(57)【要約】  本発明の課題は、機械的応力に対し良好な耐性をもち、その製造が公知の従来技術よりも煩雑でない縦型ナノトランジスタを提供することである。本発明によればこの課題は、以下の特徴を備えた縦型ナノトランジスタによって解決される。すなわちソースコンタクトと、ドレインコンタクトと、ゲート領域と、ソースコンタクトとドレインコンタクトの間に配置され半導体特性をもつ円筒状のチャネル領域が設けられており、この円筒状チャネル領域は絶縁性フレキシブル基板に埋め込まれており、この領域は、ゲート領域とチャネル領域上部が同軸構造を成すよう、フレキシブル基板上およびチャネル領域上部の金属層により形成されたゲート領域により取り囲まれている。さらにソースコンタクトと半導体特性をもつチャネル領域とドレインコンタクトは縦方向に配置されていて、ソースコンタクトとドレインコンタクトと半導体特性をもつチャネル領域に対向するゲート領域と、基板の上側および下側は電気的に絶縁性の部材を有している。メモリ装置は多数のこの種の縦型ナノトランジスタから成る。本発明はこの種のトランジスタの製造方法にも関する。
2007503110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型ナノトランジスタにおいて、
ソースコンタクト（Ｓ）と、ドレインコンタクト（Ｄ）と、ゲート領域（Ｇ）と、前記ソースコンタクト（Ｓ）と前記ドレインコンタクト（Ｄ）の間に配置された半導体特性の円筒状のチャネル領域（４）とが設けられており、
前記円筒状のチャネル領域（４）は、絶縁性フレキシブル基板（１）に埋め込まれており、金属層（Ｍ）により該絶縁性フレキシブル基板（１）の上と前記チャネル領域（４）の上部に形成されたゲート領域（Ｇ）により囲まれていて、
該ゲート領域（Ｇ）と前記チャネル領域（４）の上部は同軸構造を成し、
前記ソースコンタクト（Ｓ）と前記半導体特性のチャネル領域（４）と前記ドレインコンタクト（Ｄ）は垂直方向に配置されており、
前記ソースコンタクト（Ｓ）と前記ドレインコンタクト（Ｄ）と前記半導体特性のチャネル領域（４）に対向する前記ゲート領域（Ｇ）と、前記絶縁性フレキシブル基板（１）の上側と下側は電気的に絶縁性の部材（３）を有していることを特徴とする、
縦型ナノトランジスタ。
【請求項２】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記半導体特性のチャネル領域（４）の直径は数１０ｎｍ〜数１００ｎｍであることを特徴とするトランジスタ。
【請求項３】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記電気的に絶縁性の部材（３）は、前記フレキシブル基板（１）の上側と下側で厚さ数μｍであることを特徴とするトランジスタ。
【請求項４】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記電気的に絶縁性の部材（３）は、前記絶縁性フレキシブル基板（１）を貫通する孔（２）内で数１０ｎｍまでの厚さであることを特徴とするトランジスタ。
【請求項５】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記半導体特性のチャネル領域（４）の材料は、ＣｕＳＣＮまたはＴiＯ２またはＰｂＳまたはＺｎＯまたは他の化合物半導体であることを特徴とするトランジスタ。
【請求項６】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記ソースコンタクト（Ｓ）と前記ドレインコンタクト（Ｄ）の材料はＡｕまたはＡｇまたはＣｕまたはＮｉまたはＡｌであることを特徴とするトランジスタ。
【請求項７】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記ソースコンタクト（Ｓ）は点状に形成されていることを特徴とするトランジスタ。
【請求項８】
請求項１記載のトランジスタにおいて、
前記絶縁性フレキシブル基板（1）の厚さは数１０μｍたとえば１０μｍ〜２０μｍであることを特徴とするトランジスタ。
【請求項９】
メモリ装置において、
請求項１から８のいずれか１項記載の複数の縦型ナノトランジスタが絶縁性フレキシブル基板におけるメモリマトリックスに互いに並んで配置されていることを特徴とするメモリ装置。
【請求項１０】
縦型ナノトランジスタの製造方法において、
絶縁性フレキシブル基板（１）に該基板の厚さ全体にわたり孔（２）を形成するステップと、
縦型ゲート（Ｇ）を成す金属層（Ｍ）を、前記絶縁性フレキシブル基板（１）上と該基板を貫通する前記孔（２）の上部に被覆するステップと、
絶縁材料（３）を、前記金属層（Ｍ）により覆われた前記絶縁性フレキシブル基板（１）の上面と該絶縁性フレキシブル基板（１）の下面と前記孔（２）とに、該基板（１）の厚さ全体にわたり被覆するステップと、
ドレインコンタクト（Ｄ）を、前記絶縁材料（３）が設けられた前記絶縁性フレキシブル基板（１）の下面に被覆するステップと、
