JPH0411784A - 量子ポイントコンタクト装置およびその製造方法 - Google Patents
量子ポイントコンタクト装置およびその製造方法Info
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- JPH0411784A JPH0411784A JP2112318A JP11231890A JPH0411784A JP H0411784 A JPH0411784 A JP H0411784A JP 2112318 A JP2112318 A JP 2112318A JP 11231890 A JP11231890 A JP 11231890A JP H0411784 A JPH0411784 A JP H0411784A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66977—Quantum effect devices, e.g. using quantum reflection, diffraction or interference effects, i.e. Bragg- or Aharonov-Bohm effects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
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-
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「概要コ
量子ポイントコンタクトを有する半導体装置に関し、
複数の量子ポイントコンタクトを有し、それぞれの量子
ポイントコンタクトを別個または同一に制御することの
できる量子ポイントコンタクト装置を提供することを目
的とし、 キャリア供給層とキャリア走行層を有する２次元電子ガ
ス構造と、２次元電子ガス構造上に形成され、キャリア
走行層とキャリアの授受を行なう電流端子と、２次元電
子ガス構造上に形成され、２μｍ以下のギャップで対向
する１対のショットキゲート電極と一対のショットキゲ
ート電極の中間で２次元電子ガス構造上に形成された微
小ショットキ電極とその上に形成された配線層を含むエ
アーブリッジ電極とを有するように構成する。
ポイントコンタクトを別個または同一に制御することの
できる量子ポイントコンタクト装置を提供することを目
的とし、 キャリア供給層とキャリア走行層を有する２次元電子ガ
ス構造と、２次元電子ガス構造上に形成され、キャリア
走行層とキャリアの授受を行なう電流端子と、２次元電
子ガス構造上に形成され、２μｍ以下のギャップで対向
する１対のショットキゲート電極と一対のショットキゲ
ート電極の中間で２次元電子ガス構造上に形成された微
小ショットキ電極とその上に形成された配線層を含むエ
アーブリッジ電極とを有するように構成する。
［産業上の利用分野］
本発明は半導体装置とその製造方法に関し、特に量子ポ
イントコンタクトを有する半導体装置とその製造方法に
関する。
イントコンタクトを有する半導体装置とその製造方法に
関する。
なお、本明細書においては、電子ガス等の表現における
「電子」は正孔の場合を含むものとする。
「電子」は正孔の場合を含むものとする。
［従来の技術］
近年半導体装置は、次第にその寸法を小さくし、サブミ
クロンの構成要素を有するようになっている。半導体装
置の寸法が小さくなっていくと、電子や正孔のキャリア
が粒子として考えただけでは足りず、波として考えるこ
とが必要になってくる。
クロンの構成要素を有するようになっている。半導体装
置の寸法が小さくなっていくと、電子や正孔のキャリア
が粒子として考えただけでは足りず、波として考えるこ
とが必要になってくる。
すなわち、電子の運動を波動として捕らえることが必要
となる。
となる。
第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、量子ポイントコンタクト装置
を説明するための図である。
を説明するための図である。
第２図（Ａ）はバイアスを印加しない状態での平面図を
示し、第２図（Ｂ）は断面図を示す。
示し、第２図（Ｂ）は断面図を示す。
第２図（Ｂ）に示すように、半導体ウェハにおいて、ｉ
型ＧａＡＳ等で形成された電子走行層５３の上に、ｉ型
ＡｌＧａＡｓ等で形成されたスペーサ層５２を介して、
ｎ生型ＡｌＧａＡｓ等で形成された電子供給層５１か形
成され、電子走行層５３の界面近傍に２次元電子ガス５
９を発生させている。
型ＧａＡＳ等で形成された電子走行層５３の上に、ｉ型
ＡｌＧａＡｓ等で形成されたスペーサ層５２を介して、
ｎ生型ＡｌＧａＡｓ等で形成された電子供給層５１か形
成され、電子走行層５３の界面近傍に２次元電子ガス５
９を発生させている。
二のような２次元電子ガス構造５０を有する半導体ウェ
ハ上に第２図（Ａ）に示すようにソース＠蜘５５、ドレ
イン電極５６か対向して配置され、その間の領域上に分
割ゲート電極５７．５８か形成されている。ソース電極
５５、ドレイン電極５６はオーミック接触を形成し、分
割ゲート電極５７．５８はショットキ接触を形成する０
分割ゲート電極５７．５８の間の間隔は２μｍ以下に選
択する。
ハ上に第２図（Ａ）に示すようにソース＠蜘５５、ドレ
イン電極５６か対向して配置され、その間の領域上に分
割ゲート電極５７．５８か形成されている。ソース電極
５５、ドレイン電極５６はオーミック接触を形成し、分
割ゲート電極５７．５８はショットキ接触を形成する０
分割ゲート電極５７．５８の間の間隔は２μｍ以下に選
択する。
このように分割ゲート電極の間の距離を短くシ−かつ分
割ゲート電極に逆バイアスを印加すると、第２図（Ｃ）
、（Ｄ）に示すような状態になる。
割ゲート電極に逆バイアスを印加すると、第２図（Ｃ）
、（Ｄ）に示すような状態になる。
すなわち、ゲート電＃１５７．５８の逆バイアスにより
、半導体内に空乏層６１．６２か発達する。
、半導体内に空乏層６１．６２か発達する。
この空乏層６１．６２により、電子ガスの存在できる領
域が狭められる０分割ゲートな極５７．５８の中央部に
おいては、２次元電子ガスの幅が極て狭くなり、やがて
１次元電子ガス６４となる。
