(57)【要約】電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１００’’’、１０００）は、第１の導電性タイプの一次ナノワイヤ（１８）と、一次ナノワイヤから外側に延在する、第２の導電性タイプの二次ナノワイヤ（２４）とを備える。第２の導電性タイプのドープ領域（２６）が、二次ナノワイヤ２４から一次ナノワイヤ（１８）の少なくとも一部内に延在する。
2010517301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電性タイプの一次ナノワイヤ（１８）と、
前記一次ナノワイヤ（１８）から外側に延在する第２の導電性タイプの二次ナノワイヤ（２４）と、
前記二次ナノワイヤ（２４）から前記一次ナノワイヤ（１８）の少なくとも一部内に延在する前記第２の導電性タイプのドープ領域（２６）とを具備することを特徴とする電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項２】
前記第２の導電性タイプの前記ドープ領域（２６）は、前記一次ナノワイヤ（１８）の電気的活性厚の少なくとも一部内に延在することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項３】
前記電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）は接合型電界効果トランジスタ（１０、１０’、１０’’、１０’’’）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項４】
前記ドープ領域は、前記一次ナノワイヤ（１８）の前記電気的活性厚全体に延在し、
前記電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）はバイポーラ接合トランジスタ（１００、１００’、１００’’）であることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項５】
前記第２の導電性タイプの前記ドープ領域（２６）は、前記一次ナノワイヤ（１８）をエミッタセグメント（Ｅ）とコレクタセグメント（Ｃ）とに分割することを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項６】
前記第１の導電性タイプは、ｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの一方であり、前記第２の導電性タイプは、ｎ型導電性又はｐ型導電性のうちの他方であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項７】
前記電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）はダイオード（１０００）であり、
前記一次ナノワイヤ（１８）の端子端に動作可能に接続される電気接続と、
前記二次ナノワイヤ（２４）の端子端に動作可能に接続される電気接続とをさらに具備することを特徴とする請求項１又は６のいずれか一項に記載の電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）。
【請求項８】
第１の導電性タイプを有する一次ナノワイヤ（１８）を成長させ、
前記一次ナノワイヤ（１８）の表面から第２の導電性タイプを有する二次ナノワイヤ（２４）を成長させ、
前記二次ナノワイヤ（２４）から前記一次ナノワイヤ（１８）の少なくとも一部内に前記第２の導電性タイプのドープ領域（２６）を拡散させることを含むことを特徴とする電子デバイス（１０、１０’、１０’’、１０’’’、１００、１００’、１００’’、１０００）を製造する方法。
【請求項９】
前記二次ワイヤ（２４）を成長させることは、
犠牲層（２２）を前記一次ナノワイヤ（１８）の周囲に且つ所定の高さまで定着させることであって、それにより前記一次ナノワイヤ（１８）の一部が露出する、定着させることと、
前記犠牲層（２２）に隣接する前記一次ナノワイヤ（１８）の前記露出部分の領域に、触媒ナノ粒子（２０）を定着させることと、
前記触媒ナノ粒子（２０）を、前記二次ナノワイヤ（２４）の成長を開始する前駆体ガスに暴露することによって達成されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒ナノ粒子（２０）を定着させることは、予備成形された触媒ナノ粒子（２０）を堆積させることにより、又は前記触媒ナノ粒子（２０）を形成する材料を堆積させることにより達成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