半導体材料を、前記絶縁性フレキシブル基板の貫通孔（２）に充填するステップと、
ソースコンタクト（Ｓ）を、前記半導体材料により充填された孔（２）の上に被覆するステップ
を少なくとも有することを特徴とする、縦型ナノトランジスタの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、
前記孔（２）を、イオン打ち込みおよびそれに続くエッチングにより前記絶縁性フレキシブル基板（１）に形成することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の方法において、
数１０μｍの厚さの絶縁性フレキシブル基板（１）を使用することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の方法において、
絶縁性フレキシブル基板（１）としてポリマシートを使用することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１０記載の方法において、
前記絶縁材料（３）をポリスタリング Polystiring により被覆することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１０記載の方法において、
前記ゲートの材料を蒸着により被覆することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、
前記ゲート材料の蒸着を上方から所定の角度で行うことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１０記載の方法において、
前記ドレインコンタクト（Ｄ）を電着または化学的デポジットまたは蒸着によって行うことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１０記載のトランジスタにおいて、
前記ドレインコンタクト（Ｄ）と前記ソースコンタクト（Ｓ）の材料としてＡｕまたはＡｇまたはＣｕまたはＮｉまたはＡｌを用いることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１０記載の方法において、
半導体材料としてＣｕＳＣＮまたはＴｉＯ２またはＰｂＳまたはＺｎＯまたは他の化合物半導体を用いることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１０記載の方法において、
電気化学的浴析出により前記半導体材料を絶縁された前記孔（２）に収容することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１０記載の方法において、
化学的デポジットにより前記半導体材料を絶縁された前記孔（２）に収容することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１０記載の方法において、
ＩＬＧＡＲ法により前記半導体材料を絶縁された前記孔（２）に収容することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１０記載の方法において、
前記絶縁性フレキシブル基板（１）を貫通する孔（２）を、数１０〜数１００ｎｍの直径で形成することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１０記載の方法において、
前記絶縁材料（３）を前記絶縁性フレキシブル基板（１）の上面に数μｍの厚さで被覆することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１０記載の方法において、
前記絶縁材料（３）を、前記絶縁性フレキシブル基板（１）を貫通する孔（２）内に数１０ｎｍまでの厚さで被覆することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型ナノトランジスタ、該トランジスタの製造方法ならびにメモリ装置に関する。
【０００２】
DE 10142913 A1には撓み、剪断または伸長による機械的応力に良好な耐性をもつトランジスタ装置について記載されており、この場合、２つのプラスチックシートとそれらの間に介在する金属層から成るシート接合部の微小孔に縦型半導体材料が収容される。半導体材料は、シート接合部の上側と下側に金属製のコンタクトを有している。ただしこの場合、プラスチックシートへの金属層の取り付けは扱いやすいものではなく、しかもこの種の縦型トランジスタ装置の製造方法には多数の個別のステップが含まれている。
【０００３】
US 2002/0001905に記載されている縦型ナノトランジスタは、その製造に手間がかかり複雑である。その理由は、フレキシブルではない高価な半導体基板上に最初にソース領域を設け、その上に絶縁層を設けるからである。絶縁層（Ａｌ２Ｏ３またはＳｉ）にはｎｍ領域の孔が配置されていて、それらの孔に垂直方向に配向されたカーボンナノチューブが収容されている。カーボンナノチューブ周囲の絶縁層の上にゲート領域が配置され、これはナノチューブの上部カバー面に至るまで非導電性材料で充填されている。ナノチューブ周囲にゲート領域を形成すること、ならびに充填中に等しい直径でこのナノチューブを形成するのはきわめて難しいことが判明している。その結果、それぞれ対応するナノチューブの直径が様々であることに起因して、特性もそれぞれ異なる縦型トランジスタ装置が生じてしまう可能性がある。
