(57)【要約】【課題】チャネル部分にカーボンナノチューブを用いた半導体装置において、伝導型や閾値を制御すること。【解決手段】チャネルとなるカーボンナノチューブ６と、カーボンナノチューブ６の両端部と接続されるソース電極３、ドレイン電極４と、カーボンナノチューブ６の中間部分にて接するように配設されたゲート絶縁膜５と、カーボンナノチューブ６の上にてゲート絶縁膜５を介して配設されたゲート電極７と、を備える。カーボンナノチューブ６は、ゲート絶縁膜５とソース電極３の間の領域、及び、ゲート絶縁膜５とドレイン電極４の間の領域のそれぞれの領域にて、ゲート絶縁膜５とは異なる材料よりなる絶縁膜１１と接する。【選択図】図１
2008130761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネルと、
前記チャネルの両端部と接続されるソース電極、ドレイン電極と、
前記チャネルの中間部分に接するように配設されたゲート絶縁膜と、
前記チャネルの上又は下にて前記ゲート絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、
を備え、
前記チャネルは、前記ゲート絶縁膜と前記ソース電極の間の領域、及び、前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン電極の間の領域のそれぞれの領域の全部又は一部にて、前記ゲート絶縁膜とは異なる材料よりなる第１絶縁膜と接することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記チャネルに用いられる材料は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは、前記ソース電極から前記ドレイン電極の間を一本で接続するように構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブは、前記ソース電極から前記ドレイン電極の間の距離よりも短いカーボンナノチューブ同士が複数本重なりあって接続するように構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記チャネルに用いられる材料は、有機半導体であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜であり、
前記第１絶縁膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、
前記第１絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記チャネルの前記ゲート絶縁膜が配設された領域の外周面の全体は、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜と同様な材料よりなる絶縁膜とで覆われていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記チャネルの前記第１絶縁膜が配設された領域の外周面の全体は、前記第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜と同様な材料よりなる絶縁膜とで覆われていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ゲート電極は、前記チャネルの下にて前記ゲート絶縁膜を介して配設されるとともに、前記ソース電極、前記ドレイン電極と同様な材料よりなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記チャネルと同様な材料よりなる第２チャネルと、
前記第２チャネルの両端部と接続されるとともに、前記ソース電極、前記ドレイン電極と異なる材料よりなる第２ソース電極、第２ドレイン電極と、
前記第２チャネルの中間部分に接するように配設されるとともに、前記第１絶縁膜と同様な材料よりなる第２ゲート絶縁膜と、
前記第２チャネルの上又は下にて前記第２ゲート絶縁膜を介して配設された第２ゲート電極と、
を備え、
前記第２チャネルは、前記第２ゲート絶縁膜と前記第２ソース電極の間の領域、及び、前記第２ゲート絶縁膜と前記第２ドレイン電極の間の領域のそれぞれの領域の全部又は一部に配設されるとともに、前記ゲート絶縁膜と同様な材料よりなり、前記第２絶縁膜と接し、
前記第２ソース電極は、前記ドレイン電極と電気的に接続され、
前記第２ゲート電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１２】
基板上にチャネルを形成する工程と、
前記チャネルの両端部にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記チャネル上であって中央部分を除く前記ソース電極と前記ドレイン電極の近傍に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記チャネル上であって中央部分にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板上にチャネルを形成する工程と、
前記チャネルの両端部にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記チャネル上であって中央部分にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記チャネル上であって前記ゲート絶縁膜と前記ソース電極の間の領域、及び、前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン電極の間の領域に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
基板上にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記基板上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に前記ソース電極と前記ドレイン電極と接続されるチャネルを形成する工程と、
前記チャネル上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記チャネル上の中央部分の前記第１絶縁膜を選択的に除去する工程と、
前記チャネル上の中央部分にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
基板上にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、
前記基板上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に前記ソース電極と前記ドレイン電極と接続されるチャネルを形成する工程と、
前記チャネル上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極の近傍の前記ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程と、
前記チャネル上の前記ソース電極、前記ドレイン電極の近傍に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
基板上にソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を含む基板上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に前記ソース電極と前記ドレイン電極と接続されるチャネルを形成する工程と、
前記チャネル上に第１絶縁膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
基板上に第１チャネル、第２チャネルを形成する工程と、