域が狭められる０分割ゲートな極５７．５８の中央部に
おいては、２次元電子ガスの幅が極て狭くなり、やがて
１次元電子ガス６４となる。
なお、１次元電子ガスとみなせるのは、対向する分割ゲ
ートを極５７．５８の中央部分のみであり、その長さは
制限されている。
ートを極５７．５８の中央部分のみであり、その長さは
制限されている。
このような１次元電子ガスか形成されると、電子の状態
は量子化され、ソース・ドレイン間のコンダクタンスは
、ステップ状に変化するようになる。各ステップか、新
たな電子状態に対応する。
は量子化され、ソース・ドレイン間のコンダクタンスは
、ステップ状に変化するようになる。各ステップか、新
たな電子状態に対応する。
このような、２次元電子ガスがポイントコンタクトで接
続される構造は、量子ポイントコンタクトと呼ばれ、量
子ポイントコンタクト装置の性質、性能等が盛んに研究
されている。
続される構造は、量子ポイントコンタクトと呼ばれ、量
子ポイントコンタクト装置の性質、性能等が盛んに研究
されている。
：先の研究〕
第３図＜Ａ）〜（Ｃ）に、先の研究に基づく量子ポイン
トコンタクト装置を示す。第３図（Ａ）は平面図であり
、第３図（Ｂ）は断面図である。
トコンタクト装置を示す。第３図（Ａ）は平面図であり
、第３図（Ｂ）は断面図である。
前述の量子ポイントコンタクト装置と同様に、電子供給
層５１、スペーサ層５２、電子走行層５３を有する半導
体ウェハ上に分割ゲート電極５７．５８か形成されてい
る。この構造においては、分割ゲートを極５７．５８の
中間に、ショットキゲート電極６５等の電子の存在を許
容しない構造か形成されている。
層５１、スペーサ層５２、電子走行層５３を有する半導
体ウェハ上に分割ゲート電極５７．５８か形成されてい
る。この構造においては、分割ゲートを極５７．５８の
中間に、ショットキゲート電極６５等の電子の存在を許
容しない構造か形成されている。
すなわち、第３図（Ｂ）に示すように、電子ガスは分割
ゲートを極５７とショットキゲート電極６５との間およ
び、ショットキゲートＫ Ｉｉ！６５と分割ゲート＠％
５８との間に制限される。このようにして、２つの１次
元電子ガス６４が形成され、２つの量子ポイントコンタ
クトが形成される。ゲートＳ極５７．５８を別個に制御
すると、それぞれの１次元電子ガス６４は別個の制御を
受け、位相か変化する。これらの電子が再びドレイン５
６に向かうにつれて干渉し合うことにより、新たな機能
素子が形成される。
ゲートを極５７とショットキゲート電極６５との間およ
び、ショットキゲートＫ Ｉｉ！６５と分割ゲート＠％
５８との間に制限される。このようにして、２つの１次
元電子ガス６４が形成され、２つの量子ポイントコンタ
クトが形成される。ゲートＳ極５７．５８を別個に制御
すると、それぞれの１次元電子ガス６４は別個の制御を
受け、位相か変化する。これらの電子が再びドレイン５
６に向かうにつれて干渉し合うことにより、新たな機能
素子が形成される。
この動作概念を第３図（Ｃ）に概略的に示す。
第３図（Ｃ）に示すように、ソース電極５５から発した
電子は、波動ＷＯとして記載され、２つの量子ポイント
コンタクトにおいて、２つの波動Ｗ１、Ｗ２となって分
離し、位相を制御され、再びドレイン方向に向かうにつ
れて影響をおよぼし合い干渉する。
電子は、波動ＷＯとして記載され、２つの量子ポイント
コンタクトにおいて、２つの波動Ｗ１、Ｗ２となって分
離し、位相を制御され、再びドレイン方向に向かうにつ
れて影響をおよぼし合い干渉する。
１発明が解決しようとする課題］
以上第３図を参照して説明したように量子ポイントコン
タクト装置によれば、２つの量子ポイントコンタクトを
別個に制御できることが望まれる。
タクト装置によれば、２つの量子ポイントコンタクトを
別個に制御できることが望まれる。
ところが、中間のショットキゲート電極６５か、電気的
にフローティングであるため、一方のゲートなｉｆｉ！
５７に与えた影響が、他方のゲート電極５８で制御すべ
き量子ポイントコンタクトにも影響を与えてしまうこと
を防ぎにくい、２つの量子ポイントコンタクトを分離す
る構造は、上述のショットキゲート電極に限らす、ゲー
トに形成した孔や半導体層内に形成した不活性部等であ
ってもよいか、これらの場合にも各量子ポイントコンタ
クトを別個に制御しようとしても、他方の量子ポイント
コンタクトにも影響をおよぼしてしまうことか防ぎにく
い。
にフローティングであるため、一方のゲートなｉｆｉ！
５７に与えた影響が、他方のゲート電極５８で制御すべ
き量子ポイントコンタクトにも影響を与えてしまうこと
を防ぎにくい、２つの量子ポイントコンタクトを分離す
る構造は、上述のショットキゲート電極に限らす、ゲー
トに形成した孔や半導体層内に形成した不活性部等であ
ってもよいか、これらの場合にも各量子ポイントコンタ
クトを別個に制御しようとしても、他方の量子ポイント
コンタクトにも影響をおよぼしてしまうことか防ぎにく
い。
本発明の目的は、複数の電子ポイントコンタクトを有し
、それぞれの量子ポイントコンタクトを別個または同一
に制御することのできる量子ポイン１へコンタクト装置
を提供することである。
、それぞれの量子ポイントコンタクトを別個または同一
に制御することのできる量子ポイン１へコンタクト装置
を提供することである。
本発明の他の目的は、複数の量子ポイントコンタクトを
別個に制御することのできる量子ポイントコンタクト装
置を製造する方法を提供することである。
別個に制御することのできる量子ポイントコンタクト装
置を製造する方法を提供することである。
１課頭を解決するための手段］
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の原理説明図である。第
１図（Ａ）は平面図、第１図（Ｂ）は断面図を示す。
１図（Ａ）は平面図、第１図（Ｂ）は断面図を示す。
キャリア供給層１とキャリア走行層２を有する２次元電
子ガス構造３の表面に、一対の電流端子４．５が形成さ
れ、電流端子４．５間を流れるキャリアの輸送を制御す
るためのショットキゲートｔｉｉｉ６−７がチャネルの
両側に形成されている。
子ガス構造３の表面に、一対の電流端子４．５が形成さ
れ、電流端子４．５間を流れるキャリアの輸送を制御す
