JPH08330566A - Single electronic device, and semiconductor storage device and its manufacture - Google Patents

Single electronic device, and semiconductor storage device and its manufacture

Info

Publication number
JPH08330566A
JPH08330566A JP7133089A JP13308995A JPH08330566A JP H08330566 A JPH08330566 A JP H08330566A JP 7133089 A JP7133089 A JP 7133089A JP 13308995 A JP13308995 A JP 13308995A JP H08330566 A JPH08330566 A JP H08330566A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
channel layer
insulating film
polycrystalline
semiconductor memory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP7133089A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3625523B2 (en
Inventor
Toshiyuki Mine
利之 峰
Kazuo Yano
和男 矢野
Tomoyuki Ishii
智之 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP13308995A priority Critical patent/JP3625523B2/en
Publication of JPH08330566A publication Critical patent/JPH08330566A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3625523B2 publication Critical patent/JP3625523B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To enable controlling the width of a very thin polycrystalline Si film by the thickness of a base insulating film, by forming an insulating film which spans a source and a drain and a thickness corresponding to the width of a channel layer, and forming the channel layer on the side wall of the insulating film. CONSTITUTION: A single electronic device has an insulating film 405 which extends between a source 404(a) and a drain 404(b) and has a thickness corresponding to the width of a channel layer. The device is constituted in the structure wherein a channel layer 407(a) or 407(b) is formed on the side wall. It is preferable that the channel layer is 10nm thick or less and the channel layer is 100nm wide or less. In this case, the base insulating film is so formed that the channel layer has an U-shaped section. By this constitution, the width of a very thin polycrystalline silicon film can be controlled with the thickness of the base insulating film, so that a width of 100nm or less can be very easily formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に係り、特に単一電子素子を用いた単一電子メ
モリの構造、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 semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure of a single electronic memory using a single electronic element and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】単一電子素子は究極の高集積低電力素子
として期待されているが、これまで極低温でしか動作し
ないという大きな障害があった。1993年、日立の矢
野等は、超薄膜多結晶シリコン(以下Siという)トラ
ンジスタを用いることにより、世界で始めて単一電子素
子(単一電子メモリ)の室温動作に成功した(IEEE Int.E
lectron Devices Meet. 1993, pp541〜544)。以下、矢
野等が開発した単一電子メモリの構造とその動作原理の
概要を、図17〜図19を用いて説明する。図17に超
薄膜多結晶Siトランジスタの平面図(a)および断面図
(b)を示す。ここで断面図は平面図中のa−a′におけ
る断面を示すものである。先ず最初に、単結晶Si基板
801を熱酸化して500nmのSiO2膜802を形成した
後、化学気相成長法(CVD法)を用いて、リンを含んだ
多結晶Si膜803を100nm堆積する。次に、周知の
リソグラフィー及びドライエッチング法により、上記リ
ンドープ多結晶膜803を所望の形状に加工してソース803
(a)、ドレイン803(b)を形成する。続いて、CVD法に
よりチャネル層804となる非晶質Si膜を4nm堆積し
た後、750℃の窒素雰囲気中で熱処理を行ない、上記
非晶質Si膜を多結晶Si膜804に変換する。超薄膜ポ
リシリコントランジスタの特性を決定するキーポイント
の一つは、このチャネル多結晶Si膜804の膜厚とその局
所的な膜厚不均一性であり、膜厚は薄いほど、また局所
的な膜厚不均一性が大きい方が望ましい。次に、電子線
(EB)リソグラフィー、及びドライエッチング技術を用
いて、チャネル多結晶Si膜804を加工する。このときチ
ャネル多結晶Si幅Wは、極力小さいことが望ましく、
具体的には約100nm以下であることが好ましい。最
後に、CVD法によりゲート絶縁膜805となるSiO2
膜805を約50nm、ゲート電極806となるリンドープ多
結晶Si806を100nm堆積した後、周知の技術により
ゲート電極806を形成し、超薄膜多結晶Siトランジスタ
の形成を終了する。
2. Description of the Related Art Single-electron devices are expected to be the ultimate highly integrated low-power devices, but there has been a major obstacle so far that they operate only at extremely low temperatures. In 1993, Hitachi's Yano et al. Succeeded in operating the single-electron device (single-electron memory) at room temperature for the first time in the world by using an ultra-thin-film polycrystalline silicon (hereinafter referred to as Si) transistor (IEEE Int.
lectron Devices Meet. 1993, pp541-544). The structure of the single electronic memory developed by Yano et al. And the outline of its operating principle will be described below with reference to FIGS. FIG. 17 is a plan view (a) and a sectional view of an ultrathin film polycrystalline Si transistor.
(b) is shown. Here, the cross sectional view shows a cross section at aa 'in the plan view. First of all, single crystal Si substrate
801 is thermally oxidized to form a 500 nm SiO 2 film 802, and then a polycrystalline Si film 803 containing phosphorus is deposited to 100 nm by a chemical vapor deposition method (CVD method). Next, the phosphorus-doped polycrystalline film 803 is processed into a desired shape by a well-known lithography and dry etching method to form a source 803.
(a) and drain 803 (b) are formed. Then, an amorphous Si film to be the channel layer 804 is deposited to a thickness of 4 nm by the CVD method, and then heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 750 ° C. to convert the amorphous Si film into a polycrystalline Si film 804. One of the key points that determines the characteristics of the ultra-thin polysilicon transistor is the film thickness of the channel poly-Si film 804 and its local non-uniformity of film thickness. Larger film thickness non-uniformity is desirable. Then the electron beam
(EB) The channel poly-Si film 804 is processed by using lithography and dry etching techniques. At this time, it is desirable that the channel polycrystalline Si width W is as small as possible,
Specifically, it is preferably about 100 nm or less. Finally, the SiO 2 film to be the gate insulating film 805 is formed by CVD method.
After depositing a film 805 with a thickness of about 50 nm and a phosphorus-doped poly-Si 806 as a gate electrode 806 with a thickness of 100 nm, the gate electrode 806 is formed by a well-known technique, and the formation of the ultra-thin poly-Si transistor is completed.

