションに用いたトランジスタモデルAは、図5の接続部1Aのような、TMDC2と、その遷移金属原子Tを露出させた両端部上にそれぞれ接続された金属の電極3とを含む。トランジスタモデルBは、図4の接続部1Bのような、TMDC2と、その遷移金属原子Tを露出させていない(即ちカルコゲン原子Xが露出する)両端部上にそれぞれ接続された金属の電極3とを含む。   The transistor model A used in the simulation of FIG. 6 includes the TMDC 2 and the metal electrode 3 connected to both ends where the transition metal atoms T are exposed, such as the connection portion 1A of FIG. The transistor model B includes the TMDC 2 and the metal electrode 3 connected to both ends of the transition metal atom T not exposed (that is, the chalcogen atom X is exposed) such as the connection portion 1B of FIG. including.

このようなトランジスタモデルA及びトランジスタモデルBの、各TMDC2の両端部上の電極3間にバイアスを印加した時に流れる電流を、シミュレーションによって見積もる。図6において、横軸はバイアス[V]を表し、縦軸は電流比IA/IB[−]を表す。電流比IA/IBは、バイアス印加時にトランジスタモデルAで得られる電流値IAと、トランジスタモデルBで得られる電流値IBとの比である。 The current flowing when a bias is applied between the electrodes 3 on both ends of each of the TMDCs 2 of the transistor model A and the transistor model B is estimated by simulation. In FIG. 6, the horizontal axis represents bias [V], and the vertical axis represents current ratio I A / I B [-]. The current ratio I A / I B is the ratio of the current value I A obtained by the transistor model A when a bias is applied to the current value I B obtained by the transistor model B.

図6より、印加されるバイアスが0.1V以上の範囲で、トランジスタモデルAでは、トランジスタモデルBの8倍〜20倍程度の電流値が得られる。即ち、TMDC2の遷移金属原子Tが露出する部分に金属の電極3を接続する構造(図5)では、遷移金属原子Tが露出しない部分に電極3を接続する構造(図4)に比べて、接触抵抗が1/8〜1/20程度に低減される。   As shown in FIG. 6, in the transistor model A, a current value about 8 to 20 times that of the transistor model B can be obtained when the applied bias is in the range of 0.1 V or more. That is, in the structure where the metal electrode 3 is connected to the portion where the transition metal atom T of TMDC 2 is exposed (FIG. 5), compared to the structure where the electrode 3 is connected to the portion where the transition metal atom T is not exposed (FIG. 4) The contact resistance is reduced to about 1/8 to 1/20.

上記図5に示したような、TMDC2の遷移金属原子Tと、電極3の金属原子Mとの間に、金属−金属結合4を形成する手法によれば、オーミック接合を実現し、接触抵抗の増大を効果的に抑えることが可能になる。   According to the method of forming the metal-metal bond 4 between the transition metal atom T of TMDC 2 and the metal atom M of the electrode 3 as shown in FIG. 5 above, an ohmic junction is realized, and a contact resistance of It is possible to effectively suppress the increase.

更に、この手法では、金属−金属結合4を形成してオーミック接合を実現するため、TMDC2と電極3の材料が、特定の組み合わせに限定されず、TMDC2と電極3の双方に、様々な材料を用いることが可能になる。   Furthermore, in this method, the material of TMDC 2 and electrode 3 is not limited to a specific combination, in order to form a metal-metal bond 4 to realize an ohmic junction, and various materials can be used for both TMDC 2 and electrode 3. It becomes possible to use.

ところで、TMDCの遷移金属原子を露出させる手法としては、例えば、TMDCの、遷移金属原子層を挟むカルコゲン原子層の、金属電極が接続される面側のカルコゲン原子層に含まれる、少なくとも1つのカルコゲン原子を除去する手法がある。これは即ち、上記図5に示したような手法である。   By the way, as a method for exposing the transition metal atom of TMDC, for example, at least one chalcogen contained in the chalcogen atom layer on the surface side to which the metal electrode of the chalcogen atom layer sandwiching the transition metal atom layer of TMDC is connected. There is a method to remove atoms. This is the method as shown in FIG. 5 above.

このほか、TMDCの遷移金属原子を露出させる手法としては、例えば、TMDCの、金属電極が接続される部分に、少なくとも1つの開口部を設ける手法がある。このような手法について、次の図7を参照して説明する。   In addition, as a method of exposing the transition metal atom of TMDC, there is, for example, a method of providing at least one opening in a portion of the TMDC to which a metal electrode is connected. Such a method is described with reference to FIG. 7 below.

図7はTMDCと電極との接続部の第2の例を示す図である。図7には、単層のTMDCと電極との接続部の一例を模式的に示している。
図7には、接続部の第2の例として、単層のTMDC2の一部2a(図7に点線枠で図示)と、そこに積層される金属の電極3との接続部(積層部)1Cの要部断面模式図を示している。この図7に示す接続部1CのTMDC2及び電極3には、上記図5に示した接続部1AのTMDC2及び電極3と同様の材料が用いられる。
FIG. 7 is a view showing a second example of the connection portion between the TMDC and the electrode. FIG. 7 schematically shows an example of a connection portion between a single layer of TMDC and an electrode.
In FIG. 7, as a second example of the connection portion, a connection portion (laminated portion) between a part 2a (shown by a dotted line frame in FIG. 7) of a single layer TMDC 2 and a metal electrode 3 stacked there The principal part cross section schematic diagram of 1C is shown. For the TMDC 2 and the electrode 3 of the connection portion 1C shown in FIG. 7, the same material as the TMDC 2 and the electrode 3 of the connection portion 1A shown in FIG. 5 is used.

図7の例では、TMDC2の一部2aに開口部2bが設けられる。このような開口部2bが設けられることで、TMDC2の一部2aには、その開口部2bのエッジに、遷移金属原子Tが露出するようになる。尚、便宜上、図7では、露出する遷移金属原子Tを、遷移金属原子T1としている。開口部2bが設けられ、遷移金属原子T1が露出するTMDC2の一部2aに、金属の電極3が積層される。   In the example of FIG. 7, the opening 2 b is provided in the part 2 a of the TMDC 2. By providing such an opening 2 b, the transition metal atom T is exposed at the edge of the opening 2 b in the portion 2 a of the TMDC 2. For convenience, in FIG. 7, the exposed transition metal atom T is a transition metal atom T1. An opening 2 b is provided, and a metal electrode 3 is stacked on a part 2 a of TMDC 2 where the transition metal atom T 1 is exposed.

図7に示す接続部1Cでは、開口部2bのエッジに露出する遷移金属原子T1と、電極3の金属原子Mとの間に、金属−金属結合4が形成される。これにより、TMDC2と電極3との間でオーミック接合が実現され、それらの接触抵抗の増大が抑えられる。   In the connecting portion 1C shown in FIG. 7, the metal-metal bond 4 is formed between the transition metal atom T1 exposed at the edge of the opening 2b and the metal atom M of the electrode 3. Thereby, an ohmic junction is realized between the TMDC 2 and the electrode 3, and an increase in their contact resistance is suppressed.

このようにTMDCに開口部を設けて遷移金属原子を露出させる手法について、更に説明する。
図8及び図9はTMDCの遷移金属原子を露出させる手法の一例の説明図である。図8には、開口部を有するTMDCの一例の要部平面模式図を示している。図9には、開口部を有するTMDCの原子配置の一例を示している。
A method of providing an opening in TMDC to expose transition metal atoms in this manner will be further described.
FIG. 8 and FIG. 9 are explanatory drawings of an example of the method of exposing the transition metal atom of TMDC. In FIG. 8, the principal part plane schematic diagram of an example of TMDC which has an opening part is shown. FIG. 9 shows an example of the atomic arrangement of TMDC having an opening.

例えば、図8に示すように、TMDC30の、金属電極が積層される一部30aに、少なくとも1つの開口部31が設けられる。図8には、TMDC30の一部30aに、複数の平面円形状の開口部31が周期的に並んで設けられた形態を示している。図9には、TMDC30の、図8のような平面円形状の一開口部31付近の、平面視の原子配置を示している。   For example, as shown in FIG. 8, at least one opening 31 is provided in the portion 30 a of the TMDC 30 where the metal electrode is stacked. FIG. 8 shows a form in which a plurality of planar circular openings 31 are periodically arranged in a part 30 a of the TMDC 30. FIG. 9 shows the atomic arrangement in plan view in the vicinity of one opening 31 of a planar circular shape as shown in FIG. 8 of the TMDC 30.

