(57)【要約】  カーボンナノチューブベースの電界効果トランジスタのための垂直装置構造は、トレンチ内に形成された、１つまたは複数のカーボンナノチューブを有する。
2011522394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板の上方に第１の電極層を形成するステップと、
前記第１の電極層の上方に第２の電極層を形成するステップと、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に第１の絶縁層を形成するステップと、
前記第１の電極層、前記第２の電極層および前記第１の絶縁層の中に延伸するトレンチを形成するステップと、
前記第１の電極から前記第２の電極に延伸する第１のカーボンナノチューブを形成するステップとを備え、
前記第１のカーボンナノチューブは、前記第１の電極および前記第２の電極に電気的に接触する、方法。
【請求項２】
前記第１のカーボンナノチューブ上の前記トレンチ内にゲート絶縁物を形成するステップと、
前記ゲート絶縁物上にゲート電極を形成するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドレイン電極層と前記基板との間に第２の絶縁層を形成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ドレイン電極層と前記基板との間は触媒層である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１のカーボンナノチューブを形成する前に、前記トレンチの底部に触媒を堆積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間に側面ゲート電極層を形成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブ上の前記トレンチ内に上部ゲート絶縁物を形成するステップと、
前記上部ゲート絶縁物上に上部ゲート電極を形成するステップとを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のカーボンナノチューブは、前記トレンチの第１の側面上の前記第１および第２の電極層に接触するように配置され、
前記方法は、
前記トレンチの前記第１の側面上の前記第１の電極から前記第２の電極に延伸する第２のカーボンナノチューブを形成するステップをさらに備え、
前記第１のカーボンナノチューブは、前記第１の側面上の前記第１および第２の電極に電気的に接触する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記トレンチの第２の側面上の前記第１の電極から前記第２の電極に延伸する第３のカーボンナノチューブを形成するステップを備え、
前記第３のカーボンナノチューブは、前記第２の側面上の前記第１および第２の電極に電気的に接触する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のカーボンナノチューブは、前記トレンチの第１の側面上の前記第１および第２の電極層に接触するように配置され、
前記方法は、
前記トレンチの第２の側面上の前記第１の電極から前記第２の電極に延伸する第２のカーボンナノチューブを形成するステップをさらに備え、
前記第２のカーボンナノチューブは、前記第２の側面上の前記第１および第２の電極に電気的に接触する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２のカーボンナノチューブ上の前記トレンチ内にゲート絶縁物を形成するステップと、
前記ゲート絶縁物上に、前記第１および第２のカーボンナノチューブのための第１のゲート電極を形成するステップとを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ゲート電極は、前記第１および第２のカーボンナノチューブを覆うとともに、前記トレンチの前記第１の側面から前記第２の側面へ連続的に延びる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記トレンチの第１の側面の傾斜は、前記基板の表面に対して、およそ３８°〜６０°である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ソース電極層と前記ドレイン電極層との間に第２のゲート電極層を形成するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の電極層の上方に第３の電極層を形成するステップを備え、
前記第３の電極層は、前記第１のカーボンナノチューブに電気的に結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
装置であって、
第１の側壁および第２の側壁を含むトレンチを備え、
前記第１の側壁は、
第１の電極層と、
前記第１の電極層の上方の第２の電極層と、
前記第１および第２の電極層を分離する第１の絶縁物とを含み、
前記第２の側壁は、
第３の電極層と、
前記第３の電極層の上方の第４の電極層と、
前記第３および第４の電極層を分離する第２の絶縁物と、
前記第１および第２の電極層に結合される、前記トレンチ内の第１のナノチューブと、
前記第３および第４の電極層に結合される、前記トレンチ内の第２のナノチューブと、
前記第１および第２のナノチューブを覆うゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層ならびに前記第１および第２のナノチューブを覆うゲート電極層とを含む、装置。
【請求項１７】
前記トレンチの前記第１の側壁の傾斜は、前記装置が形成される基板の表面に対して、およそ３８°〜６０°である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記トレンチの前記第１の側壁の傾斜は、前記装置が形成される基板の表面に対して、およそ８０°〜９０°である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１および第２のナノチューブは、単層カーボンナノチューブである、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記トレンチの幅は、少なくともおよそ５００オングストロームである、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記トレンチの深さは、少なくともおよそ０．２ミクロンである、請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記ゲート電極層は、
前記第１の側壁を覆うための第１の傾斜と、
前記第２の側壁を覆うための第２の傾斜と、
前記トレンチの底部を覆うための第３の傾斜とを有し、
前記第３の傾斜は、前記第１および第２の傾斜とは異なる、請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
前記第３の傾斜は、前記第１の傾斜に対して、実質的に垂直である、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の側壁は、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に第１の側面ゲート電極層をさらに含み、
前記第２の側壁は、
前記第３の電極層と前記第４の電極層との間に第２の側面ゲート電極層をさらに含み、
前記第１の側面ゲート電極層と前記第１のナノチューブとの間は、第１の側面ゲート絶縁物であり、
前記第２の側面ゲート電極層と前記第２のナノチューブとの間は、第２の側面ゲート絶縁物である、請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
請求項１６に記載の装置を備える、電子システム。
【請求項２６】
装置であって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間にあり、第１の絶縁物によって前記第１の電極から分離されるとともに、第２の絶縁物によって前記第２の電極から分離される第１のゲート電極と、
前記第１および第２の電極に結合されるとともに前記第１および第２の電極から延伸するナノチューブとを備え、
前記ナノチューブは、第１のゲート絶縁物によって前記第１のゲート電極から分離される、装置。
【請求項２７】
前記ナノチューブを覆うとともに、前記第１の電極から前記第２の電極へ延伸する第２のゲート絶縁物と、
前記第２のゲート絶縁物および前記ナノチューブを覆うとともに、前記第１の電極から前記第２の電極へ延伸する第２のゲート電極とを備える、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１のゲート電極および前記第２の電極は、前記第１の電極の上方にあり、
前記ナノチューブは、前記装置が形成される基板に対しておよそ垂直に方向付けられる、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１の電極、前記第２の電極および前記第１のゲート電極は、トレンチの側壁に沿っている、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記ナノチューブは、単層カーボンナノチューブである、請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
請求項２６に記載の装置を備える、電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願の相互参照
本出願は、２００７年１２月３１日に出願された、６１／０１８，４２６の利益を主張し、本出願に引用される他の全ての文献とともに参照により引用される。
【０００２】
発明の背景
本発明は、半導体装置およびその製造に関し、より特定的には、カーボンナノチューブトランジスタ技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
情報化時代および電子商取引は、トランジスタおよび電子回路の発達、ならびに集積回路技術を通したそれらの小型化によって可能になってきた。集積回路は、「チップ」と称されることもある。多くのトランジスタが、電子回路および集積回路を構築するために用いられる。現代のマイクロプロセッサ集積回路は、５千万個を上回るトランジスタを有し、将来は１０億個を上回るトランジスタを有し得るだろう。
【０００４】