るためのショットキゲートｔｉｉｉ６−７がチャネルの
両側に形成されている。
チャネルの中央部に微小ショットキを極８が形成され、
その上に配線層９か積層され、エアーブリッジ電［！１
０を形成している。一対のショットキゲート電極６．７
間の距離を２μｍ以下と極て小さなものとし、かつ微小
ショットキ電極８と各ショットキゲート電極６．７の間
の距離をさらに極て小さなものとすることにより、２つ
の量子ポイントコンタクトを並列に形成した量子ポイン
トコンタクト装置が形成される。
その上に配線層９か積層され、エアーブリッジ電［！１
０を形成している。一対のショットキゲート電極６．７
間の距離を２μｍ以下と極て小さなものとし、かつ微小
ショットキ電極８と各ショットキゲート電極６．７の間
の距離をさらに極て小さなものとすることにより、２つ
の量子ポイントコンタクトを並列に形成した量子ポイン
トコンタクト装置が形成される。
なお、エアーブリッジＷｂ 極’ １０は、文字どおり
配線層９が空中に延在する構造でもよいが、その下に誘
電体層を備えるものでもよい。
配線層９が空中に延在する構造でもよいが、その下に誘
電体層を備えるものでもよい。
［作用］
一対のショットキゲートを極６．７の中間に形成された
微小ショットキ電極８が、エアーブリッジ電［！１０を
楕成し、配線層９を介してバイアスを与えられることに
より、各量子ポイントコンタクトの制御か独立したもの
となる。すなわち、方のショットキゲート電極６にバイ
アスを印加しても、中間の微小ショットキ電ｆｉ８が一
定の電位に保たれるため、微小ショットキ電極８と他方
のゲート電ｆｉ７どの間に形成される量子ポイントコン
タクトか影響を受けることか少ない。
微小ショットキ電極８が、エアーブリッジ電［！１０を
楕成し、配線層９を介してバイアスを与えられることに
より、各量子ポイントコンタクトの制御か独立したもの
となる。すなわち、方のショットキゲート電極６にバイ
アスを印加しても、中間の微小ショットキ電ｆｉ８が一
定の電位に保たれるため、微小ショットキ電極８と他方
のゲート電ｆｉ７どの間に形成される量子ポイントコン
タクトか影響を受けることか少ない。
［実施例］
第４図に本発明の実施例による量子ポイントコンタクト
装置を示す。
装置を示す。
ｉ型ＧａＡｓ等で形成された電子走行層１３の上に、ｉ
型ＡｌＧａＡｓ等で形成されたスペーサ層１２およびｎ
型＾１ＧａＡｓ等で形成された電子供給層１１が積層さ
れ、２次元電子ガス構造を形成している。この２次元電
子ガス構造の上に、ショットキ接触を形成する金属、た
とえばＡＱで形成された一対のショットキゲート電極１
４．１５およびその中間の微小ショットキ電極１８が形
成されている。微小ショット−ｉｒ電極１８はたとえば
幅約０．２μｍ、その両側のギャップはたとえば幅約０
，３μｍとする。従来の構造においては、このような狭
い部分に形成する微小ショットキ電極１８には配線かで
きず、固定電位を与えることもできなかったか、本実施
例においては、一対のショットキグー１〜電極１４．１
５上および微小ショットキ電極１８上にそれぞれ配線層
２１．２２および１９か形成されている。配線層１９は
１μｍ以下の幅、たとえば約０，３μｍの幅を有する。
型ＡｌＧａＡｓ等で形成されたスペーサ層１２およびｎ
型＾１ＧａＡｓ等で形成された電子供給層１１が積層さ
れ、２次元電子ガス構造を形成している。この２次元電
子ガス構造の上に、ショットキ接触を形成する金属、た
とえばＡＱで形成された一対のショットキゲート電極１
４．１５およびその中間の微小ショットキ電極１８が形
成されている。微小ショット−ｉｒ電極１８はたとえば
幅約０．２μｍ、その両側のギャップはたとえば幅約０
，３μｍとする。従来の構造においては、このような狭
い部分に形成する微小ショットキ電極１８には配線かで
きず、固定電位を与えることもできなかったか、本実施
例においては、一対のショットキグー１〜電極１４．１
５上および微小ショットキ電極１８上にそれぞれ配線層
２１．２２および１９か形成されている。配線層１９は
１μｍ以下の幅、たとえば約０，３μｍの幅を有する。
このようにして、微小ショットキ！＃１１８の上に配線
層１９を積層し、エアーブリッジ電４ｉｔ２０を形成す
ることにより、微小ショットキ＄４１８に外部からバイ
アスを印加することができる。このようにして、微小シ
ョットキｔｆｆｉ１８を所定電位に制御することができ
るので、微小ショットキ電極１８と各ショットキゲート
電極１４．１５の間に形成される２つの１次元電子ガス
２８．２９をそれぞれ独立に制御することができる。た
とえば、２つの量子ポイントコンタクトを通過する１次
元電子ガスに対して、異なる位相変化を与えるようにす
ると、再び干渉する電子波に種々の影響を与えることが
できる。
層１９を積層し、エアーブリッジ電４ｉｔ２０を形成す
ることにより、微小ショットキ＄４１８に外部からバイ
アスを印加することができる。このようにして、微小シ
ョットキｔｆｆｉ１８を所定電位に制御することができ
るので、微小ショットキ電極１８と各ショットキゲート
電極１４．１５の間に形成される２つの１次元電子ガス
２８．２９をそれぞれ独立に制御することができる。た
とえば、２つの量子ポイントコンタクトを通過する１次
元電子ガスに対して、異なる位相変化を与えるようにす
ると、再び干渉する電子波に種々の影響を与えることが
できる。
なお−一対のショットキゲート電極の中間に形成する微
小ショットキ電極の数は１つには限らない、また、中間
の微小ショットキ電極に与えるバイアスは、一対のショ
ットキゲーｈｔｉに与えるバイアスに対して独立であっ
ても同一であってもよい。
小ショットキ電極の数は１つには限らない、また、中間
の微小ショットキ電極に与えるバイアスは、一対のショ
ットキゲーｈｔｉに与えるバイアスに対して独立であっ
ても同一であってもよい。
第５図は、平面波を形成するのに適したゲート構造を示
す。第４図と同等の番号は同等の部分を示す４ 一対のショットキゲートｔｂ極１４．１５の中間に３つ
の微小ショットキ電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃか形成さ
れ、それらの上に共通の配線層１９が形成され、ショッ