TMDC30の一部30aには、開口部31が設けられることで、当該開口部31のエッジに、遷移金属原子Tが露出するようになる。例えば、開口部31の個数、サイズ、配置により、TMDC30の一部30aに露出させる遷移金属原子Tの個数、配置を調整することができる。   By providing the opening 31 in the part 30 a of the TMDC 30, the transition metal atom T is exposed at the edge of the opening 31. For example, the number and arrangement of transition metal atoms T exposed to the portion 30 a of the TMDC 30 can be adjusted by the number, size and arrangement of the openings 31.

遷移金属原子Tを露出させたTMDC30の一部30a上に、金属電極が積層され、TMDC30の遷移金属原子Tと、金属電極の金属原子との間に、金属−金属結合が形成される。これにより、接触抵抗の増大を抑えたTMDC30と金属電極との接続構造が得られる。   A metal electrode is stacked on the portion 30a of the TMDC 30 where the transition metal atom T is exposed, and a metal-metal bond is formed between the transition metal atom T of the TMDC 30 and the metal atom of the metal electrode. Thereby, the connection structure of TMDC30 and a metal electrode which suppressed the increase in contact resistance is obtained.

図10及び図11はTMDCの遷移金属原子を露出させる手法の別例の説明図である。図10には、開口部を有するTMDCの一例の要部平面模式図を示している。図11には、開口部を有するTMDCの原子配置の一例を示している。   10 and 11 are explanatory views of another example of the method of exposing transition metal atoms of TMDC. FIG. 10 shows a schematic plan view of an essential part of an example of TMDC having an opening. FIG. 11 shows an example of the atomic arrangement of TMDC having an opening.

図10には、TMDC30の、金属電極が積層される一部30aに、複数の平面三角形状の開口部32が周期的に並んで設けられた形態を示している。図11には、TMDC30の、図10のような平面三角形状の一開口部32付近の、平面視の原子配置を示している。   FIG. 10 shows a form in which a plurality of planar triangular openings 32 are periodically arranged in a part 30 a of the TMDC 30 where metal electrodes are stacked. FIG. 11 shows the atomic arrangement in plan view in the vicinity of one opening 32 of the planar triangular shape as shown in FIG. 10 of the TMDC 30.

TMDC30の一部30aには、開口部32が設けられることで、当該開口部32のエッジに、遷移金属原子Tが露出するようになる。例えば、開口部32の個数、サイズ、配置により、TMDC30の一部30aに露出させる遷移金属原子Tの個数、配置を調整することができる。   By providing the opening 32 in the portion 30 a of the TMDC 30, the transition metal atom T is exposed at the edge of the opening 32. For example, the number and arrangement of transition metal atoms T exposed to the portion 30 a of the TMDC 30 can be adjusted by the number, size and arrangement of the openings 32.

遷移金属原子Tを露出させたTMDC30の一部30a上に、金属電極が積層され、TMDC30の遷移金属原子Tと、金属電極の金属原子との間に、金属−金属結合が形成される。これにより、接触抵抗の増大を抑えたTMDC30と金属電極との接続構造が得られる。   A metal electrode is stacked on the portion 30a of the TMDC 30 where the transition metal atom T is exposed, and a metal-metal bond is formed between the transition metal atom T of the TMDC 30 and the metal atom of the metal electrode. Thereby, the connection structure of TMDC30 and a metal electrode which suppressed the increase in contact resistance is obtained.

一例として、上記のように開口部を設けて遷移金属原子を露出させたTMDCを備えるトランジスタを、次の図12及び図13に示す。
図12及び図13は開口部を有するTMDCを用いたトランジスタの構成例を示す図である。尚、図12は開口部を有するTMDCを用いたトランジスタの一例の要部断面模式図である。図13は開口部を有するTMDCを用いたトランジスタの一例の要部平面模式図であって、TMDC及び金属電極を、TMDC側から見た時の平面模式図(L−L矢視平面模式図)である。
As an example, a transistor provided with TMDC in which an opening is provided to expose transition metal atoms as described above is shown in FIGS. 12 and 13 below.
12 and 13 are diagrams showing an example of the configuration of a transistor using TMDC having an opening. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an essential part of an example of a transistor using TMDC having an opening. FIG. 13 is a schematic plan view of an essential part of an example of a transistor using TMDC having an opening, which is a schematic plan view of TMDC and a metal electrode as viewed from the TMDC side (a schematic plan view taken along the arrow LL). It is.

図12に示すトランジスタ40は、上記図3に示したトランジスタ20と同様に、基板41上の絶縁膜42に積層されたTMDC43の、その端部43a及び端部43b上にそれぞれ、ソース電極44a及びドレイン電極44bが接続された構造を有する。   Similar to the transistor 20 shown in FIG. 3, the transistor 40 shown in FIG. 12 includes the source electrode 44a and the end portion 43b of the TMDC 43 stacked on the insulating film 42 on the substrate 41, respectively. It has a structure in which the drain electrode 44b is connected.

基板41には、導電性を有する基板が用いられ、例えば、所定導電型の不純物元素を添加したシリコン基板等の半導体基板が用いられる。絶縁膜42には、各種絶縁材料を用いることができ、例えば、酸化シリコンが用いられる。   For the substrate 41, a substrate having conductivity is used, and for example, a semiconductor substrate such as a silicon substrate to which an impurity element of a predetermined conductivity type is added is used. For the insulating film 42, various insulating materials can be used. For example, silicon oxide is used.

このような絶縁膜42上に、二硫化モリブデン等の単層のTMDC43が設けられる。TMDC43は、その端部43a及び端部43bにそれぞれ、少なくとも1つ、ここでは一例として複数の開口部43cを有する。TMDC43の開口部43cは、例えば、上記図8及び図9に示したような平面円形状の開口部(開口部31)、或いは上記図10及び図11に示したような平面三角形状の開口部(開口部32)とされる。また、TMDC43には、開口部43cとして、上記図8及び図9に示したような平面円形状の開口部(開口部31)と、上記図10及び図11に示したような平面三角形状の開口部(開口部32)とが、混在していてもよい。図12及び図13には一例として、複数の平面円形状の開口部43cを設けたTMDC43を示している。尚、開口部43cを有するTMDC43の形成方法の一例については後述する。   On such an insulating film 42, a single layer of TMDC 43 such as molybdenum disulfide is provided. The TMDC 43 has at least one, and as an example here, a plurality of openings 43c at the end 43a and the end 43b, respectively. The opening 43c of the TMDC 43 may be, for example, a flat circular opening (opening 31) as shown in FIGS. 8 and 9 above, or a flat triangular opening as shown in FIGS. 10 and 11 above. (The opening 32). Further, in the TMDC 43, as the opening 43c, the flat circular opening (opening 31) as shown in FIG. 8 and FIG. 9 and the planar triangular shape as shown in FIG. 10 and FIG. The openings (openings 32) may be mixed. FIG. 12 and FIG. 13 show, as an example, the TMDC 43 provided with a plurality of planar circular openings 43c. An example of a method of forming the TMDC 43 having the opening 43c will be described later.

TMDC43に接続されるソース電極44a及びドレイン電極44bには、各種金属、例えば、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、ニッケル、パラジウム、アルミニウム、インジウム、銅、銀、白金若しくは金、又は、これらのうちの2種以上を含む金属が用いられる。   For the source electrode 44a and the drain electrode 44b connected to the TMDC 43, various metals such as molybdenum, tungsten, titanium, cobalt, nickel, palladium, aluminum, indium, copper, silver, platinum or gold, or any of them are used. The metal containing 2 or more types is used.

トランジスタ40では、TMDC43がチャネルとして用いられ、TMDC43の、開口部43cが設けられた一方の端部43a上に、ソース電極44aが接続され、開口部43cが設けられた他方の端部43b上に、ドレイン電極44bが接続される。導電性の基板41がゲート電極として機能し、基板41の電位が制御されることで、TMDC43を用いたチャネルのオン、オフの状態が制御される。   In the transistor 40, the TMDC 43 is used as a channel, and the source electrode 44a is connected on one end 43a of the TMDC 43 provided with the opening 43c, and the other end 43b provided with the opening 43c. , And the drain electrode 44b are connected. The conductive substrate 41 functions as a gate electrode, and the potential of the substrate 41 is controlled, whereby the on / off state of the channel using the TMDC 43 is controlled.

TMDC43の端部43a及び端部43bにそれぞれ、開口部43cが設けられることで、開口部43cのエッジに露出する遷移金属原子と、ソース電極44a及びドレイン電極44bの金属原子との間に、金属−金属結合が形成される。これにより、TMDC43の一方の端部43aとソース電極44aとの間、及びTMDC43の他方の端部43bとドレイン電極44bとの間の接触抵抗の増大が抑えられた、トランジスタ40が実現される。   By providing the opening 43c at the end 43a and the end 43b of the TMDC 43, a metal is formed between the transition metal atom exposed at the edge of the opening 43c and the metal atom of the source electrode 44a and the drain electrode 44b. A metallic bond is formed. Thereby, the transistor 40 in which the increase in the contact resistance between the one end 43 a of the TMDC 43 and the source electrode 44 a and the other end 43 b of the TMDC 43 and the drain electrode 44 b is suppressed is realized.

