JPH0763095B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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- JPH0763095B2 JPH0763095B2 JP61080057A JP8005786A JPH0763095B2 JP H0763095 B2 JPH0763095 B2 JP H0763095B2 JP 61080057 A JP61080057 A JP 61080057A JP 8005786 A JP8005786 A JP 8005786A JP H0763095 B2 JPH0763095 B2 JP H0763095B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置に係り、特にMOS型の共鳴トンネル
素子に関する。Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MOS type resonant tunneling element.
従来、化合物半導体デバイスでは、分子線エピタキシ
(MBE)などの技術を用いて人工的にポテンシャルの井
戸及びバリヤを結晶中につくり、共鳴トンネル(Resona
nt Tunneling)と呼ばれる現象を利用して、負性抵抗を
持ったデバイスを実現してきた。Conventionally, in compound semiconductor devices, wells and barriers of potential are artificially created in a crystal by using a technique such as molecular beam epitaxy (MBE), and a resonance tunnel (Resona
We have realized a device with negative resistance by using a phenomenon called nt tunneling).
第8図はこの様なデバイスの一例を示している。つま
り、n型のGaAs基板201上に例えば50Å程度の厚さのAlx
Gal−xAs(X30%)202,204,GaAs層203を順次積み重
ね、更にn型のGaAs層205を重ねた構造となっている。A
lxGal−xAsのバンドキャップはGaAsのそれよりも大きい
ため、そのバンドの構造は第8図(b)の様になってい
る。同図には、伝導帯の一番下のエネルギ準位のみ示し
てあり、これは電子に対するポテンシャルに相当してい
る。GaAsの領域203は、2つのポテンシャルバリヤ202,2
04に挟まれたポテンシャルの井戸になっており、量子力
学によるとこの様なポテンシャルの井戸に閉じ込められ
た電子のエネルギレベルは、図に示した様にE1,E2……
と離散的な値をとることが知られている。この様な離散
的レベル間の間隔は井戸の幅Wの二乗に反比例し、例え
ばWが50Å程度なら〜100mV程度になる。FIG. 8 shows an example of such a device. In other words, on the n-type GaAs substrate 201, for example, Alx having a thickness of about 50Å
The structure is such that Gal-xAs (X30%) 202, 204 and GaAs layer 203 are sequentially stacked, and an n-type GaAs layer 205 is further stacked. A
Since the band cap of lxGal-xAs is larger than that of GaAs, the band structure is as shown in FIG. 8 (b). In the figure, only the lowest energy level of the conduction band is shown, which corresponds to the potential for electrons. The GaAs region 203 has two potential barriers 202,2.
It is a potential well sandwiched by 04, and according to quantum mechanics, the energy level of the electrons confined in such a potential well is E 1 , E 2 …… as shown in the figure.
Is known to take discrete values. The interval between such discrete levels is inversely proportional to the square of the well width W, and is about 100 mV when W is about 50 Å.
この様な層構造の、例えば201,205の間に電圧をかける
と、第8図(c)に示した様に、領域203のエネルギレ
ベルの1つが、201のエネルギレベルと丁度一致したと
きに、電子が201より205に流れる。これが共鳴トンネル
(resonant tunneling)と呼ばれる現象である。この様
なデバイスの電流電圧特性を図示すると、第9図の如く
になる。ここで、V1,V2は、それぞれE1,E2のレベルが
201のレベルと一致するバイアス電圧である。図から明
らかな様に、このデバイスの電流電圧特性は、大きな非
直線性を示し、負性抵抗をもっている。When a voltage is applied between 201 and 205 of such a layer structure, as shown in FIG. 8 (c), when one of the energy levels of the region 203 exactly coincides with the energy level of 201, electrons are emitted. Flows from 201 to 205. This is a phenomenon called resonant tunneling. The current-voltage characteristic of such a device is shown in FIG. Here, V 1 and V 2 are the levels of E 1 and E 2 , respectively.
It is a bias voltage that matches the level of 201. As is clear from the figure, the current-voltage characteristic of this device shows a large non-linearity and has a negative resistance.
この様に負性抵抗を示すデバイスは、高周波発振器など
に用いることができる。しかしながら、層構造でつくら
れる、共鳴トンネル素子は、半導体基板表面に対し縦方
向に形成されるため、深い部分に形成されたGaA2層(例
えば201)より配線を引出すのが困難であり、基板上に
高集積化するこどが困難であった。そのため、基板表面
に沿った方向に電流を流す共鳴トンネル素子の実現が待
望されている。更に、この素子は、2端子素子であるた
め、論理ゲートを構成することが困難であるなど応用範
囲も限られていた。Such a device exhibiting negative resistance can be used for a high frequency oscillator and the like. However, since the resonant tunneling device made of a layered structure is formed in the vertical direction with respect to the surface of the semiconductor substrate, it is difficult to draw out the wiring from the GaA2 layer (eg 201) formed in the deep part, It was difficult to achieve high integration. Therefore, realization of a resonant tunneling element that allows a current to flow in the direction along the surface of the substrate is desired. Further, since this element is a two-terminal element, it is difficult to form a logic gate, and thus the application range is limited.
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、基板表面
に沿って共鳴トンネル現象による電流を流し、しかも第
3の電極によってこの電流をコントロールできる半導体
装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a current due to a resonant tunneling phenomenon is caused to flow along the surface of a substrate and the current can be controlled by the third electrode.
本発明による半導体装置は、半導体基板主面に互いに離
間し、且つ金属性の伝導を示す材料で形成されたソース
・ドレイン領域を有し、このソース・ドレイン領域間の
基板領域には、ソース・ドレイン領域との間にショット
キバリヤによるポテンシャルバリアが設けられてポテン
シャル井戸が形成され、前記基板上に設けられたゲート
電極によりキャリアのエネルギーレベルを制御して前記
ソース・ドレイン領域間に共鳴トンネルによる電流を生
じさせる様にした事を特徴とする。A semiconductor device according to the present invention has source / drain regions formed on a main surface of a semiconductor substrate and spaced apart from each other and formed of a material exhibiting metallic conductivity. The substrate region between the source / drain regions has a source / drain region. A potential barrier is formed between the drain region and the Schottky barrier to form a potential well, and the carrier electrode energy level is controlled by the gate electrode provided on the substrate to cause a current due to a resonance tunnel between the source and drain regions. It is characterized in that it is made to cause.
〔発明の効果〕 本発明によって、基板表面に沿った方向に共鳴トンネル
電流を流すことが可能で、しかも第3の電極によって電
流をコントロールできる三端子の素子が実現できた。そ
の結果高集積化が可能となり、且つ高度な論理機能を最
小の素子数で実現できるようになり、高集積化、高速化
が達成された。[Advantages of the Invention] According to the present invention, a three-terminal element in which a resonant tunneling current can be passed in the direction along the substrate surface and the current can be controlled by the third electrode has been realized. As a result, high integration has become possible, and high-level logic functions can be realized with a minimum number of elements, resulting in high integration and high speed.
以下本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図(a)は本発明の第一の実施例を構造断面図で示
したものである。例えばアクセプタ濃度が1015〜1016cm
-3程度のP型シリコン基板101上に、例えば厚さ1000Å
程度のプラチナシリサイド(ptsi)よりなるソース10
2、ドレイン102′が互に離間して設けられている。ま
た、厚さ100〜300Å程度のゲート絶縁膜(SiO2)103を
介して、チャンネル長L、0.1μm以下、例えば0.05μ
mの電極104が設けてある。このゲート電極は例えば、
N型のポリシリコンを用いる。105,105′はソース・ド
レインを形成するptSi(102,102′)と基板101との界面
で、この部分には、いわゆるショットキー・バリヤと呼
ばれるホールに対するポテンシャルバリヤが形成されて
おり、基板に対して正の電位をソース・ドレインに与え
た場合には、このバリヤが高くなり両者の間に電流は流
れない。そして、表面にはCVDSiO2膜107が設けられ、ソ
ース・ドレイン102,102′にコンタクトホールを介して
バリヤメタル層109,109′,Al配線108,108′が接続され
ている。ここでバリヤメタル層109,109′は例えばTi−
Wの合金などを用い、AlとPtSiの間で合金反応の生じる
のを防いでいる。FIG. 1 (a) is a structural sectional view showing a first embodiment of the present invention. For example, the acceptor concentration is 10 15 -10 16 cm
-For example, a thickness of 1000Å on a P-type silicon substrate 101 of about -3
Source 10 consisting of about platinum silicide (ptsi)
2. The drain 102 'is provided separately from each other. In addition, the channel length L is 0.1 μm or less, for example 0.05 μ, through the gate insulating film (SiO 2 ) 103 having a thickness of about 100 to 300 Å.
m electrodes 104 are provided. This gate electrode is, for example,
N-type polysilicon is used. Reference numerals 105 and 105 'denote interfaces between ptSi (102, 102') forming the source / drain and the substrate 101. In this portion, a potential barrier for holes, which is a so-called Schottky barrier, is formed, which is positive with respect to the substrate. When a potential is applied to the source / drain, this barrier becomes high and no current flows between them. Then, a CVD SiO 2 film 107 is provided on the surface, and barrier metal layers 109 and 109 ′ and Al wirings 108 and 108 ′ are connected to the source / drain 102 and 102 ′ through contact holes. Here, the barrier metal layers 109 and 109 'are made of, for example, Ti-
The alloy of W is used to prevent the alloy reaction between Al and PtSi.
この素子のシリコン基板表面に於ける電子のエネルギバ
ンドを模式的に示したのが第1図(b)〜(e)であ
る。即ち、ソース(102)とドレイン(102)を略同電位
にし、ゲート(104)に正電位を与えた場合の様子を示
してしたのが(b)〜(d)であり、(e)はドレイン
にソースより充分高い電位を与えた場合を示す。第1図
(b)は、ゲート電圧VGがフラットバンド電圧に等しい
場合の状態である。102b,102bはソース・ドレインのフ
ェルミレベルであり、106bはシリコン表面領域106のフ
ェルミレベルを示している。また106b′,106b″はそれ
ぞれシリコン表面領域106の伝導帯の底のレベル及び低
電子帯の一番上のレベルに表している。The energy bands of the electrons on the surface of the silicon substrate of this device are schematically shown in FIGS. 1 (b) to (e). That is, the state where the source (102) and the drain (102) are set to substantially the same potential and the gate (104) is given a positive potential is shown in (b) to (d), and (e) is The case where a potential sufficiently higher than that of the source is applied to the drain is shown. FIG. 1 (b) shows a state where the gate voltage V G is equal to the flat band voltage. 102b and 102b are the Fermi levels of the source / drain, and 106b is the Fermi level of the silicon surface region 106. Also, 106b 'and 106b "are shown at the bottom level of the conduction band and the top level of the low electron band of the silicon surface region 106, respectively.
第1図(c)は、ゲート電圧を、通常のMOSFETの閾値V
THに等しくした場合を示している。通常のMOSFETとは第
1図(a)でソース・ドレイン部がPsSiではなく、N型
のシリコンで形成されたデバイスのことを意味する。本
素子ではVG=VTHにしてもソース・ドレイン間に電流は
流れない。その理由を次に説明する。FIG. 1 (c) shows the gate voltage as a threshold value V of a normal MOSFET.
It shows the case where it is equal to TH . A normal MOSFET means a device in which the source / drain portions are formed of N-type silicon instead of PsSi in FIG. 1 (a). In this device, no current flows between the source and drain even if V G = V TH . The reason will be described below.
チャネル領域106はソース・ドレイン領域(102,102′)
から、PtSiとSiの界面105,105′に形成されたポテンシ
ャル・バリヤ(ショットキ・バリヤ)105c,105′cによ
って隔てられている。また、このポテンシャル・バリヤ
間の距離Lが、0.1μm以下であるため、領域106に於け
る電子の準位は、同図CにE1,E2……と示した様に離散
的になっている。The channel region 106 is the source / drain region (102,102 ')
Are separated by potential barriers (Schottky barriers) 105c, 105'c formed at the interfaces 105, 105 'of PtSi and Si. Further, since the distance L between the potential barrier is 0.1 μm or less, the electron levels in the region 106 are discrete as shown by E 1 , E 2 in FIG. ing.
井戸の底から測った各準位の位置Egは、チャネル長Lに
よって変わり、近似計算によればL=0.05μmでのE1の
位置Eg1は1.1meVである。下表はその他の例を示す。The position Eg of each level measured from the bottom of the well changes depending on the channel length L, and the approximate calculation shows that the position Eg 1 of E 1 at L = 0.05 μm is 1.1 meV. The following table shows other examples.
以上の理由でVG=VTHとしても、一番下の電子のエネル
ギーレベルE1は、ソースのフェルミレベル102Cよりも上
にあり電子が注入されないのである。従って、ソース・
ドレイン間に電流は流れない。第1図(d)は、VG>V
THの状態で、いわゆるディーブ・デブレッションの状態
に相当している。この図では、VG=VG1と丁度E1とソー
スのフェルミレベル102dが一致した状態を示している。
この時、ソースに対してドレインに僅かに正の電圧(VD
VS)を加えておけば、ソースからドレインに向って共
鳴トンネル現象による電流が流れる。ドレイン電圧が、
ソースよりも十分高ければ、第1図(e)の如くにな
り、先述VG1より低いゲート電圧でソースの電子レベル1
02eをE1と一致させ共鳴トンネル電流を流すことができ
る。 For the above reason, even if V G = V TH , the energy level E 1 of the electron at the bottom is higher than the Fermi level 102C of the source, and no electron is injected. Therefore, the source
No current flows between the drains. Figure 1 (d) shows V G > V
In the TH state, it is equivalent to the so-called diving deblation state. In this figure, V G = V G1 , exactly E 1, and the Fermi level 102d of the source coincide with each other.
At this time, a slightly positive voltage (V D
If V S ) is added, a current due to the resonance tunnel phenomenon flows from the source to the drain. Drain voltage is
If it is sufficiently higher than the source, it becomes as shown in Fig. 1 (e), and the electron level 1 of the source is lower than the gate voltage lower than V G1.
Resonant tunneling current can be made to flow by matching 02e with E 1 .
この様な素子の電流電圧特性を第2図に示す。The current-voltage characteristics of such an element are shown in FIG.
第2図の特性が従来の素子の特性第9図と大きく異なる
のは次の点である。つまり、従来の素子は2端子素子で
あり、その2つの端子間に加える電圧に対し負性抵抗を
示したのであるが、本発明による素子では、第3図の電
極であるゲート電極に加える電圧により、ソース・ドレ
イン間に流れる電流を制御しており、その相互コンダク
タンスgm=(∂ID/∂VG)に負の領域が現われている点
である。The characteristics of FIG. 2 are largely different from those of the conventional element shown in FIG. 9 in the following points. That is, the conventional element is a two-terminal element and exhibits a negative resistance with respect to the voltage applied between the two terminals. However, in the element according to the present invention, the voltage applied to the gate electrode which is the electrode of FIG. The current flowing between the source and the drain is controlled by, and a negative region appears in the mutual conductance gm = (∂I D / ∂V G ).
第3図に、第1図(a)に示した素子の製造方法の一例
を示す。まず、第3図(a)のようにシリコン基板301
上にゲート酸化膜302を介して所定の形状に加工された
ゲート電極303を形成する。このゲート電極にはたとえ
ばりんを高濃度(1020〜1021cm-3)にドープしたポリシ
リコンを用いる。またゲート電極の幅、即ちLは、たと
えば500Å程度つまり0.1μm以下にする。次いで第3図
(b)に示したように、850℃のウェット酸素雰囲気で
酸化を行うと、シリコン基板301表面の不純物濃度の比
較的低い領域に200〜300Åの酸化膜304を成長させる間
に、リンを高濃度に含むポリシリコン303表面には1000
〜1500Åの厚い酸化膜305が成長する。ついで全面を例
えば希HF溶液等によって酸化膜を300〜400Åエッチング
すると、ポリシリコン303の表面のみ酸化膜305′で覆わ
れた構造が得られる(同図(c))、次に、全面に例え
ばPt(プラチナ)を500Å蒸着し、550℃で15分程度アニ
ールすると、シリコン表面が露出している部分306,30
6′にのみPtSi 307,307′が〜1000Å程度形成される。
そして例えば王水によって、未反応のPtを除去してやる
と第3図(d)の構造が得られる。これにCVDSiO2(10
7)、TiW層(109)、Al(108)等を順次形成していく
と、第1図(a)に示した本発明の素子が完成する。FIG. 3 shows an example of a method for manufacturing the element shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate 301
A gate electrode 303 processed into a predetermined shape is formed on the gate oxide film 302. For this gate electrode, for example, polysilicon heavily doped with phosphorus (10 20 to 10 21 cm −3 ) is used. The width of the gate electrode, that is, L is, for example, about 500Å, that is, 0.1 μm or less. Next, as shown in FIG. 3 (b), when oxidation is performed in a wet oxygen atmosphere at 850 ° C., while the oxide film 304 of 200 to 300 Å is grown in the region where the impurity concentration on the surface of the silicon substrate 301 is relatively low. , Polysilicon 303 containing a high concentration of phosphorus has 1000 on the surface.
A thick oxide film 305 of ~ 1500Å grows. Then, the entire surface is etched with a dilute HF solution or the like to etch the oxide film by 300 to 400 Å to obtain a structure in which only the surface of the polysilicon 303 is covered with the oxide film 305 '(FIG. 7C). When Pt (platinum) is vapor-deposited at 500Å and annealed at 550 ℃ for about 15 minutes, the exposed silicon surface 306,30
Approximately 1000 Å of PtSi 307, 307 'is formed only on 6'.
Then, if unreacted Pt is removed with, for example, aqua regia, the structure of FIG. 3 (d) is obtained. CVD SiO 2 (10
7), TiW layer (109), Al (108), etc. are sequentially formed to complete the device of the present invention shown in FIG. 1 (a).
第3図eは、この素子の平面図を示す。図中斜線領域は
PtSiのソース・ドレイン領域を示す。また、308はフィ
ールド領域、309はコンタクトホール部を示す。ただし
この図にはAl配線は示されていない。FIG. 3e shows a plan view of this device. The shaded area in the figure
The source / drain regions of PtSi are shown. Further, 308 is a field region, and 309 is a contact hole portion. However, Al wiring is not shown in this figure.
上記例ではPtシリサイドのソース・ドレインについての
み説明したが、この材料に限る必要はなく、他のいかな
るシリサイドでもあるいは金属薄膜でも、ここは示した
ようなショットキ・バリヤを形成する材料なら何を用い
てもよいことはいうまでもない。In the above example, only the source / drain of Pt silicide was explained, but it is not limited to this material, and any other silicide or metal thin film can be used as long as it is a material that forms the Schottky barrier as shown here. It goes without saying that it is okay.
第4図に本発明の第2の実施例とその製法の一例を示
す。同図(a)は第3図の実施例と同様の工程によって
ポリシリコンゲート電極表面にSiO2膜405を例えば200〜
300Å形成した状態を示している。次に、シリコン表面
をRIEによって異方性エッチングして、第4図(b)の
様にソース・ドレイン領域に溝406,406′を形成する。
そして第3図の一例と同様の方法によってPt407,407′
をシリコン表面の露出した部分にのみ形成しソース・ド
レインとする。このときPtSiの厚さを1500〜2000Åとな
るようにすると、PtsiとSiの界面408,408′は元のシリ
コン表面より700〜1000位内部に入った位置にくるた
め、シリコン溝部(406,406′)の側壁部406b,406b′で
はPtSiとSiの界面409,409′はゲート電極403の下にまで
侵入した形になる。この構造は第1図(a)の構造にく
らべて次に述べる利点を有する。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention and an example of its manufacturing method. In the same figure (a), the SiO 2 film 405 is formed on the surface of the polysilicon gate electrode by, for example, 200 to 200 by the same process as the embodiment of FIG.
300Å Shows the formed state. Next, the silicon surface is anisotropically etched by RIE to form trenches 406 and 406 'in the source / drain regions as shown in FIG. 4 (b).
Then, by the same method as the example of FIG.
Are formed only on the exposed portion of the silicon surface to serve as the source / drain. At this time, if the thickness of PtSi is set to 1500 to 2000Å, the interface 408, 408 'between Ptsi and Si comes to the position 700 to 1000 inward from the original silicon surface, so that the side wall of the silicon groove (406, 406'). In the portions 406b and 406b ′, the interfaces 409 and 409 ′ between PtSi and Si are formed so as to penetrate under the gate electrode 403. This structure has the following advantages over the structure shown in FIG.
つまり第1図(a)の構造ではゲート電極104のエッヂ
がPtSi102,102′のエッヂより離れているため第1図
(c)のポテンシャルバリヤ105c,105c′の幅が大きく
なり共鳴トンネル現象による電流値が減少するという問
題があったが、第4図(c)の構造ではこれが解決さ
れ、十分大きな共鳴トンネル電流が得られるようになっ
た。That is, in the structure of FIG. 1 (a), the edge of the gate electrode 104 is separated from the edge of PtSi 102, 102 ', so that the width of the potential barriers 105c, 105c' of FIG. There was a problem that the value decreased, but this was solved in the structure of FIG. 4 (c), and a sufficiently large resonance tunnel current was obtained.
本実施例でのSi基板のエッチングはRIEを用いて垂直に
エッチングする場合についてのみ述べたが、これはテー
パー角をもってエッチングしてもよい。また等方エッチ
ングを用いてもよいことはいうまでもない。The etching of the Si substrate in this embodiment is described only for the case of vertically etching using RIE, but this may be etched with a taper angle. Needless to say, isotropic etching may be used.
さて、この様な素子は、非常に広範な新しい応用が可能
である。その一例を第5図に示す。第5図(a)は本発
明の素子を略記号で示したものであり、同図(b)は、
負荷抵抗と組合わせた回路を示している。第5図(b)
の回路のA点に、入力として第5図(c)の様な、VG1
のバイアス電圧に対し周波数fの交流信号を入れると、
B点に出てくる出力波形は第5図(d)の様になる。出
力波形は、周波数が2fになっていることが分る。つまり
第6図(b)の回路は、たった1つの能動素子しか用い
られていないにもかかわらず、周波数逓倍という、高度
な機能を持った回路となっている。Now, such a device has a very wide range of new applications. An example thereof is shown in FIG. FIG. 5 (a) shows the element of the present invention in abbreviated symbols, and FIG. 5 (b) shows
A circuit combined with a load resistor is shown. Fig. 5 (b)
As shown in Fig. 5 (c), V G1 is input to point A of the circuit
If an AC signal of frequency f is applied to the bias voltage of
The output waveform appearing at point B is as shown in FIG. 5 (d). It can be seen that the output waveform has a frequency of 2f. That is, the circuit of FIG. 6 (b) is a circuit having an advanced function of frequency multiplication, although only one active element is used.
ここで、先述した様に、E1のレベルはドレイン電圧の影
響を受ける。第6図は、VDがソース電位に略等しい場合
(VDVS)、VDがソースよりも充分大きな場合(VD>
VS)の夫々VG−Id特性を示したものである。Here, as described above, the level of E 1 is affected by the drain voltage. FIG. 6 shows that when V D is substantially equal to the source potential (V D V S ), when V D is sufficiently larger than the source (V D >
V S − ) shows the respective V G −I d characteristics.
第6図を用いて第5図の回路の動作について説明する。
先ず最初に入力端子AがLow、出力端子BがHighであっ
たとする。端子Aの電位が徐々に上昇し、VD>VSにおけ
るE1の共鳴トンネルを起すVG1に近づくと電流が流れ、
出力端子Bの電位は低下し始める。そして、更にゲート
電圧が上昇してVDVSにおける共鳴トンネルを起すゲー
ト電圧VG1に等しくなると出力Bは最も低いレベル即ちL
owに到る。次にAの電位がVG1より更に上昇しVGVG1″
となると、再び電流が減少して出力BがHighとなる。後
はこれと正逆の動作が周期的に繰り返されるため第5図
(c)(d)に示した様な周波数逓倍が行なわれる。The operation of the circuit shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.
First, it is assumed that the input terminal A is Low and the output terminal B is High. When the potential of the terminal A gradually rises and approaches V G1 which causes a resonant tunnel of E 1 when V D > V S , a current flows,
The potential of the output terminal B starts to drop. When the gate voltage further rises and becomes equal to the gate voltage V G1 which causes a resonance tunnel in V D V S , the output B is at the lowest level, that is, L.
reach ow. Next, the potential of A rises higher than V G1 and V G V G1 ″
Then, the current decreases again and the output B becomes High. After that, since the forward and reverse operations are periodically repeated, frequency multiplication as shown in FIGS. 5C and 5D is performed.
第7図は本発明の素子の別の一応用例を示している。つ
まり、本素子のゲート電極(第1図(a),104)をフロ
ーティングゲート601とし、フローティングゲート容量
的に結びついている2つのコントロールゲート602,603
を持った素子(第7図a)を用い、負荷抵抗を1つつけ
た回路である(第7図b)。ここで2つのコントロール
ゲート602,603は同じ大きさの容量結合係数でフローテ
ィングゲート601と結びついている。第6図(c)は、
同図(b)の回路の出力電圧をフローティングゲートの
電位VFの関数として示したものである。ここでVG1は第
2図に示した、共鳴トンネル電流の丁度ピークを与える
ゲート電圧に等しい。FIG. 7 shows another application example of the device of the present invention. That is, the gate electrode (FIG. 1 (a), 104) of this device is used as the floating gate 601, and two control gates 602, 603 are connected in terms of the floating gate capacitance.
This is a circuit with one load resistance (Fig. 7b) using an element (Fig. 7a) having a. Here, the two control gates 602 and 603 are connected to the floating gate 601 with the same capacitive coupling coefficient. FIG. 6 (c) shows
The output voltage of the circuit of FIG. 6B is shown as a function of the floating gate potential V F. Here, V G1 is equal to the gate voltage which gives the peak of the resonant tunneling current shown in FIG.
今、A,B2端子に入る入力電圧VA,VBがハイレベル(H)
と、ロウレベル(L)の2つのレベルをとるとする。ど
ちらか一方のみHのときVF=VG1となる様に素子を設計
しておくと、 VA=VB=Hの場合はVF>VG1となり、VA=VB=Lのとき
はVF<VG1となり、いずれの場合もVCはHとすることが
出来る。第7図(d)はVA,VBとVCの関係を示したもの
で、VCはVAとVBの排他的論理和をとった結果になってい
る。Now, the input voltage V A , V B entering the A, B2 terminals is high level (H)
And low level (L). If the device is designed so that V F = V G1 when only one of them is H, then V F > V G1 when V A = V B = H and when V A = V B = L V F <V G1 , and in either case V C can be H. Figure 7 (d) shows shows a relationship between V A, V B and V C, V C is in a result of taking an exclusive OR of V A and V B.
これまで、排他的論理和をMOSやバイポーラ素子で形成
しようと思えば最低7〜8ヶもの能動素子を必要とした
が、本発明の素子を用いれば、たった1つでこの様な高
度な論理機能を実現することができた。Up to now, at least 7 to 8 active elements were required to form an exclusive OR with a MOS or bipolar element, but with the element of the present invention, only one such advanced logic is required. I was able to realize the function.
また、本素子は、基本的な構造はMOSFETと良く似てお
り、共鳴トンネル電流を半導体の表面方向に流す構造と
なっているため回路のレイアウトが簡単であり、余分な
引出し配線が不必要であるなど高集積化に極めて有利な
特質を有している。それだけでなく、従来数多くの素子
を必要とした回路が、少数の素子で実現できるため、消
費電力が少なくなり、しかも素子間を結びつける配線の
数も減るため配線での遅延を少なくし回路の高速化が実
現できる。In addition, the basic structure of this device is very similar to that of MOSFET, and the structure is such that the resonant tunneling current flows in the surface direction of the semiconductor, so the circuit layout is simple and no extra lead wiring is required. It has characteristics that are extremely advantageous for high integration. Not only that, a circuit that previously required a large number of elements can be realized with a small number of elements, so power consumption is reduced, and since the number of wires that connect the elements is also reduced, delays in wiring are reduced and circuit speed is increased. Can be realized.
また、本素子はシリコン基板上で形成できるため、同一
基板上に形成したSiMOS/LSIと組合せ、より高度な機能
をもった回路を実現することもできる。Further, since this element can be formed on a silicon substrate, it can be combined with a SiMOS / LSI formed on the same substrate to realize a circuit having more advanced functions.
以上に述べた実施例はP型基板を用いた構造についての
み述べたが、もちろんN型基板を用いてもよい。またP
型の不純物濃度も実施例に示した範囲以外のものを用い
てもよいことは言うまでもない。また、基板表面に基板
と同導電型、又は逆導電型の不純物をチャネルドープし
てもよい。また、ゲートの電極材料はポリシリコンの場
合についてのみ述べたが、いずれの実施例に於いても、
メタルやシリサイドなどの材料を用いても、もちろん構
わない。またショットキバリヤを作る材料としてPtSiを
例にあげたが、Pt,Pd,Ni,Mo,W,Nb,Ta,Ti等の金属膜や、
これらのシリサイドを用いてもよい。AlxGa1-xAs、ある
いはInSb他その他の化合物半導体基板を用いて同様の構
造をつくってもよい。さらにMIS構造(金属−絶縁膜−
半導体)以外のゲート電極構造を採用してもよい。すな
わち、金属又はシリサイドを直接半導体基板上に設ける
ショットキーゲートの構造をとってもよい。In the above-mentioned embodiments, only the structure using the P-type substrate is described, but of course, the N-type substrate may be used. Also P
Needless to say, the impurity concentration of the mold may be out of the range shown in the embodiment. Further, the surface of the substrate may be channel-doped with impurities of the same conductivity type or the opposite conductivity type of the substrate. Further, although the electrode material of the gate is described only in the case of polysilicon, in any of the embodiments,
Of course, a material such as metal or silicide may be used. Although PtSi has been taken as an example of the material for forming the Schottky barrier, metal films such as Pt, Pd, Ni, Mo, W, Nb, Ta, and Ti,
You may use these silicides. A similar structure may be formed by using AlxGa 1-x As, InSb, or another compound semiconductor substrate. Furthermore, MIS structure (metal-insulating film-
A gate electrode structure other than a semiconductor) may be adopted. That is, a Schottky gate structure in which a metal or a silicide is directly provided on the semiconductor substrate may be adopted.
第1図は本発明の実施例を示す図、第2図はその動作特
性図、第3図は製法例を示す図、第4図はその他の実施
例と製法例を示す図、第5図は応用例を示す図、第6図
はその特性図、第7図は他の応用例を示す図、第8図は
従来例の図、第9図はその特性図である。 図に於いて、 101,301,401…P型半導体基板 102,102′,307,307′,407,407′…Ptシリサイド領域FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation characteristic diagram thereof, FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing method example, FIG. 4 is a diagram showing another embodiment and a manufacturing method example, and FIG. Shows an application example, FIG. 6 shows a characteristic diagram thereof, FIG. 7 shows another application example, FIG. 8 shows a conventional example, and FIG. 9 shows its characteristic diagram. In the figure, 101,301,401 ... P-type semiconductor substrate 102,102 ', 307,307', 407,407 '... Pt silicide region
Claims (3)
ドレイン領域を有し、このソース・ドレイン領域間の基
板領域には、ソース・ドレイン領域との間にポテンシャ
ルバリアが設けられてポテンシャル井戸が形成され、前
記基板上に設けられたゲート電極によりキャリアのエネ
ルギーレベルを制御して前記ソース・ドレイン領域間に
共鳴トンネルによる電流を生じさせる様にし、前記ソー
ス・ドレイン領域が金属性伝導を示す材料で形成され、
且つ、前記材料と基板領域間にはショットキーバリヤに
よるポテンシャルバリヤが形成されるように構成された
ことを特徴とする半導体装置。1. Sources spaced apart from each other on a main surface of a semiconductor substrate.
In the substrate region between the source and drain regions, a potential barrier is provided between the source and drain regions to form a potential well, and a potential well is formed in the substrate region between the source and drain regions. An energy level is controlled to generate a current due to a resonance tunnel between the source / drain regions, and the source / drain regions are formed of a material exhibiting metallic conduction,
Further, the semiconductor device is characterized in that a potential barrier by a Schottky barrier is formed between the material and the substrate region.
μm以下であることを特徴とする前記特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置。2. The shortest distance between the source and drain is 0.1.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a thickness of not more than μm.
前記ゲート電極下の領域にて、前記ゲート電極と一部重
なって形成されていることを特徴とする前記特許請求の
範囲第1項又は第2項記載の半導体装置。3. The material forming the source / drain is
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed so as to partially overlap with the gate electrode in a region below the gate electrode.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61080057A JPH0763095B2 (en) | 1986-04-09 | 1986-04-09 | Semiconductor device |
| US08/681,570 US5834793A (en) | 1985-12-27 | 1996-07-23 | Semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61080057A JPH0763095B2 (en) | 1986-04-09 | 1986-04-09 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62238667A JPS62238667A (en) | 1987-10-19 |
| JPH0763095B2 true JPH0763095B2 (en) | 1995-07-05 |
Family
ID=13707604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61080057A Expired - Fee Related JPH0763095B2 (en) | 1985-12-27 | 1986-04-09 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0763095B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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| WO2007060641A1 (en) * | 2005-11-28 | 2007-05-31 | Nxp B.V. | Method of fabricating self aligned schottky junctions for semiconductors devices |
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1986
- 1986-04-09 JP JP61080057A patent/JPH0763095B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62238667A (en) | 1987-10-19 |
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