いくつかのタイプの回路は、デジタル信号プロセッサ（Digital  Signal  Processor：ＤＳＰ）、増幅器、ダイナミックランダムアクセスメモリ（Dynamic  Random  Access Memory：ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（Static   Random  Access Memory：ＳＲＡＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory：ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory：ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、およびプログラマブル論理を含む。他の回路としては、増幅器、オペアンプ、トランシーバ、パワーアンプ、アナログスイッチおよびマルチプレクサ、発振器、クロック、フィルタ、電源およびバッテリ管理、温度管理、電圧基準、比較器およびセンサを含む。
【０００５】
電子回路は、幅広く適用され、２，３例を挙げると、コンピュータおよび他のプログラムされた機械、家電製品、遠隔通信およびネットワーク機器、無線ネットワーキングおよび通信、工業オートメーション、ならびに医療機器などにおける多くの製品に用いられる。電子回路および集積回路は、コンピュータ、インターネット、ボイスオーバＩＰ（ＶｏＩＰ）、ビデオオンデマンド（Video  On  Demand：ＶＯＤ）、およびワールドワイドウェブ（World  Wide  Web：ＷＷＷ）を含むオンライン技術の基盤である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
より簡単に使用でき、より多くのユーザがアクセス可能であり、より多くの特徴を提供し、そして一般的に消費者および顧客のニーズに対応する電子製品への継続的な要求がある。集積回路技術は、急速に発展し続けている。新しい技術の進歩を用いて、これらのニーズの多くは対処される。さらに、新しい進歩は、将来の製品に大きく影響を与え、かつ大いなる強化をもたらす技術の基本的な変化をも引き起こし得る。
【０００７】
電子機器における基本要素は、電気素子および電子素子である。これらの素子は、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、およびキャパシタを含む。多くのこれらの素子が単一の集積回路上にある。これらの素子の改善および新しくかつ改善された素子の開発は、性能、機能性、および集積回路の大きさを向上させるだろう。
【０００８】
電子機器における重要な基本要素はトランジスタである。実際、ほとんどすべての集積回路の動作は、トランジスタに依存している。トランジスタは、多くの回路の実行例において用いられている。トランジスタの製造の特性および技術を改善することは、電子機器および集積回路の主要な改善につながるだろう。
【０００９】
現在の、シリコンベースの金属酸化半導体電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor：ＭＯＳＦＥＴ）は、電子システムおよびパワーエレクトロニクスシステムの主力製品である。しかしながら、性能要件の増加に対する要求は、シリコン材料の限界を押し上げている。改善した特性をともなうトランジスタ、特により高い電流密度、より高い伝熱性、およびより高いスイッチング周波数を持つトランジスタを有することが望まれる。
【００１０】
したがって、改善されたトランジスタ技術の提供が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の簡単な要約
本発明は、カーボンナノチューブベースの電界効果トランジスタ（Carbon-Nanotube-Based  Field  Effect  Transistor：ＣＮＴＦＥＴ）のための縦型装置形状を提供する。本発明の１つの実施形態においては、ソースおよびドレイン電極は、絶縁フィルムによって分離され、ソースおよびドレインをフィルム端部に露出させるためのトレンチ（trench）（または穴）が形成された、縦型に積層されたフィルムスタック内に含まれる。トレンチの底部の触媒層は、１つまたはより多くのナノチューブがＳ電極およびＤ電極の両方の露出された端部に接触できるように、トレンチの側壁に沿ったカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の成長の核となるように機能する。薄型のゲート絶縁物が、カーボンナノチューブ上に堆積され、引き続いて上部ゲート電極の堆積およびパターニングが行なわれる。この（基盤に垂直な）縦型構造は、ＣＮＴＦＥＴを高密度化し、電力用トランジスタ用途のための電力密度を最大化する。さらに、この形状は、ソースおよびドレイン電極を、高価な高分解能リソグラフィを用いることなく接近させることができ、それによってカーボンナノチューブトランジスタの性能が著しく向上され得る。
【００１２】
装置形状は、直線トレンチ、または、円形または楕円穴配列、あるいはこれらの組合せを利用し得、電気的な並列配列において、高密度の近接した縦型カーボンナノチューブを提供する。本発明を用いて、従来の（基板に対して平面の）水平形状を用いて可能であるものよりは、より小さな領域に多くのカーボンナノチューブを作ることができる。これは、所与電力に対する装置サイズの低減と同様に、電力密度の顕著な改善をもたらす。層状の縦型装置構造は、また、高価な高解像度リソグラフィを用いることなく近接したソースおよびドレイン電極を得るための簡単で安価な手段を提供する。ナノチューブ内では電子移送はバリスティックなので、ＣＮＴＦＥＴは等価なシリコン装置よりも、ずっと低いオン抵抗を有する（２０倍の改善が見込まれる）。さらに、カーボンナノチューブの極めて高い伝熱性は、装置内に放出される熱の除去のための、高効率のサーマルシンクを提供する。最後に、ナノチューブは、シリコンまたは他の公知の材料よりも、より大きな引張強度を有する機械的に堅固なものである。
【００１３】
１つの実行例においては、方法は、基板を提供すること、基板の上方に第１の電極層を形成すること、第１の電極層の上方に第２の電極層を形成すること、第１の電極層と第２の電極層との間に第１の絶縁層を形成すること、第１の電極層、第２の電極層および第１の絶縁層の中に延伸するトレンチを形成すること、第１の電極から第２の電極に延伸する第１のカーボンナノチューブを形成することを含み、第１のカーボンナノチューブは、第１の電極および第２の電極に電気的に接触する。
【００１４】
方法は、第１のカーボンナノチューブ上のトレンチ内にゲート絶縁物を形成すること、およびゲート絶縁物上にゲート電極を形成することを含む。方法は、ドレイン電極層と基板との間に第２の絶縁層を形成することを含む。ドレイン電極層と基板との間は触媒層であり得る。
【００１５】
第１のカーボンナノチューブを形成する前に、触媒がトレンチの底部に堆積される。方法は、ソース電極層とドレイン電極層との間に側面ゲート電極層を形成することを含む。方法は、カーボンナノチューブ上のトレンチ内に上部ゲート絶縁物を形成すること、および、上部ゲート絶縁物上に上部ゲート電極を形成することを含む。
【００１６】
第１のカーボンナノチューブは、トレンチの第１の側面上の第１および第２の電極層に接触するように配置され、方法は、トレンチの第２の側面上の第１の電極から第２の電極に延伸する第２のカーボンナノチューブを形成することをさらに含み、第２のカーボンナノチューブは、第２の側面上の第１および第２の電極に電気的に接触する。
【００１７】
さらに、他の実行例においては、第１のカーボンナノチューブは、トレンチの第１の側面上の第１および第２の電極層に接触するように配置され、方法は、トレンチの第１の側面上の第１の電極から第２の電極に延伸する第２のカーボンナノチューブを形成することをさらに含み、第１のカーボンナノチューブは、第１の側面上の第１および第２の電極に電気的に接触する。方法は、トレンチの第２の側面上の第１の電極から第２の電極に延伸する第３のカーボンナノチューブを形成することを含み、第３のカーボンナノチューブは、第２の側面上の第１および第２の電極に電気的に接触する。
【００１８】
方法は、第１および第２のカーボンナノチューブ上のトレンチ内にゲート絶縁物を形成すること、および、ゲート絶縁物上に第１および第２のカーボンナノチューブのための第１のゲート電極を形成することを含む。ゲート電極は、第１および第２のカーボンナノチューブを覆うとともに、トレンチの第１の側面から第２の側面へ連続的に延びる。特定の実行例においては、トレンチの第１の側面の傾斜は基板の表面に対しておよそ３８°〜６０°である。
【００１９】
方法は、ソース電極層とドレイン電極層との間に第２のゲート電極層を形成することを含む。方法は、第２の電極層の上方に第３の電極層を形成することを含み、第３の電極層は、第１のカーボンナノチューブに電気的に結合される。
【００２０】
１つの実施形態においては、装置は、第１の側壁および第２の側壁を含むトレンチを含む。第１の側壁は、第１の電極層と、第１の電極層の上方の第２の電極層と、第１および第２の電極層を分離する第１の絶縁物とを含む。第２の側壁は、第３の電極層と、第３の電極層の上方の第４の電極層と、第３および第４の電極層を分離する第２の絶縁物とを含む。
【００２１】
装置はさらに、第１および第２の電極層に結合される、トレンチ内の第１のナノチューブと、第３および第４の電極層に結合される、トレンチ内の第２のナノチューブと、第１および第２のナノチューブを覆うゲート絶縁層と、ゲート絶縁層ならびに第１および第２のナノチューブを覆うゲート電極層とを含む。
【００２２】
特定の実行例においては、トレンチの第１の側壁の傾斜は、装置が形成される基板の表面に対しておよそ３８°〜６０°である。他の実行例においては、トレンチの第１の側壁の傾斜は、装置が形成される基板の表面に対しておよそ８０°〜９０°である。
【００２３】
第１および第２のナノチューブは、単層カーボンナノチューブである。トレンチの幅は、少なくともおよそ５００オングストロームである。トレンチの深さは、少なくともおよそ０．２ミクロンである。
【００２４】
ゲート電極層は、第１の側壁を覆うための第１の傾斜と、第２の側壁を覆うための第２の傾斜と、トレンチの底部を覆うための第３の傾斜とを有する。第３の傾斜は、第１および第２の傾斜とは異なる。第３の傾斜は、第１の傾斜に対して実質的に垂直である。
【００２５】
第１の側壁は、第１の電極層と第２の電極層との間に第１の側面ゲート電極層をさらに含む。第２の側壁は、第３の電極層と第４の電極層との間に第２の側面ゲート電極層をさらに含む。第１の側面ゲート電極層と第１のナノチューブとの間は、第１の側面ゲート絶縁物であり、第２の側面ゲート電極層と第２のナノチューブとの間は、第２の側面ゲート絶縁物である。