続いて、上記のような構成を有するトランジスタの形成方法の一例について説明する。
ここでは、上記図12及び図13に示したトランジスタ40を例に、その形成方法の一例について説明する。
Subsequently, an example of a method for forming a transistor having the above configuration is described.
Here, an example of a method for forming the transistor 40 will be described by taking the transistor 40 shown in FIGS. 12 and 13 as an example.

図14〜図21はトランジスタ形成方法の一例の説明図である。以下、TMDCを用いたトランジスタの各形成工程の一例について、図14〜図21を参照して順に説明する。
図14はTMDC転写工程の一例の要部断面模式図である。
14 to 21 are explanatory diagrams of an example of a method of forming a transistor. Hereinafter, an example of each formation process of a transistor using TMDC will be described in order with reference to FIGS.
FIG. 14 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the TMDC transfer step.

まず、二硫化モリブデンのバルク単結晶からの粘着テープによる剥離の方法を用いて、単層の二硫化モリブデンを、開口部43cを形成する前のTMDC43として準備する。そして、準備したTMDC43を、図14に示すように、p+型シリコン基板等の導電性の基板41上に形成された、酸化シリコン等の絶縁膜42の上に、転写する。 First, a single layer of molybdenum disulfide is prepared as TMDC 43 before the opening 43 c is formed, using a method of peeling with a pressure-sensitive adhesive tape from a bulk single crystal of molybdenum disulfide. Then, as shown in FIG. 14, the prepared TMDC 43 is transferred onto the insulating film 42 such as silicon oxide formed on the conductive substrate 41 such as the p + -type silicon substrate.

図15はマスク形成工程の一例の要部断面模式図である。
基板41上の絶縁膜42の上に、準備したTMDC43を転写した後、図15に示すように、そのTMDC43を含む領域上に、酸化シリコン膜51、ランダム共重合体膜52、ブロック共重合体膜53を順に形成する。
FIG. 15 is a schematic sectional view of an essential part of an example of a mask forming process.
After transferring the prepared TMDC 43 onto the insulating film 42 on the substrate 41, as shown in FIG. 15, a silicon oxide film 51, a random copolymer film 52, and a block copolymer are formed on the region including the TMDC 43. The films 53 are formed in order.

酸化シリコン膜51は、TMDC43の保護膜として機能し、例えば、厚さ10nmで堆積する。
ランダム共重合体膜52には、スチレン−メタクリル酸メチルランダム共重合体(poly(styrene-random methyl methacrylate);P(S−r−MMA))を用いることができる。P(S−r−MMA)を1wt%含有するトルエン溶液を酸化シリコン膜51上にスピンコートし、170℃で72時間アニールを行うことで、P(S−r−MMA)をランダム共重合体膜52として酸化シリコン膜51上に固定する。その後、トルエンを用いて洗浄を行い、酸化シリコン膜51上に固定されていないP(S−r−MMA)を除去する。
The silicon oxide film 51 functions as a protective film of the TMDC 43, and is deposited, for example, to a thickness of 10 nm.
For the random copolymer film 52, styrene-methyl methacrylate random copolymer (poly (styrene-random methyl methacrylate); P (Sr-MMA)) can be used. A toluene solution containing 1 wt% of P (Sr-MMA) is spin-coated on the silicon oxide film 51 and annealed at 170 ° C. for 72 hours to make a random copolymer of P (Sr-MMA). The film 52 is fixed on the silicon oxide film 51. Thereafter, washing is performed using toluene to remove P (Sr-MMA) that is not fixed on the silicon oxide film 51.

ブロック共重合体膜53には、スチレン−メタクリル酸メチルブロック共重合体(poly(styrene-block methyl methacrylate);P(S−b−MMA))を用いることができる。P(S−b−MMA)を1wt%含有するトルエン溶液をランダム共重合体膜52上にスピンコートし、P(S−b−MMA)をブロック共重合体膜53としてランダム共重合体膜52上に形成する。例えば、2500rpm〜4000rpmでスピンコートし、厚さ25nm〜35nmのブロック共重合体膜53を形成する。   For the block copolymer film 53, a styrene-methyl methacrylate block copolymer (poly (styrene-block methyl methacrylate); P (S-b-MMA)) can be used. A toluene solution containing 1 wt% of P (S-b-MMA) is spin-coated on the random copolymer film 52, and the P (S-b-MMA) is used as the block copolymer film 53 as a random copolymer film 52. Form on. For example, spin coating is performed at 2500 rpm to 4000 rpm to form a block copolymer film 53 with a thickness of 25 nm to 35 nm.

図16はアニール工程の一例の要部断面模式図である。
酸化シリコン膜51、ランダム共重合体膜52及びブロック共重合体膜53の形成後、アニールを行う。アニールは、例えば、180℃で12時間の条件で行う。所定の条件でアニールを行うことで、ランダム共重合体膜52上に形成されたブロック共重合体膜53中に、厚さ方向に配向(垂直配向)する円筒状又は略円筒状のドメイン(シリンダ)53aが周期的に形成される。
FIG. 16 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the annealing process.
After the formation of the silicon oxide film 51, the random copolymer film 52 and the block copolymer film 53, annealing is performed. The annealing is performed, for example, under conditions of 180 ° C. for 12 hours. By performing annealing under predetermined conditions, cylindrical or substantially cylindrical domains (cylinders) oriented in the thickness direction (vertical orientation) in the block copolymer film 53 formed on the random copolymer film 52 ) 53a is formed periodically.

ブロック共重合体膜53をランダム共重合体膜52の上に形成しておくことで、所定の条件のアニールにより、垂直配向性の良好なシリンダ53aを含むブロック共重合体膜53を得ることができる。   By forming the block copolymer film 53 on the random copolymer film 52, it is possible to obtain the block copolymer film 53 including the cylinder 53a with good vertical orientation by annealing under predetermined conditions. it can.

シリンダ53aの配置(周期)、サイズは、ブロック共重合体膜53に用いるP(S−b−MMA)の分子量(分子鎖長)、スチレンとメタクリル酸メチルの組成比等によって調整することができる。   The arrangement (cycle) and size of the cylinder 53a can be adjusted by the molecular weight (molecular chain length) of P (S-b-MMA) used for the block copolymer film 53, the composition ratio of styrene and methyl methacrylate, etc. .

図17はマスク開口形成工程の一例の要部断面模式図である。
アニール後、シリンダ53aを含むブロック共重合体膜53に対し、紫外線を照射する。例えば、波長295nmの紫外線を30分間照射する。ブロック共重合体膜53に対し、所定の条件で紫外線を照射することで、ブロック共重合体膜53中のシリンダ53aを選択的に分解する。
FIG. 17 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the mask opening forming step.
After annealing, the block copolymer film 53 including the cylinder 53a is irradiated with ultraviolet light. For example, ultraviolet light with a wavelength of 295 nm is irradiated for 30 minutes. The cylinder 53 a in the block copolymer film 53 is selectively decomposed by irradiating the block copolymer film 53 with ultraviolet light under predetermined conditions.

次いで、紫外線の照射によって選択的に分解されたシリンダ53aを、所定の液を用いて除去する。シリンダ53aの除去に用いる液としては、例えば、酢酸、好ましくは氷酢酸を用いる。例えば、このような液に、紫外線照射後の構造体を20分間浸漬し、紫外線照射によって選択的に分解されたシリンダ53aを除去し、その後、純水を用いて洗浄する。   Then, the cylinder 53a selectively decomposed by the irradiation of ultraviolet light is removed using a predetermined liquid. As a liquid used for removing the cylinder 53a, for example, acetic acid, preferably glacial acetic acid is used. For example, the structure after ultraviolet irradiation is immersed in such a liquid for 20 minutes, and the cylinder 53a selectively decomposed by the ultraviolet irradiation is removed, and then washed using pure water.

このような紫外線照射によるシリンダ53aの分解とその除去を行うことで、図17に示すような、周期的にシリンダ状の開口部53Aaが形成されたポリスチレン膜53Aが得られる。   By performing decomposition and removal of the cylinder 53a by such ultraviolet irradiation, a polystyrene film 53A in which cylindrical opening portions 53Aa are periodically formed as shown in FIG. 17 is obtained.

