Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JPH09191104A - Single electronic element - Google Patents

Single electronic element

Info

Publication number
JPH09191104A
JPH09191104A JP219096A JP219096A JPH09191104A JP H09191104 A JPH09191104 A JP H09191104A JP 219096 A JP219096 A JP 219096A JP 219096 A JP219096 A JP 219096A JP H09191104 A JPH09191104 A JP H09191104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
several
thin wire
drain
groove
width
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
JP219096A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2904090B2 (en
Inventor
Hisao Kawaura
久雄 川浦
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP219096A priority Critical patent/JP2904090B2/en
Publication of JPH09191104A publication Critical patent/JPH09191104A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2904090B2 publication Critical patent/JP2904090B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enclose carriers in quantum dots even at a high temperature by forming tunnel barriers having narrow widths and large energy barriers in the top cover of a V-groove. SOLUTION: A source 106 and a drain 107 exist at the end section of a thin silicon wire 100 and a gate 108 exists on the silicon wire 100 with an insulating film 104 in between. Two V-grooves 105 are formed at the central part of the top cover of the silicon wire 100 so that the wire 100 cannot be cut by the grooves 105. An inverted layer in the small area between the grooves 105 becomes a quantum dot structure between potential barriers. The grooves 105 have sharp shapes at their bottom sections and, since the potential barriers formed in the bottom sections have small widths, electrons supplied from the source 106 can tunnel to the quantum dot structure. In addition, the electrons injected into quantum dots can tunnel to the drain 107 side.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は単一電子素子に係
り、特に電子1個の移動により動作する単一電子素子に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single electronic device, and more particularly to a single electronic device that operates by moving one electron.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より高温動作可能で、制御された微
細構造を持つ単一電子素子が知られている(Y.Takahash
i et.al,IEDM Technical Digest,p.938,1994)。図6は
この文献に記載された従来の単一電子素子の一例の構成
図を示し、同図(a)は上面図、同図(b)は図6
(a)のA−A’線断面図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a single electronic device capable of operating at a high temperature and having a controlled microstructure is known (Y. Takahash
i et.al, IEDM Technical Digest, p. 938, 1994). FIG. 6 shows a configuration diagram of an example of a conventional single-electron element described in this document. FIG. 6 (a) is a top view and FIG. 6 (b) is FIG.
FIG. 3A is a sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【0003】同図(a)及び(b)に示すように、この
従来の単一電子素子を製造するには、まず、半導体基板
605の上に絶縁膜604が形成され、更にその上に単
結晶のシリコン膜が形成された、厚さ30nmのSOI
基板を用いて、ソース601とドレイン603を公知の
方法で形成後、これらソース601及びドレイン603
と、ソース601とドレイン603間の長さ50nm、
幅30nmの細線をプラズマエッチングを用いて加工し
た後に熱酸化を行う。この熱酸化は細線中央部に対し細
線端の幅を細くするためと、後に形成するゲート602
と細線との間でのショートを防止するために行う。
As shown in FIGS. 1A and 1B, in order to manufacture this conventional single electronic device, first, an insulating film 604 is formed on a semiconductor substrate 605, and a single film is further formed thereon. 30nm thick SOI with crystalline silicon film
After forming the source 601 and the drain 603 by a known method using the substrate, the source 601 and the drain 603 are formed.
And a length of 50 nm between the source 601 and the drain 603,
Thermal processing is performed after processing a thin wire having a width of 30 nm by using plasma etching. This thermal oxidation is for narrowing the width of the thin wire end with respect to the central portion of the thin wire and for the gate 602 formed later
This is done to prevent short circuit between the wire and the thin wire.

【0004】この熱酸化によりソース601とドレイン
603間の細線部中央は、図6(a)、(b)に606
で示すように熱酸化時の体積膨張に伴うストレスのた
め、酸化速度が小さく、細線は中央が幅方向及び厚さ方
向にそれぞれ膨らんだ形状となる。その後、公知の方法
により絶縁膜604を介してゲート602が形成され
る。
Due to this thermal oxidation, the center of the thin line portion between the source 601 and the drain 603 is 606 in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
As shown by, due to the stress associated with the volume expansion during the thermal oxidation, the oxidation rate is small, and the thin wire has a shape in which the center swells in the width direction and the thickness direction, respectively. After that, the gate 602 is formed through the insulating film 604 by a known method.

【0005】この構造において、ゲート602に電圧を
印加して細線に反転層を誘起する場合、細線中央部60
6に比べ細線端の方が酸化膜厚が厚いため、しきい値電
圧が大きくなる。また細線中央部606に比べ細線瑞の
方が細線幅が細くピンチオフしやすい。このため、細線
端は電位バリアとして働き、細線中央部606に量子ド
ットが形成されることとなる。この量子ドットのサイズ
は数十nm程度と小さいため、静電エネルギーは比較的
大きく、室温においてもクーロン振動が観測される。
In this structure, when a voltage is applied to the gate 602 to induce an inversion layer in the thin wire, the thin wire central portion 60
Since the oxide film thickness is thicker at the thin wire end than in No. 6, the threshold voltage becomes larger. In addition, the fine wire has a smaller fine line width and is more likely to be pinched off than the fine line central portion 606. Therefore, the end of the thin line acts as a potential barrier, and a quantum dot is formed in the central part 606 of the thin line. Since the size of this quantum dot is as small as several tens of nm, electrostatic energy is relatively large, and Coulomb oscillation is observed even at room temperature.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の単一電子
素子では、熱酸化に伴うストレスを利用して細線中央部
606に対し細線端の幅を細くすることで、この領域に
電位バリアを形成していた。しかしながら、この領域は
数10nm以上の広がりを持ち電位バリア幅が広いた
め、バリア高さが低くないとバリア中のトンネリングが
不可能であった。このため、電荷の量子ドット中への閉
じこめが不完全となり、高温におけるデバイス動作が困
難になってしまうという問題があった。
In the conventional single-electron device described above, the width of the thin wire end is narrowed with respect to the thin wire central portion 606 by utilizing the stress associated with the thermal oxidation, so that the potential barrier is provided in this region. Had formed. However, since this region has a spread of several tens of nm or more and a wide potential barrier width, tunneling in the barrier was impossible unless the barrier height was low. For this reason, there is a problem in that the trapping of charges in the quantum dots is incomplete, which makes it difficult to operate the device at high temperatures.

【0007】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
高温動作及び微細化可能な単一電子素子を提供すること
を目的とする。
[0007] The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a single electronic device capable of high temperature operation and miniaturization.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の単一電子素子
は、上記の目的を達成するため、第1の絶縁体層上に半
導体層が存在し、半導体層を披覆するように第2の絶縁
体層が存在し、第2の絶縁体層上にゲートが形成される
と共に、半導体層にドレイン及びソースが形成されてい
る単一電子素子において、半導体層が中央部に複数個所
のV溝を有する細線状に加工され、そのV溝部分におい
て細線の幅及び厚さのうち少なくとも一方が周辺部分よ
りも小さくなっている構造としたものである。
In order to achieve the above object, a single electronic device of the present invention has a semiconductor layer on a first insulator layer and a second semiconductor layer overlying the semiconductor layer. In the single-electron device in which the semiconductor layer is present, the gate is formed on the second insulating layer, and the drain and the source are formed in the semiconductor layer, the semiconductor layer has a plurality of V The structure is such that it is processed into a thin wire having a groove, and at least one of the width and the thickness of the thin wire is smaller in the V groove portion than in the peripheral portion.

【0009】ここで、前記V溝は細線を切断しないよう
に、又は切断するように形成されている。また、細線は
不純物濃度が高く縮退しており、V溝によって細線が切
断される構造であってもよい。
Here, the V groove is formed so as not to cut the thin wire or so as to cut the thin wire. Further, the fine line may have a high impurity concentration and degenerate, and the fine line may be cut by the V groove.

【0010】本発明では、細線状に加工された半導体層
のV溝部分において細線の幅及び厚さのうち少なくとも
一方が周辺部分よりも小さくされているため、V溝頂点
部に幅が狭くエネルギー障壁の大きなトンネルバリアを
形成でき、また、量子ドットとトンネルバリアを挟んだ
細線部分との対向面積を小さくできる。
In the present invention, at least one of the width and the thickness of the fine line is smaller in the V groove portion of the semiconductor layer processed into the fine line shape than in the peripheral portion, so that the width of the V groove apex portion is narrow and energy is reduced. A tunnel barrier having a large barrier can be formed, and the facing area between the quantum dot and the thin line portion sandwiching the tunnel barrier can be reduced.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)図1は本発明になる単一電子素子
の第1の実施の形態の構成図で、同図(a)は上面図、
同図(b)は同図(a)のA−A’線断面図を示す。半
導体基板101上に絶縁膜102が形成された、厚さ数
nm〜数100nm程度のSOI基板を加工して得られ
る、幅数nm〜数100nm、長さ数nm〜数μmのシ
リコン細線100の端部に、n+拡散層からなるソース
106及びドレイン107が存在し、更に細線100上
に厚さ数nm〜数100nmの絶縁膜104を介して、
ゲート108が存在する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a single electronic device according to the present invention, in which FIG.
The figure (b) shows the sectional view on the AA 'line of the figure (a). A silicon thin wire 100 having a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm to several μm, which is obtained by processing an SOI substrate having a thickness of several nm to several hundred nm in which an insulating film 102 is formed on a semiconductor substrate 101. A source 106 and a drain 107 made of an n + diffusion layer are present at the ends, and further, on the thin wire 100 via an insulating film 104 having a thickness of several nm to several 100 nm.
There is a gate 108.

【0012】また、ゲート108はソース106及びド
レイン107とオーバーラップしている。細線100の
中央部上面には幅、深さ共に数nm〜数100nmのV
溝105が、数nm〜数100nm程度の間隔を置いて
2つ形成されている。また、V溝105によって細線1
00は切断されない構造を持つ。
The gate 108 overlaps the source 106 and the drain 107. On the upper surface of the central part of the thin wire 100, V having a width and a depth of several nm to several hundred nm is formed.
Two grooves 105 are formed at intervals of several nm to several 100 nm. In addition, the V-groove 105 allows the thin wire 1
00 has a structure that is not cut.

