CN1604281A - 电极制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种电极制造方法，能够对于碳纳米管和量子点等的微细结构自匹配地形成电极。该电极制造方法，具有：在基板的表面上形成多个突出部的突出部形成步骤；向多个突出部间导入大小随热、光或第一溶剂而变化的第一粒子的第一粒子导入步骤；通过对第一粒子赋予热、光或第一溶剂的某一种，来变更该第一粒子的大小的尺寸变更步骤；向基板的表面淀积电极材料的电极材料淀积步骤。

Description

电极制造方法
技术领域
本发明涉及电极制造方法。
背景技术
近年来，已开发出了在半导体基板上制造碳纳米管和量子点等的数十纳米以下的微细结构的技术。例如，非专利文献1公开了使碳纳米管排列在氧化硅上的技术。非专利文献2公开了使用CVD法制造碳纳米管的技术。这些文献中记载的碳纳米管例如非专利文献3中记载的那样应用于晶体管，或者，如非专利文献2中记载的那样应用于FED(场致发射显示器)中使用的场致发射器。
非专利文献4记载了自匹配地并列量子点的方法。此外，非专利文献5公开了组合两个硅量子点的量子位。这些量子点用于例如单电子元件和量子计算机中。
【非专利文献1】
B.Q.Wei等，Nature，Vol.416，P495(2002)
【非专利文献2】
Ago等，Appl.Phys.Lett，Vol.77，P79(2000)
【非专利文献3】
R.Martel等，Appl.Phys.Lett，Vol.73，P2447(1998)
【非专利文献4】
G.Springholtz等，Phys.Rev.Lett，Vol.84，P4669(2000)
【非专利文献5】
T.Tanamoto等，Physical Review A.Vol.61，pp022305(2000)
【非专利文献6】
Z.h.Yuan等，Appl.Phys.Lett，Vol.78，P3127(2001)
发明内容
一般地，为了在每个数十纳米以下的微细结构中加上电极，其电极必须要接数纳米以下的精度对准位置。但是，在现有的光刻技术中，不能在这样的微细结构中按数纳米以下的精度形成电极。这是因为，现有的光刻技术中的光的波长是μm级。
例如，不能对按数十纳米以下的间隔排列成矩阵状的各个碳纳米管形成栅电极和漏电极。此外，非专利文献3中公开了使用了碳纳米管的晶体管，但在该文献中公开的技术中，不能对各个碳纳米管设置源电极和漏电极。从晶体管的高集成化观点来看，这是不利的。
以前，在使用碳纳米管作为场致发射器的情况下，不能在各个碳纳米管上设置栅电极。因此，将几十根碳纳米管捆成一束，对该碳纳米管束形成栅电极。这不利于场致发射器的高集成化和FED的小型化。
在使用了量子点的单电子元件中，为了使单电子效应在室温中有效地起作用，需要量子点间的电容小到10-18法拉第的程度。此外，由于使用了量子点的单电子元件比使用了现有的MOS的LSI有利，故每个量子点都需要电极。另外，非专利文献5中记载的量子计算机中，电子的波动函数的相关性很重要。因此，需要量子点和电极的尺寸在数十纳米以下。但是，以前不能在这样的各个量子点上设置电极。
因此，本发明的目的在于提供一种能够对于碳纳米管和量子点等的微细结构自匹配地形成电极的电极制造方法。
本发明的实施方式涉及的电极制造方法具有：突出部形成步骤，在基板的表面上形成多个突出部；第一粒子导入步骤，向上述多个突出部间导入大小随热、光或第一溶剂而变化的第一粒子；尺寸变更步骤，通过对第一粒子赋予热、光或第一溶剂中的任一种，来变更该第一粒子的大小；电极材料淀积步骤，向上述基板的表面淀积电极材料。
本实施方式涉及的电极制造方法，在上述第一粒子导入步骤或上述尺寸变更步骤中，处理成使得以上述基板的表面作为基准，上述第一粒子的上端高于上述多个突出部，在上述尺寸变更步骤后，还具有在位于相邻的上述第一粒间的上述多个突出部的上面，设置与上述第一粒子不同的第二粒子的步骤，在上述电极材料淀积步骤中，在上述第一粒子和上述第二粒子上淀积电极材料，在上述电极材料淀积步骤后，还具有通过去除上述第二粒子，使位于上述第一粒子上的电极材料残留作为电极，并去除位于上述第二粒子上的电极材料的步骤。
本发明的其他实施方式涉及的电极制造方法具有：突出部形成步骤，在基板的表面上形成多个突出部；电极材料淀积步骤，向上述基板的表面淀积电极材料；第一粒子导入步骤，向上述多个突出部间导入大小随热、光或第一溶剂而变化的第一粒子；尺寸变更步骤，变更上述第一粒子的大小，使得以上述基板的表面作为基准，上述第一粒子的上端高于上述多个突出部；设置第二粒子的步骤，在位于相邻的上述第一粒间的上述多个突出部的上面，设置大小随热、光或第一溶剂而变化的第二粒子；去除上述第一粒子的步骤；以及使上述电极材料残留在上述多个突出部的上面，将上述第二粒子作为掩模，去除上述电极材料的步骤。
本发明涉及的电极制造方法能对于碳纳米管和量子点等的纳级的微细结构自匹配地形成电极。
附图说明
图1是示出按照本发明的第一实施方式形成电极的过程的图。
图2是示出接着图1的工序的图。
图3是示出接着图2的工序的图。
图4是将碳纳米管14作为单电子元件的晶体管100的电路图。
图5是示出按照本发明的第二实施方式形成单电子晶体管元件的过程的图。
图6是示出接着图5的工序的图。
图7是示出接着图6的工序的图。
图8是示出接着图7的工序的图。
图9是示出接着图8的工序的图。
