JPH0645613A - Semiconductor element and its manufacture - Google Patents
Semiconductor element and its manufactureInfo
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- JPH0645613A JPH0645613A JP4198597A JP19859792A JPH0645613A JP H0645613 A JPH0645613 A JP H0645613A JP 4198597 A JP4198597 A JP 4198597A JP 19859792 A JP19859792 A JP 19859792A JP H0645613 A JPH0645613 A JP H0645613A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、特に微細
構造素子における半導体素子およびその製造方法に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor element, particularly a semiconductor element in a fine structure element, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSIは、トランジスタの発明以来、プ
レーナーIC技術、フォトリソグラフィー技術、イオン
注入技術等を導入し、これらをさらに発展させることに
より、高集積化が行われている。これまでのLSIの高
集積化の方法は、主に半導体表面上に作製される素子を
比例縮小することにより実現されている。2. Description of the Related Art LSIs have been highly integrated by introducing planar IC technology, photolithography technology, ion implantation technology, etc. since the invention of the transistor and further developing them. The conventional methods of highly integrating LSIs have been realized mainly by proportionally reducing the size of the elements formed on the semiconductor surface.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような方法では、今後さらに、高集積化を進めて行くに
は問題点がある。例えばMOSFETの作製において、
比例縮小則を用いて微細化した場合、素子と各電極間の
コンタクト抵抗および電圧降下はそれぞれ縮小率の2
乗、1乗に反比例するので、半導体表面上における電極
のサイズには微細化の制限があり、基板平面における素
子の大きさは電極サイズによって決まってしまう。さら
に、ソース、ゲート、ドレイン領域を半導体基板面内に
設けるため、MOSFETの占有面積が大きいという課
題がある。このような課題は、接合型FET、MESF
ETでも同様である。However, the above method has a problem in further increasing the degree of integration in the future. For example, in the manufacture of MOSFET,
When miniaturized using the proportional reduction rule, the contact resistance and voltage drop between the device and each electrode are 2
Since it is inversely proportional to the power of 1 and the power of 1, the size of the electrode on the semiconductor surface is limited by miniaturization, and the size of the element on the plane of the substrate is determined by the electrode size. Further, since the source, gate and drain regions are provided in the semiconductor substrate surface, there is a problem that the area occupied by the MOSFET is large. Such a problem is a junction type FET, MESF
The same is true for ET.
【0004】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、基板平面内における素子の占有面積の小さい半導体
素子およびその製造方法を提供することを目的とするも
のである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a small area occupied by the device in the plane of the substrate and a method of manufacturing the same.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】請求項1の本発明は、少
なくとも半導体基板表面に設けられた柱状結晶からなる
第1半導体と、第1半導体の先端部分と根元部分の間の
側面の所定の領域に接して又は埋め込まれて設けられた
第1半導体と異なる伝導型を持つ第2半導体とを備え、
第2半導体にはゲート電極、第1半導体の先端部分と根
元部分にはソース電極とドレイン電極あるいはドレイン
電極とソース電極が設けられている半導体素子である。According to a first aspect of the present invention, there is provided at least a first semiconductor made of columnar crystals provided on the surface of a semiconductor substrate and a predetermined side surface between a tip portion and a root portion of the first semiconductor. A first semiconductor provided in contact with or embedded in the region and a second semiconductor having a different conductivity type,
The second semiconductor is a semiconductor element in which a gate electrode is provided, and a source electrode and a drain electrode or a drain electrode and a source electrode are provided at a tip portion and a root portion of the first semiconductor.
【0006】請求項2の本発明は、少なくも半導体基板
表面に設けられた柱状結晶からなる第1半導体と、第1
半導体の先端部分と根元部分の間の側面の所定の領域に
接して又は埋め込まれて設けられた絶縁体層と、絶縁体
層上に形成された導電体部分とを備え、導電体部分には
ゲート電極、第1半導体の先端部分と根元部分にはソー
ス電極とドレイン電極あるいはドレイン電極とソース電
極が設けられている半導体素子である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a first semiconductor comprising a columnar crystal provided on the surface of a semiconductor substrate, and a first semiconductor.
An insulator layer provided in contact with or embedded in a predetermined region on the side surface between the tip portion and the root portion of the semiconductor, and a conductor portion formed on the insulator layer. This is a semiconductor element in which a source electrode and a drain electrode or a drain electrode and a source electrode are provided at the tip portion and the root portion of the gate electrode and the first semiconductor.
【0007】請求項3の本発明は、少なくとも半導体基
板表面に設けられた柱状結晶である第1半導体と、第1
半導体の先端部分と根元部分の間の側面の所定の領域に
接して又は埋め込まれて設けられ、第1半導体とショッ
トキー障壁を形成する金属部分とを備え、金属部分には
ゲート電極、第1半導体の先端部分と根元部分にはソー
ス電極とドレイン電極あるいはドレイン電極とソース電
極が設けられている半導体素子である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a first semiconductor, which is a columnar crystal provided at least on the surface of a semiconductor substrate, and a first semiconductor.
The semiconductor device includes a first semiconductor and a metal portion that forms a Schottky barrier and is provided in contact with or embedded in a predetermined region on the side surface between the tip portion and the root portion of the semiconductor. This is a semiconductor element in which a source electrode and a drain electrode or a drain electrode and a source electrode are provided at the tip and the root of the semiconductor.
【0008】請求項5の本発明は、金属を半導体基板表
面に局所的に析出させ、その後半導体基板表面の温度を
金属と基板材料との共晶点温度以上かつそれぞれの融点
以下に設定することで、半導体基板表面の金属析出場所
に局所的な合金液滴領域を形成し、気相−液相−固相反
応を用いることにより半導体基板表面上に柱状結晶を局
所的に成長させる半導体素子の製造方法である。According to the present invention of claim 5, the metal is locally deposited on the surface of the semiconductor substrate, and then the temperature of the surface of the semiconductor substrate is set to be equal to or higher than the eutectic point temperature of the metal and the substrate material and lower than the respective melting points. Of the semiconductor device in which a columnar crystal is locally grown on the surface of the semiconductor substrate by forming a local alloy droplet region at a metal deposition site on the surface of the semiconductor substrate and using a gas-liquid-solid reaction. It is a manufacturing method.
【0009】請求項12の本発明は、さらに半導体基板
表面上に第1導電層−絶縁体層−第2半導体−絶縁体層
−第2導電層より成る多層膜を、第1導電層、第2導電
層がそれぞれ柱状結晶の根元部分及び先端部分に導通
し、半導体層が柱状結晶の所定の領域に接して導通する
ように堆積させる請求項5記載の半導体素子の製造方法
である。。According to a twelfth aspect of the present invention, a multi-layer film comprising a first conductive layer, an insulating layer, a second semiconductor, an insulating layer and a second conductive layer is further formed on the surface of the semiconductor substrate, the first conductive layer, 6. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 5, wherein the two conductive layers are deposited such that they are electrically connected to the root portion and the tip portion of the columnar crystal, respectively, and the semiconductor layer is in contact with a predetermined region of the columnar crystal to be electrically conductive. .
【0010】また、例えば半導体基板表面上に柱状結晶
を局所的に成長させ、その後、所定の方法により柱状結
晶の側面の所定の領域に接して柱状結晶とは異なる伝導
型をもつ半導体または柱状結晶とショットキー障壁を形
成する金属を形成するか、または柱状結晶とは異なる伝
導型をもつ半導体を埋め込むか、または絶縁体層とその
絶縁体層上に導電体を形成し、さらに、柱状結晶の先端
部分および根元部分に導電体により電極を形成する半導
体素子の製造方法である。Further, for example, a columnar crystal is locally grown on the surface of a semiconductor substrate, and thereafter, a semiconductor or a columnar crystal having a conductivity type different from that of the columnar crystal is brought into contact with a predetermined region on the side surface of the columnar crystal by a predetermined method. And forming a metal that forms a Schottky barrier, or embedding a semiconductor having a conductivity type different from that of the columnar crystal, or forming an insulator layer and a conductor on the insulator layer, and further forming a columnar crystal. This is a method of manufacturing a semiconductor element, in which electrodes are formed on the tip portion and the root portion by a conductor.
【0011】[0011]
【作用】本発明は、基板上に設けられた微細な半導体の
柱状結晶の先端部分と根元部分の間の側面の所定の領域
に接する又は埋め込まれるように、柱状結晶と異なる伝
導型を持つ半導体部分で構成され、半導体部分をゲート
電極とし、先端部分と根元部分にはソース電極とドレイ
ン電極あるいはドレイン電極とソース電極を設けている
ので、基板に対して高さ方向にソース−ゲート−ドレイ
ン領域および、電極が形成可能であり、占有面積の小さ
い半導体素子を実現できる。ここで例えば、ゲート電極
の直下には空乏層が形成され、ゲート電極に印加する電
圧によって空乏層の幅は変化するので、ソース−ドレイ
ン間を流れる電流はこのゲート電極に印加する電圧によ
って制御することが可能である。According to the present invention, a semiconductor having a conductivity type different from that of the columnar crystal is formed so as to be in contact with or embedded in a predetermined region on the side surface between the tip portion and the root portion of the fine semiconductor columnar crystal provided on the substrate. The gate electrode is the semiconductor portion, and the source electrode and the drain electrode or the drain electrode and the source electrode are provided at the tip portion and the root portion, so that the source-gate-drain region is arranged in the height direction with respect to the substrate. Further, a semiconductor element can be realized in which electrodes can be formed and the occupied area is small. Here, for example, a depletion layer is formed immediately below the gate electrode, and the width of the depletion layer changes depending on the voltage applied to the gate electrode. Therefore, the current flowing between the source and drain is controlled by the voltage applied to this gate electrode. It is possible.
【0012】また、基板上に設けられた微細な半導体の
柱状結晶の先端部分と根元部分の間の側面の所定の領域
に接する又は埋め込まれるように、絶縁体層と絶縁体層
上に形成された導電体部分で構成され、導電体部分をゲ
ート電極とし、先端部分と根元部分にはソース電極とド
レイン電極あるいはドレイン電極とソース電極を設けて
いるので、基板に対して高さ方向にソース−ゲート−ド
レイン領域および、電極が形成可能であり、占有面積の
小さい半導体素子を実現できる。ここで例えば、ゲート
電極直下の柱状結晶と絶縁体層の界面には、ゲート電極
に印加する電圧によって変化するチャネルの領域が形成
され、ソース−ドレイン間を流れる電流はこのゲート電
極に印加する電圧によって制御することが可能である。Further, the insulating layer and the insulating layer are formed so as to be in contact with or embedded in a predetermined region on the side surface between the tip portion and the root portion of the fine semiconductor columnar crystal provided on the substrate. The conductor portion is used as a gate electrode, and the tip portion and the root portion are provided with a source electrode and a drain electrode or a drain electrode and a source electrode. A gate-drain region and an electrode can be formed, and a semiconductor element having a small occupied area can be realized. Here, for example, in the interface between the columnar crystal immediately below the gate electrode and the insulator layer, a channel region that changes depending on the voltage applied to the gate electrode is formed, and the current flowing between the source and the drain is the voltage applied to this gate electrode. It is possible to control by.
【0013】また、基板上に設けられた微細な半導体の
柱状結晶の先端部分と根元部分の間の側面の所定の領域
に接する又は埋め込まれるように、柱状結晶を構成して
いる半導体とショットキー障壁を形成する金属部分を構
成し、金属部分をゲート電極とし、先端部分と根元部分
にはソース電極とドレイン電極あるいはドレイン電極と
ソース電極を設けているので、基板に対して高さ方向に
ソース−ゲート−ドレイン領域および、電極が形成可能
であり、占有面積の小さい半導体素子を実現できる。こ
こで例えば、ゲート電極直下の柱状結晶の界面には、シ
ョットキー障壁のため空乏層が形成される。ゲート電極
に印加する電圧によって空乏層の幅は変化するので、ソ
ース−ドレイン間を流れる電流はこのゲート電極に印加
する電圧によって制御することが可能である。Further, the semiconductor forming the columnar crystal and the Schottky so as to be in contact with or embedded in a predetermined region on the side surface between the tip portion and the root portion of the fine semiconductor columnar crystal provided on the substrate. The metal part that forms the barrier is formed, and the metal part is used as the gate electrode, and the source electrode and the drain electrode or the drain electrode and the source electrode are provided at the tip part and the root part. -A gate-drain region and an electrode can be formed, and a semiconductor element having a small occupied area can be realized. Here, for example, a depletion layer is formed due to the Schottky barrier at the interface of the columnar crystals just below the gate electrode. Since the width of the depletion layer changes depending on the voltage applied to the gate electrode, the current flowing between the source and the drain can be controlled by the voltage applied to the gate electrode.