【００２６】
１つの実施形態においては、装置は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間にあり第１の絶縁物によって第１の電極から分離されるとともに、第２の絶縁物によって第２の電極から分離される第１のゲート電極と、第１および第２の電極に結合されるとともに第１および第２の電極から延伸するナノチューブとを含み、ナノチューブは、第１のゲート絶縁物によって第１のゲート電極から分離される。ナノチューブは、単層カーボンナノチューブである
装置は、ナノチューブを覆うとともに、第１の電極から第２の電極へ延伸する第２のゲート絶縁物と、第２のゲート絶縁物およびナノチューブを覆うとともに、第１の電極から第２の電極へ延伸する第２のゲート電極とを含む。
【００２７】
特定の実行例においては、第１のゲート電極および第２の電極は第１の電極の上方にあり、ナノチューブは、装置が形成される基板に対しておよそ垂直に方向付けられる。第１の電極、第２の電極および第１のゲート電極はトレンチの側壁に沿っている。
【００２８】
電子システムは、本願で説明されるような、１つまたはより多くの装置（または、プロセスを用いて製造された装置）を含み得る。この電子システムは、たとえば、ネットワークルータ、サーバ、デスクトップコンピュータ、ポータブルコンピュータまたはラップトップ、車両、携帯電話、携帯電話基地局、集積回路、バッテリ充電回路、あるいは電力変換回路、および多くのほかのシステムであり得る。
【００２９】
本発明の他の目的、特徴および利点が、以下の詳細な説明および添付の図面の考慮によって明らかになるだろう。その中で、同じ参照符号は、図を通して同じ特徴を表わす。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を含むコンピューティングシステムを示す図である。
【図２】本発明を含む自動車システムを示す図である。
【図３】本発明を含む遠隔通信システムを示す図である。
【図４】本発明を含むシステムのブロック図である。
【図５】カーボンナノチューブトランジスタのための回路記号を示す図である。
【図６】カーボンナノチューブトランジスタを用いるＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
【図７】カーボンナノチューブトランジスタを用いるＤＣ／ＤＣコンバータを示す図である。
【図８Ａ】カーボンナノチューブトランジスタの実行例の断面図である。
【図８Ｂ】カーボンナノチューブトランジスタのトレンチの上面図である。
【図８Ｃ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｄ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｅ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｆ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｇ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｈ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｉ】様々な異なるトレンチ構成についての上面図の概略を示す図である。
【図８Ｊ】２つの側面のナノチューブが、互いにオフセットしているトレンチを示す図である。
【図９】カーボンナノチューブトランジスタの他の実行例の断面図である。
【図１０】カーボンナノチューブトランジスタの他の実行例の断面図である。
【図１１】カーボンナノチューブトランジスタの他の実行例の断面図である。
【図１２】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１３】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１４】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１５】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１６】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１７】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１８】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図１９】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２０】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２１】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２２】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２３】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２４】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２５】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【図２６】カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのプロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
発明の詳細な説明
本発明は、カーボンナノチューブ装置、およびそのような装置、特にトランジスタ装置を製造するための技術を提供する。特定の実施形態においては、カーボンナノチューブ装置は、単相カーボンナノチューブ（single-walled carbon nanotube：ＳＷＮＴ）トランジスタであり、単相カーボンナノチューブはトランジスタの素子である。本発明の単相カーボンナノチューブ装置の特定の用途は、電力用トランジスタのように、標準的なトランジスタと比べて相対的に高電流を通すことのできるタイプのトランジスタである。本発明のカーボンナノチューブトランジスタは、装置および異なる技術の装置と独立して、または組合せて製造され得る。
【００３２】
図１は、本発明の１つまたはより多くのカーボンナノチューブトランジスタまたは整流機器、あるいはこれらの組合せを含む電子システムの例を示す。電子システムは、多くの異なる構成およびサイズで提供される。いくつかの電子システムは、ポータブルまたはハンドヘルド型である。このようなポータブルシステムは、典型的には、バッテリ駆動され得る。
【００３３】
バッテリは、典型的には、再充電可能なタイプのものであり、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池、リチウムイオン（ＬＩ−Ｉｏｎ）電池、リチウムポリマー電池、鉛酸電池、または他の再充電可能なバッテリの化学的性質などである。システムは、一回のバッテリ充電で、所定の時間量の間動作できる。バッテリが枯渇した後は、再充電されて再使用され得る。
【００３４】
特定の実施形態においては、電子システムは、ラップトップまたはノートブックコンピュータのような、ポータブルコンピュータシステムまたはコンピュータである。典型的なコンピューティングシステムは、スクリーン、筐体、およびキーボードを含む。ポインティングデバイス、タッチパッド、あるいは、１つまたはより多くのボタンを有するマウスに等価な装置を有し得る。筐体は、いくつかは図示しないが、プロセッサ、メモリ、大容量記憶装置、バッテリ、無線トランシーバなどのような、よく知られたコンピュータの要素を収納する。大容量記憶装置は、大容量ディスクドライブ、フロッピディスク、磁気ディスク、固定ディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭおよびＣＤ−ＲＷドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＷドライブ、フラッシュおよび他の不揮発性半導体（solid-state）記憶ドライブ、テープ記憶装置、リーダ、および他の類似の装置、およびこれらの組合せを含み得る。
【００３５】
ポータブル電子機器およびバッテリ駆動システムの他の例は、電子ゲーム機（たとえば、ソニープレイステーションポータブル（登録商標））、ＤＶＤプレーヤ、携帯端末機器（ＰＤＡ）、リモートコントロール、携帯電話、リモコンロボットおよび玩具、電動工具、スチルおよびムービーカメラ、医療機器、ラジオおよび無線トランシーバ、および多くの他のものが含まれる。本発明のトランジスタは、これらのいずれか、ならびに、他のエレクトロニクスおよびバッテリ駆動システムに用いられ、同様の利益を提供する。
【００３６】
本発明のトランジスタまたは整流機器、あるいはこれらの組合せは、バッテリセルの急速充電や、ＤＣ／ＤＣ変換を含む電圧変換のための回路を含む電子システムの様々な回路において用いられ得る。たとえば、各ラップトップの電源は、典型的に、８つの電力用トランジスタを有する。本発明のトランジスタは、システムのスクリーンの駆動用の回路に用いられ得る。スクリーンは、液晶ディスプレイ（Liquid  Crystal  Display：ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、または有機ＬＥＤ（Organic  Light  Emitting  Display：ＯＬＥＤ）ディスプレイのような平面ディスプレイであり得る。本発明のトランジスタは、無線ネットワーキング（たとえば、Ｗｉ−Ｆｉ，８０２．１１ａ，８０２．１１ｂ，８０２．１１ｇまたは８０２．１１ｎ）または他の無線接続（たとえば、ブルートゥースまたはＷｉＭＡＸ）のための回路にような、システムの無線動作のための回路に用いられ得る。
【００３７】
図２は、１つまたはより多くの本発明のカーボンナノチューブトランジスタまたは整流機器、あるいはこれらの組合せを含む車両の例を示す。図は、自動車の例を示すが、車両は、自動車、乗用車、トラック、バス、原動機付自転車、スクータ、ゴルフカート、列車、飛行機、ボート、船、潜水艦、車椅子、個人輸送装置（たとえば、セグウェイ（登録商標）ヒューマントランスポート（ＨＴ））、またはその他であり得る。特定の実施形態においては、車両は、電気自動車またはハイブリッド車両であり、それらの動きまたは動作は、少なくともその一部が、電気モータによって提供される。