图10是示出接着图9的工序的图。
图11是示出接着图10的工序的图。
图12是示出接着图11的工序的图。
图13是示出接着图12的工序的图。
图14是示出接着图13的工序的图。
图15是示出按照本发明的第三实施方式的场致发射器的制造过程的剖面图。
图16是示出接着图15的工序的图。
图17是示出接着图16的工序的图。
图18是示出按照本发明的第四实施方式的量子位的制造过程的剖面图。
图19是示出接着图18的工序的图。
图20是示出接着图19的工序的图。
图21是示出接着图20的工序的图。
图22是示出接着图21的工序的图。
图23是示出接着图22的工序的图。
图24是示出接着图23的工序的图。
图25是示出按照本发明的第五实施方式的量子位的电极的制造过程的剖面图。
图26是示出接着图25的工序的图。
图27是示出接着图26的工序的图。
图28是示出接着图27的工序的图。
图29是示出接着图28的工序的图。
图30是示出按照本发明的第六实施方式的量子位的制造过程的平面图。
图31是示出接着图30的工序的图。
图32是示出接着图31的工序的图。
图33是示出接着图32的工序的图。
图34是示出接着图33的工序的图。
图35是示出了按照本发明的第七实施方式的电极制造方法的平面图。
图36是示出了按照本发明的第八实施方式的场致发射器的制造过程的剖面图。
图37是示出接着图36的工序的图。
图38是示出接着图37的工序的图。
图39是示出按照本发明的第九实施方式的量子位的电极的制造过程的剖面图。
图40是示出接着图39的工序的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明涉及的实施方式。这些实施方式不限定本发明。
本发明的实施方式涉及的电极制造方法在碳纳米管和量子点等的突出部之间或者突出部上配置微粒。接着，用溶剂等变更该微粒的大小，另外，使电极材料蒸镀在突出部和微粒的上面。之后，通过溶解微粒，去除微粒上的电极材料。这样地，通过将微粒用作掩模，就能够在碳纳米管和量子点等的纳米级的微细突出部上或者其周围形成电极配线。
图1至图3是按照工序的顺序示出按照本发明的第一实施方式形成电极的过程的图。图1和图2用斜视图示出硅基板10上的结构。图3用平面图示出硅基板10上的结构。
如图1所示，在硅基板10上形成硅氧化膜12。硅基板10也可以是玻璃基板。碳纳米管14矩阵状排列在硅氧化膜12上。用例如CVD法将碳纳米管14在基板10的表面上形成约20μm的高度。为了将碳纳米管14如此地排列在硅氧化膜12上，可以用例如非专利文献1中记载的技术。
接着，利用CVD法等，在碳纳米管14的表面上形成硅氧化膜(未图示)。接着，在该硅氧化膜(未图示)上涂覆抗蚀剂。通过背面蚀刻该抗蚀剂，去除碳纳米管14前端的硅氧化膜。这样，碳纳米管14的侧面就被硅氧化膜覆盖着，碳纳米管14的前端露出。
参照图2，在去除了抗蚀剂之后，在硅氧化膜12上涂覆聚苯乙烯衍生物16。这时，聚苯乙烯衍生物16包含在溶剂中，利用旋转浇注法进行涂覆。聚苯乙烯衍生物16由例如聚p-乙酰氧基苯乙烯构成。此外，聚苯乙烯衍生物16形成为能进入到用4个相邻的碳纳米管14包围的区域中的大小。接着，使在涂覆聚苯乙烯衍生物用的溶剂挥发。这时，聚苯乙烯衍生物16通过自组织排列在碳纳米管14之间。
接着，利用1-丙醇和乙二醇等溶液，使聚苯乙烯衍生物16膨胀。这样，调整聚苯乙烯衍生物16的大小，使得聚苯乙烯衍生物16与4个相邻的碳纳米管14分别相接。使聚苯乙烯衍生物16膨胀的溶液是包含用以下化学式1表示的物质的溶液或者碱性的水溶液。
【化学式1】
在此，R1、R2、R3是氢或者有机基。
也可以取代聚苯乙烯衍生物16，使用通过醚键或酯键，使叔丁基、叔丁基-羰氧基-苯乙烯基、乙酰氧基等取代基预先与微粒结合的聚苯乙烯衍生物。通过加热，这些取状基从聚苯乙烯衍生物脱离。这样，在聚苯乙烯衍生物大到不能进入到用4个相邻的碳纳米管14包围的区域中的情况下，最好加热聚苯乙烯衍生物。由于由加热使取代基队聚苯乙烯衍生物脱离，故聚苯乙烯衍生物变小。这样，取状基脱离后的聚苯乙烯衍生物就能进入到用4个相邻的碳纳米管14包围的区域中。
可以利用TG(热重量分析装置)等来分析取代基的解吸温度。最好在酸性气氛(硫酸、盐酸等)中和碱性气氛(氨气等)中加热聚苯乙烯衍生物。这是因为，与在中性气氛中加热的情况相比，该情况下取代基能够在低温下从聚苯乙烯衍生物脱离。另外，也可以向聚苯乙烯衍生物照射激元激光等高能量光。这样，取代基能够容易地从聚苯乙烯衍生物脱离。
这样地，在聚苯乙烯衍生物16过小的情况下，能够利用1-丙醇和乙二醇等溶液，使聚苯乙烯衍生物16膨胀。另一方面，通过使用具有上述取代基的聚苯乙烯衍生物16，在聚苯乙烯衍生物16过大的情况下，通过对聚苯乙烯衍生物16赋予热和光等的能量，就能够使其减小。
在本实施方式中，对于由4个相邻的碳纳米管14包围的区域，配置着1个聚苯乙烯衍生物16。但是，也可以将硅基板10的表面作为基准，按照碳纳米管14的高度和聚苯乙烯衍生物16的高度，层叠多个聚苯乙烯衍生物16。例如，在碳纳米管14间的间隔是2μm，其高度是20μm，聚苯乙烯衍生物16的直径是2.5μm的情况下，层叠8个聚苯乙烯衍生物16。这样，能够将聚苯乙烯衍生物16层叠到与碳纳米管14的前端大致相同的高度。
