JP2967063B2 - Single electron transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Single electron transistor and manufacturing method thereof

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JP2967063B2 JP6328197A JP6328197A JP2967063B2 JP 2967063 B2 JP2967063 B2 JP 2967063B2 JP 6328197 A JP6328197 A JP 6328197A JP 6328197 A JP6328197 A JP 6328197A JP 2967063 B2 JP2967063 B2 JP 2967063B2
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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、新しい動作原理に
基づいた半導体素子の1つである単一電子トランジスタ
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-electron transistor which is one of semiconductor devices based on a new operation principle, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、新しい動作原理に基づいた半導体
素子の1つとして、単一電子トランジスタが提案されて
いる。単一電子トランジスタでは、ソース層とアイラン
ド層との間、ドレイン層とアイランド層との間にそれぞ
れにトンネル障壁層が設けられ、ゲート電圧によりアイ
ランド層の電位を変え、電子のトンネリングを制御する
ことで素子のオン・オフ制御を行なう。
2. Description of the Related Art Recently, a single-electron transistor has been proposed as one of semiconductor devices based on a new operation principle. In single-electron transistors, tunnel barrier layers are provided between the source layer and the island layer and between the drain layer and the island layer, and the gate voltage changes the potential of the island layer to control electron tunneling. Controls on / off of the device.

【0003】図18、図19は、従来の単一電子トラン
ジスタの製造方法を示す工程断面図である。
FIGS. 18 and 19 are process sectional views showing a conventional method for manufacturing a single-electron transistor.

【0004】まず、図18(a)に示すように、p型シ
リコン基板81の全面に厚さ400nmの酸化シリコン
膜82を熱酸化法により形成する。次いで同図(a)に
示すように、酸化シリコン膜82上に厚さ30nmの多
結晶シリコン膜83をLPCVD法により形成する。こ
の結果、SOI基板が得られる。この後、多結晶シリコ
ン膜83内にn型不純物を例えばイオン注入法により導
入する。
First, as shown in FIG. 18A, a 400-nm-thick silicon oxide film 82 is formed on the entire surface of a p-type silicon substrate 81 by a thermal oxidation method. Next, as shown in FIG. 2A, a polycrystalline silicon film 83 having a thickness of 30 nm is formed on the silicon oxide film 82 by LPCVD. As a result, an SOI substrate is obtained. Thereafter, an n-type impurity is introduced into the polycrystalline silicon film 83 by, for example, an ion implantation method.

【0005】次に図18(b)に示すように、多結晶シ
リコン膜83をRIE等の異方性エッチングにより島状
に加工する。次に同図(b)に示すように、RIE等の
異方性エッチングにより多結晶シリコン膜83の表面に
溝を形成し、トンネル障壁層85,87を形成すること
によって、多結晶シリコン膜83をソース層84と、第
1のトンネル障壁層85と、アイランド層86と、第2
のトンネル障壁層87と、ドレイン層88とに区分す
る。ソース層84はトンネル障壁層85を介してアイラ
ンド層86に、ドレイン層88はトンネル障壁層87を
介してアイランド層86に接続することになる。
Next, as shown in FIG. 18B, the polycrystalline silicon film 83 is processed into an island shape by anisotropic etching such as RIE. Next, as shown in FIG. 2B, a groove is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 83 by anisotropic etching such as RIE, and tunnel barrier layers 85 and 87 are formed. To the source layer 84, the first tunnel barrier layer 85, the island layer 86, and the second
Are divided into a tunnel barrier layer 87 and a drain layer 88. The source layer 84 is connected to the island layer 86 via the tunnel barrier layer 85, and the drain layer 88 is connected to the island layer 86 via the tunnel barrier layer 87.

【0006】次に図18(c)に示すように、全面に厚
さ100nmの酸化シリコン膜からなるゲート酸化膜8
9をLPCVD法により形成する。次に同図(c)に示
すように、全面にゲート電極90となる厚さ200nm
の多結晶シリコン膜をLPCVD法により形成した後、
この多結晶シリコン膜をRIE法等の異方性エッチング
により加工して、ゲート電極90を形成する。
Next, as shown in FIG. 18C, a gate oxide film 8 made of a silicon oxide film having a thickness of 100 nm is formed on the entire surface.
9 is formed by the LPCVD method. Next, as shown in FIG. 4C, a 200 nm-thickness to be the gate electrode 90 is formed on the entire surface.
After forming the polycrystalline silicon film by the LPCVD method,
This polycrystalline silicon film is processed by anisotropic etching such as RIE to form a gate electrode 90.

【0007】次に図19(a)に示すように、全面に厚
さ500nmの酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜91
をCVD法により形成した後、この層間絶縁膜91にコ
ンタクトホール92を形成する。
Next, as shown in FIG. 19A, an interlayer insulating film 91 made of a silicon oxide film having a thickness of 500 nm is formed on the entire surface.
Is formed by the CVD method, a contact hole 92 is formed in the interlayer insulating film 91.

【0008】次に図19(b)に示すように、全面にA
l配線93となるSiを1%含有するAl膜をスパッタ
法により形成し、このAl膜をパターニングして、ソー
ス層84、ゲート電極90、ドレイン層88にそれぞれ
Al配線93を形成する。
[0008] Next, as shown in FIG.
An Al film containing 1% of Si to be the l wiring 93 is formed by a sputtering method, and the Al film is patterned to form an Al wiring 93 on the source layer 84, the gate electrode 90, and the drain layer 88, respectively.

【0009】最後に、450℃のフォーミングガス雰囲
気でのシンタ工程、パッシベーション膜としての厚さ1
00nmの酸化シリコン膜(不図示)の成膜工程を経て
完成する。
Finally, a sintering process in a forming gas atmosphere at 450 ° C. and a thickness of 1
It is completed through a film formation process of a 00 nm silicon oxide film (not shown).

【0010】ところで、この種の従来の単一電子トラン
ジスタには、以下のような問題があった。
Incidentally, this kind of conventional single electron transistor has the following problems.

【0011】従来、多結晶シリコン膜83の表面に溝を
形成し、トンネル障壁層85,87を形成する工程で
は、リソグラフィを用いていた。このため、溝の最小幅
は、リソグラフィの露光限界で決定され、大体100n
m程度が実用的な意味で限界であった。したがって、ト
ンネル障壁層85,87の幅を狭くし、素子の微細化を
図ることが困難であるという問題があった。
Conventionally, lithography has been used in the step of forming grooves on the surface of the polycrystalline silicon film 83 and forming the tunnel barrier layers 85 and 87. For this reason, the minimum width of the groove is determined by the lithographic exposure limit, and is approximately 100n.
About m was the limit in a practical sense. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the width of the tunnel barrier layers 85 and 87 and to miniaturize the device.

【0012】また、トンネル障壁層85,87の幅を狭
くできないことから、ゲート電極90にオン電圧を印加
しても、トンネル効果が起こり難くなり、素子が正常に
オン動作しなくなるという問題があった。
Further, since the widths of the tunnel barrier layers 85 and 87 cannot be reduced, even if an on-voltage is applied to the gate electrode 90, a tunnel effect is unlikely to occur and the element does not operate normally. Was.

【0013】一方、幅を変えずに十分な電流を得るに
は、トンネル障壁層85,87の厚さを厚くし、トンネ
ル障壁層85,87の電子に対するポテンシャルを低く
する必要がある。この場合、温度が低くないと、ゲート
電極90にオン電圧を印加してない状態でも電子が流
れ、素子が正常にオフ動作しなくなるという問題があ
る。すなわち、この場合、動作温度を高めることは困難
になる。
On the other hand, in order to obtain a sufficient current without changing the width, it is necessary to increase the thickness of the tunnel barrier layers 85 and 87 and to lower the potential of the tunnel barrier layers 85 and 87 for electrons. In this case, if the temperature is not low, electrons flow even in a state where no on-voltage is applied to the gate electrode 90, so that there is a problem that the element does not operate normally. That is, in this case, it is difficult to increase the operating temperature.

【0014】また、アイランド層86とソース層84と
を分かつトンネル障壁層85と、アイランド層86とド
レイン層88とを分かつトンネル障壁層87とを等しく
形成すると、電流電圧特性にクーロン階段が現れず、単
一電子トランジスターの特性を完全には生かすことがで
きない。このため、2つの溝の幅を変えるなどしてトン
ネル障壁層85,87を非対称に形成する必要がある。
Further, if the island layer 86 and the source layer 84 are separated and the tunnel barrier layer 85 and the island layer 86 and the drain layer 88 are separated and the tunnel barrier layer 87 is formed equally, the Coulomb step does not appear in the current-voltage characteristics. However, the characteristics of a single-electron transistor cannot be fully utilized. Therefore, it is necessary to form the tunnel barrier layers 85 and 87 asymmetrically by changing the width of the two grooves.

【0015】しかし、2つの溝の幅を変える場合には、
上述した加工限界によって狭い方の溝の幅が100nm
程度の値に制限されるため、広い方の溝の幅は更に大き
い値となる。その結果、微細化は更に困難になり、ま
た、上述した動作温度に対する制約も更に厳しくなる。
However, when changing the width of the two grooves,
Due to the processing limit mentioned above, the width of the narrower groove is 100 nm
The width of the wider groove is a larger value because it is limited to the value of the degree. As a result, miniaturization becomes more difficult, and the above-mentioned restrictions on the operating temperature become more severe.

【0016】また、従来、アイランド層86を形成する
ためのリソグラフィ工程とゲート電極90を形成するた
めのリソグラフィ工程とは別の工程であった。このた
め、リソグラフィ工程の合わせずれを考慮して、ゲート
電極90をアイランド層86に比較して大きく形成せざ
るを得なかった。すなわち、ゲート電極90はソース層
84、ドレイン層88と重なる程度の大きさにする必要
があった。
Conventionally, the lithography process for forming the island layer 86 and the lithography process for forming the gate electrode 90 are different processes. For this reason, the gate electrode 90 must be formed larger than the island layer 86 in consideration of misalignment in the lithography process. That is, the gate electrode 90 needs to be large enough to overlap the source layer 84 and the drain layer 88.

