(57)【要約】【課題】簡便な方法で高精度にナノスケールオーダーの導電性領域もしくは絶縁性領域を作製することを可能とする。【解決手段】薄膜１５の少なくとも一部に導電性領域（ソース電極１４、ドレイン電極１５）を備えた半導体装置１であって、前記導電性領域は、金属ナノ粒子１４が絶縁性分子を介して結合した前記薄膜１５に、エネルギー線Ｅが照射されることで、前記絶縁性分子の結合が解かれたものであり、前記金属ナノ粒子１４を融解させて結合させたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜の少なくとも一部に導電性領域を備えた半導体装置であって、
前記導電性領域は、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した前記薄膜に、エネルギー線が照射されることで、前記絶縁性分子の結合が解かれたものであり、前記金属ナノ粒子を融解させて結合させたものである
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記エネルギー線が照射される前に前記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基を持つ導伝性分子、半導体有機分子もしくは機能性分子で前記絶縁性分子が置換されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基は、チオール基、アミノ基もしくはカルボキシル基からなる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導伝性高分子は、ポリアセチレン系分子もしくはポリピロール系分子からなる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体有機分子は、ポルフィリン系分子、ポリフェニル系分子もしくはポリアセン系分子からなる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
前記機能性分子は、フォトクロミック分子もしくはポルフィリン誘導体分子からなる
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項７】
前記薄膜の一部に、前記絶縁性分子よりも高い絶縁性を有する別の絶縁性分子を結合させたもので、前記導電性領域よりも導伝性の低い領域が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
薄膜の少なくとも一部に絶縁性領域を備えた半導体装置であって、
前記絶縁性領域は、金属ナノ粒子が導電性分子を介して結合した前記薄膜に、エネルギー線が照射されることで、前記導電性分子が破壊されたものである、もしくは前記導電性分子との結合が解かれたものである
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記薄膜の一部に、前記導電性分子よりも高い導電性を有する導電性分子で結合させたもので、前記絶縁性領域よりも導伝性の高い領域が形成されている
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
薄膜の少なくとも一部に導電性領域を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記導電性領域を、
金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した薄膜にエネルギー線を照射して、前記絶縁性分子の結合を解くとともに前記金属ナノ粒子を融解して結合させることで形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記エネルギー線に、光線、Ｘ線、電子線もしくは集束イオンビームを用いる
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁性分子が単分子もしくはオリゴマー分子の場合、前記エネルギー線に光線もしくは電子線を用いる
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁性分子を、前記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基を持つ導伝性分子、半導体有機分子もしくは機能性分子で置換した後、前記エネルギー線の照射を行う
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基に、チオール基、アミノ基もしくはカルボキシル基を用いる
ことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記導伝性高分子に、ポリアセチレン系分子もしくはポリピロール系分子を用いる
ことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体有機分子に、ポルフィリン系分子、ポリフェニル系分子もしくはポリアセン系分子を用いる
ことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記機能性分子に、フォトクロミック分子もしくはポルフィリン誘導体分子を用いる
ことを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記薄膜を作製した後に、前記薄膜の一部に前記絶縁性分子よりも高い絶縁性を有する絶縁性分子で結合させることにより、前記導伝性領域よりも導伝性の低い領域を形成する