この開口部53Aaを有するポリスチレン膜53Aは、続くエッチング工程(図18)におけるテンプレート(マスク)として用いられる。
図18は第1エッチング工程の一例の要部断面模式図である。
The polystyrene film 53A having the opening 53Aa is used as a template (mask) in the subsequent etching process (FIG. 18).
FIG. 18 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the first etching process.

開口部53Aaを有するポリスチレン膜53Aの形成後は、まず図18に示すように、ポリスチレン膜53A上の、トランジスタ40のチャネルの形成領域に対応する領域を覆うように、レジスト膜54を形成する。   After forming the polystyrene film 53A having the opening 53Aa, first, as shown in FIG. 18, a resist film 54 is formed on the polystyrene film 53A so as to cover the region corresponding to the channel formation region of the transistor 40.

そして、このレジスト膜54をマスクとし、開口部53Aaを有するポリスチレン膜53Aをテンプレートとして、ランダム共重合体膜52のエッチングを行う。ランダム共重合体膜52のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)で行うことができる。ランダム共重合体膜52のRIEは、例えば、10mTorr(1Torr≒133.322Pa)の圧力下において、50Wのプラズマパワーで、酸素(O2)ガスを10sccm(standard cc/min)の流量で供給しながら行う。 Then, the random copolymer film 52 is etched using the resist film 54 as a mask and the polystyrene film 53A having the opening 53Aa as a template. The etching of the random copolymer film 52 can be performed by, for example, reactive ion etching (RIE). The RIE of the random copolymer film 52 supplies oxygen (O 2 ) gas at a flow rate of 10 sccm (standard cc / min) at a plasma power of 50 W under a pressure of 10 mTorr (1 Torr ≒ 133.322 Pa), for example. While doing.

このようにしてランダム共重合体膜52のエッチングを行うことで、図18に示すように、ランダム共重合体膜52の、トランジスタ40のソース電極44a及びドレイン電極44bの形成領域に対応する領域に、開口部52aを形成する。ランダム共重合体膜52の開口部52aは、レジスト膜54で覆われていないポリスチレン膜53A下の、その開口部53Aaに対応する領域に、周期的に形成される。   By etching the random copolymer film 52 in this manner, as shown in FIG. 18, in the region of the random copolymer film 52 corresponding to the formation regions of the source electrode 44 a and the drain electrode 44 b of the transistor 40. , And the opening 52a. The opening 52a of the random copolymer film 52 is periodically formed in a region under the polystyrene film 53A not covered with the resist film 54 and corresponding to the opening 53Aa.

尚、エッチングにより開口部52aを形成する際には、オーバーエッチングを行えば、ランダム共重合体膜52の開口部52aのサイズを、ポリスチレン膜53Aの開口部53Aaのサイズよりも広げることが可能である。   When the opening 52a is formed by etching, the size of the opening 52a of the random copolymer film 52 can be made larger than the size of the opening 53Aa of the polystyrene film 53 if overetching is performed. is there.

この開口部52aを有するランダム共重合体膜52は、続くエッチング工程(図19)におけるテンプレート(マスク)として用いられる。
図19は第2エッチング工程の一例の要部断面模式図である。
The random copolymer film 52 having the opening 52a is used as a template (mask) in the subsequent etching step (FIG. 19).
FIG. 19 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the second etching process.

ランダム共重合体膜52に開口部52aを形成した後は、レジスト膜54及びポリスチレン膜53Aを除去し、開口部52aを有するランダム共重合体膜52をマスクとして、酸化シリコン膜51のエッチングを行う。酸化シリコン膜51のエッチングは、例えば、RIEで行うことができる。酸化シリコン膜51のRIEは、例えば、60mTorrの圧力下において、300Wのプラズマパワーで、トリフロロメタン(CHF3)ガスを45sccm、酸素ガスを5sccmの流量で供給しながら行う。 After forming the opening 52a in the random copolymer film 52, the resist film 54 and the polystyrene film 53A are removed, and the silicon oxide film 51 is etched using the random copolymer film 52 having the opening 52a as a mask. . The etching of the silicon oxide film 51 can be performed, for example, by RIE. RIE of the silicon oxide film 51 is performed, for example, while supplying trifluoromethane (CHF 3 ) gas at a flow rate of 45 sccm and oxygen gas at a flow rate of 5 sccm at a plasma power of 300 W under a pressure of 60 mTorr.

このようにして酸化シリコン膜51のエッチングを行うことで、図19に示すように、酸化シリコン膜51の、トランジスタ40のソース電極44a及びドレイン電極44bの形成領域に対応する領域に、開口部51aを形成する。酸化シリコン膜51の開口部51aは、ランダム共重合体膜52下の、その開口部52aに対応する領域に、周期的に形成される。   By etching the silicon oxide film 51 in this manner, as shown in FIG. 19, the opening 51 a in the silicon oxide film 51 in the region corresponding to the formation region of the source electrode 44 a and the drain electrode 44 b of the transistor 40. Form The opening 51 a of the silicon oxide film 51 is periodically formed in a region under the random copolymer film 52 corresponding to the opening 52 a.

尚、エッチングにより開口部51aを形成する際には、オーバーエッチングを行えば、酸化シリコン膜51の開口部51aのサイズを、ランダム共重合体膜52の開口部52aのサイズよりも広げることが可能である。   When the opening 51a is formed by etching, the size of the opening 51a of the silicon oxide film 51 can be larger than the size of the opening 52a of the random copolymer film 52 by performing over-etching. It is.

この開口部51aを有する酸化シリコン膜51は、続くエッチング工程(図20)におけるテンプレート(マスク)として用いられる。
図20は第3エッチング工程の一例の要部断面模式図である。
The silicon oxide film 51 having the opening 51a is used as a template (mask) in the subsequent etching step (FIG. 20).
FIG. 20 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the third etching process.

酸化シリコン膜51に開口部51aを形成した後は、酸化シリコン膜51をマスクとして、TMDC43のエッチングを行う。TMDC43のエッチングは、例えば、RIEで行うことができる。TMDC43のRIEは、例えば、10mTorrの圧力下において、90Wのプラズマパワーで、酸素ガスを25sccmの流量で供給しながら行う。   After the opening 51a is formed in the silicon oxide film 51, the TMDC 43 is etched using the silicon oxide film 51 as a mask. The etching of TMDC 43 can be performed, for example, by RIE. RIE of TMDC 43 is performed, for example, while supplying oxygen gas at a flow rate of 25 sccm at a plasma power of 90 W under a pressure of 10 mTorr.

このようにしてTMDC43のエッチングを行うことで、図20に示すように、TMDC43の、トランジスタ40のソース電極44a及びドレイン電極44bの形成領域に対応する端部43a及び端部43bに、開口部43cを形成する。TMDC43の開口部43cは、酸化シリコン膜51下の、その開口部51aに対応する領域に、周期的に形成される。   By etching the TMDC 43 in this manner, as shown in FIG. 20, the opening 43 c is formed in the end 43 a and the end 43 b of the TMDC 43 corresponding to the regions where the source electrode 44 a and the drain electrode 44 b of the transistor 40 are formed. Form The opening 43 c of the TMDC 43 is periodically formed in the region under the silicon oxide film 51 corresponding to the opening 51 a.

尚、この例では、TMDC43の、トランジスタ40のソース電極44aとドレイン電極44bとの間のチャネルの形成領域に対応する領域には、開口部43cは形成されない。   In this example, the opening 43 c is not formed in the region of the TMDC 43 corresponding to the formation region of the channel between the source electrode 44 a and the drain electrode 44 b of the transistor 40.

TMDC43の端部43a及び端部43bに開口部43cを形成した後は、酸化シリコン膜51を除去する。酸化シリコン膜51の除去は、例えば、フッ酸(HF)を用いて行うことができる。   After forming the opening 43 c in the end 43 a and the end 43 b of the TMDC 43, the silicon oxide film 51 is removed. The silicon oxide film 51 can be removed, for example, using hydrofluoric acid (HF).

TMDC43の開口部43cの周期は、例えば、ブロック共重合体膜53に用いるP(S−b−MMA)の分子量によって調整することができる。開口部43cの周期は、用いるP(S−b−MMA)の分子量が小さくなるほど短くなる傾向がある。例えば、分子量が47700gmol-1のP(S−b−MMA)を用いた場合、開口部43cの周期は27nmになり、分子量が77000gmol-1のP(S−b−MMA)を用いた場合、開口部43cの周期は39nmになる。 The cycle of the openings 43 c of the TMDC 43 can be adjusted, for example, by the molecular weight of P (Sb-MMA) used for the block copolymer film 53. The period of the openings 43c tends to be shorter as the molecular weight of P (S-b-MMA) used becomes smaller. For example, when P (S-b-MMA) having a molecular weight of 47,700 gmol -1 is used, the period of the opening 43c is 27 nm, and when P (S-b-MMA) having a molecular weight of 77,000 gmol -1 is used. The period of the openings 43c is 39 nm.

