JPS61145880A

JPS61145880A - Ｍｏｍｏｍトンネル素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPS61145880A
Application number: JP60269218A
Authority: JP
Inventors: ロバート　ワルター　レイド; ジエームス　アントニイ　ベンジヤミン; ハーマン　ピーター　シユツテン
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1986-07-03
Also published as: EP0186346A3; US4675980A; EP0186346A2; US4642665A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は金属・酸化物・金属・酸化物・金属（、ＭＯＭ
ＯＭ）素子およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術）従来、主要電流経路に流れる電流を制御電極に加える電
気信号で一意的に制御するデイノくイストシてトランジ
スタがある。

このトランジスタは、これまでに構造や動作原理を異に
する様々なものが提案されている。

その内、主要電流経路の一部で２種類のキャリアが併存
している複数キャリア形トランジスタ（ｄｏｕｂｌｅ−
ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）があり、こ
れには通常のバイポーラトランジスタの他、ホットエレ
クトロン・トランジスタ（金属ベーストランジスタ）、
トンネルベース・トランジスタ等が知られている。

（発明が解決しようとする問題点）上記素子の内、金属ベーストランジスタはベース抵抗が
小さいため高速素子として一時注目されたが、厚さ１０
０′：Ａはどの良好な金属ベースを形成した後に良好な
コレクタを形成する必要があるなど作製技術上の問題点
があった。

ところが、最近、分子線エピタキシーなど超薄膜半導体
技術によ＃）これらの問題点を解消するようになってき
た。

このような状況から、非常に薄い物質を重ね合わせた構
造である超格子の半導体を使ったトランジスタを製造す
る研究が行なわれている。

だが、半導体は自由に動ける電子の量が金属に比較して
少なく、電子の移動速度には限界がある。

このようなことから、本発明の目的は、半導体に代って
自由に動ける電子の量がはるかに多い金属を用い、金属
と絶縁体（酸化層）を重ね合わせ、垂直に層を形成した
ＭＯＭＯＭトンネル素子およびその単純にして効果的な
製造方法を提供するものである。

ｃ問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明のＭＯＭＯＭトンネ
ル素子は第１および第２金属層ストリップ（６および１
０）が絶縁基板（４）上に支持され、絶縁層（８，１２
）間にはさまれ縦に重なる部を有し、この重ね合せた層
を通し基板までほぼ垂直な側面（至）が規定され、金属
層の垂直端（２０，２４）を露出させ、この端が酸化さ
れて（３２，３４）その間に延び不第３金属層−により
覆われた構成からなっている。

さらに他の発明においては、中間の絶縁層（８）にアン
ダンカットに）を形成し、該アンダーカット内に第１金
属層の上部［４って水平に延びる第１酸化層に）を形成
するとともに、第２金属層の底部Ｋｉって第１酸化層の
上方にこれと間隔をおいて位置する第２酸化層−を形成
し、該第１、第２酸化層間を、アンダーカットの内側へ
水平に延びる部員を有する第３金属層を形成することを
特徴としている。

（作用）このような構成とし１−ことにより、ＭＯＭＯＭ構造は
バイポーラトランジスタと類似の作用を呈する。

即ち、ＭＯＭＯＭ素子は中央の金属ペース領域（４８，
５０）が非常圧薄く形成されるため、末端エミッタ金属
（６）から第１酸化障壁（至）を乗シ越えるキャリアが
ベース金属層（４４，５０）を通シ、さらに第２酸化障
壁−を乗シ越えて末端コレクタ金属層顛に集められるよ
うになる。

このため、電流は金属層間の酸化障壁を介し、電子等の
キャリアのトンネル効果によって流れる。トンネル効果
の確率を決定するのはキャリアの励起レベル、金属と酸
化物間の障壁の高さと仕事関数、および酸化物の厚さ等
、様々な要素による。

また、エミッタ・ベースの接合部とペース・フレフタの
接合部の仕事関数障壁高および酸化物の厚さは他方に関
係なく変化させることが可能であるため、入力と出力の
インピーダンス値を異ならせることができる。

さらに、接合領域がたとえば１ａ−”ｃｄｉと極めて小
さいので可視波長領域の信号の検知が可能となシ、光振
動数でキャリアを励起し障壁を横断させることができる
。

（実施例）本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に従って部分的に形成したＭＯＭＯＭト
ンネル素子２を示す。絶縁基板４上に第１金属層すなわ
ちストリップ６を蒸着し、次に第１絶縁層８を形成し、
第２金属層すなわちストリップ１０を蒸着し、次に第２
絶縁層１２を形成する。絶縁層は蒸着もしくは下にある
金属層の酸化等、様ざまな方法で形成してよい。

上記の層は記号１４で示すように縦に重なった部を有す
る。第１、第２絶縁層８，１２は切シ取つて重なった部
１４のみを見せる。絶縁層８゜１２の残りは基板４の横
に延びる水平領域全体を覆う。縦の積み重ね部１４を形
成するには、基板４上に第１金属層６、該金属層６上に
第１絶縁層８、該絶縁層８上に第２金属層１０、および
該金属層１０上に第２絶縁層１２を配置する。図２は、
絶縁層８．１２を切シ取っていない図１の構造の上面図
であり、従って金属層ストリップ６．１０が点線で示し
である。金属層ストリップ６．１０は互いに実質的に９
０°の角度１６となってＶ字形を形成し、電磁結合を最
小にしている。重なる領域１４はＶ字形の脚の結合部に
ある。

上記の層形成後、異方性エツチングにより上記の層を介
して基板４まで、重なる領域１４を斜めに延びるマスク
線１１ＣＧって概ね垂直な側面１８を形成する。エツチ
ングしたこの概ね垂直な側面１８は図２および５で示さ
れ、水平に形成された層６，８，１０．１２の各垂直端
２０，２２，２４゜２６を露出させる。

望ましい実施例において、第１絶縁層８は大量の燐でド
ーピングした酸化シリコン等の素材で形成され、これは
絶縁基板４および第２絶縁層１２よりはるかにエツチン
グ速度が速い。図３の構造に異方性エツチングを施し、
図６の２８で示すように層８をアンダーカットする。ア
ンダーカット２８は垂直端１８から内側へ水平に延びる
。エツチング速度が異なるため、上部の第２絶縁層１２
も垂直端１８から内側にわずかにエツチングされる可能
性がある。次に、図６の構造をプラズマ指向電界内で酸
化させるが、この際、図７の３０で示すように電界を概
ね垂直に向ける。これにより金属層６，１０の露出した
垂直端２０．２４上に、第１酸化層５２、第２酸化層５
４を形成する。第１酸化層３２も第１金属層６の上部表
面３８に沿ってアンダーカプト２８沿いに記号３６で示
すように水平に延びる。第２酸化層３４も第２金属層１
０の底部表面４２１Ｃ５ってアンダーカット２８清いに
４０で水平に延び、第１酸化層の水平拡張部３６の上方
にこれと間隔ｔ−Ｓけて位置する。電界指向プラス１酸
化のために、酸化層の垂直部５２、。

３４は酸化層の水平部５６．４０よりはるかに厚い。金
属層６，１００素材は異なってもよいので、第１金属層
６と第２金属層１°０の酸化成長速度も変えることかで
蕪る。

図６のアンダーカットする段階を省略して、酸化後に図
４の構造となってもよい。図７の構造のほうが望ましい
。その理由は、これにより完成した構造では、ＷＸ１金
属層６から第２金属層１０まで垂直な直線電流通路が可
能だからである。

次に図５および図８の第３金属層４４を蒸着し、これが
記号４６の部分で第２絶縁層１２の上部沿いに水平に延
び、記号４８の部分で層の垂直側面沿いに第１、第２酸
化層３２．３４上およびその間を垂直圧延びる。図８で
Ｆｉ第５金属層４４が、第１、第２酸化層の水平拡張部
５６゜４０間をアンダーカット２８の内側へ水平に延び
る部５０を有する。図８では、ＭＯＭＯＭ電流通路が、
第１金属層６、第１酸化層拡張部３６、第５金属被膜拡
張部５０、第２酸化層拡張部４ζおよび第２金属層１０
を通る垂直の直線である。

図５では通路が第１金属層６、第１酸化層３２、第５金
属被膜部４８、第２酸化層３４、および第２金属層１０
を通る。従って、ＭＯＭＯＭ電流通路は、第１金属層６
、第１酸化層５２、第５金属畿膜４４、第２酸化層３４
、第２金属層１０を通る。図８の望ましい実施例では、
金属層６゜８の素材および厚さが異なってもよいので、
仕事関数障壁高および酸化速度を変えて酸化層の水平拡
張部５６．４０を介する障壁の高さおよび酸化層拡張部
５６．４０の縦の厚さを変化させることが可能で、なお
かつ実質的に面積の等しい接合部を３８と４２に可能で
ある。いくつかの実施例では、変化する入出力のインピ
ーダンスおよび障壁の高さでパラメータを除去するため
に入出力接合部の面積を等しくすることが望ましい。図
８でも、第１酸化層の水平拡張部３６と第３金属被膜拡
張部５０との接合部は、第２酸化層の水平拡張部４０と
金属被膜拡張部５゜との接合部と、面積が等しい。

望ましい実施例では１．金属層ス）　ＩＪツブ６゜１０
が９０°で前記のＶ字形を形成するが、言うまでもなく
他の構成も可能である。ストリップ６．１０を同一直線
上に配置しないことが望ましい。重なる領域１４は、ス
トリップ６．１０によ層形成されたＶ字形の脚の結合部
に位置する。

図２のように、この結合部である領域１４の少くとも一
部をエツチングして、Ｖ字形の脚である金属層６，１０
に面を向けない概ね垂直な端１８を形成する。エツチン
グ速度の速い第１絶縁層８を、垂直端１８からＶ字形の
脚である金属層６．１０の方向へ内側に水平にエツチン
グしてアンダーカットする。

特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることがわか
る。

（発明の効果）以上説明したことから明らかなように、本発明のＭＯＭ
ＯＭ構造°および製造方法から第１、第２金属層の素材
および厚さを変えることが容易に行なえるので、所望の
障壁高の仕事関数、酸化成長速度および接合領域の大き
さを任意に選択することができる。

また、金属層と絶縁層との重ね合せによる構造なので、
金属の自由電子の量が多く信号の取シ出しが簡単であシ
、電子の移動速度も半導体に比較して１０倍以上もある
ので速い動作ができる。

さらにこのＭＯＭＯＭ構造では、電子が持っている波と
しての性質を利用しているため、やはシ波の一種である
遠赤外線でも作動するので、電子の波としての特性を生
かした光コンビエータの素子として使用価値が高い。

【図面の簡単な説明】

図１は、簡明を期して絶縁層８および１２の一部を削除
した、本発明によるＭＯＭＯＭトンネル素子の第１の製
造段階を示した斜視図、図２は、製造段階の進んだ図１
の構造の上面図、図３は、図２のＸ−Ｘの線に沿って堆った断面図、図４は、図３に示す実施例からさらに進んだ製造段階を
示す断面図、図５は、図４に示す実施例からさらに進んだ製造段階を
示す断面図、図６は、図５に示す実施例における他の望ましい製造段
階を示す断面図、図７は、因６に示す実施例からさらに進んだ製造段階を
示す断面図、図８は、図７に示す実施例からさらに進んだ製造段階を
示すｔ面宮であ３゜２　、ＭＯＭＯＭトンネル素子４・・・絶縁基板　　　　６・・・第１金属層８・・・
第１絶縁層　　　１０−・・第２金属層１２・・・第２
絶縁層　　２８・・・アンダーカット５２　、３６−・
・第１酸化層５４．４０・・・第２酸化層４４．５０−
一第３金属層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基板と、該基板上の第１金属層と、該第１金属層上の第１絶縁層と、該第１絶縁層上の第２金属層と、該第１金属層上の第１酸化層と、前記第２金属層上の第２酸化層と、前記第１、第２酸化層間の第３金属層とから構成される
ＭＯＭＯＭ（金属・酸化物・金属・酸化物・金属）トン
ネル素子。
（２）第１、第２金属層が、同一直線上に配置されず、
縦に重なる部分を有し、間にある第１絶縁層で分離され
ることを特徴とした、特許請求の範囲第１項に記載した
ＭＯＭＯＭトンネル素子。
（３）第２金属層上に第２絶縁層を有し、第１、第２金属層および第１、第２絶縁層が水平に延び
、その端を露出したほぼ垂直な側面を有し、第１、第２酸化層が各々第１、第２金属層の露出端上に
あり、第３金属層が第２絶縁層の上部沿いに水平に延びて、層
の側面沿いに第１、第２酸化層上およびその間を垂直に
延びることを特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載
したＭＯ−ＭＯＭトンネル素子。
（４）第１絶縁層が垂直側面からアンダーカットされ、第１酸化層が第１金属層の上部に沿ってアンダーカット
沿いに水平に延び、第２酸化層が第２金属層の底部に沿ってアンダーカット
沿いに水平に延び、第１酸化層の水平拡張部の上方に、
これと間隔をあけて位置し、第３金属層が第１、第２酸化層の水平拡張部間のアンダ
ーカットの内側へと水平に延びる部を有することを特徴
とする、特許請求の範囲第３項に記載したＭＯＭＯＭト
ンネル素子。
（５）第１、第２金属層が基板上に支持され絶縁層で分
離される縦に重なった部を有し、該絶縁層がアンダーカ
ット、酸化され、さらに金属被膜で覆われて垂直に直線
状のＭＯＭＯＭ通路を形成しており、前記第１金属層、
第１金属層の上部上の酸化層、金属被膜、第２金属層の
底部上の酸化層、第２金属層を通ることを特徴とするＭ
ＯＭＯＭトンネル素子。
（６）第１金属層と第１酸化層との接合部が、第２金属
層と第２酸化層との接合部と実質的に同じ面積を有する
ことを特徴とする、特許請求の範囲第５項に記載したＭ
ＯＭＯＭトンネル素子。
（７）第１酸化層と金属被膜との接合部が、第２酸化層
と金属被膜との接合部と実質的に同じ面積を有すること
を特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載したＭＯＭ
ＯＭトンネル素子。
（８）絶縁層がほぼ垂直な端から内側に水平にアンダー
カットされることを特徴とする、特許請求の範囲第５項
に記載したＭＯＭＯＭトンネル素子。
（９）第１、第２金属層が、同一直線上に並ばずに各々
重なる部分より先まで延びる水平ストリップを有するこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載したＭＯ
ＭＯＭトンネル素子。
（１０）ストリップが互いに実質的に９０°の角度とな
ってＶ字形を形成し、重なった領域がＶ字形の脚の結合
部にあり、結合部の少なくとも一部がエッチングされて
Ｖ字形の脚の外側を向くほぼ垂直な端となり、絶縁層が
エッチング速度の速い素材で構成され、アンダーカット
がほぼ垂直な端から内側に、かつＶ字形の脚の方向に水
平にエッチングされることを特徴とする、特許請求の範
囲第９項に記載したＭＯＭＯＭトンネル素子。
（１１）第２金属層上に第２絶縁層を有し、第１、第２
金属層および第１、第２絶縁層が水平に延びてその端が
ほぼ垂直な側面で露出し、第１、第２酸化層が各々第１、第２金属層の露出端上に
あり、これもアンダーカットの内側へ水平に延び、第１
酸化層が第１金属層の上部沿いに水平に延び、第２酸化
層が第２金属層の底部沿いに水平に延びて第１酸化層の
水平拡張部の上方にこれと間隔をあけて位置し、第３金属層が第２絶縁層の上部沿いに水平に延びて、重
なった層のほぼ垂直な側面沿いに第１、第２酸化層上お
よびその間をほぼ垂直に延び、第１、第２酸化層の水平
拡張部間をアンダーカットの内側へ水平に延びる部を包
含することを特徴とした、特許請求の範囲第１０項に記
載したＭＯＭＯＭトンネル素子。
（１２）絶縁基板を準備し、該基板上に第１金属層を形成し、次に該第１金属層上に
第１絶縁層、次に該第１絶縁層上に第２金属層と形成し
、上記の層が縦に重なる部を有し、層の重なる部を通してほぼ垂直な端を規定し、前記基板および以上の層を酸化雰囲気にさらし、ほぼ垂
直な側面で露出した各第１、第２金属層の端上に第１、
第２酸化層を形成し、第１、第２酸化層間に第３金属層
を形成することを特徴とする、ＭＯＭＯＭトンネル素子
の製造方法。
（１３）ほぼ垂直な側面を規定する段階に先行して第２
金属層上に第２絶縁層を形成し、第３金属層を第２絶縁層の上部に沿って水平に、かつ重
なった層のほぼ垂直な側面に沿って第１、第２酸化層間
およびこの上にほぼ垂直に形成することを特徴とする、
特許請求の範囲第１２項に記載したＭＯＭＯＭトンネル
素子の製造方法。
（１４）前記第２絶縁層よりエッチング速度が速い素材
の第１絶縁層を準備し、前記重なった層をエッチングして、ほぼ垂直な側面から
内側に概ね水平に延びるアンダーカットを第１絶縁層内
に形成し、上記の層および基板を酸化雰囲気にさらして、第１酸化
層も第１金属層沿いにアンダーカットに沿って延び、第
２酸化層が第２金属層の底部沿いにアンダーカットに沿
って延びて第１酸化層の上方にこれと間隔をあけて位置
するようにし、第１、第２酸化層の水平拡張部間でアンダーカット内を
内側に水平に延びる部を有する第３金属層を形成するこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１３項に記載したＭ
ＯＭＯＭトンネル素子の製造方法。
（１５）絶縁基板を準備し、該基板上に第１金属層を形成し、次に該第１金属層上に
絶縁層を、次に該絶縁層上に第２金属層を形成し、上記
の層が縦に重なる部を有するようにし、上記の層を通してほぼ垂直な側面を規定し、ほぼ垂直な
端から内側に水平に延びるアンダーカットを前記絶縁層
に形成し、該アンダーカット内に第１金属層の上部に沿って水平に
延びる第１酸化層を形成し、前記アンダーカット内に第２金属層の底部に沿って、該
第１酸化層の上方にこれと間隔をおいて位置する第２酸
化層を形成し、該第１、第２酸化層間をアンダーカットの内側へ水平に
延びる部を有する第３金属層を形成することを特徴とす
るＭＯＭＯＭトンネル素子の製造方法。
（１６）酸化物を電界指向プラズマ内で成長させること
により酸化層を形成し、ほぼ垂直な側面で露出した第１
、第２金属層の概ね垂直な端に測って厚く酸化物が成長
して第１金属層の上部と第２金属層の底部に沿ってアン
ダーカット内に成長する酸化物はそれより薄くなるよう
に前記電界をほぼ垂直に方向づけることを特徴とする、
特許請求の範囲第１５項に記載したＭＯＭＯＭトンネル
素子の製造方法。
（１７）第１絶縁層よりエッチング速度の遅い材質でで
きた第２絶縁層を第２金属層上に形成し、上記の層をエ
ッチングしてアンダーカットを形成し、前記第２絶縁層の上部沿いに水平に、かつ上記の層の概ね垂直な側面に沿い、厚い部と薄い部
を包含する第１、第２酸化層間を垂直に延びる第３金属
層を形成することを特徴とする、特許請求の範囲第１６
項に記載したＭＯＭＯＭトンネル素子の製造方法。
（１８）材質の異なった第１、第２金属層を準備し、第
１、第２酸化層の酸化成長速度を異ならせて、アンダー
カット内の第１、第２酸化層のいずれか一方が他の一方
より厚くなるようにしたことを特徴とする、特許請求の
範囲第１７項に記載したＭＯＭＯＭトンネル素子の製造
方法。