(57)【要約】【課題】カーボン・ナノチューブを有し量産に適した半導体装置を提供すること。を目的とする。【解決手段】本発明による半導体装置は、半導体基板に設けられた第１電極層と、前記第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、前記第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられた第３電極層と、前記第３電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る半導体部材を有する。前記第３電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２電極層間のチャネルが制御される。【選択図】  図３
2004165297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、
前記第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられた第３電極層と、
前記第３電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る半導体部材
を有し、前記第３電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２電極層間のチャネルが制御されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、前記第１電極層の所定の場所にシード層が形成され、前記カーボン・ナノチューブが前記シード層を起点にして形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、前記シード層がシリサイドより成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
基板に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた、前記第２電極とは異なる第３電極層と、
前記第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられ、前記第１および第３電極層の間に絶縁層を介して設けられた第４電極層と、
前記第４電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る第１半導体部材と、
前記第４電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第３電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る第２半導体部材
を有し、前記第４電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２半導体部材によるチャネルが制御されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置において、前記第１半導体部材および前記第２半導体部材の導電性が異なるよう形成されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に半導体装置の技術分野に関し、特にカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ：ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）を利用する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に対する要請は、近年ますます強くなりつつある。こうした背景の中で、より微細な半導体装置を作成するため、カーボン・ナノチューブと呼ばれる材料を利用することに期待が寄せられている。
【０００３】
図７は、従来のカーボン・ナノチューブを利用した半導体装置７００の概略断面図を示す（このような半導体装置については、例えば、非特許文献１参照。）。半導体装置７００は、概して次のようにして作成することが可能である。先ず、シリコン単結晶７０２の表面を洗浄した後に、例えば１２０ｎｍの所定の膜厚の熱酸化膜より成る絶縁膜７０４を形成する。このシリコン基板をＣＮＴの浮遊している有機溶媒にさらすことによって、絶縁膜７０４上にＣＮＴ７０６を配置させる。このＣＮＴは、半導体としての性質を有し、例えば、レーザー・アブレーション法により形成することが可能である。次に、ＣＮＴの両端に、チタニウムより成るソースおよびドレイン領域７０８，７１０を形成するために、電子線ビーム・リソグラフィおよびリフトオフが行われる。ソース，ドレイン領域７０８，７１０およびＣＮＴ７０６上に、所定の膜厚の誘電体より成るゲート絶縁膜７１２が設けられる。そして、ＣＮＴ７０６上に、チタニウム又はアルミニウムより成るゲート電極７１４が形成される。ゲート電極に印加する電圧によって、ＣＮＴを導通状態又は非道通状態にすることによって、トランジスタのチャネルが制御される。