【0013】以上の構造は以下に示す製造方法によって
実現できる。まず、図1(b)に示すように、半導体基
板101上に絶縁膜102が形成され、更にその上に厚
さが数nm〜数100nm、ボロン濃度が1014〜10
18cm-3、面方位(100)の上部シリコン層をもつS
OI基板を用意する。次に、このSOI基板の上記上部
シリコン層を酸化し、厚さ数nm〜数10nmのシリコ
ン酸化膜を形成する。
The above structure can be realized by the following manufacturing method. First, as shown in FIG. 1B, an insulating film 102 is formed on a semiconductor substrate 101, and a thickness of several nm to several 100 nm and a boron concentration of 10 14 to 10 10 are formed on the insulating film 102.
S with an upper silicon layer of 18 cm -3 and plane orientation (100)
An OI substrate is prepared. Next, the upper silicon layer of the SOI substrate is oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of several nm to several tens nm.

【0014】次に、シリコン酸化膜上に電子線描画用ポ
ジ型レジストを塗布し、電子線照射を行うことにより幅
数nm〜数100nm、長さ幅数nm〜数100nmの
パターンを、数nm〜数100nmの間隔を置いて2本
描画する。ただし細線方向は(110)方向に正確に一
致させる必要がある。このポジ型レジストをマスクとし
て、反応性イオンエッチング(RIE)により上部シリ
コン層上のシリコン酸化膜を除去してから、ポジ型レジ
ストの除去を行う。
Next, a positive resist for electron beam drawing is applied on the silicon oxide film, and electron beam irradiation is performed to form a pattern having a width of several nm to several 100 nm and a length width of several nm to several 100 nm, to several nm. Two lines are drawn at intervals of several hundred nm. However, the direction of the fine line must be exactly aligned with the (110) direction. Using the positive resist as a mask, the silicon oxide film on the upper silicon layer is removed by reactive ion etching (RIE), and then the positive resist is removed.

【0015】しかる後に、ヒドラジンを用いてポジ型レ
ジストでマスクされていたシリコン酸化膜をマスクとし
て、上部シリコン層(半導体基板103)のエッチング
を行う。ヒドラジンは異方性エッチャントであり、(1
00)面及び(110)面のエッチング速度が(11
1)面に対して著しく大きいため、(111)面を側面
とする図1に105で示すV溝構造が形成される。V溝
105の頂点の角度は70度に固定されるので、電子線
描画幅を調節することにより、V溝105の頂点が上部
シリコン層(半導体基板103)の下部に達しないよう
にすることが可能である。
Thereafter, the upper silicon layer (semiconductor substrate 103) is etched using hydrazine with the silicon oxide film masked with the positive resist as a mask. Hydrazine is an anisotropic etchant, (1
The etching rates of the (00) plane and the (110) plane are (11
Since it is significantly larger than the 1) plane, the V-groove structure 105 shown in FIG. 1 having the (111) plane as the side surface is formed. Since the angle of the apex of the V groove 105 is fixed at 70 degrees, it is possible to prevent the apex of the V groove 105 from reaching the lower portion of the upper silicon layer (semiconductor substrate 103) by adjusting the electron beam drawing width. It is possible.

【0016】次に、上部シリコン層(半導体基板10
3)上のシリコン酸化膜をHFで除去してから、上部シ
リコン層上にネガ型電子線用レジストを塗布して電子線
照射を行うことにより、幅数nm〜数100nm、長さ
数nm〜数μmのレジストパターンをV溝構造と直交す
るように形成する。
Next, the upper silicon layer (semiconductor substrate 10
3) After removing the upper silicon oxide film with HF, a negative electron beam resist is applied on the upper silicon layer and electron beam irradiation is performed to obtain a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm. A resist pattern of several μm is formed so as to be orthogonal to the V groove structure.

【0017】次に、このレジストパターンをマスクとし
て、RIEにより上部シリコン層(半導体基板103)
の加工を行い、シリコン細線を形成する。この後シリコ
ン細線を数nm〜数10nm熱酸化し、シリコン細線全
体をシリコン酸化膜(絶縁膜104)で被覆する。ただ
し酸化量を調節することにより、V溝形成部でシリコン
細線が切断されないようにしなければならない。
Next, using this resist pattern as a mask, the upper silicon layer (semiconductor substrate 103) is formed by RIE.
Is processed to form a silicon thin wire. After that, the thin silicon wire is thermally oxidized by several nm to several tens of nm to cover the entire thin silicon wire with a silicon oxide film (insulating film 104). However, by adjusting the amount of oxidation, it is necessary to prevent the silicon thin wire from being cut at the V groove forming portion.

【0018】次に、レジストを塗布し、細線中央部のみ
レジストを残すように電子線または光リソグラフィーに
よりパターニングを行う。この後レジストをマスクとし
て、リン(P)または砒素(As)のn型不純物のイオ
ン注入を行い、細線端部にn+型領域を形成し、ソース
106及びドレイン107とする。続いて、900°C
〜1100°Cの温度で10〜60分間、窒素(N2
雰囲気中でアニールすることにより、ソース106及び
ドレイン107中の注入されたイオンの活性化を行う。
この後アルミニウム(Al)を100〜1000nm程
度蒸着し、電子線または光リソグラフィーによりレジス
トのパターニングを行い、この後RIEによりアルミニ
ウムを加工し、ゲート108を形成する。
Next, a resist is applied, and patterning is performed by electron beam or photolithography so that the resist remains only in the central portion of the fine line. Then, using the resist as a mask, n-type impurities of phosphorus (P) or arsenic (As) are ion-implanted to form n + -type regions at the ends of the thin wires, and the source 106 and the drain 107 are formed. Then 900 ° C
Nitrogen (N 2 ) for 10 to 60 minutes at a temperature of ~ 1100 ° C
By annealing in the atmosphere, the implanted ions in the source 106 and the drain 107 are activated.
After that, aluminum (Al) is vapor-deposited to a thickness of about 100 to 1000 nm, a resist is patterned by electron beam or photolithography, and then aluminum is processed by RIE to form a gate 108.

【0019】次に、この第1の実施の形態におけるデバ
イス動作について述べる。ゲート108に正電圧を印加
していくと、シリコン細線100表面に反転層が誘起さ
れるが、V溝105部分では細線の厚さが小さいためピ
ンチオフし、電位障壁が形成される。V溝105は隣接
して2つ形成されているため、V溝105間の微小領域
中の反転層は電位障壁に挟まれた量子ドット構造とな
る。
Next, the device operation in the first embodiment will be described. When a positive voltage is applied to the gate 108, an inversion layer is induced on the surface of the silicon thin wire 100, but at the V groove 105 part, the thin wire is thin and pinch off, so that a potential barrier is formed. Since two V-grooves 105 are formed adjacent to each other, the inversion layer in the minute region between the V-grooves 105 has a quantum dot structure sandwiched by potential barriers.

【0020】異方性エッチングを用いて形成したV溝1
05先端部の構造はシャープであり、この領域に形成さ
れる電位バリア幅は小さいため、ソース106から供給
された電子が量子ドット構造へトンネリングが可能にな
る。また量子ドット中に注入された電子は、同様にして
ドレイン107側へトンネリングすることが可能とな
る。さらに量子ドットが十分に小さく、このチャージン
グエネルギーが測定温度の熱エネルギーよりも十分に大
きい場合、クーロンブロッケイド現象が観測可能とな
る。
V-groove 1 formed by anisotropic etching
05 The tip structure is sharp, and the potential barrier width formed in this region is small, so that electrons supplied from the source 106 can tunnel to the quantum dot structure. Also, the electrons injected into the quantum dots can be tunneled to the drain 107 side in the same manner. Furthermore, if the quantum dots are sufficiently small and this charging energy is sufficiently larger than the thermal energy at the measurement temperature, the Coulomb blockade phenomenon becomes observable.

【0021】この第1の実施の形態のデバイス構造で
は、ゲート108の電圧により量子ドットの電位を変調
できるため、ソース106からドレイン107への単一
の電子の流れを制御可能な単一電子トランジスタ構造が
実現される。
In the device structure of the first embodiment, since the potential of the quantum dot can be modulated by the voltage of the gate 108, a single electron transistor capable of controlling the flow of a single electron from the source 106 to the drain 107. The structure is realized.

【0022】(第2の実施の形態)図2は本発明になる
単一電子素子の第2の実施の形態の構成図で、同図
(a)は上面図、同図(b)は同図(a)のA−A’線
断面図を示す。半導体基板201上に絶縁膜202が形
成された、厚さ数nm〜数100nm程度のSOI基板
を加工して得られる、幅数nm〜数100nm、長さ数
nm〜数μmのシリコン細線200の端部に、n+拡散
層からなるソース206及びドレイン207が存在し、
細線上に厚さ数nm〜数100nmの絶縁膜204を介
して、ゲート208が存在する。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment of a single electronic device according to the present invention. FIG. 2 (a) is a top view and FIG. 2 (b) is the same. A sectional view taken along the line AA ′ of FIG. A silicon thin wire 200 having a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm to several μm, which is obtained by processing an SOI substrate having a thickness of several nm to several hundreds nm in which an insulating film 202 is formed on a semiconductor substrate 201. The source 206 and the drain 207, which are n + diffusion layers, are present at the ends,
A gate 208 exists over the thin wire with an insulating film 204 having a thickness of several nm to several hundreds nm interposed.

【0023】また、ゲート208はソース206及びド
レイン207とオーバーラップしている。細線中央部上
面及び側面には幅、深さ共に数nm〜数100nmのV
溝205が、数nm〜数100nm程度の間隔を置いて
2つ形成されている。また、V溝205によって細線は
切断されない構造を持つ。
The gate 208 also overlaps the source 206 and the drain 207. The width and depth of V are several nm to several hundreds nm on the upper surface and side surface of the central portion of the thin wire.
Two grooves 205 are formed at intervals of several nm to several 100 nm. In addition, the V-groove 205 has a structure in which the thin wire is not cut.