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
薄膜の少なくとも一部に絶縁性領域を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁性領域を、
金属ナノ粒子が導電性分子を介して結合した薄膜にエネルギー線を照射して、前記導電性分子を破壊する、もしくは前記導電性分子との結合を解くことによって形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記エネルギー線に、光線、Ｘ線、電子線もしくは集束イオンビームを用いる
ことを特徴とする請求項１９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記薄膜を作製した後に、前記薄膜の一部に前記導電性分子よりも高い導電性を有する導電性分子で結合させることにより、前記絶縁性領域よりも導伝性の高い領域を形成する
ことを特徴とする請求項１９記載の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、ナノスケールの導電路もしくは絶縁路を形成した半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一もしくは少数分子の機能を生かした、分子エレクトロニクスデバイスの作製では、その機能を制御するために外部から信号を送る必要がある。最も一般的な方法として、ワイヤー状の分子と電極を接触させ、かける電圧を変化させた際の流れる電流を読み取るものがある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
ナノスケールサイズの分子を、意図した個数だけ意図した位置に電極と接触させるには、同等サイズのギャップを持つ電極対（ナノギャップ電極）が必要である。その作製には電子線リソグラフィー、集束イオンビームリソグラフィー、エレクトロマイグレーション法などが用いられている（例えば、非特許文献２、３、４等参照。）。しかしどの方法もナノギャップ電極の作製は困難で、かなり慎重な作製条件の選定と装置制御が必要であり、リソグラフィーにおいては多くの工程を経なくてはならない。
【０００４】
エレクトロマイグレーション法では確率的にナノギャップ電極を作製するので、研究用としては手軽ではあるが、量産化には耐え得るものではない。ナノスケールサイズの信号入出力方法の確保は、分子エレクトロニクスデバイスの作製における課題であり、精度よく簡単にナノギャップ電極を作製できる方法が求められている。
【０００５】
また、高集積化のためにはギャップだけでなく、電極幅も小さいものが必要で、分子スケールデバイスのサイズの利点を生かすには重要な課題である。
【０００６】
【非特許文献１】Patrick J. Castle and Paul W.Bohn著  「Interfacial Scattering at Electrchemically Fabricated Atom-Scale Junctions between Thin Gold Film Electrodes in a Microfluidic Channel」  Anal. Chem. 77、p243-249、２００５年
【非特許文献２】塚越一仁 他著  「ナノスケール物質電気伝導探索のためのナノギャップ電極作製と応用」  応用物理、第７５巻、第３号、ｐ３３２−３３７、２００６年
【非特許文献３】Takashi Nagase 他著  「Maskless Fabrication of nanogap electrodes by using Ga-focused ion beam etching」  J. Microlith., Microfab., Microsyst. 5、011006≡1-6、２００６年
【非特許文献４】Takashi Nagase 他著  「Direct Fabrication of nano-gap electrodes by focus ion beam etching」  Thin Solid Films 499、p279-284、２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、ナノギャップ電極、すなわちナノスケールオーダーの導電性領域もしくは絶縁性領域の作製が困難な点である。例えば、かなり慎重な作製条件の選定と装置制御が必要であり、リソグラフィーにおいては多くの工程を経なくてはならない点である。
【０００８】
本発明は、簡便な方法で高精度にナノスケールオーダーの導電性領域もしくは絶縁性領域を作製することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置（第１半導体装置）は、薄膜の少なくとも一部に導電性領域を備えた半導体装置であって、前記導電性領域は、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した前記薄膜に、エネルギー線が照射されることで、前記絶縁性分子の結合が解かれたものであり、前記金属ナノ粒子を融解させて結合させたものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置（第１半導体装置）では、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した前記薄膜に、エネルギー線が照射されることで、前記絶縁性分子の結合が解かれたものであり、前記金属ナノ粒子を融解させて結合させた導電性領域が形成されていることから、上記導電性領域は、エネルギー線の照射という簡単な方法により形成される。また、一般にエネルギー線は微細なスポットに絞り込んで照射することができ、特に、電子線、収束イオンビーム等では、ナノスケールのオーダーに絞り込むことができるので、導電性領域はナノスケールオーダーの形成されたものとなる。
