JP3182892B2 - 量子素子の製造方法 - Google Patents
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は量子効果を利用した素子
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの進歩により、高
集積化、デザインルールの微細化が進んでいる。このよ
うな微細化の進行により、従来のトランジスタ構造とは
異なる、新たな素子構造の開発の必要性が高まってい
る。このような新規素子として量子効果を利用したデバ
イスが検討されてきている（電子情報通信学会誌Vol.7
2,No12,pp1387〜1391,1989年12月参照）。
集積化、デザインルールの微細化が進んでいる。このよ
うな微細化の進行により、従来のトランジスタ構造とは
異なる、新たな素子構造の開発の必要性が高まってい
る。このような新規素子として量子効果を利用したデバ
イスが検討されてきている（電子情報通信学会誌Vol.7
2,No12,pp1387〜1391,1989年12月参照）。
【０００３】量子効果を引き起こすためには電子の波長
程度のオーダーの寸法を持つドットもしくは細線の形成
技術、およびそれらを結合し、回路を構成する技術の開
発が必要とされる。
程度のオーダーの寸法を持つドットもしくは細線の形成
技術、およびそれらを結合し、回路を構成する技術の開
発が必要とされる。
【０００４】本発明のような構造をもつ量子素子につい
ては現在提案されておらず、ここでは全く新しい構造の
量子素子を提案するものである。
ては現在提案されておらず、ここでは全く新しい構造の
量子素子を提案するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は量子効果の得
られる程度の寸法を有する量子素子を簡便に作製できる
方法を提供するものである。
られる程度の寸法を有する量子素子を簡便に作製できる
方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の量子素子の製造
方法は、導電体材料に所定の形状のエッチングマスクを
形成する第１の工程と、前記エッチングマスクに被われ
ていない領域の前記導電体材料をエッチングして溝を形
成する第２の工程と、前記溝内部の周辺の全部もしくは
一部に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記溝内部に導
電体を埋め込む第４の工程とを有することを特徴とする
量子素子の製造方法である。
方法は、導電体材料に所定の形状のエッチングマスクを
形成する第１の工程と、前記エッチングマスクに被われ
ていない領域の前記導電体材料をエッチングして溝を形
成する第２の工程と、前記溝内部の周辺の全部もしくは
一部に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記溝内部に導
電体を埋め込む第４の工程とを有することを特徴とする
量子素子の製造方法である。
【０００７】
【作用】本発明は上記した構成によって、量子効果の得
られる程度の寸法を有する量子素子の作製が可能とな
る。
られる程度の寸法を有する量子素子の作製が可能とな
る。
【０００８】
【実施例】まず、第１の参考例の量子素子の製造方法に
ついて、図面を参照しながら説明する。
ついて、図面を参照しながら説明する。
【０００９】（図１）は第１の参考例における量子素子
の製造方法を示すものである。図１において、40はシリ
コン基板、41はレジスト、42は板状シリコン、43は熱酸
化膜、44は単結晶シリコンである。以上のように構成さ
れた量子素子の製造方法について以下その作製フローに
ついて説明する。
の製造方法を示すものである。図１において、40はシリ
コン基板、41はレジスト、42は板状シリコン、43は熱酸
化膜、44は単結晶シリコンである。以上のように構成さ
れた量子素子の製造方法について以下その作製フローに
ついて説明する。
【００１０】図１(a)において、シリコン基板40上に30n
mの幅を有する細線形状を有するレジスト41を形成す
る。図１(b)において、シリコン基板40のレジスト41の
被っていない部分をドライエッチングによりほぼ垂直形
状にエッチングし、100nmの高さを有する板状シリコン4
2を形成する。図１(c)において、レジスト41を除去す
る。図１(d)において、熱酸化を行い、板状シリコン42
周辺に2nmの厚さを有する熱酸化膜43を形成する。図１
(e)において、単結晶シリコン44を形成し、平坦化を行
う。
mの幅を有する細線形状を有するレジスト41を形成す
る。図１(b)において、シリコン基板40のレジスト41の
被っていない部分をドライエッチングによりほぼ垂直形
状にエッチングし、100nmの高さを有する板状シリコン4
2を形成する。図１(c)において、レジスト41を除去す
る。図１(d)において、熱酸化を行い、板状シリコン42
周辺に2nmの厚さを有する熱酸化膜43を形成する。図１
(e)において、単結晶シリコン44を形成し、平坦化を行
う。
【００１１】図１(e)においては、単結晶シリコン−2nm
トンネル酸化膜−30nm厚シリコン（基板）−2nmトンネ
ル酸化膜−単結晶シリコン構造が形成されている。30nm
の厚さを有するシリコンは厚さ方向に量子化されてお
り、２次元構造を有している。また、2nm厚の酸化膜は
トンネル酸化膜として十分に薄く、従って本構造は共鳴
トンネル効果を発現させるに十分な３次元−２次元ー３
次元構造を有している。
トンネル酸化膜−30nm厚シリコン（基板）−2nmトンネ