拡散は、前記一次ナノワイヤ（１８）及び前記二次ナノワイヤ（２４）を所定の時間にわたって所定の温度に暴露することにより達成されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
拡散は、前記第２の導電性タイプの前記ドープ領域（２６）が、ｉ）前記一次ナノワイヤ（１８）の電気的活性厚の一部又はｉｉ）実質的に、前記一次ナノワイヤ（１８）の厚さ全体を通じて延在するように制御されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの電気接続を前記一次ナノワイヤ（１８）の端子端に動作可能に接続することと、
電気接続を前記二次ナノワイヤ（２４）の端子端に動作可能に接続することとをさらに含むことを特徴とするそれ請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
対向する第１の端子端及び第２の端子端を有する第１の導電性タイプの一次ナノワイヤ（１８）と、
第３の端子端を有し、前記一次ナノワイヤ（１８）から外側に延在する第２の導電性タイプの二次ナノワイヤ（２４）と、
前記第１の端子端、前記第２の端子端、及び前記第３の端子端の各々に動作可能に接続されるそれぞれの電気接続とを具備することを特徴とする接合型電界効果トランジスタ（１０’’’）。
【請求項１５】
前記第１の導電性タイプは、ｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの一方であり、前記第２の導電性タイプは、ｎ型導電性又はｐ型導電性のうちの他方であることを特徴とする請求項１４に記載の接合型電界効果トランジスタ（１０’’’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、包括的には電子デバイス（複数可）及びその製造方法（複数可）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の開始以来、一貫して、より小さいデバイス寸法及びより高いデバイス密度の開発に向かう傾向があった。その結果、ナノテクノロジーが爆発的な成長を遂げ、多大な関心を引き起こしてきた。ナノテクノロジーは、ナノスケール構造、すなわち、多くの場合、寸法が従来の半導体構造の１／１００〜１／５倍である構造の製造及び応用を中心とする。ナノスケール構造のカテゴリには、ナノワイヤが含まれる。
【０００３】
ナノワイヤは、少なくとも１つの直線寸法（例えば直径）が約３ｎｍから約２００ｎｍの範囲であるワイヤ状構造である。ナノワイヤは、相互接続の用途のための従来のワイヤとして又は半導体デバイスとして機能することを含む、種々の用途での使用に適している。ナノワイヤはまた、いくつか挙げると、ナノスケール電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ｐ−ｎダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びナノワイヤベースのセンサのような、多くのあり得るナノスケールデバイスの基礎単位でもある。１つの従来のナノスケール構築技法にはリソグラフィがあり、それは複雑でありコストがかかる場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することによって明らかとなろう。図面において、同様の参照符号は、同様であるが必ずしも同一ではない構成要素に対応する。簡潔にするために、上記で説明した機能を有する参照符号又は特徴については、それらが現われる他の図面に関連して必ずしも説明していない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】電子デバイスの一実施形態を製造する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】Ａ―Ｅは、接合型電界効果トランジスタ又はバイポーラ接合トランジスタの一実施形態を製造する方法の一実施形態を概略的に示す。Ｆは、接合型電界効果トランジスタの一実施形態を製造する方法の一実施形態を概略的に示す。Ｇは、バイポーラ接合トランジスタの一実施形態を製造する方法の一実施形態を概略的に示す。
【図３Ａ】接合型電界効果トランジスタの他の実施形態を概略的に示す。
【図３Ｂ】バイポーラ接合トランジスタの他の実施形態を概略的に示す。
