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JP2000068493A - Semiconductor element having quantum structure and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor element having quantum structure and manufacture thereof

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Publication number
JP2000068493A
JP2000068493A JP23743798A JP23743798A JP2000068493A JP 2000068493 A JP2000068493 A JP 2000068493A JP 23743798 A JP23743798 A JP 23743798A JP 23743798 A JP23743798 A JP 23743798A JP 2000068493 A JP2000068493 A JP 2000068493A
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JP
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semiconductor
substrate
columnar
forming
layer
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JP23743798A
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Japanese (ja)
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ジョナサン ウエストウォーター
Pal Gosaindaram
パル ゴサインダラム
Hidetaka Hirano
英孝 平野
Setsuo Usui
節夫 碓井
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely manufacture a semiconductor element and uniformly manufacture a quantum structure with high reproducibility by forming a protrusion on the side of a semiconductor island in a semiconductor part and by constituting the side of the protrusion of a face, whose oxidation speed is faster than that of the side of a semiconductor island. SOLUTION: A semiconductor layer 12 is etched to oxidize a periphery of a pillar-like semiconductor at the center, and a protrusion 4 of the pillar-like semiconductor is isolated by an oxide film insulator 15, to form a semiconductor island 16 isolated from a semiconductor part of the protrusion 4 at a part of the center of the pillar-like semiconductor. At this time, due to the oxidation rate from the side of the protrusion 4 being fast, the oxidation on a small diameter part on the upper part of the protrusion 4 is caused to advance so as to go across the pillar-like semiconductor. The upper end of the protrusion 4 of the pillar-like semiconductor is pinched off by the oxide film insulator 15 to form a pinched-off part 15p. Thus a quantum structure can be manufactured with high reproducibly and uniformity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば単一電子ト
ランジスタにおけるような量子構造体を有する半導体素
子とその製造方法に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a quantum structure such as a single electron transistor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】単一電子トランジスタ、すなわちシング
ル・エレクトロン・トランジスタは、ソース・ドレイン
間のチャネルからトンネル酸化膜を介して分離形成され
た微細なSi(シリコン)半導体島部による、量子化さ
れたレベルの量子構造体を有して成り、この島部に単一
の電子をトラップさせることによって電位変化を発生さ
せる例えばトランジスタメモリ素子として機能する(例
えばGuo et al によるApplied Physics Letters 70(7),
850(1997) 参照。) 。
2. Description of the Related Art A single-electron transistor, that is, a single-electron transistor, is quantized by fine Si (silicon) semiconductor islands formed separately from a channel between a source and a drain via a tunnel oxide film. It functions as, for example, a transistor memory device that generates a potential change by trapping a single electron in this island portion (for example, Applied Physics Letters 70 (7) by Guo et al.
See 850 (1997). ).

【0003】量子細線の製造方法としては、例えばSi
基板を電子ビームリソグラフィ方法を用いて量子細線等
の量子構造体を形成することの提案がなされている。し
かしながら、この方法による場合、確実に、充分微細で
均一な量子細線を再現性良く製造することに問題があ
る。
As a method of manufacturing a quantum wire, for example, Si
Proposals have been made to form a quantum structure such as a quantum wire on a substrate by using an electron beam lithography method. However, in this method, there is a problem in that a sufficiently fine and uniform quantum wire is surely produced with good reproducibility.

【0004】また、他の量子細線の製造方法としては、
例えばVLS(Vapor Liquid Solid)法が提案されてい
る(E.I.Givargizov,J.Vac.Techno.B11(2),p.449参
照)。これは、Si基板に金(Au)を蒸着してSi基
板の表面にSiとAuとの溶融合金滴を形成した後、S
i原料ガスを供給してSi量子細線を成長させる方法で
ある。
[0004] Further, as another method for manufacturing a quantum wire,
For example, a VLS (Vapor Liquid Solid) method has been proposed (see EIGivargizov, J. Vac. Techno. B11 (2), p. 449). This is because gold (Au) is vapor-deposited on a Si substrate to form a molten alloy droplet of Si and Au on the surface of the Si substrate.
This is a method of growing Si quantum wires by supplying i source gas.

【0005】このVLS法において用いられるSi原料
ガスとして、塩化珪素ガスを用いることが提案されてい
る(Wagner et al.,Applied Physics Letters 4,no.5,8
9(1964),Givargizov,J.Crystal Growth,31,20(1975) 参
照。) 。
It has been proposed to use silicon chloride gas as a Si source gas used in the VLS method (Wagner et al., Applied Physics Letters 4, no.
9 (1964), Givargizov, J. Crystal Growth, 31, 20 (1975). ).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した例
えば単一電子トランジスタメモリ素子における薄膜によ
るトンネル絶縁膜を介して量子細線、量子ドット等の半
導体島部が形成された量子構造体を有する半導体素子を
確実に、再現性良く均一に製造することができるように
した、量子構造体を有する半導体素子とその製造方法を
提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has a quantum structure in which semiconductor islands such as quantum wires and quantum dots are formed via a thin-film tunnel insulating film in, for example, a single-electron transistor memory element described above. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a quantum structure and a method for manufacturing the same, which can surely and uniformly manufacture a semiconductor device with good reproducibility.

【0007】すなわち、本発明においては、上述したV
LS法を一部の工程に適用し、特殊な構造を有する、量
子構造体を有する半導体素子と、これを確実に、再現性
良く均一に製造することができる製造方法を提供するも
のである。
That is, in the present invention, the aforementioned V
An object of the present invention is to provide a semiconductor element having a quantum structure, which has a special structure by applying the LS method to some steps, and a manufacturing method capable of manufacturing the semiconductor element reliably and uniformly with good reproducibility.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による量子構造体
を有する半導体素子は、半導体島部と、この半導体島部
を覆う絶縁体と、この半導体島部の一端に近接する半導
体部からなる量子構造体を有する。半導体部は、半導体
島部側に凸部を有し、この凸部は、その側面が、半導体
島部の側面に比し、酸化速度が速い面を含む面からなる
構成とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a quantum structure, comprising a semiconductor island, an insulator covering the semiconductor island, and a semiconductor adjacent to one end of the semiconductor island. Having a structure. The semiconductor portion has a convex portion on the semiconductor island portion side, and the side surface of the convex portion has a structure including a surface having a higher oxidation rate than the side surface of the semiconductor island portion.

【0009】また、本発明による量子構造体を有する半
導体素子の製造方法は、基板上に、柱状半導体を形成す
る工程と、柱状半導体の周囲を酸化して、酸化膜絶縁体
によって覆われた、柱状半導体の一部からなる半導体島
部を形成する酸化処理工程とを有する。柱状半導体の形
成工程によって形成される柱状半導体は、基板側に、こ
の基板側に向かって幅広となる凸部を有する半導体部を
有し、この凸部の側面が、柱状部の側面に比し、酸化速
度が速い面を含む面によって形成された構成とされる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device having a quantum structure according to the present invention, there is provided a step of forming a columnar semiconductor on a substrate, and oxidizing a periphery of the columnar semiconductor to cover the columnar semiconductor with an oxide insulator. An oxidation treatment step of forming a semiconductor island portion formed of a part of the columnar semiconductor. The columnar semiconductor formed by the columnar semiconductor forming process has a semiconductor portion having a convex portion that becomes wider toward the substrate side on the substrate side, and the side surface of the convex portion is smaller than the side surface of the columnar portion. And a surface formed by a surface including a surface having a high oxidation rate.

【0010】上述したように、本発明では、半導体上に
酸化速度の速い側面を有する凸部が形成された構成と、
この凸部における酸化速度の速い側面による酸化の進行
によって半導体島部と、凸部を有する半導体部とを薄膜
状の酸化絶縁体によって分離するという簡潔な方法で、
トンネル絶縁膜を有する量子構造体を有する半導体素子
を構成することができるようにするものである。
As described above, according to the present invention, a structure in which a convex portion having a side surface having a high oxidation rate is formed on a semiconductor;
By a simple method of separating a semiconductor island portion and a semiconductor portion having a convex portion by a thin-film oxide insulator by the progress of oxidation by a side surface having a high oxidation rate in the convex portion,
A semiconductor device having a quantum structure having a tunnel insulating film can be formed.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明による量子構造体を有する
半導体素子は、半導体島部と、この半導体島部を覆う絶
縁体と、この半導体島部の一端に近接する半導体部から
なる量子構造体を有してなるものであり、その半導体部
は、半導体島部側に凸部を有し、この凸部は、その側面
が、半導体島部の側面に比し、酸化速度が速い面を含む
面からなる構成とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor device having a quantum structure according to the present invention is a quantum structure comprising a semiconductor island, an insulator covering the semiconductor island, and a semiconductor adjacent to one end of the semiconductor island. The semiconductor portion has a convex portion on the semiconductor island portion side, and the convex portion has a side surface having a faster oxidation rate than the side surface of the semiconductor island portion. It consists of a surface.

【0012】本発明製造方法においては、VLS法を適
用し得るものであり、更にこのVLS法は、本出願人に
よる出願、特願平8−325555号出願、および特願
平9−256045号出願等で提案した方法によって形
成することができる。
In the manufacturing method of the present invention, the VLS method can be applied. Further, the VLS method is applied to the application by the present applicant, Japanese Patent Application No. 8-325555, and Japanese Patent Application No. 9-256545. And the like.

【0013】図面を参照して本発明による量子構造体を
有する半導体素子の例を、本発明による製造方法の例と
共に説明するが、本発明はこれら例に限られるものでは
ない。
An example of a semiconductor device having a quantum structure according to the present invention will be described with reference to the drawings together with an example of a manufacturing method according to the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

【0014】先ず、図1を参照して、基板1上に柱状半
導体2を形成する工程について説明する。基板1は、例
えば比抵抗ρ=0.4Ω・cmを有し、その一主面1a
が、{111}結晶面とされたSi半導体基板が用いら
れる。この基板1の一主面1aは研磨され、更に例えば
アセトンによって洗浄され、硝酸と弗酸の混合液によっ
てエッチングされ、表面酸化膜が除去される。このよう
にして、基板1に対する前処理がなされる。
First, a step of forming a columnar semiconductor 2 on a substrate 1 will be described with reference to FIG. The substrate 1 has, for example, a specific resistance ρ = 0.4Ω · cm, and one main surface 1a thereof.
However, a Si semiconductor substrate having a {111} crystal plane is used. One main surface 1a of the substrate 1 is polished, further washed with, for example, acetone, and etched with a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid to remove a surface oxide film. In this way, the pre-processing for the substrate 1 is performed.

【0015】図1Aに示すように、この基板1の主面1
aに、後述するSiと溶融合金滴を形成し、柱状半導体
の成長の触媒となる金属の例えばAuを蒸着して厚さ
0.6nm程度の金属層5を被着形成する。その後、基
板温度を300℃〜700℃の例えば520℃の加熱下
で、Siの原料ガス、特にシラン(Sin 2n+2)の、
モノシラン,ジシラン,トリシランの1種以上を供給
し、原料ガスの熱分解を行う。この場合、Siの原料ガ
スの供給は、その分圧が、0.5mTorr以上の例えば1
0mmTorrとする。このようにすると、図1Bに示すよ
うに、溶融合金滴3が形成され、続いて図1Cに示すよ
うに、溶融合金滴3の形成部に、基板1側に、凸部4が
形成された柱状半導体2が成長する。この柱状半導体2
は、その軸方向が、<111>方向に形成される。そし
て、その基部側に形成される凸部4は、基板1側に向か
って幅広の形状に形成され、その周囲の側面4sは、
{111}と直交することのない傾斜側面の、酸化速度
の速い結晶面例えば(110)、(100)を含む面に
よって形成される。
As shown in FIG. 1A, the main surface 1
On a, a molten alloy droplet with Si, which will be described later, is formed, and a metal serving as a catalyst for the growth of the columnar semiconductor, such as Au, is deposited to form a metal layer 5 having a thickness of about 0.6 nm. Thereafter, under heating of the substrate temperature of 300 ° C. to 700 ° C., for example, 520 ° C., the raw material gas of Si, particularly silane (Si n H 2n + 2 )
At least one of monosilane, disilane and trisilane is supplied to thermally decompose the raw material gas. In this case, the supply of the Si source gas is performed, for example, by supplying a partial pressure of 0.5 mTorr or more to 1
0 mmTorr. In this way, as shown in FIG. 1B, a molten alloy droplet 3 was formed, and subsequently, as shown in FIG. 1C, a convex portion 4 was formed on the substrate 1 side in a portion where the molten alloy droplet 3 was formed. The columnar semiconductor 2 grows. This columnar semiconductor 2
Is formed such that its axial direction is in the <111> direction. And the convex part 4 formed in the base side is formed in the shape which becomes wide toward the board | substrate 1 side, and the surrounding side surface 4s is
It is formed by a crystal plane having a high oxidation rate, for example, a plane containing (110) and (100), which is an inclined side face that is not orthogonal to {111}.

【0016】図2は、このようにして形成した柱状半導
体2のSEM(Scanning ElectronMicroscope:走査型
電子顕微鏡)の写真図で、これによりこの柱状半導体2
が<111>方向に形成されることが確認された。ま
た、図3は、TEM(Transmission Electron Microsco
pe:透過型電子顕微鏡))写真図を示し、これにより、
柱状半導体2は、その直径が殆ど均一な柱状部2cとそ
の基板1側、すなわち根元に、基板1側に向かって幅広
の凸部4が生じていることが観察される。
FIG. 2 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of the columnar semiconductor 2 formed in this manner.
Was formed in the <111> direction. FIG. 3 shows a TEM (Transmission Electron Microsco
pe: transmission electron microscope))
It is observed that the columnar semiconductor 2 has a columnar portion 2c having an almost uniform diameter and a convex portion 4 wider toward the substrate 1 at the substrate 1, that is, at the base.

【0017】柱状半導体2は、その成長時間を1時間と
するとき、長さ(高さ)hを、1μmとすることがで
き、その直径は10nm〜100nmに形成することが
できる。そして、この方法によって形成した柱状半導体
2は、その寸法、形状が均一にかつ再現性良く形成され
る。
When the growth time of the columnar semiconductor 2 is 1 hour, the length (height) h can be set to 1 μm, and the diameter can be formed to 10 nm to 100 nm. Then, the columnar semiconductor 2 formed by this method is formed in a uniform size and shape with good reproducibility.

【0018】尚、本発明方法で用いられる基板1は、目
的とする量子構造体を有する半導体素子の構成に応じて
上述したように、例えば半導体基板によって構成すると
か、あるいは絶縁基体上に半導体層が形成されたSOI
基板、あるい半導体基板の所定の深さに酸素を打ち込ん
で形成したいわゆるSIMOX(Separate by Implante
d Oxygen) によるSOI基板によって構成することがで
きる。
The substrate 1 used in the method of the present invention may be composed of, for example, a semiconductor substrate or a semiconductor layer on an insulating substrate, as described above, according to the configuration of the semiconductor device having the target quantum structure. SOI formed with
A so-called SIMOX (Separate by Implante) formed by implanting oxygen to a predetermined depth of a substrate or a semiconductor substrate.
d Oxygen).