ル酸化膜−単結晶シリコン構造が形成されている。30nm
の厚さを有するシリコンは厚さ方向に量子化されてお
り、２次元構造を有している。また、2nm厚の酸化膜は
トンネル酸化膜として十分に薄く、従って本構造は共鳴
トンネル効果を発現させるに十分な３次元−２次元ー３
次元構造を有している。
【００１２】以上のように本参考例によれば、共鳴トン
ネル効果の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便
に作製可能な、量子素子の製造方法が得られる。
ネル効果の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便
に作製可能な、量子素子の製造方法が得られる。
【００１３】なお、本参考例において、板状シリコン42
に熱酸化を施して酸化膜を形成し、板状シリコン42をよ
り薄くしておくことも可能である。
に熱酸化を施して酸化膜を形成し、板状シリコン42をよ
り薄くしておくことも可能である。
【００１４】なお、本参考例において、板状シリコン42
にシリコンのウエットエッチングを施し、板状シリコン
42をより薄くしておくことも可能である。
にシリコンのウエットエッチングを施し、板状シリコン
42をより薄くしておくことも可能である。
【００１５】なお、本参考例において、シリコンのウエ
ットエッチングによる薄板化と、熱酸化による薄板化を
併用し、板状シリコン42をより薄くしておくことも可能
である。
ットエッチングによる薄板化と、熱酸化による薄板化を
併用し、板状シリコン42をより薄くしておくことも可能
である。
【００１６】なお、本参考例により形成後、図１(e)に
示したy方向に電子の波長程度以下の幅を有し、x方向に
長手方向を有する細線形状に加工することにより、１次
元−０次元−１次元構造を有し、共鳴トンネル効果の得
られる構造に加工することが可能となる。
示したy方向に電子の波長程度以下の幅を有し、x方向に
長手方向を有する細線形状に加工することにより、１次
元−０次元−１次元構造を有し、共鳴トンネル効果の得
られる構造に加工することが可能となる。
【００１７】次に、第２の参考例の量子素子の製造方法
について、図面を参照しながら説明する。
について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】（図２）は第２の参考例における量子素子
の製造方法を示すものである。図２において、40はシリ
コン基板、41はレジスト、42は板状シリコン、45はシリ
コン酸化物である。以上のように構成された量子素子の
製造方法について以下その作製フローについて説明す
る。
の製造方法を示すものである。図２において、40はシリ
コン基板、41はレジスト、42は板状シリコン、45はシリ
コン酸化物である。以上のように構成された量子素子の
製造方法について以下その作製フローについて説明す
る。
【００１９】図２(a)において、シリコン基板40上に30n
mの幅を有する細線形状を有するレジスト41を形成す
る。図２(b)において、シリコン基板40のレジスト41の
被っていない部分をドライエッチングによりほぼ垂直形
状にエッチングし、100nmの高さを有する板状シリコン4
2を形成する。図２(c)において、レジスト41を除去す
る。図２(d)において、シリコン酸化物45を形成し、板
状シリコン42の頭部が表面に現れるように平坦化を行
う。
mの幅を有する細線形状を有するレジスト41を形成す
る。図２(b)において、シリコン基板40のレジスト41の
被っていない部分をドライエッチングによりほぼ垂直形
状にエッチングし、100nmの高さを有する板状シリコン4
2を形成する。図２(c)において、レジスト41を除去す
る。図２(d)において、シリコン酸化物45を形成し、板
状シリコン42の頭部が表面に現れるように平坦化を行
う。
【００２０】図２(d)においては、30nmの幅を有するシ
リコンは幅方向に量子化されており、２次元構造を有し
ている。従って、表面にゲート酸化膜形成、ゲート電極
形成をおこなうことによって板状シリコン42頭部に反転
層を形成し、深さ方向に量子化することによって１次元
細線を形成可能となる。
リコンは幅方向に量子化されており、２次元構造を有し
ている。従って、表面にゲート酸化膜形成、ゲート電極
形成をおこなうことによって板状シリコン42頭部に反転
層を形成し、深さ方向に量子化することによって１次元
細線を形成可能となる。
【００２１】以上のように本参考例によれば、量子効果
の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便に作製可
能な、量子素子の製造方法が得られる。
の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便に作製可
能な、量子素子の製造方法が得られる。
【００２２】以下本発明の第１の実施例の量子素子の製
造方法について、図面を参照しながら説明する。
造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】（図３）は本発明の第１の実施例における
量子素子の製造方法を示すものである。図３において、
50はシリコン基板、51はレジスト、52は溝、53は熱酸化
膜、54は単結晶シリコンである。以上のように構成され
た量子素子の製造方法について以下その作製フローにつ
いて説明する。
量子素子の製造方法を示すものである。図３において、
50はシリコン基板、51はレジスト、52は溝、53は熱酸化
膜、54は単結晶シリコンである。以上のように構成され
た量子素子の製造方法について以下その作製フローにつ