【００１１】
本発明の半導体装置（第２半導体装置）は、薄膜の少なくとも一部に絶縁性領域を備えた半導体装置であって、前記絶縁性領域は、金属ナノ粒子が導電性分子を介して結合した前記薄膜に、エネルギー線が照射されることで、前記導電性分子が破壊されたものである、もしくは前記導電性分子との結合が解かれたものであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置（第２半導体装置）では、金属ナノ粒子が導電性分子を介して結合した前記薄膜に、エネルギー線が照射されることで、前記導電性分子が破壊されたものである、もしくは前記導電性分子との結合が解かれたものであることから、上記絶縁性領域は、エネルギー線の照射という簡単な方法により形成される。また、一般にエネルギー線は微細なスポットに絞り込んで照射することができ、特に、電子線、収束イオンビーム等では、ナノスケールのオーダーに絞り込むことができるので、絶縁性領域はナノスケールオーダーに高精度に形成されたものとなる。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法（第１製造方法）は、薄膜の少なくとも一部に導電性領域を備えた半導体装置の製造方法であって、前記導電性領域を、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した薄膜にエネルギー線を照射して、前記絶縁性分子の結合を解くとともに前記金属ナノ粒子を融解して結合させることで形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法（第１製造方法）では、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した薄膜にエネルギー線を照射することで、前記絶縁性分子の結合を解くとともに前記金属ナノ粒子を融解して結合させて、導電性領域を形成することから、上記導電性領域は、エネルギー線の照射という簡単な方法により形成される。また、一般にエネルギー線は微細なスポットに絞り込んで照射することができ、特に、電子線、収束イオンビーム等では、ナノスケールのオーダーに絞り込むことができるので、導電性領域はナノスケールオーダーに高精度に形成される。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法（第２製造方法）は、薄膜の少なくとも一部に絶縁性領域を備えた半導体装置の製造方法であって、前記絶縁性領域の形成工程は、金属ナノ粒子が導電性分子を介して結合した薄膜にエネルギー線を照射して、前記導電性分子を破壊する、もしくは前記導電性分子との結合を解くことによって形成することを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法（第２製造方法）では、金属ナノ粒子が導電性分子を介して結合した薄膜にエネルギー線を照射することで、前記導電性分子を破壊して、もしくは前記導電性分子との結合を解いて、絶縁性領域を形成することから、上記絶縁性領域は、エネルギー線の照射という簡単な方法により形成される。また、一般にエネルギー線は微細なスポットに絞り込んで照射することができ、特に、電子線、収束イオンビーム等では、ナノスケールのオーダーに絞り込むことができるので、絶縁性領域はナノスケールオーダーに高精度に形成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体装置（第１半導体装置）によれば、薄膜にエネルギー線を照射するという簡便な方法で、導電性領域が高精度に意図した位置に形成されたものとなる。また薄膜に金属ナノ粒子が用いられていることから、金属ナノ粒子と同等な線幅の導電性領域となるので、高集積化が図れるという利点がある。
【００１８】
本発明の半導体装置（第２半導体装置）によれば、薄膜にエネルギー線を照射するという簡便な方法で、絶縁性領域が高精度に意図した位置に形成されたものとなる。また絶縁性領域は、導電性分子を破壊して、もしくは導電性分子との結合を解いて形成されたものであることから、導電性分子と同等な線幅の絶縁性領域となるので、高集積化が図れるという利点がある。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法（第１製造方法）によれば、薄膜にエネルギー線を照射することで導電性領域が形成されるため、簡便な方法であるという利点がある。また、薄膜にエネルギー線を意図した位置に照射することができるため、導電性領域を高精度に意図した位置に形成することができる。導電性領域を、絶縁性分子の結合を解くとともに金属ナノ粒子を融解して結合させて形成するので、ナノスケールのオーダーの微細な導電性領域を形成することができる。よって、高集積化を図ることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法（第２製造方法）によれば、薄膜にエネルギー線を照射することで絶縁性領域が形成されるため、簡便な方法であるという利点がある。また、薄膜にエネルギー線を意図した位置に照射することができるため、絶縁性領域を高精度に意図した位置に形成することができる。また、導電性分子を破壊して、もしくは導電性分子との結合を解いて、絶縁性領域を形成するので、ナノスケールのオーダーの微細な絶縁性領域を形成することができる。よって、高集積化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。図１では、半導体装置におけるナノスケール線幅およびナノスケールギャップを有する電極（ソース電極およびドレイン電極）を備えた半導体装置について示す。