【0024】以上の構造は以下に示す製造方法によって
実現できる。まず、図2(b)に示すように、半導体基
板201上に絶縁膜202が形成され、更にその上に厚
さが数nm〜数100nm、ボロン濃度が1014〜10
18cm-3、面方位(100)の上部シリコン層をもつS
OI基板を用意する。次に、このSOI基板の上記上部
シリコン層上に電子線描画用ネガ型レジストを塗布し、
電子線照射を行うことにより幅数nm〜数100nm、
長さ幅数nm〜数100nmのレジストパターンを(1
10)方向に形成する。
The above structure can be realized by the following manufacturing method. First, as shown in FIG. 2B, an insulating film 202 is formed on a semiconductor substrate 201, and a thickness of several nm to several 100 nm and a boron concentration of 10 14 to 10 10 are formed on the insulating film 202.
S with an upper silicon layer of 18 cm -3 and plane orientation (100)
An OI substrate is prepared. Next, a negative resist for electron beam drawing is applied on the upper silicon layer of the SOI substrate,
By performing electron beam irradiation, a width of several nm to several 100 nm,
A resist pattern with a length and width of several nm to several hundred nm is formed (1
10) direction.

【0025】次に、このネガ型レジストパターンをマス
クとして、RIEにより上部シリコン層(半導体基板2
03)の加工を行い、シリコン細線200を形成する。
次に上部シリコン層を酸化し、厚さ数nm〜数10nm
のシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜上に電子
線描画用ポジ型レジストを塗布し、電子線照射を行うこ
とにより幅数nm〜数100nm、長さ幅数nm〜数1
00nmのパターンを、数nm〜数100nmの間隔を
置いて2本描画する。ただし、長さ方向はシリコン細線
200と直交する方向に一致させる。次に、このポジ型
レジストをマスクとして、RIEにより上部シリコン層
上面及び側面のシリコン酸化膜を除去してから、ポジ型
レジストの除去を行う。
Next, using this negative resist pattern as a mask, the upper silicon layer (semiconductor substrate 2) is formed by RIE.
03) is performed and the silicon thin wire 200 is formed.
Next, the upper silicon layer is oxidized to have a thickness of several nm to several tens nm.
Is formed. A positive resist for electron beam drawing is applied on the silicon oxide film, and electron beam irradiation is performed to obtain a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm to several 1
Two 00 nm patterns are drawn at intervals of several nm to several 100 nm. However, the length direction is made to coincide with the direction orthogonal to the silicon thin wire 200. Next, using this positive resist as a mask, the silicon oxide film on the upper surface and side surfaces of the upper silicon layer is removed by RIE, and then the positive resist is removed.

【0026】しかる後に、ヒドラジンを用いてポジ型レ
ジストでマスクされていたシリコン酸化膜をマスクとし
て、上部シリコン層(半導体基板203)上面及び側面
のエッチングを行う。ヒドラジンは異方性エッチャント
であり、(100)面及び(110)面のエッチング速
度が(111)面に対して著しく大きいため、(11
1)面を側面とする図2に205で示すV溝構造が形成
される。V溝205の頂点の角度は70度に固定される
ので、電子線描画幅を調節することにより、V溝205
により上部シリコン層(半導体基板203)の下部で細
線が切断されないようにすることが可能である。
After that, the upper surface and the side surface of the upper silicon layer (semiconductor substrate 203) are etched using hydrazine as a mask with the silicon oxide film masked with the positive resist. Hydrazine is an anisotropic etchant, and the etching rates of the (100) plane and the (110) plane are significantly higher than that of the (111) plane.
1) A V-shaped groove structure 205 is formed in FIG. Since the apex angle of the V groove 205 is fixed at 70 degrees, the V groove 205 can be adjusted by adjusting the electron beam drawing width.
Thus, it is possible to prevent the thin line from being cut below the upper silicon layer (semiconductor substrate 203).

【0027】この後シリコン細線200を数nm〜数1
0nm熱酸化し、シリコン細線全体をシリコン酸化膜
(絶縁膜204)で被覆する。ただし酸化量を調節する
ことにより、V溝形成部でシリコン細線が切断されない
ようにしなければならない。
After that, the thin silicon wire 200 is set to several nm to several 1
Thermal oxidation is performed to 0 nm, and the entire thin silicon wire is covered with a silicon oxide film (insulating film 204). However, by adjusting the amount of oxidation, it is necessary to prevent the silicon thin wire from being cut at the V groove forming portion.

【0028】次に、レジストを塗布し、細線中央部のみ
レジストを残すように電子線または光リソグラフィーに
よりパターニングを行う。この後レジストをマスクとし
て、リンまたは砒素のイオン注入を行い、細線端部にn
+型領域を形成し、ソース206及びドレイン207と
する。続いて、900°C〜1100°Cの温度で10
〜60分間、窒素(N2)雰囲気中でアニールすること
により、ソース206及びドレイン207中の注入され
たイオンの活性化を行う。この後アルミニウムを100
〜1000nm程度蒸着し、電子線または光リソグラフ
ィーによりレジストのパターニングを行い、この後RI
Eによりアルミニウムを加工し、ゲート208を形成す
る。
Next, a resist is applied, and patterning is performed by electron beam or photolithography so that the resist remains only in the central portion of the fine line. After that, phosphorus or arsenic is ion-implanted using the resist as a mask, and n is applied to the end of the thin wire.
A + type region is formed to serve as the source 206 and the drain 207. Then, at a temperature of 900 ° C to 1100 ° C, 10
The implanted ions in the source 206 and drain 207 are activated by annealing in a nitrogen (N 2 ) atmosphere for ˜60 minutes. After this 100 aluminum
Approximately 1000 nm is vapor-deposited, the resist is patterned by electron beam or photolithography, and then RI
Aluminum is processed by E to form the gate 208.

【0029】次に、この第2の実施の形態におけるデバ
イス動作について述べる。ゲート208に正電圧を印加
していくと、シリコン細線200の表面に反転層が誘起
されるが、V溝205の部分では細線の厚さが小さいた
めピンチオフし、電位の障壁が形成される。V溝205
は隣接して2つ形成されているため、V溝205間の微
小領域中の反転層は、電位障壁に挟まれた量子ドット構
造となる。
Next, the device operation in the second embodiment will be described. When a positive voltage is applied to the gate 208, an inversion layer is induced on the surface of the silicon thin wire 200, but pinching off occurs at the V-groove 205 portion because the thin wire is thin and a potential barrier is formed. V groove 205
Are formed adjacent to each other, the inversion layer in the minute region between the V grooves 205 has a quantum dot structure sandwiched by potential barriers.

【0030】異方性エッチングを用いて形成したV溝2
05先端部の構造は十分にシャープであり、この領域に
形成される電位バリア幅は十分に小さいため、ソース2
06から供給された電子は量子ドット構造が可能にな
る。また量子ドット中に注入された電子は、同様にドレ
イン207側へトンネリングすることが可能になる。さ
らに量子ドットが十分に小さく、このチャージングエネ
ルギーが測定温度の熱エネルギーよりも十分に大きい場
合、クーロンブロッケイド現象が観測可能となる。
V-groove 2 formed by anisotropic etching
05 The structure of the tip is sufficiently sharp and the potential barrier width formed in this region is sufficiently small.
The electrons supplied from 06 can have a quantum dot structure. Further, the electrons injected into the quantum dots can similarly be tunneled to the drain 207 side. Furthermore, if the quantum dots are sufficiently small and this charging energy is sufficiently larger than the thermal energy at the measurement temperature, the Coulomb blockade phenomenon becomes observable.

【0031】この第2の実施の形態のデバイス構造で
は、ゲート208の電圧により量子ドットの電位を変調
できるため、ソース206からドレイン207への単一
の電子の流れを制御可能な単一電子トランジスタ構造が
実現される。更に、この第2の実施の形態においては、
量子ドットとトンネルバリアを挟んだ対向面積が、第1
の実施の形態に比べ小さいため、チャージングエネルギ
ーが大きく、より高温でのデバイス動作が可能になると
いう特長がある。
In the device structure of the second embodiment, the potential of the quantum dot can be modulated by the voltage of the gate 208, so that the flow of a single electron from the source 206 to the drain 207 can be controlled by a single electron transistor. The structure is realized. Furthermore, in this second embodiment,
The facing area between the quantum dot and the tunnel barrier is the first
Since it is smaller than the embodiment described above, the charging energy is large and the device can operate at a higher temperature.

【0032】(第3の実施の形態)図3は本発明になる
単一電子素子の第3の実施の形態の断面図を示す。半導
体基板301上に絶縁膜302が形成された、厚さ数n
m〜数100nm程度のSOI基板を加工して得られ
る、幅数nm〜数100nm、長さ数nm〜数μmのシ
リコン細線端部に、n+拡散層からなるソース306及
びドレイン307が存在し、細線上に厚さ数nm〜数1
00nmの絶縁膜304を介して、ゲート308が存在
する。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of a single electronic device according to the present invention. An insulating film 302 is formed on a semiconductor substrate 301 and has a thickness of n
A source 306 and a drain 307 each made of an n + diffusion layer are present at the end of a silicon thin wire having a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm to several μm, which is obtained by processing an SOI substrate of m to several 100 nm. , Thickness of several nm to several 1 on thin wire
The gate 308 exists through the insulating film 304 of 00 nm.

【0033】また、ゲート308はソース306及びド
レイン307とオーバーラップしている。細線中央部上
面及び側面には幅、深さ共に数nm〜数100nmのV
溝305が、数nm〜数100nm程度の間隔を置いて
2つ形成されている。また、細線はV溝305によって
切断されている構造を持つ。
The gate 308 overlaps with the source 306 and the drain 307. The width and depth of V are several nm to several hundreds nm on the upper surface and side surface of the central portion of the thin wire.
Two grooves 305 are formed at intervals of several nm to several hundred nm. The thin wire has a structure cut by the V groove 305.

【0034】以上の構造は以下に示す製造方法によって
実現できる。まず、半導体基板301上に絶縁膜302
が形成され、更にその上に厚さが数nm〜数100n
m、ボロン濃度が1014〜1018cm-3、面方位(10
0)の上部シリコン層をもつSOI基板を用意する。次
に、このSOI基板の上記上部シリコン層を酸化し、厚
さ数nm〜数100nmのシリコン酸化膜を形成する。
続いて、シリコン酸化膜上に電子線描画用ポジ型レジス
トを塗布し、電子線照射を行うことにより幅数nm〜数
100nm、長さ幅数nm〜数100nmのパターン
を、数nm〜数100nmの間隔を置いて2本描画す
る。ただし細線方向は(110)方向に正確に一致させ
る必要がある。
The above structure can be realized by the following manufacturing method. First, the insulating film 302 is formed on the semiconductor substrate 301.
Is formed, and the thickness is further several nm to several 100 n.
m, boron concentration 10 14 to 10 18 cm −3 , plane orientation (10
An SOI substrate having an upper silicon layer of 0) is prepared. Next, the upper silicon layer of this SOI substrate is oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of several nm to several 100 nm.
Subsequently, a positive resist for electron beam drawing is applied on the silicon oxide film, and electron beam irradiation is performed to form a pattern having a width of several nm to several 100 nm and a length width of several nm to several 100 nm, from several nm to several 100 nm. Two lines are drawn at intervals. However, the direction of the fine line must be exactly aligned with the (110) direction.

【0035】次に、上記ポジ型レジストをマスクとし
て、RIEにより上部シリコン層上のシリコン酸化膜を
除去してから、ポジ型レジストの除去を行う。しかる後
に、ヒドラジンを用いてシリコン酸化膜をマスクとし
て、上部シリコン層のエッチングを行う。ヒドラジンは
異方性エッチャントであり、(100)面及び(11
0)面のエッチング速度が(111)面に対して著しく
大きいため、(111)面を側面とするV字溝構造が形
成される。V溝の頂点の角度は70度に固定されるの
で、電子線描画幅を調節することにより、上部シリコン
層下部の切断幅を調節することが可能である。
Next, using the positive resist as a mask, the silicon oxide film on the upper silicon layer is removed by RIE, and then the positive resist is removed. Then, the upper silicon layer is etched with hydrazine using the silicon oxide film as a mask. Hydrazine is an anisotropic etchant, and has (100) plane and (11) plane.
Since the etching rate of the (0) plane is significantly higher than that of the (111) plane, a V-shaped groove structure having the (111) plane as a side surface is formed. Since the angle of the apex of the V groove is fixed at 70 degrees, the cutting width of the lower portion of the upper silicon layer can be adjusted by adjusting the electron beam drawing width.

【0036】次に、上部シリコン層(半導体基板30
3)上のシリコン酸化膜をHFで除去してから、上部シ
リコン層上にネガ型電子線用レジストを塗布して電子線
照射を行うことにより、幅数nm〜数100nm、長さ
数nm〜数μmのレジストパターンをV溝構造と直交す
るように形成する。
Next, the upper silicon layer (semiconductor substrate 30
3) After removing the upper silicon oxide film with HF, a negative electron beam resist is applied on the upper silicon layer and electron beam irradiation is performed to obtain a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm. A resist pattern of several μm is formed so as to be orthogonal to the V groove structure.

【0037】次に、このレジストパターンをマスクとし
て、RIEにより上部シリコン層(半導体基板303)
の加工を行い、シリコン細線を形成する。この後シリコ
ン細線を数nm〜数10nm熱酸化し、シリコン細線全
体をシリコン酸化膜(絶縁膜304)で被覆する。ただ
し酸化量を調節することにより、V溝形成部でシリコン
細線が切断されるようにしなければならない。
Next, using this resist pattern as a mask, the upper silicon layer (semiconductor substrate 303) is formed by RIE.
Is processed to form a silicon thin wire. After that, the silicon thin wire is thermally oxidized by several nm to several tens of nm to cover the entire silicon thin wire with a silicon oxide film (insulating film 304). However, the silicon thin wire must be cut at the V-groove forming portion by adjusting the amount of oxidation.

【0038】次に、レジストを塗布し、細線中央部のみ
レジストを残すように電子線または光リソグラフィーに
よりパターニングを行う。この後レジストをマスクとし
て、リンまたは砒素のイオン注入を行い、細線端部にn
+型領域を形成し、ソース306及びドレイン307と
する。続いて、900°C〜1100°Cの温度で10
〜60分間、窒素(N2)雰囲気中でアニールすること
により、ソース306及びドレイン307中の注入され
たイオンの活性化を行う。この後アルミニウム(Al)
を100〜1000nm程度蒸着し、電子線または光リ
ソグラフィーによりレジストのパターニングを行い、こ
の後RIEによりアルミニウムを加工し、ゲート308
を形成する。
Next, a resist is applied, and patterning is performed by electron beam or photolithography so that the resist remains only in the central portion of the fine line. After that, phosphorus or arsenic is ion-implanted using the resist as a mask, and n is applied to the end of the thin wire.
A + type region is formed to serve as a source 306 and a drain 307. Then, at a temperature of 900 ° C to 1100 ° C, 10
The implanted ions in the source 306 and drain 307 are activated by annealing in a nitrogen (N 2 ) atmosphere for ˜60 minutes. After this aluminum (Al)
Is evaporated to about 100 to 1000 nm, a resist is patterned by electron beam or photolithography, and then aluminum is processed by RIE to form a gate 308.
To form

【0039】次に、この第3の実施の形態におけるデバ
イス動作について述べる。ゲート308に正電圧を印加
していくと、シリコン細線表面に反転層が誘起される
が、反転層は2つのV溝305で完全に切断される。2
つのV溝305間の反転層領域はシリコン酸化膜に挟ま
れ、量子ドット構造を形成する。
Next, the device operation in the third embodiment will be described. When a positive voltage is applied to the gate 308, an inversion layer is induced on the surface of the silicon thin wire, but the inversion layer is completely cut by the two V grooves 305. 2
The inversion layer region between the two V-grooves 305 is sandwiched between silicon oxide films to form a quantum dot structure.

【0040】上部シリコン層下部の切断長が小さく、シ
リコン酸化膜で形成される電位バリア幅が十分に小さい
場合、ソース306から供給された電子は量子ドット構
造へトンネリングが可能になる。また量子ドット中に注
入された電子は、同様にドレイン307側へトンネリン
グすることが可能になる。さらに量子ドットが十分に小
さく、このチャージングエネルギーが測定温度の熱エネ
ルギーよりも十分に大きい場合、クーロンブロッケイド
現象が観測可能となる。
When the cut length under the upper silicon layer is short and the potential barrier width formed by the silicon oxide film is sufficiently small, the electrons supplied from the source 306 can tunnel to the quantum dot structure. In addition, the electrons injected into the quantum dots can similarly be tunneled to the drain 307 side. Furthermore, if the quantum dots are sufficiently small and this charging energy is sufficiently larger than the thermal energy at the measurement temperature, the Coulomb blockade phenomenon becomes observable.

【0041】この第3の実施の形態のデバイス構造で
は、ゲート308の電圧により量子ドットの電位を変調
できるため、ソース306からドレイン307への単一
の電子の流れを御御可能な単一電子トランジスタ構造が
実現される。更に、この第3の実施の形態においては、
細線がV溝305により完全に分離されることから、ト
ンネル障壁の高さが高く、量子ドット中のキャリア閉じ
こめが完全になり、第1の実施の形態に比べより高温で
の動作が期待される。
In the device structure of the third embodiment, since the potential of the quantum dot can be modulated by the voltage of the gate 308, a single electron that can control the flow of a single electron from the source 306 to the drain 307. A transistor structure is realized. Furthermore, in the third embodiment,
Since the thin wire is completely separated by the V-groove 305, the height of the tunnel barrier is high, carrier confinement in the quantum dot is complete, and operation at a higher temperature is expected as compared with the first embodiment. .

【0042】(第4の実施の形態)図4は本発明になる
単一電子素子の第4の実施の形態の断面図を示す。半導
体基板401上に絶縁膜402が形成された、厚さ数n
m〜数100nm程度で、電気的に縮退したSOI基板
を加工して得られる、幅数nm〜数100nm、長さ数
nm〜数μmのシリコン細線端部に、n+ 拡散層からな
るソース406及びドレイン407が存在し、該細線上
に厚さ数nm〜数100nmの絶縁膜404を介して、
ゲート408が存在する。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows the present invention.
Figure 4 shows a sectional view of a fourth embodiment of a single electronic device. Semi-conductor
Insulating film 402 formed on body substrate 401, thickness number n
An electrically degenerated SOI substrate with a size of m to several 100 nm
Width of several nm to several hundred nm, number of length
At the end of the silicon thin wire of nm to several μm, n+ From the diffusion layer
There is a source 406 and a drain 407 on the thin line.
Through an insulating film 404 having a thickness of several nm to several hundred nm,
There is a gate 408.

【0043】また、ゲート408はソース406及びド
レイン407とオーバーラップしている。細線中央部上
面には幅、深さ共に数nm〜数100nmのV溝405
が、数nm〜数100nm程度の間隔を置いて2つ形成
されている。また、細線はV溝405によって切断され
ている構造を持つ。
The gate 408 overlaps the source 406 and the drain 407. A V groove 405 having a width and a depth of several nm to several hundreds nm is formed on the upper surface of the central portion of the thin wire.
Are formed with an interval of several nm to several 100 nm. Further, the thin wire has a structure cut by the V groove 405.

【0044】以上の構造は以下に示す製造方法によって
実現できる。まず、半導体基板401上に絶縁膜402
が形成され、更にその上に厚さが数nm〜数100n
m、ボロン濃度が1019〜1020cm-3、面方位(10
0)の上部シリコン層をもつSOI基板を用意する。次
に、このSOI基板の上記上部シリコン層を酸化し、厚
さ数nm〜数100nmのシリコン酸化膜を形成する。
続いて、シリコン酸化膜上に電子線描画用ポジ型レジス
トを塗布し、電子線照射を行うことにより幅数nm〜数
100nm、長さ幅数nm〜数100nmのパターン
を、数nm〜数100nmの間隔を置いて2本描画す
る。ただし細線方向は(110)方向に正確に一致させ
る必要がある。
The above structure can be realized by the following manufacturing method. First, the insulating film 402 is formed on the semiconductor substrate 401.
Is formed, and the thickness is further several nm to several 100 n.
m, boron concentration 10 19 to 10 20 cm −3 , plane orientation (10
An SOI substrate having an upper silicon layer of 0) is prepared. Next, the upper silicon layer of this SOI substrate is oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of several nm to several 100 nm.
Subsequently, a positive resist for electron beam drawing is applied on the silicon oxide film, and electron beam irradiation is performed to form a pattern having a width of several nm to several 100 nm and a length width of several nm to several 100 nm, from several nm to several 100 nm. Two lines are drawn at intervals. However, the direction of the fine line must be exactly aligned with the (110) direction.

【0045】次に、上記ポジ型レジストをマスクとし
て、RIEにより上部シリコン層上のシリコン酸化膜を
除去してから、ポジ型レジストの除去を行う。しかる後
に、ヒドラジンを用いてシリコン酸化膜をマスクとし
て、上部シリコン層のエッチングを行う。ヒドラジンは
異方性エッチャントであり、(100)面及び(11
0)面のエッチング速度が(111)面に対して著しく
大きいため、(111)面を側面とする、図4に405
で示すV字溝構造が形成される。V溝405の頂点の角
度は70度に固定されるので、電子線描画幅を調節する
ことにより、上部シリコン層下部の切断幅を調節するこ
とが可能である。
Next, using the positive resist as a mask, the silicon oxide film on the upper silicon layer is removed by RIE, and then the positive resist is removed. Then, the upper silicon layer is etched with hydrazine using the silicon oxide film as a mask. Hydrazine is an anisotropic etchant, and has (100) plane and (11) plane.
Since the etching rate of the (0) plane is significantly higher than that of the (111) plane, 405 in FIG.
A V-shaped groove structure shown by is formed. Since the angle of the apex of the V groove 405 is fixed to 70 degrees, it is possible to adjust the cutting width of the lower portion of the upper silicon layer by adjusting the electron beam drawing width.

【0046】次に、上部シリコン層(半導体基板40
3)上のシリコン酸化膜をHFで除去してから、上部シ
リコン層上にネガ型電子線用レジストを塗布して電子線
照射を行うことにより、幅数nm〜数100nm、長さ
数nm〜数μmのレジストパターンをV溝構造と直交す
るように形成する。
Next, the upper silicon layer (semiconductor substrate 40
3) After removing the upper silicon oxide film with HF, a negative electron beam resist is applied on the upper silicon layer and electron beam irradiation is performed to obtain a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm. A resist pattern of several μm is formed so as to be orthogonal to the V groove structure.

【0047】次に、このレジストパターンをマスクとし
て、RIEにより上部シリコン層(半導体基板403)
の加工を行い、シリコン細線を形成する。この後シリコ
ン細線を数nm〜数10nm熱酸化し、シリコン細線全
体をシリコン酸化膜(絶縁膜404)で被覆する。ただ
し酸化量を調節することにより、V溝形成部でシリコン
細線が切断されるようにしなければならない。
Next, using this resist pattern as a mask, the upper silicon layer (semiconductor substrate 403) is formed by RIE.
Is processed to form a silicon thin wire. After that, the thin silicon wire is thermally oxidized by several nm to several tens of nm to cover the entire thin silicon wire with a silicon oxide film (insulating film 404). However, the silicon thin wire must be cut at the V-groove forming portion by adjusting the amount of oxidation.

【0048】次に、レジストを塗布し、細線中央部のみ
レジストを残すように電子線または光リソグラフィーに
よりパターニングを行う。この後レジストをマスクとし
て、リンまたは砒素のイオン注入を行い、細線端部にn
+型領域を形成し、ソース406及びドレイン407と
する。続いて、900°C〜1100°Cの温度で10
〜60分間、N2雰囲気中でアニールすることにより、
ソース406及びドレイン407中の注入されたイオン
の活性化を行う。この後アルミニウムを100〜100
0nm程度蒸着し、電子線または光リソグラフィーによ
りレジストのパターニングを行い、この後RIEにより
アルミニウムを加工し、ゲート408を形成する。
Next, a resist is applied, and patterning is performed by electron beam or photolithography so that the resist remains only in the central portion of the fine line. After that, phosphorus or arsenic is ion-implanted using the resist as a mask, and n is applied to the end of the thin wire.
A + type region is formed to serve as a source 406 and a drain 407. Then, at a temperature of 900 ° C to 1100 ° C, 10
By annealing in N 2 atmosphere for ~ 60 minutes,
Activation of the implanted ions in the source 406 and the drain 407 is performed. After this, add 100 to 100 aluminum.
A gate electrode 408 is formed by vapor-depositing about 0 nm, patterning a resist by electron beam or photolithography, and then processing aluminum by RIE.

【0049】次に、この第4の実施の形態におけるデバ
イス動作について述べる。この実施の形態のシリコン細
線は縮退した半導体から形成されているため、ゲート4
08に電圧を印加しない状態でもキャリア密度が十分に
大きく、導電性をもつ。従って、この実施の形態は、前
記した第1、第2、第3の実施の形態と異なり、ゲート
電圧により細線表面に反転層を誘起する必要がないた
め、正負両方のゲート電圧で動作が可能である利点を持
つ。
Next, the device operation in the fourth embodiment will be described. Since the silicon thin wire of this embodiment is formed of a degenerate semiconductor,
Even if the voltage is not applied to 08, the carrier density is sufficiently large and the film has conductivity. Therefore, this embodiment is different from the above-described first, second, and third embodiments in that it is not necessary to induce an inversion layer on the surface of the thin wire by the gate voltage, and thus it is possible to operate with both positive and negative gate voltages. Has the advantage of being.

【0050】また、この実施の形態では、細線は2つの
V溝405で完全に切断されているため、2つのV溝4
05間の細線領域はシリコン酸化膜に挟まれ、量子ドッ
ト構造を形成する。また上部シリコン層下部の切断長が
小さく、シリコン酸化膜で形成される電位バリア幅が十
分に小さい場合、ソース406から供給された電子は量
子ドット構造にトンネリングする事が可能になる。
Further, in this embodiment, the thin wire is completely cut by the two V grooves 405, so that the two V grooves 4 are formed.
The thin line region between 05 is sandwiched between silicon oxide films to form a quantum dot structure. Further, when the cut length under the upper silicon layer is small and the potential barrier width formed by the silicon oxide film is sufficiently small, the electrons supplied from the source 406 can be tunneled to the quantum dot structure.

【0051】また量子ドット中に注入された電子は、同
様にドレイン407側へのトンネリングが可能になる。
さらに量子ドットが十分に小さく、このチャージングエ
ネルギーが測定温度の熱エネルギーよりも十分に大きい
場合、クーロンブロッケイド現象が観測可能となる。
Further, the electrons injected into the quantum dots can similarly be tunneled to the drain 407 side.
Furthermore, if the quantum dots are sufficiently small and this charging energy is sufficiently larger than the thermal energy at the measurement temperature, the Coulomb blockade phenomenon becomes observable.

【0052】よって、この第4の実施の形態のデバイス
構造では、ゲート408の電圧により量子ドットの電位
を変調できるため、ソース406からドレイン407へ
の単一の電子の流れを制御可能な単一電子トランジスタ
構造が実現される。
Therefore, in the device structure of the fourth embodiment, since the potential of the quantum dot can be modulated by the voltage of the gate 408, a single electron flow from the source 406 to the drain 407 can be controlled. An electronic transistor structure is realized.

【0053】(第5の実施の形態)図5は本発明になる
単一電子素子の第2の実施の形態の構成図で、同図
(a)は上面図、同図(b)は同図(a)のA−A’線
断面図を示す。半導体基板501上に絶縁膜502が形
成された、厚さ数nm〜数100nm程度のSOI基板
を加工して得られる、幅数nm〜数100nm、長さ数
nm〜数μmのシリコン細線500の端部に、n+拡散
層からなるソース506及びドレイン507が存在し、
細線上に厚さ数nm〜数100nmの絶縁膜504を介
して、ゲート508が存在する。
(Fifth Embodiment) FIG. 5 is a configuration diagram of a second embodiment of a single electronic device according to the present invention. FIG. 5 (a) is a top view and FIG. 5 (b) is the same. A sectional view taken along the line AA ′ of FIG. A silicon thin wire 500 having a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm to several μm, which is obtained by processing an SOI substrate having a thickness of several nm to several hundred nm, in which an insulating film 502 is formed on a semiconductor substrate 501. The source 506 and the drain 507, which are n + diffusion layers, are present at the ends,
A gate 508 is provided over the thin wire with an insulating film 504 having a thickness of several nm to several hundreds nm interposed therebetween.

【0054】また、ゲート508はソース506及びド
レイン507とオーバーラップしている。細線中央部上
面及び側面には幅、深さ共に数nm〜数100nmのV
溝505が、数nm〜数100nm程度の間隔を置いて
3つ形成されている。また、V溝205によって細線は
切断されない構造を持つ。
The gate 508 overlaps the source 506 and the drain 507. The width and depth of V are several nm to several hundreds nm on the upper surface and side surface of the central portion of the thin wire.
Three grooves 505 are formed at intervals of several nm to several hundred nm. In addition, the V-groove 205 has a structure in which the thin wire is not cut.

【0055】以上の構造は以下に示す製造方法によって
実現できる。まず、図5(b)に示すように、半導体基
板501上に絶縁膜502が形成され、更にその上に厚
さが数nm〜数100nm、ボロン濃度が1014〜10
18cm-3、面方位(100)の上部シリコン層をもつS
OI基板を用意する。次に、このSOI基板の上記上部
シリコン層を酸化し、厚さ数nm〜数100nmのシリ
コン酸化膜を形成する。
The above structure can be realized by the following manufacturing method. First, as shown in FIG. 5B, an insulating film 502 is formed on a semiconductor substrate 501, and a thickness of several nm to several hundred nm and a boron concentration of 10 14 to 10 10 are formed on the insulating film 502.
S with an upper silicon layer of 18 cm -3 and plane orientation (100)
An OI substrate is prepared. Next, the upper silicon layer of this SOI substrate is oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of several nm to several 100 nm.

【0056】次に、このシリコン酸化膜上に電子線描画
用ポジ型レジストを塗布し、電子線照射を行うことによ
り幅数nm〜数100nm、長さ幅数nm〜数100n
mのパターンを、数nm〜数100nmの間隔を置いて
3本描画する。ただし、細線方向は(110)方向に正
確に一致させる必要がある。次に、このポジ型レジスト
をマスクとして、RIEにより上部シリコン層上のシリ
コン酸化膜を除去してから、ポジ型レジストの除去を行
う。
Next, a positive type resist for electron beam drawing is applied on the silicon oxide film, and electron beam irradiation is performed to obtain a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm to several 100 n.
Three m patterns are drawn at intervals of several nm to several 100 nm. However, the direction of the thin line must be exactly aligned with the (110) direction. Next, using this positive resist as a mask, the silicon oxide film on the upper silicon layer is removed by RIE, and then the positive resist is removed.