TMDC43の開口部43cのサイズは、酸化シリコン膜51の開口部51aのサイズ、ランダム共重合体膜52の開口部52aのサイズ、ポリスチレン膜53Aの開口部53Aaのサイズ、ブロック共重合体膜53のシリンダ53aのサイズによって調整することができる。尚、各開口部51a,52a,53Aaのサイズは、シリンダ53aのサイズや、エッチングで形成する際のエッチング時間(オーバーエッチング)によって調整することが可能である。   The size of the opening 43c of the TMDC 43 is the size of the opening 51a of the silicon oxide film 51, the size of the opening 52a of the random copolymer film 52, the size of the opening 53Aa of the polystyrene film 53A, the size of the block copolymer film 53 It can be adjusted by the size of the cylinder 53a. The size of each of the openings 51a, 52a, 53Aa can be adjusted by the size of the cylinder 53a or the etching time (over-etching) when forming by etching.

更に、TMDC43の開口部43cのサイズは、開口部51aを設けた酸化シリコン膜51をマスクとしたTMDC43のエッチング時間によっても調整することができる。開口部43cのサイズは、エッチング時間が長くなるほど大きくなる傾向がある。   Furthermore, the size of the opening 43c of the TMDC 43 can also be adjusted by the etching time of the TMDC 43 using the silicon oxide film 51 provided with the opening 51a as a mask. The size of the opening 43c tends to increase as the etching time increases.

図21は電極形成工程の一例の要部断面模式図である。
TMDC43の開口部43cの形成後、TMDC43の、開口部43cが形成された端部43a及び端部43bに、金属を形成し、それにより、図21に示すようなソース電極44a及びドレイン電極44bを形成する。
FIG. 21 is a schematic sectional view of an essential part of an example of the electrode forming step.
After forming the opening 43c of the TMDC 43, metal is formed at the end 43a and the end 43b of the TMDC 43 in which the opening 43c is formed, whereby the source electrode 44a and the drain electrode 44b as shown in FIG. Form.

ソース電極44a及びドレイン電極44bには、各種金属を用いることができる。例えば、TMDC43の、開口部43cが形成された端部43a上及び端部43b上に、チタン層及び金層を順に堆積し、チタン/金積層構造をソース電極44a及びドレイン電極44bとして形成する。ソース電極44a及びドレイン電極44bの形成(金属の堆積)には、例えば、電子線ビーム蒸着法を用いることができる。   Various metals can be used for the source electrode 44a and the drain electrode 44b. For example, a titanium layer and a gold layer are sequentially deposited on the end 43a and the end 43b of the TMDC 43 where the opening 43c is formed, to form a titanium / gold laminated structure as a source electrode 44a and a drain electrode 44b. Electron beam evaporation can be used to form the source electrode 44a and the drain electrode 44b (deposition of metal), for example.

形成されるソース電極44a及びドレイン電極44bの金属原子と、TMDC43の開口部43cのエッジに露出する遷移金属原子との間に、金属−金属結合が形成される。これにより、ソース電極44a及びドレイン電極44bとTMDC43との接触抵抗の増大が抑えられる。   A metal-metal bond is formed between the metal atoms of the source electrode 44 a and the drain electrode 44 b to be formed and the transition metal atoms exposed at the edge of the opening 43 c of the TMDC 43. Thereby, an increase in the contact resistance between the source electrode 44a and the drain electrode 44b and the TMDC 43 can be suppressed.

以上のような工程により、基板41がゲート電極として機能し、ソース電極44aとドレイン電極44bがそれぞれ接続されるTMDC43の端部43aと端部43bの間がチャネルとして機能する、バックゲート型のトランジスタ40が形成される。即ち、基板41の電位制御によってチャネルとなるTMDC43のオン、オフの状態が制御されるトランジスタ40が形成される。   A back gate type transistor in which the substrate 41 functions as a gate electrode and the portion between the end 43 a and the end 43 b of the TMDC 43 to which the source electrode 44 a and the drain electrode 44 b are respectively connected by the above steps. 40 are formed. That is, the transistor 40 in which the on / off state of the TMDC 43 serving as the channel is controlled by controlling the potential of the substrate 41 is formed.

尚、トランジスタ40のチャネルに用いられるTMDC43には、単層の二硫化モリブデンのほか、単層の二セレン化タングステン等、他のTMDCが用いられてもよい。また、トランジスタ40のチャネルに用いられるTMDC43には、このような二硫化モリブデン等の単層のTMDCを多層化したものが用いられてもよい。   Note that, as TMDC 43 used for the channel of the transistor 40, other than single-layer molybdenum disulfide, other single-layer tungsten diselenide or other TMDC may be used. Further, as the TMDC 43 used for the channel of the transistor 40, a multilayer of such a single layer of TMDC such as molybdenum disulfide may be used.

図14〜図21には、基板41をゲート電極として用いるトランジスタ40の形成方法を例示した。このほか、チャネルとなるTMDC43上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、トランジスタを得ることもできる。   14 to 21 illustrate the method for forming the transistor 40 using the substrate 41 as a gate electrode. In addition, a gate electrode can be formed on the TMDC 43 to be a channel through a gate insulating film, to obtain a transistor.

図22及び図23はトランジスタ形成方法の別例の説明図である。以下、TMDCを用いたトランジスタの形成工程の別例について、図22及び図23を参照して説明する。
この方法では、まず適当な基板41A上に形成された酸化シリコン等の絶縁膜42Aの上に、上記同様、バルク単結晶からの剥離法を用いて準備された、開口部43cを形成する前のTMDC43を転写する。
22 and 23 are explanatory diagrams of another example of the transistor formation method. Hereinafter, another example of a process for forming a transistor using TMDC will be described with reference to FIGS.
In this method, first, on the insulating film 42A such as silicon oxide formed on a suitable substrate 41A, similarly to the above, prepared using the exfoliation method from bulk single crystal, before forming the opening 43c. Transfer TMDC43.

その後、上記図15〜図21に示したような各工程を実施し、図22に示すような、TMDC43の、開口部43cを設けた端部43a上及び端部43b上にそれぞれ、ソース電極44a及びドレイン電極44bが形成された構造を得る。ソース電極44a及びドレイン電極44bの金属原子と、TMDC43の開口部43cのエッジに露出する遷移金属原子との間に、金属−金属結合が形成され、ソース電極44a及びドレイン電極44bとTMDC43との接触抵抗の増大が抑えられる。   Thereafter, each step as shown in FIGS. 15 to 21 is carried out, and as shown in FIG. 22, the source electrode 44a is provided on the end 43a and the end 43b of the TMDC 43 provided with the opening 43c. And the drain electrode 44b is formed. A metal-metal bond is formed between the metal atoms of the source electrode 44a and the drain electrode 44b and the transition metal atoms exposed at the edge of the opening 43c of the TMDC 43, and the source electrode 44a and the drain electrode 44b are in contact with the TMDC 43 The increase in resistance is suppressed.

次いで、図23に示すように、ソース電極44aとドレイン電極44bとの間のTMDC43上に、ゲート絶縁膜45を形成し、ソース電極44aとドレイン電極44bとの間のゲート絶縁膜45上に、ゲート電極46を形成する。ゲート絶縁膜45には、各種絶縁材料を用いることができ、例えば、酸化シリコンを用いることができる。ゲート電極46には、各種導体材料を用いることができ、例えば、所定導電型のシリコンやポリシリコン、金属等を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 23, a gate insulating film 45 is formed on the TMDC 43 between the source electrode 44a and the drain electrode 44b, and on the gate insulating film 45 between the source electrode 44a and the drain electrode 44b. The gate electrode 46 is formed. For the gate insulating film 45, various insulating materials can be used. For example, silicon oxide can be used. For the gate electrode 46, various conductor materials can be used. For example, silicon, polysilicon, metal or the like of a predetermined conductivity type can be used.

このような工程により、ゲート電極46の電位制御によってチャネルとなるTMDC43のオン、オフの状態が制御される、トップゲート型のトランジスタ40Aが形成される。   By such a process, a top gate type transistor 40A in which the on / off state of the TMDC 43 serving as a channel is controlled by controlling the potential of the gate electrode 46 is formed.