【0003】チャネル多結晶Si膜が極めて薄い(約2〜
10nm)超薄膜多結晶Siトランジスタは、従来からS
RAMの負荷素子として用いられている多結晶Siトラ
ンジスタ(30〜40nm)とは異なる特性を示す。図1
8(a)に示したように、ゲート電極に電圧を印加すると
抵抗の最も小さい経路、つまり多結晶Siの膜厚の厚い
場所に沿って超薄膜多結晶Siトランジスタの電流経路
(チャネル)が形成される。このチャネル幅は、多結晶S
i膜のグレインサイズと同等の大きさであり、約5〜1
0nmの極めて細いチャネルが形成される。ゲートバイ
アスを更に印加していくと、チャネルから電子が弾き出
され、チャネル近傍のグレイン内(蓄積ノード)に電子が
注入される。この電子によりチャネルと蓄積ノードの電
位差が無くなり、電子は蓄積ノードに閉じ込められるこ
とになる。これが情報の書き込みに対応する。このよう
な状態になると(図18(b))、閉じ込められた電子との
クーロン反発力によりドレイン電流が減少する。これ
は、蓄積ノード内の電子の有無によりトランジスタのし
きい値がシフトすることを意味しており、しきい値を測
定することにより情報(1または0)を判定することが
出来る。上記した現象は、チャネル多結晶Si膜が極め
て薄く(10nm以下)、更にチャネル幅が約100nm
以下と、限られた条件下において起るものであり、SR
AMの負荷素子として用いられている多結晶Siトラン
ジスタでは、このような現象は起らない。
The channel polycrystalline Si film is extremely thin (about 2 to
10nm) Ultra-thin film polycrystalline Si transistor
It exhibits different characteristics from the polycrystalline Si transistor (30 to 40 nm) used as a load element of RAM. FIG.
As shown in FIG. 8 (a), when a voltage is applied to the gate electrode, the current path of the ultra-thin film polycrystalline Si transistor follows the path with the smallest resistance, that is, the location where the film thickness of the polycrystalline Si is thick.
(Channel) is formed. This channel width is
It is about the same size as the grain size of the i-film, about 5 to 1
An extremely thin channel of 0 nm is formed. When the gate bias is further applied, the electrons are ejected from the channel, and the electrons are injected into the grain (storage node) near the channel. The electrons eliminate the potential difference between the channel and the storage node, and the electrons are confined in the storage node. This corresponds to the writing of information. In such a state (FIG. 18B), the drain current decreases due to the Coulomb repulsive force with the trapped electrons. This means that the threshold value of the transistor shifts depending on the presence or absence of electrons in the storage node, and the information (1 or 0) can be determined by measuring the threshold value. The phenomenon described above is because the channel polycrystalline Si film is extremely thin (10 nm or less) and the channel width is about 100 nm.
The following occurs under limited conditions and SR
Such a phenomenon does not occur in the polycrystalline Si transistor used as the load element of AM.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】超薄膜多結晶Siトラ
ンジスタを用いた単一電子メモリの技術的課題の一つ
は、安定したチャネル形成である。図19に示したよう
に、チャネルが形成される多結晶Si膜の幅Wが大きい
場合は、同層内にチャネルが複数形成される可能性が大
きくなる。複数のチャネルが同時に遮断されれば特に問
題は起らないが、遮断されていないチャネルが存在すれ
ば電流密度の変化量が小さくなり、判定が困難となる。
また、チャネルに係る容量が小さい程しきい値のシフト
量が大きくなることから、多結晶Si膜の幅は極力小さ
い方が好ましい。具体的には、100nm以下の幅が必
要となる。しかし、現状のリソグラフィー技術で100
nmの細線をパターンニングする方法は、電子線(E
B)リソグラフィーまたはX線リソグラフィーしかな
い。これらの方法は処理に多大の時間を要するだけでな
く、再現性および技術的な面で未だ問題点が多く、大容
量のメモリを量産化する際のネックとなっている。
One of the technical problems of a single-electron memory using an ultra-thin film polycrystalline Si transistor is stable channel formation. As shown in FIG. 19, when the width W of the polycrystalline Si film in which a channel is formed is large, there is a high possibility that a plurality of channels will be formed in the same layer. If a plurality of channels are blocked at the same time, no particular problem will occur, but if there are channels that are not blocked, the amount of change in the current density becomes small, making determination difficult.
Further, the smaller the capacitance related to the channel, the larger the shift amount of the threshold value. Therefore, the width of the polycrystalline Si film is preferably as small as possible. Specifically, a width of 100 nm or less is required. However, with the current lithography technology, 100
The method of patterning a thin line of nm is based on an electron beam (E
B) There is only lithography or X-ray lithography. These methods not only require a great deal of time for processing, but also have many problems in terms of reproducibility and technology, which is a bottleneck in mass production of a large-capacity memory.

【0005】本発明の目的は、100nm以下の幅の多
結晶Si膜のチャネル層を容易に形成できる構造の単一
電子素子、およびこれを用いた半導体記憶装置、ならび
にその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a single electronic device having a structure capable of easily forming a channel layer of a polycrystalline Si film having a width of 100 nm or less, a semiconductor memory device using the same, and a method of manufacturing the same. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の単一電子素子では、ソースとドレインに接
続された薄い多結晶シリコン膜のチャネル層を有する絶
縁ゲート型電界効果トランジスタとしての単一電子素子
において、例えば図8の断面図の絶縁膜405にみられ
るように、上記ソース(404(a))とドレイン(4
04(b))をまたぎ、かつチャネル層の幅に相当する
厚さの絶縁膜(例えば図8では70nmの厚さの絶縁膜
405)を有して、その側壁に上記チャネル層(407
(a)または407(b))を形成した構造を備えるこ
ととする。
To achieve the above object, the single-electron device of the present invention is an insulated gate field effect transistor having a channel layer of a thin polycrystalline silicon film connected to a source and a drain. In the single-electron device of, the source (404 (a)) and the drain (4
04 (b)) and an insulating film having a thickness corresponding to the width of the channel layer (for example, an insulating film 405 having a thickness of 70 nm in FIG. 8) is provided, and the channel layer (407) is provided on the side wall thereof.
(A) or 407 (b)) is formed.

【0007】ここで、上記チャネル層の膜厚は10nm
以下で、またチャネル層の幅は100nm以下とするの
がよい。
The thickness of the channel layer is 10 nm.
In the following, the width of the channel layer is preferably 100 nm or less.

【0008】またこの場合、上記チャネル層がコの字形
の断面形状を有するように下地の絶縁膜を形成すること
が一つの特徴である。
Further, in this case, one feature is that the underlying insulating film is formed so that the channel layer has a U-shaped cross section.

【0009】また、上記チャネル層の下地の絶縁膜のチ
ャネル層に接する表面に、窒素原子が含まれていること
が薄い安定なチャネル層を形成するのに好ましい。
It is preferable that the surface of the insulating film underlying the channel layer, which is in contact with the channel layer, contains nitrogen atoms to form a thin and stable channel layer.

【0010】さらにあるいは、上記チャネル層の表面に
保護膜としての絶縁膜を備えるようにすることにより損
傷や汚染のない良質のチャネル層が得られ望ましい。
Further alternatively, it is desirable to provide an insulating film as a protective film on the surface of the channel layer so that a good quality channel layer free from damage or contamination can be obtained.

【0011】また上記の目的を達成するための本発明の
半導体記憶装置では、複数のデータ線と、これに交叉す
るワード線と、その交叉する位置に記憶素子を有するメ
モリアレー構成の半導体記憶装置において、その記憶素
子が上記の本発明の単一電子素子であり、この単一電子
素子を例えば図13にみられるように、そのソースとド
レインをそれぞれ隣合うデータ線に接続し、ゲートをワ
ード線に接続した構成を備えることとする。
Further, in the semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object, a semiconductor memory device having a memory array having a plurality of data lines, word lines intersecting with the data lines, and memory elements at the intersecting positions. , The storage element is the above-described single-electron element of the present invention, and the single-electron element is connected to its source and drain to the adjacent data lines and the gate to the word line as shown in FIG. 13, for example. It shall have a configuration connected to a wire.

【0012】ここで、例えば図13または図14にみら
れるように、複数の単一電子素子が、それぞれのソース
を共通のデータ線に接続し、その共通のデータ線を挟ん
で隣合うデータ線にそれぞれのドレインを接続し、さら
にそれぞれのゲートを共通のワード線に接続する構成を
備えるようにすることもできる。
Here, as shown in, for example, FIG. 13 or FIG. 14, a plurality of single electronic elements connect their sources to a common data line, and adjacent data lines sandwich the common data line. It is also possible to provide a structure in which each drain is connected to the gate and each gate is connected to a common word line.

【0013】あるいは例えば図15または図16にみら
れるように、上記複数の単一電子素子の複数組がさらに
ワード線を共通にする構成を備えるようにすれば、同一
のゲート電極で複数の素子を制御することができる。
Alternatively, as shown in, for example, FIG. 15 or FIG. 16, if a plurality of sets of the plurality of single electronic elements are further provided with a common word line, a plurality of elements can be formed with the same gate electrode. Can be controlled.