参照图3，接着，在碳纳米管14和聚苯乙烯衍生物16上淀积电极材料层。例如，将Ti层作为电极材料层，蒸镀在硅基板10的整个表面上。碳纳米管14的前端露出。另一方面，碳纳米管14的侧面被硅氧化膜和聚苯乙烯衍生物16覆盖着。这样，电极材料层就仅与碳纳米管14中的其前端连接。
接着，用甲苯使聚苯乙烯衍生物16熔化。由此，如图3所示，去除存在于聚苯乙烯衍生物16和其上面的电极材料。存在着聚苯乙烯衍生物16的部分成为空间。电极材料层作为电极18，残留在图3的用斜线部分示出的网状的区域上。这样，碳纳米管14的前端就由网状的电极18电气性地连接。电极18的配线宽度取决于相邻的2个聚苯乙烯衍生物16的间隔。即，电极18的配线宽度与相邻的2个聚苯乙烯衍生物16的间隔大致相等。
这样地，根据本实施方式，就能够在微细的碳纳米管14的前端上自匹配地制造电极18。
图4是将碳纳米管14作为单电子元件的晶体管100的电路图。晶体管100在碳纳米管14的前端具有漏电极。在现有技术中，不能这样地在碳纳米管14的各个前端上设置漏电极。根据本实施方式，就能够在碳纳米管14的前端上自匹配地制造电极18作为漏电极。
此外，硅氧化膜12的厚度最好足够薄，使得能够用作隧道膜。另外，根据本实施方式，也能够在利用非专利文献6和非专利文献2中记载的方法形成的碳纳米管的前端上制造电极。该情况下，在碳纳米管14与硅基板10之间没有硅氧化膜12。这样，由于碳纳米管14与硅基板10电气性地连接，故能够将硅基板10用作源电极。
根据本实施方式，能够用单一的碳纳米管14，制造将电极18和硅基板10作为两个端子的单电子元件。再有，作为电极18的材料，也可以采用除了Ti之外的Fe、Co、Ni、Pd等的导电性材料。此外，作为电极18的材料，也可以使用Ti和Au的层叠膜这样的由多种材料构成的层叠膜。
(第二实施方式)
图5至图14是按照工序顺序示出了按照本发明的第二实施方式形成单电子晶体管元件的过程的图。图5、图6、图8、图9和图12用剖面图示出硅基板10上的结构。图7、图10、图11、图13和图14用平面图示出硅基板10上的结构。
参照图5，首先，通过氧化硅基板10，在硅基板10上形成硅氧化膜20。接着，在硅氧化膜20上淀积约10nm厚的铝层21。通过使铝层21自然氧化，在铝层21的上面形成约1nm厚的Al2O3层23。
接着，在Al2O3层23上淀积约2nm厚的铝层25。通过使铝层25自然氧化，在铝层25的上面形成约1nm厚的Al2O3层27。另外，在Al2O3层的上面淀积约10nm厚的铝层29。也可以用溅射法使铝层21、25和29淀积。
参照图6，在铝层29的上面涂覆PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)抗蚀剂，使用电子束光刻对抗蚀剂构图。这样，在抗蚀剂上形成沟(未图示)。在该沟上配置二嵌段共聚物30。可以用日本特开2002-279616号公报中记载的方法，使二嵌段共聚物30配置在沟上。例如，按1％w/w(质量百分率)的浓度，使由聚苯乙烯-聚丁二烯构成的二嵌段共聚物溶解在甲苯中。将该溶液旋转涂覆在抗蚀剂表面上。另外，在真空中，在150℃中退火硅基板10。这样，二嵌段共聚物30就配置在抗蚀剂的沟内。
配置二嵌段共聚物30的位置取决于形成在铝层29上的抗蚀剂上的沟的位置。这样，为了使二嵌段共聚物30规则地排列在铝层29上，最好在铝层29上的抗蚀剂上规则地形成沟。在本实施方式中，二嵌段共聚物30配置成矩阵状，相邻的二嵌段共聚物30的列方向的间隔Dc比其行方向的间隔Dr排列得窄。
接着，使二嵌段共聚物30残留在铝层29上，从铝层29的上面去除抗蚀剂。其结果，如图6和图7所示，在铝层29上形成二嵌段共聚物30。再有，也可以在铝层29上形成二嵌段共聚物30之前，在铝层29上淀积使二嵌段共聚物30吸附的材科。
参照图8，利用RIE(反应离子蚀刻)或者研磨等，将二嵌段共聚物30用作掩模，依次性刻铝层29、Al2O3层27和铝层25。这样，就在二嵌段共聚物30的下面形成由铝层29、Al2O3层27和铝层25构成的突出部31。从而，形成与二嵌段共聚物30相同数量的突出部31。此外，突出部31与二嵌段共聚物30同样地排列成矩阵状。相邻的突出部31的列方向的间隔仅相离Dc，其行方向的间隔仅相离Dr。然后，从突出部31的上面去除二嵌段共聚物30。
参照图9，利用CVD法等，在突出部31的上面和侧面淀积硅氧化膜33。接着，利用CVD法等，在突出部31和Al2O3层23上淀积多晶硅。另外，若蚀刻该多晶硅，多晶硅就残留在突出部31的侧壁与Al2O3层23的边界。将其利用为栅电极35。由于间隔Dc比间隔Dr窄，故如图10所示，形成在列方向上相邻的突出部31的侧壁上的栅电极35相互电气性连接。另一方面，形成在行方向上相邻的突出部31上的栅电极35不电气性连接。为了这样地形成栅电极35，调节淀积在突出部31和Al2O3层23上的多晶硅的膜厚和该多晶硅的蚀刻量。
再次参照图9，利用CVD法等，在栅电极35的上面形成硅氧化膜等绝缘膜37。绝缘膜37也可以是形成在栅电极35的表面上的自然氧化膜。
在本实施方式中，圆柱状的突出部31分别形成单电子晶体管元件。铝层21对于突出部31是共同的源。Al2O3层23和27用作隧道膜，它们间的铝层25是岛。铝层29是漏。通过对栅电极35赋予电位，能够控制通过Al2O3层23和27向铝层25隧穿的电荷量。通过使铝层25更微细，能够降低该单电子晶体管元件的功率消耗。
参照图11，使具有OH基的聚苯乙烯衍生物39分散在纯水中，利用旋转浇注法，将该溶液涂覆在元件上。聚苯乙烯衍生物39例如是聚p-羟基苯乙烯。若使纯水蒸发，聚苯乙烯衍生物39就进入到4个突出部31包围的区域中。
接着，变更聚苯乙烯衍生物39的大小，使得沿着突出部31的列方向相邻的聚苯乙烯衍生物39接触，并且，在突出部31的行方向上相邻的聚苯乙烯衍生物39不接触。变更聚苯乙烯衍生物39的大小的方法可以与第一实施方式中变更聚苯乙烯衍生物16的大小的方法相同。
参照图12，接着，在元件上涂覆由PMMA构成的抗蚀剂层40。接着，通过背面蚀刻该抗蚀剂层40，去除突出部31前端的硅氧化膜。这样，突出部31的侧面就被硅氧化膜33覆盖着，突出部31的前端的铝层29露出。
参照图13，接着，用四甲基氨碱水溶液使聚苯乙烯衍生物39溶解。与此同时，去除聚苯乙烯衍生物39的上面的抗蚀剂。这样，在4个突出部31之间形成与聚苯乙烯衍生物39相同大小的窝43。另一方面，栅电极35的上面的抗蚀剂残留着。
接着，在元件上涂覆具有t-丁基-羰氧基等取代基的聚苯乙烯衍生物41。这时，聚苯乙烯衍生物41包含在溶剂中，利用旋转浇注法进行涂覆。聚苯乙烯衍生物41进入到窝43中，并且，形成得小到在聚苯乙烯衍生物41与窝43的侧壁之间设置有间隙的程度。在大到聚苯乙烯衍生物41不能进入到窝43中的情况下，对聚苯乙烯衍生物41赋予热或光。这样，取代基从聚苯乙烯衍生物41脱离，聚苯乙烯衍生物41变小，就能分别向窝43中导入聚苯乙烯衍生物41。
参照图14，接着，在元件上蒸镀Al等电极材料。另外，由甲苯使聚苯乙烯衍生物41溶解。与此同时，去除存在于聚苯乙烯衍生物41上面的电极材料。从而，电极材料残留成网状。
接着，去除抗蚀剂层40。这时，去除位于由列方向上相邻的突出部31和行方向上相邻的窝43包围的比较面积大的区域Ra内的抗蚀剂。与此同时，浮脱(lift-off)位于区域Ra内的抗蚀剂上的电极材料。另一方面，位于由列方向上相邻的窝43和其附近的突出部31大致包围的比较面积小的区域Rb内的抗蚀剂残留。这样，如图14所示，将漏电极45形成为带状。
再有，有时在列方向上相邻的漏电极45之间残留带状的电极材料的毛边。该情况下，向漏电极45流电流，使该毛边熔化。这样，就能够切断漏电极45间的短路。
这样地，根据本实施方式，能在相邻的突出部31的间隔小的列方向上形成栅电极35，并且，能在相邻的突出部31的间隔大的行方向上形成漏电极45。根据本实施方式，能自匹配地在微细的突出部31的上面形成漏电极45。
在本实施方式中，也可以取代铝层21、25和29，采用Fe、Ni、Cu、Nb等金属。此外，也可以取代铝层21、25和29，采用多晶Si、非晶质Si等硅材料。在取代铝层21、25和29使用硅材料的情况下，由于材料的匹配性，最好取代Al2O3层23和27，使用硅氧化膜作为隧道膜。
在本实施方式中，突出部31在隧道膜23和27之间仅具有1层铝层25。但是，也可以设置3层以上的隧道膜，也可以在该隧道膜之间设置2层以上的铝层。此外，也可以没有隧道膜27，仅在隧道膜23上设置1层铝层23。
在本实施方式中，栅电极35的材料是多晶硅，但栅电极35的材料也可以是除了多晶硅以外的半导体和金属。此外，在本实施方式中，利用通过蚀刻电极材料来使其残留的侧壁残留的方法形成了栅电极35。但是，也可以取代该方法，在图8中示出的工序之后，使聚苯乙烯衍生物39配置在相邻的4个突出部31之间，之后，淀积多晶硅、栅保护绝缘膜、抗蚀剂层，去除聚苯乙烯衍生物39。利用该方法也能够形成栅电极35。
在本实施方式中，也可以改变突出部31，使用用非专利文献2中记载的方法形成的碳纳米管。该情况下，能制造使用了碳纳米管的三端子元件。
另外，作为使象二嵌段共聚物30这样的成为掩模的粒子排列在铝层29上的方法，也可以如日本特开平7-226522号公报中记载的那样利用金属微粒的胶体溶液的方法。此外，也可以使用如日本特开2001-7315号公报那样利用了STM(扫描隧道显微镜)和AFM(原子力显微镜)的方法。
(第三实施方式)
图15至图17是按照工序顺序示出了按照本发明的第三实施方式的场致发射器的制造过程的剖面图。参照图15，首先，将碳纳米管51在基板50上排列成矩阵状。可以用非专利文献2中记载的方法形成碳纳米管51。
接着，将聚苯乙烯衍生物53涂覆在基板50上。这时，聚苯乙烯衍生物53包含在溶剂中，利用旋转浇注法进行涂覆。若使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物53就排列在碳纳米管51之间。这时，可以与第一实施方式同样地变更聚苯乙烯衍生物53的大小。在碳纳米管51之间排列了聚苯乙烯衍生物53时，将其顶点部比碳纳米管51的前端高。或者，通过淀积多个聚苯乙烯衍生物53，使其最上段的聚苯乙烯衍生物53的顶点部高于碳纳米管51。另外，变更聚苯乙烯衍生物53的大小，使得基板50的表面不露出在外部。聚苯乙烯衍生物53由例如聚p-乙酰氧基苯乙烯构成。
接着，使具有OH基的聚苯乙烯衍生物55分散在溶剂中，利用旋转浇注法，将该溶液涂覆在元件上。通过使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物55就配置在聚苯乙烯衍生物53之间。聚苯乙烯衍生物55是例如聚p-羟基苯乙烯。
参照图16，接着，将Al等电极材料57蒸镀在聚苯乙烯衍生物53和55的上面。
