JPH11195780A - Single electronic device and manufacture thereof - Google Patents
Single electronic device and manufacture thereofInfo
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- JPH11195780A JPH11195780A JP10159281A JP15928198A JPH11195780A JP H11195780 A JPH11195780 A JP H11195780A JP 10159281 A JP10159281 A JP 10159281A JP 15928198 A JP15928198 A JP 15928198A JP H11195780 A JPH11195780 A JP H11195780A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は一般に電子装置の製
造に関し、特に絶縁膜中に配列した導電性超微粒子より
なるいわゆるナノクリスタルを含む単一電子装置および
その製造方法に関する。Wilkins他(R. Wilkins,E. Be
n-Jacob, R.C. Jaklevic, Phys. Rev. Lett.63, 1989,
pp.801 )による、酸化膜中に金属超微粒子を分散させ
た系での階段状に量子化されたコンダクタンスの発見以
来、いわゆる電子のクーロンブロッケードを応用した単
一電子装置の研究が精力的になされている。クーロンブ
ロッケードを使うことにより、非常に微少なキャパシタ
ンスを通過するトンネル電流に現れる量子効果を使って
スイッチング動作を行う素子が得られる。また、これら
の単一電子素子を使って様々な論理回路やメモリ回路を
構成することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to the manufacture of electronic devices, and more particularly to a single electronic device including a so-called nanocrystal composed of conductive ultrafine particles arranged in an insulating film and a method of manufacturing the same. Wilkins et al. (R. Wilkins, E. Be
n-Jacob, RC Jaklevic, Phys. Rev. Lett. 63, 1989,
pp.801), since the discovery of a stepwise-quantized conductance in a system in which ultrafine metal particles are dispersed in an oxide film, research on single-electron devices applying so-called electron Coulomb blockade has been vigorous. It has been done. By using Coulomb blockade, an element that performs a switching operation using a quantum effect that appears in a tunnel current passing through a very small capacitance can be obtained. In addition, various logic circuits and memory circuits can be configured using these single electronic elements.
【0002】[0002]
【従来の技術】図1(A),(B)は、かかる単一電子
装置の基本的構成要素を示す。図1(A)を参照する
に、キャパシタンスCを有するトンネル接合の充電エネ
ルギEは、蓄積している電荷量をQとして E=Q2 /2C で与えられるが、一方の電極から他方の電極に単一の電
子がトンネリングした場合、蓄積電荷量はQからQ−e
に変化し、その結果トンネル接合のエネルギは ΔE=e(Qc −Q)/C だけ変化する。ただし、Qc は臨界電荷量であり、e/
2で与えられる(Qc =e/2)。2. Description of the Related Art FIGS. 1A and 1B show basic components of such a single electronic device. Referring to FIG. 1A, the charging energy E of a tunnel junction having a capacitance C is given by E = Q 2 / 2C where Q is the amount of accumulated charge. When a single electron is tunneled, the accumulated charge is Q to Q-e
, So that the energy of the tunnel junction changes by ΔE = e (Q c −Q) / C. Here, Q c is a critical charge amount, and e /
2 (Q c = e / 2).
【0003】そこで、接合の蓄積電荷量Qが前記臨界電
荷量Qc よりも小さい場合にはこのようなトンネリング
は接合エネルギを増大させてしまい(ΔE>0)、その
結果電子のトンネリングはブロックされてしまう。一
方、前記接合に電圧(>e/2C)を印加すると、Qは
Qc よりも大きくなり、ΔE<0となるために、電子の
トンネリングが可能になる。[0003] Therefore, such tunneling when accumulated charge amount Q of bonding is less than the critical charge Q c is would increase the bonding energy (ΔE> 0), the result electron tunneling is blocked Would. On the other hand, when a voltage (> e / 2C) is applied to the junction, Q becomes larger than Q c and ΔE <0, so that tunneling of electrons becomes possible.
【0004】図1(B)は、このようなトンネル接合の
動作特性曲線(I−V曲線)を示す。図1(B)の特性
曲線には、かかる単一電子効果に起因するブロッケージ
領域が現れる。このような単一電子効果が観測されるた
めには、単一の電子がトンネル接合をトンネリングする
際に生じるエネルギ変化ΔE(≒e2 /2C)が熱エネ
ルギk B Tよりもはるかに大きい必要があり(e2 /2
C≫kB T)、このためトンネル接合を、キャパシタン
スCが非常に小さくなるように形成する必要がある。FIG. 1 (B) shows such a tunnel junction.
5 shows an operation characteristic curve (IV curve). Characteristics of FIG. 1 (B)
The curve shows the blockage due to this single electron effect.
An area appears. Such a single electron effect was observed
A single electron tunnels through a tunnel junction
Energy change ΔE (≒ eTwo/ 2C) is heat energy
Lugi k BMust be much larger than T (eTwo/ 2
C @ kBT) Therefore, the tunnel junction is
In this case, it is necessary to form the metal C so as to be very small.
【0005】このような微小なキャパシタは従来のパタ
ーニング法で作成するのは困難で、このため、従来より
かかる微小キャパシタを、SiO2 膜等の絶縁膜中に、
いわゆるナノクリスタル構造を形成することにより形成
する試みがなされている。ナノクリスタル構造は、前記
SiO2 等の絶縁膜中に典型的には10nm以下の大き
さの金属微粒子(金属ナノクリスタル)を、略等間隔
で、実質的に同一平面上に、相互に孤立した状態で配列
した構造である。[0005] It is difficult to produce such a minute capacitor by a conventional patterning method. For this reason, such a minute capacitor has conventionally been used in an insulating film such as a SiO 2 film.
Attempts have been made to form so-called nanocrystal structures. In the nanocrystal structure, fine metal particles (metal nanocrystals) having a size of typically 10 nm or less are isolated from each other on substantially the same plane at substantially equal intervals in an insulating film such as the above-mentioned SiO 2 . It is a structure arranged in a state.
【0006】従来、絶縁膜上に金属微粒子をスパッタや
蒸着により堆積することにより所望のナノクリスタル構
造を形成する試みがなされていたが、このような方法で
は、均一な大きさの金属ドットを相互に孤立した状態
で、実質的に同一平面上に形成することは非常に困難で
ある。Conventionally, attempts have been made to form a desired nanocrystal structure by depositing metal fine particles on an insulating film by sputtering or vapor deposition. However, in such a method, metal dots having a uniform size are mutually formed. It is very difficult to form them on the same plane in an isolated state.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】これに対し、イオン注
入法を使って金属元素を絶縁膜中に導入した場合には、
比較的簡単に孤立したナノメートルサイズの金属ナノク
リスタルを絶縁膜中に形成することが可能である。例え
ば、Hosono他(Hosono, H. et al., "Cross-sectional
TEM Observation of Copper-implanted SiO2 glass,"
J. Non-crystalline Solids, 143, 1992, pp.157-161)
を参照。On the other hand, when a metal element is introduced into an insulating film by ion implantation,
It is relatively easy to form isolated nanometer-sized metal nanocrystals in an insulating film. For example, Hosono et al. (Hosono, H. et al., "Cross-sectional
TEM Observation of Copper-implanted SiO2 glass, "
J. Non-crystalline Solids, 143, 1992, pp.157-161)
See
【0008】上記公知例は、SiO2 膜中にCu原子を
160keVの加速エネルギおよび6×1016cm-2の
ドーズでイオン注入し、さらに同じSiO2 膜中にCu
原子を今度は35keVの加速エネルギおよび2×10
16cm-2のドーズでイオン注入することにより、前記S
iO2 膜中にCuの超微粒子を相互に孤立した状態で形
成することが可能であることを報告している。[0008] The above known examples, the Cu atoms are ion-implanted at a dose of acceleration energy and 6 × 10 16 cm -2 of 160keV into the SiO 2 film, Cu further in the same SiO 2 film
The atom is now converted to an acceleration energy of 35 keV and 2 × 10
By ion implantation at a dose of 16 cm -2 , the S
It reports that it is possible to form Cu ultrafine particles in an iO 2 film in a state of being isolated from each other.
【0009】しかし、このような大きな加速エネルギで
イオン注入を行った場合、注入された金属イオン、従っ
て金属ナノクリスタルの深さ方向への分布は絶縁膜中に
おいて大きくばらついてしまい、所望の単一電子装置に
適した構造は実現できない。例えば、このような金属ナ
ノクリスタルの深さがばらついた構造では、金属ナノク
リスタルが何層も形成されるため、前記絶縁膜に垂直に
電界を印加した場合、電子は前記金属ナノクリスタルを
次々にトンネリングにより通過することになる。また、
絶縁膜中の深さにより、図1(B)の特性が変化してし
まい、明確な特性を観測することができなくなる。However, when ion implantation is performed with such a large acceleration energy, the distribution of the implanted metal ions, that is, the metal nanocrystals in the depth direction greatly varies in the insulating film, and a desired single ion is distributed. A structure suitable for an electronic device cannot be realized. For example, in such a structure in which the depth of metal nanocrystals varies, many layers of metal nanocrystals are formed, so that when an electric field is applied perpendicularly to the insulating film, electrons sequentially pass through the metal nanocrystals. It will pass by tunneling. Also,
The characteristics in FIG. 1B change depending on the depth in the insulating film, so that clear characteristics cannot be observed.
【0010】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用な単一電子装置およびその製造方法を提供す
ることを概括的課題とする。本発明のより具体的な課題
は、ナノメートルサイズの金属ナノクリスタルを、絶縁
膜中に均一な大きさで、相互に略一定の間隔で孤立し
て、所定の深さに二次元状に形成できるナノクリスタル
の形成方法、かかるナノクリスタルを含む単一電子装置
およびその製造方法を提供することにある。Therefore, the present invention has solved the above-mentioned problems,
It is a general object to provide a new and useful single electronic device and a method of manufacturing the same. A more specific object of the present invention is to form metal nanocrystals of nanometer size in a uniform size in an insulating film, isolated at substantially constant intervals from each other, and formed two-dimensionally at a predetermined depth. An object of the present invention is to provide a method for forming a nanocrystal, a single electronic device including the nanocrystal, and a method for manufacturing the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、請求項1に記載したように、導電性基板と、前記導
電性基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜中に、前
記基板と前記絶縁膜との界面に実質的に平行に形成され
た、ナノメートルサイズの径を有する複数の導電性粒子
と、前記絶縁膜上に形成された電極とよりなる単一電子
装置において、前記複数の導電性粒子は互いに略等しい
大きさを有し、前記絶縁膜中で、実質的に同一平面上に
配列していることを特徴とする単一電子装置により、ま
たは請求項2に記載したように、前記複数の導電性粒子
は、前記絶縁膜中、前記基板に接した歪み蓄積領域に形
成されることを特徴とする請求項1記載の単一電子装置
により、または請求項3に記載したように、前記導電性
粒子はナノクリスタルであることを特徴とする請求項1
または2記載の単一電子装置により、または請求項4に
記載したように、前記導電性基板は縮退Si基板よりな
り、前記絶縁膜はSiO2 膜またはSiN膜であること
を特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の
単一電子装置により、または請求項5に記載したよう
に、前記導電性粒子は、Cu,Fe,Ag,Au,S
n,Pt,In,SbおよびGaよりなる群から選択さ
れる金属元素よりなることを特徴とする請求項1〜4の
うち、いずれか一項記載の単一電子装置により、または
請求項6に記載したように、さらに、前記導電性粒子お
よび前記基板と静電結合するゲート電極を備え、前記単
一電子装置は単一電子トランジスタを構成することを特
徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の単一
電子装置により、または請求項7に記載したように、前
記絶縁膜および前記電極は、一対の相対向する側壁で画
成されたゲート構造を形成し、前記単一電子装置はさら
に前記基板中に、前記一対の側壁の各々に対応して拡散
領域を含み、メモリ装置を構成することを特徴とする請
求項1〜5のうち、いずれか一項記載の単一電子装置に
より、または請求項8に記載したように、前記絶縁膜
は、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とよりなり、前記複数
の導電性粒子は、前記第1の絶縁膜と第2の絶縁膜との
界面近傍に形成されることを特徴とうる請求項1〜7の
うち、いずれか一項記載の単一電子装置により、または
請求項9に記載したように、前記第1の絶縁膜と第2の
絶縁膜とは、異なった温度で形成される同一の組成の膜
よりなることを特徴とする請求項8記載の単一電子装置
により、または請求項10に記載したように、前記第1
の絶縁膜の第2の絶縁膜とは、異なった組成を有するこ
とを特徴とする請求項8記載の単一電子装置により、ま
たは請求項11に記載したように、基板上に形成された
絶縁膜中に金属元素を導入するドーピング工程と、前記
絶縁膜中に導入された前記金属元素を拡散させ、前記絶
縁膜中に、前記絶縁膜と前記基板との界面に沿って、ナ
ノメートルサイズの相互に孤立した金属微粒子を析出さ
せるアニール処理工程とを含む、単一電子装置の製造方
法において、前記ドーピング工程は、前記絶縁膜中の前
記金属元素の濃度が、前記基板内および前記界面におい
て実質的にゼロになるように実行されることを特徴とす
る単一電子装置の製造方法により、または請求項12に
記載したように、前記ドーピング工程は、前記金属元素
を前記絶縁膜中に導入するイオン注入工程を含み、前記
イオン注入工程は、前記絶縁膜中の前記金属元素の濃度
が、前記基板内および前記界面において実質的にゼロに
なるような、また前記金属元素の深さ分布が鋭い極大を
有するような加速エネルギで実行されることを特徴とす
る請求項11記載の単一電子装置の製造方法により、ま
たは請求項13に記載したように、前記基板はSi基板
よりなり、前記絶縁膜はSiO2 よりなることを特徴と
する請求項11または12記載の単一電子装置の製造方
法により、または請求項14に記載したように、前記金
属元素は、Cu,Fe,Ag,Au,Sn,Pt,I
n,SbおよびGaよりなる群から選択されることを特
徴とする請求項11〜13のうち、いずれか一項記載の
単一電子装置の製造方法により、または請求項15に記
載したように、前記金属元素はSnであり、前記イオン
注入工程は、加速エネルギを約20keV以下に設定し
て実行されることを特徴とする請求項12記載の単一電
子装置の製造方法により、または請求項16に記載した
ように、前記金属元素はSbであり、前記イオン注入工
程は、Sbを約1×1013cm -2以上のドーズで前記絶
縁膜中に導入することを特徴とする請求項12記載の単
一電子装置の製造方法により、または請求項17に記載
したように、前記イオン注入工程は、Sbを約1×10
16cm-2以上のドーズで前記絶縁膜中に導入することを
特徴とする請求項16記載の単一電子装置の製造方法に
より、または請求項18に記載したように、前記イオン
注入工程は、前記Sbを約1×1017cm-2以上のドー
ズで前記絶縁膜中に導入することを特徴とする請求項1
6記載の単一電子装置の製造方法により、または請求項
19に記載したように、前記アニール処理は、約400
°C以上の温度で実行されることを特徴とする請求項1
1〜18のうち、いずれか一項記載の単一電子装置の製
造方法により、または請求項20に記載したように、前
記絶縁膜は第1の絶縁膜とその上の第2の絶縁膜とより
なり、前記ドーピング工程は、前記金属元素が前記第1
の絶縁膜と第2の絶縁膜との間の界面近傍に濃集するよ
うに実行されることを特徴とする請求項11〜19のう
ち、いずれか一項記載の単一電子装置の製造方法によ
り、または請求項21に記載したように、前記第1の絶
縁膜と前記第2の絶縁膜とは、それぞれ異なった温度で
形成されることを特徴とする請求項20記載の単一電子
装置の製造方法により、または請求項22に記載したよ
うに、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、それ
ぞれ異なった組成を有することを特徴とする請求項20
記載の単一電子装置の製造方法により、または請求項2
3に記載したように、前記イオン注入工程は、前記基板
に対して斜めに実行されることを特徴とする請求項12
〜22のうち、いずれか一項記載の単一電子装置の製造
方法により、解決する。 [作用]図2は、n+ 型、すなわち縮退Si基板上に熱
酸化により形成された、厚さが約15nmのSiO2 膜
中に、Sn原子を加速エネルギ10keV,ドーズ5×
1015cm-2でイオン注入した直後のTEM断面写真で
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems.
And a conductive substrate as described in claim 1.
An insulating film formed on an electrically conductive substrate; and
Formed substantially parallel to the interface between the substrate and the insulating film.
A plurality of conductive particles having a diameter of nanometer size
And a single electron comprising an electrode formed on the insulating film
In the device, the plurality of conductive particles are substantially equal to each other
Having a size and substantially coplanar in the insulating film.
A single electronic device characterized by an array
Or the plurality of conductive particles as described in claim 2.
Is formed in the strain accumulation region in contact with the substrate in the insulating film.
The single electronic device according to claim 1, wherein the single electronic device is formed.
Or the conductive material according to claim 3.
2. The method of claim 1, wherein the particles are nanocrystals.
Or by a single electronic device according to claim 2 or according to claim 4
As described, the conductive substrate is formed of a degenerated Si substrate.
The insulating film is made of SiOTwoFilm or SiN film
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein
By a single electronic device or as described in claim 5
In addition, the conductive particles include Cu, Fe, Ag, Au, S
selected from the group consisting of n, Pt, In, Sb and Ga
5. The metal element according to claim 1, wherein
By a single electronic device according to any one of the above, or
As described in claim 6, further comprising the conductive particles and
And a gate electrode that is electrostatically coupled to the substrate.
One electronic device is characterized by forming a single electron transistor.
The single unit according to any one of claims 1 to 5, wherein
By electronic device or as described in claim 7
The insulating film and the electrode are defined by a pair of opposing side walls.
Forming a gate structure, wherein said single electronic device is further
Diffusion into the substrate corresponding to each of the pair of side walls
Area, comprising a memory device.
The single electronic device according to any one of claims 1 to 5,
Or the insulating film as described in claim 8.
Comprises a first insulating film and a second insulating film;
Conductive particles of the first insulating film and the second insulating film
8. The method according to claim 1, wherein the first electrode is formed near the interface.
By a single electronic device according to any one of the above, or
As described in claim 9, the first insulating film and the second insulating film
Insulating film is a film of the same composition formed at different temperatures
9. The single electronic device according to claim 8, comprising:
Or as described in claim 10, the first
The second insulating film has a different composition from that of the second insulating film.
9. The single electronic device according to claim 8, further comprising:
Or formed on a substrate as described in claim 11.
A doping step of introducing a metal element into the insulating film;
By diffusing the metal element introduced into the insulating film,
In the edge film, along the interface between the insulating film and the substrate,
Noble metal particles are isolated from each other
For manufacturing a single electronic device, including an annealing process
In the method, the doping step may be performed in the insulating film.
The concentration of the metal element in the substrate and at the interface
Is executed to be substantially zero.
A method of manufacturing a single electronic device, or according to claim 12
As described, the doping step includes the step of
Including an ion implantation step of introducing into the insulating film,
In the ion implantation step, the concentration of the metal element in the insulating film is
Is substantially zero in the substrate and at the interface
And the depth distribution of the metal element has a sharp maximum.
Characterized by being executed with acceleration energy having
The method of manufacturing a single electronic device according to claim 11, further comprising:
The substrate may be a Si substrate.
And the insulating film is made of SiOTwoIs characterized by consisting of
A method of manufacturing a single electronic device according to claim 11 or claim 12.
By said method or as described in claim 14
The genus elements are Cu, Fe, Ag, Au, Sn, Pt, I
n, Sb and Ga.
The method according to any one of claims 11 to 13, wherein
According to a method of manufacturing a single electronic device or as claimed in claim 15.
As noted, the metal element is Sn and the ion
In the implantation step, the acceleration energy is set to about 20 keV or less.
13. The single electronic device according to claim 12, wherein
A method for manufacturing a slave device, or according to claim 16.
As described above, the metal element is Sb,
About Sb is about 1 × 1013cm -2With the above dose,
13. The unit according to claim 12, wherein the compound is introduced into a peripheral membrane.
18. A method for manufacturing an electronic device or according to claim 17.
As described above, in the ion implantation step, Sb is reduced to about 1 × 10
16cm-2The introduction into the insulating film with the above dose is
17. The method of manufacturing a single electronic device according to claim 16, wherein
Or the ion as described in claim 18.
In the implantation step, the Sb is reduced to about 1 × 1017cm-2More do
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is introduced into the insulating film by a step.
A method for manufacturing a single electronic device according to claim 6, or claim
As described in 19, the annealing treatment is performed at about 400
2. The method according to claim 1, wherein the heating is performed at a temperature of not less than ° C.
Manufacturing of the single electronic device according to any one of 1 to 18
By a manufacturing method or as described in claim 20
The insulating film is composed of a first insulating film and a second insulating film thereon.
Wherein the doping step includes the step of:
Concentrates near the interface between the first insulating film and the second insulating film.
20. The method according to claim 11, wherein the steps are executed as follows.
That is, according to the method for manufacturing a single electronic device according to any one of the above,
Or the first absolute value, as described in claim 21.
The edge film and the second insulating film are formed at different temperatures.
21. The single electron of claim 20, wherein the single electron is formed.
According to the method of manufacturing the device or as described in claim 22.
As described above, the first insulating film and the second insulating film
21. The composition according to claim 20, which has different compositions.
A method for manufacturing a single electronic device according to claim 2, or claim 2.
As described in 3, the ion implantation step may include the step of:
13. The method is performed obliquely with respect to
23. Manufacture of a single electronic device according to any one of claims 22 to 22
Solve by the method. [Operation] FIG.+Heat on the mold, ie degenerate Si substrate
SiO formed about 15 nm thick by oxidationTwofilm
Inside, Sn atoms were accelerated at an energy of 10 keV and a dose of 5 ×
10Fifteencm-2TEM cross-sectional photograph immediately after ion implantation
is there.
【0012】図2を参照するに、このような低い加速電
圧でのイオン注入では、Sn原子は前記熱酸化膜中の厚
さ方向上おおよそ中央部Aに集中しており、同じことが
図3に示す前記熱酸化膜中におけるSn原子の分布にお
いても見られる。すなわち、前記Si基板内、あるいは
前記熱酸化膜とSi基板との界面(SiO2 /Si)に
まで到達するSn原子はほとんどない。Referring to FIG. 2, in the ion implantation at such a low accelerating voltage, Sn atoms are concentrated at a substantially central portion A in the thickness direction in the thermal oxide film. The distribution of Sn atoms in the thermal oxide film shown in FIG. That is, almost no Sn atoms reach the inside of the Si substrate or the interface (SiO 2 / Si) between the thermal oxide film and the Si substrate.
【0013】一方、図2のTEM写真は、前記中央部A
の他に、前記熱酸化膜中の、前記SiO2 /Si界面に
隣接した位置Bにも、Sn原子の鋭い集中が存在するこ
とを示している。これは、前記熱酸化膜中に、前記界面
に隣接して歪みが形成された領域が存在し、このような
部分にSn原子が集中して捕獲されていることを示唆し
ている。On the other hand, the TEM photograph of FIG.
In addition, it shows that there is a sharp concentration of Sn atoms at a position B adjacent to the SiO 2 / Si interface in the thermal oxide film. This suggests that there is a region where strain is formed adjacent to the interface in the thermal oxide film, and Sn atoms are concentrated and captured in such a portion.
【0014】図4は、図2の構造を900°Cで10分
間アニールした場合の、図2と同様なTEM断面写真を
示す。図4を参照するに、前記位置Aに対応するSn原
子の集中は消滅し、前記位置Bに近い位置Cにおいて前
記Sn原子が凝集し、大きさが約5nmのSnナノクリ
スタルが、前記SiO2 /Si界面に沿って多数形成さ
れているのがわかる。また、各々のSnナノクリスタル
はほぼ同様な大きさの球状形状を有し、前記SiO2 /
Si界面からほぼ同一の高さに二次元的に、すなわち層
状に整列しているのがわかる。さらに、個々のSnナノ
クリスタルについては、格子像が確認されている。FIG. 4 shows a TEM cross-sectional photograph similar to FIG. 2 when the structure of FIG. 2 is annealed at 900 ° C. for 10 minutes. Referring to FIG. 4, the concentration of Sn atoms corresponding to the position A disappears, the Sn atoms aggregate at a position C near the position B, and the Sn nanocrystal having a size of about 5 nm is formed by the SiO 2. It can be seen that many are formed along the / Si interface. Further, each Sn nanocrystal has a spherical shape of substantially the same size, and the SiO 2 /
It can be seen that they are two-dimensionally arranged at substantially the same height from the Si interface, that is, in a layered manner. Furthermore, lattice images have been confirmed for individual Sn nanocrystals.
【0015】かかる位置Cにおいては、Si基板の熱酸
化工程により、熱酸化膜中に強い圧縮歪みが形成されて
おり、かかる歪み蓄積領域においてSn原子の拡散が阻
止され、拡散を阻止されたSn原子は凝集してSnナノ
クリスタルを形成するものと考えられる。図5は、図4
の構造を概略的に示した図である。At the position C, a strong compressive strain is formed in the thermal oxide film due to the thermal oxidation process of the Si substrate, and diffusion of Sn atoms is prevented in the strain accumulation region, and the diffusion of the Sn atom is prevented. The atoms are believed to aggregate to form Sn nanocrystals. FIG.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of FIG.
【0016】図5を参照するに、n+ 型の縮退Si基板
10上にはSiO2 膜12が熱酸化により5〜40nm
の厚さに形成され、前記SiO2 膜12中には、前記S
nナノクリスタルに対応する径が約5nmのSn超微粒
子14が、前記Si基板10との界面に沿って、前記界
面から略一定の高さに、相互に離間して形成される。図
5よりわかるように、前記Sn超微粒子14は、前記S
iO2 膜12中、深さ方向上中央部よりも前記界面に近
い、図2の位置Bあるいは図4の位置Cに対応する位置
において、略2次元的に配列する。Referring to FIG. 5, an SiO 2 film 12 is formed on an n + -type degenerated Si substrate 10 by thermal oxidation to a thickness of 5 to 40 nm.
The SiO 2 film 12 has a thickness of
Sn ultrafine particles 14 having a diameter of about 5 nm corresponding to n nanocrystals are formed along the interface with the Si substrate 10 and at a substantially constant height from the interface and separated from each other. As can be seen from FIG. 5, the Sn ultrafine particles 14
The iO 2 film 12 is arranged approximately two-dimensionally at a position closer to the interface than at the center in the depth direction and corresponding to position B in FIG. 2 or position C in FIG.
【0017】そこで、本発明は、かかる絶縁膜中に基板
/絶縁膜界面に沿って単層状に形成された金属ナノクリ
スタルを活性部に使った単一電子装置を提供する。Accordingly, the present invention provides a single electronic device using a metal nanocrystal formed as a single layer along the interface between a substrate and an insulating film in such an insulating film as an active portion.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】[第1実施例]図6(A)〜図8
(J)は、本発明の第1実施例による単一電子装置の製
造方法を示す図である。ただし、図中、先に説明した部
分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省
略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIGS.
FIG. 7J is a view illustrating the method for manufacturing the single electronic device according to the first embodiment of the present invention; However, in the figure, parts corresponding to the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0019】図6(A)を参照するに、前記Si基板1
0の表面に、熱酸化工程により、前記SiO2 膜12
が、5〜20nmの厚さ、典型的には先にも説明したよ
うに15nmの厚さに形成される。次に、図6(B)の
工程で、前記SiO2 膜12中にSnを、イオン注入法
により、20keV以下、好ましくは10keVの加速
エネルギおよび5×1015cm-2のドーズで導入する。
このようにSnイオンを低い加速エネルギで導入するこ
とにより、先に図2あるいは図3で説明したように、S
n原子は前記SiO 2 膜12中の中央部Aおよび前記S
iO2 /Si界面Bに集中的に蓄積される。また、従来
の高い加速エネルギ(例えば160keV)を使った場
合と異なり、注入されたSn原子で前記SiO2 /Si
界面を通過して基板10にまで到達するものはわずかで
ある。Referring to FIG. 6A, the Si substrate 1
0 on the SiO 2 surface by a thermal oxidation process.TwoMembrane 12
Has a thickness of 5-20 nm, typically as described above
It is formed to a thickness of 15 nm. Next, FIG.
In the step, the SiOTwoSn in film 12 by ion implantation
, Acceleration of 20 keV or less, preferably 10 keV
Energy and 5 × 10Fifteencm-2Introduce at the dose.
In this way, Sn ions can be introduced with low acceleration energy.
As described above with reference to FIG. 2 or FIG.
The n atom is SiO TwoA central portion A in the film 12 and the S
iOTwo/ Si concentrated at interface B. In addition,
Using high acceleration energy (for example, 160 keV)
Unlike the above case, the implanted Sn atoms form the SiO 2Two/ Si
Only a few reach the substrate 10 through the interface
is there.
【0020】次に、図6(C)の工程で、前記図6
(B)の構造がN2 雰囲気中、900°Cで10分間ア
ニールされ、その結果前記イオン注入されたSnイオン
が凝集し、前記Sn超微粒子よりなる直径が約5nmの
ナノクリスタル14が前記SiO 2 膜中、前記図4の位
置Cに対応する位置に、自発的に形成される。先に図4
で説明したように、このように自己組織化されたナノク
リスタル14は、前記SiO2 /Si界面から略一定の
高さにおいて、二次元的に配列する。Next, in the step of FIG.
The structure of (B) is NTwoIn an atmosphere at 900 ° C for 10 minutes
Neal, resulting in the implanted Sn ions
Are aggregated, and the diameter of the Sn ultrafine particles is about 5 nm.
The nanocrystal 14 is made of SiO TwoIn the film, the position shown in FIG.
It is spontaneously formed at a position corresponding to the position C. First, FIG.
As described in Section 2, the self-assembled nano-scale
The listal 14 is made of the SiOTwo/ Si almost constant from the interface
Arrange two-dimensionally in height.
【0021】さらに、図6(D)の工程で、前記SiO
2 膜12上を第1のレジスト膜16および第2のレジス
ト膜18で順次覆う。前記レジスト膜16は例えばPM
MA(polymethylmethacrylate)よりなり、約500n
mの厚さに形成される。一方、前記レジスト膜18は例
えばマイクロポジットS1300−31(SHIPLEY FAR
EAST社の商品名)よりなり、約300nmの厚さに形成
される。Further, in the step of FIG.
The two films 12 are sequentially covered with a first resist film 16 and a second resist film 18. The resist film 16 is made of, for example, PM
Made of MA (polymethylmethacrylate), about 500n
m. On the other hand, the resist film 18 is, for example, a microposit S1300-31 (SHIPLEY FAR).
EAST company name) and is formed to a thickness of about 300 nm.
【0022】次に、図7(E)の工程で、開口部20A
を形成されたフォトマスク20を図6(D)のレジスト
フィルム18上に形成し、マスクパターン20を介して
前記レジスト膜18中の前記開口部20Aに対応する部
分22を露光する。さらに、図7(F)の工程で、前記
レジスト膜18の露光部分22を現像・除去し、図7
(G)の工程で、その下のレジスト膜16を紫外線によ
り露光する。Next, in the step of FIG.
Is formed on the resist film 18 of FIG. 6D, and a portion 22 of the resist film 18 corresponding to the opening 20A is exposed through the mask pattern 20. 7F, the exposed portion 22 of the resist film 18 is developed and removed.
In the step (G), the underlying resist film 16 is exposed to ultraviolet light.
【0023】さらに、図7(G)のレジスト膜16の現
像工程によりレジスト膜16の領域24を除去し、レジ
スト膜16によりレジストパターン16Aを形成する。
さらに、図8(I)の工程で、典型的にはAlあるいは
Al合金よりなる導体膜26を、前記図7(G)の構造
上に、前記レジストパターン16Aおよび18Aをマス
クに堆積し、図8(J)の工程で、前記レジストパター
ン16Aおよび18A上の導体膜26をリフトオフし、
前記SiO2 膜14上に電極パターン26が形成された
構造を得る。Further, the region 24 of the resist film 16 is removed by the step of developing the resist film 16 shown in FIG. 7G, and a resist pattern 16A is formed by the resist film 16.
Further, in the step of FIG. 8 (I), a conductor film 26 typically made of Al or an Al alloy is deposited on the structure of FIG. 7 (G) using the resist patterns 16A and 18A as a mask. 8 (J), the conductor film 26 on the resist patterns 16A and 18A is lifted off,
A structure in which the electrode pattern 26 is formed on the SiO 2 film 14 is obtained.
【0024】図8(J)の単一電子装置は単一電子トン
ネルダイオードとして動作する。図9は、図8(J)の
装置の等価回路図を示す。図9を参照するに、単一電子
トンネルダイオードはSi基板10とSnナノクリスタ
ル14との間のキャパシタンスCA と、前記Snナノク
リスタル14と前記電極パターン26との間のキャパシ
タンスCB とを直列接続し、さらに前記キャパシタンス
CA およびCB に並列に、トンネル抵抗RA とRB をそ
れぞれ挿入した構成を有している。The single electronic device of FIG. 8J operates as a single electron tunnel diode. FIG. 9 shows an equivalent circuit diagram of the device of FIG. Referring to FIG. 9, the single-electron tunnel diode has a capacitance C A between the Si substrate 10 and the Sn nanocrystal 14 and a capacitance C B between the Sn nanocrystal 14 and the electrode pattern 26 in series. connect, further in parallel with the capacitance C a and C B, has a structure obtained by inserting each tunnel resistance R a and R B.
【0025】図10は、図8(J)の単一電子トンネル
ダイオードの構造において、SiO 2 膜12の厚さを約
10nmとした場合の動作特性を示す。ただし、図10
中、横軸は基板10と前記電極パターン26との間に印
加される電圧を、左側縦軸は電流を、また右側縦軸はコ
ンダクタンスを示す。図10を参照するに、前記単一電
子トンネルダイオードの電流−電圧特性には、先に図1
(B)で説明した電流のブロッケード領域が観測され
る。また、コンダクタンスにも明確な振動が観測され、
特に駆動電圧が0V付近で明瞭なブロッケードが観測さ
れる。FIG. 10 shows the single electron tunnel shown in FIG.
In the structure of the diode, SiO TwoAbout the thickness of the film 12
The operating characteristics when the thickness is 10 nm are shown. However, FIG.
The horizontal axis is the mark between the substrate 10 and the electrode pattern 26.
Applied voltage, the left vertical axis represents current, and the right vertical axis represents
Indicates the conductance. Referring to FIG.
FIG. 1 shows the current-voltage characteristics of the secondary tunnel diode.
The current blockade region described in (B) is observed.
You. In addition, a clear oscillation was observed in the conductance,
In particular, a clear blockade was observed near the driving voltage of 0 V.
It is.
【0026】また、このような単一電子トンネルダイオ
ードや、これにゲート電極を組み合わせた単一電子トラ
ンジスタを使うことにより、様々な論理回路やメモリ回
路を構成することが可能になる。前記SiO2 膜中にイ
オン注入により導入される金属元素はSnに限定される
ものではなく、Cu,Fe,Ag,Au,Pt,In,
Ga等の金属元素を使うことも可能である。これら他の
元素を使う場合でも、イオン注入の際の加速エネルギ
は、打ち込まれた金属元素の分布が前記SiO2 膜中に
限定されるように設定する必要がある。By using such a single-electron tunnel diode or a single-electron transistor in which a gate electrode is combined with the single-electron tunnel diode, various logic circuits and memory circuits can be configured. The metal element introduced by ion implantation into the SiO 2 film is not limited to Sn, but may be Cu, Fe, Ag, Au, Pt, In,
It is also possible to use a metal element such as Ga. Even when these other elements are used, the acceleration energy at the time of ion implantation needs to be set so that the distribution of the implanted metal element is limited in the SiO 2 film.
【0027】また、本発明において、前記SiO2 膜の
代わりにSiN膜等、他の絶縁膜を使うことも可能であ
る。図6(C)の工程において、前記Sn原子を自発的
に凝集させる熱処理工程は、先に説明したように約90
0°C程度の温度、一般的には少なくとも400°C以
上の温度で実行する必要がある。 [第2実施例]先に説明した本発明の第1実施例では、
基板上の絶縁膜中にSn等の金属元素をイオン注入する
ことにより、単一電子装置に適したナノクリスタルを前
記絶縁膜中に形成出来たが、これらの金属元素は一般的
に半導体装置の製造で使われているものではない。すな
わち、これらの金属元素は半導体集積回路装置の製造に
おいて、配線工程等で使われることはあっても、高温熱
処理以前の工程では使われていない。一方、前記金属ナ
ノクリスタルを形成する工程では、900°C等の高温
での熱処理が不可欠で、このためこれらの金属を使った
場合には、デバイス製造ラインが汚染されてしまう恐れ
もある。図2の断面写真と図4の断面写真を比較する
と、位置Aに見られたSnの集中が、熱処理後の図4の
状態では消滅しいるが、一部のSn原子は熱処理の際に
SiO2 膜の自由表面から外部に離脱してしまった可能
性がある。In the present invention, another insulating film such as a SiN film can be used instead of the SiO 2 film. In the step of FIG. 6 (C), the heat treatment step of spontaneously aggregating the Sn atoms takes about 90 as described above.
It is necessary to perform at a temperature of about 0 ° C., generally at least 400 ° C. or higher. [Second Embodiment] In the first embodiment of the present invention described above,
By ion-implanting a metal element such as Sn into the insulating film on the substrate, nanocrystals suitable for a single electronic device could be formed in the insulating film. However, these metal elements are generally used in semiconductor devices. It is not used in manufacturing. In other words, these metal elements may be used in a wiring process or the like in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, but are not used in a process before a high-temperature heat treatment. On the other hand, in the step of forming the metal nanocrystal, a heat treatment at a high temperature such as 900 ° C. is indispensable. Therefore, when these metals are used, the device manufacturing line may be contaminated. When comparing the cross-sectional photograph of FIG. 2 with the cross-sectional photograph of FIG. 4, the concentration of Sn observed at the position A disappears in the state of FIG. 4 after the heat treatment, but some of the Sn atoms become SiO 2 during the heat treatment. It is possible that the two films have detached from the free surface to the outside.
【0028】このような事情から、本発明の発明者は、
一般的に半導体集積回路の製造工程でドーパントとして
使われる元素を使って、絶縁膜中にナノクリスタルを形
成する試みを行った。このうち、AsおよびPを使って
ナノクリスタルを形成する試みはすでになされており、
これらの元素を使った場合には絶縁膜中に形成される超
微粒子はアモルファス状態であり、ナノクリスタルには
ならないことが示されている。Under these circumstances, the inventor of the present invention
In general, an attempt was made to form a nanocrystal in an insulating film using an element used as a dopant in a semiconductor integrated circuit manufacturing process. Of these, attempts to form nanocrystals using As and P have already been made.
It is shown that when these elements are used, the ultrafine particles formed in the insulating film are in an amorphous state and do not become nanocrystals.
【0029】一方、本発明の発明者は、前記金属元素と
してSbを使った場合、絶縁膜中に欠陥を含まない金属
ナノクリスタルを形成できることを見出した。以下、本
発明の発明者が行った実験について説明する。本実施例
における実験では、図6(A)の工程と同様にしてSi
基板上にSiO2 膜を500nmの厚さに熱酸化により
形成し、図6(B)に対応するイオン注入工程におい
て、形成されたSiO2 膜中にSb+ イオンを、Si基
板に到達しないように40keVの加速エネルギと1×
1016cm-2のドーズでイオン注入した。さらに、この
ようにして形成された構造を、図6(C)に対応するア
ニール工程で、900°C中10分間アニールした。On the other hand, the inventor of the present invention has found that when Sb is used as the metal element, a metal nanocrystal having no defect in the insulating film can be formed. Hereinafter, an experiment performed by the inventor of the present invention will be described. In the experiment in the present embodiment, the Si
A SiO 2 film is formed on the substrate by thermal oxidation to a thickness of 500 nm, and Sb + ions are prevented from reaching the Si substrate in the formed SiO 2 film in the ion implantation step corresponding to FIG. 40 keV acceleration energy and 1 ×
Ion implantation was performed at a dose of 10 16 cm -2 . Further, the structure thus formed was annealed at 900 ° C. for 10 minutes in an annealing step corresponding to FIG.
【0030】図11(A)は、このようにして形成され
たSbナノクリスタルの断面TEM写真を示す。図11
(A)を参照するに、Si基板上のSiO2 膜中には径
が約5〜15nmのほぼ球形のSb超微粒子が、相互に
離間して形成されていることがわかる。形成されたSb
超微粒子は格子像を示し、ナノクリスタルになってい
る。FIG. 11 (A) shows a cross-sectional TEM photograph of the Sb nanocrystal thus formed. FIG.
Referring to (A), it can be seen that substantially spherical Sb ultrafine particles having a diameter of about 5 to 15 nm are formed apart from each other in the SiO 2 film on the Si substrate. Sb formed
The ultrafine particles show a lattice image and are nanocrystals.
【0031】図11(B)は、前記イオン注入工程にお
いて、Sb+ イオンのドーズを1×1017cm-2まで増
大させた場合に形成されるSbナノクリスタルの断面T
EM写真を示す。ただし、前記イオン注入の加速電圧
は、前記図11(A)の場合と同じく40keVに設定
してある。図11(B)を参照するに、Sbの注入ドー
ズを増加させた場合、形成されるSbナノクリスタルの
最大径は約25nmまで増大する。FIG. 11B shows a cross section T of an Sb nanocrystal formed when the dose of Sb + ions is increased to 1 × 10 17 cm −2 in the ion implantation step.
An EM photograph is shown. However, the acceleration voltage for the ion implantation is set to 40 keV as in the case of FIG. Referring to FIG. 11B, when the implantation dose of Sb is increased, the maximum diameter of the formed Sb nanocrystal increases to about 25 nm.
【0032】本発明によれば、従来の半導体装置の製造
プロセスでドーパントとして一般的に使われているSb
をイオン注入工程で使うことにより、単一電子装置の製
造を、安定して安価に行うことが可能になる。また、S
bのドーズを1×1013cm -2以上の範囲、例えば1×
1016cm-2あるいは1×1017cm-2の範囲で変化さ
せることにより、Sbナノクリスタルのサイズを所望値
に制御できる。According to the present invention, a conventional semiconductor device is manufactured.
Sb commonly used as a dopant in the process
Can be used in the ion implantation process to produce a single electronic device.
The structure can be stably and inexpensively performed. Also, S
b dose 1 × 1013cm -2The above range, for example, 1 ×
1016cm-2Or 1 × 1017cm-2Changed in the range
The size of the Sb nanocrystal to the desired value
Can be controlled.
【0033】また、以上の実施例では、絶縁膜中へ金属
元素の導入はイオン注入法により行ったが、前記金属元
素の導入はイオン注入法に限定されるものではなく、例
えば絶縁膜をCVD法で形成し、その際に前記金属元素
をドーパントとして導入する等の方法も可能である。 [第3実施例]図12(A),(B)は、図1(A)の
単一電子装置の基本構成要素を二つ直列に接続し、ゲー
ト電極を設けた本発明の第3実施例による単一電子トラ
ンジスタ30のそれぞれ等価回路図および動作特性を示
す。In the above embodiment, the metal element is introduced into the insulating film by the ion implantation method. However, the introduction of the metal element is not limited to the ion implantation method. In this case, a method of introducing the metal element as a dopant may be used. Third Embodiment FIGS. 12A and 12B show a third embodiment of the present invention in which two basic components of the single electronic device of FIG. 1A are connected in series and a gate electrode is provided. 2 shows an equivalent circuit diagram and operating characteristics of a single electron transistor 30 according to an example.
【0034】図12(A)の等価回路図を参照するに、
単一電子トランジスタ30では、図8(J)の構成にお
ける基板10とSnナノクリスタル14との間の接合容
量がC1 でトンネル抵抗がR1 のトンネル接合と、前記
Snナノクリスタル14とAl電極26との間の接合容
量がC2 でトンネル抵抗がR2 のトンネル接合とが直列
に接続され、両端にはバイアス電圧Vが印加される。ま
た、中間のノードには、キャパシタCg を介して電圧信
号Ug が供給される。Referring to the equivalent circuit diagram of FIG.
In single-electron transistor 30, junction and tunnel junction tunnel resistance is R 1 in capacity C 1, the Sn nanocrystals 14 and the Al electrode between the substrate 10 and the Sn nanocrystals 14 in the configuration of FIG. 8 (J) 26 is connected in series with a tunnel junction having a junction capacitance of C 2 and a tunnel resistance of R 2 , and a bias voltage V is applied to both ends. Further, the intermediate node, the voltage signal U g is supplied via a capacitor C g.
【0035】かかる単一電子トランジスタでは、図12
(B)に示す、点−e/2およびe/2を通る二対の平
行線により画成される菱形領域においてクーロンブロッ
ケードが成立し、従って動作点がAにある場合は電流は
トランジスタ中を流れないが、動作点がBに移ると、一
つの電子が順々に前記直列接続された共鳴トンネルダイ
オードを通過する。In such a single electron transistor, FIG.
Coulomb blockade is established in the diamond-shaped region shown in (B), defined by two pairs of parallel lines passing through points -e / 2 and e / 2, so that when the operating point is at A, the current flows through the transistor. Although the current does not flow, when the operating point moves to B, one electron sequentially passes through the series-connected resonant tunneling diodes.
【0036】図13は、図12(A)の等価回路に対応
する単一電子トランジスタ30の構造を示す。ただし、
図13中、先に説明した部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。図13を参照するに、単一電子ト
ランジスタ30は図8(J)に示す単一電子ダイオード
に類似した構成を有するが、図8(J)に示す単一電子
ダイオードのSiO2 膜12の一部に、前記Al電極2
6およびSi基板10、さらにSnナノクリスタル14
からも離間して、Al等よりなり、図12(A)の電圧
信号U g を供給されるゲート電極27が形成される。FIG. 13 corresponds to the equivalent circuit of FIG.
1 shows a structure of a single electron transistor 30. However,
In FIG. 13, the parts described above are denoted by the same reference numerals.
And the description is omitted. Referring to FIG.
The transistor 30 is a single electron diode shown in FIG.
Has a configuration similar to that of the single electron shown in FIG.
Diode SiOTwoThe Al electrode 2 is provided on a part of the film 12.
6 and Si substrate 10, and Sn nanocrystal 14
12 (A).
Signal U gIs formed to form a gate electrode 27 to which is supplied.
【0037】図13の構造では、前記SiO2 膜12は
基板10の一部に形成された凹部を埋めるように形成さ
れており、前記ゲート電極27は前記SiO2 膜12中
に、前記凹部に対応して、前記ナノクリスタル14に前
記結合容量Cg を介して容量結合するように形成されて
いるが、本発明の単一電子トランジスタはかかる特定の
構造に限定されるものではなく、前記ゲート電極27が
前記Snナノクリスタル14と容量Cg の容量性結合を
形成するものであれば、どのような構造であってもよ
い。 [第4実施例]図14は、図8(J)の構造を使った本
発明の第4実施例によるフラッシュメモリ40の構成を
示す。In the structure of FIG. 13, the SiO 2 film 12 is formed so as to fill a recess formed in a part of the substrate 10, and the gate electrode 27 is formed in the SiO 2 film 12 in the recess. Correspondingly, although formed so as to be capacitively coupled to the nanocrystal 14 via the coupling capacitance Cg , the single-electron transistor of the present invention is not limited to such a specific structure. as long as the electrode 27 forms a capacitive coupling of the Sn nanocrystals 14 and the capacitance C g, it may be any structure. [Fourth Embodiment] FIG. 14 shows a configuration of a flash memory 40 according to a fourth embodiment of the present invention using the structure of FIG.
【0038】図14を参照するに、フラッシュメモリ4
0は、典型的にはp型にドープされ、図示の例ではLD
D構造を有する拡散領域41Aおよび41Bをそれぞれ
ソース領域およびドレイン領域として形成されたSi基
板41上に形成され、前記Si基板41のチャネル領域
41Cに対応する部分上に形成されたゲート電極構造4
2を含む。Referring to FIG. 14, the flash memory 4
0 is typically p-type doped, and in the example shown, LD
A gate electrode structure 4 formed on a Si substrate 41 formed with diffusion regions 41A and 41B having a D structure as a source region and a drain region, respectively, and formed on a portion of the Si substrate 41 corresponding to a channel region 41C.
2 inclusive.
【0039】前記ゲート電極構造42は一対の側壁酸化
膜42Aおよび42Bにより側壁面を覆われ、図8
(J)に示したのと同様な、SiO2 膜中にSnナノク
リスタルを層状に2次元配列されたフローティングゲー
ト構造部42Cと、前記フローティングゲート構造部4
2C上に設けられた制御電極42Dとを含む。動作時に
は、前記制御電極42Dに書き込み電圧を印加すること
により、前記ソース電極41Aとドレイン電極41Bと
の間で加速された電子が前記フローティングゲート構造
部42C中の各々のSnナノクリスタルに捕獲され、安
定に保持される。このように前記Snナノクリスタルに
捕獲された電子は前記フラッシュメモリ40を構成する
MOSトランジスタのしきい値電圧を変化させ、その結
果、前記制御電極42Dに読み出し電圧を印加してMO
Sトランジスタのオン・オフを検出することにより、蓄
積された情報を読み出すことが可能になる。また、前記
制御電極42Dと基板41あるいはソース領域41Aと
の間に消去電圧を印加することにより、蓄積された情報
を消去することが可能になる。The gate electrode structure 42 has a side wall surface covered with a pair of side wall oxide films 42A and 42B.
(J) A floating gate structure portion 42C in which Sn nanocrystals are two-dimensionally arranged in a layered manner in a SiO 2 film, and a floating gate structure portion 4 similar to that shown in FIG.
And a control electrode 42D provided on 2C. In operation, by applying a write voltage to the control electrode 42D, electrons accelerated between the source electrode 41A and the drain electrode 41B are captured by each Sn nanocrystal in the floating gate structure 42C, It is kept stable. The electrons captured by the Sn nanocrystals change the threshold voltage of the MOS transistor constituting the flash memory 40. As a result, a read voltage is applied to the control
By detecting ON / OFF of the S transistor, accumulated information can be read. Further, by applying an erasing voltage between the control electrode 42D and the substrate 41 or the source region 41A, it becomes possible to erase the stored information.
【0040】特に前記フローティングゲート構造部42
CにSnナノクリスタルを使うことにより、電子を一つ
ずつSnナノクリスタルに保持させることが可能にな
る。これにより、図14のフラッシュメモリ40は消費
電力が低く、高集積化に好適である。また多値記憶が可
能である。 [第5実施例]ところで、先の実施例では、Snあるい
はSb等の金属元素よりなるナノクリスタル14はSi
基板10と熱酸化膜12との界面近傍に形成される歪み
蓄積領域に形成されていたが、このような構成では、前
記金属ナノクリスタル14とSi基板10との間の距離
は材料系の組み合わせにより決定されてしまい、所望の
設計条件に応じて自由に制御することはできなかった。In particular, the floating gate structure 42
By using Sn nanocrystals for C, it becomes possible to hold electrons one by one on the Sn nanocrystals. Thus, the flash memory 40 of FIG. 14 has low power consumption and is suitable for high integration. Also, multi-value storage is possible. Fifth Embodiment In the above embodiment, the nanocrystal 14 made of a metal element such as Sn or Sb is made of Si.
Although formed in the strain accumulation region formed near the interface between the substrate 10 and the thermal oxide film 12, in such a configuration, the distance between the metal nanocrystal 14 and the Si substrate 10 depends on the combination of the material type. And cannot be freely controlled according to desired design conditions.
【0041】これに対し、以下に図15(A)〜図16
(D)を参照して説明する本発明の第5実施例では、前
記金属ナノクリスタル14とSi基板10との距離を自
在に設定することができる。ただし、図中先に説明した
部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図1
5(A)を参照するに、この工程では前記Si基板10
を有機洗浄および化学洗浄の後、前記Si基板10の表
面に熱酸化工程により、前記熱酸化SiO 2 膜12を約
10nmの厚さに形成する。次に、図15(B)の工程
で、前記熱酸化膜12上に別のSiO2 膜52を、プラ
ズマCVD法により、約10nmの厚さに形成する。例
えば前記熱酸化工程は900〜1100°Cの温度で実
行され、これに対してSiO2 膜52は、TEOS(テ
トラエトキシシラン)と酸素を原料としたプラズマCV
D法により、250〜400°Cの温度で形成される。
前記熱酸化膜12とCVD−SiO2 膜52とは形成温
度が異なるため密度が異なっており、その結果、前記熱
酸化膜12とCVD−SiO2 膜52との間の界面に沿
って、強い熱歪みが導入される。On the other hand, FIGS. 15A to 16
In the fifth embodiment of the present invention described with reference to FIG.
The distance between the metal nanocrystal 14 and the Si substrate 10 is
Can be set to However, it was explained earlier in the figure.
Portions are given the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG.
5A, in this step, the Si substrate 10
After the organic cleaning and the chemical cleaning,
The surface is thermally oxidized by the thermal oxidation process. TwoAbout membrane 12
It is formed to a thickness of 10 nm. Next, the step of FIG.
Then, another SiO 2 is formed on the thermal oxide film 12.TwoThe membrane 52 is
It is formed to a thickness of about 10 nm by a plasma CVD method. An example
For example, the thermal oxidation step is performed at a temperature of 900 to 1100 ° C.
And the SiO 2TwoThe film 52 is made of TEOS
Plasma CV using traethoxysilane) and oxygen as raw materials
Formed at a temperature of 250 to 400 ° C. by Method D.
The thermal oxide film 12 and CVD-SiOTwoThe temperature at which the film 52 is formed
Different degrees of density, resulting in different densities,
Oxide film 12 and CVD-SiOTwoAlong the interface with the membrane 52
Therefore, a strong thermal strain is introduced.
【0042】さらに、図15(C)の工程で、図15
(B)の構造に対して斜め方向からSn原子のイオン注
入が、典型的には加速電圧を約15keVに、またドー
ズを約5×1015cm-2に設定して実行され、前記CV
D−SiO膜52中に、前記熱酸化膜12との界面に沿
ってSn原子が導入される。その際、前記加速電圧は、
前記注入されたSn原子の分布プロファイルの中心が、
前記界面近傍に位置するように設定される。前記イオン
注入工程を、図15(C)に示すように、斜め方向か
ら、典型的には60°前後の入射角で実行することによ
り、注入されたSn原子の分布幅、ないしプロファイル
の幅を狭めることが可能である。図15(C)の例で
は、前記基板10はSnイオンの入射方向に対して37
°傾斜されており、その結果、Snは基板10に対して
63°の入射角で入射する。Further, in the step of FIG.
The ion implantation of Sn atoms is performed with an acceleration voltage of about 15 keV and a dose of about 5 × 10 15 cm −2 from an oblique direction with respect to the structure of FIG.
Sn atoms are introduced into the D-SiO film 52 along the interface with the thermal oxide film 12. At this time, the acceleration voltage is
The center of the distribution profile of the implanted Sn atoms is
It is set to be located near the interface. As shown in FIG. 15C, the ion implantation step is performed at an incident angle of typically about 60 ° from an oblique direction, so that the distribution width of the implanted Sn atoms or the width of the profile is reduced. It is possible to narrow it. In the example of FIG. 15C, the substrate 10 is positioned at 37 degrees with respect to the incident direction of Sn ions.
The Sn is incident on the substrate 10 at an incident angle of 63 °.
【0043】さらに、図15(C)の構造を900°C
で10分間熱処理することにより、図15(D)に示す
ように、前記CVD−SiO2 膜52中に、前記熱酸化
膜12との界面に沿って、直径が約4±1nmのSnナ
ノクリスタル56が、2次元平面上に実質的に整列して
形成される。本実施例の構成では、前記CVD−SiO
2 膜52の下に厚さが約10nmの熱酸化膜12が存在
するため、図15(C)のイオン注入工程において、S
nイオンのうち前記Si基板10中にまで到達するもの
はほとんどなく、このためSi基板10と熱酸化膜12
との間の界面に金属析出物が形成される等の問題は生じ
ない。このため、図16(D)の構成を本発明の第1実
施例に適用した場合に、単一電子装置を高い歩留まり
で、効率良く製造することが可能になる。また、図16
(D)の構成を図14のフラッシュメモリ40に適用す
ることにより、前記Snナノクリスタル中に蓄積された
電荷の、前記Si基板41へのリークを最小化すること
が可能になる。Further, the structure shown in FIG.
As shown in FIG. 15D, Sn nanocrystals having a diameter of about 4 ± 1 nm are formed in the CVD-SiO 2 film 52 along the interface with the thermal oxide film 12 as shown in FIG. 56 are formed substantially aligned on a two-dimensional plane. In the configuration of the present embodiment, the CVD-SiO
Since the thermal oxide film 12 having a thickness of about 10 nm exists under the second film 52, in the ion implantation step of FIG.
Almost none of the n ions reach the Si substrate 10, so that the Si substrate 10 and the thermal oxide film 12
There is no problem such as the formation of a metal precipitate at the interface between them. Therefore, when the configuration of FIG. 16D is applied to the first embodiment of the present invention, it becomes possible to efficiently manufacture a single electronic device with a high yield. FIG.
By applying the configuration of (D) to the flash memory 40 of FIG. 14, it is possible to minimize the leakage of the charge accumulated in the Sn nanocrystal to the Si substrate 41.
【0044】本実施例において、前記SiO2 膜12お
よび52の形成方法は、先に説明した熱酸化法とプラズ
マCVD法の組み合わせに限定されるものではなく、光
CVD法あるいは熱CVD法を組み合わせることも可能
である。また、前記CVD−SiO2 膜52上に別の絶
縁膜を形成し、前記別の絶縁膜中にSn原子をイオン注
入し、熱処理して、前記SiO2 膜52との界面に沿っ
て別のSnナノクリスタルの2次元配列を形成するよう
にしてもよい。さらに、前記ナノクリスタルはSnナノ
クリスタルに限定されるものではなく、Cu,Fe,A
g,Au,Sn,Pt,In,SbおよびGaよりなる
群から選択される金属元素のナノクリスタルであっても
よい。 [第6実施例]図17は、本発明の第6実施例による単
一電子装置60の構成を示す。ただし、図17中、先に
説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略す
る。In this embodiment, the method of forming the SiO 2 films 12 and 52 is not limited to the combination of the thermal oxidation method and the plasma CVD method described above, but may be a combination of the photo CVD method or the thermal CVD method. It is also possible. Further, another insulating film is formed on the CVD-SiO 2 film 52, Sn atoms are ion-implanted into the another insulating film, heat-treated, and another insulating film is formed along the interface with the SiO 2 film 52. A two-dimensional array of Sn nanocrystals may be formed. Further, the nanocrystals are not limited to Sn nanocrystals, but include Cu, Fe, A
It may be a nanocrystal of a metal element selected from the group consisting of g, Au, Sn, Pt, In, Sb and Ga. Sixth Embodiment FIG. 17 shows the structure of a single electronic device 60 according to a sixth embodiment of the present invention. However, in FIG. 17, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description will be omitted.
【0045】図17を参照するに、本実施例では、前記
熱酸化膜12上にアンモニアおよびモノシランを原料と
したプラズマCVD法によりSiN膜62を約5nmの
厚さに形成し、その上に前記CVD−SiO2 膜52
を、典型的には10nmの厚さに形成する。さらに、図
15(C)と同様な工程により、前記CVD−SiO2
膜52中にSn原子を斜め方向のイオン注入により導入
し、さらに900°Cで10分間熱処理を行なうことに
より、前記CVD−SiO2 膜52中に前記SiN膜6
2との界面に沿ってSnナノクリスタル66が、前記S
nナノクリスタル56と同様に析出する。Referring to FIG. 17, in this embodiment, an SiN film 62 is formed on the thermal oxide film 12 to a thickness of about 5 nm by a plasma CVD method using ammonia and monosilane as raw materials. CVD-SiO 2 film 52
Is typically formed to a thickness of 10 nm. Furthermore, the same steps as FIG. 15 (C), the CVD-SiO 2
By introducing Sn atoms into the film 52 by oblique ion implantation and performing a heat treatment at 900 ° C. for 10 minutes, the SiN film 6 is formed in the CVD-SiO 2 film 52.
2 along the interface with Sn,
It is deposited in the same manner as the n nanocrystal 56.
【0046】本実施例では、前記SiN膜62がCVD
−SiO2 膜52中に導入されたSn原子の拡散障壁と
して作用し、Sn原子が前記CVD−SiO2 膜52と
SiN膜62との間の界面に凝集して前記Snナノクリ
スタル66を形成するが、かかる拡散障壁62はSiN
膜に限定されるものではなく、SiON膜やGeO
2膜、GeN膜、GeON膜、GeON膜、(SiG
e)O2 膜、(SiGe)N膜等のSi−Ge−O−N
系の膜で、SiO2 膜に接して形成された場合に界面に
歪みを形成する材料であればよい。In this embodiment, the SiN film 62 is formed by CVD.
It acts as a diffusion barrier for Sn atoms introduced into -SiO 2 film 52, and aggregated at the interface between the Sn atoms of the CVD-SiO 2 film 52 and the SiN film 62 to form the Sn nanocrystals 66 However, the diffusion barrier 62 is made of SiN
It is not limited to a film, but may be a SiON film or GeO
2 film, GeN film, GeON film, GeON film, (SiG
e) Si—Ge—O—N such as O 2 film and (SiGe) N film
Any material may be used as long as it is a system-based film that forms strain at the interface when formed in contact with the SiO 2 film.
【0047】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て、様々な変形・変更が可能である。Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes may be made within the scope of the appended claims. It is.
【0048】[0048]
【発明の効果】請求項1〜23記載の本発明の特徴によ
れば、基板上に形成された絶縁膜中に金属元素を、前記
金属元素が前記基板まで進入しないように導入すること
により、導入された金属元素は前記絶縁膜中の、前記基
板に隣接した歪みが蓄積した領域に集中する。かかる構
造を高温でアニールすることにより、前記絶縁膜中に、
前記基板との界面に沿って、前記界面から略一定の高さ
に、大きさの揃ったナノメートルサイズの金属ナノクリ
スタルが、相互に離間して形成される。特に、前記金属
元素の導入をイオン注入法により行う場合、加速エネル
ギを、前記金属元素が前記基板まで到達しないような低
いエネルギに設定することで、アニール前における前記
絶縁膜中における金属元素の深さ方向への分布が改善さ
れ、所定の深さに金属元素を集中させることができる。
また、かかる絶縁膜を多層構造とすることにより、前記
基板から任意の距離に所望の金属ナノクリスタルを形成
することが可能になる。According to the features of the present invention, the metal element is introduced into the insulating film formed on the substrate so that the metal element does not enter the substrate. The introduced metal element concentrates in a region of the insulating film adjacent to the substrate where the strain is accumulated. By annealing such a structure at a high temperature, in the insulating film,
Along the interface with the substrate, uniform nanometer-sized metal nanocrystals are formed at a substantially constant height from the interface and spaced apart from each other. In particular, when the introduction of the metal element is performed by an ion implantation method, the acceleration energy is set to a low energy such that the metal element does not reach the substrate, so that the depth of the metal element in the insulating film before annealing is increased. The distribution in the vertical direction is improved, and the metal element can be concentrated at a predetermined depth.
Further, by forming such an insulating film into a multilayer structure, it is possible to form a desired metal nanocrystal at an arbitrary distance from the substrate.
【図1】(A),(B)は、単一電子装置の原理を説明
する図である。1A and 1B are diagrams illustrating the principle of a single electronic device.
【図2】本発明の原理を説明する図(その1)である。FIG. 2 is a diagram (part 1) for explaining the principle of the present invention;
【図3】本発明の原理を説明する図(その2)である。FIG. 3 is a diagram (part 2) for explaining the principle of the present invention;
【図4】本発明の原理を説明する図(その3)である。FIG. 4 is a diagram (part 3) for explaining the principle of the present invention;
【図5】本発明の原理を説明する図(その4)である。FIG. 5 is a diagram (part 4) for explaining the principle of the present invention;
【図6】(A)〜(D)は、本発明の第1実施例による
単一電子装置の製造工程を示す図(その1)である。FIGS. 6A to 6D are diagrams (part 1) illustrating a manufacturing process of the single electronic device according to the first embodiment of the present invention;
【図7】(E)〜H)は、本発明の第1実施例による単
一電子装置の製造工程を示す図(その2)である。FIGS. 7 (E) to 7 (H) are views (No. 2) showing the steps of manufacturing the single electronic device according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
【図8】(I),(J)は、本発明の第1実施例による
単一電子装置の製造工程を示す図(その3)である。FIGS. 8 (I) and (J) are views (No. 3) showing a step of manufacturing the single electronic device according to the first embodiment of the present invention;
【図9】本発明の第1実施例による単一電子トンネルダ
イオードの等価回路図を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit diagram of the single-electron tunnel diode according to the first embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第1実施例による単一電子トンネル
ダイオードの動作特性を示す図である。FIG. 10 is a graph showing operating characteristics of the single-electron tunnel diode according to the first embodiment of the present invention.
【図11】(A),(B)は、本発明の第2実施例によ
るSbナノクリスタルを示す図である。FIGS. 11A and 11B are views showing an Sb nanocrystal according to a second embodiment of the present invention.
【図12】(A),(B)は、本発明の第3実施例によ
る単一電子トランジスタの構成および動作を説明する図
である。FIGS. 12A and 12B are diagrams illustrating the configuration and operation of a single-electron transistor according to a third embodiment of the present invention.
【図13】図12(A)の単一電子トランジスタの構成
を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of the single-electron transistor of FIG.
【図14】本発明の第4実施例によるフラッシュメモリ
の構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a flash memory according to a fourth embodiment of the present invention.
【図15】(A)〜(C)は、本発明の第5実施例によ
る単一電子装置の製造工程を示す図(その1)である。FIGS. 15A to 15C are diagrams (part 1) illustrating manufacturing steps of a single electronic device according to a fifth embodiment of the present invention;
【図16】(D)は、本発明の第5実施例による単一電
子装置の製造工程を示す図(その2)である。FIG. 16D is a view (part 2) showing a step of manufacturing the single electronic device according to the fifth embodiment of the present invention;
【図17】本発明の第6実施例による単一電子装置を示
す図である。FIG. 17 is a view illustrating a single electronic device according to a sixth embodiment of the present invention;
10 基板 12 絶縁膜 14,56,66 金属ナノクリスタル 16,18 レジスト 16A レジストパターン 18A レジストパターン 20 フォトマスク 20A 開口部 22,24 露光領域 26 電極 30 単一電子トランジスタ 40 単一電子フラッシュメモリ 41 基板 41A,41B 拡散領域 41C チャネル領域 42 ゲート構造 42A,42B 側壁酸化膜 42C フローティングゲート構造 42D 制御電極 50,60 単一電子装置 52,62 第2の絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Insulating film 14,56,66 Metal nanocrystal 16,18 Resist 16A Resist pattern 18A Resist pattern 20 Photomask 20A Opening 22,24 Exposure area 26 Electrode 30 Single electron transistor 40 Single electron flash memory 41 Substrate 41A , 41B Diffusion region 41C Channel region 42 Gate structure 42A, 42B Side wall oxide film 42C Floating gate structure 42D Control electrode 50, 60 Single electronic device 52, 62 Second insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/792
Claims (23)
的に平行に形成された、ナノメートルサイズの径を有す
る複数の導電性粒子と、 前記絶縁膜上に形成された電極とよりなる単一電子装置
において、 前記複数の導電性粒子は互いに略等しい大きさを有し、
前記絶縁膜中で、実質的に同一平面上に配列しているこ
とを特徴とする単一電子装置。A conductive substrate; an insulating film formed on the conductive substrate; and a nanometer formed substantially parallel to an interface between the substrate and the insulating film in the insulating film. In a single electronic device including a plurality of conductive particles having a diameter of a size and an electrode formed on the insulating film, the plurality of conductive particles have substantially equal sizes,
A single electronic device characterized by being substantially coplanar in the insulating film.
中、前記基板に接した歪み蓄積領域に形成されることを
特徴とする請求項1記載の単一電子装置。2. The single electronic device according to claim 1, wherein the plurality of conductive particles are formed in a strain accumulation region in contact with the substrate in the insulating film.
ことを特徴とする請求項1または2記載の単一電子装
置。3. The single electronic device according to claim 1, wherein the conductive particles are nanocrystals.
り、前記絶縁膜はSiO2 膜またはSiN膜であること
を特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか一項記載の
単一電子装置。4. The single electron according to claim 1, wherein the conductive substrate is formed of a degenerated Si substrate, and the insulating film is a SiO 2 film or a SiN film. apparatus.
Au,Sn,Pt,In,SbおよびGaよりなる群か
ら選択される金属元素よりなることを特徴とする請求項
1〜4のうち、いずれか一項記載の単一電子装置。5. The conductive particles include Cu, Fe, Ag,
The single electronic device according to claim 1, comprising a metal element selected from the group consisting of Au, Sn, Pt, In, Sb, and Ga.
と静電結合するゲート電極を備え、前記単一電子装置は
単一電子トランジスタを構成することを特徴とする請求
項1〜5のうち、いずれか一項記載の単一電子装置。6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate electrode electrostatically coupled to the conductive particles and the substrate, wherein the single-electron device forms a single-electron transistor. A single electronic device according to any one of the preceding claims.
対向する側壁で画成されたゲート構造を形成し、前記単
一電子装置はさらに前記基板中に、前記一対の側壁の各
々に対応して拡散領域を含み、メモリ装置を構成するこ
とを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載
の単一電子装置。7. The insulating film and the electrode form a gate structure defined by a pair of opposing side walls, and the single electronic device further includes a gate structure corresponding to each of the pair of side walls in the substrate. The single electronic device according to claim 1, wherein the single electronic device includes a diffusion region to form a memory device.
縁膜とよりなり、前記複数の導電性粒子は、前記第1の
絶縁膜と第2の絶縁膜との界面近傍に形成されることを
特徴とうる請求項1〜7のうち、いずれか一項記載の単
一電子装置。8. The insulating film includes a first insulating film and a second insulating film, and the plurality of conductive particles are provided near an interface between the first insulating film and the second insulating film. The single electronic device according to claim 1, wherein the single electronic device can be formed.
異なった温度で形成される同一の組成の膜よりなること
を特徴とする請求項8記載の単一電子装置。9. The first insulating film and the second insulating film,
9. The single electronic device according to claim 8, comprising films of the same composition formed at different temperatures.
は、異なった組成を有することを特徴とする請求項8記
載の単一電子装置。10. The single electronic device according to claim 8, wherein the first insulating film has a different composition from that of the second insulating film.
素を導入するドーピング工程と、前記絶縁膜中に導入さ
れた前記金属元素を拡散させ、前記絶縁膜中に、前記絶
縁膜と前記基板との界面に沿って、ナノメートルサイズ
の相互に孤立した金属微粒子を析出させるアニール処理
工程とを含む、単一電子装置の製造方法において、 前記ドーピング工程は、前記絶縁膜中の前記金属元素の
濃度が、前記基板内および前記界面において実質的にゼ
ロになるように実行されることを特徴とする単一電子装
置の製造方法。11. A doping step of introducing a metal element into an insulating film formed on a substrate, and diffusing the metal element introduced into the insulating film, and forming the insulating film and the insulating film in the insulating film. An annealing step of precipitating nanometer-sized mutually isolated metal fine particles along the interface with the substrate, wherein the doping step is performed by the metal element in the insulating film. Is performed such that the concentration of is substantially zero in the substrate and at the interface.
を前記絶縁膜中に導入するイオン注入工程を含み、前記
イオン注入工程は、前記絶縁膜中の前記金属元素の濃度
が、前記基板内および前記界面において実質的にゼロに
なるような、また前記金属元素の深さ分布が鋭い極大を
有するような加速エネルギで実行されることを特徴とす
る請求項11記載の単一電子装置の製造方法。12. The doping step includes an ion implantation step of introducing the metal element into the insulating film. The ion implantation step includes the step of controlling the concentration of the metal element in the insulating film within the substrate and the concentration of the metal element in the insulating film. The method of manufacturing a single electronic device according to claim 11, wherein the method is performed at an acceleration energy such that the interface substantially becomes zero and a depth distribution of the metal element has a sharp maximum.
縁膜はSiO2 よりなることを特徴とする請求項11ま
たは12記載の単一電子装置の製造方法。13. The method for manufacturing a single electronic device according to claim 11, wherein said substrate is made of a Si substrate, and said insulating film is made of SiO 2 .
Au,Sn,Pt,In,SbおよびGaよりなる群か
ら選択されることを特徴とする請求項11〜13のう
ち、いずれか一項記載の単一電子装置の製造方法。14. The metal element may be Cu, Fe, Ag,
14. The method for manufacturing a single electronic device according to claim 11, wherein the method is selected from the group consisting of Au, Sn, Pt, In, Sb, and Ga.
ン注入工程は、加速エネルギを約20keV以下に設定
して実行されることを特徴とする請求項12記載の単一
電子装置の製造方法。15. The method according to claim 12, wherein the metal element is Sn, and the ion implantation step is performed by setting an acceleration energy to about 20 keV or less.
ン注入工程は、Sbを約1×1013cm-2以上のドーズ
で前記絶縁膜中に導入することを特徴とする請求項12
記載の単一電子装置の製造方法。16. The method according to claim 12, wherein the metal element is Sb, and the ion implantation step introduces Sb into the insulating film at a dose of about 1 × 10 13 cm −2 or more.
A method for manufacturing the single electronic device according to the above.
1016cm-2以上のドーズで前記絶縁膜中に導入するこ
とを特徴とする請求項16記載の単一電子装置の製造方
法。17. The method according to claim 17, wherein in the ion implantation step, Sb is reduced to about 1 ×.
17. The method for manufacturing a single electronic device according to claim 16, wherein the doping is performed at a dose of 10 16 cm -2 or more into the insulating film.
1×1017cm-2以上のドーズで前記絶縁膜中に導入す
ることを特徴とする請求項16記載の単一電子装置の製
造方法。18. The method according to claim 16, wherein in the ion implantation step, the Sb is introduced into the insulating film at a dose of about 1 × 10 17 cm −2 or more. .
上の温度で実行されることを特徴とする請求項11〜1
8のうち、いずれか一項記載の単一電子装置の製造方
法。19. The method according to claim 11, wherein the annealing is performed at a temperature of about 400 ° C. or higher.
8. The method for manufacturing a single electronic device according to claim 8.
第2の絶縁膜とよりなり、前記ドーピング工程は、前記
金属元素が前記第1の絶縁膜と第2の絶縁膜との間の界
面近傍に濃集するように実行されることを特徴とする請
求項11〜19のうち、いずれか一項記載の単一電子装
置の製造方法。20. The insulating film comprises a first insulating film and a second insulating film thereon, and the doping step includes the step of: The method of manufacturing a single electronic device according to any one of claims 11 to 19, wherein the method is performed so as to concentrate near an interface between them.
とは、それぞれ異なった温度で形成されることを特徴と
する請求項20記載の単一電子装置の製造方法。21. The method according to claim 20, wherein the first insulating film and the second insulating film are formed at different temperatures.
とは、それぞれ異なった組成を有することを特徴とする
請求項20記載の単一電子装置の製造方法。22. The method according to claim 20, wherein the first insulating film and the second insulating film have different compositions.
して斜めに実行されることを特徴とする請求項12〜2
2のうち、いずれか一項記載の単一電子装置の製造方
法。23. The substrate according to claim 12, wherein the ion implantation is performed obliquely with respect to the substrate.
3. The method of manufacturing a single electronic device according to claim 2, wherein
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