KR20020090068A - Method of manufacturing a silicon-based single electron transistor logic device. - Google Patents

Method of manufacturing a silicon-based single electron transistor logic device. Download PDF

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최중범
박규술
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최중범
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Abstract

PURPOSE: A Method of manufacturing a silicon-based single electron transistor logic device is provided to form simultaneously a multiple quantum point and a side gate on the same plane by using an electron beam etch method and a thermal oxidation deposition method. CONSTITUTION: An SOI substrate is prepared on a silicon substrate. A semiconductor layer is formed on the SOI substrate. The first photoresist pattern is formed between the semiconductor layers. The semiconductor layer is etched by using the photoresist pattern. An active region forming a source and a drain and channels is defined. The first photoresist pattern is removed. An electron beam resist pattern is formed on the active region by using an electron beam. The channel layers and side gates are formed by etching the active region. The electron beam resist pattern is removed. A gate oxide layer(30) is formed by performing a thermal oxidation process. The thickness of the channel layers is reduced by the thermal oxidation process. A photoresist is coated on a whole surface of the substrate. A photoresist pattern is formed by performing an exposure process. The side gates are doped and a source and a drain are formed by implanting dopants into the active region. A source and a drain pad(50A',50B') and a side gate pad are formed by removing the photoresist pattern. A control gate and a pad(60A,60A') are formed by coating a photoresist, forming a photoresist pattern, depositing a metal layer thereon, and removing the photoresist.

Description

실리콘 단전자 논리 소자의 제작방법 {Method of manufacturing a silicon-based single electron transistor logic device.}Method of manufacturing a silicon-based single electron transistor logic device

본 발명은 단전자 논리 소자의 제작 방법에 관한 것으로, 특히 전자빔 노광과 열 산화막을 통한 다중 양자점과 측면 게이트의 동시 형성을 이용한 단전자 논리 소자의 제작 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a single electron logic device, and more particularly, to a method for manufacturing a single electron logic device using simultaneous formation of multiple quantum dots and side gates through electron beam exposure and a thermal oxide film.

단전자 논리 소자는 쿨롱블락케이드(Coulomb blockade) 효과에 의해 하나의 전자를 전극으로 더하거나 전극으로부터 감하는 것이 가능한 단전자 소자(single-electron transistor: SET)를 기존의 상보형 금속 산화막 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor: CMOS) 논리 회로의 전계 효과 트랜지스터(FET) 대신에 사용한 것으로 전압 상태(voltage-state)를 로직 레벨로 사용하는 소위 상보형 금속 산화막 반도체 형태의 단전자 트랜지스터 논리 소자(CMOS-type SET Logic device)가 대표적이다.The single-electron logic element is a complementary metal oxide semiconductor (Complementary metal) of a single-electron transistor (SET) that can add or subtract one electron to the electrode by the Coulomb blockade effect -oxide-semiconductor (CMOS) type of single-electron transistor logic element in the form of a complementary metal oxide semiconductor that uses a voltage-state at the logic level instead of the field-effect transistor (FET) in a logic circuit. SET Logic device) is typical.

상기한 종래의 단전자 논리 소자는 도시되지는 않았지만 두가지 형태로서, 기존의 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)위에 절연 산화막을 적층 하고 채널층에 양자점을 형성하기 위해 채널과 직교한 세선 형태의 금속 게이트를 제작하는 이중 게이트(dual gate)를 갖는 SET를 단위소자로 사용하거나 양자점과터널 접합의 크기가 이미 정해져 있는 단일 양자점 형태의 SET를 단위 소자로 사용하는 경우이다. 그러나 이와 같은 단전자 단위 소자들을 이용하여 논리 소자를 만들 경우에는, 첫째 이중게이트 단전자 소자를 사용하는 경우 적층 공정이 매우 복잡하고 불안정하며, 둘째 단일 양자점 SET사용의 경우 쿨롱블락케이드 불완전성, 작은 전압이득, cotunneling에 의한 소비전압 증가, 등 논리 소자로서의 기능 효율성 저하라는 단점이 있다.The conventional single-electron logic device described above is not shown, but in two forms, a thin wire-shaped metal orthogonal to the channel for stacking an insulating oxide film on a conventional metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and forming a quantum dot in the channel layer. In this case, a SET having a dual gate for manufacturing a gate is used as a unit device, or a SET having a single quantum dot type in which the size of a quantum dot and tunnel junction is already defined is used as a unit device. However, in the case of making a logic device using such single-electron unit devices, first, the lamination process is very complicated and unstable when using a double gate single-electron device, and second, when using a single quantum dot SET, Coulomb blockade imperfection, There are disadvantages such as voltage gain, increased power consumption by cotunneling, and reduced efficiency of functions as logic devices.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 , 전자빔 식각 과 열 산화 적층을 이용하여 다중 양자점과 측면 게이트를 동시에 동일평면상에 용이하게 형성함으로서 단전자 논리 소자의 기능, 특히 쿨롱블락케이드 안전성 및 전압이득 향상과, 소비전력을 감소시키고 제작공정을 단순화 시켜 제조 비용을 감소시킬 수 있는 단전자 논리 소자의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems, by using a multi-quantum dot and side gates easily formed on the same plane at the same time by using electron beam etching and thermal oxidation lamination, the function of the single-electron logic device, especially Coulomb blockade It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a single-electronic logic device that can reduce the manufacturing cost by improving the safety and voltage gain, and reducing power consumption and simplifying the manufacturing process.

도 1a내지 도 1f는 본 발명의 실시 예에 따른 단전자 논리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도.1A to 1F are plan views illustrating a method of manufacturing a single electron logic device according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 단전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도로서,2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a single electronic device according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 도 1a의 2A-2A' 선에 따른 단면도이고,FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line 2A-2A 'of FIG. 1A,

도 2b는 도1c의 2B-2B' 선에 따른 단면도이고,FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line 2B-2B 'of FIG. 1C;

도 2c는 도 1d의 2C-2C' 선에 따른 단면도이고,FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line 2C-2C 'of FIG. 1D,

도 2d는 도 1e의 2D-2D'선에 따른 단면도이다.FIG. 2D is a cross-sectional view taken along line 2D-2D ′ of FIG. 1E.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

10 : SOI기판 11 : 반도체 기판10: SOI substrate 11: semiconductor substrate

12 : 산화막 20 : 반도체층 및 액티브 영역12 oxide film 20 semiconductor layer and active region

20A, 20B : 측면 게이트 20C : 양자점20A, 20B: side gate 20C: quantum dot

20D : 터널링 접합부(장벽) 30 : 게이트 산화막20D: tunneling junction (barrier) 30: gate oxide film

40 : 도핑 마스크용 포토레지스트 패턴40 photoresist pattern for doping mask

50A, 50B : 소오스, 드레인 50A', 50B' : 소오스, 드레인 패드50A, 50B: source, drain 50A ', 50B': source, drain pad

60A : 콘트롤 게이트 60A', 60B' : 게이트 패드60A: Control Gate 60A ', 60B': Gate Pad

60A1 : 콘트롤(입력) 게이트 60B1 : 콘트롤(입력) 게이트60A1: Control (Input) Gate 60B1: Control (Input) Gate

70 : 출력 단자70: output terminal

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라, 먼저 SOI 기판에 반도체 층을 형성하고, 반도체 층을 식각 하여 소오스 및 드레인과 이들을 연결하는 양자점과 측면 게이트가 형성될 액티브 영역을 정의한다. 그런 다음 액티브 영역을 전자빔 노광 후 식각 하여 서브마이크론 이하의 크기를 갖는 양자점 과 터널 장벽으로 쓰이는 접합 부분 및 측면 게이트를 동시에 형성하고, 기판 전면에 게이트 산화막을 형성한 후, 채널로 쓰이는 양자점 영역을 가릴 수 있을 만 큼의 크기로 포토레지스트 마스킹 패턴을 게이트 산화막 상부에 형성한다. 그리고 나서,측면 게이트 및 포토레지스트 마스킹 패턴 양측의 액티브 영역으로 불순물을 이온 주입 하여 측면 게이트를 도핑 시킴과 동시에 소오스 및 드레인 영역을 형성하고, 그런 다음 게이트 산화 막을 소오스 및 드레인 과 측면 게이트의 일부가 노출 되도록 광 노출 및 식각 하여 제 1 내지 제 4 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 마스킹 패턴막을 남겨두고, 제 1 내지 제 4 콘택홀에 매립 되도록 포토레지스트 마스킹 패턴 막 상부에 금속 막을 증착 한 후 아세톤 등의 용매제를 이용하여 포토레지스트 마스킹 패턴 막을 제거함으로서 소오스, 드레인 및 측면 게이트 금속 패드를 각각 형성한다. 그리고 나서 포토레지스트를 기판 전면에 도포하고 노광 하여 콘트롤 게이트형성을 위한 포토레지스트 마스킹 패턴 막을 남겨두고 패턴 막 상부에 금속 막을 증착 한 후 포토레지스트 마스킹 패턴 모양대로 금속 막이 증착 된 부분 외의 나머지 포토레지스트 부분을 제거하여 금속 콘트롤 게이트를 형성한다.In order to achieve the above object of the present invention, according to the present invention, a semiconductor layer is first formed on an SOI substrate, and the semiconductor layer is etched to define an active region in which a source and a drain, a quantum dot connecting them and a side gate are to be formed. . Then, the active region is etched after the electron beam exposure to form a quantum dot having a submicron size or less, a junction portion and a side gate used as a tunnel barrier are simultaneously formed, a gate oxide film is formed on the entire surface of the substrate, and then the quantum dot region used as a channel is covered. A photoresist masking pattern is formed on the gate oxide layer as large as possible. Then, impurities are implanted into the active regions on both sides of the side gate and the photoresist masking pattern to dope the side gates to simultaneously form the source and drain regions, and then expose the gate oxide film to expose portions of the source and drain and side gates. After exposure and etching, the photoresist masking pattern layer for forming the first to fourth contact holes is left, and a metal film is deposited on the photoresist masking pattern layer to be filled in the first to fourth contact holes, and then a solvent such as acetone is used. The source, drain, and side gate metal pads are respectively formed by removing the photoresist masking pattern film using an agent. Then, the photoresist is applied to the entire surface of the substrate and exposed, leaving a photoresist masking pattern film for forming a control gate, and depositing a metal film on the pattern film, and then resting the remaining photoresist portions other than the metal film deposited in the shape of the photoresist masking pattern. To form a metal control gate.

본 발명에서는, 양자점 과 접합 부분 및 측면 게이트는 액티브 영역 상에 전자빔을 이용하여 형성 예정 영역에 전자빔레지스트 패턴을 형성하고, 전자빔레지스트 패턴을 이용하여 액티브 영역을 건식 식각으로 식각 한 후, 전자빔레지스트 패턴을 제거하여 형성한다.In the present invention, the quantum dot, the junction portion, and the side gate form an electron beam resist pattern on a region to be formed by using an electron beam on the active region, and dryly etch the active region by using an electron beam resist pattern, followed by an electron beam resist pattern. Remove it to form.

또한, 게이트 산화막은 열 산화 공정으로 100 내지 200nm의 두께로 형성한다.In addition, the gate oxide film is formed in a thickness of 100 to 200 nm by a thermal oxidation process.

또한, 금속 게이트 두께는 열 증착 공정으로 100 내지 200nm의 두께로 형성한다. 전자빔 레지스트로서 PMMA를 사용한다.In addition, the metal gate thickness is formed to a thickness of 100 to 200nm by the thermal deposition process. PMMA is used as the electron beam resist.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a내지 도 1f및 도 2a내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 단전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.1A to 1F and 2A to 2D are plan and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a single electronic device according to an exemplary embodiment of the present invention.

여기서, 도 2a는 도 1a의 2A-2A' 선에 따른 단면도이고, 도 2b는 도1c의 2B-2B' 선에 따른 단면도이고, 도 2c는 도 1d의 2C-2C' 선에 따른 단면도이고, 도 2d는 도 1e의 2D-2D'선에 따른 단면도이다.2A is a cross-sectional view taken along the line 2A-2A 'of FIG. 1A, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line 2B-2B' of FIG. 1C, FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line 2C-2C 'of FIG. 1D, FIG. 2D is a cross-sectional view taken along line 2D-2D ′ of FIG. 1E.

먼저, 도 1a 및 도 1e와 도 2a 내지 도 2d 는 상기한 단전자 논리 소자의 단위 소자인 한쪽의 단전자 소자의 제작 과정이고, 도 1f 는 다른 쪽의 단전자 소자를 포함한 완성된 단전자 논리소자의 모양으로서 두개의 대칭 되는 단전자 소자는 상기한 전 제작 공정에서 동시에 같은 제작 공정을 거치므로, 본 실시 예에서는 한쪽의 단전자 단위 소자의 제작 공정만을 도시 예로 삼았다.First, FIGS. 1A and 1E and FIGS. 2A to 2D show a manufacturing process of one single-electron device which is a unit device of the single-electron logic device, and FIG. 1F shows a completed single-electron logic including the other single-electron device. Since the two symmetrical single-electron devices as the shape of the device go through the same fabrication process at the same time in the above-described fabrication process, only the fabrication process of one single-electron unit device is illustrated as an example.

도 1a 및 도 2a를 참조하면, 실리콘과 같은 반도체 기판(11)상에 산화막(12)이 적층 된 구조의 SOI기판(10)을 준비하고, SOI기판(10)상에 반도체 층을 형성한다. 바람직하게, 산화막(12)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지고, 반도체층은 실리콘으로 이루어진다.1A and 2A, an SOI substrate 10 having a structure in which an oxide film 12 is stacked on a semiconductor substrate 11 such as silicon is prepared, and a semiconductor layer is formed on the SOI substrate 10. Preferably, the oxide film 12 is made of a silicon oxide film (SiO 2 ), and the semiconductor layer is made of silicon.

그런 다음, 포토리소그래피로 상기 반도체층 사이에 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 반도체 층을 식각하고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 이후 형성될 소오스 및 드레인과 이들을 연결하는 채널(양자점(20C)과 터널링 접합부(20D))이 형성될 액티브(20) 영역을 정의한다. 바람직하게, 상기 식각은 건식 또는 습식 식각으로 진행한다. 그리고 나서,공지된 방법으로 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거한다.Then, a first photoresist pattern (not shown) is formed between the semiconductor layers by photolithography, the semiconductor layer is etched using the photoresist pattern, and as shown in FIG. 2A, a source to be subsequently formed. And an active region 20 in which drains and channels connecting them (quantum dots 20C and tunneling junctions 20D) are to be formed. Preferably, the etching proceeds to dry or wet etching. Then, the first photoresist pattern is removed by a known method.

도 1b를 참조하면, 액티브 영역(20) 상에 전자빔(E-beam)을 이용하여 상기 채널 예정영역에서 서브 마이크론 크기를 갖는 전자빔레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 여기서, 상기 전자빔레지스트 패턴은 PMMA를 이용하여 형성한다. 그런 다음, 상기 전자빔레지스트 패턴을 이용하여 액티브 영역(20)을 식각 하여 상기한 서브 마이크론 이하의 크기를 갖는 채널층(양자점(20C)과 터널링 접합부(20D)) 및 측면 게이트(20A, 20C)를 형성한다. 바람직하게 식각은 건식 식각으로 진행한다. 그후 공지된 방법으로 상기 전자빔레지스트 패턴을 제거한다. 도 1c 및 1d를 참조하면 상기한 기판 전면에 실리콘 산화막으로 이루어진 게이트 산화막(30)을 형성한다. 바람직하게 게이트 산화막(30)은 열 산화 공정을 이용하여 100nm 내지 200nm 더욱 바람직하게 100nm이하의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 1B, an electron beam resist pattern (not shown) having a submicron size is formed in the channel predetermined region by using an electron beam (E-beam) on the active region 20. Here, the electron beam resist pattern is formed using PMMA. Then, the active region 20 is etched using the electron beam resist pattern to form a channel layer (quantum dot 20C and tunneling junction 20D) and side gates 20A and 20C having a size of the submicron or less. Form. Preferably the etching proceeds to dry etching. The electron beam resist pattern is then removed by known methods. 1C and 1D, a gate oxide film 30 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the substrate. Preferably, the gate oxide film 30 is formed to a thickness of 100 nm to 200 nm, more preferably 100 nm or less using a thermal oxidation process.

도 1c를 참조하면 열 산화 공정을 통한 게이트 산화막의 적층으로 인하여 채널층(양자점(20C)과 터널링 접합부(20D))이 스트레스 누적으로 인한 패독스(Pattern Dependent Oxidation) 현상으로 인하여 더욱 줄어들게 된다.Referring to FIG. 1C, the channel layer (quantum dot 20C and the tunneling junction 20D) is further reduced due to a stress dependent phenomenon due to stacking of the gate oxide layer through the thermal oxidation process.

점선으로 표시된 채널층(30A)은 열산화 공정 이전의 채널층의 모습이고 20D과 20C은 패독스(PADOX) 현상에 따른 줄어든 양자점과 터널링 접합부의 모습이다.The channel layer 30A indicated by the dotted line is the channel layer before the thermal oxidation process, and 20D and 20C are the reduced quantum dot and tunneling junctions due to the PADOX phenomenon.

도 1d 및 도 2c를 참조하면 상기한 기판 전면에 포토레지스트를 도포 한 후 노광 하여 포토레지스트 패턴(40)을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 측면게이트(20A와 20B)와 상기 포토레지스트 패턴 양측의 액티브 영역(20)으로 불순물 이온을 주입하여, 측면게이트(20A와 20B)를 도핑시킴과 동시에 소오스및 드레인(50A, 50B)를 형성 한 후, 공지된 방법으로 포토레지스트 패턴을 제거한다.1D and 2C, after the photoresist is applied to the entire surface of the substrate, the photoresist pattern 40 is formed by exposure, and the side gates 20A and 20B and the photoresist pattern are formed using the photoresist pattern as a mask. Impurity ions are implanted into both active regions 20 to dope the side gates 20A and 20B, and simultaneously form the source and drain 50A and 50B, and then remove the photoresist pattern by a known method.

도 1e 및 2d를 참조하면 포토리소그래피로 게이트 산화막(30) 상부에 제2 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트를 이용하여 소오스 및 드레인(50A, 50B) 및 측면게이트(20A와 20B)의 일부가 노출되도록 게이트 산화막(30)을 식각 하여 제1내지 제4 콘택층을 형성한다. 바람직하게 식각은 습식식각으로 진행한다. 그리고 나서 상기 제1내지 제4 콘택홀에 매립되도록 게이트 산화막(30)상부에 금속 막으로서 알루미늄 막을 증착 한 후 공지된 방법으로 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 소오스 및 드레인(50A, 50B)과 접촉하는 소오스 및 드레인 패드(50A', 50B')와 측면게이트 패드(미도시)를 각각 형성한다.1E and 2D, a second photoresist pattern (not shown) is formed on the gate oxide layer 30 by photolithography, and the source and drain 50A, 50B and side gates 20A are formed using the photoresist. The gate oxide layer 30 is etched to expose a portion of 20B to form first to fourth contact layers. Preferably the etching proceeds by wet etching. Then, an aluminum film is deposited as a metal film on the gate oxide film 30 so as to be buried in the first to fourth contact holes, and the photoresist pattern is removed by a known method to contact the source and drain 50A and 50B. Source and drain pads 50A 'and 50B' and side gate pads (not shown) are formed, respectively.

그런 다음 상기 기판 전면에 포토레지스트를 도포 하여 제3 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴에 매립되게 금속막을 증착하고, 공지된 방법으로 포토레지스트를 제거하여 콘트롤 게이트 및 패드(60A, 60A')를 동시에 형성한다. 바람직하게 콘트롤 게이트의 금속으로는 알루미늄을 사용한다.Then, a photoresist is applied on the entire surface of the substrate to form a third photoresist pattern (not shown), a metal film is deposited to be embedded in the photoresist pattern, and the photoresist is removed by a known method to control the gate and pad 60A. , 60A ') at the same time. Preferably, aluminum is used as the metal of the control gate.

상기한 제작 공정은 단전자 논리소자를 구성하는 단위 단전자 소자를 예시한 것이지만 실제적으로 모든 각각의 제작 공정은 상보(complementary)형태의 단전자 논리소자의 각각의 단위 단전자 소자에 공통되게 동시에 적용되므로 도1f에서는 상기한 단위 단전자 소자 제작공정에 따라 완성된 단전자 논리소자의 평면도를 도시하였다.The manufacturing process described above illustrates a unit single electron device constituting the single electron logic device, but practically all of the manufacturing processes are simultaneously applied to each unit single electron device of the complementary single electron logic device simultaneously. Therefore, FIG. 1F illustrates a plan view of the single-electron logic device completed according to the above-described single unit electronic device manufacturing process.

도1f를 참조하면 소오스와 드레인 패드(50A', 50B')사이에 콘트롤 게이트 패드(60A') 및 점선으로 표시된 콘트롤 게이트(60A1)로 구성된 단전자 단위소자와 콘트롤 게이트 패드(60B') 및 점선으로 표시된 콘트롤 게이트(60B1)로 구성된 단전자 단위소자 사이에 출력 단자(70)가 도시되어 있다. 각각의 단전자 소자의 게이트는 입력 단자로서 한쪽의 단전자 소자의 게이트에 전압을 인가하고 다른 쪽의 단전자 소자의 게이트에 전압을 인가하지 않으면 저항이 매우 켜져 출력 전압의 위상은 반대로 나타나게 되므로 상기한 단전자 논리소자는 상보(complementary)형태의 인버터(inverter) 논리소자가 된다. 상기한 단전자 소자는 각각의 게이트(60A1, 60B1)에 인가되는 전압에 따라 양자점(QD)의 전위가 변화되어 소오스에서 전자가 양자점을 통하여 터널링에 의해 드레인으로 이동한다.Referring to FIG. 1F, a single electron unit element consisting of a control gate pad 60A 'and a control gate 60A1 indicated by a dotted line between the source and drain pads 50A' and 50B 'and a control gate pad 60B' and a dotted line An output terminal 70 is shown between the single electron unit elements composed of the control gate 60B1. Since the gate of each single-electron element is an input terminal, when a voltage is applied to the gate of one single-electron element and no voltage is applied to the gate of the other single-electron element, the resistance is very turned on, and the phase of the output voltage is reversed. One single-electron logic element becomes an inverter logic element of complementary type. In the single-electron device, the potential of the quantum dot QD is changed according to the voltage applied to each of the gates 60A1 and 60B1 so that electrons in the source move to the drain by tunneling through the quantum dot.

상기한 본 발명에 의하면, 종래와 같이 이중 게이트를 형성하지 않고 양자점과 터널링 장벽을 용이하게 형성 할 수 있다. 또한 종래의 고정식 터널링 장벽과 양자점 형성 방식과는 다르게 양자점의 크기 및 인접 효과를 조절할 수 있으며, 패독스(PADOX) 공정을 게이트 산화막 적층과 동시에 수행하여 양자점과 터널링 장벽을 더욱 작게 함으로서 소자의 동작 온도를 향상시킬 수가 있다. 이에 따라 상보(complementary) 형태의 단전자 논리소자 제작시 공정의 단순화를 통한 제조비용 감소 및 구동 제어 향상과 소자의 동작온도 향상을 이룰 수 있다. 또한 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내 에서 다양하게 변형 시켜 실시 할 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to easily form a quantum dot and a tunneling barrier without forming a double gate as in the prior art. Unlike the conventional fixed tunneling barrier and quantum dot formation method, the size and adjacent effect of the quantum dot can be controlled, and the operating temperature of the device is made smaller by performing the PADOX process simultaneously with the gate oxide layer deposition. Can be improved. As a result, the manufacturing cost, driving control, and operating temperature of the device may be improved by simplifying the process of manufacturing a complementary single-electron logic device. In addition, the present invention is not limited to the above embodiments and can be carried out in various modifications without departing from the technical gist of the present invention.

Claims (3)

다중 양자점과 측면게이트를 갖는 단전자 소자를 단전자 논리 소자의 단위 소자로 사용하는 특징을 갖는 논리 소자의 제작 방법.A method of fabricating a logic device having the feature of using a single electron device having multiple quantum dots and side gates as a unit device of a single electron logic device. 단전자 논리소자의 구성 소자인 다중 양자점을 갖는 단전자 소자의 제작방법에 있어 전자빔 노광 패턴과 건식식각을 이용해 다중 양자점과 측면 게이트의 동시 형성을 시키는 것을 특징으로 하는 논리 소자의 제작 방법.A method of fabricating a single-electron device having multiple quantum dots, which is a constituent element of a single-electron logic device, wherein the formation of multiple quantum dots and side gates is performed simultaneously by using an electron beam exposure pattern and dry etching. SOI 기판 상에 반도체 층을 형성하는 단계;Forming a semiconductor layer on the SOI substrate; 상기 반도체 층을 식각 하여 소오스 및 드레인과 이들을 연결하는 채널이 형성될 액티브 영역을 정의하는 단계;Etching the semiconductor layer to define an active region in which a source and a drain and a channel connecting them are formed; 상기 액티브 영역에 서브마이크론 이하의 크기를 갖는 양자점 및 터널링 장벽과 측면게이트를 동시에 형성하는 단계;Simultaneously forming a quantum dot, a tunneling barrier, and a side gate having a submicron size in the active region; 상기 기판 전면에 게이트 산화막을 형성하는 단계;Forming a gate oxide film on the entire surface of the substrate; 상기 채널층에 포토레지스트를 마스크로 하여 도핑 시킴으로서 소오스, 드레인을 형성하는 것과 동시에 측면게이트를 형성시키는 단계;Forming a side gate at the same time as forming a source and a drain by doping with a photoresist as a mask on the channel layer; 상기 게이트 산화막에 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 소오스 및 드레인과 측면 게이트 일부가 노출되도록 식각 하여 제1 내지 제4 콘택홀을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the gate oxide layer and etching the source, drain and side gate portions to form first to fourth contact holes; 상기 제1 내지 제4 콘택홀에 매립되도록 금속 막을 증착 하고 상기 포토레지스트를 제거하여 소오스, 드레인 및 측면게이트 패드를 각각 형성하는 단계;Depositing a metal film to fill the first to fourth contact holes and removing the photoresist to form source, drain, and side gate pads, respectively; 상기 기판 전면에 포토레지스트 패턴을 형성하고 금속 막을 증착 한 후 상기 포토레지스트를 제거하여 콘트롤 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 다중 양자점을 갖는 단전자 트랜지스터를 이용한 논리 소자의 제작방법.Forming a control gate by removing the photoresist after forming a photoresist pattern and depositing a metal film on the entire surface of the substrate.
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