尚、トランジスタ40Aのチャネルに用いられるTMDC43には、単層の二硫化モリブデンのほか、単層の二セレン化タングステン等、他のTMDCが用いられてもよい。また、トランジスタ40Aのチャネルに用いられるTMDC43には、このような二硫化モリブデン等の単層のTMDCを多層化したものが用いられてもよい。   Note that, as TMDC 43 used for the channel of the transistor 40A, other TMDC such as single layer tungsten diselenide other than single layer molybdenum disulfide may be used. Further, as the TMDC 43 used for the channel of the transistor 40A, a multilayer of such a single layer of TMDC such as molybdenum disulfide may be used.

上記のソース電極44a及びドレイン電極44bのような金属電極と、TMDCとを接続する場合、金属電極は、TMDCの上層側に限らず、TMDCの下層側に設けることもできる。   When the metal electrode such as the source electrode 44a and the drain electrode 44b is connected to the TMDC, the metal electrode can be provided not only on the upper side of the TMDC but also on the lower side of the TMDC.

TMDCの上層側に金属電極を設ける場合には、例えば上記トランジスタ40,40Aの形成方法について述べたのと同様に、所定基板上のTMDCの所定部分に開口部を形成し、その開口部を形成した部分の上に、金属電極を形成すればよい。   When a metal electrode is provided on the upper layer side of TMDC, an opening is formed in a predetermined portion of TMDC on a predetermined substrate and the opening is formed, as described in, for example, the method of forming the transistors 40 and 40A. A metal electrode may be formed on the above-mentioned portion.

TMDCの下層側に金属電極を設ける場合には、金属電極を形成した所定基板(又は層)、或いは金属電極を表層部に埋設した所定基板(又は層)の、その金属電極を含む領域上にTMDCを設ける。そして、そのTMDCの、金属電極の上方の部分に、上記図15〜図20の例に従って開口部を形成すればよい。   When a metal electrode is provided on the lower layer side of TMDC, the predetermined substrate (or layer) on which the metal electrode is formed, or the predetermined substrate (or layer) on which the metal electrode is embedded in the surface layer portion Provide TMDC. Then, an opening may be formed in the portion of the TMDC above the metal electrode in accordance with the example of FIGS.

また、TMDCは、それをチャネルに用いるトランジスタのほか、電子装置内の素子間或いは部品間を電気的に接続する配線等の導体部にも適用可能である。
図24はTMDCを用いた導体部の構成例を示す図である。図24(A)〜図24(C)にはそれぞれ、TMDCを用いた導体部の要部構成例を模式的に図示している。
Moreover, TMDC can be applied not only to a transistor that uses it for a channel, but also to a conductor portion such as a wiring that electrically connects elements or components in an electronic device.
FIG. 24 is a view showing a configuration example of a conductor part using TMDC. FIGS. 24A to 24C schematically show an example of the main configuration of the conductor using TMDC.

図24(A)に示す導体部100Aは、TMDC110と、そのTMDC110の下層に設けられた導体層120a及び導体層120bとを含む。導体層120a及び導体層120bには、金属が用いられる。導体層120a及び導体層120bは、配線やビア等である。TMDC110の、導体層120a及び導体層120bと接続される部分には、少なくとも1つ、ここでは一例として複数の開口部110aが設けられる。   Conductor portion 100A shown in FIG. 24A includes TMDC 110, and conductor layer 120a and conductor layer 120b provided in the lower layer of TMDC 110. A metal is used for the conductor layer 120a and the conductor layer 120b. The conductor layer 120 a and the conductor layer 120 b are wires, vias, and the like. At least one, by way of example here, a plurality of openings 110 a are provided in the portion of the TMDC 110 connected to the conductor layer 120 a and the conductor layer 120 b.

導体層120a及び導体層120bの金属原子と、TMDC110の開口部110aから露出する遷移金属原子との間に、金属−金属結合が形成され、導体層120a及び導体層120bと、TMDC110との接触抵抗の増大が抑えられる。   A metal-metal bond is formed between the metal atoms of the conductor layer 120a and the conductor layer 120b and the transition metal atoms exposed from the opening 110a of the TMDC 110, and the contact resistance between the conductor layer 120a and the conductor layer 120b and the TMDC 110 The increase in

導体部100Aでは、導体層120a及び導体層120bが、それらの上層に設けられたTMDC110を通じて、電気的に接続される。
この図24(A)に示すような導体部100Aを形成する際は、例えば、まず導体層120a及び導体層120bを形成した層或いはそれらを表層部に埋設した層の、その導体層120a及び導体層120bを含む領域上に、TMDC110を設ける。そして、そのTMDC110の、導体層120a及び導体層120bの上方の部分に、上記図15〜図20の例に従って開口部110aを形成する。このような方法により、図24(A)に示すような導体部100Aを得ることができる。
In the conductor portion 100A, the conductor layer 120a and the conductor layer 120b are electrically connected through the TMDC 110 provided on their upper layer.
When forming the conductor portion 100A as shown in FIG. 24A, for example, the conductor layer 120a and the conductor of the layer in which the conductor layer 120a and the conductor layer 120b are formed or the layer in which they are embedded in the surface layer portion The TMDC 110 is provided over the region including the layer 120 b. Then, in the portion of the TMDC 110 above the conductor layer 120a and the conductor layer 120b, the opening 110a is formed in accordance with the example of FIGS. By such a method, a conductor portion 100A as shown in FIG. 24A can be obtained.

尚、図24(A)には、TMDC110の下層に導体層120a及び導体層120bを設ける場合を例示したが、TMDC110の上層に導体層120a及び導体層120bを設け、それらを、TMDC110を通じて電気的に接続することもできる。このような構成とする場合は、まず所定基板上に設けたTMDC110の、導体層120a及び導体層120bを接続する部分に開口部110aを形成し、その開口部110aを形成した部分の上に、導体層120a及び導体層120bを形成すればよい。   Although FIG. 24A exemplifies the case where the conductor layer 120 a and the conductor layer 120 b are provided in the lower layer of the TMDC 110, the conductor layer 120 a and the conductor layer 120 b are provided in the upper layer of the TMDC 110. It can also be connected to In the case of such a configuration, first, an opening 110a is formed in a portion connecting the conductor layer 120a and the conductor layer 120b of the TMDC 110 provided on a predetermined substrate, and the portion on which the opening 110a is formed is The conductor layer 120a and the conductor layer 120b may be formed.

また、図24(B)に示す導体部100Bは、TMDC110と、そのTMDC110の下層及び上層にそれぞれ設けられた導体層120a及び導体層120bとを含む。導体層120a及び導体層120bは、配線やビア等であって、金属が用いられて形成される。TMDC110の、導体層120a及び導体層120bと接続される部分には、少なくとも1つ、ここでは一例として複数の開口部110aが設けられる。   Further, conductor portion 100B shown in FIG. 24B includes TMDC 110, and conductor layers 120a and 120b provided on the lower layer and the upper layer of TMDC 110, respectively. The conductor layer 120a and the conductor layer 120b are wires, vias, or the like, and are formed using a metal. At least one, by way of example here, a plurality of openings 110 a are provided in the portion of the TMDC 110 connected to the conductor layer 120 a and the conductor layer 120 b.

導体層120a及び導体層120bの金属原子と、TMDC110の開口部110aから露出する遷移金属原子との間に、金属−金属結合が形成され、導体層120a及び導体層120bと、TMDC110との接触抵抗の増大が抑えられる。   A metal-metal bond is formed between the metal atoms of the conductor layer 120a and the conductor layer 120b and the transition metal atoms exposed from the opening 110a of the TMDC 110, and the contact resistance between the conductor layer 120a and the conductor layer 120b and the TMDC 110 The increase in

導体部100Bでは、導体層120a及び導体層120bが、それらの層間に設けられたTMDC110を通じて、電気的に接続される。
この図24(B)に示すような導体部100Bを形成する際は、まず導体層120aを形成した層或いは導体層120aを表層部に埋設した層の、その導体層120aを含む領域上に、TMDC110を設ける。次いで、そのTMDC110の、導体層120aの上方の部分、及びもう一方の導体層120bを接続する部分に、開口部110aを形成する。そして、このようなTMDC110を設けた層上の、開口部110aを形成した部分(導体層120bを接続する部分)の上に、導体層120bを形成する。このような方法により、図24(B)に示すような導体部100Bを得ることができる。
In the conductor portion 100B, the conductor layer 120a and the conductor layer 120b are electrically connected through the TMDC 110 provided between the layers.
When forming the conductor portion 100B as shown in FIG. 24B, first, on the region including the conductor layer 120a of the layer in which the conductor layer 120a is formed or the layer in which the conductor layer 120a is embedded in the surface layer portion, TMDC 110 is provided. Next, an opening 110a is formed in the portion of the TMDC 110 above the conductor layer 120a and the portion connecting the other conductor layer 120b. Then, the conductor layer 120 b is formed on the portion where the opening 110 a is formed (the portion to which the conductor layer 120 b is connected) on the layer provided with such a TMDC 110. By such a method, a conductor portion 100B as shown in FIG. 24 (B) can be obtained.