【０００４】
EngelhardtおよびKoenenkampによれば、イオン打ち込みおよびそれに続くエッチングによってポリマシートに形成された孔にＣｕＳＣＮを電着で充填できることが、２００１年１０月１５日にJ. Appl. Phys., Vol. 90, No. 8, p. 4287 - 4289において報告されている。これらの孔の直径は３０〜３０００ｎｍであって、ポリマシートの厚さ全体（２２μｍ）を超えずに形成されている。上述のようなチャネル構造を備え正常に機能する構成素子については記載されていない。
【０００５】
DE 101 30 766 A1に記載されている縦型トランジスタの場合、半導体基板上にソース領域とチャネル領域とドレイン領域が縦方向に配置されている。ソース領域とドレイン領域とチャネル領域に対し絶縁されているゲート領域によってチャネル領域が取り囲まれており、これによって同軸構造が形成されている。たしかにこのような装置の製造のために機械的および時間的なコストを低減することはできたけれども、剪断、撓みなどのような機械的な応力に対するこのような装置の耐性はやはりよくない。
【０００６】
本発明によればこの課題は、以下の構成を備えた縦型ナノトランジスタによって解決される。すなわちソースコンタクトと、ドレインコンタクトと、ゲート領域と、前記ソースコンタクトと前記ドレインコンタクトの間に配置された半導体特性の円筒状のチャネル領域とが設けられており、前記円筒状のチャネル領域は、絶縁性フレキシブル基板に埋め込まれており、金属層により該絶縁性フレキシブル基板の上と前記チャネル領域の上部に形成されたゲート領域により囲まれていて、該ゲート領域と前記チャネル領域の上部は同軸構造を成し、前記ソースコンタクトと前記半導体特性のチャネル領域と前記ドレインコンタクトは垂直方向に配置されており、前記ソースコンタクトと前記ドレインコンタクトと前記半導体特性のチャネル領域に対向する前記ゲート領域と、前記絶縁性フレキシブル基板の上側と下側は電気的に絶縁性の部材を有していることを特徴とする縦型ナノトランジスタによって解決される。
【０００７】
本発明による装置構成によれば、ナノリソグラフィステップを用いることなく機械適応力に耐性のあるロバストな構造を製造することができる。これはナノ構造をフレキシブル基板に埋め込むことによって実現される。これによれば、広い面積の金属層をプラスチックシートに被覆する難しいプロセスが省かれ、しかもDE 101 42 913 A1に記載されているように個別のシートを１つのシート結合体にまとめる必要がない。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、半導体特性をもつチャネル領域が円筒状に形成されるように構成されている。半導体特性のチャネル領域の直径は数１０〜数１００ｎｍである。半導体特性のチャネル領域の材料は、室温での被覆が可能なＣｕＳＣＮ、またはＴｉＯ２またはＰｂＳまたはＺｎＯ、あるいは他の化合物半導体である。
【０００９】
別の実施形態は有機または無機の絶縁材料に係わるものであり、これはフレキシブル基板の上側または下側において数μｍの厚さであり、フレキシブル基板を貫通する孔内では数１０ｎｍの厚さである。絶縁性のフレキシブル基板の下側における絶縁層は本発明による解決手段の動作ないしは機能の実施にとっては不要であるけれども、これが技術的理由でいっしょに被覆されたとしても妨害作用を及ぼすものではない。
【００１０】
半導体特性をもつ円筒状のチャネル領域とこの領域を取り囲む絶縁材料との同軸の配置構成が、厚さ数１０μｍであり有利にはポリマシートである絶縁性フレキシブル基板に埋め込まれる。
【００１１】
さらに本発明によれば、ソースコンタクトとドレインコンタクトの材料はＡｕまたはＡｇまたはＣｕまたはＮｉあるいはＡｌであり、ソースコンタクトは点状に形成されている。
【００１２】
本発明によるメモリ装置はフレキシブル基板に、請求項１に従い形成されメモリマトリックスとして並置された多数の縦型ナノトランジスタを有している。同軸構造を形成するために絶縁性フレキシブル基板に設けられる孔の密度は非常に高い。
【００１３】