【0014】また、金属は基板材料と共晶型相平衡を示
す材料でその共晶点温度は金属、半導体基板材料各々の
融点より低いので、半導体基板表面を共晶点温度以上か
つ各々の融点以下に加熱することで、金属が析出した場
所のみ局所的に基板材料と金属が合金化し融解した状
態、即ち合金液滴領域が形成される。Further, the metal is a material exhibiting eutectic phase equilibrium with the substrate material, and its eutectic point temperature is lower than the melting points of the metal and the semiconductor substrate material. By heating below, the substrate material and the metal are locally alloyed and melted only at the place where the metal is deposited, that is, an alloy droplet region is formed.
【0015】次に、合金液滴領域が形成された状態の基
板上にいわゆる気相−液相−固相反応を生じさせる。具
体的には例えば下記の作用が生じる。即ち、基板上に少
なくとも基板材料構成元素あるいは所定の元素を含むハ
ロゲン化物あるいは有機金属化合物あるいは水素化物等
で構成される所定の圧力の気体を直接、あるいは熱もし
くは電磁波もしくはその他のエネルギーを用いて分解し
て基板表面に曝す。気体原子は液滴中に取り込まれ、続
いて原子は液滴中を拡散して下地基板との界面に到達し
析出する。即ち半導体基板上の局所的な領域において柱
状結晶をエピタキシャル成長できる。Next, a so-called gas phase-liquid phase-solid phase reaction is caused to occur on the substrate on which the alloy droplet regions have been formed. Specifically, for example, the following actions occur. That is, a gas of a predetermined pressure composed of a halide, an organometallic compound, or a hydride containing at least the constituent element of the substrate or a predetermined element on the substrate is decomposed directly or by using heat or electromagnetic waves or other energy. And then exposed to the substrate surface. The gas atoms are taken into the droplets, and then the atoms diffuse in the droplets and reach the interface with the base substrate to be deposited. That is, columnar crystals can be epitaxially grown in a local region on the semiconductor substrate.
【0016】また、更に半導体基板表面上に第1導電層
−絶縁体層−第2半導体−絶縁体層−第2導電層より成
る多層膜を、第1導電層、第2導電層がそれぞれ柱状結
晶の根元部分及び先端部分に導通し、半導体層が柱状結
晶の所定の領域に接して導通するように堆積させること
により、第2半導体層により、柱状結晶にゲート電極を
さらに第1導電層および第2導電層によって、ソース電
極とドレイン電極あるいはドレイン電極とソース電極を
柱状結晶に作製しすることができる。Further, a multi-layered film composed of a first conductive layer, an insulating layer, a second semiconductor, an insulating layer, and a second conductive layer is further formed on the surface of the semiconductor substrate, and the first conductive layer and the second conductive layer are respectively columnar. By depositing so as to conduct to the root portion and the tip portion of the crystal so that the semiconductor layer is in contact with a predetermined region of the columnar crystal and conducts, the second semiconductor layer causes the gate electrode to further form the first conductive layer and the gate electrode on the columnar crystal. With the second conductive layer, the source electrode and the drain electrode or the drain electrode and the source electrode can be formed into columnar crystals.
【0017】[0017]
【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing its embodiments.
【0018】(実施例1)本発明の第1実施例の半導体
素子を以下に示す。図1は、本実施例の半導体素子の断
面図である。ほう素をドープした比抵抗が1kΩcm程
度以下のP型シリコンの単結晶の半導体基板1の(11
1)面上に、直径100nm、長さ3μmのP型シリコ
ンの柱状結晶2を形成し、厚さ200nmのP型シリコ
ンの導電体層3、厚さ50nmのSiO2の絶縁体層
4、厚さ1μmのN型シリコンの半導体層5、厚さ50
nmのSiO2の絶縁体層6、厚さ200nmのP型シ
リコンの導電体層7を絶縁体層6上及び柱状結晶2の側
面に接するように形成する。続いて、金の細線を導電体
層3、7および半導体層5に接触させてドレイン電極
8、ソース電極9、ゲート電極10を取り出した。この
半導体素子の、ソース−ドレイン間に電圧を印加し、ゲ
ート電極10に印加する電圧によってドレイン電流を制
御する接合型FETの良好な特性を得ることができた。
また、従来の半導体基板表面にプレーナー技術を用いて
作製された接合型FETと比較して基板の占有面積を非
常に小さくできた。さらに、ソース、ドレインを構成す
る導電体層3、7に柱状結晶2と伝導型が同じで、不純
物濃度が柱状結晶2より高い半導体を用い、ゲートを構
成する半導体層5に柱状結晶2と伝導型が異なり、不純
物濃度が柱状結晶2より高い半導体を用いることにより
素子の特性が向上した。Example 1 A semiconductor device of Example 1 of the present invention is shown below. FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor device of this embodiment. (11 of the P-type silicon single crystal semiconductor substrate 1 having a resistivity of about 1 kΩcm or less doped with boron
1) A columnar crystal 2 of P-type silicon having a diameter of 100 nm and a length of 3 μm is formed on the surface, a conductive layer 3 of P-type silicon having a thickness of 200 nm, an insulating layer 4 of SiO 2 having a thickness of 50 nm, a thickness of 1 μm thick N-type silicon semiconductor layer 5, thickness 50
An SiO 2 insulator layer 6 having a thickness of 200 nm and a P-type silicon conductor layer 7 having a thickness of 200 nm are formed on the insulator layer 6 and in contact with the side surfaces of the columnar crystals 2. Then, the thin gold wire was brought into contact with the conductor layers 3 and 7 and the semiconductor layer 5 to take out the drain electrode 8, the source electrode 9, and the gate electrode 10. It was possible to obtain good characteristics of a junction FET in which a voltage is applied between the source and drain of this semiconductor element and the drain current is controlled by the voltage applied to the gate electrode 10.
Further, the occupied area of the substrate can be made very small as compared with the conventional junction type FET manufactured by using the planar technique on the surface of the semiconductor substrate. Further, a semiconductor having the same conductivity type as the columnar crystal 2 and having a higher impurity concentration than that of the columnar crystal 2 is used for the conductor layers 3 and 7 forming the source and drain, and the columnar crystal 2 and the conductive layer are formed in the semiconductor layer 5 forming the gate. The characteristics of the device were improved by using a semiconductor having a different type and an impurity concentration higher than that of the columnar crystal 2.
【0019】なお、本実施例1では、半導体層5を柱状
結晶2の側面に接するように形成したが、接する位置、
形状および大きさを限定するものではない。In the first embodiment, the semiconductor layer 5 is formed so as to be in contact with the side surface of the columnar crystal 2, but the contact position,
The shape and size are not limited.
【0020】また、柱状結晶2にN型領域を埋め込んで
も同様の効果が得られた。The same effect was obtained by embedding the N-type region in the columnar crystal 2.
【0021】また、絶縁体層4、6としてSiO2を用
いたが、物質を限定するものではない。Although SiO 2 is used as the insulating layers 4 and 6, the material is not limited.
【0022】また、金の細線を用いて電極を取り出して
いるが、ソース、ドレインを構成する導電体層3、7お
よび、ゲートを構成する半導体層5と良好なオーミック
コンタクトを形成できる導電体であればよい。Further, although the electrodes are taken out by using a fine gold wire, it is possible to use a conductor capable of forming a good ohmic contact with the conductor layers 3 and 7 forming the source and drain and the semiconductor layer 5 forming the gate. I wish I had it.
【0023】また、導電体層3、7にはP型シリコンを
用いたが、柱状結晶2とショットキー障壁を作らない導
電体であればよい。 (実施例2)本発明の第2実施例の半導体素子を以下に
示す。図2は、本実施例の半導体素子の断面図である。
リンをドープした比抵抗が1kΩcm程度以下のN型シ
リコンの単結晶の半導体基板11の(111)面上に、
直径100nm、長さ3μmのN型シリコンの柱状結晶
12を形成し、厚さ200nmのP型シリコンの導電体
層13、厚さ50nmのSiO2の絶縁体層14を半導
体基板11上及び柱状結晶12の側面に接するように形
成する。絶縁体層14上方に露出している柱状結晶12
の側面に熱酸化により厚さ50nmのSi02の絶縁体
層15を形成する。さらに、絶縁体層14上に、厚さ1
μmのポリシリコンの導電体層16を形成する。導電体
層16の上にSiO2の絶縁体層17を200nm形成
し、絶縁体層17上方に露出している絶縁体層15を反
応性イオンエッチングによって取り除き、続いて、P型
シリコンの導電体層18を絶縁体層17上に柱状結晶1
2の側面に接するように200nm形成する。Although P-type silicon is used for the conductor layers 3 and 7, any conductor may be used as long as it does not form a Schottky barrier with the columnar crystal 2. (Second Embodiment) A semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor device of this embodiment.
On the (111) plane of the N-type silicon single crystal semiconductor substrate 11 having a resistivity of about 1 kΩcm or less doped with phosphorus,
A columnar crystal 12 of N-type silicon having a diameter of 100 nm and a length of 3 μm is formed, and a conductor layer 13 of P-type silicon having a thickness of 200 nm and an insulator layer 14 of SiO 2 having a thickness of 50 nm are formed on the semiconductor substrate 11 and the columnar crystal. It is formed so as to be in contact with the side surface of 12. The columnar crystal 12 exposed above the insulator layer 14
An insulating layer 15 of SiO 2 having a thickness of 50 nm is formed on the side surface of the substrate by thermal oxidation. Furthermore, on the insulator layer 14, a thickness of 1
A μm polysilicon conductor layer 16 is formed. An insulator layer 17 of SiO 2 is formed to a thickness of 200 nm on the conductor layer 16, the insulator layer 15 exposed above the insulator layer 17 is removed by reactive ion etching, and then a conductor of P-type silicon is formed. Layer 18 on insulator layer 17
The thickness of 200 nm is formed so as to be in contact with the side surface of 2.
【0024】続いて、金の細線を導電体層13、16、
18に接触させてドレイン電極19、ゲート電極20、
ソース電極21を取り出した。この半導体素子の、ソー
ス−ドレイン間に電圧を印加し、ゲート電極20に印加
する電圧によってドレイン電流を制御するMISFET
の良好な特性を得ることができた。また、従来の半導体
基板表面にプレーナー技術を用いて作製されたMISF
ETと比較して基板の占有面積を非常に小さくできた。Subsequently, the thin gold wires are connected to the conductor layers 13, 16 and
18 in contact with the drain electrode 19, the gate electrode 20,
The source electrode 21 was taken out. A MISFET in which a voltage is applied between the source and the drain of this semiconductor element, and the drain current is controlled by the voltage applied to the gate electrode 20.
It was possible to obtain good characteristics of. In addition, a MISF formed on the surface of a conventional semiconductor substrate by using a planar technique.
The area occupied by the substrate can be made very small as compared with ET.
【0025】さらに、ソース、ドレインを形成する導電
体層13、18に柱状結晶12と伝導型が異なり、不純
物濃度が柱状結晶12より高い半導体を用いることによ
り素子の特性が向上した。Further, by using a semiconductor having a conductivity type different from that of the columnar crystal 12 for the conductor layers 13 and 18 forming the source and drain and having an impurity concentration higher than that of the columnar crystal 12, the device characteristics are improved.