【００２２】
図１（１）に示すように、一例として、トップコンタクト型のソース電極、ドレイン電極、およびボトムコンタクト型のゲート電極を備えた半導体装置（例えば電界効果トランジスタ）を示す。また半導体装置の電極コンタクト構造は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極共にトップコンタクトであっても、ボトムコンタクトであっても、どちらでも構わない。
【００２３】
まず、表面に絶縁膜１１、裏面にゲート電極１２が形成された基板１０表面に半導体膜１３を形成する。基板１０に、例えばシリコン基板を用いる場合、上記絶縁膜１１には酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等を用いることができる。上記酸化シリコン膜は、例えば熱酸化法にて形成できる。上記窒化シリコン膜は、例えばＣＶＤ法にて形成できる。また上記酸化アルミニウム膜は、例えば陽極酸化法にて形成できる。また、上記基板１０には、例えば、ガラス基板、フレキシブルなポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)などの樹脂基板を用いることもできる。このような樹脂基板であれば、上記絶縁膜１１を、例えばポリビニルフェノール（ＰＶＰ）系の高分子絶縁膜をスピンコートにて形成する。
【００２４】
上記基板１０の裏面に形成されるゲート電極１２は、例えば金、白金等の金属を電子ビーム(ＥＢ)蒸着法等で蒸着して形成される。また上記半導体膜１３は、ポルフィリン系分子、ポリフェニル系分子、ポリアセン系分子を有機溶媒（トルエン）によって希釈された溶液を用いたディッピング法、キャスト法、スピンコートなどで形成される。
【００２５】
次に、基板１０および半導体膜１３表面に、絶縁性有機分子に表面が保護された金属ナノ粒子１４からなる薄膜１５を作製する。その作製方法は、例えば塗布法、溶液浸漬法、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、ディップコート法、モールド転写法等がある。
【００２６】
金属ナノ粒子には、例えば端点の一方がチオール基である鎖状非共役系分子（ブタンチオール、ペンタンチオールなど）を絶縁性有機分子（金属ナノ粒子の保護膜）として持つ金や白金、銀のナノ粒子で、直径１０±５ｎｍ程度のものを用いる。
【００２７】
次に、図１（２）に示すように、上記薄膜１５上のソース電極およびドレイン電極を作製したい位置に対して、エネルギー線Ｅを照射する。このエネルギー線Ｅには、電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等を用いることができ、上記薄膜１５の金属ナノ粒子１４が持つ絶縁性有機分子の結合を解くとともに、金属ナノ粒子１４を融解させ結合させる。
【００２８】
この結果、図１（３）および図２の概略構成斜視図に示すように、薄膜１５のエネルギー線Ｅを照射した位置にソース電極１６およびドレイン電極１７が形成される。鎖状非共役系分子を保護膜として持つ、直径１０ｎｍ程度の金ナノ粒子単層膜の場合であれば、１００μｍ×１００μｍの範囲に５ｋｅＶの電子線を１０分程度照射する。１０ｎｍ×１０ｎｍ程度の狭い領域であれば集束イオンビーム、Ｘ線等を用いる。上記エネルギー線照射が、例えば、光照射の場合には数ｍｅＶ〜百数十ｅＶのエネルギーを照射し、電子線の場合には数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを照射し、集束イオンビームの場合には数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを照射し、Ｘ線の場合には数百ｋｅＶ〜数ＭｅＶのエネルギーを照射する。また、上記絶縁性有機分子が単分子、オリゴマー分子程度なら光照射や電子線が望ましく、微細な領域には、電子線、集束イオンビームが望ましい。
【００２９】
その後、上記加熱融解によって金ナノ粒子１４から分離した絶縁性分子（図示せず）を、例えばアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、流水で各約５分、基板洗浄を行うことによって、取り除く。このようにして、ナノスケール幅でかつナノスケールギャップを有するソース電極１６、ドレイン電極１７を有する半導体装置１が形成される。この半導体装置１では、上記半導体膜１３がチャネル層になる。
【００３０】
よって、本発明の半導体装置１は、図１（３）および図２に示すように、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した薄膜１５の少なくとも一部に導電性領域であるソース電極１６、ドレイン電極１７を形成したもので、ソース電極１６、ドレイン電極１７は、薄膜１５にエネルギー線が照射されることで、絶縁性分子の結合が解かれたものであり、金属ナノ粒子１４を融解させて結合させたものである。
