JPH07161963A - 量子細線構造の製造方法 - Google Patents
量子細線構造の製造方法Info
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- JPH07161963A JPH07161963A JP5307933A JP30793393A JPH07161963A JP H07161963 A JPH07161963 A JP H07161963A JP 5307933 A JP5307933 A JP 5307933A JP 30793393 A JP30793393 A JP 30793393A JP H07161963 A JPH07161963 A JP H07161963A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プロセス制御性に優れた量子細線構造の製造
方法を提供する。 【構成】 シリコン基板１を熱酸化し、シリコン酸化膜
２を形成する。シリコン窒化膜を堆積する。図１(c)お
よび図２(b)において窒化膜エッチングを行い、所定の
形状のシリコン窒化膜３を形成する。第１の酸化膜４を
形成する。シリコン窒化膜３をリン酸液によって除去す
る。熱処理を行いシリコン酸化膜２を形成する。フッ酸
液にて酸化膜エッチングを行い、シリコン酸化膜２を除
去する。熱酸化により第２の酸化膜５を形成する。第１
の酸化膜４の端部に薄膜化部６およびシリコンの突起部
７が形成される。
方法を提供する。 【構成】 シリコン基板１を熱酸化し、シリコン酸化膜
２を形成する。シリコン窒化膜を堆積する。図１(c)お
よび図２(b)において窒化膜エッチングを行い、所定の
形状のシリコン窒化膜３を形成する。第１の酸化膜４を
形成する。シリコン窒化膜３をリン酸液によって除去す
る。熱処理を行いシリコン酸化膜２を形成する。フッ酸
液にて酸化膜エッチングを行い、シリコン酸化膜２を除
去する。熱酸化により第２の酸化膜５を形成する。第１
の酸化膜４の端部に薄膜化部６およびシリコンの突起部
７が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は量子細線構造の製造方法
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの進歩により、高
集積化、デザインルールの微細化が進んでいる。このよ
うな微細化の進行により、従来のトランジスタ構造とは
異なる、新たな素子構造の開発の必要性が高まってい
る。このような新規素子として量子効果を利用したデバ
イスが検討されてきている（電子情報通信学会誌Vol.7
2,No12,pp1387〜1391,1989年12月参照）。
集積化、デザインルールの微細化が進んでいる。このよ
うな微細化の進行により、従来のトランジスタ構造とは
異なる、新たな素子構造の開発の必要性が高まってい
る。このような新規素子として量子効果を利用したデバ
イスが検討されてきている（電子情報通信学会誌Vol.7
2,No12,pp1387〜1391,1989年12月参照）。
【０００３】量子効果を引き起こすためには電子の波長
程度のオーダーの寸法を持つドットもしくは細線の形成
技術、およびそれらを結合し、回路を構成する技術の開
発が必要とされる。
程度のオーダーの寸法を持つドットもしくは細線の形成
技術、およびそれらを結合し、回路を構成する技術の開
発が必要とされる。
【０００４】従来の量子細線構造の製造方法として試み
られている方法の概略図を図５に示す。以下従来例の量
子細線構造の製造方法について、図５を参照しながら説
明する。
られている方法の概略図を図５に示す。以下従来例の量
子細線構造の製造方法について、図５を参照しながら説
明する。
【０００５】図５(a)において、シリコン基板１上にシ
リコン酸化膜２を形成する。図５(b)において、シリコ
ン窒化膜３を堆積し、所定の形状に加工する。図５(c)
において、1000℃パイロ酸化雰囲気下で600nm熱酸化を
行い、第１の酸化膜４を形成する。図５(d)において、
シリコン窒化膜３を除去し、細線領域３１を得る。本方
法により、２つの第１の酸化膜４に挟まれる領域に細線
領域３１が形成され、これを利用することによって量子
細線の形成が可能となる。
リコン酸化膜２を形成する。図５(b)において、シリコ
ン窒化膜３を堆積し、所定の形状に加工する。図５(c)
において、1000℃パイロ酸化雰囲気下で600nm熱酸化を
行い、第１の酸化膜４を形成する。図５(d)において、
シリコン窒化膜３を除去し、細線領域３１を得る。本方
法により、２つの第１の酸化膜４に挟まれる領域に細線
領域３１が形成され、これを利用することによって量子
細線の形成が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
た従来の量子細線構造の製造方法においては、細線領域
３１の幅が第１の酸化膜４の酸化によって決定されるた
め、幅の制御性が悪いという問題点を有していた。
た従来の量子細線構造の製造方法においては、細線領域
３１の幅が第１の酸化膜４の酸化によって決定されるた
め、幅の制御性が悪いという問題点を有していた。
【０００７】本発明はかかる点に鑑み、厚膜酸化時に発
生する応力を利用することによって、上記問題点を解決
した量子細線構造の製造方法を提供することを目的とす
る。
生する応力を利用することによって、上記問題点を解決
した量子細線構造の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の量子細線構造の
製造方法は、厚膜酸化時に発生する応力を利用し、厚膜
酸化膜端近傍の熱酸化膜を薄膜化し、薄膜化部の下部の
シリコンを量子細線の一部として利用することにより、
細線幅の制御性が悪いという問題点を解決した量子細線
構造の製造方法を得るものである。
製造方法は、厚膜酸化時に発生する応力を利用し、厚膜
酸化膜端近傍の熱酸化膜を薄膜化し、薄膜化部の下部の
シリコンを量子細線の一部として利用することにより、
細線幅の制御性が悪いという問題点を解決した量子細線
構造の製造方法を得るものである。
【０００９】
【作用】本発明は上記した構成によって、量子細線の幅
の制御を容易にした、量子細線構造の製造が可能とな
る。
の制御を容易にした、量子細線構造の製造が可能とな
る。
【００１０】
【実施例】以下本発明の第１の実施例の量子細線構造の
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
における量子細線構造の製造方法を示すプロセスフロ
ー、図２はその工程断面図である。以上のように量子細
線構造の製造方法について以下その作製フローについて
説明する。
における量子細線構造の製造方法を示すプロセスフロ
ー、図２はその工程断面図である。以上のように量子細
線構造の製造方法について以下その作製フローについて
説明する。
【００１２】図１(a)および図２(a)において、シリコン
基板１を熱酸化し、膜厚10nmを有するシリコン酸化膜２
を形成する。図１(b)において、膜厚120nmを有するシリ
コン窒化膜を堆積する。図１(c)および図２(b)において
窒化膜エッチングを行い、所定の形状のシリコン窒化膜
３を形成する。図１(d)および図２(c)において、膜厚60
0nmの熱酸化を行い、分第１の酸化膜４を形成する。図
１(e)および図２(d)においてシリコン窒化膜３をリン酸
液によって除去する。図１(f)において、1100℃16時間
窒素雰囲気下で熱処理を行う。図１(g)および図２(e)に
おいて、フッ酸液にて酸化膜エッチングを行い、シリコ
ン酸化膜２を除去する。図１(h)および図２(f)にて、熱
酸化により12nmの膜厚を有する第２の酸化膜５を形成す
る。
基板１を熱酸化し、膜厚10nmを有するシリコン酸化膜２
を形成する。図１(b)において、膜厚120nmを有するシリ
コン窒化膜を堆積する。図１(c)および図２(b)において
窒化膜エッチングを行い、所定の形状のシリコン窒化膜
３を形成する。図１(d)および図２(c)において、膜厚60
0nmの熱酸化を行い、分第１の酸化膜４を形成する。図
１(e)および図２(d)においてシリコン窒化膜３をリン酸
液によって除去する。図１(f)において、1100℃16時間
窒素雰囲気下で熱処理を行う。図１(g)および図２(e)に
おいて、フッ酸液にて酸化膜エッチングを行い、シリコ
ン酸化膜２を除去する。図１(h)および図２(f)にて、熱
酸化により12nmの膜厚を有する第２の酸化膜５を形成す
る。
【００１３】このとき、第１の酸化膜４形成時に第１の
酸化膜４端部下のシリコン結晶には局所的応力が発生し
ている。これにさらに図１(f)の熱処理を行うことによ
ってこの応力はさらに増大する。一般に、応力の印加さ
れたシリコン結晶を酸化すると、その応力によって酸化
種の拡散が抑制され、酸化レートが変化する。したがっ
て、図２(e)の状態から熱酸化を行った場合には図２(f)
に示したように第１の酸化膜４の端部に薄膜化部６およ
びシリコンの突起部７が形成される。この薄膜化部６の
膜厚は本実施例の場合、約5nmである。
酸化膜４端部下のシリコン結晶には局所的応力が発生し
ている。これにさらに図１(f)の熱処理を行うことによ
ってこの応力はさらに増大する。一般に、応力の印加さ
れたシリコン結晶を酸化すると、その応力によって酸化
種の拡散が抑制され、酸化レートが変化する。したがっ
て、図２(e)の状態から熱酸化を行った場合には図２(f)
に示したように第１の酸化膜４の端部に薄膜化部６およ
びシリコンの突起部７が形成される。この薄膜化部６の
膜厚は本実施例の場合、約5nmである。
【００１４】以上のように本実施例によれば、第１の酸
化膜４の形状にそって薄膜化部を有するゲート酸化膜、
およびシリコンの突起部を形成することが可能となり、
これを利用して量子細線構造を形成することが可能とな
る。
化膜４の形状にそって薄膜化部を有するゲート酸化膜、
およびシリコンの突起部を形成することが可能となり、
これを利用して量子細線構造を形成することが可能とな
る。
【００１５】なお、本実施例において、窒化膜除去と、
1100℃ 16時間窒素雰囲気中熱処理の処理順を入れ換え
ることも可能である。
1100℃ 16時間窒素雰囲気中熱処理の処理順を入れ換え
ることも可能である。
【００１６】なお、本実施例において、第２の酸化膜５
を形成する熱酸化工程においては、シリコン中の応力に
よる酸化種の拡散が抑制されることによって酸化レート
が遅くなり、第１の酸化膜４端部において薄膜化部６が
形成されるため、もともと拡散レートがパイロ酸化に比
べて遅い、ドライ酸化にて第２の酸化膜５を形成する方
が、薄膜化が顕著になる。以降の実施例で示すような利
用をする場合には薄膜化部６と第２の酸化膜５部の膜厚
差が大きい方が有利であるため、本実施例において第２
の酸化膜５形成に際し、ドライ酸化を用いることによ
り、より優れた量子細線構造の形成が可能となる。
を形成する熱酸化工程においては、シリコン中の応力に
よる酸化種の拡散が抑制されることによって酸化レート
が遅くなり、第１の酸化膜４端部において薄膜化部６が
形成されるため、もともと拡散レートがパイロ酸化に比
べて遅い、ドライ酸化にて第２の酸化膜５を形成する方
が、薄膜化が顕著になる。以降の実施例で示すような利
用をする場合には薄膜化部６と第２の酸化膜５部の膜厚
差が大きい方が有利であるため、本実施例において第２
の酸化膜５形成に際し、ドライ酸化を用いることによ
り、より優れた量子細線構造の形成が可能となる。
【００１７】（実施例２）以下本発明の第２の実施例の
量子細線構造の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
量子細線構造の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
【００１８】図３は本発明の第２の実施例における量子
細線構造の製造方法を示す工程断面図、斜視図および動
作説明図である。以上のように構成された量子細線構造
の製造方法について以下その作製フローについて説明す
る。
細線構造の製造方法を示す工程断面図、斜視図および動
作説明図である。以上のように構成された量子細線構造
の製造方法について以下その作製フローについて説明す
る。
【００１９】第１の実施例に示した製造方法により、図
１(f)のような、薄膜化部６を有する形状を形成する。
その後、図３(a)において、CVD法により多結晶シリコン
膜堆積、リン拡散を行い、所定の形状に多結晶シリコン
膜をエッチングしてゲート電極１１を形成する。このと
きの斜視図を図３(b)に示す。図３(b)において、薄膜化
部および突起部は細線方向１３で示される方向に伸びる
細線状となっている。
１(f)のような、薄膜化部６を有する形状を形成する。
その後、図３(a)において、CVD法により多結晶シリコン
膜堆積、リン拡散を行い、所定の形状に多結晶シリコン
膜をエッチングしてゲート電極１１を形成する。このと
きの斜視図を図３(b)に示す。図３(b)において、薄膜化
部および突起部は細線方向１３で示される方向に伸びる
細線状となっている。
【００２０】図３(a)に示した第２の実施例において、
シリコン基板１をアースとして、ゲート電極１１に電圧
を印加する。印加電圧がシリコン基板１の基板型によっ
て決まる反転側極性になるようにすると、印加電圧がし
きい値以上になると薄膜化部６下部にチャンネル領域１
２が形成される。このチャンネル領域１２の幅は薄膜化
部６の幅、膜厚、印加電圧によって決まるが、第１の実
施例に示した条件においては薄膜化部６の幅は約20nmで
あるため、この程度の寸法である。これはまた、反転層
深さはシリコン基板１中の不純物濃度、印加電圧等に依
存するが数nm程度である。従ってチャンネル領域１２は
幅方向、深さ方向には量子化されており、細線方向１３
に沿った量子細線である。細線方向１３に伸びるチャン
ネル領域１２の両端に電圧を印加し、その電圧を増大さ
せていくと、図３(c)に示したように、両端間には一次
元伝導の特徴である負性抵抗を有する電流が流れる。
シリコン基板１をアースとして、ゲート電極１１に電圧
を印加する。印加電圧がシリコン基板１の基板型によっ
て決まる反転側極性になるようにすると、印加電圧がし
きい値以上になると薄膜化部６下部にチャンネル領域１
２が形成される。このチャンネル領域１２の幅は薄膜化
部６の幅、膜厚、印加電圧によって決まるが、第１の実
施例に示した条件においては薄膜化部６の幅は約20nmで
あるため、この程度の寸法である。これはまた、反転層
深さはシリコン基板１中の不純物濃度、印加電圧等に依
存するが数nm程度である。従ってチャンネル領域１２は
幅方向、深さ方向には量子化されており、細線方向１３
に沿った量子細線である。細線方向１３に伸びるチャン
ネル領域１２の両端に電圧を印加し、その電圧を増大さ
せていくと、図３(c)に示したように、両端間には一次
元伝導の特徴である負性抵抗を有する電流が流れる。
【００２１】（実施例３）以下本発明の第３の実施例の
量子細線構造の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
量子細線構造の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
【００２２】図４は本発明の第３の実施例における量子
細線構造の製造方法を示す工程断面図および斜視図であ
る。以上のように構成された量子細線構造の製造方法に
ついて以下その作製フローについて説明する。
細線構造の製造方法を示す工程断面図および斜視図であ
る。以上のように構成された量子細線構造の製造方法に
ついて以下その作製フローについて説明する。
【００２３】第１の実施例に示した製造方法により、図
１(f)のような、薄膜化部６を有する形状を形成する。
その後、図４(a)において、薄膜化部６における膜厚以
上で、かつ、第２の酸化膜５の膜厚以下の所定の膜厚分
フッ酸水溶液によるエッチングにより除去する。このと
きシリコンの突起部７が露出する。図４(b)において、
イオン注入法によりヒ素イオンを注入し、突起部７部分
に不純物注入層２１を形成する。このときの斜視図を図
４(c)に示す。図４(c)において、不純物注入層２１は細
線方向２２で示される方向に伸びる細線状となってい
る。
１(f)のような、薄膜化部６を有する形状を形成する。
その後、図４(a)において、薄膜化部６における膜厚以
上で、かつ、第２の酸化膜５の膜厚以下の所定の膜厚分
フッ酸水溶液によるエッチングにより除去する。このと
きシリコンの突起部７が露出する。図４(b)において、
イオン注入法によりヒ素イオンを注入し、突起部７部分
に不純物注入層２１を形成する。このときの斜視図を図
４(c)に示す。図４(c)において、不純物注入層２１は細
線方向２２で示される方向に伸びる細線状となってい
る。
【００２４】図４(c)に示した第３の実施例において、
細線方向２２に伸びる不純物注入層２１の両端に電圧を
印加し、その電圧を増大させていくと、図３(c)に示し
たように、両端間には一次元伝導の特徴である負性抵抗
を有する電流が流れる。
細線方向２２に伸びる不純物注入層２１の両端に電圧を
印加し、その電圧を増大させていくと、図３(c)に示し
たように、両端間には一次元伝導の特徴である負性抵抗
を有する電流が流れる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明は工程が簡略で制御
性に優れた量子細線構造の製造方法が得られる。
性に優れた量子細線構造の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるプロセスフロー
を示す図
を示す図
【図２】本発明の第１の実施例における工程断面図
【図３】（ａ）本発明の第２の実施例における断面図 （ｂ）本発明の第２の実施例における斜視図 （ｃ）本発明の第２の実施例における動作説明図
【図４】（ａ）本発明の第３の実施例における工程断面
図 （ｂ）本発明の第３の実施例における工程断面図 （ｃ）本発明の第３の実施例における斜視図
図 （ｂ）本発明の第３の実施例における工程断面図 （ｃ）本発明の第３の実施例における斜視図
【図５】従来例の量子細線構造の製造方法を示す工程断
面図
面図
【符号の説明】 １ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ シリコン窒化膜 ４ 第１の酸化膜 ５ 第２の酸化膜 ６ 薄膜化部 ７ 突起部 １１ ゲート電極 １２ チャンネル領域 １３ 細線方向 ２１ 不純物注入層 ２２ 細線方向 ３１ 細線領域
Claims (10)
- 【請求項１】シリコン上に酸化抑制用マスクを形成する
第１の工程と、所定の膜厚に熱酸化を行う第２の工程
と、前記酸化抑制用マスクを除去する第３の工程と、10
50℃以上の温度にて3時間以上不活性ガス雰囲気下で熱
処理を行う第４の工程と、所定の膜厚まで熱酸化する第
５の工程とを含むことを特徴とする量子細線構造の製造
方法。 - 【請求項２】シリコン上に酸化抑制用マスクを形成する
第１の工程と、所定の膜厚に熱酸化を行う第２の工程
と、1050℃以上の温度にて3時間以上不活性ガス雰囲気
下で熱処理を行う第３の工程と、前記酸化抑制用マスク
を除去する第４の工程と、所定の膜厚まで熱酸化する第
５の工程とを含むことを特徴とする量子細線構造の製造
方法。 - 【請求項３】第５の工程における熱酸化をドライ酸化雰
囲気で行うことを特徴とする請求項１または２記載の量
子細線構造の製造方法。 - 【請求項４】第５の工程に続き、導電性材料からなる電
極を形成する第６の工程を行うことを特徴とする請求項
１または２記載の量子細線構造の製造方法。 - 【請求項５】第５の工程に続き、不純物をイオン注入法
により導入することを特徴とする請求項１または２記載
の量子細線構造の製造方法。 - 【請求項６】第５の工程に続き、不純物を拡散法により
導入することを特徴とする請求項１または２記載の量子
細線構造の製造方法。 - 【請求項７】第５の工程に続き、第５の工程により形成
したシリコン酸化膜を所定の膜厚除去し、シリコンの一
部もしくは全部を露出する第６の工程を有することを特
徴とする請求項１または２記載の量子細線構造の製造方
法。 - 【請求項８】第６の工程に続き、導電性材料からなる電
極を形成する第７の工程を行うことを特徴とする請求項
７記載の量子細線構造の製造方法。 - 【請求項９】第６の工程に続き、不純物をイオン注入法
により導入することを特徴とする請求項７記載の量子細
線構造の製造方法。 - 【請求項１０】第６の工程に続き、不純物を拡散法によ
り導入することを特徴とする請求項７記載の量子細線構
造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5307933A JPH07161963A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 量子細線構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5307933A JPH07161963A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 量子細線構造の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161963A true JPH07161963A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17974922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5307933A Pending JPH07161963A (ja) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | 量子細線構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07161963A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002071460A3 (de) * | 2001-03-02 | 2003-04-10 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zur herstellung von strukturen im nanometerbereich |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP5307933A patent/JPH07161963A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002071460A3 (de) * | 2001-03-02 | 2003-04-10 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zur herstellung von strukturen im nanometerbereich |
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