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JPH05102469A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH05102469A
JPH05102469A JP26369691A JP26369691A JPH05102469A JP H05102469 A JPH05102469 A JP H05102469A JP 26369691 A JP26369691 A JP 26369691A JP 26369691 A JP26369691 A JP 26369691A JP H05102469 A JPH05102469 A JP H05102469A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
semiconductor device
channel
conductivity
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP26369691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Matsuoka
秀行 松岡
Toshiyuki Yoshimura
俊之 吉村
Eiji Takeda
英次 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP26369691A priority Critical patent/JPH05102469A/en
Publication of JPH05102469A publication Critical patent/JPH05102469A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】マクロなデバイスでは複雑な回路構成が必要と
される特性を、微細なしかも単一の素子で実現する。 【構成】第1のゲート電極6が細線状に形成され、第2
のゲート電極8が第1のゲート電極6上に絶縁膜7を介
して積層され、かつ、第2のゲート電極8が第1のゲー
ト電極6を横切り、チャネル方向に複数個配列され細線
状の開口を有する構成。 【効果】伝搬モードのそろった1次元伝導に、周期的ポ
テンシャルを導入することによって電界効果トランジス
タの伝導度を極めて強く変調させ、新しい伝導特性を実
現した電界効果トランジスタを有する半導体装置を提供
する。
(57) [Abstract] [Purpose] To realize the characteristics that require a complicated circuit configuration in a macro device with a fine and single element. [Structure] The first gate electrode 6 is formed in a thin line shape, and the second
Gate electrodes 8 are laminated on the first gate electrode 6 with the insulating film 7 interposed therebetween, and a plurality of second gate electrodes 8 cross the first gate electrode 6 and are arranged in the channel direction in a thin line shape. A structure having an opening. [Effect] To provide a semiconductor device having a field-effect transistor which realizes new conduction characteristics by extremely strongly modulating the conductivity of the field-effect transistor by introducing a periodic potential into one-dimensional conduction with uniform propagation modes.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非線形な特性を有する
半導体装置に係り、特に、1次元伝導に起因する単一モ
ードのキャリアが、周期的ポテンシャル中を走行する際
に形成されるエネルギーバンドギャップを利用したMI
S(メタル インシュレイタ セミコンダクタ(Metal Ins
ulator Semiconductor))またはMES(メタル セミコ
ンダクタ(Metal Semiconductor))型電界効果トランジ
スタを有する半導体装置に適用するのに好適な技術に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a non-linear characteristic, and in particular, an energy band formed when a single-mode carrier due to one-dimensional conduction travels in a periodic potential. MI using the gap
S (metal Inshureita Semiconductor (M etal I ns
ulator about S emiconductor)) or MES (technique suitable for application to a semiconductor device having a metal Semiconductor (Me tal S emiconductor)) type field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のキャリアの1次元伝導を利用して
電流を変調する電界効果トランジスタにおいては、鋸歯
状の1次元状態密度に基づくキャリアの移動度の変調を
利用したものがある。
2. Description of the Related Art A conventional field effect transistor that modulates a current by utilizing one-dimensional conduction of carriers uses a carrier mobility modulation based on a sawtooth one-dimensional density of states.

【0003】上記鋸歯状の1次元状態密度に基づくキャ
リア移動度の変調を利用したトランジスタについては、
例えば、アプライド・フィジックス・レターズ、第54
巻、ナンバー12、1989年3月、第1130〜11
32頁(Applied Physics Letters, vol.54, No.12, Ma
rch, 1989, pp.1130-1132)に記載してある。
Regarding the transistor using the carrier mobility modulation based on the sawtooth one-dimensional density of states,
For example, Applied Physics Letters, 54th
Volume, Number 12, March 1989, 1130-11
32 pages (Applied Physics Letters, vol.54, No.12, Ma
rch, 1989, pp.1130-1132).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記鋸歯状の1次元状
態密度に基づくキャリア移動度の変調を利用した従来の
トランジスタにおいては、電流の変調が十分ではなかっ
た。
In the conventional transistor utilizing the carrier mobility modulation based on the sawtooth one-dimensional density of states, the current modulation is not sufficient.