【００３８】
電気自動車においては、典型的には鉛酸電池のような再充電可能バッテリが電気モータを駆動する。これらの電気自動車またはハイブリッド車両は、他の場所にある、バッテリを再充電するために用いられる再充電回路内に本発明のトランジスタまたは装置を含む。ハイブリッド電気自動車については、バッテリは車両の動きによって再充電される。完全な電気自動車については、バッテリは、交流ライン、あるいは、電力網または電力発生源との他の接続のような外部ソースを介して充電される。車両システムは、搭載された電子機器および電気システムを動作させるための、本発明のトランジスタを有する回路も含み得る。
【００３９】
図３は、１つまたはより多くの本発明のカーボンナノチューブトランジスタまたは整流機器、あるいはこれらの組合せを含む遠隔通信システムの例を示す。遠隔通信システムは、１つまたはより多くの携帯電話、および、１つまたはより多くの携帯電話ネットワーク基地局を有する。ポータブル電子機器について上述したように、各携帯電話は、典型的に、本発明のトランジスタまたは装置を伴う回路を用いて充電され得る、再充電可能なバッテリを有する。さらに、携帯電話または他の無線装置については、本発明のトランジスタを用いて実現されたトランシーバまたは無線放送回路がある。そして、携帯電話ネットワーク基地局は、本発明のトランジスタまたは装置を伴うトランシーバあるいは放送回路を有し得る。
【００４０】
図４は、本発明を含む代表的なシステムの、より詳細なブロック図を示す。これは、上述の電子機器、ノートブックコンピュータ、車両、遠隔通信ネットワーク、または本発明を含む他のシステムを表す例示的なシステムである。システムは、電力を受けるシステムの要素である中央ブロック４０１を有する。中央ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit）、マイクロプロセッサ、メモリ、増幅器、電気モータ、ディスプレイ、その他であり得る。
【００４１】
直流電力は、再充電可能なバッテリ４１１から中央ブロックへ供給される。このバッテリは、本発明のカーボンナノチューブまたは装置を含む回路ブロックＡを用いる交流電源４０３から充電される。回路ブロックＡは、交流電力を直流電力に変換する回路を含み、この回路はカーボンナノチューブまたは整流機器も含み得る。図を単純化するために、単一の回路ブロックＡが示されるが、回路は、２つの回路、すなわちＡＣ／ＤＣ変換用の１つのブロックおよび再充電回路用のもう１つのブロックに分割され得る。
【００４２】
中央ブロックは、交流ラインによって、または、バッテリからのいずれかで電力が供給される装置であり得る。このような実施形態においては、交流電源、接続部４０５、回路ブロックＢ、および接続部４０８からスイッチ４１５への経路がある。バッテリは、また、スイッチ４１５に接続される。スイッチは、電力がバッテリから中央ブロックへ供給されるか、または交流ラインから（回路ブロックＢを介して）中央ブロックへ供給されるかを選択する。回路ブロックＢは、本発明のカーボンナノチューブトランジスタまたは装置を用いて実現されるＡＣ／ＤＣ変換回路に含まれ得る。さらに、本発明の実行例においては、スイッチ４１５は、本発明のカーボンナノチューブトランジスタまたは装置を含む。
【００４３】
回路ブロックＢは、中央ブロックのための電源に含まれ得る。この電源は、スイッチング電源または線形電源であり得る。本発明のカーボンナノチューブを用いて、電源は、典型的なトランジスタを用いるよりも、よりコンパクトなフォームファクタでより多くの電力を提供することができるであろう。本発明の電源は、また、より少ない熱を生成し、そのためにより少ないエネルギが用いられ、オーバーヒートや火災の可能性が低減される。さらに、電源のためにファンも必要でなく、それにより、本発明のナノチューブトランジスタを有する電源を含むシステムは、より静粛になり得る。
【００４４】
交流ラインから回路ブロックＢを通る経路は任意的である。この経路は、交流ラインから中央ブロックへの電力供給がオプションではない場合には必要とされない。このような場合には、スイッチ４１５もまた用いられず、バッテリ４１１が回路ブロックＣに直接接続される。理解され得るように、図におけるシステムの回路がどのように相互接続され得るかについては多くのバリエーションがあり、これらのバリエーションは、本発明の範囲から逸脱しない。
【００４５】
回路ブロックＣは、本発明のカーボンナノチューブトランジスタまたは装置を含む、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータまたは電圧調節器のような回路である。この回路は、特定の電圧の直流電源を得て、それを異なる電圧レベルの直流電圧に変換する。たとえば、バッテリまたは回路ブロックＢの出力は、およそ７．２Ｖの出力電圧を有し得るが、中央ブロックは３Ｖを用いる。回路ブロックＣは、７．２Ｖを３Ｖに変換する。これは、より高い電圧レベルがより低いレベルに変換されるので、降圧コンバータである。
【００４６】
中央ブロック４０１が無線要素を有する場合には、回路ブロックＤおよびアンテナ４２６を含む経路が、無線信号の送受信のために用いられる。回路ブロックは、本発明のカーボンナノチューブトランジスタを含み、信号の送受信を実行する。たとえば、カーボンナノチューブトランジスタは、無線信号を生成する増幅器の出力装置として用いられる。無線要素を用いない本発明の実行例においては、回路ブロックＤおよびアンテナは存在しない。
【００４７】
図５は、本発明のカーボンナノチューブトランジスタの記号を示す。本発明によれば、トランジスタは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いて製造される。そしてより特定的には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、単相カーボンナノチューブを用いて製造される。トランジスタは、ゲートノードＧ、ドレインノート゛Ｄおよびソースノート゛Ｓを有する。この本発明のカーボンナノチューブトランジスタは、集積回路の典型的なMOSトランジスタのような、バルク、基板、またはウェル（well）ノードを有しない。本発明のほかの実施形態においては、カーボンナノチューブトランジスタは、バルクノードを有し得る。
【００４８】
適切な電圧がゲートノードに印加されると、電荷キャリア密度が増加されて、ＮＴで示されるカーボンナノチューブに沿った導電チャネルを形成する。電流は、ドレインからソースへ流れ得る。本発明の単層カーボンナノチューブトランジスタの動作は、金属酸化半導体（ＭＯＳ）トランジスタと類似している。
【００４９】
単層カーボンナノチューブは、比較的最近発見された材料である。単層カーボンナノチューブは、概念的には、典型的におよそ１ナノメートルの直径を有する継ぎ目のない円筒状のロールで構成される１枚のシートのグラファイト（グラフィンとも称される）として説明されるが、およそ０．４ナノメートルから５ナノメートルまでの範囲であり得る。円筒は、１つの層の厚さの層であり得る。たとえば、ナノチューブは、０．５,０．７，０．８，０．９，１．０，１．１，１．２，１．３，１．６，２，２．５，２．７，３，３．２，３．６，３．８，４．０，４．２，４．３，４．５，４．６，４．７または４．９ナノメートルであり得る。プロセス技術によっては、単層カーボンナノチューブは、０，７ナノメータより小さい、または５ナノメートルより大きい直径を有し得る。
【００５０】
単層カーボンナノチューブに加えて、他のタイプのカーボンナノチューブとしては、多層カーボンナノチューブ（Multiwalled Carbon Nanotube：ＭＷＮＴ）がある。多層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブとは異なっている。単層カーボンナノチューブシリンダの代わりに、多層カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの同心円のシリンダを有する。したがって、多層カーボンナノチューブはより厚く、典型的には、およそ５ナノメートルおよびそれより大きい直径を有する。たとえば、多層カーボンナノチューブは、６，７，８，１０，１１，１５，２０，３０，３２，３６，５０，５６，６２，７４，７８，８６，９０，９６または１００ナノメートルの直径、またはさらに大きい直径を有し得る。
【００５１】
単層カーボンナノチューブは、独特の電気的、熱的および機械的特長を有する。電気的には、それらは、キラリティ（chirality）またはヘリシティ（helicity）に基づいた金属性または半導体性であり得、これは（ｎ，ｍ）表示によって決定され、グラファイトのシートが円筒状に巻かれているというように考えられ得る。典型的には、個々の単層カーボンナノチューブは、２０マイクロアンペア以上の電流を、損傷なく取り扱うことができる。多層カーボンナノチューブと比較して、単層カーボンナノチューブは、一般的に、非常に低い構造的な欠陥密度を有し、このことは、電子機器用途のためには重要である。
【００５２】
単層カーボンナノチューブ材料は、驚くべき材料特性を有することが証明されている。それは、公知材料の中で最も強く、鋼よりもおよそ１５０倍の強さである。それは、最も高い公知の伝熱性を有する（およそ６０００Ｗ／ｍ・Ｋ）。半導体単層カーボンナノチューブの特性は、本当に期待できるものである。それらは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、不揮発性メモリ、論理回路、および他の用途で用いられ得る。
【００５３】
トランジスタ用途については、単層カーボンナノチューブ装置は、シリコンのものよりも非常に低いオン抵抗およびスイッチング抵抗を有する。単層カーボンナノチューブ技術に基づくトランジスタは、従来のシリコン装置と同じくらいに熱くなることなく、極めて高い電流負荷を取り扱うことができる。この主要な利点は、２つの要因に基づいている。第１は、より低いオン抵抗およびより効果的なスイッチングが、ずっとより低い熱生成をもたらし、このことはより低いエネルギ放散と等価であるということである。第２は、単層カーボンナノチューブが、より高い伝熱性を有しており、このことは熱が蓄積しないことを保障する。
【００５４】
カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（ＣＮＴＦＥＴ）の設計および製造において重要な検討事項は３つある。第１の検討事項は、制御されかつ再生可能な、所望の直径、長さおよびキラリティを有する高品質の単層カーボンナノチューブの成長である。第２の検討事項は、電子構造へのナノチューブの効果的な統合である。そして、第３の検討事項は、現在のナノチューブの成長であり、装置の製造プロセスは、拡張的で経済的な製造に適用できるように、かなりの改善が必要とされている。
【００５５】
図６は、本発明の２つのカーボンナノチューブトランジスタＭ６０１およびＭ６０３を用いるＡＣ／ＤＣコンバータを示す。回路は、変圧器Ｔ１において供給される１２０Ｖのような交流電圧を利用し、図に示される１２Ｖのような直流電圧出力を提供する。コンバータは、どのような交流電圧を入力として利用するように設計されてもよいが、米国における標準的な交流ライン電圧であるので、１２０Ｖが選択された。回路は、回路要素の変化によって、２Ｖ、３Ｖ、５Ｖ、６Ｖ、１６Ｖ、１８Ｖまたは２０Ｖのような、１２Ｖより小さいまたはより大きいどのような所望の直流電圧を出力するように設計されてもよい。たとえば、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が変化されてもよい。
【００５６】
単層カーボンナノチューブトランジスタＭ６０１は、ノード６０４と接地との間に接続される。Ｍ６０１のゲートノードは、ノード６０８に接続される。キャパシタＣ２は、６０４と６１４との間に接続され、単層カーボンナノチューブトランジスタＭ６０３のゲートに接続される。Ｍ６０３は、ノード６１９と接地との間に接続される。キャパシタＣ１は、６０８と６１９との間に接続される。抵抗器Ｒ３は、直流出力ＶＯＵＴと６１４との間に接続される。抵抗器Ｒ４は、ＶＯＵＴと６０８との間に接続される。ＶＯＵＴと６０４との間には、ダイオードＤ１および抵抗器Ｒ２がある。ＶＯＵＴと６１９との間には、ダイオードＤ２および抵抗器Ｒ１がある。ノード６０４および６１９は、変圧器Ｔ１の巻線に接続される。
【００５７】
ＡＣ／ＤＣコンバータは、コンバータが比較的大きな電力を必要とする回路に電力を供給するので、かなりの電流を出力し得る。したがって、このような場合には、カーボンナノチューブトランジスタＭ６０１およびＭ６０３は、比較的大きな電荷を通す。さらに、バッテリ再充電用途においては、オーバーヒートまたは装置への損傷を与えることなくＭ６０１およびＭ６０３が通すことのできる電流を増加することによって、バッテリが再充電される速度をスピードアップする。
【００５８】
図７は、本発明の２つのカーボンナノチューブトランジスタＭ７０１およびＭ７０５を用いるＤＣ／ＤＣコンバータを示す。回路は、直流入力電圧ＶＩＮを利用し、異なる直流電圧ＶＯを出力する。たとえば、ＶＩＮは７．２Ｖまたは１２Ｖであり、ＶＯは５Ｖまたは３Ｖであり得る。電圧変換は、携帯型電子機器のような多くの用途において用いられ、これは、バッテリが所望の電圧レベルまたは電子機器に適合する電圧で出力を提供し得ないからである。
【００５９】
この回路は、直流インバータ回路の一部でもあり、その場合には、入力電圧に対して逆の極性の電圧出力が供給される。たとえば、入力電圧が正の場合は、インバータの出力電圧は負である。あるいは、入力電圧が負の場合は、インバータの出力電圧は正である。
【００６０】
単層カーボンナノチューブトランジスタＭ７０１は、ＶＩＮ＋とノード７１２との間に接続される。単層カーボンナノチューブトランジスタＭ７０５は、ノード７１２とＶＩＮ−（接地）との間に接続される。インダクタＬは、７１２と７１６との間に接続される。キャパシタおよび抵抗器は、７１６とＶＩＮ−との間に接続される。出力ＶＯは、ノード７１６と接地との間で得られる。
【００６１】
本発明のさらなる実施形態においては、トランジスタＭ７０１のドレインとソースとの間に接続された第１のダイオード、およびトランジスタＭ７０５のドレインとソースとの間に接続された第２のダイオードがあり得る。第１のダイオードは、電流がノード７１２からＶＩＮ＋への方向に流れるように接続され得る。第２のダイオードは、電流が接地からノード６１２への方向に流れるように接続され得る。
【００６２】
これらのダイオードは、トランジスタのゲートおよびドレインが一緒に接続されているダイオード接続されたトランジスタを用いることを含む、ダイオード特性を有する装置を得るために用いられるどのような技術、または他のトランジスタ技術を用いて設計または製造され得る。他の実施形態においては、参照により引用される２００５年９月１４日に出願された米国特許出願１１／１６２，５４８において説明されているように、ダイオードは、単層カーボンナノチューブおよびナノワイヤ分岐または他の分岐を用いるナノチューブトランジスタと統合され得る。
【００６３】
動作時は、コンバータ回路は、ＶＩＮ電圧をＶＯまたはＶＯＵＴ電圧に変換する。第１の信号は、トランジスタＭ７０１のゲートに接続され、第２の信号はトランジスタＭ７０５のゲートに接続される。第１および第２の信号は、方形波、パルス列、鋸波信号などを含む、クロック信号または発振信号であり得る。第１および第２の信号は、コンバータ回路用のコントローラによって生成され得る。
【００６４】
電力用トランジスタは、典型的に高電流および高電力を搬送する、電子機器における高電力出力段である。それらは、パワーアンプ内の素子であり、要求された電流および電力を十分に負荷に搬送するために用いられる。用途は、集積回路内の装置、パーソナルコンピュータ、携帯電話、無線基地局、および様々な電気機器への電力搬送を含む。電力用トランジスタは、高電力スイッチおよびモータへの電力供給にも用いられる。
【００６５】
現時点では、電力用トランジスタは、シリコン技術に基づいた、バイポーラ接続トランジスタ（bipolar junction transistor：ＢＪＴ）または金属酸化半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。これらのシリコンベース装置に加えて、ガリウムヒ素および窒化ガリウムのような、他の材料が用いられる。しかしながら、シリコンバイポーラ接続トランジスタおよびシリコン金属酸化半導体電界効果トランジスタは、横方向に金属酸化半導体が拡散しており、すなわち横方向に電界が優位である。電力用トランジスタ装置の全体は、トータルの電流および電力を分散するために、リンクした多数の個別のトランジスタを含む。電力用トランジスタにおける関連するパラメータは、電流搬送容量および電力容量、電流ゲイン、効率、ならびに熱抵抗が含まれる。
【００６６】
キラリティ制御または金属製カーボンナノチューブの排除、配置および方向制御、サイズおよび長さ制御、ならびに、大規模での単層カーボンナノチューブの特性全体的な品質制御を含む、カーボンナノチューブトランジスタの商品化および電流半導体技術の置換についての多くの試みがされている。これらは、本発明によって対処される。
【００６７】
本発明は、カーボンナノチューブベースの電界効果トランジスタ（ＣＮＴＦＥＴ）のための縦型装置形状を提供する。実施形態においては、トランジスタは、単層カーボンナノチューブを有する。本特許は、トランジスタの１つまたは複数のカーボンナノチューブを有する部分についての断面を記載し、かつ提供する。特定の実行例においては、電力用トランジスタ、あるいは、多くの数のカーボンナノチューブを含む比較的大規模なトランジスタまたは装置は、説明される多くの数のトランジスタ部分を用いることによって形成される。電極は、トランジスタ部分が単一のトランジスタとして作用するように、電気的に並列または直列に一緒に接続され、あるいは互いに短絡される。
【００６８】
図８Ａは、端部接続型縦型カーボンナノチューブトランジスタの実行例の断面図を示す。ソース電極８２２およびドレイン電極８２６は、絶縁フィルムによって分離された縦型の層状のフィルムスタックに含まれる。下部から上部への層は、基板層８３０、ドレイン電極層８２６、絶縁層８２８、ソース電極層８２２、および絶縁層８３２である。
【００６９】
この図の実行例においては、ドレイン電極層は基板層上に直接形成される。しかしながら、他の実行例においては、介在する絶縁層があってもよい。ソースおよびドレイン層は、およそ０．１〜０．５ミクロンの厚さを有し得る。ソースおよびドレイン層を分離する絶縁層は、およそ０．１〜１ミクロンの厚さを有し得る。
【００７０】
ソースおよびドレイン層を分離する絶縁層は、不均一の厚さを有し得る。１つの実行例においては、絶縁層はトレンチ部およびその近くではより薄く、遠ざかるとより厚くなる。これは、製品を、非常に短く、高機能なカーボンナノチューブトランジスタとし、一方で寄生容量を低減し、かつ残余の装置において良質の絶縁を保障する。
【００７１】
ソースおよびドレイン層は、入れ替えられてもよい。ソースおよびドレイン領域は、拡散領域または拡散層と称され得る。
【００７２】
基板およびベースメタルは、固体または多孔質であり得る。基板に適した多くの材料がある。いくつかのプロセスにおいては、基板層およびドレイン電極層は、同じ材料または同じ層であってもよいし、異なっていてもよい。いくつかの基板材料は、酸化アルミニウム、シリコン、シリコンゲルマニウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、プラスチック、ポリマー（たとえば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、またはポリエチレンテレフタラート）、ガラス、サファイア、または水晶など、あるいはこれらの組合せを含む。さらに、カーボンナノチューブトランジスタの複数の層は、互いの上面上に形成され得る。カーボンナノチューブ装置の各層は、この特許において説明されるものと類似の方法で形成される。
【００７３】
電極層は、原子層成長法（atomic layer deposition：ＡＬＤ）、スパッタリング、電子ビーム蒸着、または他の方法のような技術を用いる、基板層または他の層上に形成される。電極層は、シリコンまたはポリシリコンであり得る。層は、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、または他の金属のような材料でもあり得る。
【００７４】
特定の実施形態においては、耐火金属が電極層を形成するために用いられ、これは耐火金属の比較的高い融点のためである。いくつかの耐火金属は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタラム（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタラム（ＴａＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、クロム、バナジウム、およびレニウムを含む。電極層についての上述のどのような材料も、いかなる材料とも組合わされ得る。たとえば、ポリシリコンは、電極層についてプラチナと組合わされ得る。タングステンは、金と組合わされ得る。モリブデンは、パラジウムおよびシリコンと組合わされ得る。