【0014】また、上記目的を達成するための本発明の
単一電子素子の製造方法では、チャネル層を形成する工
程として、例えば図1の(a)図にみられるように、シ
リコン基板101上に、その基板の表面層を形成させる
第1の絶縁膜102と、チャネル層の下地膜としてチャ
ネル層の幅に相当する厚さの第2の絶縁膜103と、そ
の第2の絶縁膜よりエッチングレートの遅い第3の絶縁
膜104とを順次形成する工程と、第2、第3の絶縁膜
を所定の形状に加工する工程と、第2の絶縁膜103の
側壁をエッチングして、第3の絶縁膜104のエッジ部
分より後退させてコの字形の断面形状を形成する工程
と、(b)図にみられるように、上記絶縁膜上に多結晶
シリコン膜105を形成する工程と、(c)図にみられ
るように、異方性ドライエッチングにより上記多結晶シ
リコン膜105をエッチングして、第2の絶縁膜の側壁
に多結晶シリコン膜105(a)、105(b)を残す
工程を少なくとも含むこととする。
Further, in the method of manufacturing a single electronic device of the present invention for achieving the above object, as a step of forming a channel layer, for example, as shown in FIG. First, a first insulating film 102 for forming a surface layer of the substrate, a second insulating film 103 having a thickness corresponding to the width of the channel layer as a base film of the channel layer, and etching from the second insulating film. A step of sequentially forming a third insulating film 104 having a slow rate, a step of processing the second and third insulating films into a predetermined shape, a side wall of the second insulating film 103 is etched, and a third step A step of forming a U-shaped cross section by retreating from the edge portion of the insulating film 104, and a step of forming a polycrystalline silicon film 105 on the insulating film as shown in FIG. c) As shown in the figure, And etching the polycrystalline silicon film 105 by Lee etching, the side walls of the second insulating film polycrystalline silicon film 105 (a), and comprise at least a step of leaving a 105 (b).

【0015】さらに上記目的を達成するための本発明の
半導体記憶装置の製造方法としては、複数のデータ線
と、これに交叉するワード線と、その交叉する位置に記
憶素子を有するメモリアレー構成の半導体記憶装置の製
造方法において、上記記憶素子の形成工程に、例えば図
8、図14にみられるように、上記本発明の単一電子素
子の製造方法の工程を含むこととする。
Further, as a method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention to achieve the above object, a memory array structure having a plurality of data lines, word lines intersecting with the data lines, and memory elements at the intersecting positions is provided. In the method of manufacturing a semiconductor memory device, the step of forming the memory element includes the step of the method of manufacturing the single electronic element of the present invention as shown in FIGS. 8 and 14, for example.

【0016】[0016]

【作用】本発明の単一電子素子の構成では、ソースとド
レインをまたぎ、かつチャネル層の幅に相当する厚さの
絶縁膜をチャネル層形成の下地として、その側壁にチャ
ネル層を形成した構造を備えるものであり、このため本
発明によれば、超薄膜多結晶シリコン膜の幅を下地の絶
縁膜の膜厚により制御できるようになる。したがって1
00nm以下の幅でも極めて容易に形成することが可能
になる。また、通常の光リソグラフィー、およびエキシ
マレーザリソグラフィー技術が適用できるので、量産性
が飛躍的に向上する。この場合、絶縁膜の側壁における
チャネル層の形成については、本発明の単一電子素子の
製造方法で、チャネル層形成の下地となる第2の絶縁膜
の上に、これよりエッチングレートの遅い第3の絶縁膜
を形成することにより、これらの絶縁膜を所定の形状に
加工した後のエッチングにより、第3の絶縁膜のエッジ
部分より第2の絶縁膜を後退させてコの字形の断面形状
を容易に形成することが可能になる。そしてこれによ
り、これらの絶縁膜面に対するその後の多結晶シリコン
膜の形成、および異方性ドライエッチングにより、コの
字形のチャネル層が下地の絶縁膜の側壁に残ることとな
り、チャネル層が容易に形成されることになる。以上の
ように、本発明によれば、100nm以下の幅のチャネ
ル層も容易に形成できることから、単一電子素子のみな
らずこれを用いた半導体記憶装置の構成も容易になる。
In the structure of the single-electron device of the present invention, the structure is such that the channel layer is formed on the side wall of the insulating film having the thickness corresponding to the width of the channel layer as the underlayer for forming the channel layer. Therefore, according to the present invention, the width of the ultra-thin polycrystalline silicon film can be controlled by the film thickness of the underlying insulating film. Therefore 1
Even with a width of 00 nm or less, it can be formed extremely easily. Also, since ordinary photolithography and excimer laser lithography techniques can be applied, mass productivity is dramatically improved. In this case, regarding the formation of the channel layer on the side wall of the insulating film, in the method for manufacturing a single electronic device of the present invention, the channel layer is formed on the second insulating film, which is the base of the formation of the channel layer, with a slower etching rate. By forming the third insulating film, the second insulating film is retreated from the edge portion of the third insulating film by etching after processing these insulating films into a predetermined shape, and the U-shaped cross-sectional shape is formed. Can be easily formed. As a result, the U-shaped channel layer remains on the side wall of the underlying insulating film due to the subsequent formation of a polycrystalline silicon film on these insulating film surfaces and anisotropic dry etching, which facilitates the formation of the channel layer. Will be formed. As described above, according to the present invention, a channel layer having a width of 100 nm or less can be easily formed. Therefore, not only a single electronic element but also a semiconductor memory device using the same can be easily configured.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、図1を用いて本発明のチャネル形成
の第1の実施例を説明する。先ず図1(a)において、
最初にP型、(100)単結晶Si基板101を1000℃の水蒸気
雰囲気中で熱酸化して、厚さ500nmのSiO2膜102
を形成した後、CVD法により100nmのSiO2膜10
3、30nmのSi34膜104を順次堆積する。本実施例
では、SiO2膜103はモノシラン(SiH4)と亜酸化窒素
(N2O)を用いて750℃の温度で、Si34膜104はジ
クロルシラン(SiH2Cl2)とアンモニア(NH3)を用い
て770℃の温度で堆積を行った。次に、周知の光リソ
グラフィーおよびドライエッチング法により、上記Si3
4104/SiO2103積層膜を順次エッチングした後、1
%のHF水溶液により上記SiO2膜103の側壁部をエッ
チングしてSi34膜104パターンエッジよりも後退させ
る。この場合に、Si34104はSiO2103よりエッチン
グレートが遅いので、エッチングによりSiO2膜の側壁
がSi34膜のエッジ部分より後退する。本実施例にお
いては、約15nmの後退をエッチングにより行った。
続いて、図1(b)において、CVD法により厚さ4n
mの非晶質Si膜を堆積した後、800℃の窒素雰囲気
中で熱処理を行い、非晶質Si膜を多結晶Si膜105に変
換する。本実施例では非晶質Si膜の堆積にモノシラン
(SiH4)を用い520℃の温度で堆積を行ったが、ジシ
ラン(Si26)を用いることも無論可能である。次に、
図1(c)において、異方性ドライエッチング法により
上記多結晶Si膜105をエッチングする。異方性ドライエ
ッチングによれば、Si34膜104でマスクとなっている
部分はエッチングされないので、SiO2膜103パターン
側壁部には、ほぼSiO2膜厚分の多結晶Si膜パターン1
05(a),105(b)が形成される。本実施例で重要なことは、
超薄膜多結晶Si105の膜厚分以上にSi34膜104パター
ンエッジからSiO2膜103を後退させることである。Si
2膜103を後退させない方法、つまりSi34膜104をマ
スクとして用いない場合は、SiO2膜103側壁の多結晶
Si膜105もエッチングされてしまうので所望の幅を確保
出来ない。本方法によれば、100nm以下の幅を制御
性良く形成出来ること、および超薄膜多結晶Si膜105の
断面形状がコの字型になることが大きな特徴である。
(Embodiment 1) A first embodiment of channel formation according to the present invention will be described below with reference to FIG. First, in FIG. 1 (a),
First, a P-type (100) single crystal Si substrate 101 is thermally oxidized in a water vapor atmosphere at 1000 ° C. to form a 500 nm thick SiO 2 film 102.
After forming the film, a 100 nm SiO 2 film 10 is formed by the CVD method.
A 3 and 30 nm Si 3 N 4 film 104 is sequentially deposited. In this embodiment, the SiO 2 film 103 is composed of monosilane (SiH 4 ) and nitrous oxide.
(N 2 O) was used at a temperature of 750 ° C., and the Si 3 N 4 film 104 was deposited at a temperature of 770 ° C. using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ). Next, by the well-known photolithography and dry etching methods, the Si 3
After the N 4 104 / SiO 2 103 laminated film was sequentially etched, 1
% Of HF aqueous solution, the side wall of the SiO 2 film 103 is etched so as to be recessed from the pattern edge of the Si 3 N 4 film 104. In this case, since the etching rate of Si 3 N 4 104 is slower than that of SiO 2 103, the side wall of the SiO 2 film recedes from the edge portion of the Si 3 N 4 film by etching. In this example, a recess of about 15 nm was performed by etching.
Subsequently, as shown in FIG. 1B, a thickness of 4 n is formed by the CVD method.
After depositing the amorphous Si film of m, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 800 ° C. to convert the amorphous Si film into a polycrystalline Si film 105. In this embodiment, monosilane is used for depositing the amorphous Si film.
The deposition was performed at a temperature of 520 ° C. using (SiH 4 ), but it is of course possible to use disilane (Si 2 H 6 ). next,
In FIG. 1C, the polycrystalline Si film 105 is etched by an anisotropic dry etching method. According to anisotropic dry etching, Si 3 since N 4 portions has a mask layer 104 is not etched, the SiO 2 film 103 pattern side wall, substantially SiO 2 film thickness worth the polycrystalline Si film pattern 1
05 (a) and 105 (b) are formed. What is important in this example is that
That is, the SiO 2 film 103 is made to recede from the pattern edge of the Si 3 N 4 film 104 by more than the film thickness of the ultrathin film polycrystalline Si 105. Si
If the O 2 film 103 is not set back, that is, if the Si 3 N 4 film 104 is not used as a mask, the polycrystalline Si film 105 on the side wall of the SiO 2 film 103 is also etched, and the desired width cannot be secured. This method is characterized in that a width of 100 nm or less can be formed with good controllability and that the ultrathin polycrystalline Si film 105 has a U-shaped cross section.