参照图17，接着，将聚苯乙烯衍生物55和53暴露在四甲基氨碱水溶液中。聚苯乙烯衍生物53由于不具有OH基不是水溶液，故不被四甲基氨碱水溶液溶解。聚苯乙烯衍生物55由于是具有OH基的水溶液，故被四甲基氨碱水溶液溶解。从而，利用四甲基氨碱水溶液，能够使聚苯乙烯衍生物53残留着而聚苯乙烯衍生物55溶解。通过去除聚苯乙烯衍生物55，浮脱聚苯乙烯衍生物55上的电极材料57。这样，能够在碳纳米管51前端的周围形成电极材料57。电极材料57用作栅电极，从碳纳米管51的前端放出电子。
另外，将具有阳极电极60和荧光体61的玻璃基板59配置成与基板50对置。从碳纳米管51的前端放出的电子到达荧光体61后发光。根据本实施方式，能够在用作场致发射器的碳纳米管51的前端的周围自匹配地形成栅电极57。
在本实施方式中，使用了两种聚苯乙烯衍生物，但也可以根据电极的形状，使用3种以上的聚苯乙烯衍生物或其他微粒。此外，在本实施方式中，采用碳纳米管作为场致发射器，但也可以取代碳纳米管，采用其他的突出形状的电极材料作为场致发射器。
(第四实施方式)
图18至图24是按照工序顺序示出了按照本发明的第四实施方式的量子位的制造过程的剖面图。图18至图20用剖面图示出硅基板10上的结构。图21至图24用平面图示出硅基板10上的结构。本实施方式是在使非专利文献5中记载的两个量子点电气性地结合后的量子位上制造电极的方法。
参照图18，首先，在硅基板10的表面上形成元件区域，在硅基板10的表面上形成约7nm厚的硅氧化膜70。接着，利用CVD法等，在硅氧化膜70上淀积约5nm厚的多晶硅层71。利用CVD法等，在多晶硅层71上形成硅氧化膜73。利用CVD法等，在硅氧化膜73上形成约5nm厚的多晶硅层75。利用CVD法等，在多晶硅层75上形成硅氧化膜77。
参照图19，接着，与第二实施方式同样地，在硅氧化膜77上形成二嵌段共聚物30。
参照图20，接着，利用二嵌段共聚物30作为掩模，由RIE各向异性地蚀刻硅氧化膜77、多晶硅层75、硅氧化膜73和多晶硅层71。这样，就在硅氧化膜70上形成由硅氧化膜77、多晶硅层75、硅氧化膜73和多晶硅层71构成的突起部79。
在去除了二嵌段共聚物30后，将硅基板10加热到约800℃。这样，使多晶硅层71和75结晶化。多晶硅层71、硅氧化膜73和多晶硅层75就构成量子位。
如图21所示，突起部79在源漏间形成为矩阵状。突起部79按间隔D1向隧道电流流动的源漏方向(x方向)排列。另一方面，突起部79按间隔D2向垂直于源漏方向的方向(y方向)排列。在此，间隔D1比间隔D2短。量子点与突起部79同样地排列。
参照图22，首先，将具有t-丁基-羰氧基的聚苯乙烯衍生物80涂覆在硅基板10上。这时，聚苯乙烯衍生物80包含在纯水中，利用旋转浇注法进行涂覆。聚苯乙烯衍生物80例如是聚p-羟基苯乙烯。接着，若使纯水蒸发，聚苯乙烯衍生物80就排列在突起部79之间。在此，如图22所示，排列在x方向上的聚苯乙烯衍生物80相互邻近，排列在y方向上的聚苯乙烯衍生物80相互离开。再有，可以与第一实施方式的聚苯乙烯衍生物16同样地变更聚苯乙烯衍生物80的大小。
参照图23，接着，在突起部79和聚苯乙烯衍生物80上淀积PMMA等的抗蚀剂层81。接着，对聚苯乙烯衍生物80赋予热或光，使聚苯乙烯衍生物80的取代基脱离。这样，聚苯乙烯衍生物80变小，在聚苯乙烯衍生物80的周围形成间隙G。接着，通过背面蚀刻该抗蚀剂层，突起部79露出。
参照图24，接着，蒸镀Al等的电极材料。接着，去除抗蚀剂层81。这时，由于聚苯乙烯衍生物80的排列，图23中示出的区域Rd比区域Rc窄。这样，去除区域Rd内的抗蚀剂层81，区域Rc内的抗蚀剂层81残留。随之，浮脱区域Rd内的电极材料。
另外，由甲苯等去除聚苯乙烯衍生物80。这样，就浮脱聚苯乙烯衍生物80上的电极材料。其结果，如图24所示，沿着y轴方向，在量子位上形成电极配线83。
再有，也可以在聚苯乙烯衍生物80的下面设置另外的聚苯乙烯衍生物，使得聚苯乙烯衍生物80的顶点部位于突起部79的前端附近。
由于将图20中示出的多晶硅层71和多晶硅层75用作两个量子点，故以下将它们称作量子点71和75。由于硅氧化膜73用作量子点71和75间的隧道膜，故以下将其称作隧道氧化膜73。另外，由于图24中示出的电极83用作栅电极，故以下将其称作栅电极83。
按照本实施方式形成的量子点71和75用隧道氧化膜73结合。量子点71和75成为构成量子计算的基本结构要素的量子位。栅电极83安装在量子位的前端，控制量子点71和75内的电荷。这样，能计测量子位的量子计算的结果，作为MOS结构的基板电流。本实施方式能够自匹配地形成连接其量子位的前端部分的栅电极83。
另外，栅电极83在大致垂直于图21中示出的流过源漏间的沟道电流的方向(x方向)的方向(y方向)上延伸。这样，排列在y方向上的量子位执行相同的量子计算。将其计算结果的平均值作为沟道电流读入到周边电路中。由于多个量子位执行同一量子计算，故能够防止量子计算的错误。
再有，突起部79在行方向(x方向)的间隔窄，在列方向(y方向)的间隔宽。这是为了方便，突起部79也可以是行方向(x方向)的间隔宽，列方向(y方向)的间隔窄。该情况下，源和漏形成在列方向(y方向)的两侧。
(第五实施方式)
图25至图29是按照工序顺序示出了按照本发明涉及的第五实施方式的量子位的电极的制造过程的剖面图。本实施方式在已经形成的量子点上形成栅电极。参照图25，首先，利用Sugiyama等的美国专利No.6060743中记载的方法，在硅氧化膜89中形成量子点85和87。量子点85和87由例如硅构成。