いて説明する。
【００２４】図３(a)において、シリコン基板50上に幅3
0nmの細線形状の抜きを有するレジスト51を形成する。
図３(b)において、シリコン基板50のレジスト51の被っ
ていない部分をドライエッチングによりほぼ垂直形状に
エッチングし、100nmの深さを有する溝52を形成する。
図３(c)において、レジスト51を除去する。図３(d)にお
いて、熱酸化を行い、溝52内部周辺に2nmの厚さを有す
る熱酸化膜53を形成する。図３(e)において、単結晶シ
リコン54を形成し、平坦化を行う。
0nmの細線形状の抜きを有するレジスト51を形成する。
図３(b)において、シリコン基板50のレジスト51の被っ
ていない部分をドライエッチングによりほぼ垂直形状に
エッチングし、100nmの深さを有する溝52を形成する。
図３(c)において、レジスト51を除去する。図３(d)にお
いて、熱酸化を行い、溝52内部周辺に2nmの厚さを有す
る熱酸化膜53を形成する。図３(e)において、単結晶シ
リコン54を形成し、平坦化を行う。
【００２５】図３(e)においては、単結晶シリコン（基
板）−2nmトンネル酸化膜−30nm厚単結晶シリコン−2nm
トンネル酸化膜−単結晶シリコン（基板）構造が形成さ
れている。30nmの厚さを有するシリコンは厚さ方向に量
子化されており、２次元構造を有している。また、2nm
厚の酸化膜はトンネル酸化膜として十分に薄く、従って
本構造は共鳴トンネル効果を発現させるに十分な３次元
−２次元ー３次元構造を有している。
板）−2nmトンネル酸化膜−30nm厚単結晶シリコン−2nm
トンネル酸化膜−単結晶シリコン（基板）構造が形成さ
れている。30nmの厚さを有するシリコンは厚さ方向に量
子化されており、２次元構造を有している。また、2nm
厚の酸化膜はトンネル酸化膜として十分に薄く、従って
本構造は共鳴トンネル効果を発現させるに十分な３次元
−２次元ー３次元構造を有している。
【００２６】以上のように本実施例によれば、共鳴トン
ネル効果の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便
に作製可能な、量子素子の製造方法が得られる。
ネル効果の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便
に作製可能な、量子素子の製造方法が得られる。
【００２７】なお、本実施例により形成後、図３(e)に
示したy方向に電子の波長程度以下の幅を有し、x方向に
長手方向を有する細線形状に加工することにより、１次
元−０次元ー１次元構造を有し、共鳴トンネル効果の得
られる構造に加工することが可能となる。
示したy方向に電子の波長程度以下の幅を有し、x方向に
長手方向を有する細線形状に加工することにより、１次
元−０次元ー１次元構造を有し、共鳴トンネル効果の得
られる構造に加工することが可能となる。
【００２８】次に、本発明の第２の実施例の量子素子の
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】（図４）および（図５）は本発明の第２の
実施例における量子素子の製造方法を示すものである。
図４において、１はシリコン基板、２は窒化膜、３は酸
化膜、４は第１の溝、５は窒化膜サイドウォールであ
る。図５において６は第２の溝、７は熱酸化膜、８は図
５(a)におけるA-A'断面における酸化後のシリコン幅、
９は図５(a)におけるB-B'断面における酸化後のシリコ
ン幅である。以上のように構成された量子素子の製造方
法について以下その作製フローについて説明する。
実施例における量子素子の製造方法を示すものである。
図４において、１はシリコン基板、２は窒化膜、３は酸
化膜、４は第１の溝、５は窒化膜サイドウォールであ
る。図５において６は第２の溝、７は熱酸化膜、８は図
５(a)におけるA-A'断面における酸化後のシリコン幅、
９は図５(a)におけるB-B'断面における酸化後のシリコ
ン幅である。以上のように構成された量子素子の製造方
法について以下その作製フローについて説明する。
【００３０】図４(a)において、シリコン基板１上に細
線形状を有する窒化膜２を形成し、窒化膜２とほぼ直交
する細線形状を有する酸化膜３を形成する。図４(b)に
おいて、窒化膜２および酸化膜３をマスクとしてシリコ
ン基板１をドライエッチング技術を用いてエッチングを
行い、第１の溝４を形成する。図４(c)において、全面
に窒化膜を堆積し、異方性エッチングを行って窒化膜
２、酸化膜３、第１の溝４の周辺部に窒化膜サイドウォ
ール５を形成する。図５(a)において、窒化膜２および
窒化膜サイドウォール５をマスクとしてシリコン基板１
をドライエッチング技術を用いてエッチングを行い、第
２の溝６を形成する。このとき、図５(a)におけるA-A'
断面形状を図５(b)に、B-B'断面形状を図５(c)に示す。
A-A'断面すなわち図４(a)において酸化膜３を形成した
部分においては図５(b)の様にシリコン上に窒化膜２が
あり、シリコン側壁部には何もない形状となる。B-B'断
面すなわち図４(a)において酸化膜３を形成していない
部分においては図５(c)の様にシリコン上に窒化膜２、
シリコン側壁部に窒化膜サイドウォール５が存在する。
これに熱酸化処理を施して、熱酸化膜７を形成する。A-
A'断面においては図５(d)に示す断面形状、B-B'断面に
おいては図５(e)に示す断面形状が得られる。すなわ
ち、A-A'断面においてはシリコン側壁部に窒化膜サイド
ウォールが存在しないため、側壁部分から酸化膜形成が
進行し、図５(d)に示すごとくA-A'断面におけるシリコ
ン幅８が得られる。B-B'断面においてはシリコン側壁部
に窒化膜サイドウォールが存在するため、酸化は窒化膜
サイドウォール下部分より進行する。そこで、B-B'断面
におけるシリコン幅９を得る。このときの酸化膜、窒化
膜を除いたシリコン部分を図示したものを図５(f)に示
す。すなわち、ネッキング部１１を有するシリコン細線
１０が得られる。窒化膜２および酸化膜３の寸法が量子
効果の得られる程度の寸法でない場合においても本実施
例を用いればネッキング部１１において量子効果の得ら
れる程度の小さな寸法が得られる。また、窒化膜２およ
び酸化膜３の寸法が量子効果の得られる程度の寸法であ
る場合寸法の異なる部分を有する量子細線の製造方法が
得られる。
線形状を有する窒化膜２を形成し、窒化膜２とほぼ直交
する細線形状を有する酸化膜３を形成する。図４(b)に
おいて、窒化膜２および酸化膜３をマスクとしてシリコ
ン基板１をドライエッチング技術を用いてエッチングを
行い、第１の溝４を形成する。図４(c)において、全面
に窒化膜を堆積し、異方性エッチングを行って窒化膜
２、酸化膜３、第１の溝４の周辺部に窒化膜サイドウォ
ール５を形成する。図５(a)において、窒化膜２および
窒化膜サイドウォール５をマスクとしてシリコン基板１
をドライエッチング技術を用いてエッチングを行い、第
２の溝６を形成する。このとき、図５(a)におけるA-A'
断面形状を図５(b)に、B-B'断面形状を図５(c)に示す。
A-A'断面すなわち図４(a)において酸化膜３を形成した
部分においては図５(b)の様にシリコン上に窒化膜２が
あり、シリコン側壁部には何もない形状となる。B-B'断
面すなわち図４(a)において酸化膜３を形成していない
部分においては図５(c)の様にシリコン上に窒化膜２、
シリコン側壁部に窒化膜サイドウォール５が存在する。
これに熱酸化処理を施して、熱酸化膜７を形成する。A-
A'断面においては図５(d)に示す断面形状、B-B'断面に
おいては図５(e)に示す断面形状が得られる。すなわ
ち、A-A'断面においてはシリコン側壁部に窒化膜サイド
ウォールが存在しないため、側壁部分から酸化膜形成が
進行し、図５(d)に示すごとくA-A'断面におけるシリコ
ン幅８が得られる。B-B'断面においてはシリコン側壁部
に窒化膜サイドウォールが存在するため、酸化は窒化膜
サイドウォール下部分より進行する。そこで、B-B'断面
におけるシリコン幅９を得る。このときの酸化膜、窒化
膜を除いたシリコン部分を図示したものを図５(f)に示
す。すなわち、ネッキング部１１を有するシリコン細線
１０が得られる。窒化膜２および酸化膜３の寸法が量子
効果の得られる程度の寸法でない場合においても本実施
例を用いればネッキング部１１において量子効果の得ら
れる程度の小さな寸法が得られる。また、窒化膜２およ
び酸化膜３の寸法が量子効果の得られる程度の寸法であ
る場合寸法の異なる部分を有する量子細線の製造方法が
得られる。
【００３１】以上のように本実施例によれば、量子効果
の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便に作製可
能な、量子素子の製造方法が得られる。
の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便に作製可
能な、量子素子の製造方法が得られる。
【００３２】なお、本実施例において、A-A'断面におけ
るシリコン幅８を得るため、熱酸化を施して熱酸化膜７
を形成する代わりに、シリコンのウエットエッチングを
行い、A-A'断面におけるシリコン幅８を薄くすることも
可能である。
るシリコン幅８を得るため、熱酸化を施して熱酸化膜７
を形成する代わりに、シリコンのウエットエッチングを
行い、A-A'断面におけるシリコン幅８を薄くすることも
可能である。
【００３３】なお、本実施例において、A-A'断面におけ
るシリコン幅８を得るため、熱酸化を施して熱酸化膜７
を形成する代わりに、シリコンのウエットエッチングに
よる薄板化と、熱酸化による薄板化を併用することも可
能である。
るシリコン幅８を得るため、熱酸化を施して熱酸化膜７
を形成する代わりに、シリコンのウエットエッチングに
よる薄板化と、熱酸化による薄板化を併用することも可
能である。
【００３４】以下本発明の第３の実施例の量子素子の製
造方法について、図面を参照しながら説明する。
造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】（図６）は本発明の第３の実施例における
量子素子の製造方法を示すものである。図６において、
1はシリコン基板、60は板状シリコン、61はネッキング
部、62は熱酸化膜、63は単結晶シリコンである。以上の
ように構成された量子素子の製造方法について以下その
作製フローについて説明する。
量子素子の製造方法を示すものである。図６において、
1はシリコン基板、60は板状シリコン、61はネッキング
部、62は熱酸化膜、63は単結晶シリコンである。以上の
ように構成された量子素子の製造方法について以下その
作製フローについて説明する。
【００３６】図６(a)において、第２の実施例で示した
方法により、シリコン基板1上にネッキング部61を有す
る板状シリコン60が形成されている。図６(b)におい
て、熱酸化を行い、板状シリコン60、ネッキング部61の
周辺に2nmの厚さを有する熱酸化膜62を形成する。図６
(c)において、単結晶シリコン63を形成し、平坦化を行
う。
方法により、シリコン基板1上にネッキング部61を有す
る板状シリコン60が形成されている。図６(b)におい
て、熱酸化を行い、板状シリコン60、ネッキング部61の
周辺に2nmの厚さを有する熱酸化膜62を形成する。図６
(c)において、単結晶シリコン63を形成し、平坦化を行
う。
【００３７】図６(b)においては、x方向に単結晶シリコ
ン−2nmトンネル酸化膜−ネッキング部（基板）−2nmト
ンネル酸化膜−単結晶シリコン構造が形成されている。
ネッキング部61は厚さ方向に量子化されており、２次元
構造を有している。また、2nm厚の酸化膜はトンネル酸
化膜として十分に薄く、従って本構造は共鳴トンネル効
果を発現させるに十分な３次元−２次元ー３次元構造を
有している。
ン−2nmトンネル酸化膜−ネッキング部（基板）−2nmト
ンネル酸化膜−単結晶シリコン構造が形成されている。
ネッキング部61は厚さ方向に量子化されており、２次元
構造を有している。また、2nm厚の酸化膜はトンネル酸
化膜として十分に薄く、従って本構造は共鳴トンネル効
果を発現させるに十分な３次元−２次元ー３次元構造を
有している。
【００３８】本実施例においてはネッキング部61のみが
厚さ方向の量子化に十分な薄さを有し、板状シリコン60
のその他の部分が量子化されない十分な厚さを有するよ
うに設定することによって、図６(c)のように板状シリ
コン60の周辺全面に単結晶シリコン63を形成しても共鳴
トンネルの発現する領域はネッキング部61部分のみに限
定することが可能となる。従って、単結晶シリコン63を
形成するにあたり、製造上の制限が緩和される。また、
共鳴トンネル効果における量子井戸を０次元化するにあ
たり、ネッキング部61のy方向の幅およびz方向の深さに
のみ注意するだけで形成が可能となる。以上のような点
で、本実施例は第１の参考例に比して優れている。
厚さ方向の量子化に十分な薄さを有し、板状シリコン60
のその他の部分が量子化されない十分な厚さを有するよ
うに設定することによって、図６(c)のように板状シリ
コン60の周辺全面に単結晶シリコン63を形成しても共鳴
トンネルの発現する領域はネッキング部61部分のみに限
定することが可能となる。従って、単結晶シリコン63を
形成するにあたり、製造上の制限が緩和される。また、
共鳴トンネル効果における量子井戸を０次元化するにあ
たり、ネッキング部61のy方向の幅およびz方向の深さに
のみ注意するだけで形成が可能となる。以上のような点
で、本実施例は第１の参考例に比して優れている。
【００３９】以上のように本実施例によれば、共鳴トン
ネル効果の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便
に作製可能な、量子素子の製造方法が得られる。
ネル効果の得られる程度の寸法を有する量子素子が簡便
に作製可能な、量子素子の製造方法が得られる。
【００４０】次に、本発明の第４の実施例の量子素子の
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】（図７）は本発明の第４の実施例における
量子素子の製造方法を示すものである。図７において、
３０はシリコン細線、３１はネッキング部、３２は絶縁
膜、３３は酸化膜、３４は制御電極である。以上のよう
に構成された量子素子の製造方法について以下その作製
フローについて説明する。
量子素子の製造方法を示すものである。図７において、
３０はシリコン細線、３１はネッキング部、３２は絶縁
膜、３３は酸化膜、３４は制御電極である。以上のよう
に構成された量子素子の製造方法について以下その作製
フローについて説明する。
【００４２】図７(a)において、本発明の第２の実施例
により、ネッキング部３１を有するシリコン細線３０が
シリコン基板１上に形成されている。図７(b)におい
て、絶縁物を形成し、シリコン細線１０の表面が出る形
状に加工して、絶縁層３２を得る。図７(c)において、
熱酸化を行い、酸化膜３３を形成する。図７(d)におい
て、多結晶シリコンを堆積し、電極形状に加工して制御
電極３４を形成する。本実施例において、細線と酸化膜
３３を介して接続された制御電極３４およびシリコン基
板１の電位を制御することにより細線中に空乏領域、反
転領域もしくは蓄積領域を形成することが可能である。
従って、細線両端部に電極を形成し、電位を印加するこ
とによって電流を流すことが可能であり、電流量を制御
電極３４により制御可能となる。
により、ネッキング部３１を有するシリコン細線３０が
シリコン基板１上に形成されている。図７(b)におい
て、絶縁物を形成し、シリコン細線１０の表面が出る形
状に加工して、絶縁層３２を得る。図７(c)において、
熱酸化を行い、酸化膜３３を形成する。図７(d)におい
て、多結晶シリコンを堆積し、電極形状に加工して制御
電極３４を形成する。本実施例において、細線と酸化膜
３３を介して接続された制御電極３４およびシリコン基
板１の電位を制御することにより細線中に空乏領域、反
転領域もしくは蓄積領域を形成することが可能である。
従って、細線両端部に電極を形成し、電位を印加するこ
とによって電流を流すことが可能であり、電流量を制御
電極３４により制御可能となる。
【００４３】以上のように本実施例によれば、量子素子
が簡便に作製可能な製造方法が得られる。
が簡便に作製可能な製造方法が得られる。
【００４４】次に、本発明の第５の実施例の量子素子の
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４５】（図８）は本発明の第５の実施例における
量子素子の製造方法を示すものである。図８において、
１はシリコン基板、３０はシリコン細線、３１はネッキ
ング部、３５は多結晶シリコン、３６は第１の電極、３
７は第２の電極、３８は酸化膜である。以上のように構
成された量子素子の製造方法について以下その作製フロ
ーについて説明する。
量子素子の製造方法を示すものである。図８において、
１はシリコン基板、３０はシリコン細線、３１はネッキ
ング部、３５は多結晶シリコン、３６は第１の電極、３
７は第２の電極、３８は酸化膜である。以上のように構
成された量子素子の製造方法について以下その作製フロ
ーについて説明する。
【００４６】図８(a)において、本発明の第４の実施例
により、ネッキング部３１を有するシリコン細線３０が
シリコン基板１上に形成されている。図８(b)におい
て、熱酸化を行って酸化膜３８を形成した後、多結晶シ
リコン３５を形成する。図８(c)において、多結晶シリ
コン３５を異方性エッチングし、所定の形状に加工して
第１の電極３６、第２の電極３７を形成する。本実施例
において、多結晶シリコンよりなる第１の電極３６、酸
化膜３８、シリコンよりなるネッキング部３１、酸化膜
３８、第２の電極３７の５層構造を有する量子素子が形
成される。本構造により、共鳴トンネル効果を利用した
量子素子形成が可能となる。
により、ネッキング部３１を有するシリコン細線３０が
シリコン基板１上に形成されている。図８(b)におい
て、熱酸化を行って酸化膜３８を形成した後、多結晶シ
リコン３５を形成する。図８(c)において、多結晶シリ
コン３５を異方性エッチングし、所定の形状に加工して
第１の電極３６、第２の電極３７を形成する。本実施例
において、多結晶シリコンよりなる第１の電極３６、酸
化膜３８、シリコンよりなるネッキング部３１、酸化膜
３８、第２の電極３７の５層構造を有する量子素子が形
成される。本構造により、共鳴トンネル効果を利用した
量子素子形成が可能となる。
【００４７】以上のように本実施例によれば、導電層ー
絶縁膜ー導電膜ー絶縁膜−導電層の５層構造を有する量
子素子の製造方法が得られる。
絶縁膜ー導電膜ー絶縁膜−導電層の５層構造を有する量
子素子の製造方法が得られる。
【００４８】次に、本発明の第６の実施例の量子素子の
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４９】（図９）、（図１０）および（図１１）は
本発明の第６の実施例における量子素子の製造方法を示
すものである。図９において、１はシリコン基板、１２
は酸化膜、１３は多結晶シリコン、１４は窒化膜、１５
は第１の窒化膜サイドウォール、１６は酸化膜である。
図１０において、１７は第１の溝、１８は第２の窒化膜
サイドウォール、１９は第２の溝である。図１１におい
て、１はシリコン基板、１５は第１の窒化膜サイドウォ
ール、１８は第２の窒化膜サイドウォール、２０は熱酸
化膜、２１、２２はシリコン幅、２３はネッキング部、
２４はシリコン細線である。以上のように構成された量
子素子の製造方法について以下その作製フローについて
説明する。
本発明の第６の実施例における量子素子の製造方法を示
すものである。図９において、１はシリコン基板、１２
は酸化膜、１３は多結晶シリコン、１４は窒化膜、１５
は第１の窒化膜サイドウォール、１６は酸化膜である。
図１０において、１７は第１の溝、１８は第２の窒化膜
サイドウォール、１９は第２の溝である。図１１におい
て、１はシリコン基板、１５は第１の窒化膜サイドウォ
ール、１８は第２の窒化膜サイドウォール、２０は熱酸
化膜、２１、２２はシリコン幅、２３はネッキング部、
２４はシリコン細線である。以上のように構成された量
子素子の製造方法について以下その作製フローについて
説明する。
【００５０】図９(a)において、シリコン基板１上に酸
化膜１２形成後、多結晶シリコン１３および窒化膜１４
を形成し、所定の形状に加工する。図９(b)において、
窒化膜堆積後、異方性エッチングによって窒化膜をエッ
チングし、多結晶シリコン１３および窒化膜１４側壁部
に第１の窒化膜サイドウォール１５を形成する。図９
(c)において、酸化膜を堆積し、異方性エッチングによ
って酸化膜をエッチングし、酸化膜１６を形成する。図
１０(a)において窒化膜１４、酸化膜１６、第１の窒化
膜サイドウォール１５をマスクとしてシリコン基板のエ
ッチングを行い、第１の溝１７を形成する。図１０(b)
において窒化膜堆積および異方性エッチングを行い、窒
化膜１４、酸化膜１６、窒化膜サイドウォール１５およ
び第１の溝１７の側部に第２の窒化膜サイドウォール１
８を形成する。図１０(c)において酸化膜１６を除去
し、窒化膜１４、第１の窒化膜サイドウォール１５およ
び第２の窒化膜サイドウォール１８をマスクとしてシリ
コンエッチングを行い、第２の溝１９を形成する。図１
０(c)におけるA-A'断面形状を図１１(a)に、B-B'断面を
図１１(b)に示す。すなわち、A-A'断面においてはシリ
コン側壁部が露出しており、B-B'断面においてはシリコ
ン側壁部が第２の窒化膜サイドウォールによって被われ
ている。図１１(c),(d)において、熱酸化を行ない、熱
酸化膜２０を形成する。図１１(c)はこのときのA-A'断
面形状を示しており、シリコン側壁部より酸化が進行
し、シリコン幅２１を有するネッキング部２３を得る。
図１１(d)はB-B'断面形状を示しており、シリコン幅２
１よりも大きなシリコン幅２２を有するシリコン細線２
４を得る。
化膜１２形成後、多結晶シリコン１３および窒化膜１４
を形成し、所定の形状に加工する。図９(b)において、
窒化膜堆積後、異方性エッチングによって窒化膜をエッ
チングし、多結晶シリコン１３および窒化膜１４側壁部
に第１の窒化膜サイドウォール１５を形成する。図９
(c)において、酸化膜を堆積し、異方性エッチングによ
って酸化膜をエッチングし、酸化膜１６を形成する。図
１０(a)において窒化膜１４、酸化膜１６、第１の窒化
膜サイドウォール１５をマスクとしてシリコン基板のエ
ッチングを行い、第１の溝１７を形成する。図１０(b)
において窒化膜堆積および異方性エッチングを行い、窒
化膜１４、酸化膜１６、窒化膜サイドウォール１５およ
び第１の溝１７の側部に第２の窒化膜サイドウォール１
８を形成する。図１０(c)において酸化膜１６を除去
し、窒化膜１４、第１の窒化膜サイドウォール１５およ
び第２の窒化膜サイドウォール１８をマスクとしてシリ
コンエッチングを行い、第２の溝１９を形成する。図１
０(c)におけるA-A'断面形状を図１１(a)に、B-B'断面を
図１１(b)に示す。すなわち、A-A'断面においてはシリ
コン側壁部が露出しており、B-B'断面においてはシリコ
ン側壁部が第２の窒化膜サイドウォールによって被われ
ている。図１１(c),(d)において、熱酸化を行ない、熱
酸化膜２０を形成する。図１１(c)はこのときのA-A'断
面形状を示しており、シリコン側壁部より酸化が進行
し、シリコン幅２１を有するネッキング部２３を得る。
図１１(d)はB-B'断面形状を示しており、シリコン幅２
１よりも大きなシリコン幅２２を有するシリコン細線２
４を得る。
【００５１】本実施例においてはネッキング部２３およ
びシリコン細線２４の上部に自己整合的に電極となる多
結晶シリコン１３が存在しており、ネッキング部および
シリコン細線形成後に電極を形成する必要がないと言う
点で第２の実施例に比して優れている。以上のように本
実施例によれば、量子効果の得られる程度の寸法を有す
る、電極を有する量子素子が簡便に作製可能な量子素子
の製造方法が得られる。
びシリコン細線２４の上部に自己整合的に電極となる多
結晶シリコン１３が存在しており、ネッキング部および
シリコン細線形成後に電極を形成する必要がないと言う
点で第２の実施例に比して優れている。以上のように本
実施例によれば、量子効果の得られる程度の寸法を有す
る、電極を有する量子素子が簡便に作製可能な量子素子
の製造方法が得られる。
【００５２】
【発明の効果】以上のように本発明は量子効果を利用し
た量子素子の製造方法が得られる。
た量子素子の製造方法が得られる。
【図１】本発明の第１の参考例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図２】本発明の第２の参考例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図３】本発明の第１の実施例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図４】本発明の第２の実施例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図５】本発明の第２の実施例における量子素子の製造
方法を示す断面図
方法を示す断面図
【図６】本発明の第３の実施例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図７】本発明の第４の実施例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図８】本発明の第５の実施例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図９】本発明の第６の実施例における量子素子の製造
方法を示す斜視図
方法を示す斜視図
【図１０】本発明の第６の実施例における量子素子の製
造方法を示す斜視図
造方法を示す斜視図
【図１１】本発明の第６の実施例における量子素子の製
造方法を示す断面図
造方法を示す断面図
１ シリコン基板 ２ 窒化膜 ３ 酸化膜 ４ 第１の溝 ５ 窒化膜サイドウォール ６ 第２の溝 ７ 熱酸化膜 ８ A-A'断面におけるシリコン幅 ９ B-B'断面におけるシリコン幅 １０ シリコン細線 １１ ネッキング部 １２ 酸化膜 １３ 多結晶シリコン １４ 窒化膜 １５ 第１の窒化膜サイドウォール １６ 酸化膜 １７ 第１の溝 １８ 第２の窒化膜サイドウォール １９ 第２の溝 ２０ 熱酸化膜 ２１ シリコン幅 ２２ シリコン幅 ２３ ネッキング部 ２４ シリコン細線 ３０ シリコン細線 ３１ ネッキング部 ３２ 絶縁層 ３３ 酸化膜 ３４ 制御電極 ３５ 多結晶シリコン ３６ 第１の電極 ３７ 第２の電極 ３８ 酸化膜 ４０ シリコン基板 ４１ レジスト ４２ 板状シリコン ４３ 熱酸化膜 ４４ 単結晶シリコン ４５ シリコン酸化物 ５０ シリコン基板 ５１ レジスト ５２ 溝 ５３ 熱酸化膜 ５４ 単結晶シリコン ６０ 板状シリコン ６１ ネッキング部 ６２ 熱酸化膜 ６３ 単結晶シリコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田川 昌治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 平井 義彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 丹羽 正昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 安井 十郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−61382（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−88628（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−101784（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−52262（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−110066（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/68 H01L 29/06 H01L 29/66
Claims (12)
- 【請求項１】導電体材料に所定の形状のエッチングマス
クを形成する第１の工程と、前記エッチングマスクに被
われていない領域の前記導電体材料をエッチングして溝
を形成する第２の工程と、前記溝内部の周辺の全部もし
くは一部に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記溝内部
に導電体を埋め込む第４の工程とを有することを特徴と
する量子素子の製造方法。 - 【請求項２】導電体材料に第１の膜種よりなる第１のマ
スクを形成する第１の工程と、前記第１のマスクと交差
する、第２の膜種よりなる第２のマスクを形成する第２
の工程と、前記第１のマスクおよび第２のマスクをエッ
チングマスクとして基板をエッチングして第１の溝を形
成する第３の工程と、第１の溝内部周辺に第３の膜種よ
りなる側壁を形成する第４の工程と、第２のマスクを除
去する第５の工程と、第１のマスクおよび前記側壁をマ
スクとして基板をエッチングして第２の溝を形成する第
６の工程と、第１のマスクの下で前記側壁により表面を
被われていない領域の導電体材料の一部を除去もしくは
非導体化する第７の工程を有することを特徴とする量子
素子の製造方法。 - 【請求項３】第１のマスクの下で前記側壁により表面を
被われていない領域の導電体材料を露出する第８の工程
と、前記露出した導電体材料表面に絶縁膜形成を行なう
第９の工程と、前記絶縁膜周辺に第２の導電体形成を行
う第１０の工程を有することを特徴とする請求項２記載
の量子素子の製造方法。 - 【請求項４】第７の工程として酸化処理を行うことを特
徴とする請求項２記載の量子素子の製造方法。 - 【請求項５】第７の工程として窒化処理を行うことを特
徴とする請求項２記載の量子素子の製造方法。 - 【請求項６】第７の工程として導電体のウエットエッチ
ングを行うことを特徴とする請求項２記載の量子素子の
製造方法。 - 【請求項７】基板に第１の膜を形成する第１の工程と、
第２の膜を形成する第２の工程と、第１の膜および第２
の膜を所定の形状の第１のマスクに加工する第３の工程
と、前記第１のマスクと交差する、第３の膜よりなる第
２のマスクを形成する第４の工程と、前記第１のマスク
および第２のマスクをエッチングマスクとして基板をエ
ッチングして第１の溝を形成する第５の工程と、第１の
溝内部周辺に第４の膜よりなる側壁を形成する第６の工
程と、第２のマスクを除去する第７の工程と、第１のマ
スクおよび前記側壁をマスクとして基板をエッチングし
て第２の溝を形成する第８の工程とを有することを特徴
とする量子素子の製造方法。 - 【請求項８】第８の工程の後、露出基板表面に酸化処理
を行うことを特徴とする請求項７記載の量子素子の製造
方法。 - 【請求項９】第８の工程の後、露出基板表面に窒化処理
を行うことを特徴とする請求項７記載の量子素子の製造
方法。 - 【請求項１０】基板としてシリコン基板、第１の膜とし
て多結晶シリコン、第２、第４の膜として窒化膜、第３
の膜として酸化膜、電極として多結晶シリコンを用いる
こと、および、第８の工程の後、露出基板表面に酸化を
行うこと、を特徴とする請求項７記載の量子素子の製造
方法。 - 【請求項１１】導電体材料に第１の膜種よりなる第１の
マスクを形成する第１の工程と、前記第１のマスクと交
差する、第２の膜種よりなる第２のマスクを形成する第
２の工程と、前記第１のマスクおよび第２のマスクをエ
ッチングマスクとして基板をエッチングして第１の溝を
形成する第３の工程と、第１の溝内部周辺に第３の膜種
よりなる側壁を形成する第４の工程と、第２のマスクを
除去する第５の工程と、第１のマスクおよび前記側壁を
マスクとして基板をエッチングして第２の溝を形成する
第６の工程と、第１のマスクの下で前記側壁により表面
を被われていない領域の導電体材料の一部を除去もしく
は非導体化する第７の工程と、前記第７の工程の後、露
出した導電体材料の表面に絶縁膜を形成する第８の工程
と、前記絶縁膜上に第５の膜を形成する第９の工程と、
前記第５の膜を所定の形状に加工する第１０の工程を有
することを特徴とする量子素子の製造方法。 - 【請求項１２】導電体材料に第１の膜種よりなる第１の
マスクを形成する第１の工程と、前記第１のマスクと交
差する、第２の膜種よりなる第２のマスクを形成する第
２の工程と、前記第１のマスクおよび第２のマスクをエ
ッチングマスク として基板をエッチングして第１の溝を
形成する第３の工程と、第１の溝内部周辺に第３の膜種
よりなる側壁を形成する第４の工程と、第２のマスクを
除去する第５の工程と、第１のマスクおよび前記側壁を
マスクとして基板をエッチングして第２の溝を形成する
第６の工程と、第１のマスクの下で前記側壁により表面
を被われていない領域の導電体材料の一部を除去もしく
は非導体化する第７の工程と、前記第７の工程の後、前
記第１、第２の溝の全てもしくはその一部に絶縁物を埋
め込んで表面を出す第８の工程と、露出した導電体材料
の表面に絶縁膜を形成する第９の工程と、前記絶縁物お
よび前記絶縁膜の上に電極を形成する第１０の工程とを
有することを特徴とする量子素子の製造方法。
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