【0018】(実施例2)次に、本発明の第2のチャネ
ル形成の実施例を図2を用いて説明する。図2(a)に
おいて、実施例1と同様の方法で、単結晶Si基板201上
に500nmのSiO2膜202、SiO2膜203、およびSi3
4膜204を形成した後、Si34204/SiO2203積層膜
をパターンニングする。この後、1%HF水溶液を用い
て露出したSiO2膜203側壁部を15nmエッチングす
る。続いて、図2(b)において、CVD法により4n
mの非晶質Si膜、および10nmのSiO2膜206を順次
堆積する(図2(b))。上記非晶質Si膜は、10nmのS
iO2膜206を堆積する際、炉内の温度(750℃)により
多結晶Si膜205に変換される。次に、図2(c)におい
て、異方性ドライエッチング法により上記SiO2膜20
6、および多結晶Si膜205を順次エッチングして、SiO
2膜203パターン側壁に多結晶Si膜205を残す。本方法に
よれば、多結晶Si膜205のエッチングの際、10nmの
SiO2膜206が保護膜となるので、プラズマダメージや
汚染等の混入が全く無い良質の多結晶Si膜205を得るこ
とが出来る。
(Embodiment 2) Next, an embodiment of the second channel formation of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2A, a 500 nm SiO 2 film 202, a SiO 2 film 203, and a Si 3 film are formed on a single crystal Si substrate 201 by the same method as in the first embodiment.
After forming the N 4 film 204, the Si 3 N 4 204 / SiO 2 203 laminated film is patterned. Then, the exposed side wall portion of the SiO 2 film 203 is etched by 15 nm using a 1% HF aqueous solution. Then, in FIG. 2B, 4n is formed by the CVD method.
An amorphous Si film of m and a SiO 2 film 206 of 10 nm are sequentially deposited (FIG. 2B). The amorphous Si film is 10 nm S
When the iO 2 film 206 is deposited, it is converted into a polycrystalline Si film 205 depending on the temperature (750 ° C.) in the furnace. Next, referring to FIG. 2C, the SiO 2 film 20 is formed by an anisotropic dry etching method.
6, and the polycrystalline Si film 205 are sequentially etched to obtain SiO 2.
The polycrystalline Si film 205 is left on the side wall of the pattern of the two films 203. According to this method, since the 10 nm SiO 2 film 206 serves as a protective film when the polycrystalline Si film 205 is etched, it is possible to obtain a high-quality polycrystalline Si film 205 without any plasma damage or contamination. I can.