前記第１チャネルの両端部に第１ソース電極、第１ドレイン電極を形成する工程と、
前記第２チャネルの両端部に第２ソース電極、第２ドレイン電極を形成する工程と、
前記第１チャネル上であって中央部分を除く前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極の近傍に第１絶縁膜を形成すると同時に前記第２チャネル上であって中央部分に第２ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１チャネル上であって中央部分に第１ゲート絶縁膜を形成すると同時に前記第２チャネル上であって中央部分を除く前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極の近傍に第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第１ゲート絶縁膜上に第１ゲート電極を形成する工程と、
前記第２ゲート絶縁膜上に第２ゲート電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、チャネル部分にカーボンナノチューブや有機半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置においては、電界効果トランジスタのチャネル部分に、半導体基板を用いたり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法により形成された膜が用いられてきた。一方で、印刷・塗布法などの方法により形成された膜も、近年用いられつつある。
【０００３】
印刷・塗布法を用いたチャネル部分を有するトランジスタの製造方法は、次のような工程で行なわれる。例えば、図１３を参照すると、（１）基板１０１となるものに絶縁膜１０２を成膜する。なお、基板１０１が絶縁性である場合は、基板１０１をそのまま用いることも可能である。（２）チャネル部分となるチャネル材料１０６を印刷・塗布する。（３）ソース・ドレインとなる電極１０３、１０４を形成する。（４）ゲート絶縁膜１０５を形成する。（５）ゲート電極１０７を形成する。別の方法として、（１）→（５）→（４）→（２）→（３）のような順番で形成したものも可能である（図１４参照）。その後、保護膜などを形成する。以上が最も基本的な工程の構成である。
【０００４】
ここで、チャネル材料は、ゲート電圧による変調が可能であれば何でも用いることができる。印刷・塗布で製造する場合は、半導体の微細な粉体、有機物などを溶剤に溶かしたものが用いられ、印刷・塗布法に限らない場合は、通常のシリコンやガリウム砒素などのバルク半導体が用いられる。また、近年、チャネル材料にカーボンナノチューブを用いたものも開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
チャネル部分にカーボンナノチューブを用いた一般的なトランジスタについて説明する。図１３を参照すると、基板１０１上に絶縁膜１０２が形成されており、絶縁膜１０２上の所定の領域にチャネル部分となるカーボンナノチューブ１０６が形成されている。基板１０１の材質は、あまり重要ではなく、絶縁膜１０２でソース・ドレインが短絡しなければよい。そのため、基板１０１は、シリコン酸化膜に限らず、広く絶縁性が良好であればプラスティックなども用いることができる。カーボンナノチューブ１０６の両端部分には、ソース電極１０３とドレイン電極１０４が形成されている。カーボンナノチューブ１０６の中央部分上にはゲート絶縁膜１０５が形成されており、ゲート絶縁膜１０５上にゲート電極１０７が形成されている。ゲート絶縁膜１０５は、一般的に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜が用いられる。ゲート電極１０７とカーボンナノチューブ１０６は、ゲート絶縁膜１０５を介して容量（コンデンサ）を構成する。ゲート電極１０７の電圧によってチャネル部の一部分の電圧（あるいは電位、ポテンシャル）を変化させることができる。チャネル部分の電位を変化させることで、チャネル内の電荷濃度または障壁を変化させることができる。こうしてチャネル内の電流量をゲート電圧によって制御する。また、図１３においては、チャネル上にゲート絶縁膜１０５で覆われておらず、かつ、ゲート電極１０７とも容量的に結合していないエクステンション部分１１０が存在する。
【０００６】
ところで、印刷・塗布型の電界効果トランジスタの多くは、ゲート電圧を印加しない状態でオン動作する。この理由は、チャネル部分およびソース・ドレイン部分の伝導型が制御されていないからである。
【０００７】
また、チャネル部分にシリコンなどを用いた一般的な電界効果トランジスタにおいては、ソース−チャネル−ドレインは、通常ｎチャネル型の場合はｎ−ｐ−ｎ、ｐチャネル型の場合はｐ−ｎ−ｐのように伝導型をドーピングすることで変調している。こうすることで、ゲート電圧が印加されない状態でもチャネル部分はソース・ドレインとは相補的な伝導型になっており、これが障壁となり電流が流れない。このため、ゲート電圧が印加されていない状態ではオフとなる。
【０００８】
以上の電界効果トランジスタは、一般的にデプレッション型トランジスタと呼ばれるものである。一方で、エンハンスメント型と呼ばれるものもあり、それはチャネル部分にも、ソース・ドレインと同じ型にドーピングを施すことで、意図的に障壁を小さくしたものである。このため、エンハンスメント型のトランジスタはゲート電圧を印加しない状態でもオン状態となる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７５０８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２２２７９号公報
【特許文献３】特開２００６−２４５１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記印刷・塗布型では、基本的にチャネル材料を塗布後に、そのまま電極を形成している。また、上記チャネル部分にドーピングする場合でも、チャネル部分全体をドーピングしている。そのため、従来の電界効果トランジスタでは伝導型を制御していないため、チャネル全体の伝導型は制御できても、オン動作するゲート電圧（閾値）の制御ができていないという問題がある。
【００１１】
本発明の主な課題は、伝導型や閾値を制御できる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の視点においては、半導体装置において、チャネルと、前記チャネルの両端部と接続されるソース電極、ドレイン電極と、前記チャネルの中間部分に接するように配設されたゲート絶縁膜と、前記チャネルの上又は下にて前記ゲート絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、を備え、前記チャネルは、前記ゲート絶縁膜と前記ソース電極の間の領域、及び、前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン電極の間の領域のそれぞれの領域の全部又は一部にて、前記ゲート絶縁膜とは異なる材料よりなる第１絶縁膜と接することを特徴とする。
【００１３】
本発明の前記半導体装置において、前記チャネルに用いられる材料は、カーボンナノチューブであることが好ましい。
【００１４】
本発明の前記半導体装置において、前記カーボンナノチューブは、前記ソース電極から前記ドレイン電極の間を一本で接続するように構成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の前記半導体装置において、前記カーボンナノチューブは、前記ソース電極から前記ドレイン電極の間の距離よりも短いカーボンナノチューブ同士が複数本重なりあって接続するように構成されることが好ましい。
【００１６】
本発明の前記半導体装置において、前記チャネルに用いられる材料は、有機半導体であることが好ましい。