【0005】本発明の目的は、周期的ポテンシャル中に
おいて形成されるミニエネルギーバンドギャップを利用
し、一次元伝導を行うキャリアをより強く変調すること
ができる電界効果トランジスタを有する半導体装置を提
供することにある。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a field effect transistor capable of more strongly modulating a carrier conducting one-dimensional conduction by utilizing a minienergy band gap formed in a periodic potential. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の半導体装置は、第1導電型の半導体基板
と、上記半導体基板の表面に所定の間隔を置いて設けた
上記第1導電型と反対導電型である第2導電型のソース
・ドレイン領域と、上記ソース・ドレイン領域の間の上
記半導体基板上に設けたゲート電極とを含んでなる電界
効果トランジスタを有する半導体装置において、上記ゲ
ート電極が、1次元のチャネルを形成する第1のゲート
電極と、上記第1のゲート電極と電気的に絶縁され、上
記チャネルの幅を周期的に変化させ、上記チャネルを走
行する荷電粒子に周期的な散乱を与える第2のゲート電
極からなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor substrate of the first conductivity type and the above first semiconductor substrate provided on the surface of the semiconductor substrate with a predetermined space provided therebetween. A semiconductor device having a field effect transistor, comprising a source / drain region of a second conductivity type opposite to the conductivity type and a gate electrode provided on the semiconductor substrate between the source / drain regions, The gate electrode is electrically insulated from the first gate electrode forming a one-dimensional channel and the first gate electrode, the width of the channel is periodically changed, and charged particles traveling in the channel It is characterized by comprising a second gate electrode which gives periodical scattering to.

【0007】また、本発明の半導体装置は、上記第1の
ゲート電極が上記ソース・ドレイン領域にわたって細線
状に形成され、上記第2のゲート電極が上記第1のゲー
ト電極上に絶縁膜を介して積層され、かつ、上記第2の
ゲート電極が上記第1のゲート電極によって形成される
チャネル方向に複数個配列された細線状の開口を有する
ことを特徴とする。
Also, in the semiconductor device of the present invention, the first gate electrode is formed in a thin line shape over the source / drain regions, and the second gate electrode is formed on the first gate electrode via an insulating film. The second gate electrode has a plurality of thin line-shaped openings arranged in the channel direction formed by the first gate electrode.

【0008】また、本発明の半導体装置は、上記第1の
ゲート電極が上記ソース・ドレイン領域にわたってチャ
ネル方向に複数本平行な細線状に配列・形成され、それ
ぞれ電気的に接続され、上記第2のゲート電極が上記第
1のゲート電極上に絶縁膜を介して積層され、かつ、上
記第2のゲート電極が上記第1のゲート電極によって形
成されるチャネル方向に複数個配列された細線状の開口
を有することを特徴とする。
Further, in the semiconductor device of the present invention, the first gate electrodes are arranged and formed in a plurality of thin lines parallel to the channel direction over the source / drain regions and electrically connected to each other, and the second gate electrodes are electrically connected to each other. A plurality of gate electrodes are stacked on the first gate electrode via an insulating film, and a plurality of the second gate electrodes are arranged in the direction of the channel formed by the first gate electrode. It is characterized by having an opening.

【0009】また、本発明の半導体装置は、第1導電型
の半導体基板と、上記半導体基板の表面に所定の間隔を
置いて設けた上記第1導電型と反対導電型である第2導
電型のソース・ドレイン領域と、上記ソース・ドレイン
領域の間の上記半導体基板上に設けたゲート電極とを含
んでなる電界効果トランジスタを有する半導体装置にお
いて、1次元のチャネルを形成し、かつ、上記チャネル
を走行する荷電粒子に周期的な散乱を与える上記ゲート
電極を設けたことを特徴とする。
Further, the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate of the first conductivity type and a second conductivity type which is the conductivity type opposite to the first conductivity type provided on the surface of the semiconductor substrate at a predetermined distance. In a semiconductor device having a field-effect transistor including a source / drain region and a gate electrode provided on the semiconductor substrate between the source / drain regions, a one-dimensional channel is formed, and the channel is formed. It is characterized in that the above-mentioned gate electrode is provided which gives periodical scattering to the charged particles traveling in the direction.

【0010】また、本発明の半導体装置は、上記ゲート
電極がチャネル方向に幅の異なる形状であることを特徴
とする。
Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the gate electrode has a shape having a different width in the channel direction.

【0011】さらに、本発明の半導体装置は、上記チャ
ネルの幅が0.1μm以下であることを特徴とする。
Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the width of the channel is 0.1 μm or less.

【0012】[0012]

【作用】図1〜3を用いて本発明の半導体装置の作用に
ついて説明する。図1は、本発明の半導体装置の構造の
一例を示す斜視図、図2は、図1の半導体装置のチャネ
ルの形状を示す平面図、図3は、図2のチャネルにおけ
るエネルギーバンド図である。図3の横軸は波数(10
7/m)、縦軸はエネルギー(mV)を示す。図4は、
図1の半導体装置の電流−電圧特性を示す図である。図
4の横軸は第1のゲート電極の電圧(V)、縦軸はドレ
イン電流(nA)を示す。図1におけるMOS(メタル
オキサイド セミコンダクタ(Metal Oxide Semiconduct
or))をn型MOSと仮定して、以下議論を進める。各
図において、Wは第1のゲート電極6によって規定され
る実効的なチャネル幅であり、第2のゲート電極8によ
り決定される長さa、bによって図2に示すようにチャ
ネルの形状が決定される。ここで、第1のゲート電極6
に正の電位を与えてチャネルを形成すると、第1のゲー
ト電極6の幅が十分に狭ければ、電子の1次元伝導に起
因してチャネルにおける電子のエネルギーが量子化さ
れ、1次元サブバンドが形成される。
The operation of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view showing an example of the structure of a semiconductor device of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the shape of a channel of the semiconductor device of FIG. 1, and FIG. 3 is an energy band diagram in the channel of FIG. .. The horizontal axis of FIG. 3 is the wave number (10
7 / m), and the vertical axis represents energy (mV). Figure 4
It is a figure which shows the current-voltage characteristic of the semiconductor device of FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the voltage (V) of the first gate electrode and the vertical axis represents the drain current (nA). MOS in Figure 1 (metal oxide semiconductor (M etal O xide S emiconduct
or)) is assumed to be an n-type MOS, and the following discussion will proceed. In each figure, W is the effective channel width defined by the first gate electrode 6, and the length a, b determined by the second gate electrode 8 defines the channel shape as shown in FIG. It is determined. Here, the first gate electrode 6
When a channel is formed by applying a positive potential to the first gate electrode 6, if the width of the first gate electrode 6 is sufficiently narrow, the electron energy in the channel is quantized due to the one-dimensional conduction of electrons, and the one-dimensional subband is quantized. Is formed.

【0013】この状態で第2のゲート電極8に負の電位
を与えると、第1のゲート電極6と第2のゲート電極8
とのオーバーラップした領域において周辺から基板の反
転が抑えられ、チャネルのポテンシャルが制御され、チ
ャネルの幅は周期的に細く変化し、チャネルの形状は図
2に示すようになる。図2中に示したチャネルの幅の違
い△Wは、第2のゲート電極8の作用によって変化す
る。具体的には、第2のゲート電極8に与える負の電位
が負に大きくなればなるほど△Wも大きくなる。電子は
図2中の実線の矢印の方向に進行するが、周期的に破線
の矢印の方向に散乱される結果、図3に示すようにミニ
エネルギーバンド、ミニエネルギーバンドギャップが形
成される。ただし、ここでは1次元サブバンドの間隔は
等間隔とし、W=0.1ミクロン、a+b=0.3ミク
ロンの場合を示している。この状態で第1のゲート電極
6の電圧を上げていく。第1のゲート電極6の電圧が上
昇すると、チャネル部における電子密度は上がってい
く。ところで、フェルミエネルギーEFは電子密度ns
よって次のように与えられる。
When a negative potential is applied to the second gate electrode 8 in this state, the first gate electrode 6 and the second gate electrode 8
In the region overlapping with and, the inversion of the substrate is suppressed from the periphery, the potential of the channel is controlled, the width of the channel changes periodically and thinly, and the shape of the channel becomes as shown in FIG. The difference ΔW in channel width shown in FIG. 2 changes due to the action of the second gate electrode 8. Specifically, ΔW also increases as the negative potential applied to the second gate electrode 8 increases negatively. Although the electrons travel in the direction of the solid arrow in FIG. 2, they are periodically scattered in the direction of the dashed arrow, and as a result, a mini energy band and a mini energy band gap are formed as shown in FIG. However, here, the intervals between the one-dimensional sub-bands are equal, and the case where W = 0.1 μm and a + b = 0.3 μm is shown. In this state, the voltage of the first gate electrode 6 is raised. When the voltage of the first gate electrode 6 rises, the electron density in the channel portion rises. By the way, the Fermi energy E F is given by the electron density n s as follows.