【0017】その結果、ゲート電極90とソース層84
との間、ゲート電極90とドレイン層88との間に不要
な静電容量が形成され、これによっても動作温度が低く
なるという問題があった。
As a result, the gate electrode 90 and the source layer 84
Unnecessary capacitance is formed between the gate electrode 90 and the drain layer 88 during this period, which also causes a problem that the operating temperature is lowered.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の単
一電子トランジスタは、トンネル障壁層の幅がフォトリ
ソグラフィの露光限界によって限定され、微細化が困難
であるという問題があった。また、ゲート電極の大きさ
がフォトリソグラフィの合わせ精度によって限定され、
その結果ゲート電極を小さくすることができないという
問題もあった。
As described above, the conventional single-electron transistor has a problem that the width of the tunnel barrier layer is limited by the exposure limit of photolithography, and it is difficult to miniaturize the transistor. Also, the size of the gate electrode is limited by the alignment accuracy of photolithography,
As a result, there has been a problem that the gate electrode cannot be reduced in size.

【0019】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、フォトリソグラフィの
露光限界や合わせ精度に限定されない微細な単一電子ト
ランジスタおよびその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a fine single-electron transistor which is not limited to an exposure limit or alignment accuracy of photolithography, and a method of manufacturing the same. It is in.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

[構成]上記目的を達成するために、本発明に係る単一
電子トランジスタ(請求項1)は、アイランド層と、こ
のアイランド層にそれより薄い第1のトンネル障壁層を
介して接続したソース層と、前記アイランド層にそれよ
り薄い第2のトンネル障壁層を介して接続し、かつ前記
ソース層とともに前記アイランド層を挟むように配置さ
れたドレイン層と、前記アイランド層上にゲート絶縁膜
を介して配設され、かつ前記ソース層と前記ドレイン層
に重ならないゲート電極とを備えたことを特徴とする。
[Structure] In order to achieve the above object, a single electron transistor according to the present invention (claim 1) comprises an island layer and a source layer connected to the island layer via a thinner first tunnel barrier layer. A drain layer connected to the island layer through a second tunnel barrier layer thinner than the drain layer, and disposed so as to sandwich the island layer with the source layer; and a gate insulating film on the island layer. And a gate electrode that does not overlap the source layer and the drain layer.

【0021】ここで、前記第1のトンネル障壁層と前記
第2のトンネル障壁層とは、キャリアに対してエネルギ
ー障壁として異なっていることが好ましい。これを実現
するには、例えば、前記第1のトンネル障壁層と前記第
2のトンネル障壁層とが、厚さおよび広さの少なくとも
一方が異なるようにする。
Here, it is preferable that the first tunnel barrier layer and the second tunnel barrier layer have different energy barriers for carriers. To achieve this, for example, the first tunnel barrier layer and the second tunnel barrier layer are different in at least one of thickness and width.

【0022】また、本発明に係る単一電子トランジスタ
の製造方法(請求項2)は、半導体層の一部の領域上に
ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、こ
のゲート電極および前記ゲート絶縁膜の側壁にゲート側
壁絶縁膜を形成する工程と、このゲート側壁絶縁膜およ
前記ゲート絶縁膜で覆われていない前記半導体層の表
面に、前記ゲート側壁絶縁膜とは材料が異なるマスク絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート側壁絶縁膜を選択的
に除去した後、前記マスク絶縁膜、前記ゲート絶縁膜お
よび前記ゲート電極をマスクとして、前記ゲート側壁絶
縁膜を除去して露出した前記半導体層の表面を酸化して
溝を形成することにより、前記半導体層をアイランド層
と、このアイランド層よりも薄い第1のトンネル障壁層
と、この第1のトンネル障壁層を介して前記アイランド
層に接続したソース層と、前記アイランド層よりも薄い
第2のトンネル障壁層と、この第2のトンネル障壁層を
介して前記アイランド層に接続し、かつ前記ソース層と
ともに前記アイランド層を挟むドレイン層とに区分する
工程とを有することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a single-electron transistor, comprising the steps of: forming a gate electrode on a partial region of a semiconductor layer via a gate insulating film; forming a gate sidewall insulating film on side walls of the gate insulating film, Oyo the gate sidewall insulating film
The surface of the semiconductor layer not covered with the fine said gate insulating film, and the gate sidewall insulation films forming a mask insulating film material are different, after selectively removing the gate sidewall insulation film, said By using the mask insulating film, the gate insulating film and the gate electrode as a mask, the surface of the semiconductor layer exposed by removing the gate side wall insulating film is oxidized to form a groove, thereby forming the semiconductor layer as an island layer. A first tunnel barrier layer thinner than the island layer, a source layer connected to the island layer via the first tunnel barrier layer, a second tunnel barrier layer thinner than the island layer, Connecting to the island layer via a second tunnel barrier layer, and separating the island layer with the source layer into a drain layer sandwiching the island layer. The features.

【0023】また、本発明に係る単一電子トランジスタ
の製造方法(請求項3)は、半導体層の一部の領域上に
ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、こ
のゲート電極および前記ゲート絶縁膜の側壁にゲート側
壁絶縁膜を形成する工程と、このゲート側壁絶縁膜およ
前記ゲート絶縁膜で覆われていない前記半導体層の表
面に、前記ゲート側壁絶縁膜とは材料が異なるマスク絶
縁膜を形成する工程と、前記ゲート側壁絶縁膜を選択的
に除去した後、前記マスク絶縁膜、前記ゲート絶縁膜お
よび前記ゲート電極をマスクとして、前記ゲート側壁絶
縁膜を除去して露出した前記半導体層の表面をエッチン
グして溝を形成することにより、前記半導体層をアイラ
ンド層と、このアイランド層よりも薄い第1のトンネル
障壁層と、この第1のトンネル障壁層を介して前記アイ
ランド層に接続したソース層と、前記アイランド層より
も薄い第2のトンネル障壁層と、この第2のトンネル
壁層を介して前記アイランド層に接続し、かつ前記ソー
ス層とともに前記アイランド層を挟むドレイン層とに区
分する工程とを有することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a single-electron transistor, comprising: forming a gate electrode on a partial region of a semiconductor layer via a gate insulating film; forming a gate sidewall insulating film on side walls of the gate insulating film, Oyo the gate sidewall insulating film
The surface of the semiconductor layer not covered with the fine said gate insulating film, and the gate sidewall insulation films forming a mask insulating film material are different, after selectively removing the gate sidewall insulation film, said By using the mask insulating film, the gate insulating film and the gate electrode as a mask, the surface of the semiconductor layer exposed by removing the gate side wall insulating film is etched to form a groove, thereby forming the semiconductor layer as an island layer. A first tunnel barrier layer thinner than the island layer, a source layer connected to the island layer via the first tunnel barrier layer, a second tunnel barrier layer thinner than the island layer, a step of dividing the second through the tunnel disabled <br/> wall layer connected to the island layer, and the drain layers sandwiching said island layer together with the source layer Characterized in that it has.

【0024】ここで、前記第1のトンネル障壁層と前記
第2のトンネル障壁層とが、厚さおよび広さの少なくと
も一方が異なるようにするには、例えば、前記溝を形成
する前に、前記半導体層の表面にそれに対して斜めに傾
いた方向から不純物イオンを注入すると良い。
Here, in order to make the first tunnel barrier layer and the second tunnel barrier layer different in at least one of the thickness and the width, for example, before forming the groove, It is preferable to implant impurity ions into the surface of the semiconductor layer from a direction oblique to the semiconductor layer.

【0025】これにより、前記第1のトンネル障壁層が
形成される部分と前記第2のトンネル障壁層が形成され
る部分とで、不純物イオンの濃度および分布の少なくと
も一方が変わり、酸化速度やエッチングレートが変わる
ので、厚さおよび広さの少なくとも一方を容易に変える
ことができる。
Thus, at least one of the concentration and distribution of the impurity ions is changed between the portion where the first tunnel barrier layer is formed and the portion where the second tunnel barrier layer is formed, and the oxidation rate and the etching rate are changed. Since the rate is changed, at least one of the thickness and the width can be easily changed.

【0026】なお、本発明は単一電子トランジスタとい
う名称であるが、キャリアは電子に制限されるものでは
なく、正孔であっても良い。
Although the present invention is called a single-electron transistor, carriers are not limited to electrons, and may be holes.

【0027】[作用]本発明(請求項1)の如きの構成
の単一電子トランジスタは、本発明(請求項2,3)の
製造方法により、トンネル障壁層の幅値をフォトリソグ
ラフィの露光限界で決まる値よりも小さくできる。
[Operation] In the single-electron transistor having the structure of the present invention (claim 1), the width value of the tunnel barrier layer is reduced by the exposure limit of photolithography by the manufacturing method of the present invention (claims 2 and 3). Can be smaller than the value determined by

【0028】また、トンネル障壁層の幅を狭くできるこ
とから、キャリアのトンネル確率が高くなり、ゲート電
極にオン電圧を印加した場合に、素子を確実にオン動作
させることが可能となる。また、キャリアのトンネル確
率が高いことから、トンネル障壁層の厚さを厚くしなく
ても、十分な電流量を確保できる。したがって、動作温
度が低い温度に制限されることはない。
Further, since the width of the tunnel barrier layer can be reduced, the probability of tunneling of carriers increases, and when an on-voltage is applied to the gate electrode, the element can be reliably turned on. Further, since the tunnel probability of carriers is high, a sufficient amount of current can be secured without increasing the thickness of the tunnel barrier layer. Therefore, the operating temperature is not limited to a low temperature.