【０００４】
このような構造の他に、図８（Ａ）に示すような構造を作成することも可能である。この構造では、基板８０４上にソース及びドレイン領域８０８，８１０が形成され、これらの領域を橋渡しするように、ＣＮＴ８０６が設けられる。ソース及びドレイン領域８０８，８１０とＣＮＴ８０６上にはゲート絶縁膜８１２が設けられる。そして、ＣＮＴ８０６及びゲート絶縁膜８１２上にゲート電極８１４が形成される。
【０００５】
このような従来の製造手法によれば、予め作成されたＣＮＴの浮遊している有機溶媒に半導体ウェファを浸すことによって、ＣＮＴを配置させている。したがって、ＣＮＴの配置場所や配置する向きを正確に制御することはできず、量産するには不都合であるという問題点がある。また、ＣＮＴの上に絶縁膜を介してゲート電極を作成する必要があるが、リソグラフィによりゲート電極を形成すると、図８（Ｂ）に示すように、ＣＮＴとゲート電極との相対的な位置関係に、ある程度のばらつきが生じる。このばらつきは、トランジスタの特性のばらつきに直結するので、従来の構造は、均一な品質を維持する観点からも量産に不向きである。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｊ．Ｗｉｎｄ，ｅｔ  ａｌ．“Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｓｃａｌｉｎｇ  ｏｆｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｔｏｐ  ｇａｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”，ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．２０，２０Ｍａｙ  ２００２
【０００７】
【非特許文献２】
「日経サイエンス」，２００２年８月号，ｐ．１８−４５
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願の課題は、カーボン・ナノチューブを有し量産に適した半導体装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による解決手段によれば、
基板に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、
前記第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられた第３電極層と、
前記第３電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る半導体部材
を有し、前記第３電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２電極層間のチャネルが制御されることを特徴とする半導体装置
が、提供される。
【００１０】
【作用】
本発明によるトランジスタは、以下のような性質を有するＣＮＴより成る半導体部材を有する。ＣＮＴは、炭素原子（Ｃ）より成る筒状の物質であり、多数の６角形の網目状の構造を有するグラファイトを丸めることによって形成され得る筒状の構造を有する。丸め方によってＣＮＴの電気特性も相違する。一般に、ＣＮＴは、半導体ないし導体の性質を有する。その丸め方には、ＣＮＴの伸びる方向に対して、６角形の構造がねじれることなく整列している「アームチェア型」、６角形の構造が交互に整列している「ジグザグ型」、６角形の構造が螺旋状にねじれて並んでいる「らせん型」等がある。カーボン・ナノチューブについては、例えば、非特許文献２に関連事項が記載されている。
【００１１】
ＣＮＴは、炭素同士が強く結合しているので、機械的強度が強いことに加えて、大電流を流してもエレクトロ・マイグレーションのような不具合が生じにくいという性質を有する。また、導電性は非局在化したπ電子に起因するので、抵抗の小さな優れた導電性を示す。ＣＮＴはシード層を起点に直線状に成長する性質があるので、リソグラフィによらず、均一に半導体部材を形成することができる。このため、ゲートとチャネルの位置ずれ等に関する素子毎のばらつきが非常に少なくなり、量産に適した半導体装置を提供することが可能になる。
【００１２】