【0014】EF=h2s 2/8m ここで、hはプランク定数、mは電子の有効質量であ
る。すなわち、第1のゲート電極6の電圧を上げていく
ことは、電子のフェルミエネルギーEFを上げていくこ
とと等価である。図3を用いて説明すると、第1のゲー
ト電極6の電圧を上げていくにしたがい、フェルミエネ
ルギーEFが上昇していく。すなわち、図3において、
下からフェルミエネルギーEFが上がっていく。フェル
ミエネルギーEFがミニエネルギーバンドギャップを通
過する際には電流は全く流れない。この結果、本デバイ
スのドレイン電流−第1のゲート電圧依存性は、図4に
示すようになる。このように電子の伝導を1次元にする
ことによって、電子のコヒーレンシーを増加させ、すな
わち、伝導モードをそろえ、さらに周期的チャネル構造
を導入することによって、エネルギーバンドギャップを
形成することにより、極めて強い電流変調が可能にな
る。
E F = h 2 n s 2 / 8m where h is Planck's constant and m is the effective mass of the electron. That is, increasing the voltage of the first gate electrode 6 is equivalent to increasing the Fermi energy E F of electrons. Explaining with reference to FIG. 3, the Fermi energy E F rises as the voltage of the first gate electrode 6 is raised. That is, in FIG.
The Fermi energy E F rises from the bottom. No current flows when the Fermi energy E F passes through the mini-energy bandgap. As a result, the drain current-first gate voltage dependency of the present device is as shown in FIG. By making the conduction of electrons one-dimensional in this way, the coherency of the electrons is increased, that is, the conduction modes are aligned, and the periodic channel structure is introduced to form an energy band gap. Current modulation is possible.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の半導体装置の実施例を図面を
用いて説明する。
Embodiments of the semiconductor device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】実施例1 図5〜8は、それぞれ実施例1の製造工程を示す図であ
る。本実施例では、図1に示した構造の半導体装置を作
製する。図5、図6(a)、図7(a)、図8は、それ
ぞれ断面図、図6(b)、図7(b)は、それぞれ平面
図である。図6(b)、図7(b)のA−A断面図をそ
れぞれ図6(a)、図7(a)に示す。まず、図5に示
すように、比抵抗10Ω・cmのp型Si基板1に通常の
LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法により素
子分離領域2を形成する。次に、850℃、30分のド
ライ酸化法により厚さ10nmのゲート酸化膜5を形成
する。次いで、ゲート酸化膜5の保護の目的で、厚さ5
0nmの多結晶シリコン膜6を堆積する。次に、図示し
ないホトレジスト膜を1μmの厚さで塗布し、写真蝕刻
法によりホトレジスト膜のソース・ドレイン領域を形成
するための2箇所の所定の部分に開口部を設けた後、1
20kVの加速電圧で砒素イオンを打ち込み、高濃度n
型拡散層領域3、4を形成する。打ち込み量は1×10
15cm~2であった。もちろん、これらの高濃度n型拡散
層領域3、4は、リンイオンを用いて形成してもよい。
その後、900℃、10分間の窒素雰囲気中でのドライ
ブイン工程により図5に示すようになる。次に、図6
(a)に示すように、多結晶シリコン膜6上に厚さ50
nmの多結晶シリコン膜を堆積し(多結晶シリコン膜
6)、875℃、20分間のリンのデポジションを行
う。その後、写真蝕刻法とドライエッチングにより細線
状に多結晶シリコン膜を加工して(第1のゲート電極
6)、図6(a)、(b)に示すようになった。次い
で、図7(a)、(b)に示すように、層間絶縁膜とし
て、50nmの厚さにPSG(フォスフォ シリケイト
グラス(Phospho Silicate Glass))膜等のシリコン酸化
膜7をLPCVD法により堆積する。次に、シリコン酸
化膜7上に、厚さ100nmの多結晶シリコン膜を堆積
し、875℃、20分間のリンのデポジションを行う。
その後、写真蝕刻法とドライエッチングにより図7
(b)に示すような形状(細線状の第1のゲート電極6
を横切る細線状の開口を、チャネル方向に複数個配列し
た形状)に多結晶シリコン膜を加工する(第2のゲート
電極8)。その後、図8に示すように、200nmの厚
さにPSG膜等のシリコン酸化膜9をLPCVD法によ
り堆積して層間絶縁膜9とし、写真蝕刻法とドライエッ
チングによりコンタクトホールを開口し、アルミニウム
配線10を施し、図8の構造を得た。以上により、図1
に示す所望の半導体装置を得た。
Example 1 FIGS. 5 to 8 are views showing the manufacturing process of Example 1, respectively. In this embodiment, a semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 is manufactured. 5, 6 (a), 7 (a), and 8 are cross-sectional views, and FIGS. 6 (b) and 7 (b) are plan views, respectively. 6A and 7A are cross-sectional views taken along the line AA of FIGS. 6B and 7B, respectively. First, as shown in FIG. 5, an element isolation region 2 is formed by a resistivity 10 [Omega · cm p-type Si normal LOCOS in the substrate 1 (Loc al O xidation of S ilicon) method. Next, a gate oxide film 5 having a thickness of 10 nm is formed by a dry oxidation method at 850 ° C. for 30 minutes. Then, for the purpose of protecting the gate oxide film 5, a thickness 5
A 0 nm polycrystalline silicon film 6 is deposited. Next, a photoresist film (not shown) is applied to a thickness of 1 μm, and openings are formed at two predetermined portions for forming the source / drain regions of the photoresist film by the photo-etching method.
Arsenic ions are implanted at an accelerating voltage of 20 kV, and high concentration n
The type diffusion layer regions 3 and 4 are formed. Driving amount is 1 × 10
It was 15 cm ~ 2 . Of course, these high-concentration n-type diffusion layer regions 3 and 4 may be formed by using phosphorus ions.
After that, a drive-in process is performed in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 10 minutes to obtain the structure shown in FIG. Next, FIG.
As shown in (a), a thickness of 50 is formed on the polycrystalline silicon film 6.
A polycrystalline silicon film having a thickness of 10 nm is deposited (polycrystalline silicon film 6), and phosphorus is deposited at 875 ° C. for 20 minutes. After that, the polycrystalline silicon film was processed into a fine line shape by the photoetching method and the dry etching (first gate electrode 6), and the structure shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) was obtained. Then, as shown in FIGS. 7A and 7B, PSG (phosphosilicate) having a thickness of 50 nm is formed as an interlayer insulating film.
Glass (P hospho S ilicate G lass) ) silicon oxide film 7, such as a film is deposited by LPCVD. Next, a 100-nm-thick polycrystalline silicon film is deposited on the silicon oxide film 7, and phosphorus is deposited at 875 ° C. for 20 minutes.
After that, by photolithography and dry etching, as shown in FIG.
The shape as shown in (b) (the thin line-shaped first gate electrode 6
Then, the polycrystalline silicon film is processed into a shape in which a plurality of fine line-shaped openings crossing each other are arranged in the channel direction (second gate electrode 8). Thereafter, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film 9 such as a PSG film having a thickness of 200 nm is deposited by LPCVD to form an interlayer insulating film 9, and a contact hole is opened by photo-etching and dry etching. Then, the structure shown in FIG. 8 was obtained. From the above, FIG.
A desired semiconductor device shown in FIG.

【0017】以上の結果得られた本実施例の半導体装置
では、第2のゲート電極8に−2Vを与えた状態で、第
1のゲート電極6の電圧とドレイン電流との関係は、図
4に示すようになった。すなわち、電子の伝導を1次元
にすることによって、電子のコヒーレンシーを増加させ
て伝導モードをそろえ、さらに周期的チャネル構造を導
入することによって、エネルギーバンドギャップを形成
することにより、極めて強い電流変調が可能になった。
このように本実施例によれば、伝搬モードのそろった1
次元伝導に、周期的ポテンシャルを導入することによっ
てMISFETの伝導度を極めて強く変調させることが
できる。本発明は、マクロなデバイスでは複雑な回路構
成が必要とされる特性を、微細なしかも単一の素子で実
現できる。その意味で本発明は、将来のLSI等に有効
となり得る。
In the semiconductor device of this example obtained as a result of the above, the relationship between the voltage of the first gate electrode 6 and the drain current is shown in FIG. It came to be shown in. That is, by making the electron conduction one-dimensional, the coherency of the electrons is increased to align the conduction modes, and by further introducing a periodic channel structure, an energy band gap is formed, so that extremely strong current modulation is achieved. It became possible.
As described above, according to the present embodiment, the 1
The conductivity of the MISFET can be extremely strongly modulated by introducing a periodic potential into the dimensional conduction. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can realize the characteristics that require a complicated circuit configuration in a macro device with a fine and single element. In that sense, the present invention can be effectively applied to future LSIs and the like.

【0018】実施例2 図9(a)は、本発明の実施例2の半導体装置の断面図
(図9(b)のA−A断面図)、図9(b)は、平面図
である。実施例1と同様のプロセスを用いて、第1のゲ
ート電極6の形状が図9(b)に示すように細線が複数
本、平行に並んだ構成にした。シリコン酸化膜7、第2
のゲート電極8、シリコン酸化膜9、およびアルミニウ
ム配線10は図示省略した。実施例1と異なるのは、第
1のゲート電極6の形状だけである。本実施例において
は、実施例1の場合と比べて電流を大幅に増大すること
ができた。
Second Embodiment FIG. 9A is a sectional view (a sectional view taken along the line AA in FIG. 9B) of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a plan view. .. Using the same process as in Example 1, the shape of the first gate electrode 6 was such that a plurality of fine lines were arranged in parallel as shown in FIG. 9B. Silicon oxide film 7, second
The gate electrode 8, the silicon oxide film 9, and the aluminum wiring 10 are not shown. The difference from Example 1 is only the shape of the first gate electrode 6. In this example, the current could be significantly increased as compared with the case of the first example.

【0019】実施例3 図10〜12は、本発明の実施例3の半導体装置の製造
工程を示す図である。図10、図11(a)、図12は
断面図、図11(b)は平面図である。図11(a)
は、図11(b)のA−A断面図である。まず、図10
に示すように、比抵抗10Ω・cmのp型Si基板1に通
常のLOCOS法により素子分離領域2を形成する。次
に、850℃、30分のドライ酸化法により厚さ10n
mのゲート酸化膜5を形成する。次いで、ゲート酸化膜
5の保護の目的で、厚さ50nmの多結晶シリコン膜6
を堆積する。次に、図示しないホトレジスト膜を1μm
の厚さで塗布し、写真蝕刻法によりホトレジスト膜のソ
ース・ドレイン領域を形成するための2箇所の所定の部
分に開口部を設けた後、120kVの加速電圧で砒素イ
オンを打ち込み、高濃度n型拡散層領域3、4を形成す
る。打ち込み量は1×1015cm~2であった。もちろ
ん、これらの高濃度n型拡散層領域はリンイオンを用い
て形成してもよい。900℃、10分間の窒素雰囲気中
でのドライブイン工程により図10に示すようになる。
次いで、図11(a)に示すように、多結晶シリコン膜
6上に厚さ50nmの多結晶シリコン膜を堆積し、87
5℃、20分間のリンのデポジションを行う。その後、
写真蝕刻法とドライエッチングによりチャネル方向に幅
の異なる細線状に多結晶シリコン膜を加工して(第1の
ゲート電極6)、図11(b)に示すようになった。そ
の後、図12に示すように、200nmの厚さにPSG
膜等のシリコン酸化膜9をLPCVD法により堆積して
層間絶縁膜とし、写真蝕刻法とドライエッチングにより
コンタクトホールを開口し、アルミニウム配線10を施
し、図12に示す所望の半導体装置を得た。
Third Embodiment FIGS. 10 to 12 are views showing a process for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 10, FIG. 11A, and FIG. 12 are cross-sectional views, and FIG. 11B is a plan view. FIG. 11 (a)
FIG. 11 is a sectional view taken along line AA of FIG. First, FIG.
As shown in FIG. 5, the element isolation region 2 is formed on the p-type Si substrate 1 having a specific resistance of 10 Ω · cm by the normal LOCOS method. Next, a thickness of 10 n is obtained by a dry oxidation method at 850 ° C. for 30 minutes.
m gate oxide film 5 is formed. Then, for the purpose of protecting the gate oxide film 5, a polycrystalline silicon film 6 having a thickness of 50 nm is formed.
Deposit. Next, a photoresist film (not shown) with a thickness of 1 μm
Thickness is applied, and openings are provided at two predetermined portions for forming the source / drain regions of the photoresist film by the photoetching method, and then arsenic ions are implanted at an acceleration voltage of 120 kV to obtain a high concentration n. The type diffusion layer regions 3 and 4 are formed. The implantation amount was 1 × 10 15 cm- 2 . Of course, these high concentration n-type diffusion layer regions may be formed by using phosphorus ions. The drive-in process in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 10 minutes results in the structure shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 11A, a polycrystalline silicon film having a thickness of 50 nm is deposited on the polycrystalline silicon film 6, and 87
Deposition of phosphorus is performed at 5 ° C for 20 minutes. afterwards,
A polycrystalline silicon film having different widths in the channel direction was processed by photolithography and dry etching (first gate electrode 6) to obtain the structure shown in FIG. 11 (b). Then, as shown in FIG. 12, PSG is formed to a thickness of 200 nm.
A silicon oxide film 9 such as a film was deposited by the LPCVD method to form an interlayer insulating film, a contact hole was opened by photoetching and dry etching, and aluminum wiring 10 was formed to obtain a desired semiconductor device shown in FIG.

【0020】以上の結果得られた半導体装置は、2個の
ゲートを有する実施例1、2とは異なり、1個のゲート
電極6のみで所望の特性を示した。
The semiconductor device obtained as a result of the above shows the desired characteristics with only one gate electrode 6, unlike Examples 1 and 2 having two gates.

【0021】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。例えば、上記各実施例では、p
型基板を用いたが、デバイスのすべての極性を変えれ
ば、n型基板を用いたpチャネルMISFETでも実現
できることはいうまでもない。また、図1に示した実施
例において、第1のゲート電極6と第2のゲート電極8
との配置を逆にし、すなわち、ゲート電極8の上に層間
絶縁膜7を介してゲート電極6を設けてもよい。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .. For example, in each of the above embodiments, p
Although the type substrate is used, it goes without saying that a p-channel MISFET using an n-type substrate can be realized by changing all polarities of the device. In the embodiment shown in FIG. 1, the first gate electrode 6 and the second gate electrode 8
Alternatively, the gate electrodes 6 may be provided on the gate electrode 8 with the interlayer insulating film 7 interposed therebetween.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、伝搬モードのそろった1次元伝導に、周期
的ポテンシャルを導入することによって電界効果トラン
ジスタの伝導度を極めて強く変調させることができる。
したがって、マクロなデバイスでは複雑な回路構成が必
要とされる特性を、微細なしかも単一の素子で実現する
ことができ、将来のLSI等に有効である。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the conductivity of the field effect transistor is extremely strongly modulated by introducing the periodic potential into the one-dimensional conduction in which the propagation modes are uniform. You can
Therefore, a characteristic that requires a complicated circuit configuration in a macro device can be realized with a fine and single element, which is effective for future LSIs and the like.

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

【図1】本発明の半導体装置の実施例1の斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置のチャネルの形状を示す平
面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a shape of a channel of a semiconductor device of the present invention.

【図3】図2のチャネルにおけるエネルギーバンド図で
ある。
FIG. 3 is an energy band diagram in the channel of FIG.

【図4】本発明の半導体装置の電流−電圧特性を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of the semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の実施例1の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例1の製造工程を示す断面図
(a)および平面図(b)である。
6A and 6B are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing the manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例1の製造工程を示す断面図
(a)および平面図(b)である。
7A and 7B are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing the manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例1の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例2の製造工程を示す断面図
(a)および平面図(b)である。
FIG. 9 is a sectional view (a) and a plan view (b) showing a manufacturing process of a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例3の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例3の製造工程を示す断面図
(a)および平面図(b)である。
FIG. 11 is a sectional view (a) and a plan view (b) showing a manufacturing process of a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例3の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Si基板、2…素子分離領域、3…ソース領域、4
…ドレイン領域、5…ゲート酸化膜、6…第1のゲート
電極、7…層間絶縁膜、8…第2のゲート電極、9…層
間絶縁膜、10…アルミニウム電極。
1 ... Si substrate, 2 ... Element isolation region, 3 ... Source region, 4
Drain region, 5 ... Gate oxide film, 6 ... First gate electrode, 7 ... Interlayer insulating film, 8 ... Second gate electrode, 9 ... Interlayer insulating film, 10 ... Aluminum electrode.

───────────────────────────────────────────────────── 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 7739−4M H01L 29/80 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location 7739-4M H01L 29/80 B

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、上記半導体基
板の表面に所定の間隔を置いて設けた上記第1導電型と
反対導電型である第2導電型のソース・ドレイン領域
と、上記ソース・ドレイン領域の間の上記半導体基板上
に設けたゲート電極とを含んでなる電界効果トランジス
タを有する半導体装置において、上記ゲート電極が、1
次元のチャネルを形成する第1のゲート電極と、上記第
1のゲート電極と電気的に絶縁され、上記チャネルの幅
を周期的に変化させ、上記チャネルを走行する荷電粒子
に周期的な散乱を与える第2のゲート電極からなること
を特徴とする半導体装置。
1. A first-conductivity-type semiconductor substrate, and a second-conductivity-type source / drain region having a conductivity type opposite to the first-conductivity type, which is provided on the surface of the semiconductor substrate at a predetermined interval. In a semiconductor device having a field effect transistor including a gate electrode provided on the semiconductor substrate between the source / drain regions, the gate electrode is 1
A first gate electrode that forms a three-dimensional channel and is electrically insulated from the first gate electrode, periodically changes the width of the channel, and causes periodic scattering of charged particles traveling in the channel. A semiconductor device comprising a second gate electrode provided.
【請求項2】上記第1のゲート電極が上記ソース・ドレ
イン領域にわたって細線状に形成され、上記第2のゲー
ト電極が上記第1のゲート電極上に絶縁膜を介して積層
され、かつ、上記第2のゲート電極が上記第1のゲート
電極によって形成されるチャネル方向に複数個配列され
た細線状の開口を有することを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。
2. The first gate electrode is formed in a thin line shape over the source / drain regions, the second gate electrode is laminated on the first gate electrode via an insulating film, and 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode has a plurality of fine line-shaped openings arranged in the channel direction formed by the first gate electrode.
【請求項3】上記第1のゲート電極が上記ソース・ドレ
イン領域にわたってチャネル方向に複数本平行な細線状
に配列・形成され、それぞれ電気的に接続され、上記第
2のゲート電極が上記第1のゲート電極上に絶縁膜を介
して積層され、かつ、上記第2のゲート電極が上記第1
のゲート電極によって形成されるチャネル方向に複数個
配列された細線状の開口を有することを特徴とする請求
項1記載の半導体装置。
3. The first gate electrodes are arranged and formed in a plurality of parallel thin line shapes in the channel direction over the source / drain regions, and are electrically connected to each other, and the second gate electrodes are the first gate electrodes. Is laminated on the gate electrode via an insulating film, and the second gate electrode is formed on the first gate electrode.
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a plurality of thin line-shaped openings formed in the channel direction by the gate electrode of FIG.
【請求項4】第1導電型の半導体基板と、上記半導体基
板の表面に所定の間隔を置いて設けた上記第1導電型と
反対導電型である第2導電型のソース・ドレイン領域
と、上記ソース・ドレイン領域の間の上記半導体基板上
に設けたゲート電極とを含んでなる電界効果トランジス
タを有する半導体装置において、1次元のチャネルを形
成し、かつ、上記チャネルを走行する荷電粒子に周期的
な散乱を与える上記ゲート電極を設けたことを特徴とす
る半導体装置。
4. A first-conductivity-type semiconductor substrate, and a second-conductivity-type source / drain region which is opposite in conductivity to the first-conductivity type and is provided on the surface of the semiconductor substrate at a predetermined distance. In a semiconductor device having a field-effect transistor including a gate electrode provided on the semiconductor substrate between the source / drain regions, a one-dimensional channel is formed, and charged particles traveling in the channel are cycled. A semiconductor device provided with the above-mentioned gate electrode which gives a general scattering.
【請求項5】上記ゲート電極がチャネル方向に幅の異な
る形状であることを特徴とする請求項4記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate electrode has a shape having different widths in the channel direction.
【請求項6】上記チャネルの幅が0.1μm以下である
ことを特徴とする請求項1または4記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the channel is 0.1 μm or less.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5612233A (en) * 1994-03-22 1997-03-18 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a single electron component

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US5612233A (en) * 1994-03-22 1997-03-18 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a single electron component

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