【００３１】
上記半導体装置１およびその製造方法では、ナノスケール幅の線幅およびギャップを有するソース電極１６、ドレイン電極１７を制御性の良く、意図した位置に形成できる。ここで用いたエネルギー線Ｅである電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等は、例えば数ｎｍ〜十数ｎｍレベルの非常に高い制御性があるので、従来のエレクトロマイグレーション法などによる電極作製と異なり、非常に高精度に電極形成が行える。したがって、配線面積が少なくて済むことから、高集積化に対して有利である。
【００３２】
上記製造方法では、リソグラフィー技術を使用しないので、電極作製工程が大幅に削減できる。また、金属ナノ粒子のパターンニングも不要な簡便なプロセスである。
【００３３】
後述するが、金属ナノ粒子の薄膜１５を形成する際に、絶縁性の有機分子によって金属ナノ粒子１４を結合させることで、ソース電極１６、ドレイン電極１７を形成した後におけるリーク電流を低減できる。
【００３４】
次に、本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を、図３の概略構成断面図によって説明する。図３では、一例として、分子ネットワークトランジスタ用のナノスケール線幅およびナノスケールギャップを有するソース電極、ドレイン電極について示す。
【００３５】
図３（１）に示すように、表面に絶縁膜１１、裏面にゲート電極１２が形成された基板１０を形成する。基板１０に、例えばシリコン基板を用いる場合、上記絶縁膜１１には酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等を用いることができる。上記酸化シリコン膜は、例えば熱酸化法にて形成できる。上記窒化シリコン膜は、例えばＣＶＤ法にて形成できる。また上記酸化アルミニウム膜は、例えば陽極酸化法にて形成できる。また、上記基板１０には、例えば、ガラス基板、フレキシブルなポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)などの樹脂基板を用いることもできる。このような樹脂基板であれば、上記絶縁膜１１を、例えばポリビニルフェノール（ＰＶＰ）系の高分子絶縁膜をスピンコートにて形成する。
【００３６】
上記基板１０の裏面に形成されるゲート電極１２は、例えば金、白金等の金属を電子ビーム(ＥＢ)蒸着法等で蒸着して形成される。
【００３７】
次に、基板１０表面に、絶縁性有機分子に表面が保護された金属ナノ粒子１４からなる薄膜１５を作製する。その作製方法は、例えば塗布法、溶液浸漬法、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、ディップコート法、モールド転写法等がある。
【００３８】
予め、金属結合していた絶縁性有機分子（保護膜）を、さらに絶縁性の高い別の絶縁性有機分子で置換する。この置換反応は、例えば、高い絶縁性を有する有機分子の溶けた溶媒に基板を浸漬するなどして行うことができる。これにより、最終段階での漏れ電流を、さらに大きく低減できる。
【００３９】
上記金属ナノ粒子からなる薄膜に所望の分子を浸漬法、スピンコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、ディップコート法、モールド転写法などによって結合させ、ネットワーク化する。上記所望の分子は、例えば、導伝性高分子、半導体有機分子、機能性分子などであり、かつ金属ナノ粒子と結合しやすい官能基を持つ分子である。上記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基は、例えば、チオール基、アミノ基、カルボキシル基等が挙げられる。上記導伝性高分子は、例えば、ポリアセチレン系分子、ポリピロール系分子等が挙げられる。上記半導体有機分子は、例えば、ポルフィリン系分子、ポリフェニル系分子、ポリアセン系分子等が挙げられる。上記機能性分子は、例えば、フォトクロミック分子、ポルフィリン誘導体分子等が挙げられる。
【００４０】
次に、図３（２）に示すように、上記薄膜１５上のソース電極およびドレイン電極を作製したい位置に対して、エネルギー線Ｅを照射する。このエネルギー線Ｅには、電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等を用いることができ、上記薄膜１５の金属ナノ粒子１４が持つ絶縁性有機分子の結合を解くとともに、金属ナノ粒子１４を融解させ結合させる。
【００４１】
この結果、薄膜１５のエネルギー線Ｅを照射した位置にソース電極１６およびドレイン電極１７が形成される。上記エネルギー線照射が、例えば、光照射の場合には数ｍｅＶ〜百数十ｅＶのエネルギーを照射し、電子線の場合には数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを照射し、集束イオンビームの場合には数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを照射し、Ｘ線の場合には数百ｋｅＶ〜数ＭｅＶのエネルギーを照射する。これにより配線として用いた場合に漏れ電流を低減することができる。
【００４２】