【図４】Ａ―Ｄは、接合型電界効果トランジスタ又はバイポーラ接合トランジスタの別の実施形態を製造する方法の別の実施形態を概略的に示す。Ｅは、接合型電界効果トランジスタの別の実施形態を製造する方法の別の実施形態を概略的に示す。Ｆは、バイポーラ接合トランジスタの別の実施形態を製造する方法の別の実施形態を概略的に示す。
【図５Ａ】接合型電界効果トランジスタの実施形態に動作可能に接続された電気接続を概略的に示す。
【図５Ｂ】バイポーラ接合トランジスタの実施形態に動作可能に接続された電気接続を概略的に示す。
【図６Ａ】接合型電界効果トランジスタの他の実施形態に動作可能に接続された電気接続を概略的に示す。
【図６Ｂ】バイポーラ接合トランジスタの他の実施形態に動作可能に接続された電気接続を概略的に示す。
【図７】接合型電界効果トランジスタの別の実施形態を概略的に示す。
【図８】ダイオードの一実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書で開示する電子デバイスのいくつかの実施形態では、有利には、一次ワイヤから成長する二次又は分岐ワイヤ（複数可）であって、その一次ナノワイヤ内に延在する、二次又は分岐ナノワイヤ（複数可）のドープ領域を有することができる。一実施形態では、デバイスは、一次ナノワイヤ内に完全に延在するドープ領域を有し、別の実施形態では、デバイスは、一次ナノワイヤ内に部分的に延在するドープ領域を有する。電子デバイスの他の実施形態は、一次ナノワイヤ内に延在するドープ領域がない３端子電子デバイスである。上述したデバイスの選択された実施形態ではバイアスをかけることができ、それによって、２つのナノワイヤ間の接合部を最小電流が流れ、それは場合によっては有利であり得る。概して、一次ナノワイヤ及び二次ナノワイヤの導電性タイプは異なる。本方法の実施形態により、たとえばダイオード、バイポーラ接合トランジスタ、又は接合型電界効果トランジスタのような、異なるデバイスを生成する柔軟性が得られる。
【０００７】
ここで図１を参照すると、電子デバイスを形成する方法の一実施形態が示されている。本方法は、第１の導電性タイプを有する一次ナノワイヤを成長させること、一次ナノワイヤの表面から第２の導電性タイプを有する二次ナノワイヤを成長させること、及び、二次ナノワイヤから一次ナノワイヤの少なくとも一部内に、第２の導電性タイプのドープ領域を拡散させることを含む。本方法のこの実施形態及び他の実施形態について、以下他の図を参照してさらに詳細に説明することが理解されるべきである。
【０００８】
図２Ａ〜図２Ｆは、接合型電界効果トランジスタ１０（図２Ｆに示す）の一実施形態を形成する方法の一実施形態を示す。図２Ａは、上に触媒ナノ粒子１４が定着している基板１２を示す。図２Ｂは、基板表面１６から成長する一次ナノワイヤ１８を示す。
【０００９】
一次ナノワイヤ（複数可）１８が成長する基板１２を、表面が（１１１）結晶格子面であるように形成することができる。こうした基板１２を、（１１１）配向Ｓｉ基板又は層と呼ぶ。この実施形態では、（１１１）面は、デカルト座標系に対して水平に向けられているとみなされる。本明細書で使用する「水平」という用語は、概して、図２Ａに示す平面Ｐと平行な方向又は平面を言い、「垂直」という用語は、概して、図２Ａに示す平面Ｐに実質的に又はおよそ垂直な方向又は平面を言う。
【００１０】
ナノワイヤ（複数可）１８を成長させるために任意の適切な方法を使用してもよい。一実施形態では、一次ナノワイヤ１８の成長は、基板表面１６上に触媒ナノ粒子１４を定着させ、触媒ナノ粒子１４を、ナノワイヤ１８の成長を開始する前駆体ガスに暴露することによって達成される。（１１１）表面配向により、典型的な（１１１）方向に成長する実質的に垂直な一次ナノワイヤ（複数可）１８（図２Ｂに示す）の成長が可能になる。こうした一次ナノワイヤ（複数可）１８の形成については、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、２００４年１１月５日に出願された米国特許出願第１０／９８２，０５１号（２００６年５月１１日に公開された米国特許出願公開第２００６／００９７３８９号）にさらに記載されている。
【００１１】
一実施形態では、触媒ナノ粒子１４は、基板１２に、後続的に触媒ナノ粒子１４を形成する物質（複数可）を堆積させることによって形成される。別の実施形態では、予備成形された触媒ナノ粒子１４が基板１２上に堆積される。いずれの実施形態においても、適切な堆積プロセスは、限定されないが、物理堆積プロセス、溶液堆積プロセス、化学堆積プロセス、電気化学堆積プロセス、及び／又はそれらの組合せを含む。
【００１２】
形成することができるナノワイヤ（複数可）１８のタイプの非限定的な例は、シリコンナノワイヤ、ゲルマニウムナノワイヤ、化合物半導体ナノワイヤ（格子不整合ナノワイヤ（たとえば、約８％の格子不整合でシリコン上に成長したインジウムリン化物ナノワイヤ）を含む）等、又はそれらの組合せを含む。
【００１３】
一次ナノワイヤ１８が成長する際、それに第１の導電性タイプを導入することができるドーパントをドープしてもよい。第１の導電性タイプは、ｐ型導電性又はｎ型導電性であり得る。たとえば、シリコンナノワイヤ又はゲルマニウムナノワイヤの場合、ｐ型導電性を達成するドーパントは、限定されないが、ホウ素、他の同様の元素、又はそれらの組合せを含み、ｎ型導電性を達成するドーパントは、限定されないが、リン、ヒ素、アンチモン、他の同様な元素、又はそれらの組合せを含む。
【００１４】
一次ナノワイヤ１８が成長すると、一次ナノワイヤ１８の上に別の触媒ナノ粒子２０（図２Ｄに示す）を定着させる。他の触媒ナノ粒子２０を、一次ナノワイヤ１８の上に、触媒ナノ粒子１４を定着させるために適した方法を介して定着させることができる。
【００１５】
図２Ｃ及び図２Ｄは、合わせて、一次ナノワイヤ１８上に他の触媒ナノ粒子２０を定着させる別の実施形態を示す。図２Ｃに示すように、一次ナノワイヤ１８の周囲に、犠牲層２２を所定の高さまで定着させる。所定の高さは、少なくとも部分的に、二次ナノワイヤ２４（図２Ｅに示す）に対して望ましい位置によって決まる。一実施形態では、犠牲層２２が定着した後、一次ナノワイヤ１８の少なくとも一部は露出したままである。別の実施形態では、一次ナノワイヤ１８全体が犠牲層２２で覆われ、その後、犠牲層２２の一部が除去されることにより、一次ナノワイヤ１８の所望の部分が露出する。
【００１６】
犠牲層２２を、堆積技法、堆積技法及びエッチング技法を合わせて、若しくは他の同様の技法、又はそれらの組合せを介して定着させることができる。適切な堆積技法の例は、限定されないが、化学蒸着、物理蒸着、スピンコーティング、溶液堆積プロセス等、又はそれらの組合せを含む。任意の適切な犠牲層２２を使用してもよく、その非限定的な例は、酸化物、窒化物、酸窒化物、フォトレジスト、ポリマー、又はそれらの組合せを含む。非限定的な実施形態例において、犠牲層２２はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である。一実施形態例では、犠牲層２２を、スピンコーティングを介して堆積させ、（たとえば化学機械研磨（ＣＭＰ）を介して）平坦化し、（たとえば反応性イオンエッチングを介して）望ましい高さまでエッチバックする。犠牲層２２の定着中にＣＭＰが使用される場合、ナノ粒子１４（一次ナノワイヤ１８に接触している）をそうしたプロセス中に除去することができる、ということが理解されるべきである。
【００１７】
図２Ｄに示すように、犠牲層２２が定着すると、犠牲層２２に隣接する一次ナノワイヤ１８の露出部分の領域に、触媒ナノ粒子２０を堆積させることができる。
【００１８】
図２Ｅは、犠牲層２２の除去及び二次ナノワイヤ２４の成長の両方を示している。犠牲層２２の除去を、超音波攪拌あり又は超音波攪拌なしで犠牲層２２を溶剤（たとえばアセトン、イソプロピルアルコール、フォトレジストストリッパ）に暴露することにより達成することができる。（たとえば、層２２が酸化物又は窒化物である場合）適切なエッチ液を用いて、犠牲層２２を除去することも可能である。こうしたエッチ液は、触媒ナノ粒子２０と一次ナノワイヤ１８との接触に有害な影響を与えることなく犠牲層２２を除去するように選択されるということが理解されるべきである。実施形態によっては、アニーリング（犠牲層２２を除去する前）を使用して、合金を形成するか、又は触媒ナノ粒子２０と一次ナノワイヤ１８との物理的な接触を強化することができる。犠牲層２２を、二次ナノワイヤ２４が成長する前に除去してもよく、又は成長した後に除去してもよいということが理解されるべきである。実施形態によっては、犠牲層２２が残っていてもよく、したがって最終電子デバイスに組み込まれてもよいということがさらに理解されるべきである。
【００１９】
一実施形態では、二次ナノワイヤ２４の成長は、触媒ナノ粒子２０を前駆体ガスに暴露することによって開始する。二次ナノワイヤ２４の成長を、他の任意の適切な技法を介して達成してもよいということが理解されるべきである。
【００２０】
一次ナノワイヤ１８を形成するために適している上述した材料のいずれもが、二次ナノワイヤ２４を形成するためにも適している。一次ナノワイヤ１８及び二次ナノワイヤ２４を、同じ材料、同様の材料、又は異なる材料からそれぞれ形成することができる。しかしながら、二次（又は分岐）ナノワイヤ２４は、一次ナノワイヤ１８の第１の導電性タイプとは異なる第２の導電性タイプを有するようにドープされることが理解されるべきである。したがって、第１の導電性タイプがｎ型導電性である場合、第２の導電性タイプはｐ型導電性であり、又はその逆である。
【００２１】
図２Ｆは、第２の導電性タイプのドープ領域２６が二次ナノワイヤ２４から一次ナノワイヤ１８の一部に拡散する場合に形成される接合型電界効果トランジスタ１０の一実施形態を示す。ドープ領域２６は、一次ナノワイヤ１８の厚さＴの一部内に延在することが理解されるべきである。こうした実施形態では、ドープ領域は、電気的活性厚の一部内に延在し、その厚さは厚さＴと等価であってもよく又はそれを下回ってもよい。接合型電界効果トランジスタ１０を形成するために、電気的活性厚のその１００％未満の任意の望ましい部分に、ドープ領域２６が拡散される。
【００２２】
拡散を、ナノワイヤ１８、２４を所定の時間にわたって、所定の温度に暴露することによって達成することができる。一次ナノワイヤ１８に拡散するドープ領域２６の量は、ナノワイヤ１８、２４が暴露される温度と、そうした暴露の時間とを介して制御可能である。したがって、暴露温度及び暴露の時間を、少なくとも部分的に、拡散されるべきドープ領域２６の望ましい量と、形成されるべきトランジスタのタイプとに応じて、増大させるか又は低減させてもよい。さらに、温度及び時間を、少なくとも部分的に、ナノワイヤ１８、２４に使用される材料、ナノワイヤ１８の直径、ドーピング濃度及び種、表面準位密度、又はそれらの組合せに応じて変更してもよい。
【００２３】
非限定的な例として、９００℃で２０ｎｍ径ナノワイヤ１８を通して拡散させる時間は、以下の通りであってもよい。すなわち、ナノワイヤ１８にわたって完全に拡散させるためには約１６分間、ナノワイヤ１８の約半分を通して拡散させるためには約４分間である。他の非限定的な例として、９００℃で５０ｎｍナノワイヤ１８を通して拡散させる時間は、以下の通りであってもよい。すなわち、ナノワイヤ１８にわたって完全に拡散させるためには約１００分間、ナノワイヤ１８の約半分を通して拡散させるためには約２５分間である。上述したように、時間及び温度を、たとえば異なる材料、ドーパント濃度及び種、直径等、又はそれらの組合せに適合するように変更してもよい。
【００２４】
図２Ａ〜図２Ｅ及び図２Ｇは、バイポーラ接合トランジスタ１００（図２Ｇに示す）の一実施形態を形成する方法の一実施形態を示す。一次ナノワイヤ１８及び二次ナノワイヤ２４は、本明細書に記載されているように形成される。接合型電界効果トランジスタ１０を形成する方法の実施形態と同様に、ナノワイヤ１８、２４は、所定の時間にわたって、所定の温度に暴露される。しかしながら、この実施形態では、図２Ｇに示すように、ドープ領域２６は、厚さＴ全体を通じて、又は少なくとも一次ナノワイヤ１８の電気活性厚さ全体を通じて拡散する。厚さＴ全体が電気的に活性であってもよく、又は厚さＴが部分的に電気的に活性であり部分的に不活性であってもよい。
【００２５】
バイポーラ接合トランジスタ１００の１つの非限定的な例は、直径が２０ｎｍのリン（又は他のｎ型）ドープ一次ナノワイヤ１８から分岐したホウ素（又は他のｐ型）ドープ二次ナノワイヤ２４を含む。ナノワイヤ１８、２４を、約１６分間、約９００℃の温度に暴露してもよい。ホウ素領域２６が一次ナノワイヤ１８の直径を横切って拡散するために、この時間枠及び温度が適していると考えられている。
【００２６】
図２Ｆ及び図２Ｇに示すトランジスタ１０、１００はそれぞれ、一次ナノワイヤ１８に対して非垂直角度で二次ナノワイヤ２４を含む。二次ナノワイヤ２４を、一次ナノワイヤ１８に対して所定の角度で成長させてもよいということが理解されるべきである。ナノワイヤ１８、２４が成長する所定の角度は、少なくとも部分的に、ナノワイヤ１８、２４が成長する表面の結晶構造によって決まると考えられている。図３Ａ及び図３Ｂは、一次ナノワイヤ１８に対して実質的に垂直に成長した二次ナノワイヤ２４を有する、接合型電界効果トランジスタ１０’及びバイポーラ接合トランジスタ１００’の実施形態をそれぞれ示す。本明細書で開示する実施形態のいずれも、一次ナノワイヤ１８に対して所定の角度で二次ナノワイヤ２４を有することができるということが理解されるべきである。
【００２７】
図２の一連の図に示すように、触媒ナノ粒子１４は、一次ナノワイヤ１８の成長後、一次ナノワイヤ１８の先端に接触したままであり得る。概して、二次ナノワイヤ２４の形成中に一次ナノワイヤ１８のさらなる成長が望ましい場合、触媒ナノ粒子１４は保持される。図２Ｅ、図２Ｆ、及び図２Ｇは、こうした一次ナノワイヤ１８のさらなる成長を示している。しかしながら、一次ナノワイヤ１８のさらなる成長が望まれない場合、二次ナノワイヤ２４の成長を開始する前に、一次ナノワイヤ１８の先端から触媒ナノ粒子１４を除去してもよいということが理解されるべきである。
【００２８】
ここで図４Ａ〜図４Ｅと図４Ａ〜図４Ｄ及び図４Ｆとを合わせて参照すると、接合型電界効果トランジスタ１０’’（図４Ｅに示す）及びバイポーラ接合トランジスタ１００’’（図４Ｆに示す）を形成する方法の他の実施形態が示されている。これらの実施形態では、図４Ａに示すように、シリコン・オン・インシュレータ基板（ＳＯＩ）が使用されている。図示するように、事前購入又は予備形成されたＳＯＩ基板は、基板１２（たとえばシリコン）、絶縁体層２８（たとえば二酸化ケイ素）、及びシリコン（又は他の適切な材料）層３０を含む。
【００２９】
一実施形態では、ＳＯＩ基板のシリコン層３０は、（１１０）結晶方位を有することが好ましい。こうしたシリコン層３０は、表面が（１１０）結晶格子面であるように切削されるか又は研磨される。本明細書で使用する（１１０）平面は、デカルト座標系に対して水平に向けられていると考えられる。（１１０）配向層３０は、Ｓｉ結晶格子の（１１１）平面をさらに有し、そのうちの少なくともいくつかは、水平配向（１１０）面に対しておよそ垂直であり、且つそれと交差する。これらの交差する（１１１）平面を、本明細書では垂直配向（１１１）平面と呼ぶ。こうした平面を、それらが層３０の縁（すなわち、層３０の境界を定めるか又はそれを制限する部分）において露出するとき、表面とみなすことができる。（１１１）平面は、層３０の水平（１１０）面に対しておよそ垂直に向けられている。
【００３０】
ＳＯＩ基板のシリコン層３０を（たとえばフォトリソグラフィを介して）パターニングし、（たとえば、乾式エッチング、湿式化学エッチング、又はそれらの組合せを介して）エッチングすることにより、図４Ｂに示すように、互いに対向する実質的に垂直な側壁３６、３８を有するポスト３２、３４が形成されるようにすることができる。
【００３１】
別の実施形態では、ＳＯＩ基板の基板１２は（１１１）結晶方位を有し、一次ナノワイヤ１８は、基板１２から実質的に垂直に、絶縁体層２８の下部を切り取ることにより形成される間隙を横切って成長し、その間隙においてシリコン層３０と接触する。こうした構造の非限定的な例は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、２００６年１０月２０日に出願された米国特許出願第１１／５８４，１０３号に記載されている。
【００３２】
再び図４の一連の図に示されている実施形態を参照すると、一次ナノワイヤ（複数可）１８を成長させるために任意の適切な方法を使用してもよい。一実施形態では、図４Ｂに示すように、ナノワイヤ１８の成長は、一方又は両方の側壁３６、３８上に触媒ナノ粒子１４を定着させ、触媒ナノ粒子１４を、ナノワイヤ１８の成長を開始する前駆体ガスに暴露することによって達成される。側壁３６、３８の（１１１）表面配向により、一次ナノワイヤ（複数可）１８（図４Ｂに示す）の実質的に水平な成長が可能となり、それは、典型的な（１１１）方向に成長する。こうした一次ナノワイヤ１８の形成の非限定的な例は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される、２００３年１２月１７日に出願された米国特許出願第１０／７３８，１７６号（２００５年６月２３日に公開された米国特許出願公開第２００５／０１３３４７６号）に記載されている。
【００３３】
ここで図４Ｄを参照すると、一次ナノワイヤ１８の上に別の触媒ナノ粒子２０が定着している。上述したように、他の触媒ナノ粒子２０を、限定されないが、物理堆積プロセス、溶液堆積プロセス、化学堆積プロセス、電気化学堆積プロセス、及び／又はそれらの組合せを含む任意の適切な堆積プロセスを介して定着させることができる。定着すると、触媒ナノ粒子２０を望ましい前駆体ガスに暴露することにより、二次ナノワイヤ２４を形成することができる（図４Ｅ及び図４Ｆ参照）。他の任意の適切なナノワイヤ成長プロセスを採用してもよいということが理解されるべきである。
【００３４】
図２Ａの一連の図を参照して上述したように、一次ナノワイヤ１８及び二次ナノワイヤ２４は、それぞれの成長プロセス中に、異なる導電性タイプを有するようにドープされる。ナノワイヤ１８、２４が所定の温度に、且つ所定の時間にわたって暴露されると、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように、二次ナノワイヤ２４のドープ領域２６は一次ナノワイヤ１８内に拡散する。
【００３５】
特に、図４Ｅは、ドープ領域２６が一次ナノワイヤ１８の厚さＴの一部に拡散して接合型電界効果トランジスタ１０’’の一実施形態を形成することを示している。図４Ｅに示す実施形態では、ナノワイヤ２４は一次ナノワイヤ１８に対して非垂直角度で成長する。上述したように、ナノワイヤ２４が成長する所定の角度は、少なくとも部分的に、ナノワイヤ２４が成長する表面の結晶方位によって決まる。
【００３６】
図４Ｆは、一次ナノワイヤ１８の厚さＴ全体を通じて、又は少なくともその電気的活性厚全体を通じてドープ領域２６が拡散することにより、バイポーラ接合トランジスタ１００’’の一実施形態を形成することを示している。図４Ｆに示す実施形態では、ナノワイヤ２４は、一次ナノワイヤ１８に対して垂直な角度で成長する。
【００３７】
ここで図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、接合型電界効果トランジスタ１０、１０’、１０’’（図５Ａ）及びバイポーラ接合トランジスタ１００、１００’、１００’’（図５Ｂ）の実施形態が示されており、それらは、それぞれのデバイスの３つの異なる領域に電気接続が動作可能に接続されている。特に、図３Ａ及び図３Ｂに示すトランジスタ１０’、１００’の実施形態を、それぞれ図５Ａ及び図５Ｂにおいて電気接続が形成されている状態で示す。
【００３８】
接合型電界効果トランジスタ１０、１０’、１０’’（図５Ａ）では、ドープ領域２６は一次ナノワイヤ１８を完全には分割しない。一次ナノワイヤ１８の部分的に分割された両端は、それぞれソースＳ及びドレインＤとして機能する。一方の端部がソースＳであり他方の端部がドレインＤである限り、いずれの端部もソースＳ又はドレインＤとして機能することが可能であるということが理解されるべきである。ソースＳ及びドレインＤの端子端にそれぞれ電圧ＶS及びＶDで電気接続（たとえばソース電極及びドレイン電極）がそれぞれ形成されている。拡散ドープ領域２６に隣接する一次ナノワイヤ１８の領域はチャネルＣＨとして作用する。このタイプのトランジスタ１０、１０’、１０’’では、二次ナノワイヤ２４はゲートＧとして機能し、その端子端には（電圧ＶGで）ゲート電気接続が動作可能に接続されている。非限定的な例として、ソースＳ、ドレインＤ、及びチャネルＣＨは、ｎ型導電性又はｐ型導電性でドープされており、ゲートＧはｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの他方でドープされている。
【００３９】
接合型電界効果トランジスタ１０、１０’、１０’’のゲートＧとソースＳ又はドレインＤとの間にバイアスがかけられることにより、一次ナノワイヤ１８の電気的活性厚が変更され、それにより、ソース電極とドレイン電極との間に電圧が印加された時にソースＳとドレインＤとの間を流れる電流が変更される。ゲートＧとチャネルＣＨとの間の接合部は、概して逆にバイアスがかけられるが、場合によっては、相対的に小さい順方向電圧（ビルトインポテンシャル未満）を用いてもよい。
【００４０】
バイポーラ接合トランジスタ１００、１００’、１００’’（図５Ｂ）では、ドープ領域２６は一次ナノワイヤ１８を、エミッタセグメントＥ及びコレクタセグメントＣに分割する。電圧ＶC（たとえばコレクタ電極における電圧）及びＶE（たとえばエミッタ電極における電圧）での電気接続を、コレクタセグメントＣ及びエミッタセグメントＥの端子端にそれぞれ形成することができる。こうした実施形態では、二次ナノワイヤ２４はベースＢとして機能し、電圧ＶBでの電気接続がその端子端に接続される。非限定的な一例として、コレクタセグメントＣ及びエミッタセグメントＥはｎ型導電性又はｐ型導電性でドープされ、ベースＢはｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの他方でドープされる。
【００４１】
ベース電極とエミッタ電極との間にバイアスがかけられ、それによりエミッタＥとベースＢとの間のポテンシャル障壁が変更される。このポテンシャル障壁の変化により、エミッタＥからベースＢ内に注入されるキャリアの数が変化する。そして、キャリアは、コレクタＣまで移動することができる。
【００４２】
ここで図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、接合型電界効果トランジスタ１０、１０’、１０’’の実施形態（図６Ａ）及びバイポーラ接合トランジスタ１００、１００’、１００’’の実施形態（図６Ｂ）が示されており、それぞれのデバイスの３つの異なる領域に電気接続が形成されている。特に、図４Ｅ及び図４Ｆに示すトランジスタ１０’’、１００’’の実施形態を、それぞれ図６Ａ及び図６Ｂにおいて電気接続が動作可能に接続されている状態で示す。
【００４３】
図６Ａにおいて一次ナノワイヤ１８の部分的に分割された両端は、それぞれソースＳ及びドレインＤとして機能する。（ＳＯＩ基板のシリコン層３０から形成される）ポスト３２、３４を、ソースＳ及びドレインＤへの、それぞれ電圧ＶS及びＶDでの電気接続として機能するように構成することができる。いずれのポスト３２、３４も、ソースＳ電気接続又はドレインＤ電気接続として構成することができるということが理解されるべきである。概して、ポスト３２、３４は、電気接続が形成されるナノワイヤ１８、２４の領域と同じ導電性タイプでドープされる。このタイプのトランジスタ１０、１０’、１０’’はまた、チャネルＣＨ、ゲートＧ、及び電圧ＶGでゲートＧに動作可能に接続された電気接続も含む。図５Ａに示す実施形態と同様に、ソースＳ、ドレインＤ、及びチャネルＣＨはｎ型導電性又はｐ型導電性でドープされ、ゲートＧはｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの他方でドープされる。
【００４４】
図６Ｂにおいて、分割された一次ナノワイヤ１８のセグメントは、それぞれエミッタＥ及びコレクタＣとして機能する。ポスト３２、３４のうちの一方を、電圧ＶEでのエミッタ電気接続として構成することができ、ポスト３４、３２のうちの他方を、電圧ＶCでのコレクタ電気接続として構成することができる。概して、ポスト３２、３４は、電気接続が形成されるナノワイヤ１８、２４の領域と同じ導電性タイプでドープされる。このタイプのトランジスタ１００、１００’、１００’’はまた、ベースＢ、及び電圧ＶBでベースＢに動作可能に接続される電気接続も含む。図５Ｂに示す実施形態と同様に、エミッタＥ及びコレクタＣはｎ型導電性又はｐ型導電性でドープされ、ベースＢは、ｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの他方でドープされる。
【００４５】
ここで図７を参照すると、接合型電界効果トランジスタ１０’’’のさらに別の実施形態が示されている。この実施形態では、二次ナノワイヤ２４は、（上述したように）一次ナノワイヤ１８から外側に延在するように成長するが、ドープ領域２６は一次ナノワイヤ１８内に延在しない。したがって、トランジスタ１０’’’の形成中、ナノワイヤ１８、２４は、所定の時間にわたって所定の温度に暴露されることにより成長するが、この実施形態では、温度及び暴露時間は、ドーパントを二次ナノワイヤ２４から一次ナノワイヤ１８内に拡散させるには十分でない。
【００４６】
図７に示すように、一次ナノワイヤ１８の部分的に分割された両端は、それぞれソースＳ及びドレインＤとして機能する。一次電極１８の端子端に電圧ＶS、ＶDで、それぞれ電気接続（たとえばソース電極）及び（たとえばドレイン電極）が形成される。また、二次ナノワイヤ２４の端子端には電圧ＶGで電気接続（たとえばゲート電極）が形成される。非限定的な一例として、ソースＳ、ドレインＤ、及びチャネルＣＨは、ｎ型導電性又はｐ型導電性でドープされ、ゲートＧは、ｐ型導電性又はｎ型導電性のうちの他方でドープされる。
【００４７】
図８は、電子デバイスとしてのダイオード１０００の一実施形態を示す。ダイオード１０００は、一次ナノワイヤ１８と、二次ナノワイヤ２４と、二次ナノワイヤ２４から一次ナノワイヤ１８の少なくとも一部内に延在するドープ領域２６とを含む。トランジスタ１０、１０’、１０’’、１００、１００’、１００’’に関して論考した方法及び材料は、ダイオード１０００を形成するのにも適しているということが理解されるべきである。
【００４８】
ダイオード１０００は、一次ナノワイヤ１８の単一端子端において、且つ二次ナノワイヤ２４の端子端において電気接続（たとえばアノード又はカソード）を有している。電気接続は、それぞれ電圧ＶA、ＶCAである。アノードがカソードに対して正の電圧である場合、ダイオードは順方向バイアスされ、著しい電流がアノードからカソードに流れることができる。アノードがカソードに対して負の電圧である場合、ダイオードは逆方向バイアスされ、比較的わずかな量の電流しか反対方向に流れることができない。２つの異なるバイアス条件下で流れる電流の大きさの比は、ダイオード１０００の品質の測度である。
【００４９】
いくつかの実施形態を詳細に説明したが、当業者には、開示した実施形態を変更してもよいということが明らかであろう。したがって、上述した説明は、限定するものとしてではなく例示するものとしてみなされるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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