参照图26，接着，由氢氟酸等蚀刻硅氧化膜89，使量子点85的上部露出。
参照图27，接着，氧化量子点85的露出部分。也可以取代氧化量子点85，利用CVD等，在量子点85的上面淀积硅氧化膜。这样，硅氧化膜中的存在于量子点85的上面的部分突出。以下，将其称作突出部90。
接着，在元件上涂覆聚苯乙烯衍生物91。聚苯乙烯衍生物91包含在溶剂中，利用旋转浇注法等将该溶剂涂覆在基板上。接着，通过使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物91就排列在突出部90之间。可以与第一实施方式中的聚苯乙烯衍生物16同样地变更聚苯乙烯衍生物91的大小。
参照图28，接着，在突出部90和聚苯乙烯衍生物91上淀积Al或多晶硅等电极材料。接着，由甲苯等去除聚苯乙烯衍生物91。这样，浮脱聚苯乙烯衍生物91上的电极材料93。另一方面，突出部90上的电极材料93残留作为栅电极。根据本实施方式，这样地，能够在量子点85和87上自匹配地形成栅电极。
(第六实施方式)
图30至图34是按照工序顺序示出了按照本发明的第六实施方式的量子位的制造过程的平面图。首先，按照图18至图21，在硅氧化膜70上形成突出部79。
参照图30，接着，在元件上淀积多晶硅。通过蚀刻该多晶硅，硅95就残留在突出部79与硅氧化膜70的侧壁上。在本实施方式中，硅95残留在各个突出部79的周围，在相邻的突出部79间不连接。
参照图31，接着，涂覆具有t-丁基-羰氧基等的取代基的聚苯乙烯衍生物97。这时，将聚苯乙烯衍生物97分散在纯水中，由旋转浇注法将该纯水涂覆在硅基板10上。聚苯乙烯衍生物97例如是聚-叔丁基-羰氧基-苯乙烯基苯乙烯。接着，通过使纯水蒸发，聚苯乙烯衍生物97就排列在突出部79间。可以与第一实施方式中的聚苯乙烯衍生物16同样地变更聚苯乙烯衍生物97的大小。
参照图32，接着，使具有OH基的聚苯乙烯衍生物99分散在纯水中，由旋转浇注法将该溶液涂覆在元件上。可以与第一实施方式中的聚苯乙烯衍生物16同样地变更聚苯乙烯衍生物99的大小。通过调整聚苯乙烯衍生物99的大小，如图32所示，聚苯乙烯衍生物99就排列在突出部79即量子点71和75的上面。接着，对聚苯乙烯衍生物97赋予热或光。这样，取代基从聚苯乙烯衍生物97脱离，聚苯乙烯衍生物97变小。其结果，如图33所示，在聚苯乙烯衍生物97之间形成间隙G。
参照图34，接着，从聚苯乙烯衍生物97、99的上面蒸镀多晶硅。另外，各向同性地蚀刻该多晶硅。由于多晶硅淀积得比间隙G厚，故该蚀刻后，多晶硅残留在聚苯乙烯衍生物97之间。
另外，去除聚苯乙烯衍生物97、99。这样，就能自匹配地形成图21中示出的y方向上连接的多晶硅98作为栅电极。
在第四至第六实施方式中，量子点间的隧道膜也可以是氧化铪和氧化铝等的高介电材料。此外，在第四至第六实施方式中，两个量子点由相同材料形成。但是，也可以两个量子点由相互不同的材料构成。例如，在图18中，利用CVD等，在基板10上依次淀积硅氮化膜、多晶硅、硅氧化膜。另外，从图19开始经过图24中示出的工序，能在由硅氮化膜、多晶硅和硅氧化膜构成的突起部上形成栅电极。根据该结构，利用硅氮化膜、多晶硅和硅氧化膜，形成两个陷阱(trap)能级。形成已量子点化了该两个陷阱能级的量子位。
另外，第四至第六实施方式也能够适用于日本特开2002-100687中记载的利用了碳化硅的键量子点。第四至第六实施方式能够在D.Loss等的“Phys.Rev.A 57，p120(1998)”中记载的使用了自旋的量子计算机上自匹配地形成配线。
图8和图19中示出的二嵌段共聚物30也可以如日本特开2001-7315中记载地利用STM和AFM来形成。此外，也可以如日本特开平7-226522中记载地利用金属微粒的胶体溶液来形成二嵌段共聚物30。
再有，突起部79的行方向的间隔窄，列方向的间隔宽。这是为了方便，突起部79也可以是行方向的间隔宽，列方向的间隔窄。
(第七实施方式)
图35是示出了本发明的按照第七实施方式的电极制造方法的平面图。在第一至第六实施方式中，碳纳米管和量子点等的突出部象晶体点阵一样地规则排列。但是，在本实施方式中，突出部不规则地配置在基板上。
在图35中，突出部B1～B22不规则地配置在基板上。本实施方式在突出部B1～B22的前端上形成电极。首先，在基板上涂覆粒径比较大的聚苯乙烯衍生物101。这时，聚苯乙烯衍生物101包含在溶剂中，利用旋转浇注法进行涂覆。若使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物101就配置在突出部B1～B22之间。聚苯乙烯衍生物101由例如聚p-乙酰氧基苯乙烯构成。
变更聚苯乙烯衍生物101的大小的方法可以与第一实施方式中变更聚苯乙烯衍生物16的大小的方法相同。所述变更聚苯乙烯衍生物101的大小的情况是，例如，为了聚苯乙烯衍生物101进入到突出部B1～B22之间，有时需要减小聚苯乙烯衍生物101，或者，有时需要增大聚苯乙烯衍生物101，使得夹在突出部B1～B22中的多个突出部中的情况等。