【0019】(実施例3)次に、図3を用いて本発明の
チャネル形成の第3の実施例を説明する。図3(a)に
おいて、P型、(100)単結晶Si基板301を1000℃の
水蒸気雰囲気中で熱酸化して、厚さ500nmのSiO2
膜302を形成した後、CVD法により50nmのSi34
膜303、50nmのSiO2膜304、30nmのSi34膜3
05を順次堆積する。次に、周知の光リソグラフィーおよ
びドライエッチング法により、上記Si34305/SiO2
304積層膜を順次エッチングした後、1%のHF水溶液
により上記SiO2膜304の側壁部をエッチングしてSi3
4膜305よりも後退させる。本実施例においては、約1
0nmのエッチングを行った。続いて、800℃のアン
モニア(NH3)雰囲気中で10分間の熱処理を行い、C
VD-SiO2膜304膜の側壁部を窒化する。次に、図3
(b)において、CVD法により厚さ2.5nmの非晶
質Si膜を堆積した後、短時間ランプアニール法を用い
て900℃、30秒の窒素雰囲気中で熱処理を行い、非
晶質Si膜を多結晶Si膜306に変換する。本実施例では
非晶質Si膜の堆積にジシラン(Si26)を用い450℃
の温度で堆積を行った。CVD法により堆積する薄いS
i膜は、下地表面の核発生密度と密接な関係があり核発
生密度の小さい膜上では薄い連続膜を得ることが出来な
い。一般に、SiO2膜上に比べSi34膜上に堆積する
方が薄い連続膜が得られるため、超薄膜Si膜の下地膜
としてはSiO2膜は好ましくない。しかし、Si膜を堆
積する前にアンモニア雰囲気中で熱窒化を行えば、下地
膜種に依らず薄い連続膜を得ることが可能となる。本実
施例では、Si34305/SiO2304のパターニングを行っ
た後に、アンモニアによる窒化処理を行ったが、SiO2
304堆積直後に窒化処理を行っても同様な結果が得られ
る。一方、多結晶Si膜のグレインサイズは、膜厚と結
晶化方法によって大きく異なる。より小さいグレインサ
イズを得るには、Si膜厚を薄くすること、および高温
短時間で結晶化する方法が有効である。本実施例で作製
した多結晶Si膜306のグレインサイズは、3〜8nmと
非常に微細な結晶粒が得られた。次に、図3(c)にお
いて、実施例2と同様の方法で、多結晶Si膜306のエッ
チングの保護膜となるCVD-SiO2膜307を10nm堆
積した後、異方性ドライエッチング法により上記CVD
-SiO2307/多結晶Si膜306を順次エッチングして、窒
化したSiO2膜204パターン側壁に多結晶Si膜306を残
す。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the channel formation of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3A, a P-type, (100) single crystal Si substrate 301 is thermally oxidized in a water vapor atmosphere at 1000 ° C. to form a 500 nm thick SiO 2 film.
After forming the film 302, 50 nm Si 3 N 4 is formed by the CVD method.
Film 303, 50 nm SiO 2 film 304, 30 nm Si 3 N 4 film 3
05 are sequentially deposited. Next, by the well-known photolithography and dry etching methods, the above Si 3 N 4 305 / SiO 2 is used.
After the 304 laminated film is sequentially etched, the side wall portion of the SiO 2 film 304 is etched with a 1% HF aqueous solution to form Si 3
It is set back from the N 4 film 305. In this embodiment, about 1
0 nm etching was performed. Then, heat treatment is performed for 10 minutes in an ammonia (NH 3 ) atmosphere at 800 ° C.
The side wall of the VD-SiO 2 film 304 film is nitrided. Next, FIG.
In (b), an amorphous Si film having a thickness of 2.5 nm is deposited by the CVD method, and then heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 seconds using a short-time lamp annealing method to perform the amorphous Si film deposition. The film is converted to a polycrystalline Si film 306. In this embodiment, disilane (Si 2 H 6 ) is used to deposit the amorphous Si film at 450 ° C.
Deposition was carried out at a temperature of. Thin S deposited by CVD method
The i film has a close relationship with the nucleation density of the underlying surface, and a thin continuous film cannot be obtained on a film with a low nucleation density. In general, since the thin continuous film who deposited the Si 3 N 4 film on than on the SiO 2 film obtained, SiO 2 film as a base film of the ultra-thin Si film is not preferable. However, if thermal nitridation is performed in an ammonia atmosphere before depositing the Si film, a thin continuous film can be obtained regardless of the type of the underlying film. In this embodiment, after the patterning of the Si 3 N 4 305 / SiO 2 304, it was subjected to nitriding with ammonia, SiO 2
Similar results can be obtained by nitriding immediately after 304 deposition. On the other hand, the grain size of the polycrystalline Si film greatly differs depending on the film thickness and the crystallization method. In order to obtain a smaller grain size, it is effective to reduce the Si film thickness and to crystallize at a high temperature in a short time. The grain size of the polycrystalline Si film 306 produced in this example was 3 to 8 nm, and very fine crystal grains were obtained. Next, as shown in FIG. 3C, a CVD-SiO 2 film 307 serving as a protective film for etching the polycrystalline Si film 306 was deposited to a thickness of 10 nm by the same method as in Example 2, and then an anisotropic dry etching method was used. The above CVD
-The SiO 2 307 / polycrystalline Si film 306 is sequentially etched to leave the polycrystalline Si film 306 on the side wall of the nitrided SiO 2 film 204 pattern.

【0020】(実施例4)次に、第4の実施例として、
実施例1、3で示した方法を用いて試作した超薄膜多結
晶Siトランジスタの実施例を示す(図4〜図8、図13〜
図14)。図4〜図8に本実施例の製作工程を、また図1
3に、本実施例で試作した超薄膜多結晶Siトランジス
タのメモリアレー部の等価回路図を、図14にそのメモ
リアレー部の平面レイアウト図をそれぞれ示す。図4、
図14において、P型、(100)単結晶Si基板401を熱酸
化して、500nmのSiO2膜402を形成した後、CV
D法により50nmのSi34膜403、および高濃度にリ
ンを含んだ70nmのリンドープ多結晶Si膜404を順次
堆積する。続いて、クリプトンフロライド(KrF)エキシ
マレーザリソグラフィーおよびドライエッチング法によ
り、上記リンドープ多結晶Si膜404をパターンニングし
て、多結晶Siトランジスタのソース、ドレインとなる
共通ソース線404(a),601、およびデータ線404(b),602
(a),602(b)を形成する。本実施例においては、上記リン
ドープ多結晶Si膜404,601,602の堆積にモノシラン(Si
4)とフォスフィン(PH3)ガスを用い、600℃の温度
で堆積を行った。この後、CVD法により70nmのS
iO2膜405、30nmのSi34膜406を順次堆積した
後、共通ソース線404(a),601、データ線404(b),602,(a)
(b)に直交するようにSi34406/SiO2405積層膜のパ
ターンニングを行う。
(Embodiment 4) Next, as a fourth embodiment,
Examples of ultra-thin film polycrystalline Si transistors manufactured by the methods shown in Examples 1 and 3 are shown (FIGS. 4 to 8 and 13 to 13).
(Figure 14). The manufacturing process of this embodiment is shown in FIGS.
3 shows an equivalent circuit diagram of the memory array portion of the ultra-thin film polycrystalline Si transistor prototyped in this embodiment, and FIG. 14 shows a plan layout view of the memory array portion. Figure 4,
In FIG. 14, a P-type (100) single crystal Si substrate 401 is thermally oxidized to form a 500 nm SiO 2 film 402, and then CV is used.
The Si 3 N 4 film 403 having a thickness of 50 nm and the phosphorus-doped polycrystalline Si film 404 having a thickness of 70 nm containing phosphorus at a high concentration are sequentially deposited by the D method. Subsequently, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 404 is patterned by krypton fluoride (KrF) excimer laser lithography and dry etching to form a common source line 404 (a), 601 serving as a source and a drain of the polycrystalline Si transistor. , And data line 404 (b), 602
(a) and 602 (b) are formed. In this embodiment, monosilane (Si) is deposited on the phosphorus-doped polycrystalline Si films 404, 601, 602.
Deposition was performed at a temperature of 600 ° C. using H 4 ) and phosphine (PH 3 ) gas. After this, S of 70 nm is formed by the CVD method.
After sequentially depositing an iO 2 film 405 and a 30 nm Si 3 N 4 film 406, common source lines 404 (a) and 601 and data lines 404 (b), 602 and (a) are formed.
The Si 3 N 4 406 / SiO 2 405 laminated film is patterned so as to be orthogonal to (b).

【0021】次に、図5、図14において、1%のフッ
酸水溶液を用いて上記70nmのSiO2膜405の側壁部
をエッチングしてSi34膜406パターンエッジから約1
5nm後退させた後、750℃のアンモニア雰囲気中で
熱処理を行いSiO2膜405の側壁部を窒化処理する。続
いて、CVD法を用いて約3nmの非晶質Si膜を堆積
した後、短時間アニール法により900℃、30秒の熱
処理を行い上記非晶質Si膜を多結晶Si膜407,603に変
換する。本実施例においては、上記非晶質Si膜の堆積
にモノシラン(SiH4)を用い、500℃の温度で堆積を
行った。
Next, referring to FIGS. 5 and 14, the side wall of the 70 nm SiO 2 film 405 is etched by using a 1% hydrofluoric acid aqueous solution so that about 1 from the pattern edge of the Si 3 N 4 film 406.
After retreating by 5 nm, heat treatment is performed in an ammonia atmosphere at 750 ° C. to nitrid the side wall portion of the SiO 2 film 405. Then, after depositing an amorphous Si film of about 3 nm by the CVD method, a heat treatment is performed at 900 ° C. for 30 seconds by a short-time annealing method to convert the amorphous Si film into polycrystalline Si films 407 and 603. . In this example, monosilane (SiH 4 ) was used to deposit the amorphous Si film, and the amorphous Si film was deposited at a temperature of 500 ° C.