【００１７】
本発明の前記半導体装置において、前記ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜であり、前記第１絶縁膜は、シリコン窒化膜であることが好ましい。
【００１８】
本発明の前記半導体装置において、前記ゲート絶縁膜は、シリコン窒化膜であり、前記第１絶縁膜は、シリコン酸化膜であることが好ましい。
【００１９】
本発明の前記半導体装置において、前記チャネルの前記ゲート絶縁膜が配設された領域の外周面の全体は、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜と同様な材料よりなる絶縁膜とで覆われていることが好ましい。
【００２０】
本発明の前記半導体装置において、前記チャネルの前記第１絶縁膜が配設された領域の外周面の全体は、前記第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜と同様な材料よりなる絶縁膜とで覆われていることが好ましい。
【００２１】
本発明の前記半導体装置において、前記ゲート電極は、前記チャネルの下にて前記ゲート絶縁膜を介して配設されるとともに、前記ソース電極、前記ドレイン電極と同様な材料よりなることが好ましい。
【００２２】
本発明の前記半導体装置において、前記チャネルと同様な材料よりなる第２チャネルと、前記第２チャネルの両端部と接続されるとともに、前記ソース電極、前記ドレイン電極と異なる材料よりなる第２ソース電極、第２ドレイン電極と、前記第２チャネルの中間部分に接するように配設されるとともに、前記第１絶縁膜と同様な材料よりなる第２ゲート絶縁膜と、前記第２チャネルの上又は下にて前記第２ゲート絶縁膜を介して配設された第２ゲート電極と、を備え、前記第２チャネルは、前記第２ゲート絶縁膜と前記第２ソース電極の間の領域、及び、前記第２ゲート絶縁膜と前記第２ドレイン電極の間の領域のそれぞれの領域の全部又は一部に配設されるとともに、前記ゲート絶縁膜と同様な材料よりなり、前記第２絶縁膜と接し、前記第２ソース電極は、前記ドレイン電極と電気的に接続され、前記第２ゲート電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されることが好ましい。
【００２３】
本発明の第２の視点においては、半導体装置の製造方法において、基板上にチャネルを形成する工程と、前記チャネルの両端部にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、前記チャネル上であって中央部分を除く前記ソース電極と前記ドレイン電極の近傍に第１絶縁膜を形成する工程と、前記チャネル上であって中央部分にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第３の視点においては、半導体装置の製造方法において、基板上にチャネルを形成する工程と、前記チャネルの両端部にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、前記チャネル上であって中央部分にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記チャネル上であって前記ゲート絶縁膜と前記ソース電極の間の領域、及び、前記ゲート絶縁膜と前記ドレイン電極の間の領域に第１絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明の第４の視点においては、半導体装置の製造方法において、基板上にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、前記基板上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に前記ソース電極と前記ドレイン電極と接続されるチャネルを形成する工程と、前記チャネル上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に第１絶縁膜を形成する工程と、前記チャネル上の中央部分の前記第１絶縁膜を選択的に除去する工程と、前記チャネル上の中央部分にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の第５の視点においては、半導体装置の製造方法において、基板上にソース電極、ドレイン電極を形成する工程と、前記基板上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に前記ソース電極と前記ドレイン電極と接続されるチャネルを形成する工程と、前記チャネル上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ソース電極、前記ドレイン電極の近傍の前記ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程と、前記チャネル上の前記ソース電極、前記ドレイン電極の近傍に第１絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の第６の視点においては、半導体装置の製造方法において、基板上にソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を含む基板上であって前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の領域に前記ソース電極と前記ドレイン電極と接続されるチャネルを形成する工程と、前記チャネル上に第１絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明の第７の視点においては、半導体装置の製造方法において、基板上に第１チャネル、第２チャネルを形成する工程と、前記第１チャネルの両端部に第１ソース電極、第１ドレイン電極を形成する工程と、前記第２チャネルの両端部に第２ソース電極、第２ドレイン電極を形成する工程と、前記第１チャネル上であって中央部分を除く前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極の近傍に第１絶縁膜を形成すると同時に前記第２チャネル上であって中央部分に第２ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第１チャネル上であって中央部分に第１ゲート絶縁膜を形成すると同時に前記第２チャネル上であって中央部分を除く前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極の近傍に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第１ゲート絶縁膜上に第１ゲート電極を形成する工程と、前記第２ゲート絶縁膜上に第２ゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、以下のような効果を奏する。
【００３０】
第１に、絶縁膜を変調することで、チャネル部分の伝導型が変調されるので、閾値を制御することができる。そのため、ゲート電圧が印加されていない状態（ゲート電圧がゼロ）で、トランジスタがオフ状態、すなわち電流が流れない状況にできることから、印刷・塗布で作製した集積回路での消費電力を低減できる。
【００３１】
第２に、別にドーピング工程を導入することなく、保護膜を形成すると同時に伝導型を制御することが可能であることから、製造工程を短くすることができ、製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００３３】
実施形態１に係る半導体装置は、チャネル部分にカーボンナノチューブや有機半導体を用いた半導体装置であり、例えば、演算回路、記憶回路に使用される。
【００３４】
