(57)【要約】【課題】垂直型ナノチューブトランジスタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ソース層と触媒層を順次基板に形成する工程と、誘電体層を前記触媒層および前記基板に形成する工程と、前記誘電体層を選択的に除去し、前記触媒層上に第一誘電体メサ、前記基板上に前記触媒層および前記第一金属層の側壁に沿って配置されたゲート誘電体層、および前記基板上の第二誘電体メサをそれぞれ形成し、前記第一誘電体メサと前記ゲート誘電体層を第一開口により隔て、前記ゲート誘電体層と前記第二誘電体メサを第二開口により隔てる工程と、前記第一開口にナノチューブ層を形成する工程と、ドレイン層を前記ナノチューブ層と前記第一誘電体メサに形成し、ゲート層を前記第二開口に形成する工程とを含んでいる。【選択図】　　　　図１０
2004040080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法であって、
ソース層と触媒層とを順次基板に形成する工程と、
誘電体層を前記触媒層および前記基板上に形成する工程と、
前記誘電体層を選択的に除去し、前記触媒層上に第一誘電体メサ、前記基板上に前記触媒層および前記第一金属層の側壁に沿って配置されたゲート誘電体層、および前記基板上の第二誘電体メサをそれぞれ形成し、前記第一誘電体メサと前記ゲート誘電体層を第一開口により隔て、前記ゲート誘電体層と前記第二誘電体メサを第二開口により隔てる工程と、
前記第一開口にナノチューブ層を形成する工程と、
ドレイン層を前記ナノチューブ層と前記第一誘電体メサ上に形成し、ゲート層を前記第二開口に形成する工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ソース層がアルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記触媒層を形成する工程が、
エタノール中に硝酸第二鉄結晶を溶解し、その後、エチルシリケートを加えて触媒溶液を作る工程と、
前記触媒溶液を第一金属層上でスピンコートする工程
とを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記触媒層が、鉄、コバルトまたはニッケルイオンを注入することにより形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ナノチューブ層が化学気相蒸着により形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ナノチューブ層がカーボンナノチューブ層であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ドレイン層がアルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
ソース層と触媒層を形成する工程は、さらに、
前記基板上に、前記基板を露出させた底部と２つの側壁とからなるホール領域を備える第一フォトレジスト層を形成する工程と、
前記第一フォトレジスト層と前記ホール領域内に第一金属層を形成する工程と、前記第一金属層上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層、前記第一金属層、前記第一フォトレジスト層を選択的に除去して、前記基板を露出させ、前記触媒層と前記ホール領域の底部上の前記第一金属層を残留させ、前記残留した第一金属層をソースとする工程
とを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
垂直型ナノチューブトランジスタであって、
基板上に形成されたソース層と、
前記ソース層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上の第一誘電体メサと、
前記基板上にあり、前記触媒層の側壁と前記ソース層に沿って配置され、第一開口により、前記第一誘電体メサから隔てられた、ゲート誘電体層と、
前記基板上にあり、第二開口により、前記ゲート誘電体層から隔てられた第二誘電体メサと、
前記第一開口に形成されたナノチューブ層と、
前記ナノチューブ層と前記第一誘電体メサ上のドレイン層と、
前記第二開口内のゲート層
とからなることを特徴とする垂直型ナノチューブトランジスタ。
【請求項１０】
前記ソース層はアルミニウムであることを特徴とする請求項９記載の垂直型ナノチューブトランジスタ。
【請求項１１】
前記触媒層が、エタノール中に硝酸第二鉄結晶を溶解し、その後、エチルシリケートを加えて触媒溶液を作る工程と、前記触媒溶液を第一金属層上でスピンコートする工程とにより形成されたことを特徴とする請求項９記載の垂直型ナノチューブトランジスタ。
【請求項１２】
前記触媒層が、鉄、コバルトまたはニッケルイオンを含むことを特徴とする請求項９記載の垂直型ナノチューブトランジスタ。
【請求項１３】
前記ナノチューブ層がカーボンナノチューブ層であることを特徴とする請求項９記載の垂直型ナノチューブトランジスタ。
【請求項１４】
前記ドレイン層はアルミニウムであることを特徴とする請求項９記載の垂直型ナノチューブトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直型ナノチューブトランジスタとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体が集積化のための技術が進歩するにしたがって、ナノテクノロジーの開発も主要な研究目標の一つになっている。チップに含まれる半導体の数が増加し、デバイスの最小寸法が、集積度を高くするために微小になっている。その中でも、ナノチューブトランジスタ等、ナノメータスケールテクノロジーが注目を集めている。カーボンはナノスケールデバイスに最も適した材料であることが分かっている。
