JP2011114156A - Single-electron-turnstyle device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Single-electron-turnstyle device, and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To fabricate a smaller single-electron island, and to arrange a top gate without requiring high precision. <P>SOLUTION: Two groove portions 105 which are arranged opposite each other are formed at two places across an opening portion 104 orthogonally to an extension direction of a thin line to be formed. The groove portions 105 are formed until reaching an insulating layer 101. Then an upper-layer portion of a silicon layer 102 is thermally oxidized through a silicon oxide layer 103 to make the silicon layer 102 thinner. In this oxidizing process, constriction portions 107 which are constricted in a layer thickness direction are formed nearby the inside of curved line-shaped border portions corresponding to two opposite curved line-shaped edges of the opening 104, and at the constriction portions 107, the silicon layer 102 becomes less in film thickness to form a tunnel barrier through quantum size effect in the layer thickness direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子1個を転送することが可能な、単電子ターンスタイルデバイスおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a single-electron turn style device capable of transferring one electron and a method for manufacturing the same.

単電子ターンスタイルデバイスは、電子デバイスとして考えれば、究極の低電力化が達成可能であり、電子1個を確実に送ることを可能とするものである。複数の単電子ターンスタイルデバイスをつなげることにより、例えば、電子を1個送り、送られたことで論理を判定する、あるいは、電子1個があることでメモリ状態を確定するなど、多くの使い方が考えられる。なお、送る電子の数は、1個に限らず、複数個の電子を送ることも可能である。   When considered as an electronic device, the single-electron turn-style device can achieve the ultimate low power consumption and can reliably transmit one electron. By connecting multiple single-electron turn-style devices, for example, sending one electron and judging the logic when it is sent, or determining the memory state when there is one electron, etc. Conceivable. Note that the number of electrons to be sent is not limited to one, and a plurality of electrons can be sent.

また、単電子ターンスタイルデバイスは、サイズの小さなデバイスとすることが必要な要件であることから、集積化することが可能である。また、低消費電力であるため、集積度が消費電力によって制限されないという特徴がある。また、1回の転送処理で電子を1個ずつ送ることができるので、1秒間における転送回数を増やせば、市販の電流計を用いて電流として読み取れる程度の電流を流すことが可能となる。現在では、安定かつ正確な標準電流源は存在しないが、これが、単電子ターンスタイルデバイスにより実現可能となる。   In addition, the single-electron turn style device can be integrated because it is a requirement that the device be a small size device. Further, since the power consumption is low, the degree of integration is not limited by the power consumption. Moreover, since electrons can be sent one by one in one transfer process, if the number of transfers in one second is increased, a current that can be read as a current using a commercially available ammeter can be passed. At present, there is no stable and accurate standard current source, but this can be realized by a single-electron turn-style device.

ところで、現状では、作製されている単電子ターンスタイルデバイスは、リソグラフィー技術でサイズが決定されており、あまり小さくすることができない。このため、絶対温度で1K以下という極低温でしか動作させることができない(非特許文献1参照)。   By the way, at present, the size of the manufactured single-electron turn-style device is determined by the lithography technique and cannot be made very small. For this reason, it can be operated only at an extremely low temperature of 1 K or less in absolute temperature (see Non-Patent Document 1).

ここで、現在の主な単電子ターンスタイルデバイスの製造方法例について、図13A〜図13Fを用いて説明する。図13A,図13C,図13Eは、製造途中の断面を模式的に示し、図13B,図13D,図13Fは、製造途中の平面を示す。図13A,図13C,図13Eは、図13B,図13D,図13FのXX’線の断面である。   Here, the example of the manufacturing method of the present main single electron turn style device is demonstrated using FIG. 13A-FIG. 13F. 13A, 13C, and 13E schematically show a cross-section during manufacture, and FIGS. 13B, 13D, and 13F show a plane during manufacture. 13A, 13C, and 13E are cross-sectional views taken along line XX 'of FIGS. 13B, 13D, and 13F.

まず、よく知られたSOI(Silicon on Insulator)基板を用意する。図13A(13B)では、SOI基板の埋め込み絶縁層1301および表面シリコン層1302が示されている。ここでは、シリコンを用いた場合について説明する。なお、他の材料を用いたターンスタイルデバイスも提案されているが、シリコンを材料として用いることで、最先端の微細加工技術が利用可能であり、比較的再現性良くデバイスが製造でき、有利である。   First, a well-known SOI (Silicon on Insulator) substrate is prepared. 13A (13B) shows a buried insulating layer 1301 and a surface silicon layer 1302 of the SOI substrate. Here, a case where silicon is used will be described. Although turn-style devices using other materials have also been proposed, the use of silicon as the material enables the use of cutting-edge microfabrication technology, which makes it possible to manufacture devices with relatively good reproducibility. is there.

次いで、表面シリコン層1302を加工することで、図13C,図13Dに示すように、3つの島領域が直列に接続したパターン層1302aを形成する。3つの島領域が、各々単電子島となる。単電子島は、電荷を蓄えることができる、小さな導電体の島である。   Next, by processing the surface silicon layer 1302, as shown in FIGS. 13C and 13D, a pattern layer 1302a in which three island regions are connected in series is formed. Each of the three island regions becomes a single electron island. Single electron islands are small conductor islands that can store charge.

次に、パターン層1302aの表面を酸化し、図13E,図13Fに示すように、表面酸化層1303を形成し、また、中央の単電子島の上部にあたる領域に配置されるトップゲート電極1304を形成する。表面酸化層1303を形成するための酸化により、3つの単電子島の間の細い部分、および、両端の単電子島と電極部との間をつないでいる細い部分が、より細くなる。これにより、細い部分においては、量子サイズ効果が生じてポテンシャルが高くなり、電子が通りにくくなり、ポテンシャルバリアができる。これが、トンネルバリアとして働く。   Next, the surface of the pattern layer 1302a is oxidized to form a surface oxide layer 1303 as shown in FIGS. 13E and 13F, and a top gate electrode 1304 disposed in a region corresponding to the upper portion of the central single electron island is formed. Form. Oxidation for forming the surface oxide layer 1303 makes the narrow portions between the three single electron islands and the thin portions connecting the single electron islands at both ends and the electrode portions thinner. Thereby, in a thin part, a quantum size effect arises, potential becomes high, an electron becomes difficult to pass, and a potential barrier can be made. This works as a tunnel barrier.

従って、シリコンからなるパターン層1302aの両端の幅の広い電極部間に、図14の等価回路に示すように、3個の単電子島1401が直列につながれ、単電子島1401間をトンネルキャパシタ1402でつながれている。また、この中央の単電子島1401上に、トップゲート電極1403が設けられる。   Therefore, as shown in the equivalent circuit of FIG. 14, three single electron islands 1401 are connected in series between the wide electrode portions at both ends of the patterned layer 1302a made of silicon, and the tunnel capacitor 1402 is connected between the single electron islands 1401. Are connected. Further, a top gate electrode 1403 is provided on the central single electron island 1401.

ところで、上述したトンネルキャパシタなどとなる細い部分のサイズが、現状のリソグラフィー技術により作製可能な最も小さなパターンサイズとなる。このため、単電子島のサイズは、必ず、これよりも大きくなる。上述した従来の技術では、リソグラフィーの最小寸法で単電子島を作製することができず、単電子島サイズとしては100nm〜数100nmが限界である。   By the way, the size of the thin portion that becomes the above-described tunnel capacitor or the like is the smallest pattern size that can be produced by the current lithography technique. For this reason, the size of the single electron island is always larger than this. In the conventional technique described above, a single electron island cannot be produced with the minimum dimension of lithography, and the single electron island size is limited to 100 nm to several 100 nm.

単電子ターンスタイルデバイスが動作する上限の温度を決めるのは、単電子島のサイズであり、単電子島が小さいほどより高温で動作させることが可能となるため、上述した現在の寸法では、前述したように絶対温度で1K以下という極低温でしか動作させることができない。   It is the size of the single-electron island that determines the upper limit temperature at which the single-electron turn-style device operates, and the smaller the single-electron island, the higher the temperature that can be operated. Thus, it can be operated only at an extremely low temperature of 1 K or less in absolute temperature.

また、図14に示す等価回路では、トップゲート1403と、左右の2つの単電子島1401との間に、容量結合がないように示している。しかしながら、図13Fなどに示す実際の構造から明らかなように、図15に示すように、トップゲート1403と、左右の2つの単電子島1401との間も、各々結合容量を持つはずである。これらの結合容量は、トップゲート1403との距離が離れているので、図15の容量C1,容量C3は、容量C2と比べて小さな値となる。このように、C2>C1、C3の条件が満たされることも必要であるので、トップゲート1403は、中央の単電子島1401の上にのみ形成し、両端の単電子島1401の上には配置されないようにすることが重要となる。   Further, the equivalent circuit shown in FIG. 14 shows that there is no capacitive coupling between the top gate 1403 and the two left and right single electron islands 1401. However, as is apparent from the actual structure shown in FIG. 13F and the like, as shown in FIG. 15, the top gate 1403 and the two left and right single electron islands 1401 should also have a coupling capacitance. Since these coupling capacitors are separated from the top gate 1403, the capacitances C1 and C3 in FIG. 15 are smaller than the capacitance C2. Thus, since it is also necessary that the conditions of C2> C1 and C3 are satisfied, the top gate 1403 is formed only on the center single-electron island 1401 and is disposed on the single-electron island 1401 on both ends. It is important not to be done.

このためには、単電子島を形成するリソグラフィーと、トップゲートを形成するリソグラフィー間のパターン合わせの精度を高くすると共に、トップゲートを形成するリソグラフィーでも、単電子島を形成するリソグラフィーと同等の小さなパターンを形成できるようにする必要がある。   For this purpose, the accuracy of pattern alignment between lithography for forming single electron islands and lithography for forming top gates is increased, and lithography for forming top gates is also as small as lithography for forming single electron islands. It is necessary to be able to form a pattern.

T,Altebaeumer, and H,Ahmed, "Characteristics of Electron Pump Circuit Using Silicon Multiple Tunnel Junction", Jpn. J. Apple. Phys., vol.40, pp.80-82, 2001.T, Altebaemer, and H, Ahmed, "Characteristics of Electron Pump Circuit Using Silicon Multiple Tunnel Junction", Jpn. J. Apple. Phys., Vol.40, pp.80-82, 2001. S.Horiguchi, et al. ,"Mechanism of Potential Profile Formation in Silicon Single-Electron Transistor Fabricated Using Pattern-Dependent Oxidation", Jpn. J. Apple. Phys., vol.40, pp.L29-L32, 2001.S. Horiguchi, et al., "Mechanism of Potential Profile Formation in Silicon Single-Electron Transistor Fabricated Using Pattern-Dependent Oxidation", Jpn. J. Apple. Phys., Vol.40, pp.L29-L32, 2001. Y. Takahashi, et al., "Silicon single-electron devices", JOURNAL OF PHYSICS: CONDENSED MATTER, vpl.14, pp.R995-R1033, 2002.Y. Takahashi, et al., "Silicon single-electron devices", JOURNAL OF PHYSICS: CONDENSED MATTER, vpl.14, pp.R995-R1033, 2002.

以上に説明したように、現在の単電子ターンスタイルデバイスでは、リソグラフィーの限界に近い小さな単電子島を作ることができず、また、単電子島に対してトップゲートを高い精度で配置することが容易ではないという問題がある。   As explained above, current single-electron turn-style devices cannot make small single-electron islands that are close to the limits of lithography, and top gates can be placed with high accuracy on single-electron islands. There is a problem that it is not easy.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より小さな単電子島が作製でき、また、高い精度を必要とせずにトップゲートが配置できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to make it possible to produce a smaller single-electron island and to arrange a top gate without requiring high accuracy. And

本発明に係る単電子ターンスタイルデバイスの製造方法は、絶縁層の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上に少なくとも酸化シリコン層を形成する第1工程と、シリコン層の上側の層に開口部を形成する第2工程と、開口部の領域のシリコン層の層厚を減少させる第3工程と、開口部の対向する2つの端部を残して開口部の中央部において互いに対向して配置され、絶縁層に到達する2つの溝部を形成し、2つの溝部に挟まれたシリコン層に細線部を形成する第4工程と、熱酸化によりシリコン層を酸化して層厚を減少させて端部の外側の縁部の下のシリコン層が他の領域より薄くなる2つのくびれ部を形成して、細線部の両端部および2つのくびれ部のシリコン層にトンネルバリアを形成し、細線部の両端部とくびれ部との間のシリコン層の各々および細線部の中央部に、単電子島を形成する第5工程と、細線部の上に、ゲート電極を形成する第6工程とを少なくとも備える。   The method for manufacturing a single-electron turn-style device according to the present invention includes a first step of forming a silicon layer on an insulating layer, and forming at least a silicon oxide layer on the silicon layer, and a layer above the silicon layer. A second step of forming the opening, a third step of reducing the layer thickness of the silicon layer in the region of the opening, and facing each other in the center of the opening, leaving two opposite ends of the opening A fourth step of forming two groove portions that reach the insulating layer and forming a thin line portion in the silicon layer sandwiched between the two groove portions; and oxidizing the silicon layer by thermal oxidation to reduce the layer thickness The silicon layer under the outer edge of the end portion is formed with two constricted portions that are thinner than the other regions, and a tunnel barrier is formed at both ends of the thin line portion and the silicon layers of the two constricted portions. Between the two ends of the The central portion of each and fine line portions of the con layer, a fifth step of forming a single-electron island, on the fine line portion comprises at least a sixth step of forming a gate electrode.

上記単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、第1工程では、絶縁層の上にシリコン層および酸化シリコン層を形成し、加えて、酸化シリコン層の上に窒化シリコン層を形成し、第2工程では、貫通する開口部を窒化シリコン層に形成するようにしてもよい。   In the method for manufacturing a single-electron turnstyle device, in the first step, a silicon layer and a silicon oxide layer are formed on the insulating layer, and in addition, a silicon nitride layer is formed on the silicon oxide layer. Then, an opening that penetrates may be formed in the silicon nitride layer.

上記単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、第3工程では、熱酸化によりシリコン層の上層を酸化して開口部の領域のシリコン層の層厚を減少させればよい。   In the method for manufacturing a single-electron turn-style device, in the third step, the upper layer of the silicon layer may be oxidized by thermal oxidation to reduce the thickness of the silicon layer in the region of the opening.

上記単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、第2工程において、シリコン層に到達する深さの開口部を形成してもよい。また、第2工程において、シリコン層の途中までの深さの開口部を形成してもよい。   In the method for manufacturing a single-electron turnstyle device, an opening having a depth reaching the silicon layer may be formed in the second step. In the second step, an opening having a depth up to the middle of the silicon layer may be formed.

上記単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、第3工程では、開口部を介してシリコン層の上層をエッチングして開口部の領域のシリコン層の層厚を減少させればよい。   In the method for manufacturing a single-electron turn-style device, in the third step, the upper layer of the silicon layer may be etched through the opening to reduce the thickness of the silicon layer in the region of the opening.

上記記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、端部の外側の縁部は、平面視で曲線状に形成するとよい。   In the method for manufacturing a single-electron turn-style device described above, the outer edge portion of the end portion may be formed in a curved shape in plan view.

また、本発明に係る単電子ターンスタイルデバイスは、絶縁層に上に形成されたシリコン層と、シリコン層の上に形成された酸化シリコン層と、シリコン層にこのシリコン層の平面方向に対向して形成された他の領域より薄い2つのくびれ部と、2つのくびれ部の配置方向に直交して2つのくびれ部の間の領域において互いに対向して配置され、絶縁層に到達する2つの溝部と、2つの溝部に挟まれたシリコン層に形成された細線部と、細線部の上に形成されたゲート電極とを少なくとも備え、くびれ部は、シリコン層の上層に形成されたくびれ部に対応する対向する2つの縁部を少なくとも備える開口部を通した熱酸化によりシリコン層の上層を酸化することで形成され、溝部を形成した後のくびれ部を形成する熱酸化により、くびれ部のシリコン層は、量子サイズ効果が生じる層厚にされている。   The single-electron turnstyle device according to the present invention includes a silicon layer formed on an insulating layer, a silicon oxide layer formed on the silicon layer, and a silicon layer facing the planar direction of the silicon layer. The two constricted portions thinner than the other regions formed in this manner, and the two groove portions that are arranged to face each other in the region between the two constricted portions perpendicular to the arrangement direction of the two constricted portions and reach the insulating layer And a thin line portion formed in the silicon layer sandwiched between the two groove portions, and a gate electrode formed on the thin line portion, the constricted portion corresponding to the constricted portion formed in the upper layer of the silicon layer Formed by oxidizing the upper layer of the silicon layer by thermal oxidation through an opening having at least two opposing edges, and forming the constricted portion after forming the groove portion. Silicon layer is the layer thickness of the quantum size effect.

上記単電子ターンスタイルデバイスにおいて、対向する2つの縁部は、平面視で曲線状に形成されているとよい。   In the single-electron turn style device, the two opposing edges may be formed in a curved shape in plan view.

以上説明したように、本発明によれば、シリコン層にこのシリコン層の平面方向に対向して形成された他の領域より薄い2つのくびれ部は、シリコン層の上層に形成されたくびれ部に対応する対向する2つの縁部を少なくとも備える開口部を通した熱酸化によりシリコン層の上層を酸化することで形成され、溝部を形成した後のくびれ部を形成する熱酸化により、くびれ部のシリコン層は、量子サイズ効果が生じる層厚にされているようにしたので、より小さな単電子島が作製でき、また、高い精度を必要とせずにトップゲートが配置できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, the two constricted portions thinner than the other regions formed in the silicon layer so as to face the planar direction of the silicon layer are the constricted portions formed in the upper layer of the silicon layer. The silicon in the constricted part is formed by oxidizing the upper layer of the silicon layer by thermal oxidation through an opening having at least two corresponding opposing edges, and forming the constricted part after forming the groove part. Since the layers are made to have a layer thickness that produces a quantum size effect, it is possible to produce smaller single electron islands and to have an excellent effect that a top gate can be arranged without requiring high accuracy. can get.

本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (plane). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (plane). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (plane). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態1における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 1 of this invention (plane). 本発明の実施の形態1における単電子ターンスタイルデバイスの構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the single electron turnstyle device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における単電子ターンスタイルデバイスの構成を説明するための説明図である(平面)。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the single electron turnstyle device in Embodiment 1 of this invention (plane). 本発明の実施の形態1における単電子ターンスタイルデバイスの構成を説明するための説明図である(断面)。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the single electron turnstyle device in Embodiment 1 of this invention (cross section). 単電子ターンスタイルデバイスの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of a single electron turn style device. 本発明の実施の形態2における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 2 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態2における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 2 of this invention (plane). 本発明の実施の形態2における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 2 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態2における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 2 of this invention (plane). 本発明の実施の形態2における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 2 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態3における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 3 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態3における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 3 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態3における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 3 of this invention (plane). 本発明の実施の形態3における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 3 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (plane). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (plane). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (plane). 本発明の実施の形態4における単電子ターンスタイルデバイスの構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the single electron turnstyle device in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4における単電子ターンスタイルデバイスの構成を説明するための説明図である(平面)。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the single electron turnstyle device in Embodiment 4 of this invention (plane). 本発明の実施の形態4における単電子ターンスタイルデバイスの構成を説明するための説明図である(断面)。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the single electron turnstyle device in Embodiment 4 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態4における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 4 of this invention (plane). 本発明の実施の形態5における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 5 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態5における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 5 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態5における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 5 of this invention (plane). 本発明の実施の形態5における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 5 of this invention (plane). 本発明の実施の形態5における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 5 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態5における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 5 of this invention (plane). 本発明の実施の形態6における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 6 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態6における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 6 of this invention (cross section). 本発明の実施の形態6における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 6 of this invention (plane). 本発明の実施の形態6における製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 6 of this invention (plane). 本発明の実施の形態6における製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method in Embodiment 6 of this invention (cross section). 単電子ターンスタイルデバイス製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the single electron turn style device manufacturing method (cross section). 単電子ターンスタイルデバイス製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the single electron turn style device manufacturing method (plane). 単電子ターンスタイルデバイス製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the single electron turn style device manufacturing method (cross section). 単電子ターンスタイルデバイス製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the single electron turn style device manufacturing method (plane). 単電子ターンスタイルデバイス製造方法を説明するための工程図である(断面)。It is process drawing for demonstrating the single electron turn style device manufacturing method (cross section). 単電子ターンスタイルデバイス製造方法を説明するための工程図である(平面)。It is process drawing for demonstrating the single electron turn style device manufacturing method (plane). 単電子ターンスタイルデバイスの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of a single electron turn style device. 単電子ターンスタイルデバイスの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of a single electron turn style device.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について、製造方法とともに説明する。まず、図1Aに示すように、絶縁層101,シリコン層102を備える基板を用意する。例えば、SOI基板を用いることができる。SOI基板の埋め込み絶縁層(酸化シリコン層)が絶縁層101となり、表面シリコン層がシリコン層102となる。このような基板を用意したら、シリコン層102の上に酸化シリコン層103を形成する。酸化シリコン層103は、例えば、シリコン層102の表面を熱酸化することで形成すればよい。また、シリコン層102の上に、よく知られた化学的気相堆積(CVD)法により酸化シリコンを堆積することで形成してもよい。シリコン層102は、層厚10〜50nm程度とし、酸化シリコン層103は、層厚10〜30nm程度とすればよい。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described together with a manufacturing method. First, as shown in FIG. 1A, a substrate including an insulating layer 101 and a silicon layer 102 is prepared. For example, an SOI substrate can be used. The buried insulating layer (silicon oxide layer) of the SOI substrate becomes the insulating layer 101, and the surface silicon layer becomes the silicon layer 102. When such a substrate is prepared, a silicon oxide layer 103 is formed on the silicon layer 102. For example, the silicon oxide layer 103 may be formed by thermally oxidizing the surface of the silicon layer 102. Alternatively, silicon oxide may be deposited on the silicon layer 102 by a well-known chemical vapor deposition (CVD) method. The silicon layer 102 may have a thickness of about 10 to 50 nm, and the silicon oxide layer 103 may have a thickness of about 10 to 30 nm.

次に、図1Bおよび図1Cに示すように、酸化シリコン層103に、後述する細線部を形成する箇所を含む領域に、開口部104を形成する。なお、図1Bは、図1CのXX’の断面を示している。ここで、後述する細線部が形成される領域を挟む2つの縁部の平面形状は、好ましくは、等しい直径の半円から構成されているとよい。また、円弧の一部で構成されていてもよい。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により開口部104に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により酸化シリコン層103を選択的にエッチング除去すればよい。開口部104は、酸化シリコン層103の途中まで形成すればよい。なお、開口部104は、シリコン層102に到達するまで形成してもよい。   Next, as shown in FIGS. 1B and 1C, an opening 104 is formed in the silicon oxide layer 103 in a region including a portion where a thin line portion to be described later is formed. FIG. 1B shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 1C. Here, the planar shape of the two edge portions sandwiching the region where the thin line portion described later is formed is preferably composed of semicircles having the same diameter. Moreover, you may be comprised by a part of circular arc. For example, a resist pattern having an opening corresponding to the opening 104 may be formed by a well-known lithography technique, and the silicon oxide layer 103 may be selectively removed by a known etching technique using the resist pattern as a mask. The opening 104 may be formed partway through the silicon oxide layer 103. Note that the opening 104 may be formed until the silicon layer 102 is reached.

開口部104の平面形状の寸法は、まず、図1Bおよび図1Cの左右方向(細線を延在させる方向)に数10〜数100nm程度である。この寸法が、後述する細線の延在方向の長さを規定するものとなる。この細線の延在方向の中に、3つの単電子島を配置することになるため、これを考慮して細線の延在方向の長さを決定すればよい。また、図1Bおよび図1Cの上下方向の寸法は、所望とする細線の幅の数倍程度としておけばよい。   The dimension of the planar shape of the opening 104 is about several tens to several hundreds of nanometers in the left-right direction (direction in which the thin line extends) in FIGS. 1B and 1C. This dimension defines the length in the extending direction of the thin wire described later. Since three single electron islands are arranged in the extending direction of the thin wire, the length of the extending direction of the thin wire may be determined in consideration of this. Further, the vertical dimension in FIGS. 1B and 1C may be about several times the desired width of the thin line.

次に、上述したレジストパターンを除去した後、酸化シリコン層103を介してシリコン層102の上層部を熱酸化し、図1Dに示すように、シリコン層102を薄くする。この酸化は、酸化シリコン層103の中を酸素などの酸化物質が拡散し、シリコン層102のシリコンと反応することで生じている。このため、酸化シリコン層103が薄くなっている開口部104の領域においては、この下のシリコン層102は、他の領域に比較して酸化速度が早くなり、薄くなる。これらのことにより、開口部104の下の領域のシリコン層102に、他の領域より層厚の薄い細線形成領域106を形成する。   Next, after removing the resist pattern described above, the upper layer portion of the silicon layer 102 is thermally oxidized through the silicon oxide layer 103 to thin the silicon layer 102 as shown in FIG. 1D. This oxidation is caused by the fact that an oxidizing substance such as oxygen diffuses in the silicon oxide layer 103 and reacts with silicon in the silicon layer 102. For this reason, in the region of the opening 104 where the silicon oxide layer 103 is thin, the lower silicon layer 102 has a faster oxidation rate than other regions and becomes thinner. As a result, a thin line forming region 106 having a thinner thickness than other regions is formed in the silicon layer 102 in the region below the opening 104.

ところで、開口部104をシリコン層102に到達するまで形成し、また、開口部104をシリコン層102の途中までの深さに形成しておくことで、開口部104の領域におけるシリコン層102の層厚を、他の領域に比較してより薄くすることができる。   By the way, the opening 104 is formed until reaching the silicon layer 102, and the opening 104 is formed to a depth halfway through the silicon layer 102, whereby the silicon layer 102 layer in the region of the opening 104 is formed. The thickness can be made thinner compared to other areas.

次に、形成しようとする細線の延在方向に対して直交して細線形成領域106(開口部104)を挟む2つの箇所に、図1E,図1Fに示すように、対向して配置される2つの溝部105を形成する。なお、図1Fは、図1EのXX’の断面を示している。溝部105は、絶縁層101に到達するまで形成する。また、溝部105は、対向する2つの端部を残し、細線形成領域106の中央部に入り込むように形成する。これらの2つの溝部105を形成することで、対向する溝部105の間のシリコン層102により、細線部106aが形成される。2つの溝部105の対向する間隔により、細線部106aの幅が規定されるようになる。なお、図1Eにおいて、符号104’は、開口部104において、上述した対向する2つの端部の外側の縁部を仮想的に示す仮想線であり、以下では縁部104’と記載する。   Next, as shown in FIG. 1E and FIG. 1F, they are arranged opposite to each other at two positions sandwiching the fine wire forming region 106 (opening 104) perpendicular to the extending direction of the fine wire to be formed. Two groove portions 105 are formed. FIG. 1F shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 1E. The groove 105 is formed until it reaches the insulating layer 101. Further, the groove portion 105 is formed so as to enter the central portion of the fine line forming region 106 while leaving two opposing end portions. By forming these two groove portions 105, the thin line portion 106 a is formed by the silicon layer 102 between the opposed groove portions 105. The width of the thin line portion 106a is defined by the distance between the two groove portions 105 facing each other. In FIG. 1E, reference numeral 104 ′ is an imaginary line that virtually indicates the outer edge of the two opposing ends in the opening 104, and is hereinafter referred to as the edge 104 ′.

溝部105の形成では、例えば、よく知られたリソグラフィー技術により溝部105に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により酸化シリコン層103およびシリコン層102を選択的にエッチング除去すればよい。なお、図1Eでは、溝部105が、図1Eの上下方向(細線部106aより離れる方向)に、図示する範囲を越えて延在しているが、これに限るものではない。細線部106aより離れる方向の長さは、細線部106aの延在方向の長さより短い距離としてもよい。   In the formation of the groove 105, for example, a resist pattern having an opening corresponding to the groove 105 is formed by a well-known lithography technique, and the silicon oxide layer 103 and the silicon layer 102 are formed by a known etching technique using this resist pattern as a mask. It may be selectively removed by etching. In FIG. 1E, the groove 105 extends in the vertical direction (the direction away from the thin line portion 106a) in FIG. 1E beyond the range shown in the drawing, but the present invention is not limited to this. The length in the direction away from the thin wire portion 106a may be shorter than the length in the extending direction of the thin wire portion 106a.

次に、上述したレジストパターンを除去した後、再度、酸化シリコン層103を介してシリコン層102の上層部を熱酸化し、図1Gに示すように、シリコン層102をより薄くする。例えば、800℃から1200℃程度の温度条件で熱酸化をすればよい。   Next, after removing the resist pattern described above, the upper layer portion of the silicon layer 102 is thermally oxidized again through the silicon oxide layer 103 to make the silicon layer 102 thinner as shown in FIG. 1G. For example, thermal oxidation may be performed under a temperature condition of about 800 ° C. to 1200 ° C.

この酸化工程により、開口部104の曲線状の2つの縁部104’の下の領域の内側近傍において、図1G,図1Hに示すように、層厚方向にくびれるくびれ部107が形成され、くびれ部107においては、シリコン層102の層厚がより薄くなり、層厚方向の量子サイズ効果によりトンネルバリアが形成されるようになる。なお、図1Gは、図1HのXX’の断面を示している。   By this oxidation step, a constriction 107 constricted in the layer thickness direction is formed in the vicinity of the inside of the region under the two curved edges 104 ′ of the opening 104, as shown in FIGS. 1G and 1H. In the portion 107, the thickness of the silicon layer 102 becomes thinner, and a tunnel barrier is formed by the quantum size effect in the layer thickness direction. FIG. 1G shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 1H.

また、当該酸化の工程では、細線部106aを挟んで対向する2つの溝部105が形成されているため、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域の端部においても、トンネルバリアが形成されるようになる。   Further, in the oxidation step, two groove portions 105 that are opposed to each other with the fine wire portion 106a interposed therebetween are formed, so that a tunnel barrier is also formed at the end of the region of the fine wire portion 106a that is sandwiched between the two groove portions 105. Will come to be.

以上のことにより、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域に1つの単電子島が形成され、細線部106aの両端部と2つのくびれ部107との間の2つの領域に各々単電子島が形成される。単電子島は、合計で3つ形成される。   As described above, one single electron island is formed in the region of the thin wire portion 106 a sandwiched between the two groove portions 105, and each single region is formed in the two regions between the both ends of the thin wire portion 106 a and the two constricted portions 107. An electronic island is formed. Three single electron islands are formed in total.

次に、図1I,図1Jに示すように、少なくとも、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域が覆われるように、ゲート電極109を形成する。なお、図1Iは、図1JのXX’の断面を示している。ここでは、細線部106aの全域が覆われた状態にゲート電極109を形成している。ゲート電極109はトップゲートとなる。このようにしてゲート電極109を形成することで、単電子ターンスタイルデバイスが得られる。   Next, as shown in FIGS. 1I and 1J, the gate electrode 109 is formed so as to cover at least the region of the thin line portion 106a sandwiched between the two groove portions 105. FIG. 1I shows a cross section XX ′ of FIG. 1J. Here, the gate electrode 109 is formed in a state in which the entire thin line portion 106a is covered. The gate electrode 109 becomes a top gate. By forming the gate electrode 109 in this manner, a single electron turn style device can be obtained.

次に、上述した3つの単電子島が、各々、細線部106aおよび細線部106aの両端部と2つのくびれ部107との間の2つの領域に形成されることについて、より詳細に説明する。   Next, it will be described in more detail that the above-described three single electron islands are formed in two regions between the narrow wire portion 106a and both ends of the thin wire portion 106a and the two constricted portions 107, respectively.

まず、2つの溝部105を形成した後の酸化工程では、細線部106aを挟んで対向する2つの溝部105が存在しているため、この酸化は、公知のパターン依存酸化法(PADOX法)と同等になる(非特許文献2,3参照)。この結果、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域の端部においては、トンネルバリアが形成されるようになる。   First, in the oxidation step after forming the two groove portions 105, there are two groove portions 105 facing each other with the fine wire portion 106a interposed therebetween. Therefore, this oxidation is equivalent to a known pattern-dependent oxidation method (PADOX method). (See Non-Patent Documents 2 and 3). As a result, a tunnel barrier is formed at the end of the region of the fine line portion 106 a sandwiched between the two groove portions 105.

上述した、パターン依存酸化による2つのトンネルバリアの形成について、より詳細に説明する。まず、細線部106aでは、細線幅(シリコン層102の平面内で延在方向に垂直な方向の細線のサイズ)が細いことによる量子サイズ効果でポテンシャルエネルギーが上昇している。しかしながら、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域では、溝部105の存在によりより多く酸化されることになり、この酸化により強い圧縮応力が働くことになる。   The above-described formation of the two tunnel barriers by pattern-dependent oxidation will be described in more detail. First, in the fine line portion 106a, the potential energy is increased by the quantum size effect due to the fine line width (the size of the fine line in the direction perpendicular to the extending direction in the plane of the silicon layer 102). However, in the region of the fine wire portion 106a sandwiched between the two groove portions 105, more oxidation occurs due to the presence of the groove portion 105, and a strong compressive stress acts due to this oxidation.

この圧縮応力により、図2の(c)に示すように、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域201では、中央部のバンドギャップが減少し、これに伴ってポテンシャルエネルギーも減少する。これにより、2つの溝部105で挟まれた細線部106aの領域201では、くびれ部107の側の両端部にポテンシャルバリアが残った構造が形成され、このポテンシャルバリアが残った領域が、トンネルバリアとして機能するようになる。この結果、ポテンシャルエネルギーが減少した領域201の中央部に、単電子島が形成されるようになる。   Due to this compressive stress, as shown in FIG. 2C, in the region 201 of the thin wire portion 106a sandwiched between the two groove portions 105, the band gap in the central portion decreases, and the potential energy also decreases accordingly. . As a result, in the region 201 of the thin wire portion 106a sandwiched between the two groove portions 105, a structure in which a potential barrier is left is formed at both ends on the constricted portion 107 side, and the region in which this potential barrier remains is used as a tunnel barrier. Become functional. As a result, a single electron island is formed at the center of the region 201 where the potential energy is reduced.

次に、くびれ部107にトンネルバリアが形成されることについて説明する。2つの溝部105を形成した後の酸化工程では、シリコン層102が、先に行っている酸化工程により、他の領域のシリコン層102より薄い状態となっている。また、この酸化工程では、2つの溝部105が形成されているので、この部分においては、絶縁層101が露出している。このため、当該酸化工程では、酸化シリコン層103の中に加えて、絶縁層101の中を酸素などの酸化物質が拡散し、シリコン層102を酸化させることになる。   Next, the formation of a tunnel barrier at the constricted portion 107 will be described. In the oxidation process after forming the two groove portions 105, the silicon layer 102 is thinner than the silicon layer 102 in the other region due to the oxidation process performed previously. In this oxidation step, since the two groove portions 105 are formed, the insulating layer 101 is exposed at this portion. For this reason, in the oxidation step, an oxidizing substance such as oxygen diffuses in the insulating layer 101 in addition to the silicon oxide layer 103 to oxidize the silicon layer 102.

このように酸化されると、他の領域より薄くなっている開口部104の領域の曲線で構成された2つの縁部104’に近い領域では、細線部106aの領域の端部に近づくほど、酸化による体積増加に伴う応力で酸化が進行せず、上記端部よりも離れるほど酸化がより進行する。この結果、図2の(a)に示すように、層厚方向にくびれるくびれ部107が形成され、くびれ部107においては、シリコン層102がより薄くなる。このくびれ部107の形成では、溝部105を形成して細線部106aを形成した後の酸化において、くびれ部107の段差が得られる程度の酸化速度の差を確保することが重要となる。本実施の形態では、開口部104を形成することで、酸化シリコン層103の層厚に差を形成し、上述した酸化速度の差を得るようにしている。   When oxidized in this manner, in the region close to the two edge portions 104 ′ constituted by the curve of the region of the opening 104 that is thinner than the other regions, the closer to the end of the region of the thin line portion 106a, Oxidation does not proceed due to the stress accompanying the increase in volume due to oxidation, and oxidation proceeds more as the distance from the end portion increases. As a result, as shown in FIG. 2A, a constricted portion 107 constricted in the layer thickness direction is formed, and in the constricted portion 107, the silicon layer 102 becomes thinner. In the formation of the constricted portion 107, it is important to ensure a difference in oxidation rate to the extent that a level difference of the constricted portion 107 can be obtained in the oxidation after forming the groove portion 105 and forming the thin wire portion 106a. In this embodiment, by forming the opening 104, a difference is formed in the layer thickness of the silicon oxide layer 103, and the above-described difference in oxidation rate is obtained.

このようにして形成したくびれ部107は、層厚方向の量子サイズ効果により、図2の(c)に示すようにポテンシャルエネルギーが上昇した領域202が形成され、トンネルバリアとして機能するようになる。この結果、領域201の両端部と2つの領域202との間のポテンシャルエネルギーの低い領域は、ポテンシャルバリアで挟まれた状態となり、各々に単電子島が形成されるようになる。領域202のトンネルバリアは、酸化やエッチングなどによるシリコン層の層厚方向の制御により行えるため、リソグラフィー技術による最小寸法の制限を受けることがなく形成できる。   The constricted portion 107 formed in this manner functions as a tunnel barrier by forming a region 202 having an increased potential energy as shown in FIG. 2C due to the quantum size effect in the layer thickness direction. As a result, the regions with low potential energy between both ends of the region 201 and the two regions 202 are sandwiched by the potential barriers, and single electron islands are formed in each region. Since the tunnel barrier in the region 202 can be controlled by controlling the thickness direction of the silicon layer by oxidation, etching, or the like, the tunnel barrier can be formed without being limited by the minimum dimension by the lithography technique.

以上に説明したように、本実施の形態によれば、図3Aおよび図3Bに示すように、細線部106aの中央部に単電子島301が形成され、細線部106aと2つのくびれ部107とに挟まれたシリコン層102の領域に各々単電子島302が形成されるようになる。また、単電子島301および単電子島302は、単電子島301を中央として、直線上に直列に接続配置される。なお、図3Bは、図3AのXX’の一部断面を示している。   As described above, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the single electron island 301 is formed at the center of the thin wire portion 106a, and the thin wire portion 106a and the two constricted portions 107 are formed. Single electron islands 302 are formed in the regions of the silicon layer 102 sandwiched between the layers. The single electron island 301 and the single electron island 302 are connected and arranged in series on a straight line with the single electron island 301 as the center. FIG. 3B shows a partial cross section of XX ′ of FIG. 3A.

ところで、上述した本実施の形態における単電子ターンスタイルデバイスにおいて、ゲート電極109は、中央の単電子島の上が覆われるように形成することが望ましいが、両側の2つの単電子島に重なっていてもよい。これについて、以下に説明する。   By the way, in the single-electron turn-style device according to the present embodiment described above, the gate electrode 109 is preferably formed so as to cover the center single-electron island, but overlaps the two single-electron islands on both sides. May be. This will be described below.

左右の単電子島は、これより外側のシリコン層102と、くびれ部107によるトンネルバリアを介して容量的に結合している。これに対し、中央部の単電子島と左右の単電子島とは、これらの間のポテンシャルバリアが残った領域のトンネルバリアを介して容量的に結合している。図3Aの平面図からも明らかなように、中央部の単電子島と左右の単電子島との境界に対し、くびれ部107の方が長く、くびれ部107に形成される容量の方がより大きくなる。   The left and right single electron islands are capacitively coupled to the outer silicon layer 102 through a tunnel barrier formed by the constricted portion 107. On the other hand, the single-electron islands in the central part and the left and right single-electron islands are capacitively coupled via a tunnel barrier in a region where a potential barrier remains between them. As is clear from the plan view of FIG. 3A, the constricted portion 107 is longer than the boundary between the single-electron island in the center and the left and right single-electron islands, and the capacitance formed in the constricted portion 107 is greater. growing.

このため、ゲート電極109が3つの単電子島を覆うように形成されていても、左右の単電子島は、これより外側のシリコン層102とより強く結合する。従って、図4の等価回路に示すように、ゲート電極と左右の単電子島との結合容量は小さくなり、ゲート電極と中央の単電子島との結合容量の方が大きくなる。このように、本実施の形態によれば、ゲート電極が3つの単電子島を覆うように形成されていても、中央の単電子島との容量結合をより強くした構成が、自動的に形成されるようになる。このため、本実施の形態によれば、ゲート電極の作製においても、高い寸法精度や位置精度が要求されることがない。   For this reason, even if the gate electrode 109 is formed so as to cover three single electron islands, the left and right single electron islands are more strongly coupled to the outer silicon layer 102. Therefore, as shown in the equivalent circuit of FIG. 4, the coupling capacitance between the gate electrode and the left and right single electron islands is small, and the coupling capacitance between the gate electrode and the central single electron island is larger. Thus, according to the present embodiment, even when the gate electrode is formed so as to cover three single electron islands, a configuration in which capacitive coupling with the central single electron island is further strengthened is automatically formed. Will come to be. For this reason, according to the present embodiment, high dimensional accuracy and positional accuracy are not required even in the production of the gate electrode.

ところで、溝部105は、開口部104の曲線で構成された両縁部の方向に対して可能な範囲で中央部に形成すると、溝部105の形成位置に対応して中央の単電子島が形成されるようになるので、左右の単電子島を均等に形成することができる。このように、左右の単電子島を均等にすることで、どちらの方向にも同様に電子の転送を行うことができるようになる。   By the way, if the groove part 105 is formed in the central part as far as possible with respect to the direction of the both edges constituted by the curve of the opening part 104, a central single electron island is formed corresponding to the formation position of the groove part 105. As a result, the left and right single-electron islands can be formed uniformly. In this way, by making the left and right single electron islands equal, electrons can be transferred in the same way in either direction.

一方、左右に大きさの異なる単電子島を形成すると、単電子ターンスタイルデバイスを動作させるときに、電子を送る方向に差異が発生して動作マージンに差が出る。このようにすることで、一方向に選択的に電子を転送させることができる。   On the other hand, when single-electron islands of different sizes are formed on the left and right, when operating a single-electron turnstyle device, a difference occurs in the direction of sending electrons, resulting in a difference in operating margin. In this way, electrons can be selectively transferred in one direction.

以上に説明したように、本実施の形態では、シリコン層の上に形成した酸化シリコン層に、対向する両縁部を曲線で構成した平面形状の開口部を形成し、また、例えば熱酸化により開口部におけるシリコン層の層厚が他の領域より薄い状態とし、この開口部を挟むように対向した2つの溝部をシリコン層の側部が露出するまで形成し、溝部を形成した後の熱酸化によりシリコン層をより薄くするところに特徴がある。   As described above, in this embodiment, a planar opening having curved edges at both edges is formed in the silicon oxide layer formed on the silicon layer, and, for example, by thermal oxidation. The thickness of the silicon layer in the opening is made thinner than other regions, and two groove portions facing each other so as to sandwich the opening are formed until the side portion of the silicon layer is exposed, and the thermal oxidation after forming the groove portion This is characterized in that the silicon layer is made thinner.

従って、本実施の形態の単電子ターンスタイルデバイスは、絶縁層101に上に形成されたシリコン層102と、シリコン層102の上に形成された酸化シリコン層103と、シリコン層102にシリコン層102の平面方向に対向して形成された他の領域より薄い2つのくびれ部107と、2つのくびれ部107の配置方向に直交して2つのくびれ部107の間の領域に対向して配置され、絶縁層101に到達する2つの溝部105と、2つの溝部105に挟まれたシリコン層に形成された細線部106aと、細線部106aの上に形成されたゲート電極109とを少なくとも備え、くびれ部107は、溝部105を形成した後の、シリコン層102の上層に形成されたくびれ部107に対応する対向する2つの縁部を少なくとも備える開口部104を通した熱酸化によりシリコン層102の上層を酸化することで形成され、くびれ部107を形成する熱酸化により、くびれ部107におけるシリコン層102は、量子サイズ効果が生じる層厚にされている。   Therefore, the single-electron turnstyle device of this embodiment includes a silicon layer 102 formed on the insulating layer 101, a silicon oxide layer 103 formed on the silicon layer 102, and a silicon layer 102 on the silicon layer 102. Two constricted portions 107 thinner than other regions formed opposite to each other in the plane direction, and disposed opposite to the region between the two constricted portions 107 perpendicular to the arrangement direction of the two constricted portions 107, The constricted portion includes at least two groove portions 105 reaching the insulating layer 101, a thin wire portion 106a formed in a silicon layer sandwiched between the two groove portions 105, and a gate electrode 109 formed on the thin wire portion 106a. 107 is an opening having at least two opposing edges corresponding to the constricted portion 107 formed in the upper layer of the silicon layer 102 after the groove portion 105 is formed. It is formed by oxidizing the upper layer of the silicon layer 102 by thermal oxidation through the portion 104, and the silicon layer 102 in the constricted portion 107 is made to have a layer thickness that causes a quantum size effect by thermal oxidation to form the constricted portion 107. Yes.

これにより、まず、開口部の曲線状の両縁部に対応する箇所のシリコン層に、より層厚の薄いくびれ部が形成されるようになり、ここに、トンネルバリアが形成されるようになる。また、溝部に挟まれたシリコン層に形成される細線部の両側にも、溝部の存在下で酸化することによる細線部中央部のポテンシャルエネルギーの低下により、細線部の両端部にトンネルバリアが形成されるようになる。これらの結果、本実施の形態では、2つのくびれ部のトンネルバリアと、細線部の両端部のトンネルバリアとの間に、2つの単電子島が形成され、細線部の中央部にも1つの単電子島が形成されるようになる。また、これらの3つの単電子島が、直線上に直列に接続された状態となる。   As a result, first, a constricted portion with a thinner layer thickness is formed in the silicon layer at a location corresponding to both curved edges of the opening, and a tunnel barrier is formed here. . In addition, tunnel barriers are formed at both ends of the fine wire portion on both sides of the fine wire portion formed in the silicon layer sandwiched between the groove portions due to a decrease in potential energy at the central portion of the fine wire portion due to oxidation in the presence of the groove portion. Will come to be. As a result, in this embodiment, two single-electron islands are formed between the tunnel barriers of the two constricted portions and the tunnel barriers at both ends of the thin wire portion, and one is also formed in the central portion of the thin wire portion. Single-electron islands are formed. Further, these three single electron islands are connected in series on a straight line.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

まず、図5A,図5Bに示すように、絶縁層501,シリコン層502を備える基板を用意する。なお、図5Aは、図5BのXX’の断面を示している。例えば、SOI基板を用いることができる。SOI基板の埋め込み絶縁層(酸化シリコン層)が絶縁層501となり、表面シリコン層がシリコン層502となる。このような基板を用意したら、シリコン層502の上に酸化シリコン層503を形成する。酸化シリコン層503は、例えば、シリコン層502の表面を熱酸化することで形成すればよい。また、シリコン層502の上に、よく知られた化学的気相堆積(CVD)法により酸化シリコンを堆積することで形成してもよい。シリコン層502は、層厚10nm程度とし、酸化シリコン層503は、層厚10nm程度とすればよい。   First, as shown in FIGS. 5A and 5B, a substrate including an insulating layer 501 and a silicon layer 502 is prepared. FIG. 5A shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 5B. For example, an SOI substrate can be used. The buried insulating layer (silicon oxide layer) of the SOI substrate becomes the insulating layer 501 and the surface silicon layer becomes the silicon layer 502. When such a substrate is prepared, a silicon oxide layer 503 is formed on the silicon layer 502. The silicon oxide layer 503 may be formed by thermally oxidizing the surface of the silicon layer 502, for example. Alternatively, silicon oxide may be deposited on the silicon layer 502 by a well-known chemical vapor deposition (CVD) method. The silicon layer 502 may have a thickness of about 10 nm, and the silicon oxide layer 503 may have a thickness of about 10 nm.

次に、図5A,図5Bに示すように、酸化シリコン層503に、後述する細線を形成する箇所に、少なくとも細線を延在させる方向の両縁部が曲線で構成された開口部504を形成する。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により開口部504に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により酸化シリコン層503を選択的にエッチング除去すればよい。開口部504は、シリコン層502の途中まで形成する。レジストパターンは、開口部504を形成した後に除去する。   Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, an opening 504 in which at least both edges in the direction in which the thin line is extended is formed in a curved line is formed in the silicon oxide layer 503 at the position where the thin line to be described later is formed. To do. For example, a resist pattern having an opening corresponding to the opening 504 may be formed by a well-known lithography technique, and the silicon oxide layer 503 may be selectively removed by a known etching technique using the resist pattern as a mask. The opening 504 is formed partway through the silicon layer 502. The resist pattern is removed after the opening 504 is formed.

開口部504の平面形状の寸法は、まず、図5Bの左右方向(細線を延在させる方向)に数10〜数100nm程度である。この寸法が、後述する細線の延在方向の長さを規定するものとなる。この細線の延在方向の中に、3つの単電子島を配置することになるため、これを考慮して細線の延在方向の長さを決定すればよい。また、図5Bの上下方向の寸法は、所望とする細線の幅の数倍程度としておけばよい。   First, the dimension of the planar shape of the opening 504 is about several tens to several hundreds of nanometers in the left-right direction in FIG. 5B (the direction in which the thin line extends). This dimension defines the length in the extending direction of the thin wire described later. Since three single electron islands are arranged in the extending direction of the thin wire, the length of the extending direction of the thin wire may be determined in consideration of this. Further, the vertical dimension in FIG. 5B may be about several times the desired width of the thin line.

次に、形成しようとする細線の延在方向に対して直交して開口部504を挟む2つの箇所に、図5C,図5Dに示すように、対向して配置される2つの溝部505を形成する。なお、図5Cは、図5DのXX’の断面を示している。溝部505は、絶縁層501に到達するまで形成する。また、溝部505は、開口部504の曲線で構成された両縁部の部分の端部に露出するシリコン層502の領域を残し、開口部504の中央部に入り込むように形成する。これらの2つの溝部505を形成することで、対向する溝部505の間のシリコン層502により、細線部506が形成される。2つの溝部505の対向する間隔により、細線部506の幅が規定されるようになる。   Next, as shown in FIGS. 5C and 5D, two groove portions 505 that are arranged to face each other are formed at two locations that sandwich the opening portion 504 perpendicular to the extending direction of the thin wire to be formed. To do. FIG. 5C shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 5D. The groove portion 505 is formed until the insulating layer 501 is reached. The groove portion 505 is formed so as to enter the central portion of the opening portion 504 while leaving the region of the silicon layer 502 exposed at the ends of both edge portions formed by the curve of the opening portion 504. By forming these two groove portions 505, a thin line portion 506 is formed by the silicon layer 502 between the facing groove portions 505. The width of the thin line portion 506 is defined by the distance between the two groove portions 505 facing each other.

溝部505の形成では、例えば、よく知られたリソグラフィー技術により溝部505に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により酸化シリコン層503およびシリコン層502を選択的にエッチング除去すればよい。なお、図5Cでは、溝部505が、図5Cの上下方向(細線部506より離れる方向)に、図示する範囲を越えて延在しているが、これに限るものではない。細線部506より離れる方向の長さは、細線部506の延在方向の長さより短い距離としてもよい。   In the formation of the groove portion 505, for example, a resist pattern having an opening corresponding to the groove portion 505 is formed by a well-known lithography technique, and the silicon oxide layer 503 and the silicon layer 502 are formed by a known etching technique using this resist pattern as a mask. It may be selectively removed by etching. In FIG. 5C, the groove portion 505 extends in the vertical direction (the direction away from the thin wire portion 506) in FIG. 5C beyond the range shown in the figure, but is not limited thereto. The length in the direction away from the thin wire portion 506 may be shorter than the length in the extending direction of the thin wire portion 506.

次に、上述したレジストパターンを除去した後、酸化シリコン層503を介してシリコン層502の上層部を熱酸化し、図5Eに示すように、シリコン層502を薄くする。例えば、800℃から1200℃程度の温度条件で熱酸化をすればよい。   Next, after removing the resist pattern described above, the upper layer portion of the silicon layer 502 is thermally oxidized through the silicon oxide layer 503 to thin the silicon layer 502 as shown in FIG. 5E. For example, thermal oxidation may be performed under a temperature condition of about 800 ° C. to 1200 ° C.

この酸化工程により、開口部504の曲線状の両縁部に対応する曲線状の境界部の内側近傍において、層厚方向にくびれるくびれ部507が形成され、くびれ部507においては、シリコン層502がより薄くなり、トンネルバリアが形成されるようになる。   By this oxidation step, a constricted portion 507 constricted in the layer thickness direction is formed in the vicinity of the inside of the curved boundary corresponding to both curved edges of the opening 504, and the silicon layer 502 is formed in the constricted portion 507. It becomes thinner and a tunnel barrier is formed.

また、当該酸化の工程では、細線部506を挟んで対向する2つの溝部505が形成されているため、細線部506の領域の端部においても、トンネルバリアが形成されるようになる。   In the oxidation step, since the two groove portions 505 that face each other with the fine wire portion 506 interposed therebetween are formed, a tunnel barrier is also formed at the end portion of the region of the fine wire portion 506.

以上のことにより、2つの溝部505で挟まれた細線部506の領域に1つの単電子島が形成され、細線部506の両端部と2つのくびれ部507との間の2つの領域に各々単電子島が形成される。単電子島は、合計で3つ形成される。   As described above, one single electron island is formed in the region of the thin wire portion 506 sandwiched between the two groove portions 505, and each of the two regions between the both ends of the thin wire portion 506 and the two constricted portions 507 is single. An electronic island is formed. Three single electron islands are formed in total.

以上のように、3つの単電子島が形成された後、前述した実施の形態1と同様にすることで、少なくとも細線部506に形成される中央部の単電子島の領域が覆われるように、ゲート電極を形成すれば、単電子ターンスタイルデバイスが得られる。   As described above, after the formation of the three single electron islands, the region of the single electron island in the central part formed in at least the thin line portion 506 is covered by the same process as in the first embodiment. If a gate electrode is formed, a single-electron turn-style device can be obtained.

本実施の形態では、シリコン層の上に形成した酸化シリコン層に、対向する両縁部を曲線で構成した平面形状の開口部を形成し、この開口部の形成により、開口部におけるシリコン層の層厚が他の領域より薄い状態とし、また、この開口部を挟むように対向した2つの溝部をシリコン層の側部が露出するまで形成し、溝部を形成した後の熱酸化によりシリコン層をより薄くするところに特徴がある。   In the present embodiment, a planar opening having curved edges at opposite edges is formed in the silicon oxide layer formed on the silicon layer, and by forming this opening, the silicon layer in the opening is formed. The layer thickness is made thinner than other regions, and two groove portions facing each other so as to sandwich this opening are formed until the side portion of the silicon layer is exposed, and the silicon layer is formed by thermal oxidation after forming the groove portions. It is characterized by making it thinner.

また、本実施の形態でも、開口部(開口部504)の形成により、シリコン層の上の酸化シリコン層の層厚に差を形成し、くびれ部の形成のための酸化速度の差を得るようにしている。なお、本実施の形態では、開口部の形成でシリコン層の層厚を薄くしているため、熱酸化の工程が1回となり、前述した実施の形態1に比較して熱酸化の工程を減らすことができる。   Also in this embodiment, by forming the opening (opening 504), a difference is formed in the thickness of the silicon oxide layer over the silicon layer, and a difference in oxidation rate for forming the constricted portion is obtained. I have to. In this embodiment, since the thickness of the silicon layer is reduced by forming the opening, the thermal oxidation process is performed once, and the thermal oxidation process is reduced as compared with the first embodiment described above. be able to.

[実施の形態3]
ところで、上述では、シリコン層の途中まで開口部を形成したが、開口部は、シリコン層の表面が露出するまで酸化シリコン層に形成するようにしてもよい。
[Embodiment 3]
In the above description, the opening is formed partway through the silicon layer. However, the opening may be formed in the silicon oxide layer until the surface of the silicon layer is exposed.

例えば、まず、図6Aに示すように、絶縁層601,シリコン層602を備える基板を用意する。このような基板を用意したら、シリコン層602の上に酸化シリコン層603を形成する。次に、図6B,図6Cに示すように、酸化シリコン層603に、細線を形成する箇所に、少なくとも細線を延在させる方向の両縁部が曲線で構成された開口部604を形成する。開口部604は、シリコン層602の表面が露出するまで形成する。なお、図6Bは、図6CのXX’の断面を示している。   For example, first, as shown in FIG. 6A, a substrate including an insulating layer 601 and a silicon layer 602 is prepared. When such a substrate is prepared, a silicon oxide layer 603 is formed on the silicon layer 602. Next, as shown in FIGS. 6B and 6C, in the silicon oxide layer 603, an opening 604 in which both edges in the direction in which the fine line is extended is configured with a curve is formed at a position where the fine line is to be formed. The opening 604 is formed until the surface of the silicon layer 602 is exposed. FIG. 6B shows a cross section XX ′ of FIG. 6C.

次に、形成しようとする細線の延在方向に対して直交して開口部604を挟む2つの箇所に、図6Dに示すように、対向して配置される2つの溝部605を形成する。溝部605は、絶縁層601に到達するまで形成する。また、溝部605は、開口部604の曲線で構成された両縁部の部分の端部に露出するシリコン層602を残し、開口部604の中央部に入り込むように形成する。これらの2つの溝部605を形成することで、対向する溝部605の間のシリコン層602により、細線部606が形成される。2つの溝部605の対向する間隔により、細線部606の幅が規定されるようになる。   Next, as shown in FIG. 6D, two groove portions 605 arranged opposite to each other are formed at two locations sandwiching the opening 604 perpendicular to the extending direction of the thin wire to be formed. The groove portion 605 is formed until reaching the insulating layer 601. The groove portion 605 is formed so as to enter the central portion of the opening portion 604 while leaving the silicon layer 602 exposed at the ends of both edge portions formed by the curve of the opening portion 604. By forming these two groove portions 605, a thin line portion 606 is formed by the silicon layer 602 between the groove portions 605 facing each other. The width of the thin line portion 606 is defined by the distance between the two groove portions 605 facing each other.

以上のようにして溝部605および細線部606を形成した後、前述した実施の形態2と同様に、酸化シリコン層603を介してシリコン層602の上層部を熱酸化し、シリコン層602を薄くする。この酸化工程により、開口部604の両縁部に対応する曲線状の境界部の内側近傍において、層厚方向にくびれるくびれ部が形成され、くびれ部においては、シリコン層602がより薄くなり、トンネルバリアが形成されるようになる。   After forming the groove portion 605 and the thin wire portion 606 as described above, the upper layer portion of the silicon layer 602 is thermally oxidized through the silicon oxide layer 603 to reduce the thickness of the silicon layer 602, as in the second embodiment. . By this oxidation process, a constricted portion constricted in the layer thickness direction is formed in the vicinity of the inside of the curved boundary corresponding to both edges of the opening 604, and the silicon layer 602 becomes thinner in the constricted portion, and the tunnel A barrier is formed.

また、当該酸化の工程では、細線部606を挟んで対向する2つの溝部605が形成されているため、細線部606の領域の端部においても、トンネルバリアが形成されるようになる。   In the oxidation step, since the two groove portions 605 that are opposed to each other with the fine wire portion 606 interposed therebetween are formed, a tunnel barrier is also formed at the end portion of the region of the fine wire portion 606.

以上のことにより、2つの溝部605で挟まれた細線部606の領域に1つの単電子島が形成され、細線部606の両端部と2つのくびれ部との間の2つの領域に各々単電子島が形成される。単電子島は、合計で3つ形成される。   As described above, one single electron island is formed in the region of the thin wire portion 606 sandwiched between the two groove portions 605, and each single electron is formed in the two regions between the both ends of the thin wire portion 606 and the two constricted portions. An island is formed. Three single electron islands are formed in total.

本実施の形態では、上述した熱酸化の量を制御することで、細線部606の層厚およびくびれ部の段差量を制御する。本実施の形態においても、開口部604を形成することで、酸化シリコン層603に段差が形成され、熱酸化におけるシリコン層602の酸化速度に差を形成できるので、前述した実施の形態1,2と同様の結果が得られる。   In the present embodiment, by controlling the amount of thermal oxidation described above, the layer thickness of the fine line portion 606 and the step amount of the constricted portion are controlled. Also in this embodiment, since the opening 604 is formed, a step is formed in the silicon oxide layer 603 and a difference can be formed in the oxidation rate of the silicon layer 602 in the thermal oxidation. Similar results are obtained.

[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4について説明する。まず、図7Aに示すように、絶縁層701,シリコン層702を備える基板を用意する。例えば、SOI基板を用いることができる。SOI基板の埋め込み絶縁層(酸化シリコン層)が絶縁層701となり、表面シリコン層がシリコン層702となる。このような基板を用意したら、シリコン層702の上に酸化シリコン層703および窒化シリコン層704を形成する。酸化シリコン層703は、例えば、シリコン層702の表面を熱酸化することで形成すればよい。
[Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 7A, a substrate including an insulating layer 701 and a silicon layer 702 is prepared. For example, an SOI substrate can be used. The buried insulating layer (silicon oxide layer) of the SOI substrate becomes the insulating layer 701 and the surface silicon layer becomes the silicon layer 702. When such a substrate is prepared, a silicon oxide layer 703 and a silicon nitride layer 704 are formed over the silicon layer 702. For example, the silicon oxide layer 703 may be formed by thermally oxidizing the surface of the silicon layer 702.

また、シリコン層702の上に、よく知られた化学的気相堆積(CVD)法により酸化シリコンを堆積することで形成してもよい。また、窒化シリコン層704は、窒素系ガスとシラン系ガスを用いたCVD法により形成することができる。なお、窒化シリコンは、ストイキオメトリックには、Si34であるが、これからずれた組成の窒化シリコン層704でもよい。シリコン層702は、層厚10nm程度とし、酸化シリコン層703は、層厚10nm程度とし、窒化シリコン層704は、層厚10nm程度とすればよい。 Alternatively, silicon oxide may be deposited on the silicon layer 702 by a well-known chemical vapor deposition (CVD) method. The silicon nitride layer 704 can be formed by a CVD method using a nitrogen-based gas and a silane-based gas. The silicon nitride is Si 3 N 4 stoichiometrically, but may be a silicon nitride layer 704 having a composition deviating from this. The silicon layer 702 may have a thickness of about 10 nm, the silicon oxide layer 703 may have a thickness of about 10 nm, and the silicon nitride layer 704 may have a thickness of about 10 nm.

次に、図7Bおよび図7Cに示すように、窒化シリコン層704に、後述する細線を形成する箇所に、少なくとも細線を延在させる方向の両縁部が曲線で構成された開口部705を形成する。なお、図7Bは、図7CのXX’の断面を示している。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により開口部705に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により窒化シリコン層704を選択的にエッチング除去すればよい。開口部705は、酸化シリコン層703の表面が露出するまで形成する。   Next, as shown in FIGS. 7B and 7C, an opening 705 in which at least both edges in the direction in which the thin line is extended is formed in the silicon nitride layer 704 at a position where the thin line to be described later is formed is formed. To do. FIG. 7B shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 7C. For example, a resist pattern having an opening corresponding to the opening 705 may be formed by a well-known lithography technique, and the silicon nitride layer 704 may be selectively removed by a known etching technique using the resist pattern as a mask. The opening 705 is formed until the surface of the silicon oxide layer 703 is exposed.

開口部705の平面形状の寸法は、まず、図7Bおよび図7Cの左右方向(細線を延在させる方向)に数10〜数100nm程度である。この寸法が、後述する細線の延在方向の長さを規定するものとなる。この細線の延在方向の中に、3つの単電子島を配置することになるため、これを考慮して細線の延在方向の長さを決定すればよい。また、図7Bおよび図7Cの上下方向の寸法は、所望とする細線の幅の数倍程度としておけばよい。   The dimension of the planar shape of the opening 705 is about several tens to several hundreds of nanometers in the left-right direction (direction in which the thin line extends) in FIGS. 7B and 7C. This dimension defines the length in the extending direction of the thin wire described later. Since three single electron islands are arranged in the extending direction of the thin wire, the length of the extending direction of the thin wire may be determined in consideration of this. Further, the vertical dimension in FIGS. 7B and 7C may be about several times the desired width of the thin line.

次に、上述したレジストパターンを除去した後、開口部705に露出した酸化シリコン層703を介してシリコン層702の上層部を熱酸化し、図7Dに示すように、開口部705の領域におけるシリコン層702を薄くする。この酸化は、酸化シリコン層703の中を酸素などの酸化物質が拡散し、シリコン層702のシリコンと反応することで生じている。このため、酸化シリコン層703が露出している開口部705の領域においては、この下のシリコン層702は、他の領域に比較して酸化速度が早くなり、薄くなる。一方、窒化シリコン層704はほとんど酸化物質を透過しないので、窒化シリコン層704で覆われている領域のシリコン層702は、酸化されることがほぼ抑制されるものとなる。これらのことは、よく知られたLOCOS(LoCal Oxidation of Silicon)法の技術と同様である。   Next, after removing the resist pattern described above, the upper layer portion of the silicon layer 702 is thermally oxidized through the silicon oxide layer 703 exposed in the opening portion 705, and as shown in FIG. 7D, silicon in the region of the opening portion 705 is obtained. Layer 702 is thinned. This oxidation is caused by diffusion of an oxidizing substance such as oxygen in the silicon oxide layer 703 and reaction with silicon in the silicon layer 702. For this reason, in the region of the opening 705 where the silicon oxide layer 703 is exposed, the lower silicon layer 702 has a faster oxidation rate and is thinner than the other regions. On the other hand, since the silicon nitride layer 704 hardly transmits an oxidizing substance, the silicon layer 702 in the region covered with the silicon nitride layer 704 is substantially suppressed from being oxidized. These are the same as the well-known LOCOS (LoCal Oxidation of Silicon) technique.

これらのことにより、開口部705の下の領域のシリコン層702に、他の領域より層厚の薄い細線形成領域707を形成する。なお、開口部705において、酸化シリコン層703はより厚くなる。この結果、開口部705の領域とこの周囲との間で、酸化シリコン層703に段差が形成されることになる。   As a result, a thin line forming region 707 having a thinner layer thickness than other regions is formed in the silicon layer 702 in the region below the opening 705. Note that the silicon oxide layer 703 becomes thicker in the opening 705. As a result, a step is formed in the silicon oxide layer 703 between the region of the opening 705 and the periphery thereof.

次に、形成しようとする細線の延在方向に対して直交して細線形成領域707(開口部705)を挟む2つの箇所に、図7Eに示すように、対向して配置される2つの溝部706を形成する。溝部706は、絶縁層701に到達するまで形成する。また、溝部706は、細線形成領域707の曲線で構成された対向配置する2つの縁部705’を残し、細線形成領域707の中央部に入り込むように形成する。これらの2つの溝部706を形成することで、対向する溝部706の間のシリコン層702により、細線部707aが形成される。2つの溝部706の対向する間隔により、細線部707aの幅が規定されるようになる。   Next, as shown in FIG. 7E, two groove portions disposed opposite to each other at two locations sandwiching the fine wire forming region 707 (opening portion 705) perpendicular to the extending direction of the fine wire to be formed. 706 is formed. The groove 706 is formed until it reaches the insulating layer 701. Further, the groove portion 706 is formed so as to enter the central portion of the fine line forming region 707 while leaving two oppositely arranged edge portions 705 ′ configured by curves of the fine line forming region 707. By forming these two groove portions 706, a thin line portion 707a is formed by the silicon layer 702 between the opposed groove portions 706. The width of the thin line portion 707a is defined by the distance between the two groove portions 706 facing each other.

溝部706の形成では、例えば、よく知られたリソグラフィー技術により溝部706に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により窒化シリコン層704,酸化シリコン層703,およびシリコン層702を選択的にエッチング除去すればよい。なお、図7Eでは、溝部706が、図7Eの上下方向(細線部707aより離れる方向)に、図示する範囲を越えて延在しているが、これに限るものではない。細線部707aより離れる方向の長さは、細線部707aの延在方向の長さより短い距離としてもよい。   In the formation of the groove 706, for example, a resist pattern having an opening corresponding to the groove 706 is formed by a well-known lithography technique, and the silicon nitride layer 704 and the silicon oxide layer 703 are formed by a known etching technique using this resist pattern as a mask. , And the silicon layer 702 may be selectively removed by etching. In FIG. 7E, the groove portion 706 extends beyond the range shown in the vertical direction of FIG. 7E (a direction away from the thin line portion 707a), but the present invention is not limited to this. The length in the direction away from the thin wire portion 707a may be shorter than the length in the extending direction of the thin wire portion 707a.

次に、上述したレジストパターンを除去した後、再度、酸化シリコン層703を介してシリコン層702の上層部を熱酸化し、図7Fに示すように、シリコン層702をより薄くする。例えば、800℃から1200℃程度の温度条件で熱酸化をすればよい。   Next, after removing the resist pattern described above, the upper layer portion of the silicon layer 702 is thermally oxidized again through the silicon oxide layer 703, so that the silicon layer 702 is made thinner as shown in FIG. 7F. For example, thermal oxidation may be performed under a temperature condition of about 800 ° C. to 1200 ° C.

この酸化工程により、シリコン層702の曲線状の縁部705’に対応する内側近傍において、図7F,図7Gに示すように、層厚方向にくびれるくびれ部708が形成され、くびれ部708においては、シリコン層702の層厚がより薄くなり、層厚方向の量子サイズ効果によりトンネルバリアが形成されるようになる。図7Fは、図7GのXX’の断面を示している。   By this oxidation step, a constricted portion 708 constricted in the layer thickness direction is formed in the vicinity of the inner side corresponding to the curved edge portion 705 ′ of the silicon layer 702, as shown in FIGS. 7F and 7G. The layer thickness of the silicon layer 702 becomes thinner, and a tunnel barrier is formed by the quantum size effect in the layer thickness direction. FIG. 7F shows a cross section XX ′ of FIG. 7G.

また、当該酸化の工程では、細線部707aを挟んで対向する2つの溝部706が形成されているため、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域の端部においても、トンネルバリアが形成されるようになる。   Further, in the oxidation step, two groove portions 706 that are opposed to each other with the fine wire portion 707a interposed therebetween are formed, so that a tunnel barrier is also formed at the end of the region of the fine wire portion 707a sandwiched between the two groove portions 706. Will come to be.

以上のことにより、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域に1つの単電子島が形成され、細線部707aの両端部と2つのくびれ部708との間の2つの領域に各々単電子島が形成される。単電子島は、合計で3つ形成される。   As described above, one single electron island is formed in the region of the thin wire portion 707a sandwiched between the two groove portions 706, and each of the two regions between the both ends of the thin wire portion 707a and the two constricted portions 708 is single. An electronic island is formed. Three single electron islands are formed in total.

ここで、上述した3つの単電子島が、各々、細線部707aおよび細線部707aの両端部と2つのくびれ部708との間の2つの領域に形成されることについて、より詳細に説明する。   Here, it will be described in more detail that the above-described three single electron islands are formed in two regions between the narrow wire portion 707a and both ends of the thin wire portion 707a and the two constricted portions 708, respectively.

まず、2つの溝部706を形成した後の酸化工程では、細線部707aを挟んで対向する2つの溝部706が存在しているため、この酸化は、公知のパターン依存酸化法(PADOX法)と同等になる(非特許文献2,3参照)。この結果、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域の端部においては、トンネルバリアが形成されるようになる。   First, in the oxidation step after the formation of the two groove portions 706, there are two groove portions 706 that are opposed to each other with the fine wire portion 707a interposed therebetween. Therefore, this oxidation is equivalent to a known pattern-dependent oxidation method (PADOX method). (See Non-Patent Documents 2 and 3). As a result, a tunnel barrier is formed at the end of the region of the thin line portion 707a sandwiched between the two groove portions 706.

上述した、パターン依存酸化による2つのトンネルバリアの形成について、より詳細に説明する。まず、細線部707aでは、細線幅(シリコン層102の平面内で延在方向に垂直な方向の細線のサイズ)が細いことによる量子サイズ効果でポテンシャルエネルギーが上昇している。しかしながら、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域では、溝部706の存在によりより多く酸化されることになり、この酸化により強い圧縮応力が働くことになる。   The above-described formation of the two tunnel barriers by pattern-dependent oxidation will be described in more detail. First, in the fine line portion 707a, the potential energy is increased by the quantum size effect due to the fine line width (the size of the fine line in the direction perpendicular to the extending direction in the plane of the silicon layer 102) being thin. However, in the region of the thin wire portion 707a sandwiched between the two groove portions 706, more oxidation is caused by the presence of the groove portion 706, and a strong compressive stress is caused by this oxidation.

この圧縮応力により、図8の(c)に示すように、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域801では、中央部のバンドギャップが減少し、これに伴ってポテンシャルエネルギーも減少する。これにより、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域801では、くびれ部708の側の両端部にポテンシャルバリアが残った構造が形成され、このポテンシャルバリアが残った領域が、トンネルバリアとして機能するようになる。この結果、ポテンシャルエネルギーが減少した領域801の中央部に、単電子島が形成されるようになる。   Due to this compressive stress, as shown in FIG. 8C, in the region 801 of the thin wire portion 707a sandwiched between the two groove portions 706, the band gap in the central portion is reduced, and accordingly, the potential energy is also reduced. . As a result, in the region 801 of the thin wire portion 707a sandwiched between the two groove portions 706, a structure in which a potential barrier is left is formed at both ends on the constricted portion 708 side, and the region in which this potential barrier remains is used as a tunnel barrier. Become functional. As a result, a single electron island is formed at the center of the region 801 where the potential energy is reduced.

次に、くびれ部708にトンネルバリアが形成されることについて説明する。2つの溝部706を形成した後の酸化工程では、シリコン層702が、先に行っている酸化工程により、他の領域のシリコン層702より薄い状態となっている。また、この酸化工程では、2つの溝部706が形成されているので、この部分においては、絶縁層701が露出している。このため、当該酸化工程では、対向している縁部705’の間に露出している酸化シリコン層703の中に加えて、溝部706に露出ている絶縁層701の中を酸素などの酸化物質が拡散し、シリコン層702を酸化させることになる。   Next, the formation of a tunnel barrier at the constricted portion 708 will be described. In the oxidation process after forming the two groove portions 706, the silicon layer 702 is thinner than the silicon layer 702 in other regions due to the oxidation process performed previously. In this oxidation step, since the two groove portions 706 are formed, the insulating layer 701 is exposed in this portion. For this reason, in the oxidation step, in addition to the silicon oxide layer 703 exposed between the facing edge portions 705 ′, the insulating layer 701 exposed in the groove portion 706 contains an oxidizing substance such as oxygen. Will diffuse and oxidize the silicon layer 702.

このように酸化されると、他の領域より薄くなっている縁部705’に近い領域では、細線部707aの領域の端部に近づくほど、酸化による体積増加に伴う応力で酸化が進行せず、上記端部より離れるほど酸化がより進行する。この結果、図8の(a)に示すように、層厚方向にくびれるくびれ部708が形成され、くびれ部708においては、シリコン層702がより薄くなる。このくびれ部708の形成では、溝部706を形成して細線部707aを形成した後の酸化において、くびれ部708の段差が得られる程度の酸化速度の差を確保することが重要となる。本実施の形態では、開口部705(縁部705’)および溝部706を備える窒化シリコン層704をマスクとした状態で熱酸化することにより、上述した酸化速度の差を得るようにしている。   When oxidized in this way, in the region near the edge portion 705 ′ that is thinner than the other regions, the oxidation does not proceed due to the stress accompanying the increase in volume due to the oxidation, as it approaches the end of the thin line portion 707a. The further the oxidation is, the further away from the end. As a result, as shown in FIG. 8A, a constricted portion 708 narrowed in the layer thickness direction is formed, and the silicon layer 702 becomes thinner in the constricted portion 708. In the formation of the constricted portion 708, it is important to secure a difference in oxidation rate to the extent that a level difference of the constricted portion 708 can be obtained in the oxidation after forming the groove portion 706 and forming the thin wire portion 707a. In this embodiment, the above-described difference in oxidation rate is obtained by performing thermal oxidation in a state where the silicon nitride layer 704 including the opening 705 (edge 705 ′) and the groove 706 is used as a mask.

このようにして形成したくびれ部708は、層厚方向の量子サイズ効果により、図8の(c)に示すようにポテンシャルエネルギーが上昇した領域802が形成され、トンネルバリアとして機能するようになる。この結果、領域801の両端部と2つの領域802との間のポテンシャルエネルギーの低い領域は、ポテンシャルバリアで挟まれた状態となり、各々に単電子島が形成されるようになる。領域802のトンネルバリアは、酸化やエッチングなどによるシリコン層の層厚方向の制御により行えるため、リソグラフィー技術による最小寸法の制限を受けることがなく形成できる。   The constricted portion 708 formed in this way functions as a tunnel barrier by forming a region 802 with increased potential energy as shown in FIG. 8C due to the quantum size effect in the layer thickness direction. As a result, a region having a low potential energy between both ends of the region 801 and the two regions 802 is sandwiched between potential barriers, and single electron islands are formed in each region. Since the tunnel barrier in the region 802 can be formed by controlling the thickness direction of the silicon layer by oxidation, etching, or the like, the tunnel barrier can be formed without being limited by the minimum dimension by the lithography technique.

以上に説明したように、本実施の形態によれば、図9Aおよび図9Bに示すように、細線部707aの中央部に単電子島901が形成され、細線部707aと2つのくびれ部708とに挟まれたシリコン層702の領域に各々単電子島902が形成されるようになる。また、単電子島901および単電子島902は、単電子島901を中央として、直線上に直列に接続配置される。なお、図9Bは、図9AのXX’の一部断面を示している。   As described above, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B, the single electron island 901 is formed at the center of the thin wire portion 707a, and the thin wire portion 707a and the two constricted portions 708 are formed. Single-electron islands 902 are formed in the region of the silicon layer 702 sandwiched between the layers. The single electron island 901 and the single electron island 902 are connected in series on a straight line with the single electron island 901 as the center. FIG. 9B shows a partial cross section of XX ′ of FIG. 9A.

以上のように、3つの単電子島が形成された状態とした後、図10A,図10Bに示すように、少なくとも、2つの溝部706で挟まれた細線部707aの領域が覆われるように、ゲート電極709を形成する。なお、図10Aは、図10BのXX’の断面を示している。ここでは、細線部707aの全域が覆われた状態にゲート電極709を形成している。ゲート電極709はトップゲートとなる。このようにしてゲート電極709を形成することで、単電子ターンスタイルデバイスが得られる。   As described above, after the three single-electron islands are formed, as shown in FIGS. 10A and 10B, at least the region of the thin line portion 707a sandwiched between the two groove portions 706 is covered. A gate electrode 709 is formed. FIG. 10A shows a cross section XX ′ of FIG. 10B. Here, the gate electrode 709 is formed in a state where the entire area of the thin line portion 707a is covered. The gate electrode 709 becomes a top gate. By forming the gate electrode 709 in this way, a single-electron turn style device is obtained.

ところで、上述した本実施の形態における単電子ターンスタイルデバイスにおいて、ゲート電極709は、中央の単電子島の上が覆われるように形成することが望ましいが、両側の2つの単電子島に重なっていてもよい。これについて、以下に説明する。   By the way, in the single-electron turn-style device in this embodiment described above, the gate electrode 709 is preferably formed so as to cover the center single-electron island, but overlaps the two single-electron islands on both sides. May be. This will be described below.

左右の単電子島は、これより外側のシリコン層702と、くびれ部708によるトンネルバリアを介して容量的に結合している。これに対し、中央部の単電子島と左右の単電子島とは、これらの間のポテンシャルバリアが残った領域のトンネルバリアを介して容量的に結合している。図9Aの平面図からも明らかなように、中央部の単電子島と左右の単電子島との境界に対し、くびれ部708の方が長く、くびれ部708に形成される容量の方がより大きくなる。   The left and right single electron islands are capacitively coupled to the outer silicon layer 702 through a tunnel barrier formed by the constricted portion 708. On the other hand, the single-electron islands in the central part and the left and right single-electron islands are capacitively coupled via a tunnel barrier in a region where a potential barrier remains between them. As is clear from the plan view of FIG. 9A, the constricted portion 708 is longer than the boundary between the single-electron island in the central portion and the left and right single-electron islands, and the capacitance formed in the constricted portion 708 is greater. growing.

このため、ゲート電極709が3つの単電子島を覆うように形成されていても、左右の単電子島は、これより外側のシリコン層702とより強く結合する。従って、図4の等価回路に示したように、ゲート電極と左右の単電子島との結合容量は小さくなり、ゲート電極と中央の単電子島との結合容量の方が大きくなる。このように、本実施の形態によれば、ゲート電極が3つの単電子島を覆うように形成されていても、中央の単電子島との容量結合をより強くした構成が、自動的に形成されるようになる。このため、本実施の形態によれば、ゲート電極の作製においても、高い寸法精度や位置精度が要求されることがない。   For this reason, even if the gate electrode 709 is formed so as to cover three single electron islands, the left and right single electron islands are more strongly coupled to the outer silicon layer 702. Therefore, as shown in the equivalent circuit of FIG. 4, the coupling capacitance between the gate electrode and the left and right single-electron islands is small, and the coupling capacitance between the gate electrode and the central single-electron island is larger. Thus, according to the present embodiment, even when the gate electrode is formed so as to cover three single electron islands, a configuration in which capacitive coupling with the central single electron island is further strengthened is automatically formed. Will come to be. For this reason, according to the present embodiment, high dimensional accuracy and positional accuracy are not required even in the production of the gate electrode.

ところで、溝部706は、開口部705の曲線で構成された縁部の方向に対して可能な範囲で中央部に形成すると、溝部706の形成位置に対応して中央の単電子島が形成されるようになるので、左右の単電子島を均等に形成することができる。このように、左右の単電子島を均等にすることで、どちらの方向にも同様に電子の転送を行うことができるようになる。   By the way, when the groove 706 is formed in the center as far as possible with respect to the direction of the edge formed by the curve of the opening 705, a central single electron island is formed corresponding to the position where the groove 706 is formed. As a result, the left and right single electron islands can be formed uniformly. In this way, by making the left and right single electron islands equal, electrons can be transferred in the same way in either direction.

一方、左右に大きさの異なる単電子島を形成すると、単電子ターンスタイルデバイスを動作させるときに、電子を送る方向に差異が発生して動作マージンに差が出る。このようにすることで、一方向に選択的に電子を転送させることができる。   On the other hand, when single-electron islands of different sizes are formed on the left and right, when operating a single-electron turnstyle device, a difference occurs in the direction of sending electrons, resulting in a difference in operating margin. In this way, electrons can be selectively transferred in one direction.

以上に説明したように、本実施の形態では、シリコン層の上の酸化シリコン層の上に形成した窒化シリコン層に、対向する縁部を曲線で構成した平面形状の開口部を形成し、また、例えば熱酸化により開口部におけるシリコン層の層厚が他の領域より薄い状態とし、この開口部を挟むように対向した2つの溝部をシリコン層の側部が露出するまで形成し、溝部を形成した後の熱酸化によりシリコン層をより薄くするところに特徴がある。   As described above, in the present embodiment, a planar opening having a curved edge is formed in the silicon nitride layer formed on the silicon oxide layer on the silicon layer, and For example, the thickness of the silicon layer in the opening is made thinner than other regions by, for example, thermal oxidation, and two grooves facing each other so as to sandwich the opening are formed until the side of the silicon layer is exposed, thereby forming the groove. It is characterized in that the silicon layer is made thinner by thermal oxidation after being performed.

従って、本実施の形態の単電子ターンスタイルデバイスは、絶縁層701に上に形成されたシリコン層702と、シリコン層702の上に形成された酸化シリコン層703と、シリコン層702にシリコン層702の平面方向に対向して形成された他の領域より薄い2つのくびれ部708と、2つのくびれ部708の配置方向に直交して2つのくびれ部708の間の領域に対向して配置され、絶縁層701に到達する2つの溝部706と、2つの溝部706に挟まれたシリコン層に形成された細線部707aと、細線部707aの上に形成されたゲート電極709とを少なくとも備え、くびれ部708は、溝部706を形成した後の、シリコン層702の上層に形成されたくびれ部708に対応する対向する2つの縁部705’を少なくとも備える開口部705を通した熱酸化によりシリコン層702の上層を酸化することで形成され、くびれ部708を形成する熱酸化により、くびれ部708におけるシリコン層702は、量子サイズ効果が生じる層厚にされている。   Therefore, the single-electron turnstyle device of this embodiment mode includes a silicon layer 702 formed on the insulating layer 701, a silicon oxide layer 703 formed on the silicon layer 702, and a silicon layer 702 on the silicon layer 702. Two constricted portions 708 thinner than other regions formed opposite to each other in the plane direction, and disposed opposite to the region between the two constricted portions 708 perpendicular to the arrangement direction of the two constricted portions 708, The constricted portion includes at least two groove portions 706 reaching the insulating layer 701, a thin wire portion 707a formed in a silicon layer sandwiched between the two groove portions 706, and a gate electrode 709 formed on the thin wire portion 707a. 708 includes at least two opposing edges 705 ′ corresponding to the constricted portion 708 formed in the upper layer of the silicon layer 702 after forming the groove 706. The silicon layer 702 in the constricted portion 708 is formed to have a layer thickness causing a quantum size effect by oxidizing the upper layer of the silicon layer 702 by thermal oxidation through the opening 705. Has been.

これにより、まず、開口部の曲線状の2つの縁部に対応する箇所のシリコン層に、より層厚の薄いくびれ部が形成されるようになり、ここに、トンネルバリアが形成されるようになる。また、溝部に挟まれたシリコン層に形成される細線部の両側にも、溝部の存在下で酸化したことによる細線部中央部のポテンシャルエネルギーの低下により、細線部の両端部にトンネルバリアが形成されるようになる。これらの結果、本実施の形態では、2つのくびれ部のトンネルバリアと、細線部の両端部のトンネルバリアとの間に、2つの単電子島が形成され、細線部の中央部にも1つの単電子島が形成されるようになる。また、これらの3つの単電子島が、直線上に直列に接続された状態となる。   As a result, a constricted portion having a thinner layer thickness is first formed in the silicon layer at a location corresponding to the two curved edges of the opening, and a tunnel barrier is formed here. Become. In addition, tunnel barriers are formed at both ends of the fine wire portion on both sides of the fine wire portion formed in the silicon layer sandwiched between the groove portions due to a decrease in potential energy in the central portion of the fine wire portion due to oxidation in the presence of the groove portion. Will come to be. As a result, in this embodiment, two single-electron islands are formed between the tunnel barriers of the two constricted portions and the tunnel barriers at both ends of the thin wire portion, and one is also formed in the central portion of the thin wire portion. Single-electron islands are formed. Further, these three single electron islands are connected in series on a straight line.

[実施の形態5]
次に、本発明の実施の形態5について説明する。まず、図11Aに示すように、絶縁層1101,シリコン層1102を備える基板を用意する。このような基板を用意したら、シリコン層1102の上に酸化シリコン層1103および窒化シリコン層1104を形成する。これらのことは、前述した実施の形態と同様である。
[Embodiment 5]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 11A, a substrate including an insulating layer 1101 and a silicon layer 1102 is prepared. When such a substrate is prepared, a silicon oxide layer 1103 and a silicon nitride layer 1104 are formed over the silicon layer 1102. These are the same as in the above-described embodiment.

次に、図11Bおよび図11Cに示すように、窒化シリコン層1104および酸化シリコン層1103に、細線を形成する箇所に、少なくとも細線を延在させる方向の両縁部が曲線で構成された開口部1105および開口部1106を形成する。なお、図11Bは、図11CのXX’の断面を示している。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により開口部1105に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により窒化シリコン層1104および酸化シリコン層を選択的にエッチング除去すればよい。開口部1105は、シリコン層1102の表面が露出するまで形成する。開口部1105の平面形状は、前述した実施の形態4の開口部705と同様である。ここで、後述する溝部1107の形成前に、熱酸化によりシリコン層1102を薄くしておいてもよい。   Next, as shown in FIG. 11B and FIG. 11C, at the portions where the fine lines are formed in the silicon nitride layer 1104 and the silicon oxide layer 1103, at least both edges in the direction in which the fine lines extend are configured by curves. 1105 and an opening 1106 are formed. FIG. 11B shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 11C. For example, a resist pattern having an opening corresponding to the opening 1105 is formed by a well-known lithography technique, and the silicon nitride layer 1104 and the silicon oxide layer are selectively removed by a known etching technique using the resist pattern as a mask. do it. The opening 1105 is formed until the surface of the silicon layer 1102 is exposed. The planar shape of the opening 1105 is the same as the opening 705 in the fourth embodiment described above. Here, the silicon layer 1102 may be thinned by thermal oxidation before forming a groove 1107 described later.

次に、形成しようとする細線の延在方向に対して直交して開口部1105(開口部1106)を挟む2つの箇所に、図11Dに示すように、対向して配置される2つの溝部1107を形成する。溝部1107は、絶縁層1101に到達するまで形成する。また、溝部1107は、開口部1105の曲線で構成された対向配置する2つの縁部1105’を残し、開口部1105の中央部に入り込むように形成する。これらの2つの溝部1107を形成することで、対向する溝部1107の間のシリコン層1102により、細線部1108が形成される。2つの溝部1107の対向する間隔により、細線部1108の幅が規定されるようになる。溝部1107の形成は、前述した実施の形態4における開口部705の形成と同様である。   Next, as shown in FIG. 11D, two groove portions 1107 disposed opposite to each other at two positions sandwiching the opening portion 1105 (opening portion 1106) perpendicular to the extending direction of the thin wire to be formed. Form. The groove 1107 is formed until the insulating layer 1101 is reached. Further, the groove portion 1107 is formed so as to enter the central portion of the opening portion 1105, leaving two edge portions 1105 ′ arranged to face each other, which are configured by the curve of the opening portion 1105. By forming these two groove portions 1107, a thin line portion 1108 is formed by the silicon layer 1102 between the opposite groove portions 1107. The width of the thin line portion 1108 is defined by the interval between the two groove portions 1107 facing each other. The formation of the groove 1107 is the same as the formation of the opening 705 in Embodiment 4 described above.

次に、窒化シリコン層1104に形成した溝部1107を含む開口領域を通し、酸化シリコン層1103を介してシリコン層1102の上層部を熱酸化し、図11E,図11Fに示すように、細線部1108を含むシリコン層1102を薄くする。この熱酸化では、2つの縁部1105’に挟まれた領域の露出しているシリコン層1102が酸化される。酸化された部分は、酸化シリコン層1103に連続する酸化シリコン層となる。なお、図11Eは、図11FのXX’の断面を示している。   Next, the upper layer portion of the silicon layer 1102 is thermally oxidized through the silicon oxide layer 1103 through the opening region including the groove portion 1107 formed in the silicon nitride layer 1104. As shown in FIGS. 11E and 11F, the fine line portion 1108 is obtained. The silicon layer 1102 containing is thinned. In this thermal oxidation, the exposed silicon layer 1102 in the region sandwiched between the two edges 1105 ′ is oxidized. The oxidized portion becomes a silicon oxide layer continuous with the silicon oxide layer 1103. FIG. 11E shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 11F.

この酸化工程により、曲線状の縁部1105’に対応する内側近傍のシリコン層1102において、図11E,図11Fに示すように、層厚方向にくびれるくびれ部1109が形成され、くびれ部1109においては、シリコン層1102の層厚がより薄くなり、トンネルバリアが形成されるようになる。   As a result of this oxidation step, a constricted portion 1109 constricted in the layer thickness direction is formed in the silicon layer 1102 near the inside corresponding to the curved edge portion 1105 ′, as shown in FIGS. 11E and 11F. The layer thickness of the silicon layer 1102 becomes thinner and a tunnel barrier is formed.

また、当該酸化の工程では、細線部1108を挟んで対向する2つの溝部1107が形成されているため、2つの溝部1107で挟まれた細線部1108の領域の端部においても、トンネルバリアが形成されるようになる。本実施の形態では、上述した熱酸化の量を制御することで、細線部1108の層厚およびくびれ部1109の段差量を制御する。本実施の形態においては、各開口部を備える窒化シリコン層1104の存在により、熱酸化におけるシリコン層1102の酸化速度に差を形成できるので、前述した実施の形態4と同様の結果が得られる。   Further, in the oxidation step, two groove portions 1107 that are opposed to each other with the fine wire portion 1108 interposed therebetween are formed. Therefore, a tunnel barrier is also formed at the end of the region of the fine wire portion 1108 that is sandwiched between the two groove portions 1107. Will come to be. In the present embodiment, the layer thickness of the thin line portion 1108 and the step amount of the constricted portion 1109 are controlled by controlling the amount of thermal oxidation described above. In the present embodiment, a difference can be formed in the oxidation rate of the silicon layer 1102 in the thermal oxidation due to the presence of the silicon nitride layer 1104 having each opening, and the same result as in the above-described fourth embodiment can be obtained.

以上のことにより、2つの溝部1107で挟まれた細線部1108の領域に1つの単電子島が形成され、細線部1108の両端部と2つのくびれ部1109との間の2つの領域に各々単電子島が形成される。単電子島は、合計で3つ形成される。   As described above, one single electron island is formed in the region of the thin wire portion 1108 sandwiched between the two groove portions 1107, and each single region is formed in each of the two regions between the both ends of the thin wire portion 1108 and the two constricted portions 1109. An electronic island is formed. Three single electron islands are formed in total.

次に、少なくとも、2つの溝部1107で挟まれた細線部1108の領域が覆われるように、ゲート電極を形成すれば、単電子ターンスタイルデバイスが得られる。   Next, when the gate electrode is formed so as to cover at least the region of the thin line portion 1108 sandwiched between the two groove portions 1107, a single-electron turnstyle device can be obtained.

以上に説明したように、本実施の形態では、シリコン層の上の酸化シリコン層およびこの上の窒化シリコン層に、対向する両縁部を曲線で構成した平面形状の開口部を形成し、この開口部を挟むように対向した2つの溝部をシリコン層の側部が露出するまで形成し、溝部を形成した後の熱酸化によりシリコン層を薄くするとともにくびれ部を形成するところに特徴がある。   As described above, in the present embodiment, planar openings having curved edges are formed in the silicon oxide layer on the silicon layer and the silicon nitride layer on the silicon layer. Two groove portions opposed to each other with the opening interposed therebetween are formed until the side portion of the silicon layer is exposed, and the silicon layer is thinned and a constricted portion is formed by thermal oxidation after the groove portion is formed.

これにより、まず、開口部の曲線状の両縁部に対応する箇所のシリコン層に、より層厚の薄いくびれ部が形成されるようになり、ここに、トンネルバリアが形成されるようになる。また、溝部に挟まれたシリコン層に形成される細線部の両側にも、溝部の存在下で酸化したことによる細線部中央部のポテンシャルエネルギーの低下により、細線部の両端部にトンネルバリアが形成されるようになる。これらの結果、本実施の形態でも、2つのくびれ部のトンネルバリアと、細線部の両端部のトンネルバリアとの間に、2つの単電子島が形成され、細線部の中央部にも1つの単電子島が形成されるようになる。また、これらの3つの単電子島が、直線上に直列に接続された状態となる。   As a result, first, a constricted portion with a thinner layer thickness is formed in the silicon layer at a location corresponding to both curved edges of the opening, and a tunnel barrier is formed here. . In addition, tunnel barriers are formed at both ends of the fine wire portion on both sides of the fine wire portion formed in the silicon layer sandwiched between the groove portions due to a decrease in potential energy in the central portion of the fine wire portion due to oxidation in the presence of the groove portion. Will come to be. As a result, also in this embodiment, two single-electron islands are formed between the tunnel barriers of the two constricted portions and the tunnel barriers at both ends of the thin wire portion, and one is also formed in the central portion of the thin wire portion. Single-electron islands are formed. Further, these three single electron islands are connected in series on a straight line.

[実施の形態6]
次に、本発明の実施の形態6について説明する。まず、図12Aに示すように、絶縁層1201,シリコン層1202を備える基板を用意する。このような基板を用意したら、シリコン層1202の上に酸化シリコン層1203および窒化シリコン層1204を形成する。これらのことは、前述した実施の形態と同様である。
[Embodiment 6]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 12A, a substrate including an insulating layer 1201 and a silicon layer 1202 is prepared. When such a substrate is prepared, a silicon oxide layer 1203 and a silicon nitride layer 1204 are formed over the silicon layer 1202. These are the same as in the above-described embodiment.

次に、図12Bおよび図12Cに示すように、窒化シリコン層1204および酸化シリコン層1203に、細線を形成する箇所に、少なくとも細線を延在させる方向の両縁部が曲線で構成された開口部1205および開口部1206を形成する。なお、図12Bは、図12CのXX’の断面を示している。例えば、よく知られたリソグラフィー技術により開口部1205に相当する開口部を備えるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして公知のエッチング技術により窒化シリコン層1204および酸化シリコン層を選択的にエッチング除去すればよい。開口部1205は、シリコン層1202の層厚方向の一部まで形成し、開口部1205の領域のシリコン層1202の層厚を他の領域より薄くする。開口部1205の平面形状は、前述した実施の形態4の開口部705と同様である。ここで、後述する溝部1207の形成前に、熱酸化によりシリコン層1202を薄くしておいてもよい。   Next, as shown in FIG. 12B and FIG. 12C, at the portions where the fine lines are formed in the silicon nitride layer 1204 and the silicon oxide layer 1203, at least both edges in the direction in which the fine lines extend are formed by curves. 1205 and opening 1206 are formed. FIG. 12B shows a cross section taken along line XX ′ of FIG. 12C. For example, a resist pattern having an opening corresponding to the opening 1205 is formed by a well-known lithography technique, and the silicon nitride layer 1204 and the silicon oxide layer are selectively removed by a known etching technique using the resist pattern as a mask. do it. The opening 1205 is formed up to a part of the silicon layer 1202 in the layer thickness direction, and the thickness of the silicon layer 1202 in the region of the opening 1205 is made thinner than the other regions. The planar shape of the opening 1205 is the same as that of the opening 705 in the fourth embodiment described above. Here, the silicon layer 1202 may be thinned by thermal oxidation before forming a groove 1207 described later.

次に、形成しようとする細線の延在方向に対して直交して開口部1205(開口部1206)を挟む2つの箇所に、図12Dに示すように、対向して配置される2つの溝部1207を形成する。溝部1207は、絶縁層1201に到達するまで形成する。また、溝部1207は、開口部1205の曲線で構成された対向配置する2つの縁部1205’を残し、開口部1205の中央部に入り込むように形成する。これらの2つの溝部1207を形成することで、対向する溝部1207の間のシリコン層1202により、細線部1208が形成される。2つの溝部1207の対向する間隔により、細線部1208の幅が規定されるようになる。溝部1207の形成は、前述した実施の形態4における開口部705の形成と同様である。   Next, as shown in FIG. 12D, two groove portions 1207 disposed opposite to each other at two positions sandwiching the opening 1205 (opening 1206) perpendicular to the extending direction of the thin wire to be formed. Form. The groove 1207 is formed until the insulating layer 1201 is reached. Further, the groove portion 1207 is formed so as to enter the center portion of the opening portion 1205 while leaving two edge portions 1205 ′ arranged in a curved shape of the opening portion 1205 so as to face each other. By forming these two groove portions 1207, a thin line portion 1208 is formed by the silicon layer 1202 between the opposite groove portions 1207. The width of the thin line portion 1208 is defined by the distance between the two groove portions 1207 facing each other. The formation of the groove 1207 is the same as the formation of the opening 705 in Embodiment 4 described above.

次に、窒化シリコン層1204に形成した溝部1207を含む開口領域を通し、露出しているシリコン層1202の上層部を熱酸化し、図12Eに示すように、細線部1208を含むシリコン層1202を薄くする。この熱酸化では、2つの縁部1205’に挟まれた領域の露出しているシリコン層1202が酸化される。酸化された部分は、酸化シリコン層1203に連続する酸化シリコン層となる。   Next, the exposed upper layer portion of the silicon layer 1202 is thermally oxidized through the opening region including the groove portion 1207 formed in the silicon nitride layer 1204. As shown in FIG. 12E, the silicon layer 1202 including the thin wire portion 1208 is formed. make it thin. In this thermal oxidation, the exposed silicon layer 1202 in the region sandwiched between the two edges 1205 'is oxidized. The oxidized portion becomes a silicon oxide layer continuous to the silicon oxide layer 1203.

この酸化工程により、曲線状の縁部1205’に対応する内側近傍のシリコン層1202において、図12Eに示すように、層厚方向にくびれるくびれ部1209が形成され、くびれ部1209においては、シリコン層1202の層厚がより薄くなり、トンネルバリアが形成されるようになる。   By this oxidation step, a constricted portion 1209 constricted in the layer thickness direction is formed in the silicon layer 1202 near the inside corresponding to the curved edge portion 1205 ′, as shown in FIG. 12E. In the constricted portion 1209, the silicon layer The layer thickness of 1202 becomes thinner and a tunnel barrier is formed.

また、当該酸化の工程では、細線部1208を挟んで対向する2つの溝部1207が形成されているため、2つの溝部1207で挟まれた細線部1208の領域の端部においても、トンネルバリアが形成されるようになる。本実施の形態では、開口部1205の形成におけるシリコン層1202のエッチングで、細線部1208の層厚を制御して段差量を制御し、上述した熱酸化の量を制御することで、細線部1208の層厚をより薄くするともにくびれ部1209を形成する。本実施の形態においても、各開口部を備える窒化シリコン層1204の存在により、熱酸化におけるシリコン層1202の酸化速度に差を形成できる。   Further, in the oxidation step, two groove portions 1207 that are opposed to each other with the fine wire portion 1208 interposed therebetween are formed. Therefore, a tunnel barrier is also formed at the end of the region of the fine wire portion 1208 that is sandwiched between the two groove portions 1207. Will come to be. In this embodiment mode, by etching the silicon layer 1202 in the formation of the opening 1205, the layer thickness of the thin line portion 1208 is controlled to control the amount of step difference, and the amount of thermal oxidation described above is controlled, so that the thin line portion 1208 is controlled. The constricted portion 1209 is formed while reducing the layer thickness of the first layer. Also in this embodiment, a difference can be formed in the oxidation rate of the silicon layer 1202 in the thermal oxidation due to the presence of the silicon nitride layer 1204 having each opening.

以上のことにより、2つの溝部1207で挟まれた細線部1208の領域に1つの単電子島が形成され、細線部1208の両端部と2つのくびれ部1209との間の2つの領域に各々単電子島が形成される。単電子島は、合計で3つ形成される。   As described above, one single electron island is formed in the region of the thin wire portion 1208 sandwiched between the two groove portions 1207, and each of the two regions between the both ends of the thin wire portion 1208 and the two constricted portions 1209 is single. An electronic island is formed. Three single electron islands are formed in total.

次に、少なくとも、2つの溝部1207で挟まれた細線部1208の領域が覆われるように、ゲート電極を形成すれば、単電子ターンスタイルデバイスが得られる。   Next, when the gate electrode is formed so as to cover at least the region of the thin line portion 1208 sandwiched between the two groove portions 1207, a single electron turnstyle device can be obtained.

以上に説明したように、本実施の形態では、シリコン層の上の酸化シリコン層およびこの上の窒化シリコン層に、対向する両縁部を曲線で構成した平面形状の開口部を形成し、開口部の形成において、この領域のシリコン層の層厚も薄くする。次いで、開口部を挟むように対向した2つの溝部をシリコン層の側部が露出するまで形成し、溝部を形成した後の熱酸化によりシリコン層をさらに薄くするとともにくびれ部を形成するところに特徴がある。   As described above, in the present embodiment, planar openings having curved edges are formed in the silicon oxide layer on the silicon layer and the silicon nitride layer on the silicon layer. In forming the portion, the thickness of the silicon layer in this region is also reduced. Next, two grooves facing each other so as to sandwich the opening are formed until the side portion of the silicon layer is exposed, and the silicon layer is further thinned and a constricted portion is formed by thermal oxidation after forming the groove. There is.

これにより、本実施の形態においても、まず、開口部の曲線状の2つの縁部に対応する箇所のシリコン層に、より層厚の薄いくびれ部が形成されるようになり、ここに、トンネルバリアが形成されるようになる。また、溝部に挟まれたシリコン層に形成される細線部の両側にも、溝部の存在下で酸化したことによる細線部中央部のポテンシャルエネルギーの低下により、細線部の両端部にトンネルバリアが形成されるようになる。これらの結果、本実施の形態でも、2つのくびれ部のトンネルバリアと、細線部の両端部のトンネルバリアとの間に、2つの単電子島が形成され、細線部の中央部にも1つの単電子島が形成されるようになる。また、これらの3つの単電子島が、直線上に直列に接続された状態となる。   As a result, also in the present embodiment, first, a constricted portion having a thinner layer thickness is formed in the silicon layer at a location corresponding to the two curved edges of the opening. A barrier is formed. In addition, tunnel barriers are formed at both ends of the fine wire portion on both sides of the fine wire portion formed in the silicon layer sandwiched between the groove portions due to a decrease in potential energy in the central portion of the fine wire portion due to oxidation in the presence of the groove portion. Will come to be. As a result, also in this embodiment, two single-electron islands are formed between the tunnel barriers of the two constricted portions and the tunnel barriers at both ends of the thin wire portion, and one is also formed in the central portion of the thin wire portion. Single-electron islands are formed. Further, these three single electron islands are connected in series on a straight line.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、シリコン層の上層に形成する開口部は、対向して配置される曲線状の縁部を備えるようにしたが、これに限るものではなく、四角や三角に近い形状でも構わない。このように構成しても、不均一ではあるが、トンネルバリアを形成することができる。ただし、くびれによるトンネルバリアを、シリコン層の平面方向に均一に形成するためには、円弧の一部で構成するなど位置方向に凸の曲線で構成した方がよい。   It should be noted that the present invention is not limited to the embodiment described above, and that many modifications can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, the opening formed in the upper layer of the silicon layer is provided with curved edges arranged opposite to each other. However, the present invention is not limited to this, and a shape close to a square or a triangle may be used. Even if it comprises in this way, although it is non-uniform | heterogenous, a tunnel barrier can be formed. However, in order to uniformly form the tunnel barrier due to the constriction in the planar direction of the silicon layer, it is better to configure it with a convex curve in the position direction, such as a part of an arc.

101…絶縁層、102…シリコン層、103…酸化シリコン層、104…開口部、104’…縁部、105…開口部(溝部)、106…細線形成領域、106a…細線部、107…くびれ部、109…ゲート電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Insulating layer, 102 ... Silicon layer, 103 ... Silicon oxide layer, 104 ... Opening part, 104 '... Edge part, 105 ... Opening part (groove part), 106 ... Fine wire formation area, 106a ... Fine wire part, 107 ... Constriction part 109: Gate electrodes.

Claims (9)

絶縁層の上にシリコン層を形成し、このシリコン層の上に少なくとも酸化シリコン層を形成する第1工程と、
前記シリコン層の上側の層に開口部を形成する第2工程と、
前記開口部の領域の前記シリコン層の層厚を減少させる第3工程と、
前記開口部の対向する2つの端部を残して前記開口部の中央部において互いに対向して配置され、前記絶縁層に到達する2つの溝部を形成し、2つの前記溝部に挟まれた前記シリコン層に細線部を形成する第4工程と、
熱酸化により前記シリコン層を酸化して層厚を減少させて前記端部の外側の縁部の下の前記シリコン層が他の領域より薄くなる2つのくびれ部を形成して、前記細線部の両端部および2つの前記くびれ部のシリコン層にトンネルバリアを形成し、前記細線部の両端部と前記くびれ部との間のシリコン層の各々および前記細線部の中央部に、単電子島を形成する第5工程と、
前記細線部の上に、ゲート電極を形成する第6工程と
を少なくとも備えることを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
A first step of forming a silicon layer on the insulating layer and forming at least a silicon oxide layer on the silicon layer;
A second step of forming an opening in the upper layer of the silicon layer;
A third step of reducing the thickness of the silicon layer in the region of the opening;
The silicon sandwiched between the two groove portions, the two groove portions reaching the insulating layer are formed to be opposed to each other in the central portion of the opening portion, leaving two opposite ends of the opening portion. A fourth step of forming a thin line portion in the layer;
The silicon layer is oxidized by thermal oxidation to reduce the layer thickness to form two constricted portions where the silicon layer under the outer edge of the end portion becomes thinner than other regions, Tunnel barriers are formed in the silicon layers at both ends and the two constricted portions, and single electron islands are formed in each of the silicon layers between the both ends of the fine wire portions and the constricted portions and in the central portion of the narrow wire portions. And a fifth step to
And a sixth step of forming a gate electrode on the thin wire portion. A method of manufacturing a single-electron turnstyle device, comprising:
請求項1記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、
前記第1工程では、絶縁層の上にシリコン層および酸化シリコン層を形成し、加えて、前記酸化シリコン層の上に窒化シリコン層を形成し、
前記第2工程では、貫通する前記開口部を前記窒化シリコン層に形成する
ことを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the single-electron turn style device of Claim 1,
In the first step, a silicon layer and a silicon oxide layer are formed on the insulating layer, and in addition, a silicon nitride layer is formed on the silicon oxide layer,
In the second step, the penetrating opening is formed in the silicon nitride layer. A method of manufacturing a single-electron turnstyle device.
請求項1または2記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、
前記第3工程では、熱酸化により前記シリコン層の上層を酸化して前記開口部の領域の前記シリコン層の層厚を減少させる
ことを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the single-electron turn style device of Claim 1 or 2,
In the third step, the upper layer of the silicon layer is oxidized by thermal oxidation to reduce the layer thickness of the silicon layer in the region of the opening.
請求項3記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、
前記第2工程において、前記シリコン層に到達する深さの前記開口部を形成する
ことを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the single electron turn-style device according to claim 3,
In the second step, the opening having a depth reaching the silicon layer is formed. A method of manufacturing a single-electron turn-style device.
請求項3記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、
前記第2工程において、前記シリコン層の途中までの深さの前記開口部を形成する
ことを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the single electron turn-style device according to claim 3,
In the second step, the opening having a depth halfway through the silicon layer is formed. A method of manufacturing a single-electron turnstyle device.
請求項1または2記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、
前記第3工程では、前記開口部を介して前記シリコン層の上層をエッチングして前記開口部の領域の前記シリコン層の層厚を減少させる
ことを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the single-electron turn style device of Claim 1 or 2,
In the third step, the upper layer of the silicon layer is etched through the opening to reduce the layer thickness of the silicon layer in the region of the opening.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の単電子ターンスタイルデバイスの製造方法において、
前記端部の外側の前記縁部は、平面視で曲線状に形成することを特徴とする単電子ターンスタイルデバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the single-electron turn style device of any one of Claims 1-6,
The manufacturing method of a single-electron turnstyle device, wherein the edge portion outside the end portion is formed in a curved shape in plan view.
絶縁層に上に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の上に形成された酸化シリコン層と、
前記シリコン層にこのシリコン層の平面方向に対向して形成された他の領域より薄い2つのくびれ部と、
2つの前記くびれ部の配置方向に直交して2つの前記くびれ部の間の領域において互いに対向して配置され、前記絶縁層に到達する2つの溝部と、
2つの前記溝部に挟まれた前記シリコン層に形成された細線部と、
前記細線部の上に形成されたゲート電極と
を少なくとも備え、
前記くびれ部は、前記シリコン層の上層に形成された前記くびれ部に対応する対向する2つの縁部を少なくとも備える開口部を通した熱酸化により前記シリコン層の上層を酸化することで形成され、
前記溝部を形成した後の前記くびれ部を形成する前記熱酸化により、前記くびれ部の前記シリコン層は、量子サイズ効果が生じる層厚にされている
ことを特徴とする単電子ターンスタイルデバイス。
A silicon layer formed on the insulating layer;
A silicon oxide layer formed on the silicon layer;
Two constricted portions thinner than other regions formed on the silicon layer so as to face the planar direction of the silicon layer;
Two groove portions that are arranged to face each other in a region between the two constricted portions perpendicular to the arrangement direction of the two constricted portions and reach the insulating layer;
A thin line portion formed in the silicon layer sandwiched between the two groove portions;
And at least a gate electrode formed on the thin wire portion,
The constricted portion is formed by oxidizing the upper layer of the silicon layer by thermal oxidation through an opening having at least two opposing edges corresponding to the constricted portion formed in the upper layer of the silicon layer,
The single-electron turn-style device, wherein the silicon layer of the constricted portion has a thickness that causes a quantum size effect by the thermal oxidation that forms the constricted portion after forming the groove portion.
請求項8記載の単電子ターンスタイルデバイスにおいて、
対向する2つの前記縁部は、平面視で曲線状に形成されていることを特徴とする単電子ターンスタイルデバイス。
The single-electron turnstyle device according to claim 8,
The two edge portions facing each other are formed in a curved shape in a plan view.
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