【0019】図4〜図9を参照して、本発明による量子
構造体を有する単一電子トランジスタメモリ素子の一例
を、本発明による製造方法の一例と共に説明する。図4
〜図9において、各A1 およびA2 はそれぞれ各工程に
おける要部の概略平面図を示し、各B1 およびB2 はそ
れぞれ各A1 およびA2 における概略断面図を示す。
An example of a single-electron transistor memory device having a quantum structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 9 together with an example of a manufacturing method according to the present invention. FIG.
9, each of A 1 and A 2 is a schematic plan view of a main part in each step, and each of B 1 and B 2 is a schematic cross-sectional view of each of A 1 and A 2 .

【0020】この例においては、基板1が、上述のSI
MOX構造による、すなわち構造的には、Si基体10
上にSiO2 絶縁層11を介してSi半導体層12が形
成さ構成とした場合である。この半導体層12上に、図
4A1 およびB1 に示すように、図1で説明した方法に
よって柱状半導体2を形成した。したがって、この柱状
半導体2は、前述したように、その基板1側に向かって
幅広をなす凸部4による半導体部が形成され、この凸部
の外周の側面4sは、柱状半導体2の柱状部における側
面に比し、酸化速度が速い結晶面を含む面によって形成
される。
In this example, the substrate 1 has the above-described SI
The MOX structure, that is, structurally, the Si substrate 10
This is a case in which a Si semiconductor layer 12 is formed thereon with an SiO 2 insulating layer 11 interposed therebetween. As shown in FIGS. 4A 1 and B 1 , the columnar semiconductor 2 was formed on the semiconductor layer 12 by the method described with reference to FIG. Therefore, as described above, the columnar semiconductor 2 is formed with a semiconductor portion by the convex portion 4 which becomes wider toward the substrate 1 side, and the outer side surface 4 s of the convex portion is formed in the columnar portion of the columnar semiconductor 2. It is formed by a plane including a crystal plane having a higher oxidation rate than the side surface.

【0021】次に、図4A2 およびB2 に示すように、
この柱状半導体2の斜め上方から一方向(図4B2 中矢
印をもって示す)に沿ってリフトオフマスク材、例えば
Alを飛翔堆積、例えば蒸着してリフトオフ用マスク層
13を形成する。このようにして形成されたリフトオフ
用マスク層13には、柱状半導体2によって一部が遮ら
れた、すなわち、上述の斜め蒸着における柱状半導体2
の陰となる柱状半導体2の側面の一部に、柱状半導体2
の軸方向に沿い、かつこれより、半導体層12上に、一
方向に沿って延びるリフトオフマスク材の被着されない
欠除領域13Wが形成される。
Next, as shown in FIGS. 4A 2 and B 2 ,
Liftoff mask material along one direction from obliquely above the columnar semiconductor 2 (shown with in Figure 4B 2 arrows), eg flying deposited Al, for example, evaporation to form a lift-off mask layer 13. The lift-off mask layer 13 thus formed was partially blocked by the columnar semiconductor 2, that is, the columnar semiconductor 2 in the above-described oblique deposition.
A part of the side surface of the columnar semiconductor 2 which is shaded by
Along with this, and on the semiconductor layer 12, there is formed a notch region 13W which is not covered with the lift-off mask material and extends in one direction.

【0022】図5A1 およびB1 に示すように、少なく
とも欠除領域13Wを覆って、半導体層12に対するエ
ッチングのマスクとなる第1のエッチングマスク層1
4、例えばAu層を全面蒸着によって形成する。
As shown in FIGS. 5A 1 and B 1 , the first etching mask layer 1 serving as an etching mask for the semiconductor layer 12 covering at least the notch region 13W.
4. For example, an Au layer is formed by vapor deposition over the entire surface.

【0023】図5A2 およびB2 に示すように、上述し
た例えばAlによるリフトオフ用マスク層13を、その
エッチング液によって溶解することによってリフトオフ
する。このようにすると、第1のリフトオフ用マスク層
13上に形成されていたエッチングマスク層14が除去
され、リフトオフ用マスク層13の欠除領域13Wを通
じて直接半導体層12に被着されていた第1のエッチン
グマスク層14が選択的に残される。
As shown in FIGS. 5A 2 and B 2 , the lift-off mask layer 13 made of, for example, Al is lifted off by dissolving it with the etchant. In this manner, the etching mask layer 14 formed on the first lift-off mask layer 13 is removed, and the first mask layer 14 directly attached to the semiconductor layer 12 through the cutout region 13W of the lift-off mask layer 13 is removed. Is selectively left.

【0024】図6A1 およびB1 に示すように、図4A
2 およびB2 で説明した斜め蒸着における蒸着方向と
は、柱状半導体2を挟んで反対側の対称的方向の斜め上
方から方向性をもって、前述したAl等の同様にリフト
オフ用マスク材を飛翔堆積、例えば蒸着する。このよう
にして、柱状半導体2の、第1のエッチングマスク層1
4が形成された側とは反対側の一部側面から基板上の一
方向に沿って柱状半導体2の陰となる部分に、リフトオ
フ用マスク材の欠除領域23Wが形成された第2のリフ
トオフ用マスク層23を形成する。
As shown in FIGS. 6A 1 and B 1 , FIG.
The vapor deposition direction in the oblique vapor deposition described in 2 and B 2 means that the lift-off mask material such as Al described above is fly-deposited with a directionality obliquely upward from the opposite symmetric direction across the columnar semiconductor 2. For example, vapor deposition. Thus, the first etching mask layer 1 of the columnar semiconductor 2
A second lift-off in which a cut-off region 23W of the mask material for lift-off is formed in a portion of the columnar semiconductor 2 along one direction on the substrate from a side surface opposite to the side on which the substrate 4 is formed. The mask layer 23 is formed.

【0025】図6A2 およびB2 に示すように、この第
2のリフトオフ用マスク層23の少なくとも欠除領域2
3Wを覆って、同様に半導体層12に対するエッチング
のマスクとなる第2のエッチングマスク層24を例えば
Auを全面的に蒸着する。
As shown in FIGS. 6A 2 and B 2 , the second lift-off mask layer 23 has at least the
For example, Au is vapor-deposited on the entire surface of the second etching mask layer 24 which also serves as an etching mask for the semiconductor layer 12 so as to cover 3W.

【0026】その後、図7A1 およびB1 に示すよう
に、第2のリフトオフ用マスク層23を、そのエッチン
グ液によってリフトオフする。このようにすると、欠除
領域23Wを通じて直接的に半導体層12上に被着形成
されている第2のエッチングマスク層24のみが残さ
れ、他の第2のエッチングマスク層24は、第2のリフ
トオフ用マスク層23と共に除去される。
Then, as shown in FIGS. 7A 1 and B 1 , the second lift-off mask layer 23 is lifted off by the etchant. By doing so, only the second etching mask layer 24 that is formed directly on the semiconductor layer 12 through the cutout region 23W is left, and the other second etching mask layer 24 is It is removed together with the lift-off mask layer 23.

【0027】このようにして、図7A1 に示されるよう
に、柱状半導体2の径に対応する小なる幅を有し、柱状
半導体2の相対向する周面の一部とこれよりそれぞれ同
一直線上に延びる第1および第2のエッチングマスク層
14および24によるエッチングマスクが形成される。
In this way, as shown in FIG. 7A 1 , the columnar semiconductor 2 has a small width corresponding to the diameter of the columnar semiconductor 2. An etching mask is formed by the first and second etching mask layers 14 and 24 extending on the line.

【0028】次に、図7A2 およびB2 に示すように、
第1および第2のエッチングマスク14および24をマ
スクとして、半導体層12に対するエッチングを行って
例えば中央に柱状半導体2が植立され、その直径に相当
する幅をもって両側に直線的延びる線状パターンを有す
る半導体層12を形成する。
Next, as shown in FIGS. 7A 2 and B 2 ,
Using the first and second etching masks 14 and 24 as masks, the semiconductor layer 12 is etched to form, for example, a columnar semiconductor 2 at the center and a linear pattern extending linearly on both sides with a width corresponding to the diameter. Is formed.

【0029】図8A1 およびB1 に示すように、第1お
よび第2のエッチングマスク14および24を、例えば
王水によってエッチング除去する。
As shown in FIGS. 8A 1 and B 1 , the first and second etching masks 14 and 24 are etched away by, for example, aqua regia.

【0030】さらに、図8A2 およびB2 に示すよう
に、例えばHClとHNO3 が3:1のエッチング液に
よって、溶融合金滴3を除去する。
Further, as shown in FIGS. 8A 2 and B 2 , the molten alloy droplet 3 is removed by using, for example, an etching solution of HCl and HNO 3 at a ratio of 3: 1.

【0031】次に、図9A1 およびB1 に示すように、
酸化処理を行って柱状半導体2の周囲を酸化すると共
に、柱状半導体2の凸部4を酸化膜絶縁体15によって
分離して、凸部4の半導体部と分離された半導体島部1
6を柱状半導体2の中心部の一部に形成する。この酸化
は、その例えば500TorrのO2 雰囲気で700℃、1
時間の熱処理によって行う。この場合、凸部4の側面4
sからの酸化速度が速いことによって、この凸部4の上
部の小径部においてその酸化が柱状半導体2を横切るよ
うに進行し、この柱状半導体2の凸部4の上端部が、酸
化絶縁体15によってピンチオフする。しかも柱状半導
体2の柱状部においても、その周面に酸化絶縁体15が
形成されることから、柱状半導体2の柱状部に酸化絶縁
体15によって覆われた半導体島部16が形成される。
Next, as shown in FIGS. 9A 1 and B 1 ,
Oxidation is performed to oxidize the periphery of the columnar semiconductor 2, and the protrusions 4 of the columnar semiconductor 2 are separated by the oxide insulator 15, and the semiconductor islands 1 separated from the semiconductor portions of the protrusions 4 are formed.
6 is formed at a part of the center of the columnar semiconductor 2. This oxidation is, 700 ° C. in O 2 atmosphere of the example 500 Torr, 1
The heat treatment is performed for a long time. In this case, the side surface 4 of the projection 4
Due to the high oxidation rate from s, the oxidation progresses across the columnar semiconductor 2 at the small diameter portion above the projection 4, and the upper end of the projection 4 of the columnar semiconductor 2 Pinch off by Moreover, since the oxide insulator 15 is also formed on the peripheral surface of the columnar portion of the columnar semiconductor 2, the semiconductor island portion 16 covered with the oxide insulator 15 is formed on the columnar portion of the columnar semiconductor 2.

【0032】図10は、この酸化処理後の、柱状半導体
2のTEM写真に基いて描いた図で、これより明らかな
ように、柱状半導体2の周面に沿って酸化絶縁体15が
形成されるが、凸部4の上端部において、酸化絶縁体1
5が柱状半導体2を横切って形成されたピンチオフ部1
5pが生じる。このピンチオフ部15pの厚さdは、7
nm〜13nm程度に薄くすることができることから、
ピンチオフ部15pにおける酸化絶縁体をトンネル絶縁
膜として機能することができる。そして、このピンチオ
フ部15pによって分離された上方には、その周面の酸
化絶縁体15とピンチオフ部15pによって覆われた微
細な半導体島部16が形成される。この半導体島部16
の直径は、5nm弱〜12nmとすることができ、これ
によって量子構造体を構成することができる。
FIG. 10 is a view drawn based on a TEM photograph of the columnar semiconductor 2 after this oxidation treatment. As is clear from this, an oxide insulator 15 is formed along the peripheral surface of the columnar semiconductor 2. However, at the upper end of the convex portion 4, the oxide insulator 1
5 is a pinch-off portion 1 formed across the columnar semiconductor 2
5p results. The thickness d of the pinch-off portion 15p is 7
nm to 13 nm,
The oxide insulator in the pinch-off portion 15p can function as a tunnel insulating film. Above the area separated by the pinch-off portion 15p, a fine semiconductor island 16 covered by the oxide insulator 15 on the peripheral surface and the pinch-off portion 15p is formed. This semiconductor island 16
Can have a diameter of slightly less than 5 nm to 12 nm, whereby a quantum structure can be formed.

【0033】そして、このピンチオフ部15pの厚さd
や、半導体島部16の直径は、柱状半導体2の直径すな
わち前述の溶融合金滴3の直径、酸化処理条件、例えば
酸化時間の選定によって選定することができる。
The thickness d of the pinch-off portion 15p
Alternatively, the diameter of the semiconductor island 16 can be selected by selecting the diameter of the columnar semiconductor 2, that is, the diameter of the molten alloy droplet 3, the oxidation treatment conditions, for example, the oxidation time.

【0034】図9A2 およびB2 に示すように、半導体
島部16が形成された柱状半導体2を覆って例えばSi
2 等の絶縁層17を全面的に形成し、例えばイオン注
入によって高濃度の例えばn型のソースおよびドレイン
領域を形成する。さらに全面を絶縁層で覆い、ソース・
ドレイン領域が露出するようにフォトリソグラフィー等
によって柱状半導体部を覆うようにパターニングする。
ソース・ドレイン領域上と、絶縁層17上に、例えば高
不純物濃度、すなわち低比抵抗の多結晶Si半導体層に
よるソースおよびドレイン電極18sおよび18dとゲ
ート電極18gとを形成する。このようして、半導体島
部16が形成された量子構造体を有する目的とする単一
電子トランジスタメモリ素子19が構成される。
As shown in FIGS. 9A 2 and B 2 , for example, Si covering the columnar semiconductor 2 on which the semiconductor island 16 is formed
An insulating layer 17 of O 2 or the like is entirely formed, and high-concentration, for example, n-type source and drain regions are formed by, for example, ion implantation. Cover the entire surface with an insulating layer,
Patterning is performed by photolithography or the like so as to cover the columnar semiconductor portion so that the drain region is exposed.
Source and drain electrodes 18s and 18d and a gate electrode 18g of, for example, a polycrystalline Si semiconductor layer having a high impurity concentration, that is, a low specific resistance, are formed on the source / drain regions and on the insulating layer 17. In this way, the intended single-electron transistor memory element 19 having the quantum structure in which the semiconductor island 16 is formed is configured.

【0035】尚、図4〜図9においては、1つの柱状半
導体のみを示しているが、共通の基板1に、複数の柱状
半導体を形成して、複数の量子構造体を有する半導体素
子を同時に形成して、集積回路構成とすることができ
る。
Although only one columnar semiconductor is shown in FIGS. 4 to 9, a plurality of columnar semiconductors are formed on a common substrate 1 so that a semiconductor element having a plurality of quantum structures can be simultaneously formed. It can be formed into an integrated circuit configuration.

【0036】また、図4で説明した例では、基板1に全
面的に、溶融合金滴3を形成する金属層5を蒸着した場
合であるが、この場合、発生する溶融合金滴3、したが
って、柱状半導体2が、目的とする位置に必ずしも形成
されない。このような不都合を回避するには、金属層5
の形成位置を規制し、目的とする位置に溶融合金滴3、
したがって、柱状半導体2を形成する方法を採ることが
できる。この場合の一例を図11を参照して説明する。
In the example described with reference to FIG. 4, the metal layer 5 for forming the molten alloy droplet 3 is deposited on the entire surface of the substrate 1. In this case, the generated molten alloy droplet 3 The columnar semiconductor 2 is not necessarily formed at a target position. To avoid such inconvenience, the metal layer 5
The formation position of the molten alloy droplet 3 at the target position,
Therefore, a method of forming the columnar semiconductor 2 can be adopted. An example of this case will be described with reference to FIG.

【0037】この場合、図11Aに示すように、基板1
上に、位置規制膜31を形成する。この位置規制膜31
は、例えばSiO2 膜を100nm程度の厚さに形成
し、例えばフォトリソグラフィによるパターンエッチン
グを行って、最終的に柱状半導体2を形成する部分に透
孔31aを形成し、これら透孔31aを通じて、基板1
の表面の限定された一部を外部に露呈する。この開口
は、例えば直径1μm〜0.8μmとする。
In this case, as shown in FIG.
A position regulating film 31 is formed thereon. This position regulating film 31
Is formed by, for example, forming a SiO 2 film to a thickness of about 100 nm, performing pattern etching by, for example, photolithography, finally forming a through hole 31a in a portion where the columnar semiconductor 2 is to be formed, and through these through holes 31a, Substrate 1
A limited part of the surface of the device is exposed to the outside. This opening has a diameter of, for example, 1 μm to 0.8 μm.

【0038】位置規制膜31に対する透孔31aの形成
の後、基板1を洗浄し、乾燥し、例えば700℃に加熱
して溶融合金滴を形成し、柱状半導体の成長の触媒とな
る金属の例えばAuを蒸着して例えば厚さ0.6nmの
金属層5を形成する。このとき、Au金属層5は、Si
2 による位置規制膜31上には形成されず、透孔31
aを通じて基板1の表面、すなわち半導体が露呈した部
分にのみ選択的に金属層5が形成される。
After the formation of the through holes 31a in the position regulating film 31, the substrate 1 is washed, dried, and heated to, for example, 700 ° C. to form a molten alloy droplet. Au is deposited to form a metal layer 5 having a thickness of, for example, 0.6 nm. At this time, the Au metal layer 5 is made of Si
The through holes 31 are not formed on the position regulating film 31 made of O 2.
a, the metal layer 5 is selectively formed only on the surface of the substrate 1, that is, only on the portion where the semiconductor is exposed.

【0039】次に、前述したSiの原料ガス、例えばS
iH4 を供給し、図1で説明したと同様の熱処理を行
う。このようにすると、図11Bに示すように、位置規
制膜31の透孔31a内に、SiとAuの溶融合金滴3
が形成される。このようにして、溶融合金滴3の形成位
置を規定することができる。したがって、その後、前述
した柱状半導体2の成長を行えば、この柱状半導体2の
形成位置もこの位置に規定される。そして、位置規制膜
31は、適当な工程で、エッチングによって排除するこ
とができる。
Next, the aforementioned Si source gas, for example, S
iH 4 is supplied, and a heat treatment similar to that described with reference to FIG. 1 is performed. In this way, as shown in FIG. 11B, the molten alloy droplets 3 of Si and Au are placed in the through holes 31a of the position regulating film 31.
Is formed. In this way, the position where the molten alloy droplet 3 is formed can be defined. Therefore, after that, if the above-described columnar semiconductor 2 is grown, the position where the columnar semiconductor 2 is formed is also defined at this position. Then, the position regulating film 31 can be removed by etching in an appropriate step.

【0040】更に、図12および図13を参照して、本
発明による他の量子構造体を有する半導体素子と本発明
による製造方法の一例を説明する。この例では、複数、
図においては3つの単一電子トランジスタメモリ素子を
共通の例えば単一Si基板1上に同時に形成した集積回
路装置に適用した場合である。この場合においても、S
i基板1は、その主面1aが、{111}に選定され、
前述した例と同様の前処理を行う。
Further, an example of a semiconductor device having another quantum structure according to the present invention and a manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this example,
The figure shows a case where three single electron transistor memory elements are applied to an integrated circuit device formed simultaneously on a common, for example, single Si substrate 1. Even in this case, S
The main surface 1a of the i-substrate 1 is selected as {111},
The same preprocessing as in the above-described example is performed.

【0041】また、この例においては、図11で説明し
た方法によって、基板1上の、目的とするメモリ素子を
形成する位置に、透孔31aを開口した位置規制膜31
を形成し、例えばAuによる金属層5を蒸着し、溶融合
金滴3を形成した。この溶融合金滴3の形成ピッチは、
例えば1.0μmに選定し得る。そして、更に、Siの
原料ガスを供給することによって、図12Aに示すよう
に、溶融合金滴3の触媒作用によって、柱状半導体2を
育成する。この場合においても、柱状半導体2には、そ
の基板1側に、基板1側に向かって幅広に広がり、外周
に傾斜側面4sが形成された半導体部すなわち凸部4が
形成される。
In this example, the position regulating film 31 having the through-hole 31a is formed on the substrate 1 at the position where the target memory element is to be formed by the method described with reference to FIG.
Was formed, and a metal layer 5 of, for example, Au was deposited to form a molten alloy droplet 3. The formation pitch of the molten alloy droplet 3 is:
For example, it can be selected to be 1.0 μm. Then, by supplying a Si source gas, the columnar semiconductor 2 is grown by the catalytic action of the molten alloy droplet 3 as shown in FIG. 12A. Also in this case, in the columnar semiconductor 2, a semiconductor portion, that is, a convex portion 4, which widens toward the substrate 1 and has an inclined side surface 4 s formed on the outer periphery, is formed on the substrate 1 side.

【0042】この柱状半導体2は、その軸方向が、<1
11>方向に形成される。そして、その基部側に形成さ
れる凸部4は、その側面4sは、{111}と直交する
ことのない傾斜側面の、酸化速度の速い結晶面を含む面
によって形成される。
The axial direction of the columnar semiconductor 2 is <1.
11> direction. The convex portion 4 formed on the base side has a side surface 4 s formed by a plane including a crystal plane with a high oxidation rate, which is an inclined side surface that is not orthogonal to {111}.

【0043】柱状半導体2の形成の後、図12Bに示す
ように、位置規制膜31を、エッチング除去する。
After the formation of the columnar semiconductor 2, as shown in FIG. 12B, the position regulating film 31 is removed by etching.

【0044】その後、酸化処理を行う。このようにする
と、図12Cに示すように、柱状半導体2の周囲が酸化
されると共に、柱状半導体2の凸部4を酸化膜絶縁体1
5によって分離して、凸部4の半導体部と分離された半
導体島部16を柱状半導体2の中心部の一部に形成す
る。この酸化は、その例えば500TorrのO2 雰囲気で
700℃、1時間の熱処理によって行う。この場合、凸
部4の側面4sにおける酸化速度が速いことによって、
その酸化が柱状半導体2を横切るように進行してこの柱
状半導体2の凸部4の上端部が、酸化絶縁体15によっ
てピンチオフし、そのピンチオフ部15pが生じる。し
かも柱状半導体2の柱状部においても、その周面に酸化
絶縁体15が形成されることから、柱状半導体2の柱状
部に酸化絶縁体15によって覆われた半導体島部16が
形成される。そして、この場合においても、柱状半導体
2の直径、酸化処理条件の選定によって、半導体島部1
6の大きさを量子レベルを形成できる程度に充分小にし
て、、またピンチオフ部15の厚さを、トンネル膜とし
て機能できる程度に薄く選定することができる。
Thereafter, an oxidation treatment is performed. In this way, as shown in FIG. 12C, the periphery of the columnar semiconductor 2 is oxidized, and the protrusion 4 of the columnar semiconductor 2 is
The semiconductor island part 16 separated from the semiconductor part of the convex part 4 by the step 5 is formed in a part of the center part of the columnar semiconductor 2. This oxidation is performed by a heat treatment at 700 ° C. for 1 hour in a 500 Torr O 2 atmosphere, for example. In this case, the oxidation rate on the side surface 4s of the convex portion 4 is high,
The oxidation progresses across the columnar semiconductor 2, and the upper end of the convex portion 4 of the columnar semiconductor 2 is pinched off by the oxide insulator 15, and the pinch-off portion 15 p is generated. Moreover, since the oxide insulator 15 is also formed on the peripheral surface of the columnar portion of the columnar semiconductor 2, the semiconductor island portion 16 covered with the oxide insulator 15 is formed on the columnar portion of the columnar semiconductor 2. Also in this case, the semiconductor island portion 1 is selected by selecting the diameter of the columnar semiconductor 2 and the oxidation treatment conditions.
6 can be made sufficiently small to form a quantum level, and the thickness of the pinch-off portion 15 can be selected to be thin enough to function as a tunnel film.

【0045】次に、図12Dに示すように、矢印aおよ
びbに示すように、半導体島部16を挟んで互いに対称
的2方向から斜めに、飛翔堆積、例えば蒸着によって例
えば金属層による電極導電層32を被着する。このよう
にすると、酸化絶縁体15によって覆われた半導体島部
16を挟んでその相対向する側面において、電極導電層
32が肉厚に形成され、平坦部や、半導体島部16を有
する柱状部の上端に形成された電極導電層32は肉薄に
形成される。
Next, as shown in FIG. 12D, as shown by arrows a and b, the electrode conductors are formed obliquely from two directions symmetric with respect to each other across the semiconductor island portion 16 by fly deposition, for example, by vapor deposition, for example, by a metal layer. A layer 32 is applied. In this manner, the electrode conductive layer 32 is formed thick on the opposing side surfaces of the semiconductor island portion 16 covered by the oxide insulator 15, and the flat portion and the columnar portion having the semiconductor island portion 16 are formed. The electrode conductive layer 32 formed on the upper end is formed thin.

【0046】したがって、その後、図13Aに示すよう
に、導電層32に対して全面的にエッチングを行い平坦
部に形成された肉薄部の電極導電32を除去すると、柱
状部の上端および平坦部の導電層32が排除され、図1
4にその平面図を示すように、柱状部を挟んでその両側
に、導電層32が選択的に残り、柱状部によって分離さ
れた対のソースおよびドレイン電極18sおよび18d
が形成される。
Therefore, thereafter, as shown in FIG. 13A, the entire surface of the conductive layer 32 is etched to remove the thin portion of the electrode conductor 32 formed on the flat portion, and then the upper end of the columnar portion and the flat portion are removed. The conductive layer 32 has been eliminated and FIG.
As shown in the plan view of FIG. 4, the conductive layer 32 is selectively left on both sides of the columnar portion, and a pair of source and drain electrodes 18s and 18d separated by the columnar portion.
Is formed.

【0047】次に、図13Bに示すように、全面的に例
えばSiO2 による絶縁層33をCVD(Chemical Vapo
r Deposition) 法によって形成し、その後、図13Cに
示すように、その表面を例えば化学的機械的研磨(CM
P)法等によって絶縁層33を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 13B, an insulating layer 33 made of, for example, SiO 2 is entirely formed by CVD (Chemical Vapor Deposition).
r Deposition) method, and then, as shown in FIG. 13C, the surface is subjected to, for example, chemical mechanical polishing (CM).
The insulating layer 33 is planarized by the P) method or the like.

【0048】この平坦化された面上に、図13Dに示す
ように、各半導体島部16上にゲート電極18gを形成
する。このようにすると、共通の基板1に、各微小半導
体島部16が形成され、凸部4の上端に形成された酸化
絶縁体15、すなわちピンチオフ部15pにおける肉薄
部をトンネル酸化膜とする単一電子トランジスタ構成に
よる複数のメモリ素子が形成される。
On the flattened surface, as shown in FIG. 13D, a gate electrode 18g is formed on each semiconductor island portion 16. In this manner, each micro semiconductor island 16 is formed on the common substrate 1, and the oxide insulator 15 formed at the upper end of the projection 4, that is, the thin portion in the pinch-off portion 15 p is used as a single tunnel oxide film. A plurality of memory elements having an electronic transistor configuration are formed.

【0049】この構成においても、半導体島部16を充
分小に、また、ピンチオフ部15pをトンネル絶縁膜と
して機能することができる程度に薄くすることができる
ことから、量子構造体を有する半導体素子、この例では
単一電子トランジスタ構成によるメモリ素子を形成する
ことができる。
Also in this configuration, the semiconductor island portion 16 can be made sufficiently small and the pinch-off portion 15p can be made thin enough to function as a tunnel insulating film. For example, a memory element having a single-electron transistor configuration can be formed.

【0050】上述したように、本発明によれば、薄膜に
よるトンネル絶縁膜を介して量子細線、量子ドット等の
半導体島部が形成された量子構造体を有する単一電子ト
ランジスタメモリ素子を構成することがで、また本発明
製造方法によれば、VLS法と、酸化との工程を組み合
わせたことによって、確実に、再現性良く均一に目的と
する量子構造体を有する半導体素子を製造方法できたも
のである。
As described above, according to the present invention, a single-electron transistor memory element having a quantum structure in which semiconductor islands such as quantum wires and quantum dots are formed via a thin tunnel insulating film is formed. According to the manufacturing method of the present invention, by combining the steps of the VLS method and the oxidation, a method of manufacturing a semiconductor device having a target quantum structure with good reproducibility and uniformity was surely achieved. Things.

【0051】また、本発明製造方法において、柱状半導
体の成長において用いるSiの原料ガスをシラン系とす
るときは、従前におけるような塩化珪素ガスを用いる場
合に比し、熱処理温度を低めることができ、また、小径
の柱状半導体を容易に作製できるものである。
In the manufacturing method of the present invention, when the Si source gas used for growing the columnar semiconductor is a silane-based gas, the heat treatment temperature can be reduced as compared with the case where a silicon chloride gas is used as before. In addition, a columnar semiconductor having a small diameter can be easily manufactured.

【0052】尚、上述した例では、溶融合金滴3の形成
をSi原料ガスの供給の下に行った場合であるが、この
SiとAuの溶融合金滴3の形成を、基板1側のSiと
によって形成することもできる。
In the above example, the molten alloy droplets 3 are formed under the supply of the Si raw material gas. However, the formation of the molten alloy droplets 3 of Si and Au is performed by And can also be formed.

【0053】また、本発明は、上述した例に限られるも
のではなく、種々の変形変更が可能である。
The present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made.

【0054】[0054]

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、薄膜
によるトンネル絶縁膜を介して量子細線、量子ドット等
の半導体島部が形成された量子構造体を有する単一電子
トランジスタメモリ素子を構成することがで、また本発
明製造方法によれば、VLS法と、酸化との工程を組み
合わせたことによって、確実に、再現性良く均一に目的
とする量子構造体を有する半導体素子を製造方法できた
ものである。
As described above, according to the present invention, there is provided a single-electron transistor memory element having a quantum structure in which semiconductor islands such as quantum wires and quantum dots are formed via a thin tunnel insulating film. According to the manufacturing method of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device having a target quantum structure with good reproducibility and uniformity by combining a VLS method and an oxidation step. It was done.

【0055】また、本発明製造方法において、柱状半導
体の成長において用いるSiの原料ガスをシラン系とす
るときは、従前におけるような塩化珪素ガスを用いる場
合に比し、熱処理温度を低めることができ、また、小径
の柱状半導体を容易に作製できるものである。
In the manufacturing method of the present invention, when the Si source gas used for growing the columnar semiconductor is a silane-based gas, the heat treatment temperature can be lowered as compared with the case where a silicon chloride gas is used as before. In addition, a columnar semiconductor having a small diameter can be easily manufactured.

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

【図1】A〜Cは、それぞれ本発明の説明に供する柱状
半導体の形成方法の一例の各工程における概略断面図で
ある。
FIGS. 1A to 1C are schematic cross-sectional views in respective steps of an example of a method of forming a columnar semiconductor used for describing the present invention.

【図2】柱状半導体の走査電子顕微鏡写真に基いて描い
た図である。
FIG. 2 is a diagram drawn based on a scanning electron micrograph of a columnar semiconductor.

【図3】柱状半導体の透過型電子顕微鏡写真に基いて描
いた図である。
FIG. 3 is a drawing drawn based on a transmission electron micrograph of a columnar semiconductor.

【図4】A1 およびA2 は、本発明素子の一例の一製造
方法の各一工程の概略平面図である。B1 およびB2
は、A1 およびA2 の概略断面図である。
[4] A 1 and A 2 is a schematic plan view of the one step of one embodiment of the production method of the example of the present invention device. B 1 and B 2
Is a schematic cross-sectional view of A 1 and A 2.

【図5】A1 およびA2 は、本発明素子の一例の一製造
方法の各一工程の概略平面図である。B1 およびB2
は、A1 およびA2 の概略断面図である。
[5] A 1 and A 2 is a schematic plan view of the one step of one embodiment of the production method of the example of the present invention device. B 1 and B 2
Is a schematic cross-sectional view of A 1 and A 2.

【図6】A1 およびA2 は、本発明素子の一例の一製造
方法の各一工程の概略平面図である。B1 およびB2
は、A1 およびA2 の概略断面図である。
[6] A 1 and A 2 is a schematic plan view of the one step of one embodiment of the production method of the example of the present invention device. B 1 and B 2
Is a schematic cross-sectional view of A 1 and A 2.

【図7】A1 およびA2 は、本発明素子の一例の一製造
方法の各一工程の概略平面図である。B1 およびB2
は、A1 およびA2 の概略断面図である。
[7] A 1 and A 2 is a schematic plan view of the one step of one embodiment of the production method of the example of the present invention device. B 1 and B 2
Is a schematic cross-sectional view of A 1 and A 2.

【図8】A1 およびA2 は、本発明素子の一例の一製造
方法の各一工程の概略平面図である。B1 およびB2
は、A1 およびA2 の概略断面図である。
[8] A 1 and A 2 is a schematic plan view of the one step of one embodiment of the production method of the example of the present invention device. B 1 and B 2
Is a schematic cross-sectional view of A 1 and A 2.

【図9】A1 およびA2 は、本発明素子の一例の一製造
方法の各一工程の概略平面図である。B1 およびB2
は、A1 およびA2 の概略断面図である。
[9] A 1 and A 2 is a schematic plan view of the one step of one embodiment of the production method of the example of the present invention device. B 1 and B 2
Is a schematic cross-sectional view of A 1 and A 2.

【図10】柱状半導体の酸化処理後の透過型電子顕微鏡
写真に基いて描いた図である。
FIG. 10 is a diagram drawn based on a transmission electron micrograph of a columnar semiconductor after an oxidation treatment.

【図11】AおよびBは、それぞれ本発明の説明に供す
る柱状半導体の形成方法の他の例の各工程における概略
断面図である。
FIGS. 11A and 11B are schematic cross-sectional views in respective steps of another example of a method of forming a columnar semiconductor used for describing the present invention.

【図12】A〜Dは、本発明素子の一例の一製造方法の
各一工程の概略断面図である。
FIGS. 12A to 12D are schematic cross-sectional views each showing one step of a method of manufacturing an example of the device of the present invention.

【図13】A〜Dは、本発明素子の一例の一製造方法の
各一工程の概略断面図である。
FIGS. 13A to 13D are schematic cross-sectional views each showing one step of a manufacturing method of an example of the device of the present invention.

【図14】本発明素子の一例の一製造方法の一工程の概
略平面図である。
FIG. 14 is a schematic plan view of one step of a manufacturing method of an example of the element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板、1a・・・主面、2・・・柱状半導体、
3・・・溶融合金滴、4・・・側面、5・・・金属層、
10・・・基体、11・・・絶縁層、12・・・半導体
層、13・・・第1のリフトオフ用マスク層、13W・
・・欠除領域、14・・・第1のエッチングマスク層、
15・・・酸化膜絶縁体、15p・・・ピンチオフ部、
16・・・半導体島部、17・・・絶縁層、18s・・
・ソース電極、18d・・・ドレイン電極、18g・・
・ゲート電極、23・・・第2のリフトオフ用マスク
層、23W・・・欠除領域、24・・・第2のエッチン
グマスク層、31・・・位置規制膜、31a・・・透
孔、32・・・電極導電層、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 1a ... Main surface, 2 ... Column-shaped semiconductor,
3 ... Molten alloy drop, 4 ... Side, 5 ... Metal layer,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base, 11 ... Insulating layer, 12 ... Semiconductor layer, 13 ... 1st lift-off mask layer, 13W
..Emission region, 14... First etching mask layer,
15 ... oxide film insulator, 15 p ... pinch-off part,
16 ... semiconductor island part, 17 ... insulating layer, 18s ...
・ Source electrode, 18d ・ ・ ・ Drain electrode, 18g ・ ・
A gate electrode, 23 a second lift-off mask layer, 23 W a missing area, 24 a second etching mask layer, 31 a position regulating film, 31 a a through hole, 32 ... electrode conductive layer,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 英孝 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Hidetaka Hirano 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Setsuo Usui 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体島部と、該半導体島部を覆う絶縁
体と、該半導体島部の一端に近接する半導体部からなる
量子構造体を有し、 上記半導体部は、上記半導体島部側に凸部を有し、 該凸部は、その側面が、上記半導体島部の側面に比し、
酸化速度が速い面を含むことを特徴とする量子構造体を
有する半導体素子。
1. A semiconductor structure comprising: a semiconductor island portion; an insulator covering the semiconductor island portion; and a quantum structure including a semiconductor portion adjacent to one end of the semiconductor island portion; The convex portion has a side surface, as compared with the side surface of the semiconductor island portion,
A semiconductor device having a quantum structure, including a surface having a high oxidation rate.
【請求項2】 上記半導体島部と、上記凸部との間に介
在する上記絶縁体がトンネル絶縁膜とされ、上記半導体
島部が微小島部とされて量子構造体が形成されたことを
特徴とする請求項1に記載の量子構造体を有する半導体
素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator interposed between the semiconductor island and the protrusion is a tunnel insulating film, and the semiconductor island is a minute island to form a quantum structure. A semiconductor device having the quantum structure according to claim 1.
【請求項3】 上記半導体島部と、上記凸部との間に介
在する上記絶縁体をトンネル絶縁膜とし、上記凸部の形
成部の両側にソースおよびドレイン領域が形成され、上
記半導体島部に、少なくとも上記絶縁体を介してゲート
電極が形成されて成ることを特徴とする請求項1に記載
の量子構造体を有する半導体素子。
3. The semiconductor island portion, wherein the insulator interposed between the semiconductor island portion and the convex portion is a tunnel insulating film, and a source and a drain region are formed on both sides of a portion where the convex portion is formed. 2. The semiconductor device having a quantum structure according to claim 1, wherein a gate electrode is formed at least via the insulator.
【請求項4】 基板上に、柱状半導体を形成する工程
と、 上記柱状半導体の周囲を酸化して、酸化膜絶縁体によっ
て覆われた、柱状半導体の一部からなる半導体島部を形
成する酸化処理工程とを有し、 上記柱状半導体の形成工程によって形成される柱状半導
体は、上記基板側に、該基板側に向かって幅広となる凸
部を有する半導体部を有し、該凸部の側面が、上記柱状
部の側面に比し、酸化速度が速い面を含む面によって形
成されたことを特徴とする量子構造体を有する半導体素
子の製造方法。
4. A step of forming a pillar-shaped semiconductor on a substrate, and oxidizing a periphery of the pillar-shaped semiconductor to form a semiconductor island portion composed of a part of the pillar-shaped semiconductor and covered with an oxide insulator. A columnar semiconductor formed by the columnar semiconductor forming step has a semiconductor portion on the substrate side having a convex portion that becomes wider toward the substrate side, and a side surface of the convex portion. Is formed by a surface including a surface having a higher oxidation rate than the side surface of the columnar portion, wherein the semiconductor device has a quantum structure.
【請求項5】 上記酸化処理工程において、上記凸部の
酸化速度の速い面から進行して生じた酸化膜絶縁体によ
って上記凸部と上記半導体島部とを分離することを特徴
とする請求項4に記載の量子構造体を有する半導体素子
の製造方法。
5. The semiconductor device according to claim 5, wherein in the oxidation treatment step, the convex portion and the semiconductor island portion are separated by an oxide film insulator generated from a surface of the convex portion having a high oxidation rate. 5. A method for manufacturing a semiconductor device having the quantum structure according to 4.
【請求項6】 上記柱状半導体を形成する工程は、 基板上に、シリコンと溶融合金滴を形成する金属を蒸着
する工程と、 シリコンと上記金属による溶融合金滴を形成する加熱工
程と、 シリコン原料ガスを熱分解して上記溶融合金滴シリコン
の形成部に、上記柱状体半導体部を成長させる工程とに
よることを特徴とする請求項4に記載の量子構造体を有
する半導体素子の製造方法。
6. The step of forming the columnar semiconductor includes: a step of depositing a metal forming a molten alloy droplet with silicon on a substrate; a heating step of forming a molten alloy droplet of silicon and the metal; 5. The method of manufacturing a semiconductor device having a quantum structure according to claim 4, further comprising: a step of thermally decomposing a gas to grow the columnar semiconductor portion on a portion where the molten alloy droplet silicon is formed.
【請求項7】 上記シリコンの原料ガスが、モノシラ
ン、ジシラン、トリシランのいずれか1種以上のガスに
よることを特徴とする請求項6に記載の量子構造体を有
する半導体素子の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device having a quantum structure according to claim 6, wherein the silicon source gas is at least one of monosilane, disilane, and trisilane.
【請求項8】 上記基板は絶縁層もしくは絶縁基板上
に、半導体層を有する基板よりなり、 該基板の上記半導体層上に、上記基板側に上記凸部を有
する上記柱状半導体を形成して後、該柱状半導体の斜め
上方の一方向から、方向性をもって、リフトオフ用マス
ク材を飛翔堆積し、上記柱状半導体の一部側面から基板
上の一方向に沿って上記柱状半導体の陰となる部分に上
記第1のリフトオフ用マスク材の欠除領域が形成された
リフトオフ用マスク層を形成する工程と、 少なくとも上記欠除領域を覆って上記基板上に、該基板
の上記半導体層に対するエッチングのマスクとなる第1
のエッチングマスク層を形成する工程と、 上記リフトオフ用マスク層をリフトオフして、上記欠除
領域に上記第1のエッチングマスク層を選択的に残す工
程と、 上記柱状半導体を挟んで、上記のリフトオフ用マスク材
の飛翔方向と対称の方向から、方向性をもって、リフト
オフ用マスク材を飛翔堆積し、上記柱状半導体の上記第
1のエッチングマスク層が形成された側とは反対側の一
部側面から基板上の一方向に沿って上記柱状半導体の陰
となる部分に上記リフトオフ用マスク材の欠除領域が形
成された第2のリフトオフ用マスク層を形成する工程
と、 該リフトオフ用マスク層の少なくとも上記欠除領域を覆
って上記基板上に、該基板の上記半導体層に対するエッ
チングのマスクとなる第2のエッチングマスク層を形成
する工程と、 上記第2のリフトオフ用マスク層をリフトオフして、上
記欠除領域に上記第2のエッチングマスク層を選択的に
残す工程と、 上記第1および第2のエッチングマスク層をマスクとし
て上記半導体層をエッチングする工程と、 その後、上記酸化処理を行って上記基板側に凸部が形成
された上記柱状半導体の周囲を酸化して酸化膜絶縁体に
よって覆われた、柱状半導体の一部からなる半導体島部
を形成したことを特徴とする請求項4に記載の量子構造
体を有する半導体素子の製造方法。
8. The substrate comprises an insulating layer or a substrate having a semiconductor layer on an insulating substrate, and after forming the columnar semiconductor having the convex portion on the substrate side on the semiconductor layer of the substrate. A mask material for lift-off is fly-deposited with a direction from one direction obliquely above the columnar semiconductor, and from a partial side surface of the columnar semiconductor to a portion which becomes a shadow of the columnar semiconductor along one direction on the substrate. Forming a lift-off mask layer in which the first lift-off mask material lacking region is formed; and forming an etching mask for the semiconductor layer of the substrate on the substrate so as to cover at least the lacking region. The first
Forming the etching mask layer, lifting off the lift-off mask layer, and selectively leaving the first etching mask layer in the deficient region; The lift-off mask material is fly-deposited with a direction from a direction symmetrical to the flight direction of the mask material for use, and a partial side surface of the columnar semiconductor is opposite to the side on which the first etching mask layer is formed. Forming a second lift-off mask layer in which a region where the lift-off mask material is not formed is formed in a portion of the substrate that is shaded by the columnar semiconductor; and at least one of the lift-off mask layers Forming a second etching mask layer on the substrate covering the deficient region and serving as a mask for etching the semiconductor layer of the substrate; Lifting off the second lift-off mask layer to selectively leave the second etching mask layer in the vacant region; and etching the semiconductor layer using the first and second etching mask layers as a mask. And then oxidizing the periphery of the columnar semiconductor on which the protrusions are formed on the substrate side by performing the above oxidation treatment and covering the columnar semiconductor with an oxide film insulator. A method for manufacturing a semiconductor device having a quantum structure according to claim 4, wherein the semiconductor device is formed.
【請求項9】 上記基板が半導体基板もしくは半導体層
を有する基板であって、 該基板上に形成した上記柱状半導体の周囲を酸化し、酸
化膜絶縁体によって覆われた、柱状半導体の一部からな
る半導体島部を形成しての後、 上記柱状半導体の斜め上方の相反する2方向から、方向
性をもって、導電層を飛翔堆積して、上記柱状半導体を
挟んでその両側に互いに分離した上記導電層による対の
電極を形成する工程と、 該電極を覆って全面的に絶縁層を形成する工程と、 該絶縁層上の上記半導体島部の上方にゲート電極を形成
する工程とを有することを特徴とする請求項4に記載の
量子構造体を有する半導体素子の製造方法。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is a semiconductor substrate or a substrate having a semiconductor layer, wherein a portion of the columnar semiconductor formed on the substrate is oxidized and covered with an oxide film insulator. After forming the semiconductor island portion, the conductive layer is fly-deposited with directionality from two opposite directions obliquely above the columnar semiconductor and separated from each other on both sides of the columnar semiconductor by the conductive layer. Forming a pair of electrodes by layers, forming an insulating layer entirely over the electrodes, and forming a gate electrode above the semiconductor island on the insulating layer. A method for manufacturing a semiconductor device having the quantum structure according to claim 4.
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