【００７５】
図８Ａは、２つの電極層を示すが、第１の電極層の上方に形成されたいずれの数の電極層を有し得る。たとえば、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはより多くの電極を有し得る。ナノチューブは区分され、それによって、電極間のトランジスタを分離し得る。あるいは、ナノチューブは連続的であり、電極はともに接続され、それによって並列または直列に接続されたトランジスタとなる。
【００７６】
トレンチ８３６（または、穴、スロット、あるいは開口部）は、ソースおよびドレインをフィルム端部に露出するように形成される。トレンチの幅は、およそ５００オングストローム〜４ミクロンであり得る。トレンチの深さは、およそ０．２から０．５ミクロンであり、あるいは、１ミクロンまたはそれより大きい。トレンチは、どのような形をも有する穴、スロット、または開口部であり得る。トレンチまたは開口部の形状は、たとえば、円筒、楕円、長方形、正方形、立方体、Ｖ溝（以下、および図９参照）、ノッチなどであり得る。本実行例においては、トレンチは、３側面、すなわち底部および２つの側壁を有する。
【００７７】
構成によっては、トレンチは、１つ、２つ、またはより多くの、いくつもの数の壁面を有し得る。図８Ｃ〜図８Ｉおよび以下のさらなる詳細を参照されたい。たとえば、トレンチは、星型構造を有してもよいし、複数の壁面を有してもよい。
【００７８】
トレンチの側壁の傾斜は、どのような角度でもよい。たとえば、角度は、およそ０°〜９０°、およそ４５°〜９０°、およそ６０°〜９０°、およそ７５°〜９０°、およそ８０°〜９０°であり得る。トレンチは、基盤構造の水平表面に対して、概して垂直またはおよそ９０°（たとえば、８０°〜９０°、８５°〜９０°、または８８°〜９０°）の、直線状の側壁を有し得る。
【００７９】
触媒層８４２は、トレンチの底部に配置され、トレンチの側壁に沿ったカーボンナノチューブの成長の核となるように機能する。１つの実行例においては、ナノチューブを形成する前に、触媒スタックが、ドレインまたは基板上あるいはその両方に配置され、触媒スタックは、（ａ）触媒のみ、（ｂ）ドレインのみを覆う拡散バリヤの上面上の触媒、または（ｃ）ドレインおよびトレンチの他の領域を覆う拡散バリヤの上面上の触媒である。代替的な実行例においては、トレンチの底部に代えて、触媒は、トレンチの上部、側面、または他の部分に配置される。
【００８０】
１つの実行例においては、カーボンナノチューブを形成する前に、下部電極と上部電極の間の絶縁層を除いて、いくつかのまたは全ての露出した部分に触媒が堆積される。
【００８１】
触媒は、原子層成長法、スパッタリング、電子ビーム蒸着、または他の方法のような技術によって形成され得る。１つの実施形態においては、触媒は、ドレインの下方に堆積されて形成された、連続層である。１つまたはより多くのカーボンナノチューブが、ソースおよびドレイン電極の両方の露出した端部に接触するように成長する。
【００８２】
触媒は、薄いフィルムまたはナノパーティクルであり得る。いくつかのプロセスにおいては、触媒層は任意的であり存在しない。カーボンナノチューブ８４５の形成に用いられる触媒は、鉄、ニッケルまたはコバルト、あるいはこれらの金属の組合せ、または１つまたはより多くのこれらの金属と他の金属との組合せを含む。典型的には、触媒は、適当な大きさ、すなわち通常１ナノメートルから４ナノメートルの直径であるナノパーティクルの形体である。他の実行例においては、触媒は４ナノメートルより大きい。これらのナノパーティクルは、金属触媒ナノパーティクルまたはパーティクルが、より大きな無機的支持、または、フェリチンタンパク質のような有機シェルによって支持され得る、金属蒸着装置、金属の電気化学堆積法、あるいは、触媒の湿式堆積法（wet deposition）のような金属堆積法を通して得られる。
【００８３】
ナノチューブは、触媒上に成長し得る。それに代えて、またはそれに加えて、溶液（solution）内に浮遊するナノチューブは、ドロップキャスティング（drop casting）、スピンコーティング、または電気泳動堆積法、あるいはこれらの組合せのような方法によって、装置構造上に堆積される。カーボンナノチューブは、電気泳動または流体配列（fluidic alignment）あるいはこれらの組合せのような力を介して配列され得る。カーボンナノチューブは、電界配列（electric field alignment）または端部方向成長（edge directed growth）のようは方法を通した成長の間に配列され得る。
【００８４】
１つの実行例においては、ナノチューブへの電気的接触は、ソースおよびドレイン電極において、パラジウムまたは他の金属の堆積によって形成され、かつ改善される。この堆積は、電着、蒸着、スパッタリング、原子層成長法、またはＣＶＤ、あるいはこれらの組合せのような方法によって実行され得る。
【００８５】
カーボンナノチューブの長さは、ドレイン電極層から少なくともソース電極層まで延伸する。ドレインおよびソース電極は、２つの異なる接触点でナノチューブに接触する。特定の実行例においては、ソースおよびドレイン電極間の距離は、およそ０．１ミクロン〜１ミクロンである。この距離は、1ミクロンを越えることもある。
【００８６】
ナノチューブへのソースおよびドレイン電極の高品質な接触を可能とするために、パラジウムまたは他の金属の薄い層（図示せず）が、露出した電極上に電着され得る。上述のように、トレンチの一方の側面のドレイン電極は、トレンチの他方の側面のドレイン電極と電気的に接続され得る。同様に、トレンチの一方の側面のソース電極は、トレンチの他方の側面のソース電極と電気的に接続され得る。
【００８７】
１つの実行例においては、アクティブな素子は、単層半導体カーボンナノチューブである。他の半導体ナノ材料が、代わりにまたは組合せとして用いられ得る。そのようなナノ材料のいくつかの例は、グラフィン（graphene）、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、ならびに、ホウ素ベースおよびカーボンベースのナノチューブのような他のナノワイヤを含む。米国特許出願１１／４６２，４９７は、ヘテロ構造ナノチューブ装置（ナノワイヤを含む）を説明しており、そのような技術は本願の構造に適用可能であり、参照により引用される。
【００８８】
薄いゲート絶縁物またはゲート酸化物８４７（たとえば、酸化ケイ素）は、カーボンナノチューブにわたって堆積され、引き続いて上部ゲート電極８４９の堆積およびパターニングが行なわれる。ゲート絶縁物は、カーボンナノチューブ上のトレンチ内の上部、下部および側壁上に形成される。様々な実行例においては、ゲート酸化物の厚さは、およそ２ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲であり得る。ゲート酸化物の厚さは、およそ１０ナノメートル〜１００ナノメートルであり得る。
【００８９】
ゲート電極は、ゲート絶縁物にわたって形成される。ゲート電極は、第１および第２のカーボンナノチューブのためのものであり、両方のナノチューブにわたって連続的に延びている。ゲート電極は、原子層成長法、スパッタリング、電子ビーム蒸着、または他の方法のような技術によって形成され得る。ゲート電極は、金属（たとえば、アルミニウム）、ポリシリコン、ポリシリサイド、または他の導電性材料を用いて作られる。他の実行例においては、ゲート電極は、２つに分割され（または、電気的に非接続にされ）、それによって各ナノチューブはそれ自身のゲートを有する。
【００９０】
さらなる実行例（たとえば、図１０および図１１）においては、ゲート電極層は、隣接する絶縁層間に埋め込まれてもよく、これらの層は、ソース電極層とドレイン電極層との間にある。ゲート絶縁物もまた、埋め込まれたまたは側面のゲート電極上に形成される。以下の追加の説明を参照されたい。
【００９１】
図８Bは、トレンチ８３６の一部分の上面図を示す。トレンチは、トランジスタが形成される基盤の表面を横切る水平方向に延びる。トレンチは、どのような形状、多角形で延び、または所望の長さに関する構成で延び得る。トレンチは、指状、蛇行した鎖状（serpentine chain）、螺旋状、または他の構成で延び得る。
【００９２】
カーボンナノチューブは、側壁に沿って、またはトレンチの延びる長さの端部に沿って形成される。たとえば、トレンチ８３６においては、ナノチューブ８４５Ａ〜８４５Ｅが、第１の側壁８６２に沿って（平行に）形成される。ナノチューブ８４５Ｆ〜８４５Ｊは、トレンチの第２の側壁８６５に沿って（平行に）形成される。トレンチの側面ごとに、１ミクロンごとにおよそ５〜１０のナノチューブがあり得る。
【００９３】
図８Ｃ〜図８Ｉは、様々な異なるトレンチ形状またはレイアウトの上面図アウトラインを示す（ナノチューブは図示せず）。図８Ｃは、１つの角、すなわち９０°の角を有するトレンチを示す。角は、３０°、４５°、６０°、７５°または９０°のようないずれの角度、およびどのような組合せでもあり得る。トレンチレイアウトにおいて、どのような数の角、および右曲がりおよび左曲がりのどのような組合せの角を取り得る。
【００９４】
図８Ｄは、Ｃの反対の形状である、２つの角を有するトレンチアウトライン示す。図８Ｅは、背骨部（spine）から伸びる３つのアームを有する、Ｅの反対の形状である中央背骨部を示す。図８Ｆは、図８Ｅと似ているが、中央背骨部から離れる両方向にアームが伸びている。
【００９５】
図８Ｇは、アームが互いに噛合った図８Ｅのトレンチを示す。どのような数のトレンチが、レイアウトをコンパクトにするこのような方法でともに噛合ってもよく、より多くのトランジスタが、所与のレイアウトに対して形成され得る。図８Ｈは、複数の相互に噛合ったトレンチの例を示す。
【００９６】
図８Ｉは、同心の正方形のリング状に配列されたトレンチを示す。同心構成については、どのような多角形または形状（たとえば、三角形、正方形、円、または長方形）が用いられ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つまたはより多くの数の同心リングを取り得る。外側のリングがある形状であるが、内部のリングが他の形状であってもよい。さらに、リングの各々の側面は、図８Ｆのような、各内部リングの側面が隣接する内部および外部のリング側面と相互に噛合うような構成を取ってもよい。
【００９７】
図８Ａおよび図８Ｂは、互いに真向かいのトレンチにおけるナノチューブを示す。しかしながら、他の実行例においては、カーボンナノチューブは、互いに真向かいにならないように、ずらされ、またはオフセットされる。図８Ｊは、２つの対向する側のナノチューブが、互いにオフセットしているトレンチの例を示す。
【００９８】
図８Ａは、ソースおよびドレインが、端部接触を用いてナノチューブと電気的に接続される構成を示す。しかしながら、これらの電気的接触は、トレンチの下部または上部、あるいは両方であり得る。たとえば、上部の接触については、ソース電極材料が、構造の上部に堆積あるいは形成され、ナノチューブに電気的に接続される。ナノチューブの下部には側面または端部で接触し、ナノチューブの上部とは上面接触をし得る。
【００９９】
装置内のほとんどまたはすべてのナノチューブが、金属性（または導電性）ナノチューブであるよりも半導体性であることを保障することも重要である。これは、半導体カーボンナノチューブを優先的に成長させるような技術を用いて、あるいは、金属性および不所望のナノチューブを除去するための、成長後のプラズマエッチングまたは他の技術を用いることによってなされる。金属性単層カーボンナノチューブ（または、他の不所望のカーボンナノチューブ）は、プラズマ、電気的バーンオフ（electrical burn off）、化学的方法、またはその他、あるいはこれらの組合せのような技術を用いて除去され得る。不所望のカーボンナノチューブは、多層または金属性のカーボンナノチューブ、あるいはその両方を含み得る。
【０１００】
単層カーボンナノチューブの形成およびバーンオフ（または選択的除去）技術のさらなる説明が、米国特許出願１１／１６２，５４８に見出される。不所望のチューブの選択的除去技術が米国特許出願６１／０９１，０４１に記載され、本特許出願で説明される構造にも適用可能である。たとえば、技術は、金属性ナノチューブを通して大きな電流を通過させながら、半導体ナノチューブをゲーティング（gating）することにより金属性ナノチューブを除去し、結果として金属性ナノチューブを焼却することを含む。米国特許出願６１／０９１，０４１において説明されるように、金属性ナノチューブを除去する技術は、これらのナノチューブ上に選択的金属堆積法を施した後の、金属性ナノチューブの金属触媒焼却（metal-catalyzed burnout）を含む。
【０１０１】
図９は、端部接触型縦型カーボンナノチューブトランジスタの他の実行例の断面図を示す。この実行例は、図８Ａの実行例と類似しているが、Ｖ型のトレンチ９３６が、図８Ａのトレンチの代わりに用いられる。Ｖ型のトレンチは、図８Ａの三側面のトレンチよりも傾斜の緩やかな２つの側面を有する。この断面図は、基板９５４とドレイン層９５６との間の、絶縁層９４８および連続的な触媒層９５０も示す。
【０１０２】
たとえば、Ｖ型のトレンチの側面の傾斜は、基板の表面に対して、およそ３０°〜７５°で形成され得る。他の例としては、角度は、およそ３８°〜６０°を取り得る。様々な実行例においては、傾斜は、およそ３０°、３８°、４５°、５０°、５６°、６０°、６３．５°および６７°である。
【０１０３】
図１０は、端部接触型縦型カーボンナノチューブトランジスタの他の実行例の断面図を示す。この実行例は、図８Ａの実行例と類似しているが、ソース層１０６８とドレイン層１０７０との間にゲート電極層１０６６を有する。ゲート絶縁物１０７２は、カーボンナノチューブ１０７４からゲート電極層１０６６を分離する。
【０１０４】
この装置形状は、以下の、基板、ドレイン層、絶縁物、ゲート層、絶縁物、およびソース層のような縦型フィルムスタック内に半導体性または金属性のゲート層を含む。埋め込まれた側面ゲートは、ここでは、全ての電極が、可能性のあるナノチューブのプロセス汚染（processing contamination）を最小化するために、カーボンナノチューブの成長前に形成されることを可能にする。層状の材料は、高温のカーボンナノチューブ成長に適合可能であるべきであり、薄いゲート絶縁物は、露出したゲート電極の端部上に堆積または成長させられるべきである。この構成は、さらに、ナノチューブ内のキャリアのドーピングと同様に、ソースおよびドレインのショットキーバリヤ（Schottky barrier）を制御するために、一方に第２の上部ゲート構造を追加させる（以下を参照）。
【０１０５】
図１１は、端部接触型縦型カーボンナノチューブトランジスタの他の実行例の断面図を示す。この実行例は、図１０の実行例と類似しているが、下部のゲート電極層１１１５に加えて、上部電極１１１３を有する。上部ゲート絶縁物１１１７は、上部ゲートをカーボンナノチューブ１１２２から分離する。下部ゲート絶縁物１１２５は、下部ゲートをカーボンナノチューブから分離する。
【０１０６】
図８〜図１１は、単層トランジスタ構造を示すが、本発明の構造および技術は、多層またはスタック型トランジスタ構造に適用され得る。図８〜図１１に示されるような構造の１つの層は、層間に絶縁層をともなって、他の各々の上面上に形成され得る。米国特許出願１１／７６１，００９は、スタック型のナノチューブトランジスタ構造を説明し、参照により引用される。
【０１０７】
多くのトランジスタをともなう集積回路は、本願で説明された構造を用いて形成され得る。米国特許出願１１／４６６，８９３に記載されたナノチューブトランジスタ集積回路およびレイアウトは、参照により引用されるが、本願の構造に適用可能である。
【０１０８】
図１２〜図２６は、端部接触型縦型カーボンナノチューブトランジスタ装置の製造のためのプロセスフローを示す。このフローは、図８Ａに示されるような構造の形成について記載されるが、このフローのバリエーションも、本願の図９〜図１１における構造を形成するために用いられ得る。
【０１０９】
提示された製造プロセスは、標準的な半導体工業の出発材料、すなわちシリコンウェハ、二酸化ケイ素、多結晶シリコン、二酸化ケイ素スタック（ＯＳＯＳ）に基づいている。このプロセスの利点は、出発材料が安価に商業的に利用可能であることであり、標準的な半導体製造ラインに適合可能であることである。ＯＳＯＳ出発ウェハの使用は要求されないが、ソースおよびドレインフィルムは、たとえば、パラジウムのような金属性の層であり得る。同様に、絶縁層は、高温のカーボンナノチューブ成長状態に適合可能な、いかなる絶縁材料であり得る。本プロセスの他の可能性のあるバリエーションは、他のパラメータの中で、触媒の堆積またはパターニング（たとえば、リフトオフ（lift off）または電着を介した、トレンチの底部における鉄の堆積）、およびトレンチの側壁プロファイルの制御を含む。
【０１１０】
本特許は、カーボンナノチューブトランジスタを製造するためのいくつかの特定のフローを説明するが、本発明は提示された特定のフローまたはステップに限定されないことが理解されるべきである。本発明のフローは、追加のステップ（本願においては必ずしも説明されない）、提示されたいくつかのステップを置き換えた異なるステップ、より少ないステップまたは提示されたステップのサブセット、または提示されたものと異なる順序のステップ、あるいはこれらの組合せを有し得る。さらに、本発明の他の実行例におけるステップは、提示されたステップと全く同じとは限らず、特定の用途に適するようにあるいはデータに基づき、修正または変形され得る。
【０１１１】
図１２においては、出発材料はシリコンウェハ１２０２である。およそ０．１から０．５ミクロンの熱酸化物１２０６が、基板上に成長あるいは形成される。およそ０．１から０．５ミクロンのポリシリコン層１２０９が、酸化物上に形成される。およそ０．４から１ミクロンの酸化物１２１１が、ポリシリコン上に形成され、この酸化物は上部酸化物と称され、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって形成され得る。
【０１１２】
シリコン基板は、トランジスタのドレインである。ポリシリコンはトランジスタのソースとなる。任意的に、モリブデン（Ｍｏ）またはパラジウム（Ｐｄ）を含む、他の電極（図示せず）材料が、カーボンナノチューブへの改善された電気的接触を提供するために用いられ得る。
【０１１３】
図１３は、ソースのポリシリコン層に接触できるように、ビア１３０５および１３０７がエッチングされる。これは、ポリビアマスク（poly-vias mask）と呼ばれ得る第１のマスクを用いて実行され得る。プラズマエッチングまたは他のエッチング技術が、ポリシリコンのソース層を露出させるための酸化物窓（oxide window）を形成するために用いられる。このプロセスステップは、ソース上のパラジウム電着および最終的なソースパッド接触を可能とする。
【０１１４】
図１４は、構造の上面図を示し、酸化物１２１１がエッチングされたところを示している。エッチングされた酸化物領域１４０３は、一般的に、エッチングされた酸化物セグメント１４１０により接続された、Ｕ字形状、あるいは、２つまたはより多くの平行アーム部１３０５および１３０７を有するマルチアーム構造である。
【０１１５】
図１５は、エッチングスロット１５０１（あるいは、穴、ウェル（well）、またはトレンチ）を示す。これは、フォトレジスト１５８５およびスロットマスクと呼ばれる第２のマスクを用いるフォトリソグラフィを通して実行され得る。プラズマエッチング（またはウェットエッチング）が、各層、すなわち上部酸化物、ポリシリコン、下部酸化物、およびウェハ上面のために必要とされる。カーボンナノチューブ成長のための初期の位置合わせ端部（alignment edge）を提供するために、シリコンウェハの内部およそ０．０５ミクロン〜０．５ミクロンまでエッチングされる。パターンは、平行な多くのスロットを含み得る。
【０１１６】
図１６においては、フォトレジスト層１５８５または再形成されたフォトレジスト層を用いて、ウェル（１５０１）の底部に触媒１６２１をリフトオフ（または電着）する。触媒がシリコン基板と反応することを抑制するために、触媒と基板との間に、（およそ３ナノメートル厚の）薄いアルミニウムまたは窒化チタン（ＴｉＮ）のバリヤ層を、典型的に形成する。
【０１１７】
触媒は、およそ０．１〜０．５ナノメートルの厚さの、鉄（Ｆｅ）層であり得る。他の触媒としては、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはこれらの組合せが、電着、スパッタリング、蒸着、あるいは、安定化された界面活性剤またはフェリチンの形体のような金属ナノパーティクルによって用いられ得る。
【０１１８】
図１７は、エッチングされた酸化物領域１４０３およびスロット１５０１を伴う構造の上面図を示す。スロットの少なくとも一部は、エッチングされた酸化物アーム１３０５および１３０７の間にある。１５０１および１４０３が相互に噛合った複数のパターンとしてもよい。