また、図24(C)に示す導体部100Cは、導体層120と、その導体層120の下層及び上層にそれぞれ設けられたTMDC110とを含む。導体層120は、配線やビア等であって、金属が用いられて形成される。下層及び上層のTMDC110の、導体層120と接続される部分には、少なくとも1つ、ここでは一例として複数の開口部110aが設けられる。   The conductor portion 100C shown in FIG. 24C includes the conductor layer 120 and the TMDCs 110 provided on the lower layer and the upper layer of the conductor layer 120, respectively. The conductor layer 120 is a wire, a via, or the like, and is formed using a metal. At least one, as an example here, a plurality of openings 110 a are provided in portions of the lower and upper TMDCs 110 connected to the conductor layer 120.

導体層120の金属原子と、下層と上層のTMDC110の開口部110aから露出する遷移金属原子との間に、金属−金属結合が形成され、導体層120と、下層と上層のTMDC110との接触抵抗の増大が抑えられる。   A metal-metal bond is formed between the metal atoms of the conductor layer 120 and the transition metal atoms exposed from the lower and upper TMDC 110 openings 110a, and the contact resistance between the conductor layer 120 and the lower and upper TMDC 110 is obtained. The increase in

導体部100Cでは、下層と上層のTMDC110が、それらの層間に設けられた導体層120を通じて、電気的に接続される。
この図24(C)に示すような導体部100Cを形成する際は、まず開口部110aを形成したTMDC110を含む層の、その開口部110aを形成した部分の上に、導体層120を形成する。そして、その導体層120を含む層の、導体層120を含む領域上に、TMDC110を設け、その導体層120の上方の部分に、開口部110aを形成する。このような方法により、図24(C)に示すような導体部100Cを得ることができる。
In the conductor portion 100C, the lower and upper TMDCs 110 are electrically connected through the conductor layer 120 provided between the layers.
In forming the conductor portion 100C as shown in FIG. 24C, first, the conductor layer 120 is formed on the portion of the layer including the TMDC 110 in which the opening 110a is formed and in which the opening 110a is formed. . Then, the TMDC 110 is provided on the region including the conductor layer 120 of the layer including the conductor layer 120, and the opening 110a is formed in the portion above the conductor layer 120. By such a method, a conductor portion 100C as shown in FIG. 24 (C) can be obtained.

尚、上記の導体部100A,100B,100Cに用いるTMDC110には、単層のTMDCのほか、多層のTMDCを用いることもできる。
図24(A)〜図24(C)に示すような導体部100A,100B,100Cは、各種電子装置の導体部に採用することができる。例えば、導体部100A,100B,100Cは、半導体素子、回路基板に実装された半導体素子を含む半導体装置、樹脂層内に半導体素子等の電子部品を埋設した擬似SoC(System On a Chip)、回路基板等に採用し得る。より具体的には、半導体素子の多層配線内に設ける導体部、回路基板内に設ける導体部、擬似SoCの再配線層内に設ける導体部等に採用し得る。
In addition to the single-layered TMDC, a multi-layered TMDC can also be used as the TMDC 110 used for the conductor portions 100A, 100B, and 100C.
The conductor portions 100A, 100B, and 100C as shown in FIGS. 24A to 24C can be employed as conductor portions of various electronic devices. For example, the conductor portions 100A, 100B, and 100C are semiconductor devices, semiconductor devices including semiconductor devices mounted on a circuit board, pseudo SoC (System On a Chip) in which electronic components such as semiconductor devices are embedded in a resin layer, circuits It can be adopted as a substrate or the like. More specifically, it can be adopted as a conductor provided in a multilayer wiring of a semiconductor element, a conductor provided in a circuit board, a conductor provided in a rewiring layer of a pseudo SoC, or the like.

図24(A)〜図24(C)に示すような、TMDC110を含む導体部100A,100B,100Cを採用することで、TMDC110と導体層120a,120b,120との接触抵抗の増大を抑えた電子装置を実現することが可能になる。TMDC110を含む導体部100A,100B,100Cを採用することで、高速で低消費電力の電子装置を実現することが可能になる。   By adopting conductor portions 100A, 100B and 100C including TMDC 110 as shown in FIGS. 24A to 24C, an increase in contact resistance between TMDC 110 and conductor layers 120a, 120b and 120 is suppressed. It becomes possible to realize an electronic device. By employing the conductor portions 100A, 100B, and 100C including the TMDC 110, it is possible to realize a high-speed, low-power-consumption electronic device.

ここでは、導体層120a,120b,120と接続されるTMDC110として、開口部110aを有するものを例にした。このほか、導体層120a,120b,120と接続されるTMDC110として、導体層120a,120b,120側のカルコゲン原子層の少なくとも一部が除去されて少なくとも1つの遷移金属原子が露出したものを用いてもよい。このようなTMDC110を用いた場合も、導体層120a,120b,120の金属原子と、TMDC110の露出する遷移金属原子との間に、金属−金属結合が形成される。これにより、上記同様、導体層120a,120b,120とTMDC110との接触抵抗の増大を抑え、高速で低消費電力の電子装置を実現することが可能になる。   Here, as the TMDC 110 connected to the conductor layers 120a, 120b, 120, one having the opening 110a is taken as an example. Besides, as the TMDC 110 connected to the conductor layers 120a, 120b, 120, at least a part of the chalcogen atom layer on the conductor layers 120a, 120b, 120 is removed to expose at least one transition metal atom. It is also good. Also in the case of using such a TMDC 110, a metal-metal bond is formed between the metal atoms of the conductor layers 120a, 120b, and 120 and the exposed transition metal atoms of the TMDC 110. As a result, as in the above, the increase in the contact resistance between the conductor layers 120a, 120b, 120 and the TMDC 110 can be suppressed, and an electronic device with high speed and low power consumption can be realized.

以上説明したような、金属を、TMDCの遷移金属原子を露出させた部分に接続する手法は、トランジスタ、トランジスタを備える各種電子装置、配線のような導体部を備える各種電子装置に適用可能である。   The method of connecting a metal to the portion of the TMDC where the transition metal atom is exposed as described above is applicable to a transistor, various electronic devices provided with a transistor, and various electronic devices provided with a conductor portion such as a wiring. .

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 少なくとも1つの遷移金属原子が露出する第1部分を有する遷移金属ダイカルコゲナイドと、
前記第1部分に接続された第1金属と
を含むことを特徴とする電子装置。
The following appendices will be further disclosed regarding the embodiment described above.
(Supplementary Note 1) A transition metal dichalcogenide having a first portion to which at least one transition metal atom is exposed,
An electronic device comprising: a first metal connected to the first portion.

(付記2) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドの前記第1部分に露出する遷移金属原子と、前記第1金属の金属原子との、金属−金属結合を有することを特徴とする付記1に記載の電子装置。   (Supplementary Note 2) The electronic device according to Supplementary note 1, characterized by having a metal-metal bond between a transition metal atom exposed to the first portion of the transition metal dichalcogenide and a metal atom of the first metal. .

(付記3) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドは、前記第1部分に第1開口部を有し、前記第1開口部のエッジに少なくとも1つの遷移金属原子が露出することを特徴とする付記1又は2に記載の電子装置。   (Supplementary Note 3) The transition metal dichalcogenide has a first opening in the first portion, and at least one transition metal atom is exposed at an edge of the first opening. Electronic device according to claim 1.

(付記4) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドは、少なくとも1つの遷移金属原子が露出する第2部分を有し、
前記第2部分に接続された第2金属を更に含むことを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の電子装置。
(Supplementary Note 4) The transition metal dichalcogenide has a second portion to which at least one transition metal atom is exposed,
The electronic device according to any of the preceding claims, further comprising a second metal connected to the second part.

(付記5) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドの前記第2部分に露出する遷移金属原子と、前記第1金属の金属原子との、金属−金属結合を有することを特徴とする付記4に記載の電子装置。   (Supplementary Note 5) The electronic device according to Supplementary note 4, including a metal-metal bond between a transition metal atom exposed to the second portion of the transition metal dichalcogenide and a metal atom of the first metal. .

(付記6) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドは、前記第2部分に第2開口部を有し、前記第2開口部のエッジに少なくとも1つの遷移金属原子が露出することを特徴とする付記4又は5に記載の電子装置。   (Supplementary Note 6) The transition metal dichalcogenide has a second opening in the second portion, and at least one transition metal atom is exposed at an edge of the second opening. Electronic device according to claim 1.