トキゲート電ｆｉ！１４．１５とも共通に接続される。
す。第４図と同等の番号は同等の部分を示す４ 一対のショットキゲートｔｂ極１４．１５の中間に３つ
の微小ショットキ電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃか形成さ
れ、それらの上に共通の配線層１９が形成され、ショッ
トキゲート電ｆｉ！１４．１５とも共通に接続される。
すなわち、一対のショットキゲート電極１４．１５と３
つの微小ショットキ電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃの間が
エアーブリッジ電極によって共通に接続されている。
つの微小ショットキ電極１８ａ、１８ｂ、１８ｃの間が
エアーブリッジ電極によって共通に接続されている。
第５図の構成の場合、ゲート構造の下に４つの量子ポイ
ントコンタクトが形成される。これらの量子ポイントコ
ンタクトは同一のゲートバイアスによって制御されるた
め、それぞれの量子ポイントコンタクトから同等の電子
波が発生する。このようにして、同等の電子波が干渉す
ると、ドレイン側に平面波もしくは平面波的な波動が形
成される。
ントコンタクトが形成される。これらの量子ポイントコ
ンタクトは同一のゲートバイアスによって制御されるた
め、それぞれの量子ポイントコンタクトから同等の電子
波が発生する。このようにして、同等の電子波が干渉す
ると、ドレイン側に平面波もしくは平面波的な波動が形
成される。
第４図、第５図に示したようなエアーブリッジ電極を有
する量子ポイントコンタクト装置は、以下に述べるよう
な方法によって製造することができる。
する量子ポイントコンタクト装置は、以下に述べるよう
な方法によって製造することができる。
第６図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ＞は、本発明の実施例によ
る量子ポイントコンタクト装置の製造方法を説明するた
めの斜視図である。
る量子ポイントコンタクト装置の製造方法を説明するた
めの斜視図である。
第６図（Ａ）において、２次元電子ガス構造を有する半
導体ウェハ２４の上に比較的感度の低い電子ビーム（Ｅ
Ｂ）レジスト層２５をたとえば厚さ約３０００又形成し
、その上に比較的感度の高いＥＢレジスト層２６をたと
えば厚さ約５０００Å形成する。これらのＥＢレジスト
層２５．２６はそれぞれＰ Ｍ Ｍ Ａ等で形成できる
。このように形成した積層ＥＢレジスト層２５．２６に
、電子ビーム（ＢＢ）を照射し一所望のパターンにした
かって走査する。上段にある上段ＥＢレジスト層２６は
、高い感度を有するため、弱い電子ビームに対しても露
光される。一方、下段の下段ＥＢレジスト層２５は、低
い感度を有するので、電子ビームの強度を高くした時に
のみ露光される。１本の電子ビームの強度を調節しなが
ら走査することにより、連続したパターンの一部のみで
下段ＥＢレジスト層２５を露光し、上段ＥＢレジスト層
には下段ＥＢレジスト層の露光部分を含む連続パターン
を形成することかできる。
導体ウェハ２４の上に比較的感度の低い電子ビーム（Ｅ
Ｂ）レジスト層２５をたとえば厚さ約３０００又形成し
、その上に比較的感度の高いＥＢレジスト層２６をたと
えば厚さ約５０００Å形成する。これらのＥＢレジスト
層２５．２６はそれぞれＰ Ｍ Ｍ Ａ等で形成できる
。このように形成した積層ＥＢレジスト層２５．２６に
、電子ビーム（ＢＢ）を照射し一所望のパターンにした
かって走査する。上段にある上段ＥＢレジスト層２６は
、高い感度を有するため、弱い電子ビームに対しても露
光される。一方、下段の下段ＥＢレジスト層２５は、低
い感度を有するので、電子ビームの強度を高くした時に
のみ露光される。１本の電子ビームの強度を調節しなが
ら走査することにより、連続したパターンの一部のみで
下段ＥＢレジスト層２５を露光し、上段ＥＢレジスト層
には下段ＥＢレジスト層の露光部分を含む連続パターン
を形成することかできる。
このように選択的に露光した積層ＥＢレジスト層を現像
すると、第６図（Ｂ）に示したような構造が得られる。
すると、第６図（Ｂ）に示したような構造が得られる。
下段ＥＢレジスト層２５が露光されている部分は、強い
強度で電子ビームを照射した部分である４強い強度で電
子ビームを照射した場合、その上の上段ＥＢレジスト層
２６は必ず露光される。かつ、上段ＥＢレジスト層の感
度か高いため、同一強度で露光しても上段ＥＢレジスト
層２６の露光領域の方か幅広くなる。また、弱い強度で
電子ビームを強度した領域においては、上段ＥＢレジス
ト層のみが露光されている。このようにして、連続パタ
ーンを走査する際、孤立点において強度を高めることに
より、孤立したポイントパターンを含む露光パターンが
形成できる。
強度で電子ビームを照射した部分である４強い強度で電
子ビームを照射した場合、その上の上段ＥＢレジスト層
２６は必ず露光される。かつ、上段ＥＢレジスト層の感
度か高いため、同一強度で露光しても上段ＥＢレジスト
層２６の露光領域の方か幅広くなる。また、弱い強度で
電子ビームを強度した領域においては、上段ＥＢレジス
ト層のみが露光されている。このようにして、連続パタ
ーンを走査する際、孤立点において強度を高めることに
より、孤立したポイントパターンを含む露光パターンが
形成できる。
第６図（Ｂ）に示すレジストマスク上に半導体ウェハと
ショットキ接触を形成する金属を蒸着、スパッタリング
等により堆積する。たとえば、Ａｐを電子ビーム蒸着す
る。ショットキ金属の堆積後、ＥＢレジスト層２５．２
６を除去すると、第６図（Ｃ）に示すようなショットキ
電極構造か得られる。ここで、中央に示すエアーブリッ
ジ電極１８ａは、半導体ウェハと極て小さい面積で接触
し、その上部の配線部分が横方向に延在し、外方に導き
出されている。
ショットキ接触を形成する金属を蒸着、スパッタリング
等により堆積する。たとえば、Ａｐを電子ビーム蒸着す
る。ショットキ金属の堆積後、ＥＢレジスト層２５．２
６を除去すると、第６図（Ｃ）に示すようなショットキ
電極構造か得られる。ここで、中央に示すエアーブリッ
ジ電極１８ａは、半導体ウェハと極て小さい面積で接触
し、その上部の配線部分が横方向に延在し、外方に導き
出されている。