【０１１９】
図１８においては、単層カーボンナノチューブ１８４９が、ウェル内に形成または配置される。ナノチューブは、両方の側面上に、スロット１５０１の全体の長さに沿って配置され得る。単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）は、化学気相成長法によって成長され得る。あるいは、単層カーボンナノチューブは誘電泳動を用いて配置され、事前浄化されたナノチューブを溶液（solution）から堆積される。
【０１２０】
本プロセスの一部として、いくつかの金属性カーボンナノチューブが形成され得る。形成されるいかなる金属性チューブも、これらのチューブのメタンプラズマエッチングを通して除去され得る。他の処理が、金属性チューブの除去のために用いられ得る。不所望のチューブの選択的除去の技術は、米国特許出願６１／０９１，０４１で説明されており、参照により引用されるが、本特許出願において説明された構造にも適用可能である。
【０１２１】
ナノチューブへの抵抗接触を提供するためにシリコン電極上にパラジウム（Ｐｄ）が電着される。これは、ソースおよびドレインについて個別になされる。パラジウムからシリコン層への良質の抵抗接触を得るために、シリコンが大量にドープされ得る。さらに、シリコン表面は、フッ化水素酸（ＨＦ、またはピラニア溶液）を用いて洗浄され得る。
【０１２２】
オプションとして、反応を抑制するために、パラジウムとシリコンとの間にケイ化チタン（ＴｉＳｉ２）バリヤ層または窒化チタンバリヤ層を含むことがある。
【０１２３】
図１９においては、原子層成長法（ＡＬＤ）によって、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）または酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）のような、絶縁物１９６５を堆積する。これは、表面を清潔に保つために、チューブのさらなるプロセスの前に行なわれる。第１に、原子層成長法によって、典型的にはおよそ１０〜２０ナノメートル厚の絶縁ベース層を堆積する。そして、コーティングされていないチューブを破壊または除去し、それによって可能性のあるゲート短絡を防止するために、酸素プラズマエッチングが行なわれる。その後、原子層成長法を用いて、典型的には１０〜２０ナノメートル厚さの追加の絶縁物を堆積する。
【０１２４】
図２０においては、ゲート金属２００９を堆積する。このゲート金属は、プラチナ（Ｐｔ）、チタンゴールド（Ｔｉ／Ａｕ）二重層、アルミニウム、ポリシリサイド、ポリシリコン、およびその他のような適当な金属または導電体を伴い、原子層成長法、電子ビーム蒸着、または他のタイプの堆積を用いて形成される。それらの厚さを増加するために、最初に堆積した金属上に他の金属を電着し得る。代替的な実行例においては、ゲート金属として、多層または金属性ナノチューブを成長および使用し得る。
【０１２５】
図２１においては、プラズマエッチング、ウェットエッチング、または他のエッチングステップ、あるいはこれらの組合せを用いて、ゲート電極２００９および絶縁物１９６５を形成する。これは、ゲート電極マスクと呼ばれる第３のマスクを用いて実行され得る。
【０１２６】
図２２は、形成されたゲート電極（２２３３）の上面図を示す。ゲート電極は、スロット１５０１の周囲を囲み、図示されるように、エッチングされた酸化物領域１４０３とスロット１５０１との間にある。
【０１２７】
図２３においては、ゲート電極およびソースパッド２３３４を定義する。図２４は、ゲート電極（２４３７）およびソースパッド２３３４の上面図を示す。これは、上部パッドマスクと呼ばれる第４のマスクを用いて実行され得る。
【０１２８】
良質の抵抗接触のために、フッ化水素酸による事前洗浄を伴う、チタン・プラチナ・ゴールド（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）リフトオフを実行する。パッドをソース誘電体（source dielectric）上に設置または配置し、絶縁物およびパッドは、短絡およびプローブの損傷を防止するために十分な厚さである。
【０１２９】
図２５においては、装置領域を定義する。これは、装置絶縁マスクと呼ばれる第５のマスクを用いて実行され得る。上部酸化物およびポリシリコンのソース層（２５５２）を通して、装置全てを電気的に分離するためにエッチングする。図２６は、装置領域絶縁（２６６１）の上面図を示す。
【０１３０】
上述のように、本プロセスおよび本プロセスのバリエーションは、本願における、いかなる構造を形成するためにも用いられ得る。たとえば、（図１１における）下部ゲート電極を形成するために、追加的なゲート層が、ドレイン電極とソース電極との間に形成される。下部ゲート電極は、ポリシリコン、ポリシリサイド、アルミニウム、金、チタン、または他の導電性金属にようなゲート金属の層であり得る。下部ゲート電極とナノチューブとの間には、下部ゲート電極誘電体（electrode dielectric）がある。
【０１３１】
端部接触型縦型カーボンナノチューブトランジスタ装置を製造するための他のプロセスフローの実行例を以下に示す。
【０１３２】
ステップ１〜８について、例として図１２を参照する。
１．出発材料：＜１，０，０＞配向かつ０．００５Ω・ｃｍの抵抗率を有するシリコン
２．初期酸化物：５０００オングストローム
３．ポリシリコンＣＶＤ：５０００オングストローム、約５８０〜６２０℃
４．ポリのドープ（Dope poly）：四方あたりおよそ１０〜２０Ω
５．ドーパント駆動：窒素内において、９００℃で６０分間
６．ＣＶＤ酸化物：７０００オングストロームでドープされない
７．酸化物の濃化：窒素内において、９００℃で６０分間
８．背面研磨：（ａ）テーピング、（ｂ）およそ２０ミクロン研磨、および（ｃ）テープはがし
【０１３３】
ステップ９〜１２について、例として図１３および図１４を参照する。
９．第１のフォトリソグラフィステップ−ソースビア：（ａ）フォトコーティング、配置、露光、および現像、（ｂ）電着のための電極接触領域の定義
１０．酸化物のプラズマエッチング
１１．酸素プラズマ
１２．レジスト除去
【０１３４】
ステップ１３〜２０について、例として図１５および図１７を参照する。
１３．第２のフォトリソグラフィステップ−活性化領域：フォトコーティング、配置、露光、および現像
１４．酸化物のウェット（またはプラズマ）エッチング
１５．ポリシリコンのプラズマエッチング
１６．酸化物のプラズマエッチング
１７．シリコン（およそ０．２〜０．５ミクロン）のプラズマエッチング：イオン除去水およびフッ化水素酸ディップ（水素が不動態化された表面）を用い得る
１８．レジストが残っている場合には、アルミニウムまたは触媒堆積ステップ、あるいは両方を使用
１９．酸素プラズマ（触媒をスパッタリングしない）
２０．エッチング後の洗浄
【０１３５】
ステップ２１〜２３について、例として図１８を参照する。
２１．おそらく薄いアルミニウム（リフトオフおよび酸化）バリヤ層を伴う、触媒の電着（またはリフトオフ）：（ａ）鉄堆積またはリフトオフ、（ｂ）鉄溶液またはリフトオフ、（ｃ）再マスク、堆積および除去によるリフトオフ
２２．単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を成長
２３．プラズマ処理
【０１３６】
ステップ２４〜２７について、例として図１９および図２０を参照する。
２４．シリコン電極上にパラジウムを電着。ソースおよびドレインについて個別に実施可能
２５．真空乾燥（たとえば、１トール、４００℃）
２６．ＡＬＤ絶縁物の堆積
２７．ＡＬＤ金属の堆積
【０１３７】
ステップ２８〜３３について、例として図２１および図２２を参照する。
２８．第３のフォトリソグラフィステップ−ＡＬＤ金属および誘電体のコーティング、配置、露光、および現像
２９．酸素スカム除去（ウェットエッチングの場合）
３０．金属のドライエッチング
３１．ＡＬＤ誘電体のドライエッチング。残留カーボンナノチューブを除去するために上部酸化物内へのＡＬＤのオーバエッチング
３２．エッチング後洗浄
３３．酸素プラズマスカム除去
【０１３８】
ステップ３４〜３９について、例として図２３および図２４を参照する。
３４．第４のフォトリソグラフィステップ−パッド金属：ＡＬＤ金属への固着を保障するためのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕリフトオフ。残留カーボンナノチューブへのすべての金属の短絡に対応する。コーティング、配置、露光、および現像
３５．酸素スカム除去（レジスト用）。ＡＬＤ金属から表面酸化物を除去し得る
３６．金属堆積法（およそ０．５〜１．０ミクロン）。金属は５０オングストロームのチタンおよび５０００オングストロームの金であり得る
３７．リフトオフ
３８．エッチング後洗浄
３９．酸素プラズマスカム除去
【０１３９】
ステップ４０〜４４について、例として図２５および図２６を参照する。
４０．第５のフォトリソグラフィステップ−装置領域の定義：コーティング、配置、露光、および現像
４１．酸化物のプラズマエッチング
４２．ポリのプラズマエッチング
４３．酸素スカム除去
４４．レジスト除去
【０１４０】
本発明のこの説明は、実例および説明の目的のために提示された。網羅的とし、または説明された明確な形状に本発明を限定することは意図されておらず、多くの修正および変更が、上述の教示の範囲内で可能である。本実施形態は、本発明の原理およびその具体的な用途を最もよく説明するために選択され、かつ説明された。本説明は、当業者が、様々な実施形態において、そして特定の使用に適した様々な修正とともに、本発明を利用しかつ実行できるようにするであろう。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。
【図２】
2011522394.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図８Ｉ】
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【図８Ｊ】
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【図２２】
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【図１】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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