【0029】また、本発明によれば、ゲート電極がソー
ス層とドレイン層とに重ならないので、従来は存在した
不要な寄生容量がなくなり、この不要な寄生容量に起因
する動作温度の降下も防止できるようになる。
Further, according to the present invention, since the gate electrode does not overlap the source layer and the drain layer, unnecessary parasitic capacitance which has conventionally existed is eliminated, and the operating temperature is prevented from lowering due to the unnecessary parasitic capacitance. become able to.

【0030】ここで、第1のトンネル障壁層と第2のト
ンネル障壁層とでは、キャリアに対するエネルギー障壁
が異なる構成を採用すれば、電流電圧特性にクーロン階
段が現れ、単一電子トランジスターの特性を完全に生か
すことができるようになる。すなわち、トンネル現象は
本来電子の波動性によるものであるにも拘らず、電子
(正孔)は粒子的に1個ずつトンネルすることが期待さ
れる。
Here, if the first tunnel barrier layer and the second tunnel barrier layer have different energy barriers for carriers, a Coulomb staircase appears in the current-voltage characteristics, and the characteristics of the single electron transistor are reduced. You will be able to take full advantage of it. That is, although the tunnel phenomenon is originally due to the wave nature of electrons, electrons (holes) are expected to tunnel one by one in particles.

【0031】本発明に係る形成方法の骨子は、トンネル
障壁層を規定する溝を自己整合的に形成し、ゲート電極
との合わせずれを無くすことと、リソグラフィの露光限
界以下の微細構造を形成することにある。
The essence of the forming method according to the present invention is to form a groove defining a tunnel barrier layer in a self-aligning manner, to eliminate misalignment with a gate electrode, and to form a fine structure smaller than an exposure limit of lithography. It is in.

【0032】本発明(請求項2)では、まず、ゲート部
(ゲート絶縁膜、ゲート電極)、ゲート側壁絶縁膜、マ
スク絶縁膜を形成し、次にゲート側壁絶縁膜を選択的に
除去し、半導体層の表面を選択的に露出させる。次にゲ
ート部およびマスク絶縁膜をマスクとして、半導体層の
露出面を酸化して、酸化膜が埋め込まれた溝を形成す
る。
In the present invention (claim 2), first, a gate portion (gate insulating film, gate electrode), a gate sidewall insulating film, and a mask insulating film are formed, and then the gate sidewall insulating film is selectively removed. The surface of the semiconductor layer is selectively exposed. Next, using the gate portion and the mask insulating film as a mask, the exposed surface of the semiconductor layer is oxidized to form a trench in which the oxide film is embedded.

【0033】ここで、ゲート側壁絶縁膜は、例えば、該
ゲート側壁絶縁膜としての絶縁膜を全面に形成し、これ
を異方性エッチング(エッチバック)することにより薄
く形成できるので、ゲート側壁絶縁膜を選択的に除去し
て現われた半導体層の露出面の幅値は、フォトリソグラ
フィの露光限界で決まる値よりも小さくできる。
Here, the gate side wall insulating film can be formed thin, for example, by forming an insulating film as the gate side wall insulating film over the entire surface and performing anisotropic etching (etch back). The width value of the exposed surface of the semiconductor layer, which is obtained by selectively removing the film, can be made smaller than the value determined by the exposure limit of photolithography.

【0034】しがって、フォトリソグラフィの露光限界
で限定される幅よりも狭い溝を形成できる。また、上記
溝をゲート電極に対して自己整合的に形成できることか
ら、ゲート電極をソース層とドレイン層とに重ならない
大きさに形成することもできる。なお、マスク絶縁膜は
ゲート側壁絶縁膜とは材料が異なるので、ゲート側壁絶
縁膜は容易に選択的に除去することができる。
Therefore, a groove narrower than the width limited by the exposure limit of photolithography can be formed. Further, since the groove can be formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode, the gate electrode can be formed to have a size that does not overlap the source layer and the drain layer. Since the material of the mask insulating film is different from that of the gate sidewall insulating film, the gate sidewall insulating film can be easily and selectively removed.

【0035】また、本発明(請求項3)では、ゲート絶
縁膜、ゲート電極、ゲート側壁絶縁膜、マスク絶縁膜を
形成した後、ゲート側壁絶縁膜を除去して現われた半導
体層の露出面をエッチングして、溝を形成している。
In the present invention (claim 3), after forming a gate insulating film, a gate electrode, a gate side wall insulating film, and a mask insulating film, the exposed surface of the semiconductor layer which appears by removing the gate side wall insulating film is removed. The grooves are formed by etching.

【0036】ここで、ゲート側壁絶縁膜は、上記発明
(請求項2)の場合と同様に、薄く形成できるので、フ
ォトリソグラフィの露光限界で限定される幅よりも狭い
溝を形成できる。また、上記発明(請求項2)の場合と
同様に、ゲート電極をソース層とドレイン層とに重なら
ない大きさに形成できる。
Here, as in the case of the above invention (claim 2), the gate sidewall insulating film can be formed thin, so that a groove narrower than the width limited by the exposure limit of photolithography can be formed. Further, as in the case of the above invention (claim 2), the gate electrode can be formed to have a size that does not overlap the source layer and the drain layer.

【0037】ここで、上記発明(請求項2,3)におい
て、半導体層の表面に対して斜めから不純物イオンを注
入すれば、ゲート電極を境にして不純物イオンの濃度や
分布が異なるようになる。
Here, in the above inventions (claims 2 and 3), if impurity ions are implanted obliquely to the surface of the semiconductor layer, the concentration and distribution of the impurity ions will be different from the gate electrode. .

【0038】このような濃度や分布の違いがあると、溝
を形成する際の酸化量やエッチング量がゲート電極を境
にして変化し、深さや幅が異なった第1、第2のトンネ
ル障壁層が形成される。この結果、電流電圧特性にクー
ロン階段が現れ、単一電子トランジスタの特性を完全に
生かすことができるようになる。
If there is such a difference in the concentration and distribution, the amount of oxidation and the amount of etching when forming the trench change with the gate electrode as a boundary, and the first and second tunnel barriers having different depths and widths. A layer is formed. As a result, a Coulomb step appears in the current-voltage characteristics, and the characteristics of the single-electron transistor can be fully utilized.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0040】(第1の実施形態)図1、図2は、本発明
の第1の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方
法を示す工程断面図である。
(First Embodiment) FIGS. 1 and 2 are process sectional views showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a first embodiment of the present invention.

【0041】まず、図1(a)に示すように、p型シリ
コン基板1の全面に厚さ400nmの酸化シリコン膜2
を熱酸化法により形成し、次いでこの酸化シリコン膜2
上に厚さ30nmの多結晶シリコン膜3をLPCVD法
により形成する。この結果、SOI基板が得られる。な
お、SIMOX法や貼合わせ法等の他の方法によりSO
I基板を作製しても良い。
First, as shown in FIG. 1A, a 400 nm thick silicon oxide film 2 is formed on the entire surface of a p-type silicon substrate 1.
Is formed by a thermal oxidation method, and then the silicon oxide film 2 is formed.
A polycrystalline silicon film 3 having a thickness of 30 nm is formed thereon by an LPCVD method. As a result, an SOI substrate is obtained. It should be noted that the SOOX method is used by another method such as the SIMOX method or the bonding method.
An I substrate may be manufactured.

【0042】次に図1(b)に示すように、多結晶シリ
コン膜3をRIE等の異方性エッチングにより島状に加
工する(メサ型素子分離する)。次に同図(b)に示す
ように、多結晶シリコン膜3に例えばAsイオン4を加
速電圧50keV、ドーズ量1×1015cm-2の条件で
注入する。
Next, as shown in FIG. 1B, the polycrystalline silicon film 3 is processed into an island shape by anisotropic etching such as RIE (mesa type element isolation). Next, as shown in FIG. 3B, for example, As ions 4 are implanted into the polycrystalline silicon film 3 under the conditions of an acceleration voltage of 50 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 .

【0043】次に図1(c)に示すように、多結晶シリ
コン膜3の表面にゲート酸化膜となる例えば厚さ20n
mの酸化膜5を熱酸化により形成する。次に同図(c)
に示すように、全面にゲート電極となる例えば厚さ20
0nmの多結晶シリコン膜6をLPCVD法により形成
する。
Next, as shown in FIG. 1C, a surface of the polycrystalline silicon film 3 having a thickness of, for example, 20 n
m oxide film 5 is formed by thermal oxidation. Next, FIG.
As shown in FIG.
A 0 nm polycrystalline silicon film 6 is formed by the LPCVD method.

【0044】次に図1(d)に示すように、多結晶シリ
コン膜6および酸化膜5を例えばRIE法等の異方性エ
ッチングにより加工し、ゲート電極6、ゲート酸化膜5
を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, the polycrystalline silicon film 6 and the oxide film 5 are processed by anisotropic etching such as RIE, and the gate electrode 6 and the gate oxide film 5 are processed.
To form

【0045】次に図2(a)に示すように、ゲート側壁
酸化シリコン膜7となる酸化シリコン膜を全面に形成し
た後、この酸化シリコン膜の全面をRIE等の異方性エ
ッチングによりエッチバックし、ゲート電極6、ゲート
酸化膜5の側壁に例えば厚さ10nmのゲート側壁酸化
シリコン膜7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, after a silicon oxide film to be the gate side wall silicon oxide film 7 is formed on the entire surface, the entire surface of the silicon oxide film is etched back by anisotropic etching such as RIE. Then, a gate sidewall silicon oxide film 7 having a thickness of, for example, 10 nm is formed on the sidewalls of the gate electrode 6 and the gate oxide film 5.

【0046】次に同図(a)に示すように、全面に窒化
シリコンマスク膜となる例えば厚さ1000nmの窒化
シリコン膜を形成した後、この窒化シリコン膜をエッチ
バックし、ゲート側壁酸化シリコン膜7およびゲート酸
化膜5で覆われていない多結晶シリコン膜3の表面に窒
化シリコンマスク膜8を選択的に形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, a silicon nitride mask film, for example, a 1000 nm-thick silicon nitride film is formed on the entire surface, and this silicon nitride film is etched back to form a gate side wall silicon oxide film. A silicon nitride mask film 8 is selectively formed on the surface of polycrystalline silicon film 3 not covered with gate oxide film 7 and gate oxide film 5.

【0047】次に図2(b)に示すように、ゲート側壁
酸化シリコン膜7を例えば弗酸溶液を用いて選択的に除
去し、これによって露出した多結晶シリコン膜3の表面
を熱酸化し、酸化膜9を形成することにより溝を自己整
合的に形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the gate sidewall silicon oxide film 7 is selectively removed using, for example, a hydrofluoric acid solution, and the exposed surface of the polycrystalline silicon film 3 is thermally oxidized. Then, a groove is formed in a self-aligning manner by forming an oxide film 9.

【0048】この結果、多結晶シリコン膜3からなる、
ソース層10、第1のトンネル障壁層11、アイランド
層12、第2のトンネル障壁層13およびドレイン層1
4が形成される。この後、上記酸化の際にマスクとして
用いた窒化シリコンマスク膜8を例えば熱燐酸溶液を用
いて除去する。
As a result, the polysilicon film 3
Source layer 10, first tunnel barrier layer 11, island layer 12, second tunnel barrier layer 13, and drain layer 1
4 are formed. Thereafter, the silicon nitride mask film 8 used as a mask during the above oxidation is removed using, for example, a hot phosphoric acid solution.

【0049】ここで、ゲート側壁酸化シリコン膜7の厚
さは10nmなので、露出面を酸化して形成された溝の
幅はその程度になる。従来方法の場合、溝の幅はリソグ
ラフィの露光限界によって限定され、100nm程度が
限界であったので、本実施形態によれば、約1桁小さい
溝を形成できることになる。
Since the thickness of the gate side wall silicon oxide film 7 is 10 nm, the width of the groove formed by oxidizing the exposed surface is about the same. In the case of the conventional method, the width of the groove is limited by the exposure limit of lithography, and the limit is about 100 nm. Therefore, according to the present embodiment, a groove that is approximately one digit smaller can be formed.

【0050】本実施形態の場合、溝の幅は、つまり、ト
ンネル障壁層11,13の幅は、主としてゲート側壁酸
化シリコン膜7の厚さで決まり、ゲート側壁酸化シリコ
ン膜7の厚さはエッチバックにより残置できる膜厚の精
度によって限定され、現在の技術でも10nm程度の精
度を確保することができる。
In the case of the present embodiment, the width of the trench, that is, the width of the tunnel barrier layers 11 and 13 is determined mainly by the thickness of the gate side wall silicon oxide film 7, and the thickness of the gate side wall silicon oxide film 7 is etched. It is limited by the accuracy of the film thickness that can be left by the back, and even with the current technology, an accuracy of about 10 nm can be secured.

【0051】このように本実施形態によれば、トンネル
障壁層11,13の幅を十分に小さくできるので、素子
の微細化を容易に図れるようになる。
As described above, according to the present embodiment, the width of the tunnel barrier layers 11 and 13 can be made sufficiently small, so that miniaturization of the device can be easily achieved.

【0052】また、トンネル障壁層11,13の幅を狭
くできることから、電子のトンネル確率が高くなり、ゲ
ート電極6にオン電圧を印加した場合に、素子を確実に
オン動作させることが可能となる。また、電子のトンネ
ル確率が高いことから、トンネル障壁層11,13の厚
さを厚くしなくても、十分な電流量を確保できる。した
がって、動作温度が低い温度に制限されることはない。
Further, since the width of the tunnel barrier layers 11 and 13 can be reduced, the probability of electron tunneling increases, and when an on-voltage is applied to the gate electrode 6, the element can be reliably turned on. . Further, since the tunneling probability of electrons is high, a sufficient amount of current can be secured without increasing the thickness of the tunnel barrier layers 11 and 13. Therefore, the operating temperature is not limited to a low temperature.

【0053】また、溝と同時にソース層10、ドレイン
層14も自己整合的に形成され、ゲート電極6とソース
層10、ドレイン層14との合わせずれはなく、リソグ
ラフィの合わせ精度で限定されない微細なゲート電極6
を形成でき、ソース層10、ドレイン層14はゲート電
極6の外側に形成される。したがって、ゲート電極6は
ソース層10、ドレイン層14とは重ならず、不要な静
電容量は生じない。これにより、この種の不要な静電容
量に起因する動作温度の上昇を防止できる。
The source layer 10 and the drain layer 14 are also formed in a self-alignment manner at the same time as the grooves. Gate electrode 6
The source layer 10 and the drain layer 14 are formed outside the gate electrode 6. Therefore, the gate electrode 6 does not overlap with the source layer 10 and the drain layer 14, and unnecessary capacitance does not occur. As a result, it is possible to prevent the operating temperature from rising due to this kind of unnecessary capacitance.

【0054】最後に、従来方法と同様に、図2(c)に
示すように、全面に層間絶縁膜15を形成し、この層間
絶縁膜15にコンタクトホールを開孔した後、全面にA
l膜を形成し、このAl膜をパターニングして、ソース
層10、ゲート電極6、ドレイン層14にそれぞれAl
配線16を形成して完成する。
Finally, similarly to the conventional method, as shown in FIG. 2C, an interlayer insulating film 15 is formed on the entire surface, and a contact hole is formed in the interlayer insulating film 15, and then A is formed on the entire surface.
An Al film is formed, and the Al film is patterned to form an Al film on the source layer 10, the gate electrode 6, and the drain layer 14, respectively.
The wiring 16 is formed and completed.

【0055】なお、本実施形態は以下のように種々変形
でき、いずれの場合も同様な効果が得られる。
The present embodiment can be variously modified as follows, and the same effect can be obtained in any case.

【0056】すなわち、本実施形態では、Asイオン4
を注入したが、その代わりにP(リン)や他の不純物の
イオンを注入しても良い。また、不純物はB等のIII 族
のものでも良い。また、不純物の導入は、イオン注入法
以外の方法、例えば、固相拡散法や気相拡散法を用いて
も良い。
That is, in this embodiment, As ions 4
Is implanted, but ions of P (phosphorus) or other impurities may be implanted instead. Further, the impurities may be those of Group III such as B. The impurity may be introduced by a method other than the ion implantation method, for example, a solid phase diffusion method or a gas phase diffusion method.

【0057】また、本実施形態では、ソース層10、ド
レイン層14をシリサイド化していないが、シリサイド
化を行なっても良い。
Further, in the present embodiment, the source layer 10 and the drain layer 14 are not silicided, but may be silicided.

【0058】また、本実施形態では、ゲート電極として
多結晶シリコン膜を用いたが、例えば金属膜、金属珪化
物膜等の他の材料からなる膜を用いても良い。また、こ
れらの積層膜を用いても良い。
In this embodiment, a polycrystalline silicon film is used as the gate electrode. However, a film made of another material such as a metal film and a metal silicide film may be used. Further, these stacked films may be used.

【0059】また、本実施形態では、ゲート絶縁膜とし
て酸化膜を用いたが、窒化酸化膜や、酸化膜と窒化膜と
の積層膜を用いても良い。
In this embodiment, an oxide film is used as the gate insulating film. However, a nitrided oxide film or a stacked film of an oxide film and a nitride film may be used.

【0060】また、本実施形態では、基板としてSOI
基板を用いているが、通常のバルクの半導体基板を用い
ても良い。すなわち、半導体基板の表面にゲート酸化膜
を形成し、その上に多結晶シリコン膜等からなるゲート
電極を形成しても良い。
In this embodiment, the substrate is SOI
Although a substrate is used, a normal bulk semiconductor substrate may be used. That is, a gate oxide film may be formed on the surface of a semiconductor substrate, and a gate electrode made of a polycrystalline silicon film or the like may be formed thereon.

【0061】また、本実施形態では、溝を形成した後
に、窒化シリコン膜8を除去しているが、窒化シリコン
膜は除去しなくても良い。
In the present embodiment, the silicon nitride film 8 is removed after the formation of the groove, but the silicon nitride film need not be removed.

【0062】また、本実施形態では、単一電子トランジ
スタのみを示したが、能動素子(例えば電界効果トラン
ジスタ、バイポーラトランジスタ)、受動素子(例えば
キャパシタ)または両素子を含む基板(半導体装置)の
一部に本実施形態の単一電子トランジスタを形成して良
い。
In this embodiment, only a single-electron transistor is shown. However, an active element (for example, a field-effect transistor, a bipolar transistor), a passive element (for example, a capacitor), or a substrate (semiconductor device) including both elements is used. The single-electron transistor of this embodiment may be formed in the portion.

【0063】(第2の実施形態)図3は、本発明の第2
の実施形態に係る単一電子トランジスタの素子構造を示
す断面図である。なお、図1、図2の単一電子トランジ
スタと対応する部分には図1、図2と同一符号を付して
あり、詳細な説明は省略する(他の実施形態についても
同様)。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an element structure of a single-electron transistor according to the embodiment. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2, and detailed description thereof is omitted (the same applies to other embodiments).

【0064】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、トンネル障壁層11とトンネル障壁層13とが、例
えば深さ、幅またはこれらの両方に関して非対称になっ
ていることにある。
This embodiment differs from the first embodiment in that the tunnel barrier layer 11 and the tunnel barrier layer 13 are asymmetric with respect to, for example, the depth, the width, or both.

【0065】すなわち、トンネル障壁層11とトンネル
障壁層13とは、電子に対して異なったエネルギー障壁
(ポテンシャル)となっている。これにより、電流電圧
特性にクーロン階段が現れ、単一電子トランジスターの
特性を完全に生かすことができるようになる。その他の
第1の実施形態と同様な効果を得ることができ、また同
様に種々変形できる。
That is, the tunnel barrier layer 11 and the tunnel barrier layer 13 have different energy barriers (potentials) for electrons. As a result, a Coulomb staircase appears in the current-voltage characteristics, and the characteristics of the single-electron transistor can be fully utilized. Other effects similar to those of the first embodiment can be obtained, and various modifications can be made in the same manner.

【0066】このような非対称なトンネル障壁層11,
13を形成するには、斜めイオン注入法を利用する。ま
ず、図1(d)に示す工程に引き続いて、図4に示すよ
うに、Asイオン4の粒子線と多結晶シリコン膜3(基
板)の法線とのなす角度(入射角)が例えば30°にな
るようにAsイオン4を注入する。ここで、加速電圧は
例えば30keV、ドーズ量は例えば1×1016cm-2
とする。この後の工程は、第1の実施形態の図2(a)
以降に示す工程と同じである。
Such an asymmetric tunnel barrier layer 11,
In order to form 13, an oblique ion implantation method is used. First, following the step shown in FIG. 1D, as shown in FIG. 4, the angle (incident angle) between the particle beam of the As ion 4 and the normal line of the polycrystalline silicon film 3 (substrate) is, for example, 30. As ions 4 are implanted so as to be at a right angle. Here, the acceleration voltage is, for example, 30 keV, and the dose is, for example, 1 × 10 16 cm −2.
And Subsequent steps are the same as those in the first embodiment shown in FIG.
The steps are the same as those described below.

【0067】本実施形態のようにAsイオン4を斜めか
ら注入すると、ゲート電極6の一方の側(図では左側)
は陰になり、Asイオン4は注入されなくなる。その結
果、ゲート電極6の左右でAsの濃度が異なり、図2
(b)の酸化工程において酸化速度の違いからゲート電
極6の左右で深さ等の異なる非対称な溝が形成され、ト
ンネル障壁層11,13は非対称となる。
When As ions 4 are implanted obliquely as in this embodiment, one side of the gate electrode 6 (left side in the figure)
Becomes negative, and As ions 4 are not implanted. As a result, the As concentration differs between the left and right sides of the gate electrode 6, and FIG.
In the oxidation step (b), asymmetric grooves having different depths and the like are formed on the left and right sides of the gate electrode 6 due to the difference in oxidation speed, and the tunnel barrier layers 11 and 13 are asymmetric.

【0068】(第3の実施形態)図5は、本発明の第3
の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を示
す断面図である。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the embodiment.

【0069】本実施形態が第2の実施形態と異なる点
は、非対称なトンネル障壁層を形成するために、基板の
構成材料のイオン、つまり、Siイオン17を斜めから
注入したことにある。具体的には、例えば、Siイオン
17を入射角30°、加速電圧30keV、ドーズ量1
×1016cm-2の条件で多結晶シリコン膜3に注入す
る。この後の工程は、第1の実施形態の図2(a)以降
に示す工程と同じである。本実施形態のようにSiイオ
ン17を斜めから注入すると、ゲート電極6の一方の側
(図では左側)は陰になり、Siイオン17は注入され
なくなる。その結果、ゲート電極6の左側では結晶性は
破壊されず、図2(b)の酸化工程において酸化速度の
違いからゲート電極6の左右で深さ等の異なる非対称な
溝が形成され、トンネル障壁層11,13は非対称とな
る。
This embodiment is different from the second embodiment in that ions of the constituent material of the substrate, that is, Si ions 17 are obliquely implanted in order to form an asymmetric tunnel barrier layer. Specifically, for example, the Si ions 17 are incident at an angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and a dose of 1
It is implanted into the polycrystalline silicon film 3 under the condition of × 10 16 cm −2 . Subsequent steps are the same as the steps shown in FIG. 2A and thereafter of the first embodiment. When the Si ions 17 are obliquely implanted as in this embodiment, one side (the left side in the figure) of the gate electrode 6 becomes negative, and the Si ions 17 are not implanted. As a result, the crystallinity is not destroyed on the left side of the gate electrode 6, and asymmetric grooves having different depths are formed on the left and right sides of the gate electrode 6 due to the difference in oxidation rate in the oxidation step of FIG. The layers 11, 13 are asymmetric.

【0070】本実施形態でも第1、第2の実施形態と同
様な効果が得られ、また第1の実施形態と同様に種々変
形できる。
In this embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, and various modifications can be made in the same manner as in the first embodiment.

【0071】(第4の実施形態)図6は、本発明の第4
の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を示
す工程断面図である。
(Fourth Embodiment) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the embodiment.

【0072】本実施形態はSOI基板ではなく、通常の
バルクのシリコン基板を用いた例である。
This embodiment is an example using a normal bulk silicon substrate instead of an SOI substrate.

【0073】まず、図6(a)に示すように、p型シリ
コン基板21の表面に例えば900℃の熱酸化により厚
さ50nmの酸化シリコン膜22を形成する。次に同図
(a)に示すように、酸化シリコン膜22上に例えばL
PCVD法により厚さ200nmの窒化シリコン膜23
を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a 50-nm-thick silicon oxide film 22 is formed on the surface of a p-type silicon substrate 21 by, for example, thermal oxidation at 900 ° C. Next, as shown in FIG.
200 nm thick silicon nitride film 23 by PCVD
To form

【0074】次に図6(b)に示すように、窒化シリコ
ン膜23、酸化シリコン膜22、p型シリコン基板21
を順次選択的にエッチングし、これらを島状に加工す
る。
Next, as shown in FIG. 6B, the silicon nitride film 23, the silicon oxide film 22, the p-type silicon substrate 21
Are sequentially and selectively etched, and these are processed into an island shape.

【0075】次に図6(c)に示すように、窒化シリコ
ン膜23、酸化シリコン膜22をマスクにして、p型シ
リコン基板21の露出面に例えば950℃の熱酸化によ
り厚さ100nmの酸化膜24を形成した後、窒化シリ
コン膜23、酸化シリコン膜22を除去する。この結
果、p型シリコン基板21は酸化膜24により素子分離
される。次に同図(c)に示すように、p型シリコン基
板21に例えばAsイオン4を加速電圧50keV、ド
ーズ量1×1015cm-2の条件で注入する。
Next, as shown in FIG. 6C, using the silicon nitride film 23 and the silicon oxide film 22 as masks, the exposed surface of the p-type silicon substrate 21 is oxidized to a thickness of 100 nm by thermal oxidation at 950 ° C., for example. After forming the film 24, the silicon nitride film 23 and the silicon oxide film 22 are removed. As a result, the p-type silicon substrate 21 is isolated by the oxide film 24. Next, as shown in FIG. 3C, for example, As ions 4 are implanted into the p-type silicon substrate 21 under the conditions of an acceleration voltage of 50 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 .

【0076】この後の工程は、以後は第1の実施形態の
図1(c)の工程以降に示す工程と同様である。本実施
形態でも第1の実施形態と同様な効果が得られる。
The subsequent steps are the same as the steps after the step of FIG. 1C of the first embodiment. In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0077】(第5の実施形態)図7は、本発明の第5
の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を示
す工程断面図である。
(Fifth Embodiment) FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the embodiment.

【0078】まず、第4の実施形態の図6(c)に示す
工程に引き続いて、図7(a)に示すように、p型シリ
コン基板21の表面に例えば熱酸化法により厚さ20n
mのゲート酸化膜となる酸化膜25を形成する。次に同
図(a)に示すように、全面に例えばLPCVD法によ
り厚さ200nmのゲート電極となる多結晶シリコン膜
26を形成する。
First, following the step shown in FIG. 6C of the fourth embodiment, as shown in FIG. 7A, the surface of the p-type silicon substrate 21 is formed to a thickness of 20 nm by, for example, a thermal oxidation method.
An oxide film 25 serving as a gate oxide film of m is formed. Next, as shown in FIG. 2A, a polycrystalline silicon film 26 serving as a gate electrode having a thickness of 200 nm is formed on the entire surface by, eg, LPCVD.

【0079】次に図7(b)に示すように、多結晶シリ
コン膜26、酸化膜25に例えばRIEの異方性エッチ
ングにより加工し、ゲート電極26、ゲート酸化膜25
を形成する。次に同図(b)に示すように、p型シリコ
ン基板21にAsイオン4を例えば入射角30°、加速
電圧30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で注
入する。この後の工程は、第1の実施形態の図2(a)
以降に示す工程と同様である。本実施形態でも第2の実
施形態と同様な効果が得られる。
Next, as shown in FIG. 7B, the polycrystalline silicon film 26 and the oxide film 25 are processed by, for example, anisotropic etching of RIE, and the gate electrode 26 and the gate oxide film 25 are processed.
To form Next, as shown in FIG. 3B, As ions 4 are implanted into the p-type silicon substrate 21 under the conditions of, for example, an incident angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and a dose of 1 × 10 16 cm −2 . Subsequent steps are the same as those in the first embodiment shown in FIG.
This is the same as the steps described below. In this embodiment, effects similar to those of the second embodiment can be obtained.

【0080】(第6の実施形態)図8は、本発明の第6
の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を示
す断面図である。
(Sixth Embodiment) FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the embodiment.

【0081】まず、第5の実施形態の図7(a)に示す
工程に引き続いて、図8に示すように、多結晶シリコン
膜26、酸化膜25を例えばRIEの異方性エッチング
により加工し、ゲート電極26、ゲート酸化膜25を形
成した後、p型シリコン基板21にSiイオン17を例
えば入射角30°、加速電圧30keV、ドーズ量1×
1016cm-2の条件で注入する。この後の工程は、第1
の実施形態の図2(a)以降に示す工程と同様である。
本実施形態でも第3の実施形態と同様な効果が得られ
る。
First, following the step shown in FIG. 7A of the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, the polycrystalline silicon film 26 and the oxide film 25 are processed by, for example, RIE anisotropic etching. After the gate electrode 26 and the gate oxide film 25 are formed, the Si ions 17 are incident on the p-type silicon substrate 21 at an incident angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and a dose of 1 ×
Inject under the condition of 10 16 cm -2 . The subsequent steps are the first
This is the same as the steps shown in FIG.
In this embodiment, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

【0082】(第7の実施形態)図9は、本発明の第7
の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を示
す断面図である。
(Seventh Embodiment) FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the embodiment.

【0083】本実施形態がこれまでの実施形態と異なる
点は、酸化により溝を形成するのではなく、エッチング
により溝を形成することにある。
This embodiment is different from the previous embodiments in that a groove is not formed by oxidation but formed by etching.

【0084】まず、第1の実施形態の図2(a)に示す
工程に引き続いて、図9に示すように、ゲート側壁酸化
シリコン膜を例えば弗酸溶液を用いて選択的に除去し、
ゲート電極、ゲート絶縁膜、窒化シリコンマスク膜をマ
スクにして、ゲート側壁酸化シリコン膜を除去して露出
した多結晶シリコン膜3の表面をコリン、アルキルフェ
ニルエトキシレート、イミダゾリウムベタインの混合液
によりエッチングし、溝を自己整合的に形成する。
First, following the step shown in FIG. 2A of the first embodiment, as shown in FIG. 9, the gate side wall silicon oxide film is selectively removed using, for example, a hydrofluoric acid solution.
Using the gate electrode, the gate insulating film, and the silicon nitride mask film as a mask, the surface of the polycrystalline silicon film 3 exposed by removing the gate side wall silicon oxide film is etched with a mixed solution of choline, alkylphenylethoxylate, and imidazolium betaine. Then, the grooves are formed in a self-aligned manner.

【0085】この結果、多結晶シリコン膜3からなる、
ソース層10、第1のトンネル障壁層11、アイランド
層12、第2のトンネル障壁層13およびドレイン層1
4が形成される。しかかる後、窒化シリコン膜8を例え
ば熱燐酸等の溶液を用いて除去する。
As a result, the polycrystalline silicon film 3
Source layer 10, first tunnel barrier layer 11, island layer 12, second tunnel barrier layer 13, and drain layer 1
4 are formed. After that, the silicon nitride film 8 is removed using a solution such as hot phosphoric acid.

【0086】最後に、従来の単一電子トランジスタの製
造方法と同様に、層間絶縁膜、コンタクトホール、配線
等を経て単一電子トランジスタが完成する。
Finally, the single-electron transistor is completed through the interlayer insulating film, the contact hole, the wiring, etc. in the same manner as in the conventional single-electron transistor manufacturing method.

【0087】本実施形態でも、酸化により溝を形成した
第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In this embodiment, the same effect as in the first embodiment in which the groove is formed by oxidation can be obtained.

【0088】(第8の実施形態)図10は、本発明の第
8の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を
示す工程断面図である。
(Eighth Embodiment) FIG. 10 is a process sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to an eighth embodiment of the present invention.

【0089】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図10(a)に示すように、多結晶
シリコン膜3に例えばAsイオン4を入射角30°、加
速電圧30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で
注入する。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG. 10A, for example, As ions 4 are accelerated in the polycrystalline silicon film 3 at an incident angle of 30 ° and an acceleration of 30 °. The implantation is performed under the conditions of a voltage of 30 keV and a dose of 1 × 10 16 cm −2 .

【0090】次に図10(b)に示すように、第1の実
施形態と同様に、例えば厚さ10nmのゲート側壁酸化
シリコン膜7、例えば厚さ1000nmの窒化シリコン
膜8を堆積した後、エッチバックして形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, a gate sidewall silicon oxide film 7 having a thickness of, for example, 10 nm, for example, a silicon nitride film 8 having a thickness of 1000 nm is deposited as in the first embodiment. It is formed by etching back.

【0091】次に図10(c)に示すように、第9の実
施形態と同様に、ゲート側壁酸化シリコン膜7を除去
し、露出した表面をエッチングして溝を形成する。この
とき、Asイオン4を斜めから注入しているので、ゲー
ト電極6の左右でAsの濃度が異なり、ゲート電極6の
左右で深さ等の異なる非対称な溝が形成され、非対称な
トンネル障壁層11,13が形成される。
Next, as shown in FIG. 10C, the gate side wall silicon oxide film 7 is removed and the exposed surface is etched to form a groove as in the ninth embodiment. At this time, since the As ions 4 are implanted obliquely, the As concentration differs between the left and right sides of the gate electrode 6, and asymmetric grooves having different depths and the like are formed on the left and right sides of the gate electrode 6. 11 and 13 are formed.

【0092】この後、従来の単一電子トランジスタの製
造方法と同様に、層間絶縁膜、コンタクトホール、配線
等を経て単一電子トランジスタが完成する。本実施形態
でも第2の実施形態と同様な効果が得られる。
After that, the single electron transistor is completed through the interlayer insulating film, the contact hole, the wiring, etc. in the same manner as in the conventional single electron transistor manufacturing method. In this embodiment, effects similar to those of the second embodiment can be obtained.

【0093】(第9の実施形態)図11は、本発明の第
9の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法を
示す断面図である。
(Ninth Embodiment) FIG. 11 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a ninth embodiment of the present invention.

【0094】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図11に示すように、多結晶シリコ
ン膜3に例えばSiイオン17を入射角30°、加速電
圧30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で注入
する。この後の工程は、第8の実施形態の図10(b)
以降の工程と同様である。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG. 11, for example, Si ions 17 are applied to the polycrystalline silicon film 3 at an incident angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and The implantation is performed under the condition of a dose amount of 1 × 10 16 cm −2 . The subsequent steps are the same as those in the eighth embodiment shown in FIG.
This is the same as the subsequent steps.

【0095】本実施形態のようにSiイオン17を斜め
から注入すると、ゲート電極6の一方の側(図では左
側)は陰になり、Siイオン17は注入されなくなる。
その結果、ゲート電極6の左側では結晶性は破壊され
ず、図10(c)のエッチング工程においてエッチング
レートの違いからゲート電極6の左右で深さ等の異なる
非対称な溝が形成され、非対称なトンネル障壁層11,
13が形成される。本実施形態でも第3の実施形態と同
様な効果が得られる。
When the Si ions 17 are obliquely implanted as in this embodiment, one side (the left side in the figure) of the gate electrode 6 becomes negative, and the Si ions 17 are not implanted.
As a result, the crystallinity is not destroyed on the left side of the gate electrode 6, and asymmetric grooves having different depths and the like are formed on the left and right sides of the gate electrode 6 due to the difference in the etching rate in the etching step of FIG. Tunnel barrier layer 11,
13 are formed. In this embodiment, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

【0096】(第10の実施形態)図12は、本発明の
第10の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方
法を示す工程断面図である。
(Tenth Embodiment) FIG. 12 is a process sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a tenth embodiment of the present invention.

【0097】本実施形態がこれまでの実施形態と異なる
点は、ゲート側シリコン酸化膜の代わりにゲート側壁窒
化シリコン膜、窒化シリコンマスク膜として酸化シリコ
ンマスク膜を用いたことにある。
The present embodiment is different from the previous embodiments in that a silicon oxide mask film is used as a gate side wall silicon nitride film and a silicon nitride mask film instead of the gate side silicon oxide film.

【0098】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図12(a)に示すように、ゲート
電極6の側壁にゲート側壁窒化シリコン膜18を形成す
る。ゲート側壁窒化シリコン膜18の形成方法は、ゲー
ト側壁酸化シリコン膜17のそれと同様である。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, a gate sidewall silicon nitride film 18 is formed on the sidewall of the gate electrode 6 as shown in FIG. The method of forming the gate sidewall silicon nitride film 18 is the same as that of the gate sidewall silicon oxide film 17.

【0099】次に同図(a)に示すように、全面に例え
ばLPCVD法により酸化シリコンマスク膜19となる
厚さ1000nmの酸化シリコン膜を形成した後、この
酸化シリコン膜19をエッチバックし、ゲート側壁窒化
シリコン膜18またはゲート酸化膜5で覆われていない
多結晶シリコン膜4の表面に酸化シリコンマスク膜19
を形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film having a thickness of 1000 nm to be a silicon oxide mask film 19 is formed on the entire surface by, for example, the LPCVD method, and the silicon oxide film 19 is etched back. A silicon oxide mask film 19 is formed on the surface of the polysilicon film 4 not covered with the gate sidewall silicon nitride film 18 or the gate oxide film 5.
To form

【0100】次に図12(b)に示すように、ゲート側
壁窒化シリコン膜18を例えば熱燐酸溶液を用いて除去
し、露出した表面を例えばコリン、アルキルフェニルエ
トキシレート、イミダゾリウムベタインの混合液により
エッチングし、溝を自己整合的に形成した後、酸化シリ
コン膜19を例えば弗酸溶液を用いて除去する。
Next, as shown in FIG. 12B, the gate side wall silicon nitride film 18 is removed by using, for example, a hot phosphoric acid solution, and the exposed surface is made of, for example, a mixed solution of choline, alkylphenylethoxylate, and imidazolium betaine. After the trench is formed in a self-aligned manner, the silicon oxide film 19 is removed using, for example, a hydrofluoric acid solution.