微小ショットキ電極の上に、比較的幅の広い配線層が形
成され、エアーブリッジｔＳを形成するため、極で小さ
な面積を有する微小ショットキ電極に低抵抗の配線層か
形成される。
成され、エアーブリッジｔＳを形成するため、極で小さ
な面積を有する微小ショットキ電極に低抵抗の配線層か
形成される。
なお、第６図（Ｃ）に示す構造において、エアーブリッ
ジを極１８ａの上段部分の幅は１μｍ以下であり、たと
えば０．３μｍである。また、エフ−ブリッジ電極の微
小ショットキ電極を形成する部分の幅は、たとえば０．
２μｍである。微小ショットキ電極と分割ゲート電極と
の間の距離は、たとえば半導体ウェハ表面上で約０．３
μｍである。
ジを極１８ａの上段部分の幅は１μｍ以下であり、たと
えば０．３μｍである。また、エフ−ブリッジ電極の微
小ショットキ電極を形成する部分の幅は、たとえば０．
２μｍである。微小ショットキ電極と分割ゲート電極と
の間の距離は、たとえば半導体ウェハ表面上で約０．３
μｍである。
なお、半導体ウェハ２４には、ｎ４型ＡｌＧａＡｓ等で
形成された電子供給層１１、ｉ型＾ｌＧａＡｓ等で形成
されたスペーサ層１２、ｉ型ＧａＡＳ等で形成された電
子走行層１３か形成されており、微小ショッ＋−＊ ＝
極１８ａと、分割ゲート電極１４ａ、１５ａとの間の領
域の下にそれぞれ１次元電子ガス２８．２９か形成され
る。
形成された電子供給層１１、ｉ型＾ｌＧａＡｓ等で形成
されたスペーサ層１２、ｉ型ＧａＡＳ等で形成された電
子走行層１３か形成されており、微小ショッ＋−＊ ＝
極１８ａと、分割ゲート電極１４ａ、１５ａとの間の領
域の下にそれぞれ１次元電子ガス２８．２９か形成され
る。
第６図に示した実施例によれば、ＢＢレジスト層を積層
することにより、単一のＥＢ露光工程を用い、エアーブ
リッジ＠＆を形成することができる。
することにより、単一のＥＢ露光工程を用い、エアーブ
リッジ＠＆を形成することができる。
なお、第６図の製造方法により形成したエアーブリッジ
電極は、ブリッジ部分で下方に物理的支持体を有さない
。
電極は、ブリッジ部分で下方に物理的支持体を有さない
。
ブリッジ部分において、強度を補強したい場合に適した
製造方法を以下に説明する。
製造方法を以下に説明する。
第７図（Ａ）〜（Ｂ）は、本発明の他の実施例による量
子ポイントコンタクト装置の製造方法を示す、なお、第
７図においては、簡単のため半導体ウェハは図示を省略
する。
子ポイントコンタクト装置の製造方法を示す、なお、第
７図においては、簡単のため半導体ウェハは図示を省略
する。
第７図（Ａ）において、半導体ウェハ表面上に誘電体層
３１とＥＢレジスト層３２を積層する。
３１とＥＢレジスト層３２を積層する。
たとえば誘電体層３１は厚さ約２０００人のＳｔａ ’
Ｎ ａまたは、５ｉ０２等の絶縁層で形成する。
Ｎ ａまたは、５ｉ０２等の絶縁層で形成する。
また、ＥＢレジスト層３２は、たとえば厚さ３０００人
のＰＭＭＡ層で形成する。
のＰＭＭＡ層で形成する。
次に、第７図（Ｂ）に示すように誘電体層３１をバター
ニングする。たとえば、電子ビーム２によりＥＢレジス
ト層３２を露光し、ポイント状の孤立パターンを含むパ
ターン潜像を形成する。ＥＢレジスト層３２を現像後、
誘電体層３１か５ｉ０２である場合は、ＣＨＦ３をエツ
チングガスとし、また誘電体層３１がＳｉ３Ｎ４である
場合はＳＦｓをエツチングガスとしてドライエッチを行
ない、誘電体層３１をパターニングする。
ニングする。たとえば、電子ビーム２によりＥＢレジス
ト層３２を露光し、ポイント状の孤立パターンを含むパ
ターン潜像を形成する。ＥＢレジスト層３２を現像後、
誘電体層３１か５ｉ０２である場合は、ＣＨＦ３をエツ
チングガスとし、また誘電体層３１がＳｉ３Ｎ４である
場合はＳＦｓをエツチングガスとしてドライエッチを行
ない、誘電体層３１をパターニングする。
続いて、第７図（Ｃ）に示すようにショットキ金属層を
蒸着、スパッタリング等によって堆積し、ＥＢレジスト
層３２を除去する６図には、ポイント状の孤立パターン
３５と連続パターン３４のメタライゼーションか示され
ている。次の工程のためには、誘電体層３１の厚さと、
メタライゼーション３４．３５の厚さかほぼ等しいこと
か望ましい。
蒸着、スパッタリング等によって堆積し、ＥＢレジスト
層３２を除去する６図には、ポイント状の孤立パターン
３５と連続パターン３４のメタライゼーションか示され
ている。次の工程のためには、誘電体層３１の厚さと、
メタライゼーション３４．３５の厚さかほぼ等しいこと
か望ましい。
次に第７図（Ｄ）に示すように、さらにＥＢレジスト層
３７をスピンオンし、電子ビームで露光することにより
、下層メタライゼーション３５の上に所望の開口を形成
する。続いて、金属を蒸着、スパッタリング等により堆
積し、配線層４１を形成する１図示の構成においては、
中央の微小ショットキ電極３５の上にのみ配線層４１が
形成されているか、両側のショット−４ｔｉｍ！３４の
上にも同機に配線層を形成してもよい。
３７をスピンオンし、電子ビームで露光することにより
、下層メタライゼーション３５の上に所望の開口を形成
する。続いて、金属を蒸着、スパッタリング等により堆
積し、配線層４１を形成する１図示の構成においては、
中央の微小ショットキ電極３５の上にのみ配線層４１が
形成されているか、両側のショット−４ｔｉｍ！３４の
上にも同機に配線層を形成してもよい。
なお、微小ショットキ電極３５と配線層４１とは、全体
としてショットキｔｌＩｉを形成するものであればよい
、たとえば、下側の微小ショットキ電極３５をＴ ｉ
／ Ａ ｕの積層で形成し、上段の配線層４１をＡｕ層
で形成する。または、下段をＴｉ／ Ｐ ｔ ／ Ａ
ｕの積層で形成し、上段をＡｕで形成する、下段をＷＳ
ｌで形成し、上段をＡｕまたはＴ ｉ ／ Ａ ｕで形
成すること等ができる。微小ショットキ電極３５および
その上の配線層４１は、それぞれ０．５μｍ以下の幅と
する。たとえば、微小ショットキ電極３５は幅約０．２
μｍとし、その両脇のギャップの幅をたとえば０．３μ
ｍとする。
としてショットキｔｌＩｉを形成するものであればよい
、たとえば、下側の微小ショットキ電極３５をＴ ｉ
／ Ａ ｕの積層で形成し、上段の配線層４１をＡｕ層
で形成する。または、下段をＴｉ／ Ｐ ｔ ／ Ａ
ｕの積層で形成し、上段をＡｕで形成する、下段をＷＳ
ｌで形成し、上段をＡｕまたはＴ ｉ ／ Ａ ｕで形
成すること等ができる。微小ショットキ電極３５および
その上の配線層４１は、それぞれ０．５μｍ以下の幅と
する。たとえば、微小ショットキ電極３５は幅約０．２
μｍとし、その両脇のギャップの幅をたとえば０．３μ
ｍとする。
以上のような製造方法を用いることにより、サブミクロ
ンの寸法を有するエアーブリッジｔＳを製造することか
できる。
ンの寸法を有するエアーブリッジｔＳを製造することか
できる。
また、上述のような構造を用いることにより、複数の量
子ポイントコンタクトを有し、１ＩＪｌ接する量子ポイ
ントコンタクト間にサブミクロンのエアーブリッジ電極
を配置した量子干渉装置（ＱＵ ＩＤ）、を形成するこ
とができる。また、複数の量子ポイントコンタクトを形
成した場合、各エアーブリッジ電極には、独立のバイア
スを与えても、共通のバイアスを与えてもよい。
子ポイントコンタクトを有し、１ＩＪｌ接する量子ポイ
ントコンタクト間にサブミクロンのエアーブリッジ電極
を配置した量子干渉装置（ＱＵ ＩＤ）、を形成するこ
とができる。また、複数の量子ポイントコンタクトを形
成した場合、各エアーブリッジ電極には、独立のバイア
スを与えても、共通のバイアスを与えてもよい。
以上実施例に沿って本発明を説明したか、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、例示した物質
以外の物質を用いることや、ＥＢ露光の代わりにＸ線等
の他のエネルギビームを用いることも可能であろう、そ
の他一種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは
当業者に自明であろう。
らに制限されるものではない、たとえば、例示した物質
以外の物質を用いることや、ＥＢ露光の代わりにＸ線等
の他のエネルギビームを用いることも可能であろう、そ
の他一種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは
当業者に自明であろう。
ε発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、複数の量子ポイ
ントコンタクトを形成し、隣接する量子ポイントコンタ
クト間にエアーブリッジ型のショットキｔＳを形成し、
独立にまたは共通にバイアスを与えることかできる。
ントコンタクトを形成し、隣接する量子ポイントコンタ
クト間にエアーブリッジ型のショットキｔＳを形成し、
独立にまたは共通にバイアスを与えることかできる。
ショットキｔｆ！かの電位か制御できるため、各量子ポ
イントコンタクトを所望のように制御することができる
。
イントコンタクトを所望のように制御することができる
。
第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の原理説明図であり、
第１図（Ａ）は平面図、第１図（Ｂ）は断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｄ＞は、従来の技術による量子ポイン
トコンタクト装置を示し、第２図（Ａ）、（Ｃ）は平面
図、第２図（Ｂ）、（Ｄ＞は断面図、第３図（Ａ＞、（
Ｂ）、（Ｃ）は、本出願人の先の提案による量子ポイン
トコンタクトを示し、第３図（Ａ＞は平面図、第３図（
Ｂ）は断面図、第３図（Ｃ）は動作モデルを説明するた
めの概念図、 第４図は本発明の実施例による量子ポイントコンタクト
装置を示す斜視図、 第５図は本発明の他の実施例による量子ポイントコンタ
クト装置を示す斜視図、 第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例による量子ポ
イントコンタクト装置の製造方法を説明するための斜視
図、 第７図（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の他の実施例による量
子ポイントコンタクト装置の製造方法を説明するための
概略斜視図である。 図において、 ４．５ ６．７ １４．１５ キャリア供給層 キャリア走行層 ２次元電子ガス構造 電流端子 ショットキケート電極 微小ショットキ電極 配線層 エアーブリッジ電極 電子供給層 スペーサ層 電子走行層 ショットキゲートを極 １８ 微小ショットキを極 １９．２１．２２ 配線層 エアーブリッジを極 半導体ウェハ ＥＢレジスト層 １次元電子ガス 誘電体層 ＥＢレジスト層 ショットキ金属層 ＢＢレジスト層 配線層 ２次元電子ガス構造 電子供給層 スペーサ層 電子走行層 ソースｔｆ！ ドレイン電極 分割ゲートを極 ２次元電子ガス ２５、２６ ２８、２９ ３４、３５ ５７、５８ ６１ 、６２ 空乏層 １次元電子ガス （量子ポイントコンタクト） フローテインクゲートｉｉ＃１ （Ａ）平面 （Ｂ）断面 第 図 （Ａ）平面 （Ｂ）断面 （Ｃ）動作モデル ６５：フローティングゲート電極 先の提案による量子ポイントコンタクト装置第３図 （Ａ）平面 （Ｃ）平面 第４図 第５図 手続補正書 （方式） ヲ、補正命令の日付 （発送臼）平成２年 ７月３１日
６、補正の対象 図 面 Φ Ｌ１″１−３ Ｎ 〜 ＾ ８、前記以外の代理人 （代理人） 住所 神奈川県用崎市中原区上小田中１０１５番地ｆ−Ｃ’Ｊ
（”１ ３１：誘電体層 ３２：ＥＢレジスト層 （Ａ）誘電体層／ＥＢレジスト層形成 （Ｂ）誘電体層バターニング ３４３５：ジョッドキ金属層 （Ｃ）メタライゼーション 実施例による製造方法 第７図（その１） ３７：ＥＢレジスト層 （Ｄ）ＥＢレジストマスク形成 （Ｅ）メタライゼーション 実施例による製造方法 第７図（その２）
第１図（Ａ）は平面図、第１図（Ｂ）は断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｄ＞は、従来の技術による量子ポイン
トコンタクト装置を示し、第２図（Ａ）、（Ｃ）は平面
図、第２図（Ｂ）、（Ｄ＞は断面図、第３図（Ａ＞、（
Ｂ）、（Ｃ）は、本出願人の先の提案による量子ポイン
トコンタクトを示し、第３図（Ａ＞は平面図、第３図（
Ｂ）は断面図、第３図（Ｃ）は動作モデルを説明するた
めの概念図、 第４図は本発明の実施例による量子ポイントコンタクト
装置を示す斜視図、 第５図は本発明の他の実施例による量子ポイントコンタ
クト装置を示す斜視図、 第６図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例による量子ポ
イントコンタクト装置の製造方法を説明するための斜視
図、 第７図（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の他の実施例による量
子ポイントコンタクト装置の製造方法を説明するための
概略斜視図である。 図において、 ４．５ ６．７ １４．１５ キャリア供給層 キャリア走行層 ２次元電子ガス構造 電流端子 ショットキケート電極 微小ショットキ電極 配線層 エアーブリッジ電極 電子供給層 スペーサ層 電子走行層 ショットキゲートを極 １８ 微小ショットキを極 １９．２１．２２ 配線層 エアーブリッジを極 半導体ウェハ ＥＢレジスト層 １次元電子ガス 誘電体層 ＥＢレジスト層 ショットキ金属層 ＢＢレジスト層 配線層 ２次元電子ガス構造 電子供給層 スペーサ層 電子走行層 ソースｔｆ！ ドレイン電極 分割ゲートを極 ２次元電子ガス ２５、２６ ２８、２９ ３４、３５ ５７、５８ ６１ 、６２ 空乏層 １次元電子ガス （量子ポイントコンタクト） フローテインクゲートｉｉ＃１ （Ａ）平面 （Ｂ）断面 第 図 （Ａ）平面 （Ｂ）断面 （Ｃ）動作モデル ６５：フローティングゲート電極 先の提案による量子ポイントコンタクト装置第３図 （Ａ）平面 （Ｃ）平面 第４図 第５図 手続補正書 （方式） ヲ、補正命令の日付 （発送臼）平成２年 ７月３１日
６、補正の対象 図 面 Φ Ｌ１″１−３ Ｎ 〜 ＾ ８、前記以外の代理人 （代理人） 住所 神奈川県用崎市中原区上小田中１０１５番地ｆ−Ｃ’Ｊ
（”１ ３１：誘電体層 ３２：ＥＢレジスト層 （Ａ）誘電体層／ＥＢレジスト層形成 （Ｂ）誘電体層バターニング ３４３５：ジョッドキ金属層 （Ｃ）メタライゼーション 実施例による製造方法 第７図（その１） ３７：ＥＢレジスト層 （Ｄ）ＥＢレジストマスク形成 （Ｅ）メタライゼーション 実施例による製造方法 第７図（その２）
Claims (5)
- （１）、キャリア供給層（１）とキャリア走行層（２）
を有する２次元電子ガス構造（３）と、 前記２次元電子ガス構造（３）上に形成され、前記キャ
リア走行層（２）とキャリアの授受を行なう電流端子（
４、５）と、 前記２次元電子ガス構造（３）上に形成され、２μｍ以
下のギャップで対向する１対のショットキゲート電極（
６、７）と、 前記１対のショットキゲート電極（６、７）の中間で前
記２次元電子ガス構造上に形成された微小ショットキ電
極（８）とその上に形成された配線層（９）を含むエア
ーブリッジ電極（１０）とを有する量子ポイントコンタ
クト装置。 - （２）、前記エアーブリッジ電極は半導体表面に接触す
る微小ショットキ電極部とその上の配線部とを含み、配
線部は微小ショットキ電極部上でより大きな幅を有して
いる請求項１記載の量子ポイントコンタクト装置。 - （３）、キャリア供給層とキャリア走行層を有する２次
元電子ガス構造の上に誘電体層とレジスト層を形成する
工程と、 前記レジスト層を選択露光して孤立スポットを有するレ
ジストマスクを形成し、下の前記誘電体層をドライエッ
チし、孤立スポット開口を有するパターンを形成する工
程と、 前記レジストマスクの上から金属層を堆積し、前記レジ
ストマスクとその上の金属層を除去して前記孤立スポッ
ト開口内に孤立金属層パターンを形成する工程と、 残された誘電体層と孤立パターンを有する金属層の上に
前記孤立パターン上でより広い開口を有する第２レジス
トマスクを形成する工程と、金属層を堆積し、第２レジ
ストマスクとその上の金属層を除去し、エアーブリッジ
電極を影成する工程と を有する量子ポイントコンタクト装置の製造方法。 - （４）、キャリア供給層とキャリア走行層を有する２次
元電子ガス構造の上に所定の感度の下レジスト層と前記
所定感度より高い上レジスト層とを積層する工程と、 前記積層レジスト層をエネルギービームの強度を変えて
露光して連続した露光パターン中で選択的に孤立スポッ
トを強く露光し、下レジスト層が孤立スポット状に露光
され、上レジスト層が孤立スポットを含んだ領域で露光
された部分を形成し、現像してレジストパターンを形成
する工程と、 前記レジストパターン上に金属層を堆積し、レジストパ
ターンとその上の金属層を除去して、前記孤立スポット
で２次元電子ガス構造に接触するエアーブリッジ電極を
形成する工程と を有する量子ポイントコンタクト装置の製造方法。 - （５）、前記積層レジスト層は電子ビームレジスト層で
あり、前記エネルギビームは電子ビームであり、前記エ
ネルギビームの強度変調は単位面積当りの入射電子の電
流制御によって行なわれる請求項４記載の量子ポイント
コンタクト装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2112318A JPH0411784A (ja) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | 量子ポイントコンタクト装置およびその製造方法 |
| US07/691,733 US5270557A (en) | 1990-04-28 | 1991-04-26 | Quantum interference semiconductor device having a quantum point contact and fabrication process thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2112318A JPH0411784A (ja) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | 量子ポイントコンタクト装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0411784A true JPH0411784A (ja) | 1992-01-16 |
Family
ID=14583670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2112318A Pending JPH0411784A (ja) | 1990-04-28 | 1990-04-28 | 量子ポイントコンタクト装置およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5270557A (ja) |
| JP (1) | JPH0411784A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5389796A (en) * | 1992-12-22 | 1995-02-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Vacuum transistor having an optical gate |
| KR100884040B1 (ko) * | 2001-04-20 | 2009-02-19 | 나노 이프린트 리미티드 | 나노전자 소자 및 회로 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5453627A (en) * | 1992-05-14 | 1995-09-26 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Quantum interference device and complementary logic circuit utilizing thereof |
| US5939764A (en) * | 1997-04-23 | 1999-08-17 | President And Fellows Of Harvard College | Direct current voltage transformer |
| TW514968B (en) * | 2000-09-01 | 2002-12-21 | Btg Int Ltd | Nanoelectronic devices, circuits including such devices and methods for achieving transistor action and rectifying an alternating voltage in such device |
| EP1187219A1 (en) * | 2000-09-01 | 2002-03-13 | Btg International Limited | Ballistic electronic devices |
| GB2412009B (en) * | 2004-03-11 | 2006-01-25 | Toshiba Research Europ Limited | A semiconductor device and method of its manufacture |
| KR100976797B1 (ko) * | 2008-06-20 | 2010-08-20 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 제조 방법 |
| US9368622B1 (en) * | 2010-06-04 | 2016-06-14 | Hrl Laboratories, Llc | Stitched gate GaN HEMTs |
| CN107180867B (zh) * | 2017-06-14 | 2023-08-29 | 中国科学技术大学 | 一种半导体量子器件及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154675A (ja) * | 1984-08-24 | 1986-03-18 | Nec Corp | 電界効果型素子 |
| US4977435A (en) * | 1987-10-30 | 1990-12-11 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device with a split conduction channel |
| NL8703119A (nl) * | 1987-12-23 | 1989-07-17 | Philips Nv | Element voor toepassing in een elektrische schakeling. |
| US4962410A (en) * | 1989-08-04 | 1990-10-09 | Arizona Board Of Regents | QUADFET-A novel field effect transistor |
| US5051791A (en) * | 1990-03-12 | 1991-09-24 | At&T Bell Laboratories | Apparatus comprising refractive means for elections |
-
1990
- 1990-04-28 JP JP2112318A patent/JPH0411784A/ja active Pending
-
1991
- 1991-04-26 US US07/691,733 patent/US5270557A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5389796A (en) * | 1992-12-22 | 1995-02-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Vacuum transistor having an optical gate |
| KR100884040B1 (ko) * | 2001-04-20 | 2009-02-19 | 나노 이프린트 리미티드 | 나노전자 소자 및 회로 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5270557A (en) | 1993-12-14 |
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