よって、本発明の半導体装置２は、図３（２）に示すように、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した薄膜１５の少なくとも一部に導電性領域であるソース電極１６、ドレイン電極１７を形成したもので、ソース電極１６、ドレイン電極１７は、薄膜１５にエネルギー線が照射されることで、絶縁性分子の結合が解かれたものであり、金属ナノ粒子１４を融解させて結合させたものである。
【００４３】
上記半導体装置２およびその製造方法では、ナノスケール幅の線幅およびギャップを有するソース電極１６、ドレイン電極１７を制御性の良く、意図した位置に形成できる。ここで用いたエネルギー線Ｅである電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等は、例えば数ｎｍ〜十数ｎｍレベルの非常に高い制御性があるので、従来のエレクトロマイグレーション法などによる電極作製と異なり、非常に高精度に電極形成が行える。したがって、配線面積が少なくて済むことから、高集積化に対して有利である。
【００４４】
上記製造方法では、リソグラフィー技術を使用しないので、電極作製工程が大幅に削減できる。また、金属ナノ粒子のパターンニングも不要な簡便なプロセスである。
【００４５】
また、金属ナノ粒子の薄膜１５を形成する際に、絶縁性の有機分子によって金属ナノ粒子１４を結合させたことで、ソース電極１６、ドレイン電極１７を形成した後におけるリーク電流を低減することができる。
【００４６】
次に、本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第３実施例）を、図４の概略構成断面図によって説明する。図４では、一例として、分子配線用のナノスケール線幅およびナノスケールギャップを有する電極について示す。
【００４７】
図４（１）に示すように、表面に絶縁膜１１、裏面にゲート電極１２が形成された基板１０を形成する。基板１０に、例えばシリコン基板を用いる場合、上記絶縁膜１１には酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等を用いることができる。上記酸化シリコン膜は、例えば熱酸化法にて形成できる。上記窒化シリコン膜は、例えばＣＶＤ法にて形成できる。また上記酸化アルミニウム膜は、例えば陽極酸化法にて形成できる。また、上記基板１０には、例えば、ガラス基板、フレキシブルなポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)などの樹脂基板を用いることもできる。このような樹脂基板であれば、上記絶縁膜１１を、例えばポリビニルフェノール（ＰＶＰ）系の高分子絶縁膜をスピンコートにて形成する。
【００４８】
上記基板１０の裏面に形成されるゲート電極１２は、例えば金、白金等の金属を電子ビーム(ＥＢ)蒸着法等で蒸着して形成される。
【００４９】
次に、基板１０表面に、絶縁性有機分子に表面が保護された金属ナノ粒子１４からなる薄膜１５を作製する。その作製方法は、例えば塗布法、溶液浸漬法、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、ディップコート法、モールド転写法等がある。
【００５０】
次に、図４（２）に示すように、上記薄膜１５上の電極対を作製したい位置に対して、エネルギー線Ｅを照射する。このエネルギー線Ｅには、電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等を用いることができ、上記薄膜１５の金属ナノ粒子１４が持つ絶縁性有機分子の結合を解くとともに、金属ナノ粒子１４を融解させ結合させる。
【００５１】
この結果、薄膜１５のエネルギー線Ｅを照射した位置に電極１８および電極１９が形成される。上記エネルギー線照射が、例えば、光照射の場合には数ｍｅＶ〜百数十ｅＶのエネルギーを照射し、電子線の場合には数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを照射し、集束イオンビームの場合には数ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを照射し、Ｘ線の場合には数百ｋｅＶ〜数ＭｅＶのエネルギーを照射する。
【００５２】
次に、図４（３）に示すように、上記電極１８、１９間に、分子配線２０を配置する。この分子配線２０は、例えば、導伝性高分子、半導体有機分子、機能性分子などであり、かつ金属ナノ粒子と結合しやすい官能基を持つ分子である。上記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基は、例えば、チオール基、アミノ基、カルボキシル基等が挙げられる。上記導伝性高分子は、例えば、ポリアセチレン系分子、ポリピロール系分子等が挙げられる。上記半導体有機分子は、例えば、ポルフィリン系分子、ポリフェニル系分子、ポリアセン系分子等が挙げられる。上記機能性分子は、例えば、フォトクロミック分子、ポルフィリン誘導体分子等が挙げられる。
【００５３】
よって、本発明の半導体装置３は、図４（３）に示すように、金属ナノ粒子が絶縁性分子を介して結合した薄膜１５の少なくとも一部に導電性領域である電極１８、電極１９を形成したもので、電極１８、電極１９は、薄膜１５にエネルギー線が照射されることで、絶縁性分子の結合が解かれたものであり、金属ナノ粒子１４を融解させて結合させたものである。また、電極１８、電極１９間には分子配線２０が形成されているものである。したがって、電極１８、電極１９でソース電極、ドレイン電極を構成し、分子配線２０でチャネル層を構成することで、トランジスタが構成される。
【００５４】