【0022】次に、図6、図14において、異方性ドラ
イエッチング法により多結晶Si膜407,603をエッチング
する。Si34膜406がマスクとなっている部分はエッチ
ングされないため、Si34406/SiO2405積層膜周辺
は、厚さ約3nm、幅70nm程度の多結晶Si膜407の
パターンが形成される。
Next, referring to FIGS. 6 and 14, the polycrystalline Si films 407 and 603 are etched by the anisotropic dry etching method. Since the portion where the Si 3 N 4 film 406 serves as a mask is not etched, a pattern of the polycrystalline Si film 407 having a thickness of about 3 nm and a width of about 70 nm is formed around the Si 3 N 4 406 / SiO 2 405 laminated film. To be done.

【0023】次に、図7、図14において、エキシマリ
ソグラフィー法により所定の形状にホトレジストパター
ン408を形成した後、等法性ドライエッチング技術によ
り多結晶Si膜407の不要な部分(図7(b)で共通ソー
ス線404(a)、データ線404(b)の配線と平行する405の両
端部分、および図14のチャネル層除去部分)をエッチ
ングする。この工程で、多結晶Si膜パターン407(a),40
7(b),603は個々に絶縁されることになる。次に、酸素
プラズマアッシャ処理を行い、ホトレジストパターン40
8を除去した後、稀フッ酸水溶液によりウエーハ表面の
洗浄を行う。
Next, referring to FIGS. 7 and 14, after forming a photoresist pattern 408 in a predetermined shape by an excimer lithography method, an unnecessary portion of the polycrystalline Si film 407 (FIG. 7 (b) is formed by an isotropic dry etching technique). ), The both ends of the common source line 404 (a) and the data line 404 (b), which are parallel to the wiring 405, and the channel layer removal portion of FIG. 14) are etched. In this process, the polycrystalline Si film patterns 407 (a), 40
7 (b) and 603 will be individually insulated. Next, an oxygen plasma asher process is performed to remove the photoresist pattern 40.
After removing 8, the wafer surface is washed with a dilute hydrofluoric acid solution.

【0024】次に、図8、図14において、CVD法に
よりゲート絶縁膜409となるSiO2膜409を20nm、ゲ
ート電極410,604となるリンドープ多結晶Si膜410,604
を50nm堆積した後、エキシマレーザリソグラフィー
およびドライエッチング法により上記リンドープ多結晶
Si膜410,604パターンニングしてワード線(ゲート電極)
410(a),410(b),604とする。
Next, referring to FIGS. 8 and 14, the SiO 2 film 409 serving as the gate insulating film 409 is formed to a thickness of 20 nm by the CVD method, and the phosphorus-doped polycrystalline Si films 410 and 604 serving as the gate electrodes 410 and 604.
Is deposited to 50 nm, and then the phosphorus-doped polycrystalline Si films 410 and 604 are patterned by excimer laser lithography and dry etching to form word lines (gate electrodes).
These are 410 (a), 410 (b), and 604.

【0025】図13、図14において、共通ソース線60
1、データ線602(a),(b)、およびワード線604のパターン
ニングには、KrFエキシマレーザリソグラフィーと位
相シフト技術を適用し、最小加工寸法0.16μm(ピッ
チ0.32μm)のライン/スペースを実現した。また、
チャネルが形成される超薄膜多結晶Si膜603の線幅は、
光リソグラーフィー解像限界以下の70nmを達成し
た。
13 and 14, the common source line 60
1. For patterning the data lines 602 (a), (b) and the word lines 604, KrF excimer laser lithography and phase shift technology are applied, and lines with a minimum processing dimension of 0.16 μm (pitch 0.32 μm) Realized the space. Also,
The line width of the ultra-thin polycrystalline Si film 603 in which the channel is formed is
An optical lithographic resolution of 70 nm, which is below the resolution limit, was achieved.

【0026】(実施例5)次に、図9〜図12、図15
〜図16を用いて本発明の第5の実施例を示す。図9〜
図12に本実施例の製作工程を、また図15に、本実施
例で試作した超薄膜多結晶Siトランジスタのメモリア
レー部の等価回路図を、図16にそのメモリアレー部の
平面レイアウト図を示す。図9において、実施例3と同
様の方法で、単結晶Si基板501上に500nmのSiO2
膜502、50nmのCVD-Si34膜503、および50n
mのリンドープ多結晶Si膜504を形成した後、上記リン
ドープ多結晶Si膜504をパターンニングして共通ソース
線504(a),701、データ線504(b),702(a),(b)とする。次
に、50nmのCVD-SiO2膜505、30nmのCVD
-Si34膜506を順次堆積した後、Si34506/SiO250
5/Si34503積層絶縁膜を所定の形状に加工する。続い
て、1%フッ酸水溶液で積層絶縁膜のSiO2膜505側壁
部分をエッチングして、パターンエッジより20nm後
退させる。この後、750℃のアンモニア雰囲気中で1
0分間の熱処理を行い、SiO2膜505側壁部分の窒化を
行う。
(Embodiment 5) Next, FIGS.
~ The fifth embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 9-
12 shows the manufacturing process of this embodiment, and FIG. 15 shows an equivalent circuit diagram of the memory array portion of the ultrathin film polycrystalline Si transistor prototyped in this embodiment, and FIG. 16 shows a plan layout diagram of the memory array portion. Show. In FIG. 9, a 500 nm SiO 2 film was formed on the single crystal Si substrate 501 by the same method as in Example 3.
Film 502, 50 nm CVD-Si 3 N 4 film 503, and 50 n
After forming the phosphorus-doped polycrystalline Si film 504 of m, the phosphorus-doped polycrystalline Si film 504 is patterned to form common source lines 504 (a), 701 and data lines 504 (b), 702 (a), (b). And Next, 50 nm CVD-SiO 2 film 505, 30 nm CVD
After sequentially depositing the -Si 3 N 4 film 506, Si 3 N 4 506 / SiO 2 50
5 / Si 3 N 4 503 The laminated insulating film is processed into a predetermined shape. Subsequently, the side wall portion of the SiO 2 film 505 of the laminated insulating film is etched with a 1% hydrofluoric acid aqueous solution so as to be set back by 20 nm from the pattern edge. After this, in an ammonia atmosphere at 750 ° C, 1
A heat treatment is performed for 0 minutes to nitride the side wall portion of the SiO 2 film 505.

【0027】次に、図10、図16において、ジシラン
(Si26)の熱分解を用いたCVD法により、6nmの
非晶質Si膜を堆積した後、ランプ加熱による短時間酸
化法により上記非晶質Si膜を酸化して多結晶Si膜507,
703に変換すると共に、6nmのSiO2膜508を形成す
る。本実施例においては、上記SiO2膜508を1000
℃の乾燥酸素雰囲気により形成した。このSiO2膜508
の形成により、多結晶Si膜507,703の膜厚は堆積時の7
nmから3nmへ薄膜化されると同時に、多結晶Si膜5
07,703のドライエッチングによるダメージ、汚染等の保
護膜となる。次に、多結晶Si膜507,703のエッチングの
保護膜となるSiO2508膜、および多結晶Si膜507,703
を順次エッチングして、窒化したSiO2膜505パターン
側壁に多結晶Si膜507,703を残す。
Next, referring to FIG. 10 and FIG.
After depositing an amorphous Si film of 6 nm by the CVD method using the thermal decomposition of (Si 2 H 6 ), the amorphous Si film is oxidized by a short-time oxidation method by lamp heating to form a polycrystalline Si film. 507,
While converting to 703, a 6 nm SiO 2 film 508 is formed. In this embodiment, the SiO 2 film 508 is made into
It was formed in a dry oxygen atmosphere at 0 ° C. This SiO 2 film 508
As a result, the film thickness of the polycrystalline Si films 507 and 703 is 7 at the time of deposition.
nm to 3 nm, and at the same time, the polycrystalline Si film 5
It becomes a protective film against damage and contamination due to dry etching of 07,703. Next, the SiO 2 508 film serving as a protective film for etching the polycrystalline Si films 507 and 703, and the polycrystalline Si films 507 and 703.
Are sequentially etched to leave the polycrystalline Si films 507 and 703 on the side wall of the nitrided SiO 2 film 505 pattern.

【0028】次に、図11、図16において、1%希フ
ッ酸水溶液により、上記多結晶Si膜507上のSiO2508
膜を除去した後、実施例4と同様にエキシマリソグラフ
ィー法により所定の形状にホトレジストパターンを形成
し、等法性ドライエッチング技術により多結晶Si膜50
7,703の不要な部分(図11では共通ソース線504(a)、デ
ータ線504(b)の配線と平行する505の両端部分および図
16のチャネル層除去部分)をエッチングする。この工
程で、多結晶Si膜パターン507(a),507(b),703は個々に
絶縁されることになる。
Next, referring to FIGS. 11 and 16, the SiO 2 508 on the polycrystalline Si film 507 is treated with a 1% dilute hydrofluoric acid aqueous solution.
After removing the film, a photoresist pattern is formed into a predetermined shape by the excimer lithography method as in the fourth embodiment, and the polycrystalline Si film 50 is formed by the isotropic dry etching technique.
The unnecessary portions of 7,703 (in FIG. 11, both end portions of the common source line 504 (a) and the data line 504 (b), which are parallel to the wiring 505, and the channel layer removed portion of FIG. 16) are etched. In this step, the polycrystalline Si film patterns 507 (a), 507 (b), 703 are individually insulated.

【0029】次に図12、図16において、CVD法に
よりゲート絶縁膜509となるSiO2膜509を20nm、ゲ
ート電極510,704となるリンドープ多結晶Si膜510,704
を50nm堆積した後、エキシマレーザリソグラフィー
およびドライエッチング法により上記リンドープ多結晶
Si膜510,704パターンニングしてワード線(ゲート電極)
510,704とする。
Next, referring to FIGS. 12 and 16, the SiO 2 film 509 serving as the gate insulating film 509 is 20 nm and the phosphorus-doped polycrystalline Si films 510 and 704 serving as the gate electrodes 510 and 704 are formed by the CVD method.
Of 50 nm thick is deposited, and then the phosphorus-doped polycrystalline Si film 510,704 is patterned by excimer laser lithography and dry etching to form word lines (gate electrodes).
It is 510,704.

【0030】図15、図16に示すように、本実施例で
は、1つのゲート電極(ワード線)704で、独立した2つ
のトランジスタが動作するようになっている。すなわ
ち、ドレイン電流はしきい値の低いトランジスタの方で
律速するようになるため、トランジスタ1つの場合に比
べ素子間のしきい値のバラツキを低減することができ
る。また、本実施例では2つのトランジスタを同一ゲー
ト電極で制御するようにしたが、2つ以上の制御も可能
である。また、チャネルが形成される超薄膜多結晶Si
膜703の線幅は、光リソグラーフィー解像限界以下の5
0nmを達成した。
As shown in FIGS. 15 and 16, one gate electrode (word line) 704 operates two independent transistors in this embodiment. That is, since the drain current is controlled by the transistor having the lower threshold value, the variation in the threshold value between the elements can be reduced as compared with the case where only one transistor is used. Further, in this embodiment, two transistors are controlled by the same gate electrode, but it is also possible to control two or more transistors. In addition, an ultra-thin film polycrystalline Si in which a channel is formed
The line width of the film 703 is 5 below the optical lithography resolution limit.
Achieved 0 nm.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の単一電子素子によれば、超薄膜
多結晶Si膜の幅を下地の絶縁膜の膜厚により制御でき
るため、100nm以下の幅でも極めて容易に制御でき
る。また、通常の光リソグラフィー、およびエキシマレ
ーザリソグラフィー技術が適用できるので、量産性が飛
躍的に向上する。したがって、単一電子素子を用いた半
導体記憶素子を容易に構成することができる。
According to the single-electron device of the present invention, the width of the ultra-thin polycrystalline Si film can be controlled by the film thickness of the underlying insulating film, so that the width of 100 nm or less can be controlled very easily. Also, since ordinary photolithography and excimer laser lithography techniques can be applied, mass productivity is dramatically improved. Therefore, a semiconductor memory element using a single electronic element can be easily constructed.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 4 is a plan view and a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 5 is a plan view and a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 8 is a plan view and a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 9 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施例を示す平面図および断面
図。
FIG. 12 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4の実施例を示すメモリアレー部の
等価回路図。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of a memory array unit showing a fourth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第4の実施例を示すメモリアレー部の
平面レイアウト図。
FIG. 14 is a plan layout view of a memory array portion showing a fourth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第5の実施例を示すメモリアレー部の
等価回路図。
FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of a memory array section showing a fifth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第5の実施例を示すメモリアレー部の
平面レイアウト図。
FIG. 16 is a plan layout view of a memory array portion showing a fifth embodiment of the present invention.

【図17】従来方法を説明する平面図および断面図。17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a conventional method.

【図18】単一電子素子の説明を行う補足図。FIG. 18 is a supplementary diagram illustrating a single electronic device.

【図19】単一電子素子の問題点の説明を行う補足図。FIG. 19 is a supplementary diagram illustrating a problem of a single electronic device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301,401,501,801………………結晶Si基板 102,202,302,402,502,802………………Si熱酸化膜 103,203,304,405,505……………………CVD-SiO2 104,204,303,305403,406,503,506………CVD-Si34 105,205,306,407,507,804………………超薄膜多結晶Si
(チャネル層) 409,509,805………………………………ゲート酸化膜 410,510,604,704,806……………………ゲート電極(ワー
ド線) 404(a),504(a),601,701,803(a)…………ソース(共通ソ
ース線) 404(b),504(b),602,702,803(b)…………ドレイン(デー
タ線)
101,201,301,401,501,801 ……………… Crystalline Si substrate 102,202,302,402,502,802 ……………… Si thermal oxide film 103,203,304,405,505 …………………… CVD-SiO 2 104,204,303,305403,406,503,506 ……… CVD-Si 3 N 4 105,205,306,407,507,804… …………… Ultra thin film polycrystalline Si
(Channel layer) 409,509,805 …………………………………… Gate oxide film 410,510,604,704,806 …………………… Gate electrode (word line) 404 (a), 504 (a), 601,701,803 (a)… ……… Source (common source line) 404 (b), 504 (b), 602,702,803 (b) ………… Drain (data line)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/66 9276−4M H01L 27/10 681B 29/78 29/78 301J ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/66 9276-4M H01L 27/10 681B 29/78 29/78 301J

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ソースとドレインに接続された薄い多結晶
シリコン膜のチャネル層を有する絶縁ゲート型電界効果
トランジスタとしての単一電子素子において、 上記ソースとドレインをまたぎ、かつチャネル層の幅に
相当する厚さの絶縁膜を有し、その側壁に上記チャネル
層を形成したことを特徴とする単一電子素子。
1. A single-electron element as an insulated gate field effect transistor having a channel layer of a thin polycrystalline silicon film connected to a source and a drain, the element straddling the source and the drain and corresponding to the width of the channel layer. A single-electron device having an insulating film having a thickness that is formed on the side wall of the channel layer.
【請求項2】請求項1記載の単一電子素子において、上
記チャネル層の膜厚が10nm以下で、チャネル層の幅
が100nm以下であることを特徴とする単一電子素
子。
2. The single-electron element according to claim 1, wherein the channel layer has a film thickness of 10 nm or less and the channel layer has a width of 100 nm or less.
【請求項3】請求項1または請求項2記載の単一電子素
子において、上記チャネル層の断面形状がコの字形であ
ることを特徴とする単一電子素子。
3. The single-electron element according to claim 1, wherein the channel layer has a U-shaped cross section.
【請求項4】請求項1から請求項3の何れかに記載の単
一電子素子において、上記チャネル層の下地の絶縁膜の
チャネル層に接する表面に、窒素原子が含まれているこ
とを特徴とする単一電子素子。
4. The single-electron device according to claim 1, wherein the surface of the insulating film underlying the channel layer in contact with the channel layer contains nitrogen atoms. And a single electronic device.
【請求項5】請求項1から請求項4の何れかに記載の単
一電子素子において、上記チャネル層の表面に保護膜と
しての絶縁膜を備えることを特徴とする単一電子素子。
5. The single-electron element according to claim 1, wherein an insulating film as a protective film is provided on the surface of the channel layer.
【請求項6】複数のデータ線と、これに交叉するワード
線と、その交叉する位置に記憶素子を有するメモリアレ
ー構成の半導体記憶装置において、 上記記憶素子が請求項1から請求項5の何れかに記載の
単一電子素子であり、該単一電子素子のソースとドレイ
ンをそれぞれ隣合うデータ線に接続し、ゲートをワード
線に接続した構成を備えることを特徴とする半導体記憶
装置。
6. A semiconductor memory device having a memory array having a plurality of data lines, word lines intersecting with the data lines, and memory elements at the intersecting positions, wherein the memory elements are any one of claims 1 to 5. The semiconductor memory device according to any one of items 1 to 5, wherein the source and the drain of the single electronic element are connected to adjacent data lines, and the gate is connected to a word line.
【請求項7】請求項6記載の半導体記憶装置において、
複数の単一電子素子が、それぞれのソースを共通のデー
タ線に接続し、該共通のデータ線を挟んで隣合うデータ
線にそれぞれのドレインを接続し、さらにそれぞれのゲ
ートを共通のワード線に接続する構成を備えることを特
徴とする半導体記憶装置。
7. The semiconductor memory device according to claim 6,
A plurality of single electronic devices connect their sources to a common data line, connect their drains to adjacent data lines across the common data line, and further connect their gates to a common word line. A semiconductor memory device having a configuration for connection.
【請求項8】請求項7記載の半導体記憶装置において、
上記複数の単一電子素子の複数組がさらにワード線を共
通にする構成を備えることを特徴とする半導体記憶装
置。
8. The semiconductor memory device according to claim 7,
A semiconductor memory device, wherein a plurality of sets of the plurality of single electronic elements further have a configuration in which a word line is shared.
【請求項9】シリコン基板上に、その基板の表面層を形
成させる第1の絶縁膜と、チャネル層の下地膜としてチ
ャネル層の幅に相当する厚さの第2の絶縁膜と、その第
2の絶縁膜よりエッチングレートの遅い第3の絶縁膜と
を順次形成する工程と、第2、第3の絶縁膜を所定の形
状に加工する工程と、第2の絶縁膜の側壁をエッチング
して、第3の絶縁膜のエッジ部分より後退させてコの字
形の断面形状を形成する工程と、上記絶縁膜上に多結晶
シリコン膜を形成する工程と、異方性ドライエッチング
により上記多結晶シリコン膜をエッチングして、第2の
絶縁膜の側壁に多結晶シリコン膜を残す工程を少なくと
も含むことを特徴とする単一電子素子の製造方法。
9. A first insulating film for forming a surface layer of the substrate on a silicon substrate, a second insulating film having a thickness corresponding to the width of the channel layer as a base film of the channel layer, and the second insulating film. The step of sequentially forming a third insulating film having an etching rate slower than that of the second insulating film, the step of processing the second and third insulating films into a predetermined shape, and the etching of the side wall of the second insulating film. A step of forming a U-shaped cross section by retreating from the edge portion of the third insulating film, a step of forming a polycrystalline silicon film on the insulating film, and a step of forming the polycrystalline film by anisotropic dry etching. A method of manufacturing a single electronic device, comprising at least a step of etching a silicon film to leave a polycrystalline silicon film on a side wall of a second insulating film.
【請求項10】複数のデータ線と、これに交叉するワー
ド線と、その交叉する位置に記憶素子を有するメモリア
レー構成の半導体記憶装置の製造方法において、上記記
憶素子の形成工程に、請求項9記載の単一電子素子の製
造方法の工程を含むことを特徴とする半導体記憶装置の
製造方法。
10. A method of manufacturing a semiconductor memory device having a memory array having a plurality of data lines, word lines intersecting with the data lines, and memory elements at the intersecting positions, wherein the step of forming the memory elements comprises: 9. A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising the steps of the method of manufacturing a single electronic device described in 9.
JP13308995A 1995-05-31 1995-05-31 Single electronic element, semiconductor memory device, and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP3625523B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13308995A JP3625523B2 (en) 1995-05-31 1995-05-31 Single electronic element, semiconductor memory device, and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13308995A JP3625523B2 (en) 1995-05-31 1995-05-31 Single electronic element, semiconductor memory device, and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08330566A true JPH08330566A (en) 1996-12-13
JP3625523B2 JP3625523B2 (en) 2005-03-02

Family

ID=15096600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13308995A Expired - Fee Related JP3625523B2 (en) 1995-05-31 1995-05-31 Single electronic element, semiconductor memory device, and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3625523B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11150261A (en) * 1997-11-19 1999-06-02 Toshiba Corp Electronic function element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11150261A (en) * 1997-11-19 1999-06-02 Toshiba Corp Electronic function element

Also Published As

Publication number Publication date
JP3625523B2 (en) 2005-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7465617B2 (en) Method of fabricating a semiconductor device having a silicon oxide layer, a method of fabricating a semiconductor device having dual spacers, a method of forming a silicon oxide layer on a substrate, and a method of forming dual spacers on a conductive material layer
US6294434B1 (en) Method of forming a metal silicide layer on a polysilicon gate structure and on a source/drain region of a MOSFET device
US6010934A (en) Method of making nanometer Si islands for single electron transistors
KR100268894B1 (en) Method for forming of flash memory device
JP2830705B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3625523B2 (en) Single electronic element, semiconductor memory device, and manufacturing method thereof
US20050146834A1 (en) Manufacturing method of integrated capacitor, and integrated capacitor
KR100356807B1 (en) Method for forming gate of semicoductor device
JP3524213B2 (en) Semiconductor memory device and method of manufacturing the same
KR101062835B1 (en) Method for manufacturing gate electrode of semiconductor device using double hard mask
JP3436315B2 (en) Method of manufacturing MONOS type semiconductor nonvolatile memory device and method of manufacturing semiconductor device
JP3614258B2 (en) Semiconductor element and method for manufacturing semiconductor device
KR100526480B1 (en) Method for fabricating non-volatile memory using quantum dot
JPH03108329A (en) Manufacture of mos type field effect transistor
KR100625511B1 (en) Production method for a semiconductor component
JP3371988B2 (en) Processing method of thin film
JPH11284084A (en) Nonvolatile semiconductor storage device and its manufacture
KR100501938B1 (en) method of fabricating semiconductor device
KR0147775B1 (en) Gate electrode forming method of transistor
JP3644977B2 (en) Method for manufacturing polycrystalline silicon thin film transistor
KR100526481B1 (en) Method for fabricating gate space
KR0141166B1 (en) Fabrication method of semiconductor device using polycide gate
JPH10256527A (en) Manufacture of semiconductor device, semiconductor memory cell and semiconductor memory device
JPH02303165A (en) Manufacture of mos type field-effect transistor
JPS62117343A (en) Formation of contact of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040427

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040527

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041019

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20041130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20041130

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071210

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081210

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081210

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees