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JP2008034578A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008034578A
JP2008034578A JP2006205531A JP2006205531A JP2008034578A JP 2008034578 A JP2008034578 A JP 2008034578A JP 2006205531 A JP2006205531 A JP 2006205531A JP 2006205531 A JP2006205531 A JP 2006205531A JP 2008034578 A JP2008034578 A JP 2008034578A
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molecule
semiconductor device
insulating
conductive
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亮一 安田
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Abstract

【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
An object of the present invention is to produce a nanoscale conductive region or insulating region with high accuracy by a simple method.
The semiconductor device includes a conductive region (a source electrode and a drain electrode) in at least a part of a thin film, wherein the metal nanoparticle is interposed via an insulating molecule. The bonded thin film 15 is irradiated with energy rays E, so that the bonds of the insulating molecules are released, and the metal nanoparticles 14 are melted and bonded.
[Selection] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor device having a nanoscale conductive path or insulating path and a method for manufacturing the same.

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。)。   In the fabrication of molecular electronics devices that make use of the function of a single or a small number of molecules, it is necessary to send a signal from the outside in order to control the function. As the most general method, there is a method in which a wire-like molecule and an electrode are brought into contact with each other, and a current flowing when the applied voltage is changed is read (for example, see Non-Patent Document 1).

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。   An electrode pair (nano-gap electrode) having a gap of the same size is required in order to bring nano-scale size molecules into contact with the electrode at the intended position. For the production, electron beam lithography, focused ion beam lithography, electromigration method or the like is used (see, for example, Non-Patent Documents 2, 3, and 4). However, in any method, it is difficult to produce a nanogap electrode, and it is necessary to select production conditions and apparatus control with considerable care, and lithography requires many steps.

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。   The electromigration method probabilistically produces nanogap electrodes, so it is easy for research purposes, but it cannot withstand mass production. Ensuring a nanoscale sized signal input / output method is an issue in the fabrication of molecular electronics devices, and a method capable of easily and accurately fabricating a nanogap electrode is required.

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。   In addition, high integration requires not only a gap but also a small electrode width, which is an important issue for taking advantage of the size of the molecular scale device.

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Patrick J. Castle and Paul W. Bohn "Interfacial Scattering at Electrchemically Fabricated Atom-Scale Junctions between Thin Gold Film Electrodes in a Microfluidic Channel" Anal. Chem. 77, p243-249, 2005 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Kazuhito Tsukakoshi et al. “Preparation and application of nano-gap electrodes for exploration of electrical conduction in nano-scale materials” Applied Physics, Vol. 75, No. 3, p332-337, 2006 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Takashi Nagase et al. “Maskless Fabrication of nanogap electrodes by using Ga-focused ion beam etching” J. Microlith., Microfab., Microsyst. 5, 011006≡1-6, 2006 Takashi Nagase 他著 「Direct Fabrication of nano-gap electrodes by focus ion beam etching」 Thin Solid Films 499、p279-284、2006年Takashi Nagase et al. “Direct Fabrication of nano-gap electrodes by focus ion beam etching” Thin Solid Films 499, p279-284, 2006

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。   The problem to be solved is that it is difficult to produce a nanogap electrode, that is, a nanoscale order conductive region or insulating region. For example, it is necessary to select manufacturing conditions and control the apparatus fairly carefully, and in lithography, many processes must be performed.

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。   An object of the present invention is to produce a nanoscale-order conductive region or insulating region with high accuracy by a simple method.

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。   The semiconductor device of the present invention (first semiconductor device) is a semiconductor device provided with a conductive region in at least a part of a thin film, and the conductive region includes the metal nanoparticle bonded through an insulating molecule. By irradiating the thin film with energy rays, the bonds of the insulating molecules are released, and the metal nanoparticles are melted and bonded.

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。   In the semiconductor device of the present invention (first semiconductor device), the thin film in which the metal nanoparticles are bonded via the insulating molecules is irradiated with energy rays, so that the bonding of the insulating molecules is released. In addition, since the conductive region is formed by melting and bonding the metal nanoparticles, the conductive region is formed by a simple method of irradiation with energy rays. In general, energy rays can be focused and irradiated to a fine spot. Especially, electron beams, focused ion beams, etc. can be narrowed down to the nanoscale order, so that the conductive region is formed in the nanoscale order. It will be.

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。   The semiconductor device (second semiconductor device) of the present invention is a semiconductor device provided with an insulating region in at least a part of a thin film, and the insulating region has the metal nanoparticle bonded through a conductive molecule. The thin film is one in which the conductive molecules are broken by irradiating energy rays, or the bond with the conductive molecules is broken.

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。   In the semiconductor device (second semiconductor device) of the present invention, the conductive molecule is destroyed by irradiating the thin film in which the metal nanoparticles are bonded via the conductive molecule with energy rays. Alternatively, since the bond with the conductive molecule is broken, the insulating region is formed by a simple method of irradiation with energy rays. In general, energy rays can be focused on a fine spot for irradiation, and in particular, electron beams, focused ion beams, etc. can be narrowed down to the nano-scale order, so the insulating region is highly accurate to the nano-scale order. Will be formed.

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。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention (first manufacturing method) is a method for manufacturing a semiconductor device in which a conductive region is provided on at least a part of a thin film, wherein metal nanoparticles are insulating molecules. The film is formed by irradiating an energy beam to a thin film bonded through a metal to break the bonding of the insulating molecules and melt and bond the metal nanoparticles.

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。   In the manufacturing method (first manufacturing method) of the semiconductor device of the present invention, the thin film in which the metal nanoparticles are bonded through the insulating molecules is irradiated with energy rays, so that the bonds of the insulating molecules are released and the metal nano particles are released. Since the conductive region is formed by melting and bonding the particles, the conductive region is formed by a simple method of irradiation with energy rays. In general, energy rays can be focused on a fine spot for irradiation. Especially for electron beams, focused ion beams, etc., it can be narrowed down to the nanoscale order, so the conductive region is highly accurate to the nanoscale order. Formed.

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。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention (second manufacturing method) is a method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating region is provided on at least a part of a thin film, and the step of forming the insulating region includes metal nanoparticles. The thin film bonded through the conductive molecule is irradiated with energy rays to destroy the conductive molecule or to break the bond with the conductive molecule.

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。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention (second manufacturing method), the conductive molecule is destroyed or irradiated by irradiating an energy beam to a thin film in which metal nanoparticles are bonded via a conductive molecule. Since the insulating region is formed by releasing the bond with the active molecule, the insulating region is formed by a simple method of irradiation with energy rays. In general, energy rays can be focused on a fine spot for irradiation, and in particular, electron beams, focused ion beams, etc. can be narrowed down to the nano-scale order, so the insulating region is highly accurate to the nano-scale order. Formed.

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。   According to the semiconductor device (first semiconductor device) of the present invention, the conductive region is formed at the intended position with high accuracy by a simple method of irradiating the thin film with energy rays. In addition, since metal nanoparticles are used for the thin film, the conductive region has a line width equivalent to that of the metal nanoparticles, and thus there is an advantage that high integration can be achieved.

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。   According to the semiconductor device (second semiconductor device) of the present invention, the insulating region is formed at the intended position with high accuracy by a simple method of irradiating the thin film with energy rays. In addition, since the insulating region is formed by breaking the conductive molecule or breaking the bond with the conductive molecule, it becomes an insulating region having a line width equivalent to that of the conductive molecule. There is an advantage that integration can be achieved.

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。   According to the semiconductor device manufacturing method (first manufacturing method) of the present invention, since the conductive region is formed by irradiating the thin film with energy rays, there is an advantage that it is a simple method. Moreover, since the energy beam can be irradiated to the intended position on the thin film, the conductive region can be formed at the intended position with high accuracy. Since the conductive region is formed by breaking the bonds of the insulating molecules and melting and bonding the metal nanoparticles, a fine conductive region on the order of nanoscale can be formed. Therefore, high integration can be achieved.

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。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention (second manufacturing method), the insulating region is formed by irradiating the thin film with energy rays, so that there is an advantage that it is a simple method. Further, since the energy beam can be irradiated to the intended position on the thin film, the insulating region can be formed at the intended position with high accuracy. Further, since the insulating region is formed by breaking the conductive molecule or breaking the bond with the conductive molecule, it is possible to form a fine insulating region on the order of nanoscale. Therefore, high integration can be achieved.

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。   An embodiment (first example) according to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG. FIG. 1 shows a semiconductor device including electrodes (source electrode and drain electrode) having a nanoscale line width and a nanoscale gap in the semiconductor device.

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。   As shown in FIG. 1A, as an example, a semiconductor device (for example, a field effect transistor) including a top contact type source electrode, a drain electrode, and a bottom contact type gate electrode is shown. The electrode contact structure of the semiconductor device may be either a top contact or a bottom contact for the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode.

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(Si34)、酸化アルミニウム(Al23)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。 First, the semiconductor film 13 is formed on the surface of the substrate 10 on which the insulating film 11 is formed on the front surface and the gate electrode 12 is formed on the back surface. When a silicon substrate is used as the substrate 10, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like can be used as the insulating film 11. The silicon oxide film can be formed by, for example, a thermal oxidation method. The silicon nitride film can be formed by, for example, a CVD method. The aluminum oxide film can be formed by, for example, an anodic oxidation method. The substrate 10 may be a resin substrate such as a glass substrate, flexible polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES). In the case of such a resin substrate, the insulating film 11 is formed by spin coating, for example, a polyvinylphenol (PVP) polymer insulating film.

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。   The gate electrode 12 formed on the back surface of the substrate 10 is formed by evaporating a metal such as gold or platinum by an electron beam (EB) evaporation method or the like. The semiconductor film 13 is formed by dipping, casting, spin coating or the like using a solution obtained by diluting porphyrin-based molecules, polyphenyl-based molecules, and polyacene-based molecules with an organic solvent (toluene).

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。   Next, a thin film 15 made of metal nanoparticles 14 whose surfaces are protected by insulating organic molecules is formed on the surfaces of the substrate 10 and the semiconductor film 13. Examples of the production method include a coating method, a solution dipping method, a spin coating method, a Langmuir-Blodget (LB) method, an ink jet method, a screen printing method, a spray method, a dip coating method, and a mold transfer method.

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。   For example, a metal nanoparticle is composed of gold, platinum, or silver having a chain non-conjugated molecule (butanethiol, pentanethiol, etc.) with one end point being a thiol group as an insulating organic molecule (a protective film for the metal nanoparticle). Nanoparticles with a diameter of about 10 ± 5 nm are used.

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。   Next, as shown in FIG. 1B, an energy beam E is irradiated to the position where the source electrode and the drain electrode on the thin film 15 are to be produced. As the energy beam E, an electron beam, a focused ion beam, an X-ray, or the like can be used, which breaks the bond between the insulating organic molecules of the metal nanoparticles 14 of the thin film 15 and melts the metal nanoparticles 14. Combine.

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。   As a result, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed at the positions irradiated with the energy rays E of the thin film 15 as shown in the schematic configuration perspective views of FIGS. In the case of a gold nanoparticle monolayer film having a diameter of about 10 nm having a chain non-conjugated molecule as a protective film, an electron beam of 5 keV is irradiated in a range of 100 μm × 100 μm for about 10 minutes. If it is a narrow region of about 10 nm × 10 nm, a focused ion beam, X-ray or the like is used. In the case of the focused ion beam, the energy beam irradiation is, for example, irradiation with light of several meV to hundreds of tens eV in the case of light irradiation, irradiation of energy of several keV to hundreds of keV in the case of electron beams. Is irradiated with energy of several keV to several hundred keV, and in the case of X-rays, energy of several hundred keV to several MeV is irradiated. Further, if the insulating organic molecule is a single molecule or an oligomer molecule, light irradiation or an electron beam is desirable, and an electron beam or a focused ion beam is desirable for a fine region.

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。   Thereafter, the insulating molecules (not shown) separated from the gold nanoparticles 14 by heating and melting are removed by washing the substrate with, for example, acetone, isopropyl alcohol (IPA) and running water for about 5 minutes each. In this manner, the semiconductor device 1 having the source electrode 16 and the drain electrode 17 having a nanoscale width and a nanoscale gap is formed. In the semiconductor device 1, the semiconductor film 13 becomes a channel layer.