(付記7) 前記第1部分に接続された前記第1金属をソース電極とし、
前記第2部分に接続された前記第2金属をドレイン電極とし、
前記遷移金属ダイカルコゲナイドの、前記第1部分と前記第2部分との間に積層された絶縁膜と、
前記絶縁膜の、前記遷移金属ダイカルコゲナイドと反対の側に積層されたゲート電極と
を更に含むことを特徴とする付記4乃至6のいずれかに記載の電子装置。
(Supplementary Note 7) The first metal connected to the first portion is a source electrode,
The second metal connected to the second portion is a drain electrode,
An insulating film laminated between the first portion and the second portion of the transition metal dichalcogenide;
The electronic device according to any one of appendices 4 to 6, further comprising: a gate electrode stacked on the side of the insulating film opposite to the transition metal dichalcogenide.

(付記8) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドは、前記第1部分と前記第2部分との間に、遷移金属原子が露出する部分を有しないことを特徴とする付記7に記載の電子装置。
(付記9) 少なくとも1つの遷移金属原子が露出する第1部分を有する遷移金属ダイカルコゲナイドを形成する工程と、
前記第1部分に第1金属を接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
(Supplementary Note 8) The electronic device according to Supplementary note 7, wherein the transition metal dichalcogenide does not have a portion to which a transition metal atom is exposed between the first portion and the second portion.
(Supplementary note 9) forming a transition metal dichalcogenide having a first portion to which at least one transition metal atom is exposed;
Connecting the first metal to the first portion.

(付記10) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドは、前記第1部分に第1開口部を有し、前記第1開口部のエッジに遷移金属原子が露出することを特徴とする付記9に記載の電子装置の製造方法。   (Supplementary Note 10) The electronic device according to Supplementary note 9, wherein the transition metal dichalcogenide has a first opening in the first portion, and transition metal atoms are exposed at an edge of the first opening. Manufacturing method.

(付記11) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドを形成する工程では、前記第1部分と、少なくとも1つの遷移金属原子が露出する第2部分とを有する前記遷移金属ダイカルコゲナイドを形成し、
前記第2部分に第2金属を接続する工程を更に含むことを特徴とする付記9又は10に記載の電子装置の製造方法。
(Supplementary Note 11) In the step of forming the transition metal dichalcogenide, the transition metal dichalcogenide including the first portion and a second portion to which at least one transition metal atom is exposed is formed.
The method of manufacturing the electronic device according to any one of appendices 9 or 10, further comprising the step of connecting a second metal to the second part.

(付記12) 前記遷移金属ダイカルコゲナイドは、前記第2部分に第2開口部を有し、前記第2開口部のエッジに少なくとも1つの遷移金属原子が露出することを特徴とする付記11に記載の電子装置の製造方法。   (Supplementary Note 12) The transition metal dichalcogenide according to Supplementary Note 11, wherein the second portion has a second opening, and at least one transition metal atom is exposed at an edge of the second opening. Of manufacturing electronic devices.

(付記13) 前記第1部分に接続された前記第1金属をソース電極とし、
前記第2部分に接続された前記第2金属をドレイン電極とし、
前記遷移金属ダイカルコゲナイドの、前記第1部分と前記第2部分との間に積層される絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の、前記遷移金属ダイカルコゲナイドと反対の側に積層されるゲート電極を形成する工程と
を更に含むことを特徴とする付記11又は12に記載の電子装置の製造方法。
(Supplementary Note 13) The first metal connected to the first portion is a source electrode,
The second metal connected to the second portion is a drain electrode,
Forming an insulating film laminated between the first portion and the second portion of the transition metal dichalcogenide;
The method according to claim 11 or 12, further comprising: forming a gate electrode laminated on the side of the insulating film opposite to the transition metal dichalcogenide.

(付記14) 遷移金属ダイカルコゲナイドの、少なくとも1つの遷移金属原子が露出する部分に、金属を接続する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。   (Supplementary Note 14) A method of manufacturing an electronic device, including the step of connecting a metal to a portion of at least one transition metal atom of the transition metal dichalcogenide exposed.

T,T1 遷移金属原子
X カルコゲン原子
1A,1B,1C 接続部
2,13,23,30,43,110 遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)
2a,30a 一部
2b,31,32,43c,51a,52a,53Aa,110a 開口部
3 電極
4 金属−金属結合
5 トンネル障壁
10,20,40,40A トランジスタ
11,21,41,41A 基板
12,22,42,42A 絶縁膜
13a,13b,23a,23b,43a,43b 端部
14a,24a,44a ソース電極
14b,24b,44b ドレイン電極
15,45 ゲート絶縁膜
16,46 ゲート電極
51 酸化シリコン膜
52 ランダム共重合体膜
53 ブロック共重合体膜
53a シリンダ
53A ポリスチレン膜
54 レジスト膜
100A,100B,100C 導体部
120,120a,120b 導体層
T, T1 Transition metal atom X Chalcogen atom 1A, 1B, 1C Junctions 2, 13, 23, 30, 30, 43, 110 Transition metal dichalcogenide (TMDC)
2a, 30a Part 2b, 31, 32, 43c, 51a, 52a, 53Aa, 110a Opening 3 Electrode 4 Metal-Metal Connection 5 Tunnel Barrier 10, 20, 40, 40A Transistor 11, 21, 41, 41A Substrate 12, 22, 42, 42A Insulating film 13a, 13b, 23a, 23b, 43a, 43b End portion 14a, 24a, 44a Source electrode 14b, 24b, 44b Drain electrode 15, 45 Gate insulating film 16, 46 Gate electrode 51 Silicon oxide film 52 Random copolymer film 53 Block copolymer film 53a Cylinder 53A Polystyrene film 54 Resist film 100A, 100B, 100C Conductor part 120, 120a, 120b Conductor layer

Claims (4)

カルコゲン原子によって終端する第1面を有する遷移金属ダイカルコゲナイドであって、前記第1面の第1部分及び第2部分の各々において少なくとも1つの遷移金属原子が露出する遷移金属ダイカルコゲナイドと、
前記第1部分に接続された第1金属と
前記第2部分に接続された第2金属と
を含むことを特徴とする電子装置。
A transition metal dichalcogenides having a first surface that terminates by a chalcogen atom, a transition metal dichalcogenides you exposed at least one transition metal atom in each of the first and second portions of said first surface,
A first metal connected to the first portion ;
An electronic device comprising: a second metal connected to the second portion .
前記第1部分に接続された前記第1金属をソース電極とし、
前記第2部分に接続された前記第2金属をドレイン電極とし、
前記遷移金属ダイカルコゲナイドの、前記第1部分と前記第2部分との間の前記第1面上に積層された絶縁膜と、
前記絶縁膜の、前記遷移金属ダイカルコゲナイドと反対の側に積層されたゲート電極と
を更に含むことを特徴とする請求項に記載の電子装置。
The first metal connected to the first portion as a source electrode;
The second metal connected to the second portion is a drain electrode,
An insulating film stacked on the first surface of the transition metal dichalcogenide between the first portion and the second portion;
The electronic device according to claim 1 , further comprising: a gate electrode stacked on the side of the insulating film opposite to the transition metal dichalcogenide.
カルコゲン原子によって終端する第1面を有する遷移金属ダイカルコゲナイドであって、前記第1面の第1部分及び第2部分の各々において少なくとも1つの遷移金属原子が露出する遷移金属ダイカルコゲナイドを形成する工程と、
前記第1部分に第1金属を接続する工程と
前記第2部分に第2金属を接続する工程と
を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
A transition metal dichalcogenides having a first surface that terminates by chalcogen atoms, forming a transition metal dichalcogenides you exposed at least one transition metal atom in each of the first and second portions of the first surface The process to
Connecting a first metal to the first portion ;
And a step of connecting a second metal to the second portion .
前記第1部分に接続された前記第1金属をソース電極とし、
前記第2部分に接続された前記第2金属をドレイン電極とし、
前記遷移金属ダイカルコゲナイドの、前記第1部分と前記第2部分との間の前記第1面上に積層される絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の、前記遷移金属ダイカルコゲナイドと反対の側に積層されるゲート電極を形成する工程と
を更に含むことを特徴とする請求項に記載の電子装置の製造方法。
The first metal connected to the first portion as a source electrode;
The second metal connected to the second portion is a drain electrode,
Forming an insulating film laminated on the first surface of the transition metal dichalcogenide between the first portion and the second portion;
4. The method of manufacturing an electronic device according to claim 3 , further comprising: forming a gate electrode laminated on the side opposite to the transition metal dichalcogenide of the insulating film.
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