接着，在基板上涂覆粒径比qq101小的聚苯乙烯衍生物103。这时，聚苯乙烯衍生物103包含在溶剂中，利用旋转浇注法进行涂覆。若使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物103就进入到突出部B1～B22的间隙中的聚苯乙烯衍生物101不能够进入的区域中。聚苯乙烯衍生物103由例如聚p-乙酰氧基苯乙烯构成。
与聚苯乙烯衍生物101同样地，变更聚苯乙烯衍生物103的大小的方法可以与第一实施方式中变更聚苯乙烯衍生物16的大小的方法相同。
接着，使电极材料蒸镀在突出部B1～B22、聚苯乙烯衍生物101和103的上面。接着，用甲苯或碱性溶液使聚苯乙烯衍生物101和103溶解。这样，能够使形成在突出部B1～B22上的电极材料残留着，去除形成在聚苯乙烯衍生物101和103上的电极材料。其结果，如图17的斜线部分所示，电极105a～105c就形成在突出部B1～B22上。在图17中，突出部B2～B6由电极105a电气性地连接，突出部B7～B16由电极105b电气性地连接，另外，突出部B18～B21由电极105c电气性地连接，
在突出部间的间隙比聚苯乙烯衍生物的粒径窄的情况下，由于聚苯乙烯衍生物不进入到其突出部间的间隙中，故在其突出部间形成电极配线。另一方面，在突出部间的间隙比聚苯乙烯衍生物的粒径宽的情况下，由于聚苯乙烯衍生物进入到其突出部间的间隙中，故不在其突出部间形成电极配线。这样地，即使在基板上不规则地配置着突出部，根据本实施方式，利用突出部间的间隙和聚苯乙烯衍生物的粒径，也能够控制形成电极配线的位置。
上述实施方式利用浮脱形成电极。第八和第九实施方式能够不依赖浮脱地在微细的结构中形成电极。
(第八实施方式)
图36至图38是按照工序顺序示出了按照本发明的第八实施方式的场致发射器的制造过程的剖面图。本实施方式能够形成与第三实施方式同样的场致发射器。首先，通过执行图15和图16中示出的工艺，在碳纳米管51的前端设置聚苯乙烯衍生物55，在其上面淀积电极材料57。这时，由于聚苯乙烯衍生物53的顶点高度与聚苯乙烯衍生物55的顶点高度的差异，在电极材料57的表面形成凸凹。
参照图36，接着，使具有OH基的聚苯乙烯衍生物55分散在溶剂中，利用旋转浇注法，将该溶液涂覆在电极材料57的表面上。若使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物55就排列在电极材料57的表面的窝中。
参照图37，接着，将电极材料57上的聚苯乙烯衍生物55用作掩模，利用RIE等蚀刻电极材料57。
参照图38，利用四甲基氨碱水溶液，使电极材料57上的聚苯乙烯衍生物55和碳纳米管51上的聚苯乙烯衍生物55溶解。这样，就能够在碳纳米管51的前端的周围形成电极材料57。如图17所示，这能够用作场致发射器。
本实施方式与第三实施方式不同，不浮脱电极材料57，就能够形成场致发射器。
(第九实施方式)
图39和图40是按照工序顺序示出了按照本发明的第九实施方式的量子位的电极的制造过程的剖面图。本实施方式能够在与第五实施方式同样的量子位上形成栅电极。首先，通过执行图25和图26中示出的工艺，蚀刻硅氧化膜89，使量子点85的上部露出。接着，氧化量子点85的露出部分。或者，利用CVD等，在量子点85的上面淀积硅氧化膜。这样，就在量子点85的上面形成由硅氧化膜构成的突出部90。
参照图39，接着，在硅氧化膜89上淀积电极材料93。接着，使具有OH基的聚苯乙烯衍生物110分散在溶剂中，利用旋转浇注法，将该溶液涂覆在电极材料93的表面上。若使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物110就排列在相邻的突出部90之间的窝中。调节聚苯乙烯衍生物110的大小，使得聚苯乙烯衍生物110的顶点高于突出部90的顶点。可以与第一实施方式同样地变更聚苯乙烯衍生物110的大小。聚苯乙烯衍生物110是例如聚p-羟基苯乙烯。
接着，使不具有OH基的聚苯乙烯衍生物111分散在溶剂中，利用旋转浇注法，将该溶液涂覆在电极材料93的表面上。若使溶剂挥发，聚苯乙烯衍生物111就排列在相邻的聚苯乙烯衍生物110之间的窝中。即，聚苯乙烯衍生物111排列在突出部90的上面。聚苯乙烯衍生物111由例如聚p-乙酰氧基苯乙烯构成。
参照图40，接着，利用四甲基氨碱水溶液，使聚苯乙烯衍生物110溶解。这样，就能够使聚苯乙烯衍生物111残留在突出部90上，而去除聚苯乙烯衍生物110。
另外，将聚苯乙烯衍生物111作为掩模，用RIE等蚀刻电极材料93。其结果，如图29所示，在量子点85、87上形成电极材料93作为栅电极。
本实施方式与第五实施方式不同，不浮脱电极材料93，就能够在量子点85、87上形成栅电极。
(第十实施方式)
根据本实施方式，能够按照第一至第九实施方式中的某一个实施方式，制造在量子点激光器中注入电流的电极。量子点激光器具有量子点在活性层上纵向并列的量子点阵列的层结构。
在现有的量子点激光器中，由于不能仅在各个量子点上形成电极，故为了激励激光器，就向包含量子点阵列的整个层流电流。
但是，根据本实施方式，由于能够仅在各个量子点上形成电极，故能够仅向量子点的部分上流电流。这样，利用本实施方式制造的量子点激光器与现有的量子点激光器相比，能够更高效地发生激光。
例如，在Koichi Tachibana等，Appl.Phys.Lett，Vol.75，p2605(1999)中记载的量子点激光器，具有多层由In0.2Ga0.8N构成的量子点。按照本实施方式，能够在这些层中的最上层的量子点上加电极配线。这样，能够仅向量子点的部分流电流。该量子点激光器的量子点由In0.2Ga0.8N构成，但也能够适用于具有由InAs、GaAs等材料构成的量子点的量子点激光器。
(第十一实施方式)
根据本实施方式，能够按照第一至第九实施方式的某一个实施方式，在量子阱自动机中制造辅助电极。量子阱自动机在Craig S.Lent等，QunantumCellular Automata：Nanotechnology Vol.4，p49(1993)中有所记载。量子阱自动机的逻辑电路本来不需要配线。但是，实际中由于未必能均匀地制成量子点等，故在逻辑电路内需要各种各样的辅助电极。在量子阱自动机中，由于量子点间的相互位置关系很重要，故辅助电极必须要形成在正确的位置上。
根据本实施方式，能够在量子阱自动机中按照量子点间的相互位置关系，在正确的位置上形成辅助电极。例如，能够在数个量子点邻近形成的终端或者称作电池的结构中形成电极。
(第十二实施方式)
根据本实施方式，能够按照第一至第九实施方式中的任一个实施方式，制造MRAM(磁随机存取存储器)和DRAM(动态随机存取存储器)等的字线和位线。这些存储器很微小，随之就需要数十纳米以下的字线和位线。根据本实施方式，对于这样的微细的存储器，也能够自匹配地形成字线和位线等配线。
在上述的实施方式中，作为电极材料，也可以取代Al，使用Ti、Co、Fe、Ni、Cu等金属、它们的合金、或者硅化物。
此外，在上述的实施方式中，作为导入到突出部之间的微粒，使用了聚苯乙烯衍生物，但也可以使用除了聚苯乙烯衍生物以外的烯烃聚合型高分子。此外，不仅可以使用均聚物，也可以使用异分子共聚后的聚合物。

Claims (8)

1.一种电极制造方法，其特征在于，具有：
在基板的表面上形成多个突出部的突出部形成步骤；
向上述多个突出部间导入大小随热、光或第一溶剂而变化的第一粒子的第一粒子导入步骤；
通过对第一粒子赋予热、光或第一溶剂中的任一种，来变更该第一粒子的大小的尺寸变更步骤；以及
向上述基板的表面淀积电极材料的电极材料淀积步骤。
2.如权利要求1所述的电极制造方法，其特征在于，在上述电极材料淀积步骤后，还具有通过去除上述第一粒子，使位于上述突出部上的电极材料残留作为电极，并去除位于上述第一粒子上的电极材料的步骤。
3.如权利要求1所述的电极制造方法，其特征在于，
在上述突出部形成步骤中，上述多个突出部形成为矩阵状，排列在行方向上的上述突出部的间隔比排列在列方向上的上述突出部的间隔宽，
在上述尺寸变更步骤中，变更上述第一粒子的大小，使得在上述列方向上相邻的上述第一粒子相互接触，且和上述行方向上相邻的上述第一粒子相互分离，且
在上述尺寸变更步骤后，还具有：
向上述基板的表面淀积掩模材料的步骤；
减小上述第一粒子的大小，或者，在去除了上述第一粒子后导入比该第一粒子小的第二粒子的步骤；以及
在上述电极材料淀积步骤后，通过将位于在上述行方向上相邻的上述第一或第二粒子间的上述掩模材料和上述第一或第二粒子，与位于它们上面的上述电极材料一起去除，使位于在上述行方向上相邻的上述突出部的上面和在上述行方向上相邻的上述突出部之间的电极材料残留作为电极的步骤。
4.如权利要求1所述的电极制造方法，其特征在于，
在上述突出部形成步骤中，上述多个突出部形成为矩阵状，排列在行方向上的上述突出部的间隔比排列在列方向上的上述突出部的间隔宽，
在上述尺寸变更步骤中，变更上述第一粒子的大小，使得在上述列方向上相邻的上述第一粒子相互接触，且在上述行方向上相邻的上述第一粒子相互分离，且
在上述尺寸变更步骤后，还具有：
在位于相邻的上述第一粒子间的上述多个突出部的上面，设置与上述第一粒子不同的第二粒子的步骤；以及
通过减小上述第一粒子，使上述列方向上相邻的上述第一粒子分离的步骤，
在上述电极材料淀积步骤中，在上述第一粒子和上述第二粒子上淀积电极材料，
在上述电极材料淀积步骤后，还具有去除上述第一粒子和上述第二粒子，在上述列方向上相邻的上述第一粒子间残留上述电极材料的步骤。
5.如权利要求1所述的电极制造方法，其特征在于，
在上述第一粒子导入步骤或上述尺寸变更步骤中，处理成以上述基板的表面作为基准，上述第一粒子的上端高于上述多个突出部，
在上述尺寸变更步骤后，还具有在位于相邻的上述第一粒间的上述多个突出部的上面，设置与上述第一粒子不同的第二粒子的步骤，
在上述电极材料淀积步骤中，在上述第一粒子和上述第二粒子上淀积电极材料，
在上述电极材料淀积步骤后，还具有：
在相邻的上述第二粒子间配置大小随热、光或第二溶剂而变化的第三粒子的步骤；
将上述第三粒子作为掩模，去除上述第二粒子上的电极材料的步骤；以及
去除上述第二和第三粒子，残留位于上述第一粒子上的电极材料作为电极的步骤。
6.如权利要求1或3所述的电极制造方法，其特征在于，
上述第一粒子或上述第二粒子由聚苯乙烯衍生物构成，
上述第一溶剂或上述第二溶剂是包含用化学式1表示的物质的溶液，或者是碱性的水溶液。
【化学式1】
其中R1、R2和R3是氢或有机基
7.如权利要求1、3或4所述的电极制造方法，其特征在于，上述第一粒子或上述第二粒子是具有均匀大小的高分子材料球。
8.如权利要求5所述的电极制造方法，其特征在于，上述第一粒子或上述第二粒子是通过酯键或醚键，用有机基取代了聚苯乙烯的苯基的氢的一部分的物质或者聚苯乙烯。
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