JP2904095B2 - Method of manufacturing single electronic device - Google Patents

Method of manufacturing single electronic device

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JP2904095B2
JP2904095B2 JP1510896A JP1510896A JP2904095B2 JP 2904095 B2 JP2904095 B2 JP 2904095B2 JP 1510896 A JP1510896 A JP 1510896A JP 1510896 A JP1510896 A JP 1510896A JP 2904095 B2 JP2904095 B2 JP 2904095B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は単一電子素子の製造
方法に係り、特に電子1個の移動により動作する単一電
子素子の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a single electronic device, and more particularly, to a method of manufacturing a single electronic device that operates by moving one electron.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より高温動作可能で、制御された微
細構造を持つ単一電子素子が知られている(Y.Takahash
i et.al.,IEDM Technical Digest,p.938,1994)。図5
はこの文献に記載された従来の単一電子素子の一例の構
成図を示し、同図(a)は上面図、同図(b)は図5
(a)のA−A’線断面図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a single electronic device capable of operating at a high temperature and having a controlled microstructure is known (Y. Takahash
IE et al., IEDM Technical Digest, p.938, 1994). FIG.
5 shows a configuration diagram of an example of a conventional single electronic device described in this document, FIG. 5A is a top view, and FIG.
FIG. 3A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【0003】この構造の従来の単一電子素子を製造する
には、まず、半導体基板305の上に絶縁膜304が形
成され、更にその上に単結晶のシリコン膜が形成され
た、厚さ30nmのSOI基板を用いて、ソース301
とドレイン303を公知の方法で形成後、これらソース
301及びドレイン303と、ソース301とドレイン
303間の長さ50nm、幅30nmの細線をプラズマ
エッチングを用いて加工した後に熱酸化を行う。この熱
酸化は細線中央部に対し細線端の幅を細くするためと、
後に形成するゲート302と細線との間でのショートを
防止するために行う。
In order to manufacture a conventional single electronic device having this structure, first, an insulating film 304 is formed on a semiconductor substrate 305, and a single-crystal silicon film is further formed thereon. Source 301 using the SOI substrate of
After forming the source and drain 303 by a known method, thermal oxidation is performed after processing the source 301 and the drain 303 and a thin line between the source 301 and the drain 303 with a length of 50 nm and a width of 30 nm using plasma etching. This thermal oxidation is to narrow the width of the fine line end with respect to the center of the fine line,
This is performed in order to prevent a short circuit between a gate 302 to be formed later and the fine wire.

【0004】この熱酸化によりソース301とドレイン
303間の細線中央部は、図5(a)、(b)に306
で示すように熱酸化時の体積膨張に伴うストレスのた
め、酸化速度が小さく、細線は中央が幅方向及び厚さ方
向にそれぞれ膨らんだ形状となる。その後、公知の方法
により絶縁膜304を介してゲート302が形成され
る。
Due to this thermal oxidation, the central portion of the thin line between the source 301 and the drain 303 becomes 306 in FIGS. 5A and 5B.
As shown by, due to the stress accompanying volume expansion during thermal oxidation, the oxidation rate is low, and the thin line has a shape in which the center expands in the width direction and the thickness direction, respectively. Thereafter, the gate 302 is formed via the insulating film 304 by a known method.

【0005】この構造において、ゲート電極302に電
圧を印加して細線に反転層を誘起する場合、細線中央部
に比べ細線端の方が酸化膜厚が厚いため、しきい値電圧
が大きくなる。また、細線中央部に比べて細線端の方が
細線幅が細くピンチオフし易い。このため、細線端は電
位バリアとして働き、細線中央部に量子ドットが形成さ
れることとなる。この量子ドットのサイズは、数十nm
程度と小さいため、静電エネルギーは比較的大きく、室
温においてもクーロン振動が観測されている。
In this structure, when a voltage is applied to the gate electrode 302 to induce an inversion layer in the thin wire, the threshold voltage becomes large because the thin film has a thicker oxide film than the central portion of the thin wire. Further, the thin line end is thinner at the thin line end than the central portion of the thin line, and pinch-off is easy to occur. For this reason, the end of the thin line functions as a potential barrier, and a quantum dot is formed at the center of the thin line. The size of this quantum dot is several tens of nm.
Since the energy is small, the electrostatic energy is relatively large, and Coulomb oscillation is observed even at room temperature.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
の単一電子素子の製造方法では、ソース301とドレイ
ン302の領域が大きく、寄生的な抵抗、容量を持つた
め、素子の高速動作が制約され、素子の高集積化にも問
題がある。また、単一電子素子を用いた回路を構成する
場合、従来は複数の単一電子素子の明確な接続方法も示
されていない。
However, in the above-described conventional method for manufacturing a single-electron device, the source 301 and the drain 302 have large regions and have parasitic resistance and capacitance, so that high-speed operation of the device is restricted. Therefore, there is also a problem in high integration of devices. Further, in the case of configuring a circuit using a single electronic element, a clear connection method of a plurality of single electronic elements has not been shown conventionally.

【0007】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
高温動作、微細化可能な単一電子素子の製造方法を提供
することを目的とする。
[0007] The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a single electronic device capable of operating at a high temperature and miniaturizing.

【0008】また、本発明の他の目的は、高速で高機能
な回路に応用できる単一電子素子の製造方法を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a single electronic device which can be applied to a high-speed and high-performance circuit.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、絶縁性基板上の半導体層をソース及びド
レインを形成するように加工すると共に、ソース及びド
レイン間を複数の細線により直列に接続された形状に半
導体層を加工し、複数の細線のうち互いに隣接する細線
同士は所定の角度をもって接続されるように形成する第
1の工程と、第1の工程を経た素子を熱酸化により細線
を細らせて、熱酸化時のストレスにより細線非接続部の
幅及び厚さを複数の細線のそれぞれの接続部の幅及び厚
さよりも小さくする第2の工程と、第2の工程を経た素
子の酸化膜上にゲートを形成する第3の工程とを含むこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a semiconductor layer on an insulating substrate by using a source and a gate.
Process to form a rain, and sauce and dough
The shape between the rains is a half connected in series by multiple thin wires.
The conductor layer is processed and thin wires that are adjacent to each other
A first step of forming the elements so that they are connected to each other at a predetermined angle ; and thinning the thin wires by thermal oxidation of the element that has undergone the first step. A second step of making the thickness smaller than a width and a thickness of each connecting portion of the plurality of fine wires; and a third step of forming a gate on an oxide film of the element after the second step. Features.

【0010】ここで、本発明における第3の工程は、ソ
ース及びドレインのそれぞれの一部と複数の細線全体を
オーバーラップして形成することが望ましい。また、第
1の工程は、複数の細線をそれぞれ隣接する細線と90
度の角度で接続することが望ましい。
Here, in the third step of the present invention, it is desirable to form a part of each of the source and the drain and the whole of the plurality of fine wires so as to overlap each other. In the first step, a plurality of fine lines are each connected to an adjacent fine line by 90%.
It is desirable to connect at an angle of degrees.

【0011】本発明では、第2の工程により熱酸化時の
ストレスを利用して複数の細線のそれぞれの非接続部の
幅及び厚さを複数の細線のそれぞれの接続部の幅及び厚
さよりも小さくするようにしたため、ゲートに電圧を印
加し細線に反転層を誘起した場合、細線接続部とソース
間領域、細線接続部とドレイン間領域がピンチオフし易
くでき、また、これらの領域は細線接続部に比べ熱酸化
により形成された絶縁体の膜厚が大きくしきい値電圧が
高いために、細線接続部を2つの電位バリア領域に挟ま
れた量子ドット構造とすることができる。
In the present invention, the width and thickness of each non-connection portion of the plurality of thin wires are made larger than the width and thickness of each connection portion of the plurality of thin wires by utilizing the stress at the time of thermal oxidation in the second step. When a voltage is applied to the gate to induce an inversion layer in the fine wire, the thin wire connection and the source region and the thin wire connection and the drain region can be easily pinched off. Since the thickness of the insulator formed by thermal oxidation is larger than that of the portion and the threshold voltage is high, a quantum dot structure in which the thin wire connection portion is sandwiched between two potential barrier regions can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)図1は本発明製造方法の第1の実
施の形態により製造された単一電子素子の構成図で、同
図(a)は上面図、同図(b)は同図(a)のA−A’
線断面図を示す。この実施の形態で製造する単一電子素
子は、図1(b)に示すように半導体基板101上に絶
縁膜102が形成され、更に絶縁膜102上のシリコン
層を加工して、図1(a)及び(b)に示すようにソー
ス103及びドレイン104が形成される。
(First Embodiment) FIGS. 1A and 1B are configuration diagrams of a single electronic device manufactured by a first embodiment of the manufacturing method of the present invention. FIG. 1A is a top view, and FIG. AA ′ in FIG.
FIG. In the single electronic device manufactured in this embodiment, as shown in FIG. 1B, an insulating film 102 is formed on a semiconductor substrate 101, and a silicon layer on the insulating film 102 is further processed. A source 103 and a drain 104 are formed as shown in FIGS.

【0013】また、ソース103とドレイン104の間
は、同一のシリコン層からなる2本の細線106で図1
(a)に示すように接続される。これら2本の細線10
6は90度の角度で接続され、細線接続部107の細線
幅及び厚さは非接続部の細線幅及び厚さよりも大きい。
Further, between the source 103 and the drain 104, two thin wires 106 made of the same silicon layer are used as shown in FIG.
The connection is made as shown in FIG. These two fine wires 10
6 are connected at an angle of 90 degrees, and the thin line width and thickness of the thin line connecting portion 107 are larger than the thin line width and thickness of the non-connecting portion.

【0014】ソース103、ドレイン104及び細線1
06は、図1(b)に示すように絶縁膜102で被覆さ
れ、この絶縁膜102上にはゲート105が存在する。
このゲート105は、図1(a)に示すように、ソース
103及びドレイン104の一部及び細線106の全体
とオーバーラップするように設けられている。また、細
線106上の絶縁膜102は、非接続部の膜厚が細線接
続部107上の膜厚よりも大きくされている。
Source 103, drain 104 and fine wire 1
Reference numeral 06 is covered with an insulating film 102 as shown in FIG. 1B, and a gate 105 exists on the insulating film 102.
The gate 105 is provided so as to overlap a part of the source 103 and the drain 104 and the entire thin line 106 as shown in FIG. In addition, in the insulating film 102 on the thin wire 106, the thickness of the non-connection portion is larger than the thickness of the thin wire connection portion 107.

【0015】次に、この単一電子素子の製造方法につい
て図2を参照して説明する。まず、図1に示した基板1
01上に絶縁膜102が形成され、更に絶縁膜102上
のシリコン層が形成されたSOI基板を用意する。この
シリコン層に所定の導電型の不純物をドーピングした
後、SOI基板にレジストを塗布し、絶縁膜102上の
シリコン層を電子線リソグラフィ及び反応性イオンエッ
チング(RIE)により加工し、ソース103とドレイ
ン104を形成すると共に、ソース103とドレイン1
04間の2つの細線106を形成する。これら2つの細
線106は、図2(a)に示すように、90度の角度を
もって長さLで接続され、その幅Wと厚さは均一であ
る。
Next, a method of manufacturing the single electronic device will be described with reference to FIG. First, the substrate 1 shown in FIG.
First, an SOI substrate in which an insulating film 102 is formed on the substrate 01 and a silicon layer on the insulating film 102 is formed is prepared. After doping the silicon layer with impurities of a predetermined conductivity type, a resist is applied to the SOI substrate, the silicon layer on the insulating film 102 is processed by electron beam lithography and reactive ion etching (RIE), and a source 103 and a drain are formed. 104 and the source 103 and the drain 1
Two thin lines 106 between the lines 04 are formed. As shown in FIG. 2A, these two fine wires 106 are connected at a length L at an angle of 90 degrees, and their width W and thickness are uniform.

【0016】次に、図2(b)に示すように、熱酸化を
行うことにより、細線106を細らせる。すなわち、細
線接続部107は酸化時のストレスが大きいため、細線
非接続部に比べ酸化速度が小さく、酸化に伴うシリコン
の消費量が小さい。このため、酸化後における細線非接
続部の幅及び厚さは、細線接続部107よりも小さくな
る。また、このときの熱酸化により、ソース103、ド
レイン104及び細線106上に酸化膜が形成され、細
線非接続部上の酸化膜厚は、細線接続部107の酸化膜
厚に比べ大きくなる。
Next, as shown in FIG. 2B, the thin wire 106 is thinned by performing thermal oxidation. That is, since the thin wire connecting portion 107 has a large stress at the time of oxidation, the oxidation speed is lower than that of the thin wire non-connecting portion, and the consumption of silicon due to oxidation is small. Therefore, the width and thickness of the thin wire non-connection portion after oxidation are smaller than those of the thin wire connection portion 107. In addition, due to the thermal oxidation at this time, an oxide film is formed on the source 103, the drain 104, and the thin wire 106, and the oxide film thickness on the thin wire non-connection portion is larger than the oxide film thickness on the thin wire connection portion 107.

【0017】次に、電子線リソグラフィ技術を用いてレ
ジストのパターニングを行い、細線106上をレジスト
で被覆した後不純物を注入してソース103及びドレイ
ン104を形成する。この後、アニールを行い注入され
た不純物の活性化を行い、最後にアルミニウムのスパッ
タリングと電子線リソグラフィ及びRIEによるパター
ニングを行い、ゲート105を酸化膜(図1の絶縁膜1
02)上に形成する。
Next, the resist is patterned by using an electron beam lithography technique, and the source 103 and the drain 104 are formed by coating the resist on the fine wires 106 and then implanting impurities. Thereafter, annealing is performed to activate the implanted impurities. Finally, aluminum sputtering, electron beam lithography and patterning by RIE are performed to form a gate 105 on an oxide film (the insulating film 1 in FIG. 1).
02) formed on top.

【0018】以上のようにして製造されたこの実施の形
態の単一電子素子によれば、ゲート105に電圧を印加
し、細線106表面に反転層を誘起した場合、細線接続
部107・ソース103間領域、及び細線接続部107
・ドレイン104間領域は、細線接続部107に比べ幅
及び厚さが小さく、ピンチオフし易いこと、及びこれら
の領域は細線接続部107に比べ絶縁膜102の膜厚が
大きくしきい値電圧が高いなどの理由から、細線接続部
107は2つの電位バリア領域に挟まれた量子ドット構
造となる。この電位バリア領域長が十分に短い場合、電
位バリア領域中をキャリアがトンネリングすることが可
能となり、単一電子トランジスタ構造が形成される。
According to the single electron device of this embodiment manufactured as described above, when a voltage is applied to the gate 105 and an inversion layer is induced on the surface of the thin wire 106, the thin wire connecting portion 107 and the source 103 Inter-region and fine wire connecting portion 107
The region between the drains 104 is smaller in width and thickness than the thin wire connection portion 107, and easily pinches off. In these regions, the thickness of the insulating film 102 is larger than that of the thin wire connection portion 107 and the threshold voltage is higher. For this reason, the thin wire connecting portion 107 has a quantum dot structure sandwiched between two potential barrier regions. If the potential barrier region is sufficiently short, carriers can tunnel through the potential barrier region, and a single-electron transistor structure is formed.

【0019】(第2の実施の形態)図3は本発明の単一
電子素子の製造方法の第2の実施の形態により製造され
た単一電子素子の上面図を示す。絶縁膜上のシリコン層
を加工し、ソース203及びドレイン204を形成す
る。また、ソース203・ドレイン204間は、同一の
シリコン層からなる4本の細線206a、206b、2
06c及び206dを介して接続されている。これらの
各細線206a〜206dは、隣接する細線に対して9
0度の角度で接続され、細線接続部207の細線幅及び
厚さは非接続部の細線幅及び厚さよりも大きい。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a top view of a single electronic device manufactured according to a second embodiment of the method for manufacturing a single electronic device of the present invention. The silicon layer on the insulating film is processed to form the source 203 and the drain 204. Further, between the source 203 and the drain 204, four thin wires 206a, 206b,
It is connected via 06c and 206d. Each of these thin lines 206a to 206d is 9
They are connected at an angle of 0 degrees, and the thin line width and thickness of the thin line connecting portion 207 are larger than the thin line width and thickness of the non-connecting portion.

【0020】ソース203、ドレイン204及び細線2
06a〜206dは、絶縁膜で被覆され、この絶縁膜上
にはゲート205が存在する。このゲート205は図3
に示すように、ソース203及びドレイン204の一部
と細線206a〜206dとオーバーラップするように
形成されている。
Source 203, drain 204 and fine wire 2
06a to 206d are covered with an insulating film, and a gate 205 exists on the insulating film. This gate 205 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the source 203 and a part of the drain 204 are formed so as to overlap with the thin lines 206a to 206d.

【0021】次に、この実施の形態の製造方法について
図4と共に説明する。図4(a)において、絶縁膜上の
シリコン層を電子線リソグラフィー及びRIEにより加
工し、ソース203、ドレイン204及びソース203
・ドレイン204間に図示のように互いに隣接する細線
に対して90度で接続される4本の細線206a〜20
6dを形成する。各細線206a〜206dの幅と厚さ
はそれぞれ同一である。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 4A, a silicon layer on an insulating film is processed by electron beam lithography and RIE, and a source 203, a drain 204, and a source 203 are formed.
Four thin wires 206a-20 connected between the drains 204 at 90 degrees to adjacent thin wires as shown
6d is formed. The width and thickness of each of the thin lines 206a to 206d are the same.

【0022】次に、図4(a)に示す素子に対して熱酸
化を行うことにより、図4(b)に示すように、細線2
06a〜206dを細らせる。細線接続部207は酸化
時のストレスが大きいため、細線非接続部に比べ酸化速
度が小さく、酸化に伴うシリコンの消費量が小さい。こ
のため、酸化後における細線非接続部の幅及び厚さは、
細線接続部207よりも小さくなる。また、この熱酸化
時に前記ソース203、ドレイン204及び細線206
a〜206d上を覆う酸化膜が形成され、そのうち細線
非接続部上の酸化膜厚は細線接続部207上の酸化膜厚
に比べ大きくなる。
Next, the element shown in FIG. 4A is subjected to thermal oxidation, so that the thin wire 2 is formed as shown in FIG.
06a to 206d are thinned. Since the thin wire connection portion 207 has a large stress at the time of oxidation, the oxidation speed is lower than that of the thin wire non-connection portion, and the consumption of silicon due to oxidation is small. For this reason, the width and thickness of the thin wire non-connection portion after oxidation are
It is smaller than the thin wire connection portion 207. In addition, during the thermal oxidation, the source 203, the drain 204 and the thin wire 206 are formed.
An oxide film is formed so as to cover a to 206d. The thickness of the oxide film on the thin wire connection portion is larger than the thickness of the oxide film on the thin wire connection portion 207.

【0023】この後、アルミニウムを蒸着し、電子線リ
ソグラフィー及びRIEによるパターニングを行い、ゲ
ート205を酸化膜上に形成する。
After that, aluminum is deposited and patterned by electron beam lithography and RIE to form a gate 205 on the oxide film.

【0024】以上の製造方法により製造された第2の実
施の形態の素子において、ゲート205に電圧を印加
し、細線206a〜206dの表面に反転層を誘起した
場合、細線接続部207・ソース203間領域、及び細
線接続部207・ドレイン204間領域は、細線接続部
207に比べ幅及び厚さが小さく、ピンチオフし易いこ
と、及びこれらの領域は細線接続部207に比べ絶縁膜
の膜厚が大きく、しきい値電圧が高いなどの理由から、
細線接続部207は2つの電位バリア領域に挟まれた量
子ドット構造となる。この電位バリア領域長が十分に短
い場合、電位バリア領域中をキャリアがトンネリングす
ることが可能となり、単一電子トランジスタ構造が形成
される。また、この場合、量子ドットが直列に複数個接
続されているために、コ・トンネリング(Co-Tunnelin
g)が起こりにくく、第1の実施の形態に比べ、より明
瞭なクーロンブロッケイド現象の観測が可能である。
In the device according to the second embodiment manufactured by the above manufacturing method, when a voltage is applied to the gate 205 to induce an inversion layer on the surfaces of the thin wires 206a to 206d, the thin wire connecting portion 207 and the source 203 The inter-region and the region between the thin wire connection portion 207 and the drain 204 have a smaller width and thickness than the thin wire connection portion 207, and are liable to pinch off. Large, high threshold voltage, etc.
The thin wire connection portion 207 has a quantum dot structure sandwiched between two potential barrier regions. If the potential barrier region is sufficiently short, carriers can tunnel through the potential barrier region, and a single-electron transistor structure is formed. In this case, since a plurality of quantum dots are connected in series, co-tunneling (Co-Tunnelin) is performed.
g) is less likely to occur, and a clearer Coulomb blockade phenomenon can be observed than in the first embodiment.

【0025】[0025]

【実施例】次に、図1に示した第1の実施の形態の実施
例について説明する。まず、上部シリコン層が数nm〜
数十nm程度のSOI基板を用意する。ここでは、一般
に市販されている膜厚50nm程度のものを使用する。
また、上部シリコン層には、p型不純物であるボロンが
1015cm-3程度ドーピングされたものを用いる。この
SOI基板にネガ型レジストを塗布し、電子線描画装置
にて露光を行い、この後RIEによりシリコン層の加工
を行う。ソース103・ドレイン104間の細線106
の長さL及び幅Wは、共に20nm程度のものまで微細
化可能である。
Next, an example of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described. First, the upper silicon layer
An SOI substrate of about several tens nm is prepared. Here, a commercially available film having a thickness of about 50 nm is used.
The upper silicon layer is doped with boron, which is a p-type impurity, by about 10 15 cm −3 . A negative resist is applied to the SOI substrate, exposed by an electron beam lithography apparatus, and then the silicon layer is processed by RIE. Fine line 106 between source 103 and drain 104
Both the length L and the width W can be reduced to about 20 nm.

【0026】次に、O2雰囲気中で熱酸化を行い、酸化
膜を20nm程度成長する。これにより、シリコン層の
上下両面に酸化膜が成長される。ここで、熱酸化温度を
高くし過ぎると酸化膜の粘性が小さくなり、細線接続部
107へ印加されるストレスが小さくなってしまうの
で、ここでは800℃程度の温度で熱酸化を行う。細線
接続部107では、熱酸化によるストレスのため酸化速
度は小さいのに対し、細線非接続部ではストレスが小さ
いため酸化反応が十分に進行し、細線中のシリコンが消
費された結果、細線の幅及び厚さが小さくなる。同時
に、細線の非接続部の酸化膜厚は、細線接続部107の
ものに比べ厚くなる。
Next, thermal oxidation is performed in an O 2 atmosphere to grow an oxide film to a thickness of about 20 nm. As a result, oxide films are grown on the upper and lower surfaces of the silicon layer. Here, if the thermal oxidation temperature is too high, the viscosity of the oxide film becomes small, and the stress applied to the thin wire connecting portion 107 becomes small. Therefore, the thermal oxidation is performed at a temperature of about 800 ° C. here. In the thin wire connecting portion 107, the oxidation rate is low due to the stress due to thermal oxidation, whereas in the thin wire non-connecting portion, the stress is small and the oxidation reaction sufficiently proceeds, and silicon in the fine wire is consumed. And the thickness is reduced. At the same time, the oxide film thickness of the non-connection portion of the thin wire is larger than that of the thin wire connection portion 107.

【0027】次に、電子線リソグラフィー技術を用いて
レジストのパターニングを行い、細線106上をレジス
トで被覆した後、n型不純物の砒素(As+)をエネル
ギー50keV、ドーズ量1E16/cm2の条件でシ
リコン層に注入し、ソース103及びドレイン104を
形成する。この後、窒素(N2)雰囲気中で900℃、
30分程度のアニールを行うことで注入されたAsの活
性化を行う。最後にアルミニウムのスパッタ及びパター
ニングを行い、ゲート105を酸化膜上に形成する。
Next, the resist is patterned by using an electron beam lithography technique, and after covering the fine wire 106 with the resist, the n-type impurity arsenic (As + ) is applied under the conditions of an energy of 50 keV and a dose of 1E16 / cm 2 . To form a source 103 and a drain 104. Thereafter, in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at 900 ° C.
The implanted As is activated by annealing for about 30 minutes. Finally, aluminum is sputtered and patterned to form a gate 105 on the oxide film.

【0028】次に、図3に示した第2の実施の形態の実
施例について説明する。まず、上部シリコン層が数nm
〜数十nm程度のSOI基板を用意する。ここでは、一
般に市販されている膜厚50nm程度のものを使用す
る。また、上部シリコン層には、p型不純物であるボロ
ンが1015cm-3程度ドーピングされたものを用いる。
このSOI基板にネガ型レジストを塗布し、電子線描画
装置にて露光を行い、この後RIEによりシリコン層の
加工を行う。ソース203・ドレイン204間の細線2
06の長さL及び幅Wは、共に20nm程度のものまで
微細化可能である。
Next, an example of the second embodiment shown in FIG. 3 will be described. First, the upper silicon layer is a few nm
An SOI substrate having a thickness of about several tens nm is prepared. Here, a commercially available film having a thickness of about 50 nm is used. The upper silicon layer is doped with boron, which is a p-type impurity, by about 10 15 cm −3 .
A negative resist is applied to the SOI substrate, exposed by an electron beam lithography apparatus, and then the silicon layer is processed by RIE. Fine wire 2 between source 203 and drain 204
The length L and width W of 06 can both be reduced to about 20 nm.

【0029】次に、O2雰囲気中で熱酸化を行い、酸化
膜を20nm程度成長する。これにより、シリコン層の
上下両面に酸化膜が成長される。ここで、熱酸化温度を
高くし過ぎると酸化膜の粘性が小さくなり、細線接続部
207へ印加されるストレスが小さくなってしまうの
で、ここでは800℃程度の温度で熱酸化を行う。細線
接続部207では、熱酸化によるストレスのため酸化速
度は小さいのに対し、細線非接続部ではストレスが小さ
いため酸化反応が十分に進行し、細線中のシリコンが消
費された結果、細線の幅及び厚さが小さくなる。同時
に、細線の非接続部の酸化膜厚は、細線接続部207の
ものに比べ厚くなる。
Next, thermal oxidation is performed in an O 2 atmosphere to grow an oxide film to a thickness of about 20 nm. As a result, oxide films are grown on the upper and lower surfaces of the silicon layer. Here, if the thermal oxidation temperature is too high, the viscosity of the oxide film becomes small, and the stress applied to the thin wire connection portion 207 becomes small. Therefore, the thermal oxidation is performed at a temperature of about 800 ° C. here. In the thin wire connection portion 207, the oxidation rate is low due to the stress due to thermal oxidation, whereas in the thin wire non-connection portion, the stress is small and the oxidation reaction proceeds sufficiently, and silicon in the fine wire is consumed. And the thickness is reduced. At the same time, the oxide film thickness of the non-connection portion of the thin wire is larger than that of the thin wire connection portion 207.

【0030】次に、電子線リソグラフィー技術を用いて
レジストのパターニングを行い、すべての細線206a
〜206d上をレジストで被覆した後、n型不純物の砒
素(As+)をエネルギー50keV、ドーズ量1E1
6/cm2の条件でシリコン層に注入し、ソース203
及びドレイン204を形成する。この後、N2雰囲気中
で900℃、30分程度のアニールを行うことで注入さ
れたAsの活性化を行う。最後にアルミニウムのスパッ
タ及びパターニングを行い、ゲート205を酸化膜上に
形成する。
Next, the resist is patterned by using the electron beam lithography technique, and all the thin lines 206a are formed.
After covering the top surface with a resist, arsenic (As + ) as an n-type impurity is applied with an energy of 50 keV and a dose of 1E1.
It was implanted into the silicon layer with a 6 / cm 2 conditions, source 203
And a drain 204 are formed. Thereafter, the implanted As is activated by annealing at 900 ° C. for about 30 minutes in an N 2 atmosphere. Finally, aluminum is sputtered and patterned to form a gate 205 on the oxide film.

【0031】以上、本発明の単一電子素子の製造方法を
用いた2つの実施の形態及び実施例について説明した
が、SOI基板の上部シリコン層としてボロンがドープ
されたシリコン層の代わりに、燐、砒素又はアンチモン
などのn型不純物がドーピングされたシリコン層を用い
てもよい。この場合、ソース及びドレイン領域は、ボロ
ンなどのp型不純物をドーピングする必要がある。ま
た、上部シリコン層内の不純物濃度は不純物型を問わ
ず、1014cm-3〜1019cm-3程度の範囲で選択可能
である。
Although the two embodiments and examples using the method for manufacturing a single electronic device of the present invention have been described above, instead of a silicon layer doped with boron as an upper silicon layer of an SOI substrate, phosphorus is used. Alternatively, a silicon layer doped with an n-type impurity such as arsenic or antimony may be used. In this case, the source and drain regions need to be doped with a p-type impurity such as boron. Further, the impurity concentration in the upper silicon layer can be selected in a range of about 10 14 cm −3 to 10 19 cm −3 regardless of the impurity type.

【0032】細線接続部は酸化時に十分ストレスが印加
されればよく、接続角度は90度である必要はない。シ
リコン層の酸化膜厚は、数nmから細線が切断されてし
まわない程度まで選択可能である。ただし、上部シリコ
ン層内の不純物濃度と酸化膜厚は、キャリアを細線に誘
起するためゲートに印加する電圧に影響を与えるので、
適切な条件とすることが必要である。
It is sufficient that a sufficient stress is applied to the thin wire connection portion during oxidation, and the connection angle does not need to be 90 degrees. The oxide film thickness of the silicon layer can be selected from several nm to such an extent that the fine line is not cut. However, since the impurity concentration and the oxide film thickness in the upper silicon layer affect the voltage applied to the gate to induce carriers into fine lines,
It is necessary to set appropriate conditions.

【0033】上部シリコン層の酸化温度は、細線接続部
の酸化が十分抑制されればよく、800℃である必要は
ない。酸化量が多く、酸化後の細線の幅や厚さが小さい
場合、細線接続部の酸化を極端に抑制する必要はなく、
800℃以上の酸化でも量ドット構造形成は可能であ
る。また、ソース及びドレインのイオン注入種として、
As+以外にP+、Sb+なども可能である。また、イオ
ン注入以外にも、固相拡散やプラズマドーピングなどの
他の方法によっても、ソース及びドレインの形成は可能
である。ゲートはアルミニウム以外に、タングステンな
どの他の金属や不純物がドープされたポリシリコンで代
入してもよい。
The oxidation temperature of the upper silicon layer is not required to be 800 ° C., as long as the oxidation of the thin wire connection portion is sufficiently suppressed. When the oxidation amount is large and the width or thickness of the fine wire after oxidation is small, it is not necessary to extremely suppress oxidation of the fine wire connection part,
Even when the oxidation is performed at 800 ° C. or more, the formation of the dot structure can be performed. Also, as ion implantation species for source and drain,
In addition to As + , P + , Sb + and the like are also possible. Further, the source and the drain can be formed by other methods such as solid-phase diffusion and plasma doping other than the ion implantation. Instead of aluminum, the gate may be substituted with another metal such as tungsten or polysilicon doped with impurities.

【0034】また、2つの実施の形態から明らかなよう
に、量ドット構造の並列接続、又は直列・並列混在接続
も容易である。
As is apparent from the two embodiments, parallel connection of the quantity dot structure or mixed connection of series and parallel is easy.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱酸化時のストレスを利用して量子ドット構造を形成す
るようにしたため、リソグラフィー限界以下の量子ドッ
ト構造を形成でき、高温動作、集積化が可能な単一電子
素子を製造できる。また、本発明によれば、量子ドット
間の接続も自由度が大きく、寄生抵抗、寄生容量も小さ
い単一電子素子を製造することができるため、高速、高
機能な回路動作ができる単一電子素子の製造ができる。
As described above, according to the present invention,
Since the quantum dot structure is formed by utilizing the stress at the time of thermal oxidation, a quantum dot structure below the lithography limit can be formed, and a single electronic device capable of high-temperature operation and integration can be manufactured. Further, according to the present invention, a single-electron element having a large degree of freedom in connection between quantum dots and a small parasitic resistance and a small parasitic capacitance can be manufactured. The device can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明方法の第1の実施の形態により製造され
た単一電子素子の構成図で、(a)は上面図、(b)は
A−A’線での断面構造図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a single electronic device manufactured by a first embodiment of the method of the present invention, (a) is a top view, and (b) is a cross-sectional structure diagram along AA ′ line. .

【図2】本発明方法の第1の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a first embodiment of the method of the present invention.

【図3】本発明方法の第2の実施の形態により製造され
た単一電子素子の上面図である。
FIG. 3 is a top view of a single electronic device manufactured according to a second embodiment of the method of the present invention.

【図4】本発明方法の第2の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a second embodiment of the method of the present invention.

【図5】従来方法により製造された単一電子素子の一例
の構成図で、(a)は上面図、(b)はA−A’線での
断面構造図である。
5A and 5B are configuration diagrams of an example of a single electronic device manufactured by a conventional method, in which FIG. 5A is a top view and FIG. 5B is a cross-sectional structure diagram along line AA ′.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 半導体基板 102 絶縁膜 103、203 ソース 104、204 ドレイン 105、205 ゲート 106、206a〜206d 細線 107、207 細線接続部 Reference Signs List 101 semiconductor substrate 102 insulating film 103, 203 source 104, 204 drain 105, 205 gate 106, 206a to 206d fine wire 107, 207 fine wire connection portion

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上の半導体層をソース及びド
レインを形成するように加工すると共に、該ソース及び
ドレイン間を複数の細線により直列に接続された形状に
該半導体層を加工し、該複数の細線のうち互いに隣接す
る細線同士は所定の角度をもって接続されるように形成
する第1の工程と、 前記第1の工程を経た素子を熱酸化により前記細線を細
らせて、該熱酸化時のストレスにより細線非接続部の幅
及び厚さを前記複数の細線のそれぞれの接続部の幅及び
厚さよりも小さくする第2の工程と、 前記第2の工程を経た素子の酸化膜上にゲートを形成す
る第3の工程とを含むことを特徴とする単一電子素子の
製造方法。
1. A source及Bido a semiconductor layer on an insulating substrate
Processed to form rain, the sauce and
Drains are connected in series by multiple thin wires
The semiconductor layer is processed, and the plurality of fine wires are adjacent to each other.
A first step of forming the thin wires to be connected at a predetermined angle to each other, and thinning the thin wires by thermal oxidation of the element that has undergone the first step, so that the thin wires are not stressed by the stress during the thermal oxidation. A second step of making the width and thickness of the connection part smaller than the width and thickness of each connection part of the plurality of fine wires; and a third step of forming a gate on the oxide film of the element having undergone the second step A method for manufacturing a single electronic device, comprising the steps of:
【請求項2】 前記第3の工程は、前記ソース及びドレ
インのそれぞれの一部と前記複数の細線全体をオーバー
ラップして形成することを特徴とする請求項1記載の単
一電子素子の製造方法。
2. The manufacturing of a single electronic device according to claim 1, wherein the third step is to form a part of each of the source and the drain and the whole of the plurality of thin wires so as to overlap each other. Method.
【請求項3】 前記第1の工程は、前記直列に接続され
複数の細線のうち互いに隣接する細線同士は90度の
角度で接続することを特徴とする請求項1又は2記載の
単一電子素子の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first step is connected in series.
3. The method according to claim 1, wherein adjacent ones of the plurality of thin wires are connected at an angle of 90 degrees.
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