【0026】なお、本実施例2では、絶縁体層15、導
電体層16を柱状結晶12に幅1μmの帯状に形成した
が、接する位置、形状および大きさを限定するものでは
ない。In the second embodiment, the insulator layer 15 and the conductor layer 16 are formed in the columnar crystal 12 in the shape of a band having a width of 1 μm, but the contact position, shape and size are not limited.
【0027】また、絶縁体層14、15、17としてS
iO2を用い、導電体層16として、ポリシリコンを用
いたが物質を限定するものではない。Further, S is used as the insulator layers 14, 15 and 17.
Although iO 2 is used and polysilicon is used as the conductor layer 16, the material is not limited.
【0028】また、金の細線を用いて電極を取り出して
いるが、ソース、ドレイン、ゲートを形成する導電体層
13、16、18と良好なオーミックコンタクトを形成
できる導電体であればよい。Further, although the electrodes are taken out by using the fine gold wire, any conductor can be used as long as it can form a good ohmic contact with the conductor layers 13, 16 and 18 forming the source, drain and gate.
【0029】また、導電体層13、18にはP型シリコ
ンを用いたが、柱状結晶12とショットキー障壁を作ら
ない金属を用いても良い。 (実施例3)本発明の第3実施例の半導体素子を以下に
示す。図3は、本実施例の半導体素子の断面図である。
亜鉛をドープした比抵抗が1kΩcm程度以下のP型G
aAsの単結晶の半導体基板22の(111)面上に、
直径100nm、長さ3μmのP型GaAsの柱状結晶
23を形成し、厚さ200nmのP型GaAsの導電体
層24、厚さ50nmのSiO2の絶縁体層25、厚さ
1μmで柱状結晶23とショットキー障壁を作るAlの
金属層26、厚さ50nmのSiO2の絶縁体層27、
厚さ200nmのP型GaAsの導電体層28を半導体
基板22上及び柱状結晶23の側面に接するように形成
する。続いて、金の細線を導電体層24、28および金
属層26に接触させてドレイン電極29、ソース電極3
0、ゲート電極31を取り出した。この半導体素子のソ
ース−ドレイン間に電圧を印加し、ゲート電極31に印
加する電圧によってドレイン電流を制御するMESFE
Tの良好な特性を得ることができた。また、従来の半導
体基板表面にプレーナー技術を用いて作製されたMES
FETと比較して基板の占有面積を非常に小さくでき
た。Although P-type silicon is used for the conductor layers 13 and 18, a metal which does not form the Schottky barrier with the columnar crystal 12 may be used. (Embodiment 3) A semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described below. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this example.
P-type G doped with zinc and having a specific resistance of about 1 kΩcm or less
On the (111) surface of the aAs single crystal semiconductor substrate 22,
A P-type GaAs columnar crystal 23 having a diameter of 100 nm and a length of 3 μm is formed, a P-type GaAs conductor layer 24 having a thickness of 200 nm, a SiO 2 insulating layer 25 having a thickness of 50 nm, and a columnar crystal 23 having a thickness of 1 μm. And an Al metal layer 26 forming a Schottky barrier, a 50 nm thick SiO 2 insulator layer 27,
A P-type GaAs conductor layer 28 having a thickness of 200 nm is formed on the semiconductor substrate 22 and in contact with the side surfaces of the columnar crystals 23. Then, the thin gold wire is brought into contact with the conductor layers 24 and 28 and the metal layer 26 to make the drain electrode 29 and the source electrode 3
0, the gate electrode 31 was taken out. A MESFE that applies a voltage between the source and drain of this semiconductor element and controls the drain current by the voltage applied to the gate electrode 31.
Good characteristics of T could be obtained. In addition, a conventional MES formed on the surface of a semiconductor substrate by using a planar technology.
The occupied area of the substrate can be made very small as compared with the FET.
【0030】さらに、ソース、ドレインを形成する導電
体層に柱状結晶と伝導型が同じで、不純物濃度が柱状結
晶より高い半導体を用いることにより素子の特性が向上
した。Further, the use of a semiconductor having the same conductivity type as that of the columnar crystals and having a higher impurity concentration than that of the columnar crystals for the conductor layer forming the source and drain improves the device characteristics.
【0031】なお、本実施例3では、金属層26を柱状
結晶23の側面に接するように形成したが、接する位
置、形状および大きさを限定するものではない。In the third embodiment, the metal layer 26 is formed so as to be in contact with the side surface of the columnar crystal 23, but the contact position, shape and size are not limited.
【0032】また、金属層26にはAlを用いたが柱状
結晶23を構成する半導体と良好なショットキー障壁を
形成する金属であれば良い。Although Al is used for the metal layer 26, any metal may be used as long as it forms a good Schottky barrier with the semiconductor forming the columnar crystal 23.
【0033】また、絶縁体層25、27としてSiO2
を用いたが、物質を限定するものではない。Further, SiO 2 is used as the insulating layers 25 and 27.
Was used, but the substance is not limited.
【0034】また、金の細線を用いて電極を取り出して
いるが、ソース、ドレインを形成する導電体層24、2
8と良好なオーミックコンタクトを形成できる導電体で
あればよい。Further, although the electrodes are taken out by using a fine wire of gold, the conductor layers 24 and 2 forming the source and the drain are formed.
8 may be any conductor that can form a good ohmic contact with the conductor.
【0035】また、導電体層24、28にはP型GaA
sを用いたが、柱状結晶23とショットキー障壁を作ら
ない導電体であれば良い。The conductive layers 24 and 28 are made of P-type GaA.
Although s is used, any conductor that does not form the columnar crystal 23 and the Schottky barrier may be used.
【0036】また、上記実施例1、2、3では、柱状結
晶は円柱状であるが、最小幅100nm以下、長さ10
0nm以上の柱状結晶であれば同様の効果が確認され
た。また、実施例1、2、3ではそれぞれ、半導体基板
および柱状結晶をP型シリコン、N型シリコン、P型G
aAsで形成したが、半導体基板および柱状結晶は、単
元素半導体あるいは化合物半導体であれば伝導型はP,
Nのどちらでも同様の効果が得られた。Further, in the above-mentioned Examples 1, 2 and 3, the columnar crystals are columnar, but the minimum width is 100 nm or less and the length is 10 nm.
The same effect was confirmed for columnar crystals of 0 nm or more. Further, in Examples 1, 2, and 3, the semiconductor substrate and the columnar crystal are formed of P-type silicon, N-type silicon, and P-type G, respectively.
Although the semiconductor substrate and the columnar crystals are made of aAs, the conductivity type is P,
Similar effects were obtained with either N.
【0037】また、半導体基板と柱状結晶の伝導型の種
類を同じ物にすることで、柱状結晶の根元部分に形成し
ていた電極を基板上の任意の位置に移動することができ
た。Further, by making the semiconductor substrate and the columnar crystal have the same conductivity type, the electrode formed at the root of the columnar crystal could be moved to an arbitrary position on the substrate.
【0038】また、ソース及びドレイン電極はその電極
の役割を逆にしても同様に動作した。 (実施例4)本発明の第4実施例の半導体素子の製造方
法を以下に示す。高真空チャンバー内で、先端曲率が数
100nm以下の金製の針を基板の表面に対峙して配置
する。針は直径0.1〜1mmの金線を塩酸中で電界研
磨して作成した。これは機械的な切断あるいは研磨によ
っても得られる。ほう素をドープした比抵抗が1kΩc
m程度以下の表面が平滑な(111)面のP型シリコン
の半導体基板を用いた。比抵抗は、走査トンネル顕微鏡
(以下ではSTMと呼ぶ)で観察あるいは加工するため
のトンネル電流が流れる程度以下であればよい。まず、
STMの観察モードで金を析出したい場所を観察し、表
面が平滑であることを確認した。次にそのまま針の面内
走査を停止し、典型的にはVt=3〜10V程度、印加
時間Δt=数100〜50msecのパルス電圧を印加
した。その後、再びこの領域を観察したところ、図4
(a)に示すように、半導体基板32の領域内の所定の
位置に直径数100nm、高さ5nm程度の金の突起3
3が形成されていることを確認した。本実施例では針側
が正バイアスとなるパルス電圧を印加したが、極性を変
えても同様の結果がえられた。また、作業を大気中で行
っても概ね同じような結果がえられた。この突起33
は、上記パルス電圧によってnmオーダーの距離の針・
基板間に誘起される107〜108V/cm以上の高電界
により針の先端の金原子がイオン化し蒸発して、あるい
は針先端の温度が局所的に上昇し蒸発して対峙する基板
上に堆積した等の原因によると考えられる。突起33を
形成するには印加するパルス電圧にしきい値電圧Vthが
存在した。本実施例ではVthは概ね3〜5V程度であっ
た。加工のための印加電圧Vtは、針側から金が蒸発
し、かつ半導体基板32側からはシリコンはほとんど蒸
発しない範囲の電圧が適当である。 次に、半導体基板
32上に気相−液相−固相反応を生じさせた。具体的に
は下記の作業を行った。即ち、金の突起33を作製した
半導体基板32をCVD装置に設置し、基板温度をこの
系における共晶点温度以上かつ金の融点以下に加熱し
た。典型的には、おおよそ50℃以上370℃以下の温
度に設定した。この状態では、図4(b)に示すように
金の突起33はシリコン基板と金が合金化し融解した液
滴34になっている。Further, the source and drain electrodes operated in the same manner even if the roles of the electrodes were reversed. (Embodiment 4) A method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described below. In a high vacuum chamber, a gold needle having a tip curvature of several 100 nm or less is arranged facing the surface of the substrate. The needle was prepared by electrolytically polishing a gold wire having a diameter of 0.1 to 1 mm in hydrochloric acid. It can also be obtained by mechanical cutting or polishing. Boron-doped resistivity is 1 kΩc
A (111) plane P-type silicon semiconductor substrate having a smooth surface of about m or less was used. It suffices that the specific resistance be equal to or lower than a level at which a tunnel current for observation or processing with a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM) flows. First,
The place where gold was desired to be deposited was observed in the STM observation mode, and it was confirmed that the surface was smooth. Then it stops the plane scanning needles, typically applied to V t = 3~10V about, pulse voltage application time Delta] t = the number 100~50Msec. After that, when this area was observed again,
As shown in (a), a gold protrusion 3 having a diameter of several 100 nm and a height of about 5 nm is provided at a predetermined position in the region of the semiconductor substrate 32.
It was confirmed that 3 was formed. In this embodiment, a pulse voltage with a positive bias on the needle side was applied, but similar results were obtained even if the polarity was changed. Also, similar results were obtained when the work was performed in the atmosphere. This protrusion 33
Is a needle with a distance of nm order depending on the pulse voltage
A high electric field of 10 7 to 10 8 V / cm or more induced between the substrates causes the gold atoms at the tip of the needle to ionize and evaporate, or the temperature at the tip of the needle locally rises and evaporates to confront the substrate. It is thought that it is due to the cause such as being accumulated in. The threshold voltage V th exists in the pulse voltage applied to form the protrusion 33. In this example, V th was about 3 to 5V. The applied voltage V t for processing is suitable within the range in which gold evaporates from the needle side and silicon hardly evaporates from the semiconductor substrate 32 side. Next, a gas phase-liquid phase-solid phase reaction was caused to occur on the semiconductor substrate 32. Specifically, the following work was performed. That is, the semiconductor substrate 32 having the gold protrusions 33 formed thereon was placed in a CVD apparatus, and the substrate temperature was heated to the eutectic point temperature or higher and the melting point of gold or lower in this system. Typically, the temperature is set to about 50 ° C. or higher and 370 ° C. or lower. In this state, as shown in FIG. 4B, the gold protrusion 33 is a droplet 34 in which the silicon substrate and gold are alloyed and melted.
【0039】ここに、所定のモル比の純化した水素とS
iCl4と微量のBBr3よりなる混合気体を導入した。
すると、還元反応によってシリコンと微量のボロンが供
給され、液滴34の場所のみP型シリコンの柱状結晶3
5が基板に垂直な方向に成長した。しかも柱状結晶35
の先端には液滴34が残存していた。その様子を図4
(c)に示す。Here, purified hydrogen and S in a predetermined molar ratio are added.
A mixed gas consisting of iCl 4 and a trace amount of BBr 3 was introduced.
Then, a reduction reaction supplies silicon and a small amount of boron, and the P-type columnar crystal 3 of the P-type silicon is provided only at the location of the droplet 34.
5 grew in a direction perpendicular to the substrate. Moreover, columnar crystals 35
A droplet 34 remained at the tip of the. Figure 4
It shows in (c).
【0040】これらの成長機構は以下の様である。即
ち、半導体基板32上のSiCl4およびBBr3の気体
を分解して基板表面に曝す。その際、気体原子は半導体
基板32表面および液滴34に単位面積、単位時間に同
じ数だけ衝突するが、その内凝集し結晶成長に寄与する
原子の割合(以後、適合係数と呼ぶ)が両者で圧倒的に
異なる成長条件が存在する。即ち固体基板表面では、曝
される気体の過飽和度が小さかったり、系の温度が低か
ったり、あるいは基板表面に殻生成のきっかけとなるス
テップや吸着物などが少なく結晶表面の完全性が高い場
合、その適合係数は非常に小さいのに対して、液体表面
は微視的に非常に凹凸が多く原子を捕まえる能力が高く
適合係数はほぼ1に近い。従って上記のような条件下に
この系をおくと、気体原子は優先的に合金液滴領域に取
り込まれる。よって、半導体基板32の上には気相中か
らシリコン及びほう素をほとんど析出しないのに対し
て、液体の適合係数は1に近いので金の液滴34の中に
は気中からシリコン及びほう素が効率よく取り込まれ
た。捕らえられた原子は液滴34の中を拡散して下地の
半導体基板32との界面に到達し析出した。つまりシリ
コン結晶が下地基板の局所的な領域においてのみエピタ
キシャル成長した。ここで、金のシリコン結晶中におけ
る偏析係数は10ー4以下と、成長する柱状結晶35中に
金は殆ど取り込まれない。従って成長が進んでも液滴3
4は常に成長する柱状結晶35の上部に残存し、本成長
機構を長く保つこととなる。These growth mechanisms are as follows. That is, the gas of SiCl 4 and BBr 3 on the semiconductor substrate 32 is decomposed and exposed to the substrate surface. At that time, the gas atoms collide with the surface of the semiconductor substrate 32 and the droplets 34 in the same number per unit area and unit time, but the proportion of the atoms that agglomerate and contribute to the crystal growth (hereinafter referred to as the matching coefficient) is the same. There are overwhelmingly different growth conditions. That is, on the surface of the solid substrate, if the degree of supersaturation of the exposed gas is low, the temperature of the system is low, or there are few steps or adsorbates that trigger shell formation on the substrate surface, and the crystal surface is highly perfect, The matching coefficient is very small, whereas the liquid surface has microscopically very unevenness and has a high ability to capture atoms, and the matching coefficient is close to 1. Therefore, when this system is placed under the conditions as described above, gas atoms are preferentially taken into the alloy droplet region. Therefore, on the semiconductor substrate 32, silicon and boron are scarcely deposited from the gas phase, whereas the compatibility coefficient of the liquid is close to 1, so that the gold droplet 34 contains silicon and boron from the air. The element was taken in efficiently. The captured atoms diffused in the droplet 34, reached the interface with the underlying semiconductor substrate 32, and were deposited. That is, the silicon crystal was epitaxially grown only in the local region of the base substrate. Here, the segregation coefficient of silicon crystal of the gold and 10 -4 or less, the gold in the columnar crystal 35 to be grown is not taken little. Therefore, even if the growth proceeds, the droplet 3
No. 4 remains above the constantly growing columnar crystal 35, and the main growth mechanism is maintained for a long time.
【0041】続いて、半導体基板32の上に導電体層3
6、絶縁体層37、半導体層38、絶縁体層39、導電
体層40より成る多層膜を作製した。なお、本実施例4
では、多層膜を堆積後、電極を容易に取り出すため、導
電体層36、半導体層38、導電体層40にマスクを用
いた電子ビーム蒸着法によりそれぞれの層にタングステ
ンを堆積させた。使用したマスクの形状を図5に示す。
これらのマスク41、42、43はタングステンを堆積
する範囲を選択できるように、さらに柱状結晶35の周
辺にはタングステンを堆積させないように設計した。こ
のように、タングステンを堆積させることにより、多層
膜堆積後に行う反応性イオンエッチングによって、容易
に電極が取り出せた。Subsequently, the conductor layer 3 is formed on the semiconductor substrate 32.
A multi-layer film consisting of 6, the insulator layer 37, the semiconductor layer 38, the insulator layer 39, and the conductor layer 40 was prepared. The fourth embodiment
In order to easily take out the electrodes after depositing the multilayer film, tungsten was deposited on each of the conductor layers 36, the semiconductor layers 38, and the conductor layers 40 by an electron beam evaporation method using a mask. The shape of the mask used is shown in FIG.
These masks 41, 42 and 43 were designed so that the range in which tungsten is deposited can be selected, and tungsten is not deposited around the columnar crystal 35. As described above, by depositing tungsten, the electrode could be easily taken out by the reactive ion etching performed after the deposition of the multilayer film.
【0042】具体的には、基板温度700℃で、微量の
BBr3を含むSiCl4のCVD法によって、厚さ20
0nmのP型シリコンの導電体層36を堆積後、マスク
41を用いた電子ビーム蒸着法で、厚さ200nmのタ
ングステン層44形成した。Specifically, the substrate temperature is 700 ° C. and the thickness is 20 by the CVD method of SiCl 4 containing a trace amount of BBr 3.
After depositing the 0-nm-thick P-type silicon conductor layer 36, a 200-nm-thick tungsten layer 44 was formed by an electron beam evaporation method using a mask 41.
【0043】次に、低温CVD法より、基板温度420
℃で、厚さ70nmのSiO2に約10%P2O5を含ん
だPGS(フォスフォシリケート グラス(Phosphosili
cateGlass))の絶縁体層37を堆積させ、絶縁体層3
7を緻密にするため、窒素雰囲気中で、基板温度900
℃でアニールを行った。さらに、微量のPCl3を含む
SiCl4のCVD法によって、厚さ1μmのN型シリ
コンの半導体層38を堆積後、マスク42を用いた電子
ビーム蒸着法で、厚さ200nmのタングステン層45
を形成した。さらに、低温CVD法より、基板温度42
0℃で、厚さ100nmのPGSの絶縁体層39を堆積
させ、絶縁体層39を緻密にするため、窒素雰囲気中
で、基板温度900℃でアニールを行った。さらに、微
量のBBr3を含むSiCl4のCVD法によって、厚さ
200nmのP型シリコンの導電体層40を堆積後、マ
スク43を用いた電子ビーム蒸着法で、厚さ200nm
のタングステン層46を形成した。なお、シリコンの柱
状結晶35は、半導体基板32に対して垂直に成長して
いるので、CVD法を用いての堆積工程では、下地から
堆積し、柱状結晶35の側面には付着しなかった。この
堆積工程終了後の状態を図4(d)に示す。図4(d)
は柱状結晶35を含む断面図である。Next, the substrate temperature is set to 420 by the low temperature CVD method.
PGS (Phosphosilicate glass containing about 10% P 2 O 5 in 70 nm thick SiO 2 at ℃)
cateGlass)) insulator layer 37 is deposited to form insulator layer 3
In order to make 7 dense, the substrate temperature is set to 900 in a nitrogen atmosphere.
Annealing was performed at ℃. Further, after depositing a semiconductor layer 38 of N-type silicon having a thickness of 1 μm by a CVD method of SiCl 4 containing a small amount of PCl 3 , a tungsten layer 45 having a thickness of 200 nm is formed by an electron beam evaporation method using a mask 42.
Was formed. Furthermore, the substrate temperature of 42
An insulator layer 39 of PGS having a thickness of 100 nm was deposited at 0 ° C., and annealing was performed at a substrate temperature of 900 ° C. in a nitrogen atmosphere in order to make the insulator layer 39 dense. Further, a 200 nm-thick P-type silicon conductor layer 40 is deposited by a CVD method of SiCl 4 containing a small amount of BBr 3, and then a 200 nm-thickness is obtained by an electron beam evaporation method using a mask 43.
The tungsten layer 46 was formed. Since the silicon columnar crystal 35 grows perpendicularly to the semiconductor substrate 32, it was deposited from the base and did not adhere to the side surface of the columnar crystal 35 in the deposition process using the CVD method. The state after the completion of this deposition process is shown in FIG. Figure 4 (d)
FIG. 4 is a sectional view including columnar crystals 35.
【0044】次に、HBrとHClの混合ガスを用いた
反応性イオンエッチングにより、不要な部分をエッチン
グしてタングステン層44、45、46を表面に露出さ
せた。タングステン層44、45、46に金の細線を溶
着してドレイン電極47、ゲート電極48、ソース電極
49を取り出した。この状態の模式図を図4(e)に示
す。完成した半導体素子は接合型FETの良好な特性を
示した。また、従来の半導体基板表面にプレーナー技術
を用いて作製された接合型FETと比較して基板の占有
面積を非常に小さくできた。Next, unnecessary portions were etched by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and HCl to expose the tungsten layers 44, 45 and 46 on the surface. A thin wire of gold was welded to the tungsten layers 44, 45 and 46 to take out the drain electrode 47, the gate electrode 48 and the source electrode 49. A schematic diagram of this state is shown in FIG. The completed semiconductor device showed good characteristics of the junction type FET. Further, the occupied area of the substrate can be made very small as compared with the conventional junction type FET manufactured by using the planar technique on the surface of the semiconductor substrate.
【0045】さらに、ソース、ドレインを構成する導電
体層36、40に柱状結晶35と伝導型が同じで、不純
物濃度が柱状結晶35より高い半導体を用い、ゲートを
構成する半導体層38に柱状結晶35と伝導型が異な
り、不純物濃度が柱状結晶より高い半導体を用いること
により素子の特性が向上した。Further, a semiconductor having the same conductivity type as the columnar crystal 35 and a higher impurity concentration than that of the columnar crystal 35 is used for the conductor layers 36 and 40 constituting the source and drain, and the columnar crystal is used for the semiconductor layer 38 constituting the gate. The characteristics of the device were improved by using a semiconductor having a conductivity type different from that of No. 35 and having an impurity concentration higher than that of the columnar crystal.
【0046】なお、本実施例4では、針に金を用いた
が、これに代えて、銀を用いて同様の製法で作成を試み
たところ、金を用いた場合同様に良好な結果を得た。数
V程度の所定の電圧Vtを、所定の時間Δtだけ印加し
たところ銀の微細な突起がシリコン基板上に形成でき
た。次に突起を形成した基板を開管CVD装置に設置
し、基板温度を典型的にはおおよそ50℃以上900℃
以下の温度に設定し、ここに所定のモル比の純化した水
素とSiCl4のおよび微量のBBr3の混合気体を導入
したところ、金の液滴を用いた場合同様P型シリコンの
柱状結晶が基板に垂直な方向に成長した。金、銀以外に
も銅、ニッケル、鉄等の針を用いて先端からその構成金
属を蒸発させ突起を形成し、その局所的な液滴からシリ
コンを成長させることにより、柱状結晶を得ることがで
きた。In Example 4, gold was used for the needle, but instead of this, an attempt was made by using a similar manufacturing method using silver. When gold was used, similarly good results were obtained. It was When a predetermined voltage V t of about several V was applied for a predetermined time Δt, fine silver protrusions could be formed on the silicon substrate. Next, the substrate on which the protrusion is formed is placed in an open-tube CVD apparatus, and the substrate temperature is typically about 50 ° C. or higher and 900 ° C.