【0101】この後、従来の単一電子トランジスタの製
造方法と同様に、層間絶縁膜、コンタクトホール、配線
等を経て単一電子トランジスタが完成する。本実施形態
でも第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Thereafter, the single-electron transistor is completed through the interlayer insulating film, the contact hole, the wiring, etc. in the same manner as in the conventional method for manufacturing the single-electron transistor. In the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

【0102】(第11の実施形態)図13は、本発明の
第11の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方
法を示す工程断面図である。
(Eleventh Embodiment) FIG. 13 is a process sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to an eleventh embodiment of the present invention.

【0103】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図13(a)に示すように、多結晶
シリコン膜3に例えばAsイオン4を入射角30°、加
速電圧30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で
注入する。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG. 13A, for example, As ions 4 are accelerated into the polycrystalline silicon film 3 at an incident angle of 30 ° and an acceleration of 30 °. The implantation is performed under the conditions of a voltage of 30 keV and a dose of 1 × 10 16 cm −2 .

【0104】次に図13(b)に示すように、ゲート電
極15の側壁に例えば厚さ10nmのゲート側壁窒化シ
リコン膜18を形成する。次に同図(b)に示すよう
に、全面に例えばLPCVD法により酸化シリコンマス
ク膜19となる厚さ1000nmの酸化シリコン膜を形
成した後、この酸化シリコン膜をエッチバックし、ゲー
ト側壁窒化シリコン膜18またはゲート酸化膜5で覆わ
れていない表面に酸化シリコン膜19を残置させる。こ
の後の工程は、第10の実施形態の図12(b)に示さ
れる工程と同様である。
Next, as shown in FIG. 13B, a gate sidewall silicon nitride film 18 having a thickness of, for example, 10 nm is formed on the sidewall of the gate electrode 15. Next, as shown in FIG. 2B, a 1000-nm-thick silicon oxide film serving as a silicon oxide mask film 19 is formed on the entire surface by, for example, the LPCVD method, and the silicon oxide film is etched back to form a gate sidewall silicon nitride. The silicon oxide film 19 is left on the surface not covered with the film 18 or the gate oxide film 5. Subsequent steps are the same as the steps shown in FIG. 12B of the tenth embodiment.

【0105】本実施形態のようにAsイオン4を斜めか
ら注入すると、ゲート電極6の一方の側(図では左側)
は陰になり、Asイオン4は注入されなくなる。その結
果、ゲート電極6の左右でAsの濃度が異なり、図12
(b)のエッチング工程においてエッチングレートの違
いからゲート電極6の左右で深さ等の異なる非対称な溝
が形成され、トンネル障壁層11,13は非対称とな
る。本実施形態でも第2の実施形態と同様な効果が得ら
れる。
When As ions 4 are implanted obliquely as in this embodiment, one side of the gate electrode 6 (left side in the figure)
Becomes negative, and As ions 4 are not implanted. As a result, the As concentration differs between the left and right sides of the gate electrode 6, and FIG.
In the etching step (b), asymmetric grooves having different depths and the like are formed on the left and right sides of the gate electrode 6 due to the difference in the etching rate, and the tunnel barrier layers 11 and 13 are asymmetric. In this embodiment, effects similar to those of the second embodiment can be obtained.

【0106】(第12の実施形態)図14は、本発明の
第12の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方
法を示す断面図である。
(Twelfth Embodiment) FIG. 14 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a twelfth embodiment of the present invention.

【0107】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図14に示すように、多結晶シリコ
ン膜3に例えばSiイオン17を入射角30°、加速電
圧30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で注入
する。この後の工程は、第11の実施形態の図13
(b)に示される工程と同様である。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG. 14, for example, Si ions 17 are applied to the polycrystalline silicon film 3 at an incident angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and The implantation is performed under the condition of a dose amount of 1 × 10 16 cm −2 . Subsequent steps are the same as those in FIG.
This is the same as the step shown in FIG.

【0108】本実施形態のようにSiイオン17を斜め
から注入すると、ゲート電極6の一方の側(図では左
側)は陰になり、Siイオン17は注入されなくなる。
その結果、ゲート電極6の左側では結晶性は破壊され
ず、ゲート側壁窒化シリコン膜18を除去した後の酸化
工程において、エッチングレートの違いからゲート電極
6の左右で深さ等の異なる非対称な溝が形成され、非対
称なトンネル障壁層11,13が形成される。本実施形
態でも第3の実施形態と同様な効果が得られる。
When the Si ions 17 are obliquely implanted as in this embodiment, one side (the left side in the figure) of the gate electrode 6 becomes negative, and the Si ions 17 are not implanted.
As a result, the crystallinity is not destroyed on the left side of the gate electrode 6, and in the oxidation step after the removal of the gate sidewall silicon nitride film 18, asymmetrical grooves having different depths and the like on the left and right sides of the gate electrode 6 due to a difference in etching rate. Is formed, and asymmetric tunnel barrier layers 11 and 13 are formed. In this embodiment, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

【0109】(第13の実施形態)図15は、本発明の
第13の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方
法を示す断面図である。
(Thirteenth Embodiment) FIG. 15 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【0110】本実施形態が第10の実施形態と異なる点
は、酸化シリコンマスク膜19を堆積ではなく、酸化に
よって形成したことにある。
The present embodiment differs from the tenth embodiment in that the silicon oxide mask film 19 is formed not by deposition but by oxidation.

【0111】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図15に示すように、ゲート電極1
5の側壁に例えば厚さ20nmのゲート側壁窒化シリコ
ン膜18を形成する。次に同図に示すように、ゲート側
壁窒化シリコン膜18で覆われていない多結晶シリコン
膜3の表面に熱酸化により酸化シリコン膜19を形成す
る。この後の工程は、第10の実施形態の図12(b)
の工程以降と同様である。本実施形態でも第1の実施形
態と同様な効果が得られる。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG.
For example, a gate sidewall silicon nitride film 18 having a thickness of 20 nm is formed on the side wall of the gate electrode 5. Next, as shown in the figure, a silicon oxide film 19 is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 3 not covered with the gate side wall silicon nitride film 18 by thermal oxidation. Subsequent steps are the same as in FIG. 12B of the tenth embodiment.
It is the same as the steps after. In the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0112】なお、酸化の代わりにして、窒化しても良
い。この場合、第10の実施形態と同様に、ゲート側壁
酸化シリコン膜を用いる。
Note that nitriding may be performed instead of oxidation. In this case, a gate side wall silicon oxide film is used as in the tenth embodiment.

【0113】(第14の実施形態)図16は、本発明の
第14の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方
法を示す断面図である。
(Fourteenth Embodiment) FIG. 16 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【0114】本実施形態が第13の実施形態と異なる点
は、Asを斜めイオン注入法を用いて導入したことにあ
る。
The present embodiment differs from the thirteenth embodiment in that As is introduced by oblique ion implantation.

【0115】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図16に示すように、多結晶シリコ
ン膜3に例えばAsイオン4を入射角30°、加速電圧
30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で注入す
る。この後の工程は第13の実施形態の図15に示され
る工程およびそれ以降の工程と同様である。本実施形態
でも第2の実施形態と同様な効果が得られる。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG. 16, for example, As ions 4 are incident on the polycrystalline silicon film 3 at an incident angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and The implantation is performed under the condition of a dose amount of 1 × 10 16 cm −2 . Subsequent steps are the same as the steps shown in FIG. 15 of the thirteenth embodiment and the subsequent steps. In this embodiment, effects similar to those of the second embodiment can be obtained.

【0116】(第15の実施形態)図17、本発明の第
15の実施形態に係る単一電子トランジスタの製造方法
を示す断面図である。
(Fifteenth Embodiment) FIG. 17 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【0117】本実施形態が第13の実施形態と異なる点
は、Siを斜めイオン注入法を用いて導入したことにあ
る。
The present embodiment is different from the thirteenth embodiment in that Si is introduced by oblique ion implantation.

【0118】まず、第1の実施形態の図1(d)に示す
工程に引き続いて、図17に示すよに、多結晶シリコン
膜3に例えばSiイオン17を入射角30°、加速電圧
30keV、ドーズ量1×1016cm-2の条件で注入す
る。この後の工程は第13の実施形態の図15に示され
る工程およびそれ以降の工程と同様である。本実施形態
でも第3の実施形態と同様な効果が得られる。
First, following the step shown in FIG. 1D of the first embodiment, as shown in FIG. 17, for example, Si ions 17 are incident on the polycrystalline silicon film 3 at an incident angle of 30 °, an acceleration voltage of 30 keV, and The implantation is performed under the condition of a dose amount of 1 × 10 16 cm −2 . Subsequent steps are the same as the steps shown in FIG. 15 of the thirteenth embodiment and the subsequent steps. In this embodiment, the same effects as in the third embodiment can be obtained.

【0119】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態では、キャリアが
電子の場合について説明したが、添加する不純物をp型
不純物にすれば、キャリアが正孔の素子も実現可能であ
る。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the carrier is an electron has been described. However, if the impurity to be added is a p-type impurity, an element in which the carrier is a hole can be realized.

【0120】また、各種層(膜)の厚さや各種層(膜)
の形成方法は、上記実施形態で述べたものに限定される
ことはない。
The thickness of each layer (film) and the thickness of each layer (film)
Is not limited to the method described in the above embodiment.

【0121】また、上記実施形態では全ての工程の組み
合わせについては説明してないが、説明していないもの
も同様に可能である。すなわち、イオン注入の工程とし
てAsイオン注入、斜めイオン注入、Siイオン注入、
斜めイオン注入のいずれかを選び、溝の形成方法として
酸化を用いた方法またはエッチングを用いた方法を選
び、ゲート側壁側壁絶縁膜・マスク絶縁膜の組み合わせ
としてゲート側壁酸化シリコン膜・窒化シリコンマスク
膜またはゲート側壁窒化シリコン膜・酸化シリコンマス
ク膜を選び、基板としてSOI基板またはバルク基板を
選び、マスク絶縁膜の形成方法として堆積法または酸化
法を選んだ形成方法が可能であるが、上記実施形態では
代表的なものしか説明していないが、説明していない残
りの方法も同様に可能である。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
Further, in the above embodiment, all the combinations of the steps are not described, but those which are not described are also possible. In other words, As ion implantation, oblique ion implantation, Si ion implantation,
Select one of oblique ion implantation, select a method using oxidation or a method using etching as a method of forming a groove, and use a combination of a gate side wall silicon oxide film and a silicon nitride mask film as a combination of a gate side wall side insulating film and a mask insulating film. Alternatively, the gate side wall silicon nitride film / silicon oxide mask film is selected, an SOI substrate or a bulk substrate is selected as a substrate, and a deposition method or an oxidation method is selected as a method of forming a mask insulating film. Although only typical ones are described, other methods not described are also possible. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0122】[0122]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ト
ンネル障壁層を規定する溝を自己整合的に形成できるの
で、フォトリソグラフィの露光限界で限定されない微細
なトンネル障壁層を有し、かつリソグラフィの合わせ精
度で限定されない微細なゲート電極を有する単一電子ト
ランジスタを実現できるようになる。
As described above in detail, according to the present invention, since a groove defining a tunnel barrier layer can be formed in a self-aligning manner, a fine tunnel barrier layer not limited by the exposure limit of photolithography is provided. In addition, a single-electron transistor having a fine gate electrode which is not limited by alignment accuracy of lithography can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの前半の製造方法を示す工程断面図
FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a first-half method for manufacturing a single-electron transistor according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第1の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの後半の製造方法を示す工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view showing the latter half of the method for manufacturing the single-electron transistor according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第2の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの素子構造を示す断面図
FIG. 3 is a sectional view showing an element structure of a single-electron transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の単一電子トランジスタの製造方法を示す
断面図
FIG. 4 is a sectional view showing the method of manufacturing the single-electron transistor of FIG. 3;

【図5】本発明の第3の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの製造方法を示す工程断面図
FIG. 6 is a process sectional view showing the method for manufacturing the single-electron transistor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの製造方法を示す工程断面図
FIG. 7 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 8 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施形態に係る単一電子トラン
ジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 9 is a sectional view showing the method of manufacturing the single-electron transistor according to the seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施形態に係る単一電子トラ
ンジスタの製造方法を示す工程断面図
FIG. 10 is a process sectional view showing the method for manufacturing the single-electron transistor according to the eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第9の実施形態に係る単一電子トラ
ンジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 11 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第10の実施形態に係る単一電子ト
ランジスタの製造方法を示す工程断面図
FIG. 12 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the tenth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第11の実施形態に係る単一電子ト
ランジスタの製造方法を示す工程断面図
FIG. 13 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the single-electron transistor according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第12の実施形態に係る単一電子ト
ランジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 14 is a sectional view showing a method for manufacturing a single-electron transistor according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第13の実施形態に係る単一電子ト
ランジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 15 is a sectional view showing the method of manufacturing the single-electron transistor according to the thirteenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第14の実施形態に係る単一電子ト
ランジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 16 is a sectional view showing the method of manufacturing the single-electron transistor according to the fourteenth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第15の実施形態に係る単一電子ト
ランジスタの製造方法を示す断面図
FIG. 17 is a sectional view showing the method of manufacturing the single-electron transistor according to the fifteenth embodiment of the present invention.

【図18】従来の単一電子トランジスタの製造方法の前
半の製造方法を示す工程断面図
FIG. 18 is a process cross-sectional view showing the first half of a conventional method for manufacturing a single-electron transistor;

【図19】従来の単一電子トランジスタの製造方法の前
半の製造方法を示す工程断面図
FIG. 19 is a process cross-sectional view showing the first half of a method for manufacturing a conventional single-electron transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型シリコン基板 2…酸化シリコン膜 3…多結晶シリコン膜 4…Asイオン 5…ゲート酸化膜 6…ゲート電極 7…ゲート側壁酸化シリコン膜 8…窒化シリコンマスク膜 9…酸化膜 10…ソース層 11…第1のトンネル障壁層 12…アイランド層 13…第2のトンネル障壁層 14…ドレイン層 15…層間絶縁膜 16…Al配線 17…Siイオン 18…ゲート側壁窒化シリコン膜 19…酸化シリコンマスク膜 21…p型シリコン基板 22…酸化シリコン膜 23…窒化シリコン膜 24…酸化膜 25…ゲート酸化膜 26…ゲート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p-type silicon substrate 2 ... silicon oxide film 3 ... polycrystalline silicon film 4 ... As ion 5 ... gate oxide film 6 ... gate electrode 7 ... gate side wall silicon oxide film 8 ... silicon nitride mask film 9 ... oxide film 10 ... source Layer 11: first tunnel barrier layer 12: island layer 13: second tunnel barrier layer 14: drain layer 15: interlayer insulating film 16: Al wiring 17: Si ion 18: gate sidewall silicon nitride film 19: silicon oxide mask Film 21: p-type silicon substrate 22: silicon oxide film 23: silicon nitride film 24: oxide film 25: gate oxide film 26: gate electrode

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アイランド層と、 このアイランド層にそれより薄い第1のトンネル障壁層
を介して接続したソース層と、 前記アイランド層にそれより薄い第2のトンネル障壁層
を介して接続し、かつ前記ソース層とともに前記アイラ
ンド層を挟むように配置されたドレイン層と、 前記アイランド層上にゲート絶縁膜を介して配設され、
かつ前記ソース層と前記ドレイン層に重ならないゲート
電極とを具備してなることを特徴とする単一電子トラン
ジスタ。
1. An island layer, a source layer connected to the island layer via a first thinner tunnel barrier layer, a source layer connected to the island layer via a second thinner tunnel barrier layer, And a drain layer disposed so as to sandwich the island layer together with the source layer; and a drain layer disposed on the island layer via a gate insulating film;
And a gate electrode which does not overlap the source layer and the drain layer.
【請求項2】半導体層の一部の領域上にゲート絶縁膜を
介してゲート電極を形成する工程と、 このゲート電極および前記ゲート絶縁膜の側壁にゲート
側壁絶縁膜を形成する工程と、 このゲート側壁絶縁膜および前記ゲート絶縁膜で覆われ
ていない前記半導体層の表面に、前記ゲート側壁絶縁膜
とは材料が異なるマスク絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート側壁絶縁膜を選択的に除去した後、前記マス
ク絶縁膜、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極をマ
スクとして、前記ゲート側壁絶縁膜を除去して露出した
前記半導体層の表面を酸化して溝を形成することによ
り、 前記半導体層をアイランド層と、このアイランド層より
も薄い第1のトンネル障壁層と、この第1のトンネル障
壁層を介して前記アイランド層に接続したソース層と、
前記アイランド層よりも薄い第2のトンネル障壁層と、
この第2のトンネル障壁層を介して前記アイランド層に
接続し、かつ前記ソース層とともに前記アイランド層を
挟むドレイン層とに区分する工程とを有することを特徴
とする単一電子トランジスタの製造方法。
A step of forming a gate electrode on a partial region of the semiconductor layer via a gate insulating film; a step of forming a gate side wall insulating film on a side wall of the gate electrode and the gate insulating film; the surface of the semiconductor layer not covered with the gate sidewall insulating film and the gate insulating film, a step of material than the gate side wall insulating film to form a different mask insulating film, selectively removing the gate sidewall insulating film Then, by using the mask insulating film, the gate insulating film and the gate electrode as a mask, removing the gate side wall insulating film and oxidizing the exposed surface of the semiconductor layer to form a groove, the semiconductor layer An island layer, a first tunnel barrier layer thinner than the island layer, a source layer connected to the island layer via the first tunnel barrier layer,
A second tunnel barrier layer thinner than the island layer;
A step of connecting to the island layer via the second tunnel barrier layer and separating the source layer into a drain layer sandwiching the island layer together with the source layer.
【請求項3】半導体層の一部の領域上にゲート絶縁膜を
介してゲート電極を形成する工程と、 このゲート電極および前記ゲート絶縁膜の側壁にゲート
側壁絶縁膜を形成する工程と、 このゲート側壁絶縁膜および前記ゲート絶縁膜で覆われ
ていない前記半導体層の表面に、前記ゲート側壁絶縁膜
とは材料が異なるマスク絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート側壁絶縁膜を選択的に除去した後、前記マス
ク絶縁膜、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極をマ
スクとして、前記ゲート側壁絶縁膜を除去して露出した
前記半導体層の表面をエッチングして溝を形成すること
により、 前記半導体層をアイランド層と、このアイランド層より
も薄い第1のトンネル障壁層と、この第1のトンネル障
壁層を介して前記アイランド層に接続したソース層と、
前記アイランド層よりも薄い第2のトンネル障壁層と、
この第2のトンネル障壁層を介して前記アイランド層に
接続し、かつ前記ソース層とともに前記アイランド層を
挟むドレイン層とに区分する工程とを有することを特徴
とする単一電子トランジスタの製造方法。
A step of forming a gate electrode on a partial region of the semiconductor layer via a gate insulating film; a step of forming a gate sidewall insulating film on a side wall of the gate electrode and the gate insulating film; the surface of the semiconductor layer not covered with the gate sidewall insulating film and the gate insulating film, a step of material than the gate side wall insulating film to form a different mask insulating film, selectively removing the gate sidewall insulating film Then, using the mask insulating film, the gate insulating film and the gate electrode as a mask, the surface of the semiconductor layer exposed by removing the gate sidewall insulating film is etched to form a groove, thereby forming the semiconductor layer. An island layer, a first tunnel barrier layer thinner than the island layer, and a source layer connected to the island layer via the first tunnel barrier layer. ,
A second tunnel barrier layer thinner than the island layer;
A step of connecting to the island layer via the second tunnel barrier layer and separating the source layer into a drain layer sandwiching the island layer together with the source layer.
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