ＣＮＴは、アーク放電を起こして炭素を蒸発させることによりＣＮＴを作成するアーク放電法、グラファイトを電気炉で加熱してレーザ光を照射して炭素を蒸発させるレーザー・アブレーション（レーザ・ファーネス）法、および触媒となる金属微粒子を高温の反応炉に吹き込んでＣＮＴを成長させる化学気相成長（ＣＶＤ）法等により作成することが可能である。特に、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタニウム（Ｔｉ）のような遷移金属元素の触媒微粒子を含むシード層を作成しておくと、そこを起点にしてＣＮＴを成長させることが可能になる。このため、適切な場所にシード層を形成することにより、所望のＣＮＴを形成することが可能になる。
【００１３】
ＣＮＴには、筒状の構造が１層だけの単層ナノチューブだけでなく、複数の筒が入れ子状に形成される多層ナノチューブも存在する。これらは、ＣＮＴを成長させるための諸条件（特に反応温度）を調整することにより、作り分けることが可能である。
【００１４】
シード層の条件およびＣＮＴの成長時の条件（温度、圧力、時間等）を適宜変更することによって、ＣＮＴの太さ、長さ、本数、電気的特性等を調整することが可能である。
【００１５】
なお、半導体のＣＮＴは通常はＰ型の性質を有するが、Ｎ型のＣＮＴを形成するには、カリウム（Ｋ）等の元素をイオン注入することが有効である。また、ＣＮＴを真空中で加熱することにより、Ｐ型からＮ型に変換することも可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本願第１実施例によるトランジスタ構造を製造するための主要な工程の概略断面図を示す。図１（Ａ）に示す工程では、先ず、例えばシリコンより成る基板に形成された、例えばＳｉＯ２より成る絶縁膜１０２が形成される。簡単のため、絶縁膜１０２の下地の基板は図示されていない。そして、この絶縁膜１０２上に、例えばドープト・シリコンより成る第１電極層１０４が形成される。将来この電極層は、トランジスタのソース又はドレインを形成することになる。本実施例では、ソース電極になることを想定している。電極の材料としては、上記のものの他に、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）等を利用することが可能であるが、これらに限定されない。ただし、シリコンを含む材料を使用すると、後述するようなシリサイドを形成する際に有利である。
【００１７】
図１（Ｂ）に示す工程では、第１電極１０４を含む全面に、例えばＳｉＯ２より成る絶縁膜１０６が、化学気相成長（ＣＶＤ）法やスパッタリング等の成膜手法を利用して成膜される。その後に、絶縁膜１０６は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって、ソース電極層１０４上を例えば３０ｎｍの膜厚で被覆するように平坦化される。そして、絶縁膜１０６上にゲート電極層１０８（第３電極層）が、例えば５０ｎｍの膜厚で成膜される。ゲート電極１０８は、ソース電極層１０４の一部を被覆するようにリソグラフィによるパターニングが行われる。
【００１８】
図１（Ｃ）に示す工程では、更に、ゲート電極層１０８を含む全面に、例えばＳｉＯ２より成る絶縁膜１１０が成膜される。その後に、絶縁膜１１０は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって、ゲート電極層１０８上を例えば３０ｎｍの膜厚で被覆するように平坦化される。
【００１９】
図１（Ｄ）に示す工程では、図示されていないパターニングされたレジストマスクを使用して、例えばプラズマ・エッチングを利用して、絶縁膜１１０およびゲート電極層１０８を貫通し、ソース電極１０４に至る開口１１２が形成される。この開口１１２は、例えば０．１５μｍの直径を有し、１１０ｎｍの深さを有するよう形成されるが、他の値を採用することも可能である。特に、開口１１２の直径は、トランジスタに流れる電流量に関連するゲート幅（Ｗ）に相当するものであるため、さほど正確に規定することを要しない。これに対して、開口の深さは、チャネル長に関連するゲート長（Ｌｇ）に相当するので、比較的正確に規定する必要がある。この点、電極層や絶縁膜の膜厚制御は、リソグラフィにおけるマージンに匹敵する大きな誤差を導入することなしに、比較的正確に行うことができるので、好都合である。
【００２０】
図２（Ｅ）に示す工程では、開口１１２の側壁面に、例えばシリコン窒化膜より成るゲート絶縁膜１１４をＣＶＤ法で全面に形成し、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）を行って開口部底部のソース電極１０４を露出させ、開口部の側壁部分のゲート絶縁膜１１４を残す。こうして、例えば１０ｎｍの膜厚のゲート絶縁膜１１４が成膜される。ゲート絶縁膜１１４の他の材料としては、シリコン酸化膜、アルミナ膜、ＴａＯ５、ＢＳＴ等の様々な誘電体材料を使用することが可能である。
【００２１】
図２（Ｆ）に示す工程では、開口１１２の底面に、すなわち露出したソース電極層１０４に、カーボン・ナノチューブの成長の起点となるシード層１１６を形成する。これを行うために、例えばイオン注入やＣＶＤ法やＰＶＤ法等により、露出したソース電極層１０４にコバルト（Ｃｏ）を堆積させる。この堆積は、全面的に行っても良いし、開口１１２の部分に限定して行っても良い。次に、例えば５００℃ないし７００℃の熱処理を行う。この熱処理によって、コバルトとシリコンとが反応し、シリサイド反応が進行する。そして、開口１１２以外のコバルトをエッチングにより除去することによって、シリサイドより成るシード層１１６が形成される。シード層１１６を形成するために導入する元素としては、コバルト以外に、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタニウム（Ｔｉ）等の遷移金属元素を利用することが可能である。なお、ソース電極層１０４がそのままシード層としても機能し得る場合（例えば、ソース電極層１０４が、遷移金属のシリサイド層である場合や、遷移金属層又は遷移金属を含むメタル層である場合）は、別途シード層１１６を形成する必要はない。
【００２２】
図２（Ｇ）に示す工程では、シード層１１６を起点に、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）１１８を成長させる。この工程で成長させるＣＮＴ１１８は、半導体としての性質を有し、多数のＣＮＴの束で開口が充填されるように諸条件が選択される。ＣＮＴ１１８は、シード層１１６から直線上に成長する性質を有するので、この工程を行う際にはリソグラフィを必要とせず、マスクによる位置合わせ等を要しない点で、所定の場所に自己整合的にＣＮＴを形成することが可能である。このため、ゲート電極層１０８およびＣＮＴ１１８（チャネル）の位置ずれに対する懸念はほとんど解消する。
【００２３】
なお、図９に示すように、ゲート絶縁膜を酸化膜で形成することも可能である。この場合は、図９（Ａ）に示されるように、開口を形成した後に、露出したゲート電極に対して熱処理又は硝酸による薬液処理を行って酸化させることで、ゲート絶縁膜１１５を形成する。そして、図９（Ｂ）に示されるように、シード層１１６を形成し、ＣＮＴ１１８を成長させることも可能である。簡易にゲート絶縁膜を形成する観点からは、この酸化による手法が有利である。
【００２４】
図２（Ｈ）に示す工程では、絶縁膜１１０上にＣＮＴ１１８に結合するドレイン電極層１２０（第２電極層）が形成される。ドレイン電極層１２０も、ソース電極層１０４と同様に様々な材料から形成することが可能である。
【００２５】
図３は、図２（Ｈ）に示す工程に続いて、ソース電極層１０４、ゲート電極層１０８およびドレイン電極層１２０の各々に、引き出し電極を取り付けた様子（断面図および平面図）を示す。具体的には、ソース電極層１０４に至る開口１２２およびゲート電極層１０８に至る開口１２４が形成され、各電極層を露出させる。露出したソース、ドレインおよびゲートの電極層に対して、引き出し電極が形成される。これにより、第１実施例によるトランジスタ構造が完成する。
このようにして形成されたトランジスタのゲート電極１０８に、所定の電圧が印加されていない場合は、ＣＮＴ１１８は非道通状態であり、ソースおよびドレイン間は絶縁されている。ゲート電極１０８に所定の電圧を印加すると、ゲート絶縁膜１１４近傍のＣＮＴが導通状態になり、そのＣＮＴで結合されるソースおよびドレイン間が導通状態になる（内側の中心付近のＣＮＴは非道通状態であってもよい。）。このようにゲート電極に印加する電圧により、ソースおよびドレイン間のチャネルを制御することが可能になる。
【００２６】
動作原理からすれば、開口と同程度の直径を有する単層又は多層のＣＮＴを形成したり、開口内に離散的に疎らにＣＮＴを形成しても、ゲート電圧によりチャネルを制御することが可能である。しかし、そのような形態では、ゲート電極とＣＮＴとの間の距離（絶縁膜と隙間の両者を考慮した全体の距離）が素子毎にばらつき、ＣＮＴをオンさせるのに必要な電圧の値もばらつくことが懸念される。閾電圧等のばらつきを小さくする観点からは、本実施例のように、細いＣＮＴを開口内に多数隙間なく形成して、素子同士の間で平均的に同数のＣＮＴがゲート絶縁膜の近傍に位置するようにすることが好ましい。
【００２７】
図４は、本願第２実施例によるトランジスタ構造を製造するための工程の１つを示す。図４（Ａ）に示されるように、例えばＳｉＯ２より成る絶縁膜４０２に、共通電極層４０４（第１電極層）が形成される。図４（Ｂ）に示されるように、全面に絶縁膜４１０が形成されて所定の膜厚に平坦化される。そして、共通電極４０４の全部又は一部を被覆するように、ゲート電極層４０８（第４電極層）が形成される。図４（Ｃ）に示されるように、全面に絶縁膜４１０が形成されて所定の膜厚に平坦化される。
【００２８】
図４（Ｄ）に示す工程では、絶縁膜４１０およびゲート電極層４０８及び絶縁膜を貫通し、共通電極層４０４に至る２つの開口４１２，４１３が形成される。図５（Ａ）に示す工程では、開口４１２，４１３の側壁面に、例えばシリコン窒化膜より成るゲート絶縁膜４１４をＣＶＤ法で全面に形成し、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）を行って開口部底部の電極４０４を露出させ、開口部の側壁部分のゲート絶縁膜４１４を残す。こうして、例えば１０ｎｍの膜厚のゲート絶縁膜４１４が成膜される。開口４１２，４１３の底面に、すなわち露出した電極層４０４に、カーボン・ナノチューブの成長の起点となるシード層４１６を形成する。これを行うために、例えばイオン注入やＣＶＤ法やＰＶＤ法等により、露出したソース電極層１０４にコバルト（Ｃｏ）を堆積させる。この堆積は、全面的に行っても良いし、開口４１２，４１３の部分に限定して行っても良い。次に、例えば５００℃ないし７００℃の熱処理を行う。この熱処理によって、コバルトとシリコンとが反応し、シリサイド反応が進行する。そして、開口４１２，４１３以外のコバルトをエッチングにより除去することによって、シリサイドより成るシード層４１６が形成される。
【００２９】
図５（Ｂ）に示す工程では、シード層４１６を起点に、カーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）４１８を成長させる。この工程で成長させるＣＮＴ４１８は、半導体としての性質を有し、多数のＣＮＴの束で開口が充填されるように諸条件が選択される。ＣＮＴ４１８は、シード層４１６から直線上に成長する性質を有するので、この工程を行う際にはリソグラフィを必要とせず、マスクによる位置合わせ等を要しない点で、所定の場所に自己整合的にＣＮＴを形成することが可能である。このため、ゲート電極層およびＣＮＴ（チャネル）の位置ずれに対する懸念はほとんど解消する。
【００３０】
図５（Ｃ）に示す工程では、絶縁膜４１０上にＣＮＴ４１８に結合する電極層４２０が形成され、トランジスタ構造が完成する。図５（Ｄ）は、この構造に対する概略的な平面図を示す。この構造では、２つの開口４１２，４１３の両者に対して、ゲート絶縁膜が形成され、露出した共通電極にシード層が形成される。シード層を起点にして、各開口内にＣＮＴより成る半導体部材（第１，第２半導体部材）が形成され、各半導体部材に結合する電極層４２０（第２電極層）および４２２（第３電極層）がそれぞれ形成される。
【００３１】
本実施例によれば、電極層４２０，４２２およびゲート電極層４０８の上面が、ほぼ同程度の高さに位置するので、引き出し電極が取り付けやすくなるという利点がある。なお、第１実施例のように開口１２２を設ける場合は、高さは異なるが、電極層１０４に直接的に引き出し電極を取り付けることができ、抵抗値を小さくできる点で有利である。引き出し電極を取り出す高さを同程度にする観点からは、第１実施例のソース電極側の開口１２２を導電性のプラグで充填することも有利であるが、その代わりにバリアメタルの成膜、プラグの充填およびＣＭＰのような工程が増加してしまう。更に、第１実施例の図１（Ｄ）の工程において、ゲート電極層１０８を貫通してソース電極層１０４に至る開口と、ゲート電極層１０８を貫通せずにソース電極層１０４に至る開口とを形成し、両開口内にＣＮＴを形成することも可能である。ただし、この場合は、ゲート電極を貫通するＣＮＴは半導体であるが、ゲート電極を貫通しないＣＮＴは導体であるように形成する必要がある。
【００３２】
第２実施例では、２つのトランジスタ構造が作成されているが、両トランジスタの導電性は、同一にすることも異ならせることも可能である。半導体のカーボン・ナノチューブはＰ型の導電性を有するのが一般的である。これをＮ型にするには、例えば、図１０に示すように、一方のトランジスタをレジストで被覆し、露出した他方のトランジスタに対して、カリウム（Ｋ）等の元素をイオン注入することが有効である。また、ＣＮＴの導電性を変えるには、ＣＮＴを真空中で加熱することも有効である。
【００３３】
図６（Ａ）は、第２実施例により形成されるトランジスタ構造の等価回路図を示す。第１及び第２のＭＯＳトランジスタのソース又はドレインの一方が、共通になるよう接続され、ゲート電極も共通している。図６（Ｂ）は、両トランジスタの導電性が等しい場合の等価回路図を示す。これにより、トランジスタのゲート幅（Ｗ）を増やすことが可能になる（両トランジスタが同一サイズであれば、２倍になる。）。この例では、Ｎ型のトランジスタを示しているが、Ｐ型のトランジスタを使用することも可能である。図６（Ｃ）は、導電性の異なる２つのトランジスタを形成した場合の等価回路を示す。このように、導電性の異なるＣＮＴを利用して、２つのトランジスタの導電性を異なるものとすることで、ＣＭＯＳインバータのような回路を簡易に作成することが可能になる。
【００３４】
本実施例によれば、第１実施例と同様に量産に適した半導体装置が提供されることに加え、ソース又はドレイン電極に対する引き出し電極（４２０，４２２）が、半導体基板から同程度の高さで取り／出すことが可能になる。この構造は、第１実施例と同程度の工程数で２つのトランジスタを作成しているので、製造コストひいては量産に有利である。
【００３５】
以上、本願実施例による半導体装置は、第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられた第３電極層と、第３電極層および絶縁層を貫通し、第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブ（ＣＮＴ）より成る半導体部材を有する。第３電極層に制御電圧を印加することによって、第１および第２電極層間のチャネルが制御される。半導体部材はリソグラフィ法によらず作成することができるので、半導体部材（チャネル）と第３電極（ゲート電極）の位置関係のばらつきは非常に少なくなり、量産に適した半導体装置を提供することが可能になる。
【００３６】
本願実施例によれば、第１電極層の所望の場所に遷移金属元素を含むシード層が形成される。カーボン・ナノチューブはシード層を起点にして形成される。マスクによる位置合わせを必要とせずに、自己整合によって所望の場所にＣＮＴを形成することができるので、半導体装置の量産に有利である。鉄、コバルト、ニッケルおよびチタニウムのような所定の遷移金属元素とシリコンを反応させることによって、シリサイドより成るシード層を形成すると、電極接合部の低抵抗化を図りつつシード層を形成することが可能になる。
【００３７】
以下、本発明が教示する手段を列挙する。
【００３８】
（付記１）  基板に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、
前記第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられた第３電極層と、
前記第３電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る半導体部材
を有し、前記第３電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２電極層間のチャネルが制御されることを特徴とする半導体装置。
【００３９】
（付記２）  付記１記載の半導体装置において、前記第１電極層の所定の場所に所定の遷移元素又はカーボン（Ｃ）若しくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むシード層が形成され、前記カーボン・ナノチューブが前記シード層を起点にして形成されることを特徴とする半導体装置。
【００４０】
（付記３）  付記１記載の半導体装置において、前記シード層がシリサイドより成ることを特徴とする半導体装置。
【００４１】
（付記４）  付記１記載の半導体装置において、前記所定の遷移元素が、少なくとも鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）及びチタニウムを含む金属元素、並びに炭素（Ｃ）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）より成る群から選択された物質であることを特徴とする半導体装置。
【００４２】
（付記５）  付記１記載の半導体装置において、更に、前記半導体部材と前記第３電極層との間に形成されたゲート絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
【００４３】
（付記６）  付記５記載の半導体装置において、前記ゲート絶縁膜が、酸化膜、窒化膜又は窒化酸化膜より成ることを特徴とする半導体装置。
【００４４】
（付記７）  基板に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた第２電極層と、
前記第１電極層に対向する位置に設けられた、前記第２電極とは異なる第３電極層と、
前記第１および第２電極層の間に絶縁層を介して設けられ、前記第１および第３電極層の間に絶縁層を介して設けられた第４電極層と、
前記第４電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第２電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る第１半導体部材と、
前記第４電極層および前記絶縁層を貫通し、前記第１および第３電極層に結合されるカーボン・ナノチューブより成る第２半導体部材
を有し、前記第４電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２半導体部材によるチャネルが制御されることを特徴とする半導体装置。
【００４５】
（付記８）  付記７記載の半導体装置において、前記第１半導体部材の導電性が、前記第２半導体部材の導電性とは反対の導電性になるよう形成されることを特徴とする半導体装置。
【００４６】
（付記９）  半導体基板に第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層を絶縁層で被覆する工程と、
前記第１電極層の一部を被覆するように前記絶縁層上に制御電極層を形成する工程と、
前記制御電極層を絶縁層で被覆する工程と、
前記制御電極層を貫通し、前記第１電極層に至る開口部を形成する工程と、
前記開口部の内側壁面にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記開口部により露出した第１電極層を起点にしてカーボン・ナノチューブより成る半導体部材を成長させる工程と、
前記制御電極層上に位置し、前記半導体部材に結合される第２電極層を形成する工程
より成り、前記制御電極層に制御電圧を印加することによって、前記第１および第２電極層間のチャネルが制御されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４７】
（付記１０）  付記９記載の半導体装置の製造方法において、更に、前記半導体部材を成長させる工程の前に、露出した前記第１電極層に所定の遷移元素又はカーボン（Ｃ）若しくは炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むシード層を形成する工程より成り、前記カーボン・ナノチューブが前記シード層を起点にして形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４８】
（付記１１）  前記開口部の内側側面に形成される前記ゲート絶縁層が、サイドウォールとして形成されることを特徴とする付記９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記１２）  前記開口部の内側側面に形成される前記ゲート絶縁層が、前記制御電極の一部を酸化又は窒化することにより形成されることを特徴とする付記９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、カーボン・ナノチューブを有し量産に適した半導体装置を提供することが可能になる。
【００５１】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願第１実施例によるトランジスタ構造を製造するための主要な工程の概略断面図（その１）を示す。
【図２】図２は、本願第１実施例によるトランジスタ構造を製造するための主要な工程の概略断面図（その２）を示す。
【図３】図３は、本願第１実施例によるトランジスタ構造の概略図を示す。
【図４】図４は、本願第２実施例によるトランジスタ構造を製造するための代表的な工程の概略断面図（その１）を示す。
【図５】図５は、本願第２実施例によるトランジスタ構造を製造するための代表的な工程の概略断面図（その２）を示す。
【図６】図６は、本願第２実施例によるトランジスタ構造に対する等価回路図を示す。
【図７】図７は、従来のカーボン・ナノチューブを利用した半導体装置の概略断面図を示す。
【図８】図８は、従来のカーボン・ナノチューブを利用した半導体装置の概略断面図を示す
【図９】図９は、本願第１実施例における代替的な製造工程の概略断面図を示す。
【図１０】図１０は、本願第２実施例における代替的な製造工程の概略断面図を示す。
【符号の説明】
１０２  絶縁膜
１０４  ソース電極層
１０６  絶縁膜
１０８  ゲート電極層
１１０  絶縁膜
１１２  開口
１１４  ゲート絶縁膜
１１５  酸化膜
１１６  シード層
１１８  カーボン・ナノチューブ
１２０  ドレイン電極層
１２２，１２４  開口
４０２  絶縁膜
４０４  共通電極層
４０８  ゲート電極層
４１０  絶縁膜
４１２，４１３  開口
４１４  ゲート絶縁膜
４１６  シード層
４１８  カーボン・ナノチューブ
４２０，４２２  電極層
【図１】
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【図２】
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【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】
2004165297.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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