上記半導体装置３およびその製造方法では、ナノスケール幅の線幅およびギャップを有する電極１８、電極１９を制御性の良く、意図した位置に形成できる。ここで用いたエネルギー線Ｅである電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等は、例えば数ｎｍ〜十数ｎｍレベルの非常に高い制御性があるので、従来のエレクトロマイグレーション法などによる電極作製と異なり、非常に高精度に電極形成が行える。したがって、配線面積が少なくて済むことから、高集積化に対して有利である。
【００５５】
上記製造方法では、リソグラフィー技術を使用しないので、電極作製工程が大幅に削減できる。また、金属ナノ粒子のパターンニングも不要な簡便なプロセスである。
【００５６】
次に、本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第４実施例）を、図５の概略構成断面図によって説明する。図５では、一例として、アイソレーション（孤立）について示す。
について示す。
【００５７】
図５（１）に示すように、表面に絶縁膜１１を介してソース電極２１、ドレイン電極２２、裏面にゲート電極１２が形成された基板１０を形成する。
【００５８】
基板１０に、例えばシリコン基板を用いる場合、上記絶縁膜１１には酸化シリコン膜（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等を用いることができる。上記酸化シリコン膜は、例えば熱酸化法にて形成できる。上記窒化シリコン膜は、例えばＣＶＤ法にて形成できる。また上記酸化アルミニウム膜は、例えば陽極酸化法にて形成できる。また、上記基板１０には、例えば、ガラス基板、フレキシブルなポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリエーテルサルフォン(ＰＥＳ)などの樹脂基板を用いることもできる。このような樹脂基板であれば、上記絶縁膜１１を、例えばポリビニルフェノール（ＰＶＰ）系の高分子絶縁膜をスピンコートにて形成する。
【００５９】
上記ソース電極２１、ドレイン電極２２は、例えば、金属を電子ビーム(ＥＢ)蒸着法等で蒸着して形成される。また、上記基板１０の裏面に形成されるゲート電極１２は、例えば金、白金等の金属を電子ビーム(ＥＢ)蒸着法等で蒸着して形成される。
【００６０】
次に、基板１０表面に、絶縁性有機分子に表面が保護された金属ナノ粒子１４からなる薄膜１５を作製する。その作製方法は、例えば塗布法、溶液浸漬法、スピンコート法、ラングミュア・ブロジェット（ＬＢ）法、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、ディップコート法、モールド転写法等がある。
【００６１】
次に、図５（２）に示すように、上記ソース電極２１、ドレイン電極２２間に分子配線２０を配置し、金属ナノ粒子どうしを結合する。この分子配線２０は、例えば、導伝性高分子、半導体有機分子、機能性分子などであり、かつ金属ナノ粒子と結合しやすい官能基を持つ分子である。上記金属ナノ粒子と結合しやすい官能基は、例えば、チオール基、アミノ基、カルボキシル基等が挙げられる。上記導伝性高分子は、例えば、ポリアセチレン系分子、ポリピロール系分子等が挙げられる。上記半導体有機分子は、例えば、ポルフィリン系分子、ポリフェニル系分子、ポリアセン系分子等が挙げられる。上記機能性分子は、例えば、フォトクロミック分子、ポルフィリン誘導体分子等が挙げられる。
【００６２】
上記分子配線２０における分子により結合している金属ナノ粒子間は電流が流れやすい状況になっている。ここで、各ソース電極２１、ドレイン電極２２をアイソレーションするためにエネルギー線Ｅの照射を行う。このエネルギー線Ｅには、例えば、光、電子線、集束イオンビーム、Ｘ線等を利用することができる。エネルギー線の照射の結果、局所的に結合分子の結合が解かれて、絶縁性領域（図示せず）が形成される。
【００６３】
また、薄膜１５を作製した後に、薄膜１５の一部に上記導電性分子よりも高い導電性を有する別の導電性分子で結合させることにより、絶縁性領域よりも導伝性の高い領域が形成される。これにより導伝路を配線として用いた場合に漏れ電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成断面図である。
【図２】本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成斜視図である。
【図３】本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を示した概略構成断面図である。
【図４】本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第３実施例）を示した概略構成断面図である。
【図５】本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法に係る一実施の形態（第４実施例）を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…半導体装置、１４…金属ナノ粒子、１５…薄膜、Ｅ…エネルギー線
【図１】
2008034578.tif 000003
【図２】
2008034578.tif 000004
【図３】
2008034578.tif 000005
【図４】
2008034578.tif 000006
【図５】
2008034578.tif 000007