半導体装置においては、基板１上に絶縁膜２が形成されており、絶縁膜２上の所定の領域にチャネル部分となるカーボンナノチューブ６が形成されている。カーボンナノチューブ６の両端部分には、ソース電極３とドレイン電極４が形成されている。カーボンナノチューブ６の中央部分上にはゲート絶縁膜５が形成されており、ゲート絶縁膜５の上にゲート電極７が形成されている。ゲート電極７とカーボンナノチューブ６は、ゲート絶縁膜５を介して容量（コンデンサ）を構成する。チャネル上であって、ゲート絶縁膜５で覆われておらず、かつ、ゲート電極７とも容量的に結合していないエクステンション部分１０上には、絶縁膜１１が形成されている。
【００３５】
基板１は、絶縁膜２でソース・ドレインが短絡しなければどのような材料であってもよい。広く絶縁性が良好であればシリコン酸化膜、プラスティックなども用いることができる。基板１には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、フッ化カルシウム、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、テフロン（登録商標）等の絶縁性基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、インジウム燐、炭化シリコン等の半導体基板を用いることができる。基板１の表面は、平坦であることが好ましい。なお、基板１は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
【００３６】
絶縁膜２は、ソース・ドレイン間で短絡しないようにするための絶縁膜である。なお、絶縁膜２は、基板１にて絶縁性が確保されていれば省略することができる。
【００３７】
ソース電極３およびドレイン電極４は、チャネル部分となるカーボンナノチューブ６の両端部に接触して形成された導体よりなる電極である。ソース電極３およびドレイン電極４の材料は、チャネルの伝導型に応じて選択され、例えば、ｐ型チャネルにする場合、金（Ａｕ）を用いることができ、ｎ型チャネルにする場合、アルミニウムを用いることができる。ソース電極３およびドレイン電極４の厚さは、断線しない程度の厚さがあればよい。一般的に、１０ｎｍより厚ければ、連続した膜を保証される。ソース電極３およびドレイン電極４の幅（図１の左右方向の幅）は、例えば、０．６μｍ（ミクロン）である。ソース電極３−ドレイン電極４間の距離（チャネル長として参照する距離）は、例えば、１μｍ（ミクロン）である。
【００３８】
ゲート絶縁膜５は、チャネル部分となるカーボンナノチューブ６の中央部分上であってゲート電極７の直下に配設された絶縁膜である。ゲート絶縁膜５は、漏れ電流がないことと、電界効果が効果的であることが必要である。漏れ電流が少ない絶縁膜については、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、パリレン（正確にはポリパラキシリレン）膜、ポリイミド膜、ＨＳＱ（hydrogensilsesquioxane）膜、ＳＯＧ（spin on glass）膜などを用いることができる。電界効果を効果的にするには、チャネル長よりもゲート絶縁膜５の膜厚を小さくすることが必要である。一般的に、ショートチャネル効果とよばれる減少を防ぐ手法を使うことができる。最低限でも、ゲート絶縁膜５の膜厚は、チャネル長の１０分の１よりも小さいことが必要である。例えば、１μｍのチャネル長に対して、ゲート絶縁膜５の膜厚は、１００ｎｍ以下が望ましい。ゲート絶縁膜５は、カーボンナノチューブ６の外周面に沿って覆う形で形成することが望ましい。
【００３９】
カーボンナノチューブ６は、ソース・ドレイン間のチャネル部分に形成されたチャネル材料であり、トランジスタのキャリア（電子あるいは正孔）が流れる部分である。カーボンナノチューブ６には、例えば、ＣＶＤ法により成長したものを用いることができる。カーボンナノチューブ６は、ソース・ドレイン間を一本で接続してもよい。ソース・ドレイン間の距離よりも短いカーボンナノチューブ６同士が複数重なりあって接続していてもよい。カーボンナノチューブ６の代わりに有機材料を用いてもよい。チャネル長は、カーボンナノチューブ６の形態によって調整する。ＣＶＤ法で触媒から成長させ一本のカーボンナノチューブ６でソース・ドレイン間を接続する場合は、カーボンナノチューブ６の長さよりも短くする必要がある。一方、印刷または塗布で製造し複数本のカーボンナノチューブ６を介してソース・ドレイン間を接続する場合は、カーボンナノチューブの平均長よりも長くすることが望ましい。カーボンナノチューブ６は、中央部分の外周面のうち下側部分を除く部分がゲート絶縁膜５で覆われている。カーボンナノチューブ６は、エクステンション部分１０の外周面のうち下側部分を除く部分が絶縁膜１１で覆われている。
【００４０】
ゲート電極７は、ゲート絶縁膜５の中央部分上に形成された導体である。ゲート電極７には、例えば、アルミニウムの上に厚さ５０ｎｍ（ナノメートル）の金を積層したものを用いる。ゲート電極７の厚さは、断線しない程度の厚さがあればよい。一般的に１０ｎｍより厚ければ、連続した膜を保証される。ゲート長は、例えば、０．８μｍ（ミクロン）である。
【００４１】
絶縁膜１１は、チャネル部分となるカーボンナノチューブ６上のゲート絶縁膜５とソース電極３の間の領域、およびゲート絶縁膜５とドレイン電極４の間の領域の両方の領域（エクステンション部分１０）に形成された絶縁膜である。絶縁膜１１には、例えば、シリコン酸化膜を用いる。絶縁膜１１の厚さは、例えば、８ｎｍ（ナノメートル）である。
【００４２】
以上のような半導体装置の構造では、素子によって若干のばらつきがあるが、ソース−ドレイン間電圧を０．１Ｖ、ゲート電圧を０Ｖ印加した状態でのチャネルを流れる電流（ドレイン電流）は、１０−１４〜１０−１０Ａとなる。また、ゲート電圧を−２Ｖにするとドレイン電流は、１０−７〜１０−４Ａとなる。なお、ゲート絶縁膜５と絶縁膜１１の材質を同じシリコン酸化膜で製造した従来型の素子構造においては、ゲート電圧を＋２Ｖにしなければドレイン電流が１０−１０以下とならない。すなわち、ゲート電圧が０Ｖの時のドレイン電流は、ゲート電圧が−２Ｖの時のドレイン電流と同じ桁である。
【００４３】
ところで、ゲート絶縁膜５にシリコン酸化膜を用いると、カーボンナノチューブ６はｐ型チャネルとして動作し、また、ゲート絶縁膜５にシリコン窒化膜を用いるとｎ型チャネルとして動作することが知られている。このことを考慮すれば、カーボンナノチューブ６上の絶縁膜をゲート絶縁膜５と絶縁膜１１とに分け、ゲート絶縁膜５にカーボンナノチューブ６の伝導型をｎ型にする作用を持つシリコン窒化膜を用い、かつ、エクステンション部分１０の絶縁膜１１にカーボンナノチューブ６の伝導型をｐ型にする作用を持つシリコン酸化膜を用いることで、上記の例のように、ゲート電圧が０Ｖでドレイン電流を大幅に抑えることができる。
【００４４】
さらに、ゲート電極７として仕事関数の小さいアルミニウムを用い、かつ、ソース電極３およびドレイン電極４として正孔を注入しやすい（仕事関数が大きい）金を電極として用いることで、それぞれの伝導型での動作を強調することができる。すなわち、チャネルにおけるゲート電極７下の領域のみがｎ型になり、それ以外の領域はｐ型になる。これは、ゲート電圧を印加しない状態では、ゲート電極７下のみの伝導型がそれ以外の伝導型とは反転しており、電流についての障壁が存在している状態が実現されるためである。
【００４５】
以上に示したことから、実施形態１では、エクステンション部分１０の絶縁膜１１を、ゲート絶縁膜５とは異なる材質の絶縁膜で覆うことが重要である。すなわち、絶縁膜１１は、ゲート絶縁膜５が決定するカーボンナノチューブ６の伝導型と相補的な関係の伝導型になるように選ぶ。例えば、ゲート絶縁膜５をシリコン窒化膜にし、絶縁膜１１をシリコン酸化膜にする。こうすることで、ｐ−ｎ−ｐ型の伝導型になる。こうしてチャネル部分の伝導型を制御する。
【００４６】
例えば、ｎ型チャネルのトランジスタを製造する場合、ソース電極３・ドレイン電極４の材質は、上記でのアルミニウムのように、電子をカーボンナノチューブ６に注入しやすいものを選ぶのが望ましい。具体的に、ソース電極３・ドレイン電極４には、アルミニウムのほかにもカルシウムなど仕事関数が小さいものを使用することができる。一般的に、仕事関数が小さい金属は大気中で不安定なものが多く、その場合は、大気中で安定な金属で覆うとよい。
【００４７】
また、ｐ型チャネルのトランジスタを製造する場合、ソース電極３・ドレイン電極４の材質は、上記での金のように、正孔をカーボンナノチューブ６に注入しやすいものを選ぶのが望ましい。具体的に、ソース電極３・ドレイン電極４には、金の他にも、パラジウムなど仕事関数が大きいものを使用することができる。
【００４８】
次に、本発明の実施形態１に係る半導体装置の動作について説明する。ゲート電極７の電圧によってチャネルの一部分の電圧（あるいは電位、ポテンシャル）を変化させる。チャネル部分の電位を変化させることで、チャネル内の電荷濃度または障壁が変化する。こうして、チャネル内の電流量をゲート電圧によって制御する。
【００４９】
次に、本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【００５０】
まず、基板１上に絶縁膜２を形成した後、絶縁膜２上の所定の領域にカーボンナノチューブ６を形成する（ステップＡ１；図２（Ａ）参照）。ここで、カーボンナノチューブ６は、例えば、ＣＶＤ法により形成することができる。ＣＶＤ法では、絶縁膜２上の所定の領域に触媒を配置した後、炭素材料となるメタンガス雰囲気、温度約８００℃の条件下でカーボンナノチューブ６を成長させる。成長時間は、約１０分である。触媒には、厚さ８ｎｍのアルミニウム膜上に成膜した厚さ０．６ｎｍの鉄を用いる。なお、図２では触媒の構造は省略している。また、カーボンナノチューブ６の形成は、ＣＶＤ成長温度が４００℃以上と高いことから、ソース電極３、ドレイン電極４の形成よりも先に行うことが望ましい。
【００５１】
次に、カーボンナノチューブ６の両端部分にソース電極３およびドレイン電極４を形成する（ステップＡ２；図２（Ｂ）参照）。ここで、ソース電極３およびドレイン電極４は、例えば、電子ビーム露光でパターン形成したＰＭＭＡレジストを形成した後、蒸着により金等の金属を成膜し、その後、リフトオフで不要な部分を除去することにより形成することができる。ソース電極３およびドレイン電極４の他の形成方法として、通常の半導体装置の製造方法で一般的に使われている技術を用いることもできる。例として、まず、カーボンナノチューブ６を含む絶縁膜２の全面に金属を成膜した後、リソグラフィを用いてレジストパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとしてエッチングする方法が挙げられる。さらに、また別の方法として、電導性の有機物などをインク化して、印刷する方法も可能である。
【００５２】
次に、カーボンナノチューブ６のエクステンション部分１０上に絶縁膜１１を形成する（ステップＡ３；図２（Ｃ）参照）。ここで、絶縁膜１１は、例えば、シランガスと酸素ガスを用いる常圧の熱ＣＶＤ法で成膜することができる。なお、カーボンナノチューブ６は、高温かつ酸素雰囲気下では欠陥が導入されたり燃えたりするため、約３７０℃と比較的低温で成膜することが望ましい。成膜時間は、３０秒程度である。低温での成膜は温度の均質性が重要であり、反応管を十分に予熱する。その後、電子ビーム露光法でゲート絶縁膜５を形成する場所をパターン形成し、緩衝弗化水素酸でその部分を除去する。また、絶縁膜１１の成膜には、上記以外にも、一般的に製造方法として用いられている蒸着法、熱気相成長法、有機絶縁膜を加熱・活性化し堆積する方法などを用いることができる。
【００５３】
次に、カーボンナノチューブ６の中央部分上にゲート絶縁膜５を形成する（ステップＡ４；図２（Ｄ）参照）。ここで、ゲート絶縁膜５は、例えば、スパッタ成膜したシリコン窒化膜とすることができる。この場合、ターゲットには窒化シリコンを用い、プラズマガスにはアルゴンガスを用いる。また、膜質を改善するために、流量２０ｓｃｃｍの窒素も同時に導入することが望ましい。圧力は、約２Ｐａである。また、ゲート絶縁膜５の成膜には、上記以外にも、一般的に製造方法として用いられている蒸着法、熱気相成長法、有機絶縁膜を加熱・活性化し堆積する方法などを用いることができる。
【００５４】
次に、ゲート絶縁膜５上の所定の領域にゲート電極７を形成する（ステップＡ５；図２（Ｅ）参照）。ここで、ゲート電極７は、ソース電極３およびドレイン電極４の形成と同様な方法により形成することができる。例えば、まず、アルミニウムを電子ビーム蒸着し、連続して金を電子ビーム蒸着する。その後、図では省略しているが結線するためのパッド電極を形成する。ゲート電極７で金を蒸着しているのは、アルミニウム剥き出しでは表面が酸化し、パッド電極との接続の時に意図しない抵抗成分が入るのを防ぐためである。
【００５５】
その後、層間絶縁膜やビア、配線を形成することになる。
【００５６】
実施形態１によれば、以下のような効果を奏する。
【００５７】
第１に、閾値を制御し、ゲート電圧が印加されていない状態（ゲート電圧がゼロ）で、トランジスタがオフ状態、すなわち電流が流れない状況にすることができることから、印刷・塗布で作製した集積回路での消費電力を低減できる。
【００５８】
第２に、ドーピング工程を導入することなく、保護膜を形成することができ、チャネルの伝導型を制御することが可能であることから、製造工程を短くすることができ、製造コストを削減できる。
【００５９】
なお、実施形態１では、チャネル材料の伝導型を変えるためだけのドーピングの工程を含んでいないが、閾値を微調整する場合には、ドーピングを行う。例えば、ｐ−ｎ−ｐ型の伝導型となるように絶縁膜１１を形成する時は、pとなる部分にはフラーレン（Ｃ６０）、ｐ−クロラニル（テトラクロロ−ｐ−ベンゾキノン；Tetrachloro-p-benzo quinine）、ＴＣＮＱ（７,７,８,８−テトライアキノヂメタン；7,7,8,8-Tetracyano quinodimethane）、ＤＤＱ（2,3-Dichloro-5,6-dicyano-p-benzo quinine）、Ｆ4ＴＣＮＱ（Tetrafluorotetracyano-p-quinodimethane）、Ｃ６０Ｆ３６（フッ化フラーレン；Fluorofllerene）など電子親和力が大きいものを表面に吸着させる。一方、ｎ型とする部分には、ＴＴＦ（Tetrathiafulvalene）、ＴＭＴＳＦ（Tetramethyltetraselena fulvalene）、ＴＭＰＤ（N,N,N',N'-Tetramethyl-p-phenylenediamine）、ＴＤＡＥ（Tetrakis(dimethylamino)ethylene）、decamethylnickelocene（Bis(pentamethylcyclopentadienyl)nickel）カリウム、セシウムなどイオン化ポテンシャルが大きいものを表面に吸着させる。吸着の工程は、絶縁膜１１、ゲート絶縁膜５を形成する前に行う。吸着は、ドーピング材料の飽和溶液に数十秒から一時間浸す、あるいはドーピング材料を蒸着することにより行う。
【００６０】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００６１】
実施形態２に係る半導体装置は、カーボンナノチューブ６と絶縁膜２の間にも絶縁膜５ａ、絶縁膜１１ａを追加した点が実施形態１と異なる。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００６２】
カーボンナノチューブ６は、ソース・ドレイン間のチャネル部分に形成されたチャネル材料であり、トランジスタのキャリア（電子あるいは正孔）が流れる部分である。カーボンナノチューブ６には、例えば、ＣＶＤ法により成長したものを用いることができる。カーボンナノチューブ６は、ソース・ドレイン間を一本で接続してもよい。ソース・ドレイン間の距離よりも短いカーボンナノチューブ６同士が複数重なりあって接続していてもよい。カーボンナノチューブ６の代わりに有機材料を用いてもよい。チャネル長は、カーボンナノチューブ６の形態によって調整する。ＣＶＤ法で触媒から成長させ一本のカーボンナノチューブ６でソース・ドレイン間を接続する場合、チャネル長は、カーボンナノチューブ６の長さよりも短くする必要がある。一方、印刷または塗布で製造し複数本のカーボンナノチューブ６を介してソース・ドレイン間を接続する場合、チャネル長は、カーボンナノチューブの平均長よりも長くすることが望ましい。
【００６３】
カーボンナノチューブ６は、中央部分の外周面のうち、下側部分が絶縁膜５ａで覆われており、その他の部分がゲート絶縁膜５ｂで覆われている。絶縁膜５ａは、ゲート絶縁膜５ｂと同様の材料（実施形態１のゲート絶縁膜５と同様な材料；例えば、シリコン窒化膜）よりなる。また、カーボンナノチューブ６は、エクステンション部分１０の外周面のうち、下側部分が絶縁膜１１ａで覆われており、その他の部分が絶縁膜１１ｂで覆われている。絶縁膜１１ａは、絶縁膜１１ｂと同様の材料（実施形態１の絶縁膜１１と同様な材料；例えば、シリコン酸化膜）よりなる。
【００６４】
実施形態２によれば、カーボンナノチューブ６の中央部分とエクステンション部分１０の外周全面が同質の材料で覆われるため、実施形態１よりもさらにチャネルの伝導型を制御することが可能である。
【００６５】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００６６】
実施形態３に係る半導体装置は、カーボンナノチューブ６の外周面のうちエクステンション部分１０の一部に絶縁膜１１ａ、１１ｂを覆ったものである。その他の構成は、実施形態２と同様である。図４のカーボンナノチューブ６の外周面において、エクステンション部分１０のうち絶縁膜１１ａ、１１ｂで覆われていない部分には、絶縁膜５ａ、ゲート絶縁膜５ｂ、絶縁膜１１ａ、１１ｂの材料と異なる材料からなる絶縁膜１２ａ、１２ｂで覆われている。なお、絶縁膜１２ａ、１２ｂは、素子の構成に応じて形成しないようにすることも可能である。
【００６７】
ここで、図４において、絶縁膜５ａ、ゲート絶縁膜５ｂにシリコン窒化膜を用い、絶縁膜１１ａ、１１ｂにシリコン酸化膜を用い、かつ、ソース電極３およびドレイン電極４にアルミニウムを用いた場合、ドレイン電流が全般的に減少することが予想される。これは、エクステンション部分１０のカーボンナノチューブ６がｐ型であるのに対して、ソース電極３が電子を注入しやすい材料となっているためである。
【００６８】
また、図４において、絶縁膜５ａ、ゲート絶縁膜５ｂと絶縁膜１１ａ、１１ｂの材料を入れ替え、すなわち絶縁膜５ａ、ゲート絶縁膜５ｂにシリコン酸化膜を用い、絶縁膜１１ａ、１１ｂにシリコン窒化膜を用いた場合、ソース電極３およびドレイン電極４にはアルミニウムを用い、ゲート電極７には金を用いる。金の下には密着性を改善させるための非常に薄いチタン膜（膜厚０．５ｎｍ）を介在させる。この構造によって、素子の若干のばらつきがあるが、ソース−ドレイン間の電圧を０．１Ｖ、ゲート電圧を０Ｖ印加した状態でチャネルを流れる電流（ドレイン電流として参照する）が１０−１４〜１０−１１Ａの範囲にある特性が得られる。また、ゲート電圧を掃引し＋２Ｖにすると、ドレイン電流が１０−８〜１０−６となる。
【００６９】
実施形態３によれば、実施形態２と同様な効果を奏する。
【００７０】
（実施形態４）
本発明の実施形態４に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００７１】
実施形態４に係る半導体装置は、カーボンナノチューブ６を塗布した場合の例であり、カーボンナノチューブ６よりも先にソース電極３とドレイン電極４を形成したものである。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００７２】
半導体装置においては、基板１上に絶縁膜２が形成されており、絶縁膜２上の所定の領域にソース電極３とドレイン電極４が形成されている。ソース電極３とドレイン電極４の間の領域にチャネル部分となるカーボンナノチューブ６が形成されている。カーボンナノチューブ６の両端部分は、ソース電極３とドレイン電極４の上の一部にも形成されている。カーボンナノチューブ６は、ソース・ドレイン間の距離よりも短いカーボンナノチューブ６同士が複数重なりあって接続している。カーボンナノチューブ６の中央部分にはゲート絶縁膜５が形成されており、ゲート絶縁膜５の上にゲート電極７が形成されている。カーボンナノチューブ６の隙間はゲート絶縁膜５が充填された状態となっている。カーボンナノチューブ６の上端部からゲート電極７の底面の間の部分には、ゲート絶縁膜５のみが配されている。ゲート電極７とカーボンナノチューブ６は、ゲート絶縁膜５を介して容量（コンデンサ）を構成する。チャネル上であって、ゲート絶縁膜５で覆われておらず、かつ、ゲート電極７とも容量的に結合していないエクステンション部分１０上には、絶縁膜１１が形成されている。カーボンナノチューブ６の隙間は絶縁膜１１が充填された状態となっている。カーボンナノチューブ６の上端部から上の部分には絶縁膜１１のみが配されている。
【００７３】
次に、本発明の実施形態４に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図６、図７は、本発明の実施形態４に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【００７４】
まず、基板１上に絶縁膜２を形成した後、絶縁膜２上の所定の領域にソース電極３、ドレイン電極４を形成する（ステップＢ１；図６（Ａ）参照）。ここで、ソース電極３およびドレイン電極４は、例えば、電子ビーム露光でパターン形成したＰＭＭＡレジストを形成した後、蒸着により金等の金属を成膜し、その後、リフトオフで不要な部分を除去することにより形成することができる。この場合、ソース電極３およびドレイン電極４の厚さは、約５０ｎｍである。この場合は、ソース電極３およびドレイン電極４と、下地となる絶縁膜２との密着性を向上するために、チタン膜を約１ｎｍ挿入することが好ましい。この場合のチャネル長は、５〜３００μｍである。なお、チャネル長が長く、素子のサイズが大きくなることから、長い距離に渡って断線しないことを保証するために、ソース電極３およびドレイン電極４の金属の厚さは若干厚目にする。
【００７５】
次に、ソース電極３およびドレイン電極４上の一部と、ソース電極３とドレイン電極４の間の領域とを含む領域に、チャネル部分となるカーボンナノチューブ６を配設する（ステップＢ２；図６（Ｂ）参照）。ここで、カーボンナノチューブ６は、レーザー蒸発法で合成したものをジクロロエタンに溶かし分散させたものをスピンコートして配設する。なお、スピンコートしたままでは、不要な部分にもカーボンナノチューブが分散され、意図しない短絡を引き起こすため、不要部分を除去する。これには、まずＬＯＲ（lift off resist）層とＰＭＭＡ（poly-methyl methacrylate）層を積層し、電子ビーム露光法でＰＭＭＡ層をパターン形成した後にＬＯＲ層にパターンを転写する。その上にカーボンナノチューブ６をスピンコートして分散する。その後に、ＴＭＡＨ（Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide）でＬＯＲごとに不要なカーボンナノチューブを除去する。この方法以外にも、上記（１）での製法と同様に、リソグラフィとエッチングを用いる方法、印刷による方法などを用いることもできる。
【００７６】
次に、カーボンナノチューブ６のチャネル部分全般に絶縁膜１１を形成する（ステップＢ３；図６（Ｃ）参照）。ここで、絶縁膜１１は、例えば、シリコン酸化膜を用いてスパッタ法により成膜する。ステップＡ４で用いたスパッタ法と同様な条件で、成膜することができる。絶縁膜１１の厚さは、約１００ｎｍである。絶縁膜１１が厚いのは、カーボンナノチューブ６を塗布で分散するため、カーボンナノチューブ６の厚さが数十ｎｍあり、これらを覆う必要があるためである。
【００７７】
次に、絶縁膜１１の中央部分（ゲート絶縁膜（図７（Ｂ）の５）を形成する領域）に、カーボンナノチューブ６を残しつつ窓部を形成する（ステップＢ４；図７（Ａ）参照）。ここで、この窓の形成では、電子ビーム露光法でマスクパターン形成し、緩衝弗化水素酸でゲート絶縁膜５を形成するための部位を窓開けする。他にもエッチングは液体を用いるもの、気体を用いるものなどを用いることができる。なお、エッチングの際にはカーボンナノチューブ６を損傷しないことが必要である。
【００７８】
次に、絶縁膜１１の窓部にゲート絶縁膜５を形成する（ステップＢ５；図７（Ｂ）参照）。ここで、ゲート絶縁膜５は、例えば、シリコン窒化膜を用いてスパッタ法（ステップＡ４と同様な条件）で形成することができる。ゲート絶縁膜５の厚さは、約１０ｎｍである。
【００７９】
次に、ゲート絶縁膜５上の所定の領域にゲート電極７を形成する（ステップＢ６；図７（Ｃ）参照）。ここで、ゲート電極７は、例えば、アルミニウムと金を連続して電子ビーム蒸着して形成することができる。アルミニウムと金の厚さは、それぞれ５０ｎｍである。
【００８０】
その後、層間絶縁膜やビア、配線を形成することになる。
【００８１】
実施形態４によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。
【００８２】
（実施形態５）
本発明の実施形態５に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図８は、本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００８３】
実施形態５に係る半導体装置は、ゲート電極７がカーボンナノチューブ６よりも下側にある場合の例であり、ソース電極３とドレイン電極４とゲート電極７を同時に形成したものである。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００８４】
半導体装置においては、基板１上に絶縁膜２が形成されており、絶縁膜２上の所定の領域にソース電極３とドレイン電極４とゲート電極７が形成されている。ゲート電極７の上面ないし側面は、ゲート絶縁膜５で覆われている。ソース電極３とドレイン電極４の間の領域にチャネル部分となるカーボンナノチューブ６が形成されている。カーボンナノチューブ６の両端部分は、ソース電極３とドレイン電極４の上の一部にも形成されている。カーボンナノチューブ６の中央部分は、ゲート絶縁膜５上に形成されている。カーボンナノチューブ６は、ソース・ドレイン間の距離よりも短いカーボンナノチューブ６同士が複数重なりあって接続している。素子部全般上には絶縁膜１１が形成されている。カーボンナノチューブ６の隙間は絶縁膜１１が充填された状態となっており、エクステンション部分１０にも絶縁膜１１が形成されている。ゲート電極７とカーボンナノチューブ６は、ゲート絶縁膜５を介して容量（コンデンサ）を構成する。カーボンナノチューブ６の上端部から上の部分には絶縁膜１１のみが配されている。
【００８５】
次に、本発明の実施形態５に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図９は、本発明の実施形態５に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【００８６】
まず、基板１上に絶縁膜２を形成した後、絶縁膜２上の所定の領域にゲート電極７、ソース電極３、及びドレイン電極４を形成する（ステップＣ１；図９（Ａ）参照）。ここで、ゲート電極７、ソース電極３、及びドレイン電極４の厚さは、約５０ｎｍであり、簡便のため材質はすべて金である。なお、図９では省略してあるが、パッド電極は、この後に形成する。
【００８７】
次に、ゲート電極７の上面ないし側面にゲート絶縁膜５を形成する（ステップＣ２；図９（Ｂ）参照）。ここで、ゲート絶縁膜５は、例えば、スパッタ法を用いてシリコン窒化膜を成膜することにより形成することができる。予め、電子ビーム露光法を用いて、ＬＯＲ（lift off resist）とＰＭＭＡ（poly-methyl methacrylate）の積層膜をパターン形成しておき、リフトオフでゲート電極近傍のみを残して、他を除去する。ゲート絶縁膜５の厚さは、約２０ｎｍである。
【００８８】
次に、ソース電極３およびドレイン電極４上の一部と、ソース電極３とドレイン電極４の間の領域と、ゲート絶縁膜５上を含む領域に、チャネル部分となるカーボンナノチューブ６を配設する（ステップＣ３；図９（Ｃ）参照）。なお、カーボンナノチューブ６は、ステップＢ２と同様に、カーボンナノチューブを塗布・分散する。余分な部分のカーボンナノチューブは除去する。
【００８９】
次に、素子部全般上に絶縁膜１１を形成する（ステップＣ４；図９（Ｄ）参照）。ここで、絶縁膜１１は、例えば、シリコン酸化膜を用いてスパッタ法により形成することができる。絶縁膜１１の厚さは、約１００ｎｍである。
【００９０】
その後、層間絶縁膜やビア、配線を形成することになる。
【００９１】
実施形態５によれば、実施形態１と同様な効果を奏するとともに、ゲート電極７がソース電極３およびドレイン電極４と同時に形成することができ、工数を低減できる。
【００９２】
（実施形態６）
本発明の実施形態６に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図１０は、本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【００９３】
実施形態６に係る半導体装置は、チャネル部分にカーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタＸ、Ｙを相補的に製造した例である。ここでは、絶縁膜２、電界効果トランジスタＸの絶縁膜１１、及び電界効果トランジスタＹのゲート絶縁膜１５をシリコン酸化膜とし、電界効果トランジスタＸのゲート絶縁膜５、電界効果トランジスタＹの絶縁膜２１をシリコン窒化膜としたものである。また、この例では、電界効果トランジスタＸのドレイン電極４と電界効果トランジスタＹのソース電極１３とをビア２３ｃ、配線２４ｃ、ビア２３ｄを介して電気的に接続し、また両電界効果トランジスタＸ、Ｙのゲート電極７、１７をビア２３ｂ、配線２４ｂ、ビア２６ａ、配線２７、ビア２６ｂ、配線２４ｄ、ビア２３ｅを介して電気的に接続したものであり、シリコン半導体装置でのいわゆるＣＭＯＳＮＯＴゲートと同様な構成としたものである。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００９４】
次に、本発明の実施形態６に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態６に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【００９５】
まず、基板１上に熱酸化膜よりなる絶縁膜２を形成した後、絶縁膜２上の所定の領域にカーボンナノチューブ６、１６を形成する（ステップＤ１；図１１（Ａ）参照）。ここで、カーボンナノチューブ６、１６は、例えば、ＣＶＤ法により形成することができる。ＣＶＤ法では、絶縁膜２上の所定の領域に触媒を配置した後、炭素材料となるメタンガス雰囲気、温度約８００℃の条件下でカーボンナノチューブ６、１６を成長させる。成長時間は、約１０分である。触媒には、厚さ８ｎｍのアルミニウム膜上に成膜した厚さ０．６ｎｍの鉄を用いる。基板１には、シリコンウェハを用いる。絶縁膜２の膜厚は、約１００ｎｍである。
【００９６】
次に、カーボンナノチューブ６、１６の両端部分にソース電極３、１３、ドレイン電極４、１４を形成する（ステップＤ２；図１１（Ｂ）参照）。ここで、電界効果トランジスタＸのソース電極３、ドレイン電極４には金を用い、電界効果トランジスタＹのソース電極１３、ドレイン電極１４にはアルミニウムを用いる。そのため、電子ビーム露光でパターン形成したＰＭＭＡレジストに蒸着で成膜した後、リフトオフで不要な部分を除去する工程を二回に分けて行う。その他の手法として、通常の半導体装置の製造方法で一般的に使われている技術を用いこともできる。例として、まず、カーボンナノチューブ６、１６を含む絶縁膜２の全面に金属膜を成膜し、その後、リソグラフィを用いてレジストパターンを形成し、当該レジストパターンをマスクとしてエッチングする方法も挙げることができる。アルミニウムの場合、この方法の方がシリコンなどの半導体装置の製造では、より一般的である。さらに、また別の方法として、電導性の有機物などをインク化して、印刷する方法も使用可能である。
【００９７】
次に、電界効果トランジスタＸの絶縁膜１１、および電界効果トランジスタＹのゲート絶縁膜１５を形成する（ステップＤ３；図１１（Ｃ）参照）。ここで、絶縁膜１１とゲート絶縁膜１５は、同時に形成する。絶縁膜１１とゲート絶縁膜１５は、例えば、シランガスと酸素ガスを用いる常圧の熱ＣＶＤ法で成膜することができる。カーボンナノチューブ６、１６は、高温では酸素雰囲気では欠陥が導入されたり、燃えたりするため、３７０℃と比較的低温で成膜する。成膜時間は、３０秒程度である。低温での成膜は、温度の均質性が重要であり、反応管を十分に予熱する。その後、電子ビーム露光法で電界効果トランジスタＸのゲート絶縁膜５、および電界効果トランジスタＹの絶縁膜２１を形成する場所をパターン形成し、緩衝弗化水素酸でその部分を除去する。
【００９８】
次に、電界効果トランジスタＸのゲート絶縁膜５、および電界効果トランジスタＹの絶縁膜２１を形成する（ステップＤ４；図１１（Ｄ）参照）。ここで、ゲート絶縁膜５と絶縁膜２１は、同時に形成したものであり、スパッタ成膜したシリコン窒化膜である。ターゲットは窒化シリコン、プラズマのガスにはアルゴンガスを用いる。膜質を改善するために２０ｓｃｃｍの窒素も同時に導入する。圧力は２Ｐａである。ゲート絶縁膜５と絶縁膜２１の成膜には、上記以外にも、一般的に製造方法として用いられている蒸着法、熱気相成長法、有機絶縁膜を加熱・活性化し堆積する方法などを用いることができる。
【００９９】
次に、ゲート絶縁膜５、１５上の所定の領域にゲート電極７、１７を形成する（ステップＤ５；図１１（Ｅ）参照）。ここで、ゲート電極７、１７の形成は、ソース電極３、１３およびドレイン電極４、１４の形成と同様である。電界効果トランジスタＸのゲート電極７にはアルミニウムと金の積層膜を用い、電界効果トランジスタＹのゲート電極１７には薄く蒸着したチタンと金を用いる。ゲート電極７、１７の厚さは、約１００ｎｍである。各電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極７、１７に用いる金属が異なるため、パターン形成と蒸着は二回に分けて行う。例えば、電界効果トランジスタＸのゲート電極７では、電子ビーム露光法でパターン形成した後にアルミニウムを電子ビーム蒸着し、連続して金を電子ビーム蒸着する。その後、リフトオフで不要な部分を除去する。同様の工程を経て、電界効果トランジスタＹのゲート電極１７では、チタンおよび金を連続して蒸着する。同様にリフトオフして、その後は結線するためのパッド電極を形成する。電界効果トランジスタＸのゲート電極７で金を蒸着しているのは、アルミニウム剥き出しでは表面が酸化し、パッド電極との接続の時に意図しない抵抗成分が入るのを防ぐためである。
【０１００】
その後、層間絶縁膜２２、２５やビア２３ａ〜２３ｆ、２６ａ〜２６ｂ、配線２４ａ〜２４ｅ、２７を形成することになる（図１０参照）。
【０１０１】
実施形態６によれば、実施形態１と同様な効果を奏するとともに、待機電力を大幅に減らすことできる。
【０１０２】
（実施形態７）
本発明の実施形態７に係る半導体装置について図面を用いて説明する。図１２は、本発明の実施形態７に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【０１０３】
実施形態７に係る半導体装置では、実施形態６の絶縁膜（図１０の２）に対応する絶縁膜３２に別の材料を用いた場合の例である。また、実施形態７に係る半導体装置のチャネル材料３６、４６は、カーボンナノチューブに限定されるものではない。絶縁膜３２との組み合わせで伝導型が変化できるならば、チャネル材料３６、４６には、どのような有機半導体も使用できる。例えば、チャネル材料３６、４６には、ポリチオフェンも用いることができる。また、低分子型の骨格を側鎖に有するペンダント型の高分子材料、例えば、ペンタセン、Ｃ６０、Ｃ７０などのフラーレン、フタロシアニン誘導体、α−ＮＰＤなどのトリフェニルアミン誘導体も用いることができる。なお、チャネル材料３６、４６は、これらの半導体材料に限定されるものではない。その他の構成は、実施形態６と同様である。
【０１０４】
実施形態７によれば、実施形態６と同様な効果を奏するとともに、絶縁膜３２に応じてチャネル材料３６、４６を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した第１の工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した第２の工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図９】本発明の実施形態５に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図１０】本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図１１】本発明の実施形態６に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図１２】本発明の実施形態７に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図１３】従来例１に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【図１４】従来例２に係る半導体装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１０１、２０１  基板
２、１０２、２０２  絶縁膜
３、１３、１０３、２０３  ソース電極
４、１４、１０４、２０４  ドレイン電極
５、１５、５ｂ、１０５、２０５  ゲート絶縁膜
５ａ  絶縁膜
６、１６  カーボンナノチューブ
７、１７、１０７、２０７  ゲート電極
１０、１１０、２１０  エクステンション部分
１１、１１ａ、１１ｂ、２１  絶縁膜
１２、１２ａ、１２ｂ  絶縁膜
１５  ゲート絶縁膜
２１  絶縁膜
２２  層間絶縁膜
２３ａ〜２３ｆ  ビア
２４ａ〜２４ｅ  配線
２５  層間絶縁膜
２６ａ、２６ｂ  ビア
２７  配線
３２  絶縁膜
３６、４６  チャネル材料
１０６、２０６  チャネル材料（カーボンナノチューブ）
【図１】
2008130761.tif 000003
【図２】
2008130761.tif 000004
【図３】
2008130761.tif 000005
【図４】
2008130761.tif 000006
【図５】
2008130761.tif 000007
【図６】
2008130761.tif 000008
【図７】
2008130761.tif 000009
【図８】
2008130761.tif 000010
【図９】
2008130761.tif 000011
【図１０】
2008130761.tif 000012
【図１１】
2008130761.tif 000013
【図１２】
2008130761.tif 000014
【図１３】
2008130761.tif 000015
【図１４】
2008130761.tif 000016