請求項１記載の特徴を有する縦型ナノトランジスタを製造するための本発明による方法によれば、最初に絶縁性フレキシブル基板にその厚さ全体にわたり孔が形成され、ついでゲートを成す金属層が絶縁性フレキシブル基板の上と基板を貫通する孔の上部とに被覆され、その後に生じた構造に絶縁材料が設けられる。つまり絶縁材料は金属層で覆われた絶縁性フレキシブル基板の上面と下面に設けられ、さらに孔の中に絶縁性フレキシブル基板の厚さ全体にわたり設けられる。ついでフレキシブル基板の絶縁性の下側にドレインコンタクトが被着される。既述のように、絶縁層は機能実施のためには必要ない。ドレインコンタクトを絶縁性フレキシブル基板の下側にダイレクトに被着させることもでき、絶縁性フレキシブル基板の孔に半導体材料が充填され、ついでそれにより生じた半導体特性をもつチャネル領域にソースコンタクトが設けられる。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、イオン打ち込みおよびそれに続くエッチングによってフレキシブル基板に孔が形成される（たとえば3ｒｄ Siberian Russian Workshop and Tutorials EDM '2002' Section 1,1-5 July, Erlagol, p. 31またはすでに挙げたJ. Appl. Phys., Vol. 90, No. 8, 15 October 2001, p. 4287 - 4289を参照）。
【００１５】
この場合、厚さ数１０μｍの絶縁性フレキシブル基板たとえばポリマシートが用いられる。
【００１６】
絶縁層として有機材料または無機材料が用いられる。ポリスタリングPolystiringを用いて有機材料を被覆することができる。
【００１７】
本発明の１つの実施形態によればゲートを成す金属層は、蒸着により有利には上方から所定の角度で被覆される。
【００１８】
電気化学的浴析出または化学的なデポジットにより、あるいはＩＬＡＧＡＲプロセスにより、半導体特性をもつ材料が絶縁された孔に収容される。このための材料としてＣｕＳＣＮまたはＴｉＯ２またはＰｂＳまたはＺｎＯ、あるいは他の化合物半導体が用いられる。
【００１９】
また、ドレインコンタクトとソースコンタクトの材料としては、ＡｇまたはＡｕまたはＮｉまたはＡｌが用いられる。
【００２０】
ドレインコンタクトの被着は、電着または化学的デポジットあるいは蒸着により行われる。
【００２１】
本発明による縦型ナノトランジスタ装置の製造方法は簡単に扱えるものであり、公知の薄膜技術に適合している。本発明による装置構成ゆえに、製造プロセス中に特定の温度に制限する必要がもはやなくなる。
【００２２】
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【００２３】
図１は、フレキシブルな絶縁性ポリマシートに埋め込まれた本発明による縦型ナノトランジスタの製造ステップを示す図である。
【００２４】
図２は、約２０００個の本発明による縦型ナノトランジスタを備えた装置に関する電流・電圧特性曲線図である。
【００２５】
図１には、本発明による縦型ナノトランジスタを製造するための個々のステップが描かれている。最初に絶縁性のフレキシブル基板１たとえば２０μｍ厚のポリマシートに、イオン打ち込みおよびそれに続くエッチングによって、直径２００ｎｍの孔２が形成される。次に、ゲートＧを成す金属層ＭたとえばＡｕが、傾斜蒸着により絶縁性のフレキシブル基板１の表面および孔の上部領域においてその壁部に被覆される。その後、有機絶縁材料たとえばポリスチレンなどがポリマ溶液の真空濾過により被着され、これにより孔の壁部２とフレキシブル基板１の上側および下側が絶縁層で覆われる。この層３の厚さは孔２の壁部の上で５０ｎｍである。ついで厚さ２．５μｍの絶縁層３が設けられたポリマシートの下側にドレインコンタクトＤが平面的にデポジットされる。その後、ポリマシート１における絶縁された孔２がＣｕＳＣＮで充填される。これによって、直径１００ｎｍである半導体特性をもつチャネル領域４の形成が終了する。ついで各チャネル領域４が点状のソースコンタクトＳによって覆われる。
【００２６】
本発明による解決手段によれば、フレキシブルなポリマシートにおいて縦型ナノトランジスタの厚さを現時点で約１０７ｃｍ−２まで実現することができる。
【００２７】
図２には、電流・電圧特性曲線（ゲートに負の電圧を加えたときと加えないときのドレインコンタクトとソースコンタクトの間のチャネルにおける電流ＩＤＳとドレインコンタクトとソースコンタクトの間で測定された電圧ＶＤＳとの関係）が示されており、この特性曲線から、厚さ８μｍのポリマ基板に形成された本発明による約２０００個の縦型ナノトランジスタを備えた装置の電界効果を読み取ることができる。この場合、基板に設けられゲートを成す金属層は厚さ１１０ｎｍであり、半導体特性をもつチャネルの直径は１００ｎｍである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】フレキシブルな絶縁性ポリマシートに埋め込まれた本発明による縦型ナノトランジスタの製造ステップを示す図
【図２】約２０００個の本発明による縦型ナノトランジスタを備えた装置に関する電流・電圧特性曲線図
【図１】
2007503110.tif 000003
【図２】
2007503110.tif 000004
【国際調査報告】
2007503110.tif 000005
2007503110.tif 000006
2007503110.tif 000007
2007503110.tif 000008