When the temperature was set to the following temperature and a mixed gas of purified hydrogen and SiCl 4 and a small amount of BBr 3 in a predetermined molar ratio was introduced thereinto, columnar crystals of P-type silicon were similarly formed when gold droplets were used. It grew in the direction perpendicular to the substrate. In addition to gold and silver, a columnar crystal can be obtained by using a needle such as copper, nickel, and iron to evaporate the constituent metal from the tip to form a protrusion and grow silicon from the local droplet. did it.
【0047】また、柱状結晶、導電体層及び半導体層を
形成するシリコンの供給源としてSiCl4をドーパン
トとして微量のBBr3またはPCl3を用いたが、シリ
コンの供給源としてはSiH4、SiHCl3、SiH3
Clを用い、ドーパントとしてはBCl3,B2H6,P
OCl3,PH3を用いた水素還元法で行ってもよい。
又、ガスの分解にプラズマ、あるいはECRを利用して
もよい。Although a small amount of BBr 3 or PCl 3 was used as a dopant for SiCl 4 as a source of silicon for forming columnar crystals, a conductor layer and a semiconductor layer, SiH 4 and SiHCl 3 were used as a source of silicon. , SiH 3
Cl is used, and BCl 3 , B 2 H 6 , and P are used as dopants.
It may be carried out by a hydrogen reduction method using OCl 3 and PH 3 .
Further, plasma or ECR may be used to decompose the gas.
【0048】また、絶縁体層としてPSGを用いたが、
物質を限定するものではない。Although PSG is used as the insulating layer,
It does not limit the substance.
【0049】また、半導体層38を柱状結晶35の側面
に接するように形成したが、接する位置、形状および大
きさを限定するものではない。Although the semiconductor layer 38 is formed so as to be in contact with the side surface of the columnar crystal 35, the contact position, shape and size are not limited.
【0050】また、柱状結晶35にアニールすることに
よりN型領域を埋め込んでも同様の効果が得られた。The same effect was obtained even when the N-type region was buried by annealing the columnar crystal 35.
【0051】また、タングステン層を用いて電極を取り
出しているが、ソース、ドレインを構成する導電体層お
よび、ゲートを構成する半導体層と良好なオーミックコ
ンタクトを形成でき、多層膜を堆積する工程において、
柱状結晶及びその他の半導体中に拡散し悪影響を及ぼさ
ない導電体であればよい。Further, although the electrodes are taken out by using the tungsten layer, good ohmic contact can be formed with the conductor layer forming the source and drain and the semiconductor layer forming the gate, and in the step of depositing the multilayer film. ,
Any conductor may be used as long as it is a conductor that diffuses into columnar crystals and other semiconductors and has no adverse effect.
【0052】また、導電体層にはP型シリコンを用いた
が、柱状結晶とショットキー障壁を作らない金属または
ポリシリコンを用いても良い。 (実施例5)本発明の第5実施例の半導体素子の製造方
法を以下に示す。図6(a)に示すように、第4実施例
と同様の方法を用いて、ほう素をドープした比抵抗が1
kΩcm程度以下の表面が平滑な(111)面のP型シ
リコンの半導体基板50の上に柱状結晶51を形成し
た。Although P-type silicon is used for the conductor layer, metal or polysilicon that does not form a columnar crystal and a Schottky barrier may be used. (Embodiment 5) A method of manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention will be described below. As shown in FIG. 6A, the boron-doped specific resistance was 1 using the same method as in the fourth embodiment.
A columnar crystal 51 was formed on a (111) plane P-type silicon semiconductor substrate 50 having a smooth surface of about kΩcm or less.
【0053】続いて、図6(b)〜(d)、及び図7
(a)〜(b)に示すように、半導体基板50表面の上
に導電体層52−絶縁体層53−導電体層54−絶縁体
層55−導電体層56より成る多層膜を、導電体層54
と柱状結晶51の間には絶縁層57を作製する工程を行
った。なお、本実施例5では、以上の工程終了後に電極
を容易に取り出すため、導電体層52、54、56の堆
積後、および、絶縁体層55の堆積後、マスクを用いた
電子ビーム蒸着法によりそれぞれの層にタングステンを
堆積させた。使用したマスクは実施例4で用いたものと
同様である。Subsequently, FIGS. 6B to 6D and FIG.
As shown in (a) and (b), a multi-layered film composed of a conductor layer 52, an insulator layer 53, a conductor layer 54, an insulator layer 55, and a conductor layer 56 is formed on the surface of the semiconductor substrate 50 by conducting. Body layer 54
A step of producing an insulating layer 57 was performed between the columnar crystals 51. In Example 5, in order to easily take out the electrode after the above steps, the electron beam evaporation method using a mask was performed after depositing the conductor layers 52, 54, 56 and after depositing the insulator layer 55. Tungsten was deposited on each layer by. The mask used is the same as that used in Example 4.
【0054】具体的には、基板温度700℃で、微量の
BBr3を含むSiH4の熱分解CVD法によって、厚さ
200nmのP型シリコンの導電体層52を堆積後、マ
スク41を用いた電子ビーム蒸着法で、厚さ200nm
のタングステン層58を形成した。次に、低温CVD法
より、基板温度420℃で、厚さ70nmのSiO2に
約10%P2O5を含んだPGSの絶縁体層53を堆積さ
せ、絶縁体層53を窒素雰囲気中で、基板温度900℃
でアニールを行った。この様子を図6(b)に示す。続
いて、乾燥酸素中で、基板温度1000℃で柱状結晶5
1の表面に厚さ50nmのSiO2の絶縁層57を作製
した。この様子を図6(c)に示した。さらに、マスク
42を用いて電子ビーム蒸着法により、厚さ1μmのA
lの導電体層54を堆積後、さらに、厚さ200nmの
タングステン層59を形成した。次に、マスク42を取
り除き、低温CVD法より、基板温度420℃で、厚さ
50nmのSiO2に約10%P2O5を含んだPGSの
絶縁体層55を堆積させ、絶縁体層55のアニールを行
った。さらに、マスク43を用いた電子ビーム蒸着法
で、タングステン層60を形成した。この様子を図6
(d)に示す。次に、HBrとHClの混合ガスを用い
た反応性イオンエッチングにより、柱状結晶51の側面
に作製された絶縁層57を取り除いた。反応性イオンエ
ッチングでは、柱状結晶51の長さ方向をイオンの進行
方向にほぼ垂直にし、さらに柱状結晶51を回転させる
ことにより目的の領域のみのエッチングを行うことがで
きた。この様子を図7(a)に示す。さらに、微量のB
Br3を含むSiH4の熱分解CVD法によって、厚さ2
00nmのP型シリコンの導電体層56を堆積後、マス
ク43を用いた電子ビーム蒸着法で、厚さ200nmの
タングステン層61を形成した。この様子を図7(b)
に示す。なお、シリコンの柱状結晶51は半導体基板5
0に垂直に成長しているので、CVD法を用いての堆積
工程では、下地から堆積し、柱状結晶51の側面には付
着しなかった。次に、HBrとHClの混合ガスを用い
た反応性イオンエッチングにより、不要な領域を取り除
き、タングステン層58、59、61を表面に露出させ
た。タングステン層58、59、61に金の細線を溶着
してドレイン電極62、ゲート電極63、ソース電極6
4を取り出した。この様子を図7(c)に示す。Specifically, a mask 41 was used after depositing a 200 nm-thick P-type silicon conductor layer 52 by a pyrolysis CVD method of SiH 4 containing a slight amount of BBr 3 at a substrate temperature of 700 ° C. 200 nm thick by electron beam evaporation method
A tungsten layer 58 was formed. Next, an insulator layer 53 of PGS containing about 10% P 2 O 5 in SiO 2 having a thickness of 70 nm is deposited at a substrate temperature of 420 ° C. by a low temperature CVD method, and the insulator layer 53 is placed in a nitrogen atmosphere. , Substrate temperature 900 ℃
Was annealed. This state is shown in FIG. Subsequently, the columnar crystals 5 were formed at a substrate temperature of 1000 ° C. in dry oxygen.
An insulating layer 57 of SiO 2 having a thickness of 50 nm was formed on the surface of No. 1. This state is shown in FIG. Further, using a mask 42, an electron beam evaporation method was performed to form an A film having a thickness of 1 μm.
After depositing 1 l of the conductor layer 54, a tungsten layer 59 having a thickness of 200 nm was further formed. Next, the mask 42 is removed, and an insulator layer 55 of PGS containing about 10% P 2 O 5 in SiO 2 having a thickness of 50 nm is deposited at a substrate temperature of 420 ° C. by a low temperature CVD method. Was annealed. Further, the tungsten layer 60 was formed by the electron beam evaporation method using the mask 43. This state is shown in FIG.
It shows in (d). Next, the insulating layer 57 formed on the side surface of the columnar crystal 51 was removed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and HCl. In the reactive ion etching, the lengthwise direction of the columnar crystal 51 was made substantially perpendicular to the ion advancing direction, and the columnar crystal 51 was further rotated, whereby only the target region could be etched. This state is shown in FIG. Furthermore, a small amount of B
The thickness of SiH 4 containing Br 3 was reduced to 2 by the thermal decomposition CVD method.
After depositing a 00 nm P-type silicon conductor layer 56, a 200 nm thick tungsten layer 61 was formed by an electron beam evaporation method using the mask 43. This state is shown in FIG.
Shown in. The silicon columnar crystals 51 are the semiconductor substrate 5
Since it grows perpendicularly to 0, in the deposition process using the CVD method, it was deposited from the base and did not adhere to the side surface of the columnar crystal 51. Next, unnecessary regions were removed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and HCl to expose the tungsten layers 58, 59, 61 on the surface. A fine wire of gold is welded to the tungsten layers 58, 59, 61 to form a drain electrode 62, a gate electrode 63, and a source electrode 6.
4 was taken out. This state is shown in FIG.
【0055】完成した半導体素子はMISFETの良好
な特性を示した。また、従来の半導体基板表面にプレー
ナー技術を用いて作製されたMISFETと比較して基
板の占有面積を非常に小さくできた。The completed semiconductor device showed good characteristics of MISFET. Further, the occupied area of the substrate can be made extremely small as compared with the conventional MISFET formed on the surface of the semiconductor substrate by using the planar technique.
【0056】さらに、ソース、ドレインを形成する導電
体層52、56に柱状結晶51と伝導型が異なり、不純
物濃度が柱状結晶51より高い半導体を用いることによ
り素子の特性が向上した。Further, the semiconductor layers 52 and 56 forming the source and drain are made of a semiconductor whose conductivity type is different from that of the columnar crystal 51 and whose impurity concentration is higher than that of the columnar crystal 51, so that the device characteristics are improved.
【0057】なお、本実施例5では、柱状結晶51、導
電体層52、56を形成するシリコンの供給源としてS
iH4をドーパントとして微量のBBr3を用いたが、シ
リコンの供給源としてはSiCl4、SiHCl3、Si
H3Clを用い、ドーパントとしてはBCl3,B2H6を
用いた水素還元法で行ってもよい。又、ガスの分解にプ
ラズマ、あるいはECRを利用してもよい。In the fifth embodiment, S is used as a silicon supply source for forming the columnar crystals 51 and the conductor layers 52 and 56.
Although iH 4 was used as a dopant and a small amount of BBr 3 was used, the sources of silicon were SiCl 4 , SiHCl 3 , and Si.
A hydrogen reduction method using H 3 Cl and BCl 3 and B 2 H 6 as dopants may be used. Further, plasma or ECR may be used to decompose the gas.
【0058】また、絶縁体層53、55、57としてP
SGまたはSiO2を用いたが、物質を限定するもので
はない。Further, P is used as the insulator layers 53, 55 and 57.
SG or SiO 2 was used, but the material is not limited.
【0059】また、絶縁体層57および導電体層54を
柱状結晶51の側面に接するように形成したが、接する
位置、形状および大きさを限定するものではない。Further, although the insulator layer 57 and the conductor layer 54 are formed so as to be in contact with the side surfaces of the columnar crystals 51, the contact position, shape and size are not limited.
【0060】また、タングステン層58、59、61を
用いて電極を取り出しているが、ソース、ドレインを構
成する導電体層および、ゲート形成する半導体層と良好
なオーミックコンタクトを形成でき、多層膜を堆積する
工程において、柱状結晶51及びその他の導電体層5
2、54、56に拡散し悪影響を及ぼさない導電体であ
ればよい。Further, although the electrodes are taken out by using the tungsten layers 58, 59, 61, a good ohmic contact can be formed with the conductor layer forming the source and drain and the semiconductor layer forming the gate, and the multilayer film is formed. In the step of depositing, columnar crystals 51 and other conductor layers 5
Any conductor may be used as long as it is diffused in 2, 54 and 56 and does not have an adverse effect.
【0061】また、導電体層52、56にはP型シリコ
ンを用いたが、柱状結晶51とショットキー障壁を作ら
ない金属またはポリシリコンを用いても良い。Although P-type silicon is used for the conductor layers 52 and 56, metal or polysilicon that does not form a Schottky barrier with the columnar crystal 51 may be used.
【0062】(実施例6)本発明の第6実施例を以下に
示す。表面が平滑な(111)面でその比抵抗が1kΩ
cm程度以下のドープされたP型GaAsを半導体基板
として用いた。第4実施例同様の方法で、高真空中で金
製の針をGaAs基板に対峙させ所定のパルス電圧を印
加したところ、図8(a)に示すように、直径100n
m、高さ5nm程度の金の微小な突起66がGaAs基
板65上に形成された。本実施例6では針側が正バイア
スとなるパルス電圧を印加したが、極性を変えても同様
の結果がえられた。また、作業を大気中で行っても概ね
同じような結果がえられた。次に突起66が形成された
半導体基板65をMOCVD装置に設置し、外部から高
周波加熱により基板温度をおおよそ100℃以上550
℃以下の温度に設定し、ここに、所定の圧力で所定のモ
ル比のトリメチルガリウムと水素希釈したアルシンにド
ーパントとしてジエチル亜鉛を微量に含む混合気体を導
入したところ、図8(b)に示すように、直径100n
m、高さ5μmのp−GaAsの柱状結晶67が基板に
垂直な方向に成長した。成長した結晶は良質の単結晶で
あった。特に500℃以下の成長温度で選択成長性の良
好な結果が得られた。続いて、図8(c)に示すよう
に、半導体基板65表面上に導電体層68、絶縁体層6
9、金属層70、絶縁体層71、導電体層72の多層膜
を作製した。なお、本実施例6では、多層膜を堆積後、
導電体層68、金属層70、導電体層72から電極を容
易に取り出すため、絶縁体層69および金属層70はマ
スク42を用いて、絶縁体層71、導電体層72、金−
亜鉛合金で構成される電極層73はマスク43を用いて
堆積させた。使用したマスクは実施例4で用いたもので
ある。(Sixth Embodiment) A sixth embodiment of the present invention will be described below. The surface is a smooth (111) surface with a specific resistance of 1 kΩ.
Doped P-type GaAs having a size of about cm or less was used as a semiconductor substrate. In the same manner as in the fourth embodiment, a needle made of gold was confronted with the GaAs substrate in a high vacuum and a predetermined pulse voltage was applied. As shown in FIG.
A fine gold protrusion 66 having a height of m and a height of about 5 nm was formed on the GaAs substrate 65. In Example 6, a pulse voltage with a positive bias on the needle side was applied, but similar results were obtained even when the polarity was changed. Also, similar results were obtained when the work was performed in the atmosphere. Next, the semiconductor substrate 65 on which the protrusions 66 are formed is installed in a MOCVD apparatus, and the substrate temperature is set to approximately 100 ° C. or higher and 550 by external high frequency heating.
The temperature is set to ℃ or less, and a mixed gas containing a small amount of diethylzinc as a dopant is introduced into trimethylgallium of a predetermined molar ratio and arsine diluted with hydrogen at a predetermined pressure, as shown in FIG. 8 (b). So that the diameter is 100n
A columnar crystal 67 of m-type and 5 μm-high p-GaAs was grown in a direction perpendicular to the substrate. The grown crystal was a good quality single crystal. Particularly at a growth temperature of 500 ° C. or lower, good selective growth results were obtained. Then, as shown in FIG. 8C, a conductor layer 68 and an insulator layer 6 are formed on the surface of the semiconductor substrate 65.
A multilayer film of 9, the metal layer 70, the insulator layer 71, and the conductor layer 72 was prepared. In Example 6, after depositing the multilayer film,
In order to easily take out the electrodes from the conductor layer 68, the metal layer 70, and the conductor layer 72, the insulator layer 69 and the metal layer 70 use the mask 42 to form the insulator layer 71, the conductor layer 72, and the gold layer.
The electrode layer 73 made of a zinc alloy was deposited using the mask 43. The mask used is that used in Example 4.
【0063】具体的には、基板温度700℃で、トリメ
チルガリウムと水素希釈したアルシンにドーパントとし
てジエチル亜鉛を微量に含む混合気体を熱分解すること
によって厚さ1μmのp−GaAsの導電体層68を堆
積させた。次に、低温CVD法より、基板温度300℃
で、厚さ70nmのSiO2の絶縁体層69を堆積させ
た。さらに、基板温度300℃で、電子ビーム蒸着法に
より厚さ1μmのAlの金属層70を形成した。続い
て、低温CVD法より、基板温度300℃で、厚さ70
nmのSiO2の絶縁体層71を堆積させ、基板温度7
00℃で、トリメチルガリウムと水素希釈したアルシン
にドーパントとしてジエチル亜鉛を微量に含む混合気体
を熱分解することによって厚さ200nmのp−GaA
sの導電体層72を堆積後、電子ビーム蒸着法で厚さ5
00nmの金−亜鉛合金の電極層73を形成した。この
様子を図7(c)に示す。なお、GaAsの柱状結晶6
7は、半導体基板65に垂直に成長しているので、MO
CVD法を用いての堆積工程では、下地から堆積し、柱
状結晶67の側面には付着しなかった。次に、HBrと
HClの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り、不要な領域を取り除き、導電体層68、金属層7
0、電極層73を露出させた。導電体層68、金属層7
0、電極層73に金の細線を溶着してドレイン電極7
4、ゲート電極75、ソース電極76を取り出した。こ
の様子を図7(d)に示す。完成した半導体素子の、ソ
ース−ドレイン間に電圧を印加し、ゲート電極に印加す
る電圧によってドレイン電流を制御するMESFETの
良好な特性を得ることができた。また、従来の半導体基
板表面にプレーナー技術を用いて作製されたMESFE
Tと比較して基板の占有面積を非常に小さくできた。Specifically, at a substrate temperature of 700 ° C., a 1 μm-thick p-GaAs conductor layer 68 is formed by thermally decomposing a mixed gas containing a trace amount of diethylzinc as a dopant in trimethylgallium and arsine diluted with hydrogen. Was deposited. Next, the substrate temperature is 300 ° C. by the low temperature CVD method.
Then, a 70 nm thick insulator layer 69 of SiO 2 was deposited. Further, at a substrate temperature of 300 ° C., an Al metal layer 70 having a thickness of 1 μm was formed by an electron beam evaporation method. Then, the substrate temperature is 300 ° C. and the thickness is 70 by the low temperature CVD method.
nm of SiO 2 insulator layer 71 is deposited at a substrate temperature of 7
A 200 nm-thick p-GaA layer was formed by thermally decomposing a mixed gas containing a trace amount of diethylzinc as a dopant in trimethylgallium and arsine diluted with hydrogen at 00 ° C.
After depositing the conductor layer 72 of s, a thickness of 5 is obtained by electron beam evaporation.
An electrode layer 73 of a gold-zinc alloy having a thickness of 00 nm was formed. This state is shown in FIG. The columnar crystal 6 of GaAs
No. 7 grows perpendicularly to the semiconductor substrate 65, so MO
In the deposition process using the CVD method, it was deposited from the base and did not adhere to the side faces of the columnar crystals 67. Next, unnecessary regions are removed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and HCl to remove the conductive layer 68 and the metal layer 7.
0, the electrode layer 73 was exposed. Conductor layer 68, metal layer 7
0, the thin gold wire is welded to the electrode layer 73 to form the drain electrode 7
4, the gate electrode 75 and the source electrode 76 were taken out. This state is shown in FIG. It was possible to obtain good characteristics of the MESFET in which a voltage is applied between the source and the drain of the completed semiconductor device and the drain current is controlled by the voltage applied to the gate electrode. In addition, a MESFE formed on the surface of a conventional semiconductor substrate by using a planar technique.
The occupied area of the substrate can be made very small as compared with T.
【0064】さらに、ソース、ドレインを形成する導電
体層に柱状結晶67と伝導型が同じで、不純物濃度が柱
状結晶より高い半導体を用いることにより素子の特性が
向上した。Further, the use of a semiconductor having the same conductivity type as that of the columnar crystal 67 and having a higher impurity concentration than that of the columnar crystal in the conductor layer forming the source and drain improves the device characteristics.
【0065】なお、本実施例6では、針に金を用いた
が、これに代えて、銀を用いて同様の製法で作成を試み
たところ、金を用いた場合同様に良好な結果を得た。数
V程度の所定の電圧Vtを、所定の時間Δtだけ印加し
たところ銀の微細な突起がGaAs基板上に形成でき
た。次に突起を形成した半導体基板をMOCVD装置に
設置し基板温度700℃で、トリメチルガリウムと水素
希釈したアルシンにドーパントとしてジエチル亜鉛を微
量に含む混合気体を熱分解することによって、金の液滴
を用いた場合同様p−GaAsの柱状結晶が基板に垂直
な方向に成長した。金、銀以外にも銅、ニッケル、鉄等
の針を用いて先端からその構成金属を蒸発させ突起を形
成し、その局所的な液滴からGaAsを成長させること
により、上記実施例6同様、柱状の微細構造を得ること
ができた。In Example 6, gold was used for the needle, but instead of this, an attempt was made by using a similar manufacturing method using silver. When gold was used, similarly good results were obtained. It was When a predetermined voltage V t of about several V was applied for a predetermined time Δt, fine silver protrusions could be formed on the GaAs substrate. Next, the semiconductor substrate on which the protrusions are formed is placed in an MOCVD apparatus, and a droplet of gold is generated by thermally decomposing a mixed gas containing a trace amount of diethylzinc as a dopant in trimethylgallium and arsine diluted with hydrogen at a substrate temperature of 700 ° C. When used, p-GaAs columnar crystals grew in the direction perpendicular to the substrate. In addition to gold and silver, a needle such as copper, nickel, and iron is used to evaporate the constituent metal from the tip to form a protrusion, and GaAs is grown from the local droplets. A columnar microstructure could be obtained.
【0066】また、柱状結晶67、導電体層68、72
を形成するGaAsの供給源としてトリメチルガリウム
と水素希釈したアルシンにを用い、ドーパントとしてジ
エチル亜鉛を用いたが、GaAsの供給源としてはトリ
エチルガリウム等のガリウムの有機金属と水素希釈した
アルシンを用い、ドーパントとしては亜鉛の有機金属ま
たはCdの有機金属を用いたMOCVD法で行ってもよ
い。Further, the columnar crystals 67 and the conductor layers 68, 72
Trimethylgallium and hydrogen-diluted arsine were used as a source of GaAs to form a, and diethylzinc was used as a dopant, but a gallium organometallic such as triethylgallium and arsine diluted with hydrogen were used as a source of GaAs. MOCVD using an organic metal of zinc or an organic metal of Cd as a dopant may be performed.
【0067】また、絶縁体層としてSiO2を用いた
が、物質を限定するものではない。Although SiO 2 is used as the insulating layer, the material is not limited.
【0068】また、金属層70を柱状結晶67の側面に
接するように形成したが、接する位置、形状および大き
さを限定するものではない。Although the metal layer 70 is formed so as to be in contact with the side surface of the columnar crystal 67, the contact position, shape and size are not limited.
【0069】また、金属層70にはAlを用いたが柱状
結晶67を構成する半導体と良好なショットキー障壁を
形成する金属であればいずれでも良い。Although Al is used for the metal layer 70, any metal may be used as long as it forms a semiconductor forming the columnar crystal 67 and a good Schottky barrier.
【0070】また、導電体層、金属層、電極層を用いて
電極を取り出しているが、ソースドレインを構成する導
電体層および、ゲートを形成する金属層と良好なオーミ
ックコンタクトを形成でき、多層膜を堆積する工程にお
いて、柱状結晶67及びその他の半導体中に拡散し悪影
響を及ぼさない導電体であればよい。Further, although the electrodes are taken out by using the conductor layer, the metal layer, and the electrode layer, a good ohmic contact can be formed with the conductor layer forming the source / drain and the metal layer forming the gate. In the step of depositing the film, any conductor may be used as long as it is a conductor that does not adversely affect the columnar crystals 67 and other semiconductors by diffusing.
【0071】また、導電体層68、72にはp−GaA
sを用いたが、柱状結晶67とショットキー障壁を作ら
ない金属を用いても良い。Further, p-GaA is used for the conductor layers 68 and 72.
Although s is used, a metal that does not form the columnar crystal 67 and the Schottky barrier may be used.
【0072】また、上記実施例6では、GaAs基板上
にGaAsの柱状結晶をホモエピタキシャル成長させ、
さらに半導体素子を作製したが例を挙げたが、同様の製
法でGaAs基板上にInAsの柱状結晶をヘテロエピ
タキシャル成長させ、半導体素子を作ることができた。
また同様の製法で例えばGaP等、他のIII-V族あるい
はII-VI族あるいはIV-IV族等の2元系あるいは多元系の
化合物半導体の柱状結晶を成長させ、半導体素子を作る
こともできた。基板材料もGaAsのみならず他のIII-
V族あるいはII-VI族あるいはIV-IV族等の2元系あるい
は多元系の化合物半導体を用いることができた。In Example 6, the GaAs columnar crystals are homoepitaxially grown on the GaAs substrate,
Further, although a semiconductor element was manufactured, an example was given, but a semiconductor element could be manufactured by heteroepitaxially growing columnar crystals of InAs on a GaAs substrate by the same manufacturing method.
Also, a semiconductor device can be manufactured by growing columnar crystals of binary or multi-element compound semiconductors of other III-V group, II-VI group or IV-IV group such as GaP by the same manufacturing method. It was Substrate material is not only GaAs but also other III-
Binary or multi-element compound semiconductors of group V or group II-VI or group IV-IV could be used.
【0073】また、上記実施例4から6では、それぞ
れ、接合型、MISFET、MESFETを作製した
が、半導体基板および柱状結晶の種類、その伝導型を制
限するものではなくあらゆる組合せが可能であった。ま
た作製できる半導体素子を制限するものでもない。In each of Examples 4 to 6 described above, a junction type, a MISFET, and a MESFET were manufactured, but the semiconductor substrate and the columnar crystals were not limited in type and conductivity type, and any combination was possible. . It does not limit the semiconductor elements that can be manufactured.
【0074】また、上記実施例4から6では、柱状結晶
を成長させる半導体基板上に、導電体層を作製し、前記
導電体層から電極を取り出していたが、柱状結晶と半導
体基板の伝導型が同じであれば、前記半導体基板上の任
意の位置に電極を構成することができるので、導電体層
を形成する工程を省くことができる。なお、前記半導体
基板と前記柱状結晶がヘテロエピタキシャル成長である
ときには、バンドギャップの違いにより半導体素子のキ
ャリアの流れが阻害されないことが必要条件となる。 (実施例7)本発明の実施例4から6までは、金属の微
小突起を形成する方法として、金属製の針先端からその
構成金属元素自体を蒸発させて基板上に付着させる方法
を用いていたが、本実施例では、所定の金属元素を含有
する気体中で、基板に近接して対峙させた先鋭な針と基
板との間にトンネル電流あるいは電界放出電流を流し、
その作用により前述の気体を分解し基板上に微小突起を
形成する。Further, in Examples 4 to 6 described above, the conductor layer was formed on the semiconductor substrate on which the columnar crystal was grown, and the electrode was taken out from the conductor layer. If they are the same, the electrode can be formed at an arbitrary position on the semiconductor substrate, so that the step of forming the conductor layer can be omitted. When the semiconductor substrate and the columnar crystal are heteroepitaxially grown, it is a necessary condition that the carrier flow of the semiconductor element is not hindered by the difference in band gap. (Embodiment 7) In Embodiments 4 to 6 of the present invention, a method of evaporating the constituent metal element itself from the tip of a metal needle and depositing it on the substrate is used as a method of forming the metal microprojections. However, in this embodiment, in a gas containing a predetermined metal element, a tunnel current or a field emission current is caused to flow between a sharp needle facing the substrate and a sharp needle and the substrate,
The action decomposes the above-mentioned gas to form minute protrusions on the substrate.
【0075】具体的には、C5H5Pt(C3H5)ガスを
チャンバー内に導入し、そのガス圧を典型的には5×1
0-6〜760Torrにした。基板には表面が平滑な
(111)面である低抵抗シリコン単結晶を用いた。チ
ャンバー内で、タングステン製の針をシリコン基板に近
接した距離に対峙させ典型的には試料電圧Vs=1〜1
0V程度、印加パルス時間Δt=数nsec〜数100
msec程度のパルス電圧を所定のデューティー比で印
加したところ、直径100nm、高さ5nm程度の微小
な突起が形成された。この微小な突起は上記ガスがトン
ネル電流あるいは電界放出電流により分解され堆積した
Ptよりなるものと考えられる。本実施例では試料側が
正バイアスとなるパルス電圧を印加したが、極性を変え
ても同様の結果がえられた。その後は上記実施例4から
6と同様のプロセスにより半導体素子が得られた。Specifically, C 5 H 5 Pt (C 3 H 5 ) gas is introduced into the chamber, and the gas pressure is typically 5 × 1.
It was set to 0 −6 to 760 Torr. A low resistance silicon single crystal having a smooth surface (111) was used for the substrate. In the chamber, a tungsten needle is made to face a distance close to the silicon substrate, and typically the sample voltage V s = 1 to 1
About 0 V, applied pulse time Δt = several nsec to several 100
When a pulse voltage of about msec was applied at a predetermined duty ratio, minute protrusions having a diameter of 100 nm and a height of 5 nm were formed. It is considered that the minute projections are composed of Pt deposited by decomposing the gas by a tunnel current or a field emission current. In this embodiment, a pulse voltage is applied so that the sample side is positively biased, but similar results were obtained even if the polarity was changed. After that, a semiconductor device was obtained by the same process as in Examples 4 to 6 above.
【0076】本実施例に使用する有機金属ガスは上記の
C5H5Pt(C3H5)以外のPtを含有する所定の有機
金属ガスであってもよく、また他のAu、Ag、Cu、
Pd、Ni等を含む有機金属を用いてもよい。また、針
としてはW以外にもPt、Au等を用いてもよい。本実
施例はシリコン基板以外の単元素半導体あるいは化合物
半導体に対しても有効であった。 (実施例8)次に本発明の第8実施例を以下に示す。希
釈したKAu(CN)2溶液中にPtIr針とシリコン
(111)基板を浸し、針を基板に近接させ典型的には
試料電圧Vs=−1〜−10V程度の負電圧を印加した
ところ、直径数nm〜数100nm程度の微小な突起が
形成された。光照射下でより良好な結果が得られた。こ
の微小な突起は上記の溶液中のAuイオンがトンネル電
流あるいは電界放出電流あるいはイオン電流により中性
化し、析出したものと考えられる。その後上記実施例4
から6と同様のプロセスを施すことにより半導体素子が
得られた。The organometallic gas used in this embodiment may be a predetermined organometallic gas containing Pt other than C 5 H 5 Pt (C 3 H 5 ) described above, and other Au, Ag, Cu,
You may use the organic metal containing Pd, Ni, etc. Further, as the needle, other than W, Pt, Au or the like may be used. This example was also effective for single element semiconductors or compound semiconductors other than silicon substrates. (Embodiment 8) Next, an eighth embodiment of the present invention will be described below. When a PtIr needle and a silicon (111) substrate were dipped in a diluted KAu (CN) 2 solution, the needle was brought close to the substrate, and a negative voltage of typically sample voltage V s = −1 to −10 V was applied, Minute protrusions having a diameter of several nm to several hundred nm were formed. Better results were obtained under light irradiation. It is considered that these minute projections were formed by neutralizing Au ions in the above solution by a tunnel current, a field emission current, or an ion current, and depositing. After that, in Example 4 above.
The semiconductor device was obtained by performing the same process as in Nos. 6 to 6.
【0077】本実施例に使用する溶液は上記のKAu
(CN)2以外のAuを含有する所定の溶液であっても
よく、また他のAg、Cu、Pt、Pd、Ni等を含む
溶液を用いてもよい。また、針としてはPtIr以外に
もW、Au等を用いてもよい。本実施例はシリコン基板
以外の単元素半導体あるいは化合物半導体に対しても有
効であった。The solution used in this example is the above KAu.
A predetermined solution containing Au other than (CN) 2 may be used, or a solution containing other Ag, Cu, Pt, Pd, Ni or the like may be used. Further, as the needle, W, Au or the like may be used instead of PtIr. This example was also effective for single element semiconductors or compound semiconductors other than silicon substrates.
【0078】なお、本実施例4から8では、1つの柱状
結晶からなる半導体素子の製造方法を示したが、実施例
4から8において、半導体基板上の複数の位置で加工作
用を行わせ、さらに所定の工程を行うことにより半導体
基板上に複数の半導体素子を作製することができた。さ
らに、作製された素子間を接続することにより簡単な論
理回路を作製することができた。In the fourth to eighth embodiments, a method of manufacturing a semiconductor device made of one columnar crystal has been described. However, in the fourth to eighth embodiments, processing operations are performed at a plurality of positions on a semiconductor substrate. Furthermore, a plurality of semiconductor elements could be manufactured on the semiconductor substrate by performing a predetermined process. Furthermore, a simple logic circuit could be manufactured by connecting the manufactured elements.
【0079】[0079]
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、半導体基板表面に設けられた柱状結晶からなる
第1半導体と、第1半導体の先端部分と根元部分の間の
側面の所定の領域に接して又は埋め込まれて設けられた
第1半導体と異なる伝導型を持つ第2半導体とを備えて
いるので、基板平面内における素子の占有面積を小さく
できるという長所を有する。As is apparent from the above description, according to the present invention, the first semiconductor made of columnar crystals provided on the surface of the semiconductor substrate and the predetermined side surface between the tip portion and the root portion of the first semiconductor are provided. Since the first semiconductor provided in contact with or embedded in the region and the second semiconductor having a different conductivity type are provided, there is an advantage that the area occupied by the element in the substrate plane can be reduced.
【図1】本発明にかかる実施例1の半導体素子の概略断
面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device of Example 1 according to the present invention.
【図2】本発明にかかる実施例2の半導体素子の概略断
面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a semiconductor device of Example 2 according to the present invention.
【図3】本発明にかかる実施例3の半導体素子の概略断
面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a semiconductor device of Example 3 according to the present invention.
【図4】同図(a)、(b)、(c)、(d)は、本発
明にかかる実施例4の半導体素子の製造方法の工程断面
図、同図(e)は、作製された半導体素子の概略図であ
る。4 (a), (b), (c), and (d) are process cross-sectional views of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. It is a schematic diagram of a semiconductor device.
【図5】実施例4の半導体素子の製造方法で用いたマス
クの概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a mask used in a method for manufacturing a semiconductor device of Example 4.
【図6】同図(a)、(b)、(c)、(d)は、本発
明にかかる実施例5の半導体素子の製造方法の工程断面
図である。6 (a), (b), (c), and (d) are process cross-sectional views of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】同図(a)、(b)は、本発明にかかる実施例
5の半導体素子の製造方法の工程断面図、同図(c)
は、作製された半導体素子の概略図である。7 (a) and 7 (b) are process cross-sectional views of a method for manufacturing a semiconductor device according to Example 5 of the present invention, and FIG. 7 (c).
FIG. 3 is a schematic view of a manufactured semiconductor device.
【図8】同図(a)、(b)、(c)は、本発明にかか
る実施例6の半導体素子の製造方法の工程断面図、同図
(d)は、作製された半導体素子の概略図である。8A, 8B, and 8C are process cross-sectional views of a method for manufacturing a semiconductor device according to Example 6 of the present invention, and FIG. 8D is a sectional view of the manufactured semiconductor device. It is a schematic diagram.
1、11、22、32、50、65 半導体基板 2、12、23、35、51、67 柱状結晶 3、7、13、16、18、24、28、36、40、
52、54、56、68、72 導電体層 4、6、14、15、17、25、27、37、39、
53、55、57、69、71 絶縁体層 5、38 半導体層 8、19、29、47、62、74 ドレイン電極 9、21、30、49、64、76 ソース電極 10、20、31、48、63、75 ゲート電極 26、70 金属層 33、66 突起 34 液滴 41、42、43 マスク 44、45、46、58、59、60、61 タングス
テン層 73 電極層1, 11, 22, 32, 50, 65 Semiconductor substrate 2, 12, 23, 35, 51, 67 Columnar crystal 3, 7, 13, 16, 18, 24, 28, 36, 40,
52, 54, 56, 68, 72 Conductor layers 4, 6, 14, 15, 17, 25, 27, 37, 39,
53, 55, 57, 69, 71 Insulator layer 5, 38 Semiconductor layer 8, 19, 29, 47, 62, 74 Drain electrode 9, 21, 30, 49, 64, 76 Source electrode 10, 20, 31, 48 , 63, 75 gate electrode 26, 70 metal layer 33, 66 protrusion 34 droplet 41, 42, 43 mask 44, 45, 46, 58, 59, 60, 61 tungsten layer 73 electrode layer
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7376−4M H01L 29/80 B (72)発明者 横山 和夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 任田 隆夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical indication location 7376-4M H01L 29/80 B (72) Inventor Kazuo Yokoyama 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Takao Nita, 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (13)
柱状結晶からなる第1半導体と、前記第1半導体の先端
部分と根元部分の間の側面の所定の領域に接して又は埋
め込まれて設けられた前記第1半導体と異なる伝導型を
持つ第2半導体とを備え、前記第2半導体にはゲート電
極、前記第1半導体の先端部分と根元部分にはソース電
極とドレイン電極あるいはドレイン電極とソース電極が
設けられていることを特徴とする半導体素子。1. A first semiconductor made of columnar crystals provided at least on the surface of a semiconductor substrate, and provided in contact with or embedded in a predetermined region on a side surface between a tip portion and a root portion of the first semiconductor. A first semiconductor and a second semiconductor having a conductivity type different from that of the first semiconductor, wherein the second semiconductor has a gate electrode, and a tip portion and a root portion of the first semiconductor have a source electrode and a drain electrode or a drain electrode and a source electrode. A semiconductor device characterized by being provided.
柱状結晶からなる第1半導体と、前記第1半導体の先端
部分と根元部分の間の側面の所定の領域に接して又は埋
め込まれて設けられた絶縁体層と、その絶縁体層上に形
成された導電体部分とを備え、前記導電体部分にはゲー
ト電極、前記第1半導体の先端部分と根元部分にはソー
ス電極とドレイン電極あるいはドレイン電極とソース電
極が設けられていることを特徴とする半導体素子。2. A first semiconductor composed of columnar crystals provided at least on the surface of a semiconductor substrate, and provided in contact with or embedded in a predetermined region on a side surface between a tip portion and a root portion of the first semiconductor. An insulator layer and a conductor portion formed on the insulator layer, wherein the conductor portion is a gate electrode, and the tip portion and the root portion of the first semiconductor are a source electrode and a drain electrode or a drain electrode. And a source electrode are provided.
柱状結晶からなる第1半導体と、前記第1半導体の先端
部分と根元部分の間の側面の所定の領域に接して又は埋
め込まれて設けられ、前記第1半導体とショットキー障
壁を形成する金属部分とを備え、前記金属部分にはゲー
ト電極、前記第1半導体の先端部分と根元部分にはソー
ス電極とドレイン電極あるいはドレイン電極とソース電
極が設けられていることを特徴とする半導体素子。3. A first semiconductor composed of columnar crystals provided at least on the surface of a semiconductor substrate, and provided in contact with or embedded in a predetermined region on a side surface between a tip portion and a root portion of the first semiconductor, A gate electrode is provided on the first semiconductor and a metal portion forming a Schottky barrier, and a source electrode and a drain electrode or a drain electrode and a source electrode are provided on the tip portion and the root portion of the first semiconductor. A semiconductor device characterized by being provided.
伝導型とは、同じ種類の伝導型であることを特徴とする
請求項1、2又は3記載の半導体素子。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductivity type of the semiconductor substrate and the conductivity type of the first semiconductor are the same type.
させ、その後半導体基板表面の温度を前記金属と基板材
料との共晶点温度以上かつそれぞれの融点以下に設定す
ることで、前記半導体基板表面上の金属析出場所に局所
的な合金液滴領域を形成し、気相−液相−固相反応を用
いることにより前記半導体基板表面上に柱状結晶を局所
的に成長させることを特徴とする半導体素子の製造方
法。5. A semiconductor is locally deposited on the surface of a semiconductor substrate, and then the temperature of the surface of the semiconductor substrate is set to be equal to or higher than the eutectic point temperature of the metal and the substrate material and equal to or lower than each melting point thereof. A local alloy droplet region is formed at a metal deposition site on the substrate surface, and columnar crystals are locally grown on the semiconductor substrate surface by using a vapor-liquid-solid reaction. Of manufacturing a semiconductor device.
導体基板表面に近接させ、前記半導体基板材料と共晶型
相平衡を示す金属を含有する所定の圧力の気体中で、前
記針と前記半導体基板表面の間に所定の電界を印加しト
ンネル電流あるいは電界放出電流を流すことにより前記
半導体基板表面に少なくとも前記金属を局所的に析出さ
せることを特徴とする請求項5記載の半導体素子の製造
方法。6. A conductive needle having a sharp tip is brought close to the surface of the semiconductor substrate, and the needle is placed in a gas containing a metal having a eutectic phase equilibrium with the semiconductor substrate material at a predetermined pressure. 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein at least the metal is locally deposited on the surface of the semiconductor substrate by applying a predetermined electric field between the surfaces of the semiconductor substrate and flowing a tunnel current or a field emission current. Production method.
導体基板表面に近接させ、前記半導体基板材料と共晶型
相平衡を示す金属を含有する液体中で、前記針と前記半
導体基板表面の間に所定の電界を印加しトンネル電流あ
るいは電界放出電流あるいはイオン電流を流すことによ
り前記半導体基板表面に少なくとも前記金属を局所的に
析出させることを特徴とする請求項5記載の半導体素子
の製造方法。7. A conductive needle having a sharp tip is brought close to the surface of the semiconductor substrate, and the needle and the surface of the semiconductor substrate are placed in a liquid containing a metal having a eutectic phase equilibrium with the semiconductor substrate material. 6. A semiconductor device according to claim 5, wherein at least the metal is locally deposited on the surface of the semiconductor substrate by applying a predetermined electric field between them to cause a tunnel current, a field emission current or an ion current to flow. Method.
属を含有し、尖鋭な先端を有する導電性の針を前記半導
体基板表面に近接させ、真空中あるいは所定の圧力の気
体中で、前記針と前記半導体基板表面の間に所定の電界
を印加し、前記針先端からその構成元素を蒸発させ対向
する前記半導体基板表面に局所的に付着させることを特
徴とする請求項5記載の半導体素子の製造方法。8. A conductive needle containing a metal exhibiting a eutectic phase equilibrium with a semiconductor substrate material and having a sharp tip is brought close to the surface of the semiconductor substrate, and in a vacuum or in a gas at a predetermined pressure, 6. The semiconductor according to claim 5, wherein a predetermined electric field is applied between the needle and the surface of the semiconductor substrate to evaporate the constituent elements from the tip of the needle and locally attach the constituent elements to the surface of the semiconductor substrate facing the needle. Device manufacturing method.
記半導体基板材料構成元素あるいは所定の元素を含むハ
ロゲン化物あるいは有機金属化合物あるいは水素化物等
で構成される所定の圧力の気体を直接、あるいは熱もし
くは電磁波もしくはその他のエネルギーを用いて分解し
て前記半導体基板表面に曝すことで合金液滴領域に所望
の元素を溶解させ、液滴領域に接する前記半導体基板表
面上に結晶を局所的に析出させる反応であることを特徴
とする請求項5記載の半導体素子の製造方法。9. A gas-liquid-solid reaction is carried out by directly applying a gas of a predetermined pressure composed of a halide containing at least the constituent elements of the semiconductor substrate or a predetermined element or an organometallic compound or hydride. Alternatively, the desired element is dissolved in the alloy droplet region by decomposing it using heat, electromagnetic waves or other energy and exposing it to the semiconductor substrate surface, and the crystal is locally formed on the semiconductor substrate surface in contact with the droplet region. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the reaction is a reaction for depositing on.
u、Pt、Pd、Ni、Ir、Rh、Co、Os、R
u、Fe、Hg、Cd、Znのいずれかを含むことを特
徴とする請求項5記載の半導体素子の製造方法。10. The metal forming the droplets is Au, Ag, C
u, Pt, Pd, Ni, Ir, Rh, Co, Os, R
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising any one of u, Fe, Hg, Cd, and Zn.
素半導体あるいは化合物半導体で構成されていることを
特徴とする請求項5記載の半導体素子の製造方法。11. The method for manufacturing a semiconductor element according to claim 5, wherein the columnar crystal or the semiconductor substrate is composed of a single element semiconductor or a compound semiconductor.
体層−第2半導体−絶縁体層−第2導電層より成る多層
膜を、前記第1導電層、第2導電層がそれぞれ前記柱状
結晶の根元部分及び先端部分に導通し、前記半導体層が
前記柱状結晶の所定の領域に接して導通するように堆積
させることを特徴とする請求項5記載の半導体素子の製
造方法。12. A multilayer film comprising a first conductive layer, an insulator layer, a second semiconductor, an insulator layer, and a second conductive layer on the surface of a semiconductor substrate, wherein the first conductive layer and the second conductive layer are respectively 6. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 5, wherein the semiconductor layer is deposited so as to be electrically connected to a root portion and a tip portion of the columnar crystal, and the semiconductor layer is in contact with a predetermined region of the columnar crystal to be electrically conductive.
前記半導体基板上に電極を形成することを特徴とする請
求項12記載の半導体素子の製造方法。13. Instead of the step of depositing a first conductive layer,
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an electrode is formed on the semiconductor substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4198597A JPH0645613A (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Semiconductor element and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4198597A JPH0645613A (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Semiconductor element and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645613A true JPH0645613A (en) | 1994-02-18 |
Family
ID=16393844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4198597A Pending JPH0645613A (en) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Semiconductor element and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645613A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012531751A (en) * | 2009-06-26 | 2012-12-10 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | Method for producing passivated silicon nanowires and device obtained thereby |
| US9005548B2 (en) | 2009-02-25 | 2015-04-14 | California Institute Of Technology | Methods for fabricating high aspect ratio probes and deforming high aspect ratio nanopillars and micropillars |
| US9234872B2 (en) | 2009-11-23 | 2016-01-12 | California Institute Of Technology | Chemical sensing and/or measuring devices and methods |
| US9406823B2 (en) | 2009-11-19 | 2016-08-02 | California Institute Of Technology | Methods for fabricating self-aligning semiconductor hetereostructures using nanowires |
| JP2023121671A (en) * | 2022-02-21 | 2023-08-31 | 豊田合成株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP4198597A patent/JPH0645613A/en active Pending
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