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。   Therefore, as shown in FIGS. 1 (3) and 2, the semiconductor device 1 of the present invention has a source electrode 16 that is a conductive region on at least a part of a thin film 15 in which metal nanoparticles are bonded via insulating molecules. The drain electrode 17 is formed, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 are obtained by irradiating the thin film 15 with energy rays, so that the bonds of the insulating molecules are released, and the metal nanoparticles 14 are melted. Are combined.

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。   In the semiconductor device 1 and the manufacturing method thereof, the source electrode 16 and the drain electrode 17 having a nanoscale width and a gap can be formed at an intended position with good controllability. The energy beam E used here, such as an electron beam, a focused ion beam, and an X-ray, has a very high controllability of, for example, several nanometers to several tens of nanometers. The electrode can be formed with very high accuracy. Therefore, the wiring area can be reduced, which is advantageous for high integration.

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。   In the manufacturing method described above, since the lithography technique is not used, the electrode manufacturing process can be greatly reduced. In addition, it is a simple process that does not require patterning of metal nanoparticles.

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。   As will be described later, the leakage current after the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed can be reduced by bonding the metal nanoparticles 14 with insulating organic molecules when forming the metal nanoparticle thin film 15.

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。   Next, an embodiment (second example) according to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG. FIG. 3 shows a source electrode and a drain electrode having a nanoscale line width and a nanoscale gap for a molecular network transistor as an example.

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(Si34)、酸化アルミニウム(Al23)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。 As shown in FIG. 3A, a substrate 10 having an insulating film 11 on the front surface and a gate electrode 12 formed on the back surface is formed. When a silicon substrate is used as the substrate 10, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like can be used as the insulating film 11. The silicon oxide film can be formed by, for example, a thermal oxidation method. The silicon nitride film can be formed by, for example, a CVD method. The aluminum oxide film can be formed by, for example, an anodic oxidation method. The substrate 10 may be a resin substrate such as a glass substrate, flexible polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES). In the case of such a resin substrate, the insulating film 11 is formed by spin coating, for example, a polyvinylphenol (PVP) polymer insulating film.

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。   The gate electrode 12 formed on the back surface of the substrate 10 is formed by evaporating a metal such as gold or platinum by an electron beam (EB) evaporation method or the like.

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。   Next, a thin film 15 made of metal nanoparticles 14 whose surface is protected by insulating organic molecules is formed on the surface of the substrate 10. Examples of the production method include a coating method, a solution dipping method, a spin coating method, a Langmuir-Blodget (LB) method, an ink jet method, a screen printing method, a spray method, a dip coating method, and a mold transfer method.

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。   The insulating organic molecule (protective film) that has been metal-bonded in advance is replaced with another insulating organic molecule having higher insulating properties. This substitution reaction can be performed, for example, by immersing the substrate in a solvent in which organic molecules having high insulating properties are dissolved. As a result, the leakage current at the final stage can be further greatly reduced.

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。   A desired molecule is bonded to the thin film made of the metal nanoparticles by a dipping method, a spin coating method, an ink jet method, a screen printing method, a spray method, a dip coating method, a mold transfer method, or the like to form a network. The desired molecule is, for example, a conductive polymer, a semiconductor organic molecule, a functional molecule, and the like, and a molecule having a functional group that is easily bonded to metal nanoparticles. Examples of the functional group that easily binds to the metal nanoparticles include a thiol group, an amino group, and a carboxyl group. Examples of the conductive polymer include polyacetylene-based molecules and polypyrrole-based molecules. Examples of the semiconductor organic molecule include porphyrin-based molecules, polyphenyl-based molecules, and polyacene-based molecules. Examples of the functional molecule include a photochromic molecule and a porphyrin derivative molecule.

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。   Next, as shown in FIG. 3B, an energy beam E is irradiated to a position where the source electrode and the drain electrode on the thin film 15 are to be produced. As the energy beam E, an electron beam, a focused ion beam, an X-ray, or the like can be used, which breaks the bond between the insulating organic molecules of the metal nanoparticles 14 of the thin film 15 and melts the metal nanoparticles 14. Combine.

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。   As a result, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed at the position irradiated with the energy beam E of the thin film 15. In the case of the focused ion beam, the energy beam irradiation is, for example, irradiation with light of several meV to hundreds of tens eV in the case of light irradiation, irradiation of energy of several keV to hundreds of keV in the case of electron beams. Is irradiated with energy of several keV to several hundred keV, and in the case of X-rays, energy of several hundred keV to several MeV is irradiated. Thus, leakage current can be reduced when used as wiring.

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。   Therefore, as shown in FIG. 3B, the semiconductor device 2 of the present invention includes a source electrode 16 and a drain electrode which are conductive regions on at least a part of a thin film 15 in which metal nanoparticles are bonded via an insulating molecule. The source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed by irradiating the thin film 15 with energy rays so that the bonds of the insulating molecules are released, and the metal nanoparticles 14 are melted and bonded. It has been made.

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。   In the semiconductor device 2 and the manufacturing method thereof, the source electrode 16 and the drain electrode 17 having a nanoscale width and gap can be formed at intended positions with good controllability. The energy beam E used here, such as an electron beam, a focused ion beam, and an X-ray, has a very high controllability of, for example, several nanometers to several tens of nanometers. The electrode can be formed with very high accuracy. Therefore, the wiring area can be reduced, which is advantageous for high integration.

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。   In the manufacturing method described above, since the lithography technique is not used, the electrode manufacturing process can be greatly reduced. In addition, it is a simple process that does not require patterning of metal nanoparticles.

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。   Further, when the metal nanoparticle thin film 15 is formed, the metal nanoparticle 14 is bonded by an insulating organic molecule, thereby reducing a leakage current after the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed. it can.

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。   Next, an embodiment (third example) according to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view of FIG. FIG. 4 shows, as an example, an electrode having a nanoscale line width and a nanoscale gap for molecular wiring.

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(Si34)、酸化アルミニウム(Al23)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。 As shown in FIG. 4A, a substrate 10 having an insulating film 11 on the front surface and a gate electrode 12 formed on the back surface is formed. When a silicon substrate is used as the substrate 10, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like can be used as the insulating film 11. The silicon oxide film can be formed by, for example, a thermal oxidation method. The silicon nitride film can be formed by, for example, a CVD method. The aluminum oxide film can be formed by, for example, an anodic oxidation method. The substrate 10 may be a resin substrate such as a glass substrate, flexible polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES). In the case of such a resin substrate, the insulating film 11 is formed by spin coating, for example, a polyvinylphenol (PVP) polymer insulating film.

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。   The gate electrode 12 formed on the back surface of the substrate 10 is formed by evaporating a metal such as gold or platinum by an electron beam (EB) evaporation method or the like.

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。   Next, a thin film 15 made of metal nanoparticles 14 whose surface is protected by insulating organic molecules is formed on the surface of the substrate 10. Examples of the production method include a coating method, a solution dipping method, a spin coating method, a Langmuir-Blodget (LB) method, an ink jet method, a screen printing method, a spray method, a dip coating method, and a mold transfer method.

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。   Next, as shown in FIG. 4B, an energy beam E is irradiated to the position where the electrode pair on the thin film 15 is to be produced. As the energy beam E, an electron beam, a focused ion beam, an X-ray, or the like can be used, which breaks the bond between the insulating organic molecules of the metal nanoparticles 14 of the thin film 15 and melts the metal nanoparticles 14. Combine.

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。   As a result, the electrode 18 and the electrode 19 are formed at the position irradiated with the energy beam E of the thin film 15. In the case of the focused ion beam, the energy beam irradiation is, for example, irradiation with light of several meV to hundreds of tens eV in the case of light irradiation, irradiation of energy of several keV to hundreds of keV in the case of electron beams. Is irradiated with energy of several keV to several hundred keV, and in the case of X-rays, energy of several hundred keV to several MeV is irradiated.

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。   Next, as shown in FIG. 4 (3), a molecular wiring 20 is disposed between the electrodes 18 and 19. The molecular wiring 20 is, for example, a conductive polymer, a semiconductor organic molecule, a functional molecule, or the like, and a molecule having a functional group that is easily bonded to metal nanoparticles. Examples of the functional group that easily binds to the metal nanoparticles include a thiol group, an amino group, and a carboxyl group. Examples of the conductive polymer include polyacetylene-based molecules and polypyrrole-based molecules. Examples of the semiconductor organic molecule include porphyrin-based molecules, polyphenyl-based molecules, and polyacene-based molecules. Examples of the functional molecule include a photochromic molecule and a porphyrin derivative molecule.

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。   Therefore, as shown in FIG. 4 (3), the semiconductor device 3 of the present invention has electrodes 18 and 19 that are conductive regions on at least a part of the thin film 15 in which metal nanoparticles are bonded via insulating molecules. The electrodes 18 and 19 are formed by irradiating the thin film 15 with energy rays, so that the bonds of the insulating molecules are released, and the metal nanoparticles 14 are melted and bonded. is there. A molecular wiring 20 is formed between the electrode 18 and the electrode 19. Therefore, the source electrode and the drain electrode are constituted by the electrode 18 and the electrode 19, and the channel layer is constituted by the molecular wiring 20, whereby a transistor is constituted.

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。   In the semiconductor device 3 and the manufacturing method thereof, the electrodes 18 and 19 having a nanoscale width and gap can be formed at intended positions with good controllability. The energy beam E used here, such as an electron beam, a focused ion beam, and an X-ray, has a very high controllability of, for example, several nanometers to several tens of nanometers. The electrode can be formed with very high accuracy. Therefore, the wiring area can be reduced, which is advantageous for high integration.

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。   In the manufacturing method described above, since the lithography technique is not used, the electrode manufacturing process can be greatly reduced. In addition, it is a simple process that does not require patterning of metal nanoparticles.

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。
Next, an embodiment (fourth example) according to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. FIG. 5 shows isolation as an example.
Show about.

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。   As shown in FIG. 5A, a substrate 10 having a source electrode 21 and a drain electrode 22 formed on the front surface with an insulating film 11 interposed therebetween and a gate electrode 12 formed on the back surface is formed.

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(Si34)、酸化アルミニウム(Al23)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。 When a silicon substrate is used as the substrate 10, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or the like can be used as the insulating film 11. The silicon oxide film can be formed by, for example, a thermal oxidation method. The silicon nitride film can be formed by, for example, a CVD method. The aluminum oxide film can be formed by, for example, an anodic oxidation method. The substrate 10 may be a resin substrate such as a glass substrate, flexible polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethersulfone (PES). In the case of such a resin substrate, the insulating film 11 is formed by spin coating, for example, a polyvinylphenol (PVP) polymer insulating film.

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。   The source electrode 21 and the drain electrode 22 are formed, for example, by depositing metal by an electron beam (EB) deposition method or the like. The gate electrode 12 formed on the back surface of the substrate 10 is formed by evaporating a metal such as gold or platinum by an electron beam (EB) evaporation method or the like.

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。   Next, a thin film 15 made of metal nanoparticles 14 whose surface is protected by insulating organic molecules is formed on the surface of the substrate 10. Examples of the production method include a coating method, a solution dipping method, a spin coating method, a Langmuir-Blodget (LB) method, an ink jet method, a screen printing method, a spray method, a dip coating method, and a mold transfer method.

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。   Next, as shown in FIG. 5 (2), the molecular wiring 20 is disposed between the source electrode 21 and the drain electrode 22, and the metal nanoparticles are bonded to each other. The molecular wiring 20 is, for example, a conductive polymer, a semiconductor organic molecule, a functional molecule, or the like, and a molecule having a functional group that is easily bonded to metal nanoparticles. Examples of the functional group that easily binds to the metal nanoparticles include a thiol group, an amino group, and a carboxyl group. Examples of the conductive polymer include polyacetylene-based molecules and polypyrrole-based molecules. Examples of the semiconductor organic molecule include porphyrin-based molecules, polyphenyl-based molecules, and polyacene-based molecules. Examples of the functional molecule include a photochromic molecule and a porphyrin derivative molecule.

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。   A current easily flows between the metal nanoparticles bonded by molecules in the molecular wiring 20. Here, in order to isolate each source electrode 21 and the drain electrode 22, the energy ray E is irradiated. As this energy beam E, for example, light, electron beam, focused ion beam, X-ray or the like can be used. As a result of the irradiation with the energy rays, the binding molecules are unbound locally and an insulating region (not shown) is formed.

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。   Further, after the thin film 15 is formed, a region having higher conductivity than the insulating region is formed by bonding to a part of the thin film 15 with another conductive molecule having higher conductivity than the conductive molecule. Is done. As a result, leakage current can be reduced when the conductive path is used as wiring.

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。1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment (first embodiment) according to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention. 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。1 is a schematic configuration perspective view showing an embodiment (first example) according to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention. 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。It is schematic structure sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the semiconductor device of this invention, and the manufacturing method of a semiconductor device. 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。It is schematic structure sectional drawing which showed one Embodiment (3rd Example) which concerns on the semiconductor device of this invention, and the manufacturing method of a semiconductor device. 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。It is schematic structure sectional drawing which showed one Embodiment (4th Example) which concerns on the semiconductor device of this invention, and the manufacturing method of a semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体装置、14…金属ナノ粒子、15…薄膜、E…エネルギー線   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 14 ... Metal nanoparticle, 15 ... Thin film, E ... Energy beam

Claims (21)

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。
A semiconductor device having a conductive region in at least a part of a thin film,
The conductive region is obtained by irradiating an energy ray to the thin film in which metal nanoparticles are bonded via insulating molecules, and the bonding of the insulating molecules is released. A semiconductor device characterized by being melted and bonded.
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。
The insulating molecule is substituted with a conductive molecule, a semiconductor organic molecule, or a functional molecule having a functional group that easily binds to the metal nanoparticles before the energy rays are irradiated. 1. The semiconductor device according to 1.
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。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the functional group that easily binds to the metal nanoparticle includes a thiol group, an amino group, or a carboxyl group.
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。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the conductive polymer is made of a polyacetylene molecule or a polypyrrole molecule.
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。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor organic molecule is a porphyrin-based molecule, a polyphenyl-based molecule, or a polyacene-based molecule.
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。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the functional molecule is a photochromic molecule or a porphyrin derivative molecule.
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。
In another part of the thin film, another insulating molecule having an insulating property higher than that of the insulating molecule is bonded, and a region having lower conductivity than the conductive region is formed. The semiconductor device according to claim 1.
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。
A semiconductor device having an insulating region in at least a part of a thin film,
The insulating region is one in which the conductive molecule is destroyed by irradiating the thin film in which metal nanoparticles are bonded via a conductive molecule with energy rays, or with the conductive molecule. A semiconductor device characterized in that the coupling is broken.
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。
A region having a higher conductivity than the insulating region is formed by bonding a part of the thin film with a conductive molecule having a conductivity higher than that of the conductive molecule. The semiconductor device according to claim 8.
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。
A method of manufacturing a semiconductor device having a conductive region in at least a part of a thin film,
The conductive region;
The semiconductor is formed by irradiating an energy beam to a thin film in which metal nanoparticles are bonded through insulating molecules to break the bonding of the insulating molecules and melt and bond the metal nanoparticles. Device manufacturing method.
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。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein a light beam, an X-ray, an electron beam, or a focused ion beam is used as the energy beam.
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。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein when the insulating molecule is a single molecule or an oligomer molecule, a light beam or an electron beam is used as the energy beam.
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。
The irradiation with the energy beam is performed after the insulating molecule is replaced with a conductive molecule, a semiconductor organic molecule, or a functional molecule having a functional group that easily binds to the metal nanoparticles. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
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。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a thiol group, an amino group, or a carboxyl group is used as the functional group that is easily bonded to the metal nanoparticles.
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。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a polyacetylene molecule or a polypyrrole molecule is used for the conductive polymer.
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。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a porphyrin-based molecule, a polyphenyl-based molecule, or a polyacene-based molecule is used as the semiconductor organic molecule.
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。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a photochromic molecule or a porphyrin derivative molecule is used as the functional molecule.
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。
After forming the thin film, a region having a lower conductivity than the conductive region is formed by bonding to a part of the thin film with an insulating molecule having an insulating property higher than that of the insulating molecule. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
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。
A method of manufacturing a semiconductor device having an insulating region in at least a part of a thin film,
The insulating region;
A semiconductor device formed by irradiating an energy beam to a thin film in which metal nanoparticles are bonded via a conductive molecule to break the conductive molecule or break the bond with the conductive molecule Manufacturing method.
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。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein a light beam, an X-ray, an electron beam, or a focused ion beam is used as the energy beam.
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。
After forming the thin film, a region having higher conductivity than the insulating region is formed by bonding to a part of the thin film with a conductive molecule having higher conductivity than the conductive molecule. 20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein
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