【０００３】
従来、カーボンナノチューブトランジスタ（ＣＮＴ）の製造方法は２種あり、一つは、原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ　ｆｏｒｃｅ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＡＦＭ）を用いて、ゲート、ソースおよびドレインがすでに形成された基板上に、カーボンナノチューブを送り込む方法である。図１２はカーボンナノチューブトランジスタ１００を示し、ソース１１０、ドレイン１２０、ゲート１３０、カーボンナノチューブ１４０を備える。カーボンナノチューブトランジスタ１００は、好ましいトランジスタ特性を備えるが、カーボンナノチューブが形成される位置は正確に制御されず、工程も実用的でない。
【０００４】
もう一つの方法は、以下のような工程からなる。アルミニウム基板に陽極処理を施して、ナノスケールホールを形成する。つぎに、触媒（Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏ等）がホール底部に電気めっきされる。つぎに、カーボンナノチューブが化学気相蒸着（ＣＶＤ）により、ホールに形成される。つぎに、形成されたカーボンナノチューブの両端が異なる電極（ソースとドレインとなる）に接続される。最後に、絶縁層が被覆され、金属層が形成されてゲートとなる。図１３で示されるカーボンナノチューブトランジスタ２００はこのように形成される。図１３において、２１０はソース、２２０はドレイン、２３０はゲート、２４０はカーボンナノチューブ、２５０は絶縁層を示す。しかし、上述の方法により形成されたカーボンナノチューブトランジスタ２００は、ゲートがソースとドレインが配置されている平面と平行なもう一つの面の上にあるわけではない。よって一般のトランジスタと構造が異なる。これにより、ゲートの駆動能力が低下する。さらに、ナノチューブのホールはアルミニウム構造の陽極処理により区画（位置決め）される。これにより、ナノチューブの形成される位置は正確に制御されない。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第６４２３５８３号明細書
【特許文献２】
米国特許第６４６５８１３号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決し、ナノチューブの形成される位置が正確に制御される垂直型ナノチューブトランジスタとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様にかかわる垂直型ナノチューブトランジスタの製造工程は、
ソース層と触媒層を順次基板に形成する工程と、
誘電体層を前記触媒層および前記基板に形成する工程と、
前記誘電体層を選択的に除去し、前記触媒層上に第一誘電体メサ、基板上に、前記触媒層および前記第一金属層の側壁に沿って配置されたゲート誘電体層、および前記基板上の第二誘電体メサをそれぞれ形成し、前記第一誘電体メサと前記ゲート誘電体層を第一開口により隔て、前記ゲート誘電体層と前記第二誘電体メサを第二開口により隔てる工程と、
前記第一開口にナノチューブ層を形成する工程と、
ドレイン層を前記ナノチューブ層と前記第一誘電体メサ上に形成し、ゲート層を前記第二開口に形成する工程
とを含んでなることを特徴としている。
【０００８】
本発明の第２の態様にかかわる垂直型ナノチューブトランジスタは、基板上に形成されたソース層と、
前記ソース層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上の第一誘電体メサと、
前記基板上にあり、前記触媒層の側壁と前記ソース層に沿って配置され、第一開口により前記第一誘電体メサから隔たれたゲート誘電体層と、
前記基板上にあり、第二開口により前記ゲート誘電体層から隔たれた第二誘電体メサと、
前記第一開口に形成されたナノチューブ層と、
前記ナノチューブ層上のドレイン層と前記誘電体メサ上のドレイン層と、前記第二開口内のゲート層
とからなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述した本発明の目的、特徴および長所をいっそう明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、添付図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００１０】
図１〜図１０は、本発明の好ましい実施例による垂直カーボンナノチューブトランジスタの製造方法を示す図である。
【００１１】
まず、図１を参照すると、第一フォトレジスト層２０が基板上１０に形成され、パターン化される。第一フォトレジスト層２０はホール領域２２を備え、基板１０を露出させる。ホール領域２２は底部２４と２つの側壁２６からなる。
【００１２】
続いて、図２を参照すると、第一金属層３０が第一フォトレジスト層２０上とホール領域２２中（つまり、底部２４と側壁２６）に形成される。第一金属層３０はアルミニウムであってよい。
【００１３】
続いて、図３を参照すると、触媒層４０が第一金属層３０上に形成される。触媒層４０は、以下の２つの方法により形成される。一つは、エタノール中に硝酸第二鉄結晶（ｆｅｒｒｉｃ　ｎｉｔｒａｔｅ　ｃｒｙｓｔａｌ）を溶解し、その後、エチルシリケート（ｅｔｈｙｌ　ｓｉｌｉｃａｔｅ）を加えて、触媒液を作る。触媒液はその後、第一金属層３０上でスピンコートされ、乾燥される。もう一つの方法は、鉄、コバルト、ニッケルイオンを第一金属層３０に注入する。
【００１４】
続いて、図４を参照すると、触媒層４０、第一金属層３０、第一フォトレジスト層２０が、選択的に除去されて、基板１０を露出させ、底部２４上に触媒層４０、第一金属層３０を残留させる。残った第一金属層３０はソースとなる。
【００１５】
続いて、図５を参照すると、誘電体層５０が触媒層４０と基板１０全面に形成される。つぎに、図６を参照すると、誘電体層５０がフォトリソグラフィとエッチングによりパターン化されて、第一誘電体層メサ５０ａ、ゲート誘電体層５０ｂ、第二誘電体層メサ５０ｃ、の３部分を形成する。第一誘電体層メサ５０ａは、触媒層４０上に位置する。ゲート誘電体層５０ｂは基板上に触媒層４０と第一金属層３０の側壁４２に沿って配置され、第一誘電体層メサ５０ａとゲート誘電体層５０ｂは、第一開口５２により、隔てられる。第二誘電体層メサ５０ｃは基板１０上に位置し、ゲート誘電体層５０ｂと第二誘電体層メサ５０ｃは、第二開口５４により隔てられる。
【００１６】
つづいて、図７に示されるように、カーボンナノチューブ層（以下、ＣＮＴ層という）６０が第一開口５２内に形成される。第一開口５２が２０ｎｍ以下の場合、触媒層４０は、全表面上に形成される。よって、シングルカーボンナノチューブは、各第一開口５２内に形成され、幅と同じ直径を備える。第一開口５２が１８０ｎｍ以上の場合、触媒層４０はスパッタリング、コーティング、イオン注入により、触媒ナノ粒子が形成される。よって、複数のカーボンナノチューブが、各第一開口５２内に形成され、触媒ナノ粒子の粒径と同じ直径を備える。
【００１７】
最後に、図８を参照すると、第二金属層７０がＣＮＴ層６０、誘電体層５０上、および第二開口５４に形成される。第二金属層７０はアルミニウムであってよい。図９を参照すると、第二フォトレジスト層８０が第二金属層７０上に形成され、パターン化される。図１０を参照すると、第二金属層７０は第二フォトレジスト層８０によりパターン化されて、ドレイン層７０ａとゲート層７０ｂを形成する。ドレイン層７０ａはナノチューブ層６０と第一誘電体層メサ５０ａ上に位置する。ゲート層７０ｂは第二開口５４に位置する。
【００１８】
結論として、フォトリソグラフィとエッチングにより、位置が精確に制御できるナノチューブを備えた本発明の垂直型ナノチューブトランジスタが得られる。
【００１９】
図１１は、本発明の好ましい具体例による、２層の垂直カーボンナノチューブトランジスタからなるナノスケールデバイスの断面図である。図１０中の同じ符号は同じ要素を示す。カーボンナノチューブ装置を製造するのに、例えば、４００℃以下の低温度が必要である。これにより、図１１で示されるような垂直型ナノチューブトランジスタの多層（図１１では２層）を備えるデバイスの製造が容易で、よって、回路の集積度を増加することができる。
【００２０】
さらに、形成されたカーボンナノチューブが半導体性でなければ、電流をカーボンナノチューブの両端に供給すると、カーボンナノチューブが電気的に破壊される。よって、カーボンナノチューブは半導体形態に精製される。
【００２１】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の修正や変形を加えることができ、したがって本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【００２２】
【発明の効果】
ナノチューブの形成される位置が正確に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図２】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図６】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図７】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図８】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図９】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図１０】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの製造方法を示す説明図である。
【図１１】本発明の好ましい具体例による垂直型ナノチューブトランジスタの２層からなるナノスケールデバイスの断面図である。
【図１２】従来の垂直型ナノチューブトランジスタを示す説明図である。
【図１３】従来の垂直型ナノチューブトランジスタを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　基板
２０　第一フォトレジスト層
２２　ホール
２４　底部
２６　側壁
３０　第一金属層
４０　触媒層
５０　誘電体層
５２　第一開口
５４　第二開口
６０　ＣＮＴ層
７０　第二金属層
８０　第二フォトレジスト層
１００　ナノチューブトランジスタ
１１０　ソース
１２０　ドレイン
１３０　ゲート
１４０　ナノチューブ
２００　ナノチューブトランジスタ
２１０　ソース
２２０　ドレイン
２３０　ゲート
２４０　ナノチューブ
２５０　絶縁層
【図１】
2004040080.tif 000003
【図２】
2004040080.tif 000004
【図３】
2004040080.tif 000005
【図４】
2004040080.tif 000006
【図５】
2004040080.tif 000007
【図６】
2004040080.tif 000008
【図７】
2004040080.tif 000009
【図８】
2004040080.tif 000010
【図９】
2004040080.tif 000011
【図１０】
2004040080.tif 000012
【図１１】
2004040080.tif 000013
【図１２】
2004040080.tif 000014
【図１３】
2004040080.tif 000015