【0057】しかる後に、ヒドラジンを用いてポジ型レ
ジストでマスクされていたシリコン酸化膜をマスクとし
て、上部シリコン層(半導体基板503)のエッチング
を行う。ヒドラジンは異方性エッチャントであり、(1
00)面及び(110)面のエッチング速度が(11
1)面に対して著しく大きいため、(111)面を側面
とする図5に505で示すV溝構造が形成される。V溝
505の頂点の角度は70度に固定されるので、電子線
描画幅を調節することにより、V溝505の頂点が上部
シリコン層(半導体基板503)の下部に達しないよう
にすることが可能である。
Thereafter, the upper silicon layer (semiconductor substrate 503) is etched using hydrazine with the silicon oxide film masked with the positive resist as a mask. Hydrazine is an anisotropic etchant, (1
The etching rates of the (00) plane and the (110) plane are (11
Since it is significantly larger than the 1) plane, the V-groove structure 505 shown in FIG. 5 having the (111) plane as the side surface is formed. Since the angle of the apex of the V groove 505 is fixed to 70 degrees, the apex of the V groove 505 can be prevented from reaching the lower portion of the upper silicon layer (semiconductor substrate 503) by adjusting the electron beam drawing width. It is possible.

【0058】次に、上部シリコン層(半導体基板50
3)上のシリコン酸化膜をHFで除去してから、上部シ
リコン層上にネガ型電子線用レジストを塗布して電子線
照射を行うことにより、幅数nm〜数100nm、長さ
数nm〜数μmのレジストパターンをV溝構造と直交す
るように形成する。
Next, the upper silicon layer (semiconductor substrate 50
3) After removing the upper silicon oxide film with HF, a negative electron beam resist is applied on the upper silicon layer and electron beam irradiation is performed to obtain a width of several nm to several 100 nm and a length of several nm. A resist pattern of several μm is formed so as to be orthogonal to the V groove structure.

【0059】次に、このレジストパターンをマスクとし
て、RIEにより上部シリコン層(半導体基板503)
の加工を行い、シリコン細線を形成する。この後シリコ
ン細線を数nm〜数10nm熱酸化し、シリコン細線全
体をシリコン酸化膜(絶縁膜504)で被覆する。ただ
し酸化量を調節することにより、V溝形成部でシリコン
細線が切断されないようにしなければならない。
Next, using this resist pattern as a mask, the upper silicon layer (semiconductor substrate 503) is formed by RIE.
Is processed to form a silicon thin wire. After that, the thin silicon wire is thermally oxidized by several nm to several tens of nm to cover the entire thin silicon wire with a silicon oxide film (insulating film 504). However, by adjusting the amount of oxidation, it is necessary to prevent the silicon thin wire from being cut at the V groove forming portion.

【0060】次に、レジストを塗布し、細線中央部のみ
レジストを残すように電子線または光リソグラフィーに
よりパターニングを行う。この後レジストをマスクとし
て、リンまたは砒素のイオン注入を行い、細線端部にn
+型領域を形成し、ソース506及びドレイン507と
する。続いて、900°C〜1100°Cの温度で10
〜60分間、N2雰囲気中でアニールすることにより、
ソース506及びドレイン507中の注入されたイオン
の活性化を行う。この後アルミニウムを100〜100
0nm程度蒸着し、電子線または光リソグラフィーによ
りレジストのパターニングを行い、この後RIEにより
アルミニウムを加工し、ゲート508を形成する。
Next, a resist is applied, and patterning is performed by electron beam or photolithography so that the resist remains only in the central portion of the fine line. After that, phosphorus or arsenic is ion-implanted using the resist as a mask, and n is applied to the end of the thin wire.
A + type region is formed to serve as a source 506 and a drain 507. Then, at a temperature of 900 ° C to 1100 ° C, 10
By annealing in N 2 atmosphere for ~ 60 minutes,
Activation of the implanted ions in the source 506 and the drain 507 is performed. After this, add 100 to 100 aluminum.
The gate 508 is formed by depositing about 0 nm and patterning the resist by electron beam or photolithography, and then processing the aluminum by RIE.

【0061】次に、この第5の実施の形態におけるデバ
イス動作について述べる。ゲート508に正電圧を印可
していくと、シリコン細線表面に反転層が誘起される
が、V溝505部分では細線の厚さが小さいためピンチ
オフし、電位の障壁が形成される。V溝505は隣接し
て3つ形成されているため、V溝505間の2つの微小
領域中の反転層は電位障壁に挟まれた量子ドット構造と
なる。
Next, the device operation in the fifth embodiment will be described. When a positive voltage is applied to the gate 508, an inversion layer is induced on the surface of the silicon thin wire, but at the V groove 505 part, the thin wire is thin and pinch off to form a potential barrier. Since three V-grooves 505 are formed adjacent to each other, the inversion layer in the two minute regions between the V-grooves 505 has a quantum dot structure sandwiched by potential barriers.

【0062】この実施の形態の異方性エッチングを用い
て形成したV溝505先端部の構造は十分にシャープで
あり、この領域に形成される電位バリア幅は十分に小さ
いため、ソース506から供給された電子が量子ドット
構造へトンネリングが可能になる。また量子ドット中に
注入された電子は、同様にしてドレイン507側へトン
ネリングすることが可能となる。さらに量子ドットが十
分に小さく、このチャージングエネルギーが測定温度の
熱エネルギーよりも十分に大きい場合、クーロンブロッ
ケイド現象が観測可能となる。
Since the structure of the V groove 505 tip portion formed by using the anisotropic etching of this embodiment is sufficiently sharp and the potential barrier width formed in this region is sufficiently small, it is supplied from the source 506. The generated electrons can tunnel to the quantum dot structure. Also, the electrons injected into the quantum dots can be tunneled to the drain 507 side in the same manner. Furthermore, if the quantum dots are sufficiently small and this charging energy is sufficiently larger than the thermal energy at the measurement temperature, the Coulomb blockade phenomenon becomes observable.

【0063】よって、この第5の実施の形態のデバイス
構造では、ゲート508の電圧により量子ドットの電位
を変調できるため、ソース506からドレイン507へ
の単一の電子の流れを制御可能な単一電子トランジスタ
構造が実現される。更に、この実施の形態では、量子ド
ットが直列に2個接続されているため、コ・トンネリン
グ(co−tunneling)が抑制され、ゲート電
圧によって電流のより明瞭なオン・オフが実現できる。
同様にして、複数の量子ドットを直列に配置した構造も
実現できる。
Therefore, in the device structure of the fifth embodiment, the potential of the quantum dot can be modulated by the voltage of the gate 508, so that a single electron flow from the source 506 to the drain 507 can be controlled. An electronic transistor structure is realized. Furthermore, in this embodiment, since two quantum dots are connected in series, co-tunneling is suppressed, and a clearer on / off of the current can be realized by the gate voltage.
Similarly, a structure in which a plurality of quantum dots are arranged in series can be realized.

【0064】[0064]

【実施例】次に、各実施の形態の実施例について説明す
る。図1に示した第1の実施の形態の素子作製に当た
り、厚さ50nm、ボロン濃度1015cm-3の上部シリ
コン層を持つSOI基板を用いた。電子線リソグラフィ
ー及びヒドラジンを用いて、幅20nm、長さ1μmの
2本のV溝構造を20nmの間隔で上部シリコン層表面
に形成した。この後電子線リソグラフィー及びRIEに
より、上部シリコン層を加工し、帽20nm、長さ1μ
mの細線パターンを形成した。この後細線を10nm酸
化することで絶縁膜104の形成を行った。またソース
106及びドレイン107は、Asを20keVのエネ
ルギーで1E16cm-2注入し、900°CのN2雰囲
気中で30分間アニールすることで形成した。ゲート1
08には100nmの厚さのアルミニウムを用い、RI
Eにてパターニングを行った。
EXAMPLES Next, examples of each embodiment will be described. An SOI substrate having an upper silicon layer having a thickness of 50 nm and a boron concentration of 10 15 cm −3 was used for manufacturing the device of the first embodiment shown in FIG. Using electron beam lithography and hydrazine, two V-groove structures each having a width of 20 nm and a length of 1 μm were formed on the surface of the upper silicon layer at intervals of 20 nm. After that, the upper silicon layer is processed by electron beam lithography and RIE, and the cap is 20 nm and the length is 1 μm.
m thin line pattern was formed. After that, the insulating film 104 was formed by oxidizing the thin wire by 10 nm. The source 106 and the drain 107 were formed by implanting 1E16 cm -2 of As with energy of 20 keV and annealing for 30 minutes in a N 2 atmosphere at 900 ° C. Gate 1
For 08, aluminum having a thickness of 100 nm is used, and RI
Patterning was performed at E.

【0065】以上のようにして作製した単一電子素子に
おいて、ソース106・ドレイン107間に50mVの
電圧を印加した状態で、ゲート108に正電圧を印加し
ていくと周期的なドレイン電流の振動が観測された。こ
の振動は単一電子トンネリングに起因したものであり、
約10Kの温度まで明快に観測することができた。
In the single-electron device manufactured as described above, when a positive voltage is applied to the gate 108 with a voltage of 50 mV applied between the source 106 and the drain 107, periodic drain current oscillation occurs. Was observed. This vibration is due to single electron tunneling,
It was possible to observe clearly up to a temperature of about 10K.

【0066】次に、図2に示した第2の実施の形態の実
施例について説明する。第2の実施の形態の素子作製に
当たり、厚さ50nm、ボロン濃度1015cm-3の上部
シリコン層を持つSOI基板を用い、電子線リソグラフ
ィー及びRIEにより、上部シリコン層を加工し、幅2
0nm、長さ1μmの細線パターンを形成した。この後
電子線リソグラフィー及びヒドラジンを用いて、幅20
nm、長さ1μmの2本のV溝構造を20nmの間隔で
細線上面部及び側面部に形成した。この後細線を10n
m酸化することで絶縁膜204の形成を行った。またソ
ース206及びドレイン207は、Asを20keVの
エネルギーで1E16cm-2注入し、900°CのN2
雰囲気中で30分間アニールすることで形成した。ゲー
ト208には100nmの厚さのアルミニウムを用い、
RIEにてパターンニングを行った。
Next, an example of the second embodiment shown in FIG. 2 will be described. In manufacturing the device of the second embodiment, an SOI substrate having an upper silicon layer having a thickness of 50 nm and a boron concentration of 10 15 cm −3 is used, the upper silicon layer is processed by electron beam lithography and RIE, and a width of 2 is obtained.
A fine line pattern having a length of 0 nm and a length of 1 μm was formed. Then, using electron beam lithography and hydrazine, a width of 20
Two V-groove structures each having a thickness of 1 nm and a length of 1 μm were formed on the upper surface and the side surface of the thin wire at intervals of 20 nm. After this, thin line 10n
The insulating film 204 was formed by m-oxidation. As the source 206 and the drain 207, 1E16 cm −2 of As was implanted with an energy of 20 keV and N 2 at 900 ° C.
It was formed by annealing for 30 minutes in the atmosphere. Aluminum having a thickness of 100 nm is used for the gate 208,
Patterning was performed by RIE.

【0067】以上のようにして作製した単一電子素子に
おいて、ソース206・ドレイン207間に50mVの
電圧を印加した状態で、ゲート208に正電圧を印加し
ていくと、周期的なドレイン電流の振動が観測された。
この振動は単一電子トンネリングに起因したものであ
り、第1の実施の形態よりも動作温度の高い約25Kの
温度まで明瞭に観測することができた。
In the single-electron device manufactured as described above, when a positive voltage is applied to the gate 208 while a voltage of 50 mV is applied between the source 206 and the drain 207, a periodic drain current Vibration was observed.
This vibration was caused by single electron tunneling, and could be clearly observed up to a temperature of about 25 K, which is higher than the operating temperature of the first embodiment.

【0068】次に、図3に示した第3の実施の形態の実
施例について説明する。第3の実施の形態の素子作製に
当たり、厚さ10nm、ボロン濃度1015cm-3の上部
シリコン層を持つSOI基板を用いた。電子線リソグラ
フィー及びヒドラジンを用いて、幅20nm、長さ1μ
mの2本のV溝構造を20nmの間隔で上部シリコン層
表面に形成した。このV溝305は上部シリコン層底部
まで達し上部シリコン層下部には6nmのギャップが形
成される。
Next, an example of the third embodiment shown in FIG. 3 will be described. An SOI substrate having an upper silicon layer with a thickness of 10 nm and a boron concentration of 10 15 cm −3 was used for manufacturing the device of the third embodiment. Width 20nm, length 1μ using electron beam lithography and hydrazine
Two V-groove structures of m were formed on the surface of the upper silicon layer at intervals of 20 nm. The V groove 305 reaches the bottom of the upper silicon layer, and a 6 nm gap is formed in the lower portion of the upper silicon layer.

【0069】この後電子線リソグラフィー及びRIEに
より、上部シリコン層を加工し、幅20nm、長さ1μ
mの細線パターンを形成した。この後細線を10nm酸
化することで絶縁膜304の形成を行った。またソース
306及びドレイン307は、Asを20keVのエネ
ルギーで1E16cm-2注入し、900°CのN2雰囲
気中で30分間アニールすることで形成した。ゲート3
08には100nmの厚さのアルミニウムを用い、RI
Eにてパターニングを行った。
Thereafter, the upper silicon layer is processed by electron beam lithography and RIE, and the width is 20 nm and the length is 1 μm.
m thin line pattern was formed. After that, the thin film was oxidized by 10 nm to form the insulating film 304. Further, the source 306 and the drain 307 were formed by implanting 1E16 cm −2 of As with energy of 20 keV and annealing for 30 minutes in a N 2 atmosphere at 900 ° C. Gate 3
For 08, aluminum having a thickness of 100 nm is used, and RI
Patterning was performed at E.

【0070】以上のようにして作製した第3の実施の形
態の単一電子素子において、ソース306・ドレイン3
07間に50mVの電圧を印加した状態で、ゲート30
8に正電圧を印加していくと周期的なドレイン電流の振
動が観測された。この振動は単一電子トンネリングに起
因したものであり、第1の実施の形態よりも動作温度の
高い約50Kの温度まで明瞭に観測することができた。
In the single electron device of the third embodiment manufactured as described above, the source 306 and the drain 3
With a voltage of 50 mV applied between 07 and 30,
When a positive voltage was applied to No. 8, periodic drain current oscillation was observed. This vibration is due to single-electron tunneling, and could be clearly observed up to a temperature of about 50 K, which is higher than the operating temperature of the first embodiment.

【0071】次に、図4に示した第4の実施の形態の実
施例について説明する。第4の実施の形態の素子作製に
当たり、厚さ10nm、ボロン濃度1019cm-3の上部
シリコン層を持つSOI基板を用いた。電子線リソグラ
フィー及びヒドラジンを用いて、幅20nm、長さ1μ
mの2本のV溝405を20nmの間隔で上部シリコン
層表面に形成した。このV溝405は上部シリコン層底
部まで達し上部シリコン層下部には6nmのギャップが
形成される。
Next, an example of the fourth embodiment shown in FIG. 4 will be described. An SOI substrate having an upper silicon layer having a thickness of 10 nm and a boron concentration of 10 19 cm −3 was used for manufacturing the device of the fourth embodiment. Width 20nm, length 1μ using electron beam lithography and hydrazine
Two V grooves 405 of m were formed on the surface of the upper silicon layer at intervals of 20 nm. The V groove 405 reaches the bottom of the upper silicon layer, and a 6 nm gap is formed in the lower portion of the upper silicon layer.

【0072】この後電子線リソグラフィー及びRIEに
より、上部シリコン層を加工し、幅20nm、長さ1μ
mの細線パターンを形成した。この後細線を10nm酸
化することで絶縁膜404の形成を行った。またソース
406及びドレイン407は、Asを20keVのエネ
ルギーで1E16cm-2注入し、900°CのN2雰囲
気中で30分間アニールすることで形成した。ゲート4
08には100nmの厚さのアルミニウムを用い、RI
Eにてパターニングを行った。
After that, the upper silicon layer is processed by electron beam lithography and RIE, and the width is 20 nm and the length is 1 μm.
m thin line pattern was formed. After that, the insulating film 404 was formed by oxidizing the thin wire by 10 nm. Further, the source 406 and the drain 407 were formed by implanting 1E16 cm −2 of As with energy of 20 keV and annealing for 30 minutes in a N 2 atmosphere at 900 ° C. Gate 4
For 08, aluminum having a thickness of 100 nm is used, and RI
Patterning was performed at E.

【0073】以上のようにして作製した第4の実施の形
態の単一電子素子において、ソース406・ドレイン4
07間に50mVの電圧を印加した状態で、ゲート40
8に正または負の電圧を印加していくと周期的なドレイ
ン電流の振動が観測された。この振動は単一電子トンネ
リングに起因したものであり、第1の実施の形態よりも
動作温度の高い約50Kの温度まで明瞭に観測すること
ができた。
In the single-electron device of the fourth embodiment manufactured as described above, the source 406 and the drain 4
With a voltage of 50 mV applied between 07, gate 40
When a positive or negative voltage was applied to No. 8, periodic oscillation of drain current was observed. This vibration is due to single-electron tunneling, and could be clearly observed up to a temperature of about 50 K, which is higher than the operating temperature of the first embodiment.

【0074】次に、図5に示した第5の実施の形態の実
施例について説明する。第5の実施の形態の素子作製に
当たり、厚さ50nm、ボロン濃度1015cm-3の上部
シリコン層を持つSOI基板を用いた。電子線リソグラ
フィー及びヒドラジンを用いて、幅20nm、長さ1μ
mの5本のV溝構造を20nmの間隔で上部シリコン層
表面に形成した。この後電子線リソグラフィー及びRI
Eにより、上部シリコン層を加工し、幅20nm、長さ
1μmの細線パターンを形成した。この後細線を10n
m酸化することで絶縁膜504の形成を行った。
Next, an example of the fifth embodiment shown in FIG. 5 will be described. An SOI substrate having an upper silicon layer with a thickness of 50 nm and a boron concentration of 10 15 cm −3 was used for manufacturing the device of the fifth embodiment. Width 20nm, length 1μ using electron beam lithography and hydrazine
Five V-groove structures of m were formed on the surface of the upper silicon layer at intervals of 20 nm. After this, electron beam lithography and RI
The upper silicon layer was processed by E to form a fine line pattern having a width of 20 nm and a length of 1 μm. After this, thin line 10n
The insulating film 504 was formed by m-oxidation.

【0075】またソース506及びドレイン507は、
Asを20keVのエネルギーで1E16cm-2注入
し、900°CのN2雰囲気中で30分間アニールする
ことで形成した。ゲート508には100nmの厚さの
アルミニウムを用い、RIEにてパターニングを行っ
た。
The source 506 and the drain 507 are
It was formed by implanting 1E16 cm −2 of As with energy of 20 keV and annealing for 30 minutes in a N 2 atmosphere at 900 ° C. Aluminum having a thickness of 100 nm was used for the gate 508, and patterning was performed by RIE.

【0076】以上のようにして作製した第5の実施の形
態の単一電子素子において、ソース506・ドレイン5
07間に250mVの電圧を印加した状態で、ゲート5
08に正電圧を印加していくと周期的なドレイン電流の
振動が観測された。この実施例構造では量子ドットが直
列に接続され、コ・トンネリング(co−tunnel
ing)が抑制されるため、ドレイン電流の振動がより
明瞭になり、第1の実施の形態よりも動作温度の高い1
5Kまで動作確認ができた。
In the single electron device of the fifth embodiment manufactured as described above, the source 506 and the drain 5
With a voltage of 250 mV applied between 07, gate 5
When a positive voltage was applied to 08, periodic drain current oscillation was observed. In the structure of this embodiment, the quantum dots are connected in series, and co-tunneling is performed.
ing) is suppressed, the oscillation of the drain current becomes clearer, and the operating temperature is higher than that of the first embodiment.
I was able to confirm the operation up to 5K.

【0077】なお、本発明は以上の実施の形態及び実施
例に限定されるものではなく、以下に示す方法を用いて
も本発明の単一電子素子は実現可能である。例えば、S
OI基板の代わりにSOS基板、若しくは酸化膜上のポ
リシリコンをアニールすることにより単結晶化した基板
を用いてもよい。また、各実施の形態において上部シリ
コン層中のドーパントはp型不純物であるとしたが、n
型不純物でもよい。但しこの場合ソース、ドレイン及び
反転層の導電型はp型になる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the single electronic device of the present invention can be realized by using the method shown below. For example, S
Instead of the OI substrate, an SOS substrate or a substrate obtained by annealing the polysilicon on the oxide film to single crystal may be used. Further, in each of the embodiments, the dopant in the upper silicon layer is a p-type impurity, but n
It may be a type impurity. However, in this case, the conductivity type of the source, drain and inversion layer is p-type.

【0078】また、V溝構造の形成における異方性エッ
チャントとしてヒドラジン以外に、KOH、テトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイド、エチレンジアミ
ン、アンモニアなども利用できる。更に、各実施の形態
においては細線上部の酸化膜を熱酸化を用いて形成した
が、化学気相堆積(CVD)法でも形成可能である。ま
た、絶縁膜としては酸化膜以外に窒化膜を用いてもよ
い。ゲートの材料としてはアルミニウム以外に、ドーピ
ンクされたポリシリコンやタングステンなどの他のメタ
ル材料を用いてもよい。以上細線材料としてシリコンを
用いて説明したが、シリコン以外の材料たとえば化合物
半導体などを用いても本構造の実現は可能である。
In addition to hydrazine, KOH, tetramethylammonium hydroxide, ethylenediamine, ammonia, etc. can be used as the anisotropic etchant for forming the V-groove structure. Further, in each of the embodiments, the oxide film on the upper part of the thin wire is formed by using thermal oxidation, but it can also be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method. Further, as the insulating film, a nitride film may be used instead of the oxide film. As the material of the gate, other than aluminum, other metal materials such as doped polysilicon and tungsten may be used. Although silicon has been described above as the thin wire material, the present structure can be realized by using a material other than silicon, such as a compound semiconductor.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように本発明の単一電子素
子では、V溝頂点部に幅が狭くエネルギー障壁の大きい
トンネルバリアを形成できるため、高温においてもキャ
リアを量子ドット中に閉じこめることが可能になる利点
を持つ。また量子ドットと、トンネルバリアを挟んだ細
線部分との対向面積が小さいため、量子ドットの静電容
量を小さくでき、デバイスの高温動作が可能になる利点
を持つ。
As described above, in the single-electron device of the present invention, since a tunnel barrier having a narrow width and a large energy barrier can be formed at the apex of the V groove, carriers can be confined in the quantum dots even at high temperature. Has the advantage of being possible. In addition, since the facing area between the quantum dot and the thin line portion sandwiching the tunnel barrier is small, the capacitance of the quantum dot can be reduced, and the device can operate at high temperature.

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

【図1】本発明の単一電子素子の第1の実施の形態の構
成図で、(a)は上面構造図、(b)は(a)のA−
A’線での断面構造図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a single electronic device of the present invention, (a) is a top structural diagram, (b) is A- of (a).
FIG. 9 is a cross-sectional structural view taken along the line A ′.

【図2】本発明の単一電子素子の第2の実施の形態の構
成図で、(a)は上面構造図、(b)はA−A’線での
断面構造図である。
2A and 2B are configuration diagrams of a second embodiment of a single electronic device of the present invention, FIG. 2A is a top view and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′.

【図3】本発明の単一電子素子の第3の実施の形態の断
面構造図である。
FIG. 3 is a sectional structural view of a third embodiment of a single electronic device of the present invention.

【図4】本発明の単一電子素子の第4の実施の形態の断
面構造図である。
FIG. 4 is a sectional structural view of a fourth embodiment of a single electronic device of the present invention.

【図5】本発明の単一電子素子の第5の実施の形態の構
成図で、(a)は上面構造図、(b)は(a)のA−
A’での断面構造図である。
5A and 5B are configuration diagrams of a single electronic device according to a fifth embodiment of the present invention, in which FIG. 5A is a top view and FIG. 5B is A- of FIG.
It is a cross-section figure in A '.

【図6】従来の単一電子素子の一例の構成図で、(a)
は上面構造図、(b)は(a)のA−A’線での断面構
造図である。
FIG. 6 is a block diagram of an example of a conventional single-electron element, (a)
Is a top structural view, and (b) is a cross-sectional structural view taken along the line AA ′ of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、200、500 シリコン細線 101、201、301、401、501 半導体基板 102、104、202、204、302、304、4
02、404、502、504 絶縁膜 103、203、303、403、503 半導体基板 105、205、305、405、505 V溝 106、206、306、406、506 ソース 107、207、307、407、507 ドレイン 108、208、308、408、508 ゲート
100, 200, 500 Thin silicon wires 101, 201, 301, 401, 501 Semiconductor substrate 102, 104, 202, 204, 302, 304, 4
02, 404, 502, 504 Insulating film 103, 203, 303, 403, 503 Semiconductor substrate 105, 205, 305, 405, 505 V-groove 106, 206, 306, 406, 506 Source 107, 207, 307, 407, 507 Drain 108, 208, 308, 408, 508 gate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の絶縁体層上に半導体層が存在し、
該半導体層を披覆するように第2の絶縁体層が存在し、
該第2の絶縁体層上にゲートが形成されると共に、該半
導体層にドレイン及びソースが形成されている単一電子
素子において、 前記半導体層が中央部に複数個所のV溝を有する細線状
に加工され、該V溝部分において前記細線の幅及び厚さ
のうち少なくとも一方が周辺部分よりも小さくなってい
ることを特徴とする単一電子素子。
1. A semiconductor layer is present on the first insulator layer,
A second insulator layer is present overlying the semiconductor layer,
A single-electron device in which a gate is formed on the second insulator layer and a drain and a source are formed on the semiconductor layer, wherein the semiconductor layer has a thin linear shape having a plurality of V-grooves at a central portion. A single electron element characterized in that at least one of the width and the thickness of the thin wire in the V groove portion is smaller than that in the peripheral portion.
【請求項2】 前記V溝は前記細線を切断しないように
形成されていることを特徴とする請求項1記載の単一電
子素子。
2. The single electronic device according to claim 1, wherein the V groove is formed so as not to cut the thin wire.
【請求項3】 前記V溝は前記細線を切断するように形
成されていることを特徴とする請求項1記載の単一電子
素子。
3. The single electronic device according to claim 1, wherein the V groove is formed so as to cut the thin wire.
【請求項4】 前記細線は不純物濃度が高く縮退してお
り、前記V溝によって該細線が切断されたことを特徴と
する請求項1記載の単一電子素子。
4. The single-electron device according to claim 1, wherein the thin wire has a high impurity concentration and is degenerated, and the thin wire is cut by the V groove.
JP219096A 1996-01-10 1996-01-10 Single electronic device Expired - Fee Related JP2904090B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP219096A JP2904090B2 (en) 1996-01-10 1996-01-10 Single electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP219096A JP2904090B2 (en) 1996-01-10 1996-01-10 Single electronic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09191104A true JPH09191104A (en) 1997-07-22
JP2904090B2 JP2904090B2 (en) 1999-06-14

Family

ID=11522451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP219096A Expired - Fee Related JP2904090B2 (en) 1996-01-10 1996-01-10 Single electronic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2904090B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004535066A (en) * 2001-05-18 2004-11-18 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Nanoscale wires and related devices
JP2008010871A (en) * 2006-06-29 2008-01-17 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Mosfets comprising source/drain recesses with slanted sidewall surfaces, and methods for fabricating the same
KR100866948B1 (en) * 2003-02-07 2008-11-05 삼성전자주식회사 Single electron transistor having memory function and method for manufacturing the same
CN102437196A (en) * 2011-12-15 2012-05-02 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Low-temperature polycrystalline silicon thin film transistor and manufacturing method thereof
US9297796B2 (en) 2009-09-24 2016-03-29 President And Fellows Of Harvard College Bent nanowires and related probing of species
US9535063B2 (en) 2006-11-22 2017-01-03 President And Fellows Of Harvard College High-sensitivity nanoscale wire sensors

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004535066A (en) * 2001-05-18 2004-11-18 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Nanoscale wires and related devices
KR100866948B1 (en) * 2003-02-07 2008-11-05 삼성전자주식회사 Single electron transistor having memory function and method for manufacturing the same
JP2008010871A (en) * 2006-06-29 2008-01-17 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Mosfets comprising source/drain recesses with slanted sidewall surfaces, and methods for fabricating the same
US9535063B2 (en) 2006-11-22 2017-01-03 President And Fellows Of Harvard College High-sensitivity nanoscale wire sensors
US9297796B2 (en) 2009-09-24 2016-03-29 President And Fellows Of Harvard College Bent nanowires and related probing of species
CN102437196A (en) * 2011-12-15 2012-05-02 昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司 Low-temperature polycrystalline silicon thin film transistor and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2904090B2 (en) 1999-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6770534B2 (en) Ultra small size vertical MOSFET device and method for the manufacture thereof
EP0718894B1 (en) Coulomb-blockade element and method of manufacturing the same
US6010934A (en) Method of making nanometer Si islands for single electron transistors
KR100434534B1 (en) Single Electronic Transistor Using Schottky Tunnel Barrier and Manufacturing Method Thereof
US6204517B1 (en) Single electron transistor memory array
KR19980702565A (en) Self-aligned vertical bipolar transistor manufacturing method on S.O.I
JP2904090B2 (en) Single electronic device
JP2760345B2 (en) Single electronic device
JPH0272672A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
US5612233A (en) Method for manufacturing a single electron component
JP2571004B2 (en) Thin film transistor
JP3402905B2 (en) Semiconductor element
KR100347146B1 (en) Method for fabricating quantum dot and single electron memory device using the quantum dot
US20050145896A1 (en) Memory device and method of manufacturing the same
JP4051476B2 (en) Semiconductor memory device
JP2904095B2 (en) Method of manufacturing single electronic device
US20200343435A1 (en) Method for producing an electronic component with double quantum dots
JP3102475B2 (en) Tunnel element
KR100468834B1 (en) Single electron transistor using oxidation process and manufacturing method
JPH07302908A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPS62122170A (en) Mis transistor and manufacture thereof
JP3329627B2 (en) Semiconductor element
KR100434813B1 (en) Structure and manufacturing method for single electron transistor by using silicide layer
JP3243933B2 (en) Quantization function element and method of manufacturing the same
JP3097260B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080326

Year of fee payment: 9

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

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090326

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090326

Year of fee payment: 10

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100326

Year of fee payment: 11

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100326

Year of fee payment: 11

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110326

Year of fee payment: 12

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110326

Year of fee payment: 12

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

Year of fee payment: 13

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120326

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees