(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化シリコン層を通して制御可能および調節可能な伝導経路を有し、フローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭを製造する方法であって、該ＥＥＰＲＯＭの構造は、２つのシリコンプレート（１、２）間に形成された前記酸化シリコン層（３）を含み、前記シリコンプレート（１、２）の一方は、フローティングゲートであり、かつ前記シリコンプレート（１、２）は、前記酸化シリコン層（３）の周りに張り出し、実質的に矩形の断面形状を有するアンダーカット（５）を画定し、前記方法は、下記：
前記シリコンプレート（１、２）の表面を化学的に変化させ、前記アンダーカット（５）において、該表面の残部における官能基とは異なりかつ−Ｈ、−ＯＨ、−Ａｕ、−ＮＨnＲ(2-n)（ここで、Ｒは低級アルキルであり、ｎ＝０、１、２である）を含む群から選択される官能基（６、７）を設ける工程と、
前記アンダーカット（５）に設けられた前記官能基（６、７）を、レドックス中心を有し、前記アンダーカット（５）の高さに実質的に等しい分子長を有しかつ式Ｒ1−Ｙ−Ｒ1（式中、Ｙは下記式：
【化１】
0004332328.tif 000003
を有するレドックス中心であり、Ｒ1は−ＣＨ2−（ＣＨＲ2）n’−Ｒ3鎖（式中、ｎ’＝６〜８、Ｒ2はＨまたはＣ1〜Ｃ6アルキル基、Ｚ-は一価の陰イオンであり、Ｒ3は、−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｘ（ここで、ＸはＳＨまたは−ＳｉＨ2Ｃｌのいずれかである）、−ＣＨ＝ＣＨ2、−Ｃ≡ＣＨ、およびＣ≡Ｎを含む群から選択される）である）を有する有機分子（８）と、選択的に反応させて、それにより前記有機分子（８）の各末端に共有結合を確立する工程と
を含むフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭの製造方法。
【請求項２】
前記有機分子（８）において、ｎ’＝７であることを特徴とする、請求項１に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭの製造方法。
【請求項３】
前記有機分子（８）において、Ｒ2＝Ｈであり、Ｚ-＝Ｂｒ-、Ｃｌ-、Ｆ-、Ｉ-またはＰＦ6-であり、Ｒ3＝−ＣＨ＝ＣＨ2、−Ｃ≡ＣＨまたは−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳｉＨ2Ｃｌであることを特徴とする、請求項２に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭの製造方法。
【請求項４】
前記有機分子（８）において、ｎ’＝７であり、Ｒ2＝Ｈであり、Ｚ-＝Ｂｒ-であり、Ｒ3＝−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳｉＨ2Ｃｌまたは−ＣＨ＝ＣＨ2または−Ｃ≡ＣＨであることを特徴とする、請求項３に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭの製造方法。
【請求項５】
前記アンダーカット（５）における前記シリコンプレート（１、２）の表面が化学的に変化され、−Ｈ官能基（６、７）を有し、前記アンダーカットの外側の前記表面が−ＯＨ官能基を有し、ここで前記有機分子（８）においてＲ3は、−ＣＨ＝ＣＨ2または−Ｃ≡ＣＨであり、前記方法は、下記：
ａ）前もって従来型のプラズマエッチングおよびＨＦ水溶液を用いて等方性エッチングされた前記シリコンプレート（１、２）の表面を、十分長い時間、高温にて水素に曝露し、−ＯＨ末端すべてを切断し、表面全体を水素化する工程と、
ｂ）前記シリコンプレート（１、２）を異方性スパッタリングして、前記アンダーカットの外側の表面から水素を除去する工程と、
ｃ）前記シリコンプレート（１、２）を空気に曝露する工程と、
ｄ）前記シリコンプレート（１、２）を、前記有機分子（８）の溶液に曝露する工程と
を含む、請求項１に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭの製造方法。
【請求項６】
前記アンダーカット（５）における前記シリコンプレート（１、２）の表面が、化学的に変化され、−ＯＨ官能基（６、７）を有し、前記アンダーカットの外側の前記表面が−Ｈ官能基を有し、ここで前記有機分子（８）においてＲ3は、−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳｉＨ2Ｃｌであり、前記方法は、下記：
ａ）前もって従来型のプラズマエッチングおよびＨＦ水溶液を用いて等方性エッチングされた前記シリコンプレート（１、２）の表面を、単層と同等の厚さの酸化物が得られるまで、高温にて、Ｏ2下で酸化を施す工程と、
ｂ）前記シリコンプレート（１、２）を異方性スパッタリングして、前記アンダーカットの外側の表面から酸素を除去する工程と、
ｃ）前記シリコンプレート（１、２）を、十分長い時間、高温にて水素に曝露し、前記アンダーカットの外側の表面にて水素末端を形成し、かつ前記アンダーカット領域の表面にヒドロキシル末端を形成する工程と、
ｄ）前記シリコンプレート（１、２）を、前記有機分子（８）の溶液に曝露する工程と
を含む、請求項１に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭの製造方法。
【請求項７】
酸化シリコン層を通して制御可能および調節可能な伝導経路を有し、２つのシリコンプレート（１、２）間に形成された前記酸化シリコン層（３）を含み、フローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭであって、
前記シリコンプレート（１、２）の一方は、フローティングゲートであり、かつ前記シリコンプレート（１、２）は、前記酸化シリコン層（３）の周りに張り出し、実質的に矩形の断面形状および所定の高さを有するアンダーカット（５）を画定し、
レドックス中心を有し、前記アンダーカット（５）の高さに実質的に等しい分子長を有しかつ式Ｒ1−Ｙ−Ｒ1（式中、Ｙは下記式：
【化２】
0004332328.tif 000004
を有するレドックス中心であり、Ｒ1は−ＣＨ2−（ＣＨＲ2）n’−Ｒ3鎖（式中、ｎ’＝６〜８、Ｒ2はＨまたはＣ1〜Ｃ6アルキル基、Ｚ-は一価の陰イオンであり、Ｒ3は、−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｘ（ここで、ＸはＳＨまたは−ＳｉＨ2Ｃｌのいずれかである）、−ＣＨ＝ＣＨ2、−Ｃ≡ＣＨ、およびＣ≡Ｎを含む群から選択される）である）を有する有機分子（８）が、前記アンダーカット（５）内に設けられ、前記有機分子（８）は、前記アンダーカット（５）の前記対向する両表面に設けられかつ−Ｈ、−ＯＨ、−Ａｕ、−ＮＨnＲ(2-n)（ここで、Ｒは低級アルキルであり、ｎ＝０、１、２である）を含む群から選択される官能基（６、７）との共有結合によって前記対向する両表面に固定されていることを特徴とするフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭ。
【請求項８】
前記有機分子（８）において、ｎ’＝７であり、Ｒ2＝Ｈであり、Ｚ-＝Ｂｒ-、Ｃｌ-、Ｆ-、Ｉ-またはＰＦ6-であり、Ｒ3'＝−ＣＨ2＝ＣＨ2−、−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｓｉ−または−ＣＨ＝ＣＨ−であることを特徴とする、請求項７に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭ。
【請求項９】
前記有機分子（８）において、ｎ’＝７であり、Ｒ2＝Ｈであり、Ｚ-＝Ｂｒ-であり、Ｒ3'＝−ＣＨ2−ＣＨ2−または−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｓｉ−であることを特徴とする、請求項７に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭ。
【請求項１０】
前記フローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭが、ＦＥＴまたはＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項７に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭ。
【請求項１１】
前記有機分子（８）が、電位を加えられることによってシュミットトリガとして電気的に励起され得る、請求項７に記載のフローティングゲートを有するＥＥＰＲＯＭ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に集積された電子デバイス（device：素子）に関する。より詳細には、本発明は、半導体（たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ））にモノリシックに集積され得る電子デバイスの構造に関する。
【０００２】
本発明はさらに、複数のそのようなトランジスタを備える集積メモリ回路に関する。本発明は、半導体材料に集積されるメモリセルの数を増加させること、およびメモリに格納される情報の質を改善することに向けられる。
【０００３】
本記載は、説明の便宜をはかるためにのみ記憶回路の用途に言及するが、本発明は、電界効果トランジスタを組み込むいずれの種類の集積回路にも適用することが可能である。
【０００４】
周知のように、半導体集積デバイスを製造するための今日の技術は、個々の電子デバイスに要される回路領域の大幅な低減をもたらしてきているが、これは、ほとんどの電子回路の基本ブロック（basic block）を構成しているＦＥＴ活性領域のサイズを革新的に低減することによってなされている。サブミクロンサイズ（たとえば０．１８ミクロン）のトランジスタが現在入手可能であり、この縮小傾向は、集積プロセス（integration process）をもって終わりとなる兆候は見られない。
【０００５】
あらゆるタイプの半導体回路は、高集積（intensified integration）から利益を得ており、不揮発性メモリセル（たとえば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュＥＥＰＲＯＭセル）を集積した集積メモリ回路は特にそうである。
【０００６】
フローティングゲートトランジスタからなる不揮発性メモリは、基本的に２つのタイプからなる。第１のタイプは、ＥＰＲＯＭに代表されるものであり、電気的にプログラムされ、任意選択的に消去することができる。
【０００７】
第２のタイプは、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュＥＥＰＲＯＭに代表されるものであり、格納された情報を、書込および消去の双方について電気的に修正することができる。
【０００８】
いずれのタイプの場合も、情報は、トランジスタのフローティングゲートに格納される電荷の形態でメモリに記録される。
【０００９】
いかなるメモリセルの状態、またはセルを含むフローティングゲートトランジスタの状態が、トンネル効果により酸化シリコンの薄層を通して電子を流出させることによって変更され得るＥＥＰＲＯＭを、本発明では特に考慮する。
【００１０】
【従来の技術】
ＥＥＰＲＯＭには２つの主要なタイプ、すなわち一方はフローティングゲート領域を形成するために設けられる単一のポリシリコンレベル（polisilicon level）を有するタイプ、もう一方はコントロールゲート領域を形成するためにも設けられる２つの別個のポリシリコンレベルを有するタイプがあることは、当業者には周知である。しかしながら、本発明ではこの区別は問題としない。
【００１１】
個々の不揮発性ＥＥＰＲＯＭセルは、ドレイン領域およびソース領域を有するＦＥＴまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタを含む。これらの領域は、半導体基板に集積され、チャネル領域として知られる基板部分によって互いと絶縁している。フローティングゲート領域は、この基板の上に形成され、トンネル酸化物（tunnel oxide）として知られる誘電酸化物の薄層によって基板から分離される。
【００１２】
フローティングゲートトランジスタの伝導チャネルが飽和状態にされると、ホットキャリア（チャネルがＮ型からなる場合、電子からなっている）の攪拌（agitation）により、ホットキャリアが、伝導チャネルおよびフローティングゲートの間のトンネル酸化物により形成された障壁を越えて流出するのに十分なエネルギーが放出される。したがって、このホットキャリアは、フローティングゲート内に捉えられることになる。
【００１３】
プログラム電圧（program voltage）が十分に高い場合、フローティングゲート内に捉えられた電子は、電子が攪拌し続けられるとはいえ、フローティングゲートを出ることが不可能であろう。しかしながら、この攪拌により、電子がフローティングゲートから出るには不十分であるエネルギーが生じる。この結果、これらの電子は、電界を有する伝導チャネルを遮断する。
【００１４】
セルを消去するために、フローティングゲートトランジスタのドレインおよびソースは高電圧を印加され、フローティングゲートは電位０に保持される。このような状況下で、強力な逆電界（powerful reverse electric field）がトランジスタ内に形成され、この逆電界により、捉えられたキャリアをドレイン電極またはソース電極に向かって移動させる。
【００１５】
上記から、高集積の目的のため、これらのメモリセルのサイズのいかなる低減も、フローティングゲートトランジスタのフローティングゲートと伝導チャネルとの間の結合表面を縮小することにより効果的に行われることが理解されるはずである。結合表面のこのような縮小は、トランジスタのチャネルによる伝導についての状態を強く変えるので、トンネル酸化物の厚さもまた８０オングストローム（１オングストローム＝０．１ｎｍ）未満まで下げられて低減されなければならない。
【００１６】
ここで、この厚さ寸法の低減が非常に困難である２つの理由がある。一方では、欠陥密度（fault density）が強制的に増加し、製品受容度（the rate of product acceptance）が減少するためである。他方では、フローティングゲート内の電荷（すなわち電子）の滞留が減少するためである。
【００１７】
実際に、電子の攪拌により、電子は、厚いゲート酸化物によって形成された障壁を少なくともある程度越えて流出する。したがって、メモリ位置（memory location）内に格納された情報は次第に消える。これは現時点では、実質的に１０年間を過ぎると消えることが推定されている。より薄いトンネル酸化物が提供されるならば、この滞留時間は、大いに短縮されるであろう。
【００１８】
トンネル酸化物の薄層の寸法を低減するために、電子を移動させ、かつフローティングゲート領域内に捉えるようにするいくつかの他の方法が考えられるべきである。
【００１９】
簡潔に言えば、薄いトンネル酸化物層の主要な誘電機能を維持し、いくつかの他の移動機構（migrating mechanism）を採用し、それによって、電子が、誘電酸化物の障壁を越えるというより、いくつかの他の伝導経路に沿って流出するであろうことが考えられ得る。
【００２０】
たとえば、D.I.Gittins et al.,Nature,11.02.2000,vol. 408,ページ67〜69により指摘されているように、レドックス中心（酸化還元中心）、（すなわち酸化数（ひいては電子構造）が可逆的に変更され得る化学種）を含有する有機分子が存在する。これらの分子は、いわゆる共鳴トンネルを支持し、電気接点間に分子層が提供されると有望に役目を果たす。しかしながら、より複雑な構造に対するこれらの集積化（integration）には、依然としていくつかの問題が挙げられる。
【００２１】
典型的なこのような分子としては、中心に位置する可逆的還元性ビピリジニウム基を含有する化合物（例えば、Ｎ，Ｎ−ジ−（１０−メルカプトデシル）−４，４’−ビピリジニウムジブロミド）が挙げられる。
【００２２】
これらの化合物は通常、電気測定の目的で使用される金電極に結合するように、チオール基末端処理（terminate）が施されている。
【００２３】
１分子長（およそ３ｎｍ）離間した平行プレートの形態で金電極を提供することは非常に困難であるので、上記の分子は、分子の一端を１つの電極に結合し、他端を、電気プローブモードで作動された走査トンネル顕微鏡の接点として用いられる金ナノ粒子（測定すると直径約６ｎｍである）に結合することによって試験される。
【００２４】
上記に概説した構成は、分子の電気的特性の決定ならびに伝導機構および経路（トンネル、共鳴トンネルなど）の制御に関する限りでは有用であるが、シリコン集積回路とは適合性がない。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底にある課題は、有機分子が従来のシリコンベースの超小型電子構造と結合され荷電粒子のキャリアとして機能することができるハイブリッド構造を提供することによって、この不適合性をなくすことである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する目的にあたり、まず上記分子を受け取るのに適した従来の超小型電子構造を探した。ほとんどすべての集積電子回路の基本構成要素、すなわちＭＯＳまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタがこの要件を満たすことが見出された。
【００２７】
図１がその部分拡大図であるＭＯＳトランジスタは、下部シリコン層１および上部シリコン層２からなり、現行の技術を用いて、ゲート酸化物を形成し、約３ｎｍ厚である誘電酸化物層３によって分離されている平行層を有する構造を特徴とする。層１は半導体基板であり、層２は、ポリシリコンであり得る。
【００２８】
図に示すように、ポリシリコン層２が誘電酸化物層３の周りに張り出し(overhang)、それによって基板１と協働してアンダーカットを画定している。
【００２９】
したがって、実質的に矩形の断面形状をしたアンダーカット５は、ポリシリコンの上部層２と基板１との周縁間に形成される。上記の有機分子は、このアンダーカットに適合（fit）し、その高さは、ゲート酸化プロセスによって制御されて、２〜１００オングストロームの間で変えることができると考えられている。層１および２は、これより以下でプレート（plate）と呼ぶこともある。
【００３０】
図２のさらなる拡大図におけるように、これらの分子は、その一端が上部シリコン層２（ポリシリコン）の下表面９に、およびその他端が下部シリコン層１（基板）の上表面１０に固定(anchored)されているものとする。
【００３１】
固定されるようになる分子に関して、上記表面は、分子の末端性基に結合する適切な官能基を含まなくてはならない。
【００３２】
分子の末端性官能基は、アンダーカット５の外側に位置するシリコンプレート表面の官能基と反応するのを妨げられるべきである。さもなければ、これらの分子は、期待されるように、プレートと官能基間の溝を架橋することができないであろう。
【００３３】
したがって、本発明の根底にある課題は、ＭＯＳトランジスタの誘電酸化物を通して電荷の流出（charge flow）を制御かつ調節する方法によって解決される。この方法では、そのトランジスタ構造は、２つのシリコンプレート間に形成された酸化シリコン（ゲート酸化物）層を含み、これらのプレートは、酸化シリコン層の周りに張り出し、実質的に矩形の断面形状および約３ｎｍの高さを有するアンダーカットを画定し、該方法は以下の工程：
上記シリコンプレートの表面を化学的に変化させて、上記アンダーカットにおいて、表面の残部における官能基とは異なる官能基を有させる工程と、
アンダーカットに位置する上記官能基を、可逆的還元性中心を含有し、かつ約３ｎｍの分子長を有する有機分子の各末端に共有結合を確立するように、選択的に反応させる工程
とを含む。
【００３４】
上記有機分子は、式Ｒ1−Ｙ−Ｒ1（式中、Ｙは下記式：
【００３５】
【化３】
0004332328.tif 000002
【００３６】
を有するレドックス中心（酸化還元中心）であり、
Ｒ1は−ＣＨ2−（ＣＨＲ2）n−Ｒ3鎖（式中、ｎ＝６〜８、Ｒ2はＨまたはＣ1〜Ｃ6アルキル基、Ｚ-は一価の陰イオンであり、Ｒ3は、−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｘ（ここで、ＸはＳＨまたは−ＳｉＨ2Ｃｌのいずれかである）、−ＣＨ＝ＣＨ2、−Ｃ≡ＣＨ、およびＣ≡Ｎを含む群から選択される）である）
を有する。
【００３７】
好ましい分子ではｎ＝７であり、より好ましいのは、Ｒ2がＨ、ＺがＢｒ-、Ｃｌ-、Ｆ-、Ｉ-またはＰＦ6-、Ｒ3が−ＣＨ＝ＣＨ2、−Ｃ≡ＣＨ、または−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳｉＨ2Ｃｌである分子である。
【００３８】
ｎ＝７、Ｒ2がＨ、Ｚ-がＢｒ-、Ｒ3が−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳｉＨ2Ｃｌまたは−ＣＨ＝ＣＨ2または−Ｃ≡ＣＨである分子が最も好ましい。
【００３９】
本発明による方法の特徴および利点は、添付の図面を参照するとともに例示的ではあるが限定的にではなく与えられた本発明の実施形態の以下の説明から明らかとなろう。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、ＭＯＳトランジスタの構造は、基本的に、下部層即ちプレート１および上部層即ちプレート２を含み、これらのプレートは、誘電酸化物層３によって分離されている。層１および２は、層３と協働してアンダーカット(undercut)５を画定する。
【００４１】
シリコンプレート１および２の表面は、化学的に変化されて、アンダーカット５にて、−Ｈ、−ＯＨ、−Ａｕ、−ＮＨnＲ(2-n)（ここで、Ｒは低級アルキル基、好ましくはＣ1〜Ｃ4であり、ｎ＝０、１、２である）を含む群から選択される官能基６、７をそれらに提供する。
【００４２】
シリコンプレート１および２の表面における官能基６、７の反応は、上述の種類の有機分子８を有するアンダーカット５を規定するが、それは下記の経路： ２  ≡Ｓｉ−ＯＨ＋［ＣｌＳｉＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2］2Ｙ  →  ≡Ｓｉ−Ｏ−ＳｉＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2−Ｙ−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2−ＣＨ2−ＳｉＨ2−Ｏ−Ｓｉ≡；
２  ≡Ｓｉ−Ｈ＋［ＣＨ2＝ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2］2Ｙ  →  ≡Ｓｉ−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2−Ｙ−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｓｉ≡  ｅ
２  ≡Ｓｉ−Ａｕ＋［ＨＳ−ＣＨ2−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2］2Ｙ  →  ≡Ｓｉ−Ａｕ−Ｓ−ＣＨ2−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2−Ｙ−ＣＨ2−（ＣＨ2）n−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｓ−Ａｕ−Ｓｉ≡
（ここで、≡Ｓｉはプレート１、２の表面におけるシリコンであり、ｎおよびＹは上述の定義と同義である。）
のうちの１つに従って起こる。
【００４３】
第１の反応は、本来は親水性であるガラス表面を疎水性にするために広く行われ、ガラス対象表面の−ＯＨ末端を−ＯＣＨ3基で置換する。このような末端は、ロタキサンにおけるストッパーとして使用されてきた（B. Munn, The New Chemistry, ed. N. Hall(Cambridge University Press, Cambridge), 2000, page 375）。
【００４４】
第２の反応は、短鎖の分子の場合には、外部の活性化（G.P. Lopinski, D.D.M.Wayner,R.A. Wolkow, Nature, 2000, 406, 48）または触媒（F.A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 5th Ed., 1988, Wiley, New York, page 1255）を必要とするが、本発明において使用されるような、少なくとも１０個の炭素原子鎖を有する分子の場合には、自然に起こる。
【００４５】
次に、本発明の方法を実施するのに必要とされるトランジスタ構造を得ることができるプロセス工程を詳細に説明する。
【００４６】
ＭＯＳトランジスタの構造におけるシリコンプレートが、第１のプラズマエッチング工程、それに続くＨＦ水溶液を用いたウェットエッチング工程を含むエッチングシーケンスを受ける場合、シリコン表面は、混合ＳｉＨm（ＯＨ）n-m末端（ここで、ｎ≦３およびｍ≦ｎである）となって、洗浄工程（rinsing step）から出てくることが認められている（M. Niwano, J. Kageyama, K. Kinashi, I. Takahsashi, and N. Miyamoto, J.Appl. Phys.,76,1994, ページ2157）。
【００４７】
所望のように、有機分子をそれ自体シリコン表面に固定(anchor)させるために、シリコン表面における末端が制御される必要がある。
【００４８】
すべてが−ＯＨ型である末端を有する表面を得るために、酸化条件下におけるウェット処理（例えば、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2処理後に水洗浄する）が適用され得る。このプロセスは、シリコン表面を、約単層の厚さの、高度に水酸化された酸化物で被膜させるであろう。
【００４９】
すべてが−Ｈ型である末端を有する表面を得るために、ＨＦ水溶液で処理することによって得られる天然の酸化物は、適度の温度にて、適切に長い時間、水素雰囲気に曝露されてもよい。例えば、３０Ｐａ下で、７００℃にて、２０分間のＨ2への曝露は、１０-2単層未満に酸素量を減少させる（T. Ayoama, K. Goto, T. Yamazaki, and T. Ito, J. Vac. Sci. Technol., A 14, 1996, page 2909）。
【００５０】
１０4秒間の空気への曝露はシリコンの酸化に何ら影響を及ぼさないため、得られた水素末端表面は、比較的安定である（G.F. Cerofolini, M. Camalleri, C. Galati, S. Lorenti, L. Renna, O. Viscuso, G.G. Condorelli, and I.L. Fragala, Appl. Phys. Lett. 79, 2001, page 2378）。
【００５１】
前述したように、有機分子は、個々のシリコンプレート表面の全面ではなく、アンダーカット領域においてそれ自体唯一のアンカー(anchor)であるべきである。したがって、アンダーカット領域だけに、分子に結合するのに適した末端を提供しなくてはならない。
【００５２】
このことを達成するために、等方性ウェットエッチングと組み合わせた異方性陰極スパッタを用いることが考えられている。
【００５３】
アンダーカットを設けられた、上記のＭＯＳトランジスタ構造のシリコン表面は、最初にプラズマエッチングされて、レジストを除去し、次にＨＦ水溶液を用いて等方性ウェットエッチングされる。
【００５４】
この段階にて、種々の手順は、アンダーカットにおいて結合されなくてはならない有機分子の末端性官能基により影響されるように実践されるであろう。
【００５５】
アルケニル基またはアルキニル末端を有する分子の場合には、水素末端が、アンダーカット領域の表面に供給され、トランジスタ構造の残りの表面に酸化末端が提供されるべきである。
【００５６】
この場合、プロセスは、下記：
１）−ＯＨ末端全てを切断し、完全に水素化された表面を生じるために、高温（少なくとも６００℃）、例えば７００℃にて、３０Ｐａ下で、２０分間、全構造を水素に曝露する工程（上記Aoyama et al.を参照）と、
２）異方性スパッタリングにより、アンダーカットの外側の表面から水素を除去する工程と、
３）スパッタリングした領域にてシリコンを、空気に曝露して酸化する工程と、４）トランジスタ構造を、アルケニルまたはアルキニル末端性官能基を有する有機分子の溶液に曝露する工程
とを含む。
【００５７】
他方では、クロロシリル末端性基を有する有機分子を用いる場合、ヒドロキシル末端がアンダーカット領域の表面に提供され、他の表面に水素末端が提供されるべきである。
【００５８】
この場合、プロセスは、下記：
１）単層と同じ酸化物厚さが得られるまで、６００℃より高い温度、例えば８００℃にて、Ｏ2下で酸化する工程と、
２）異方性スッパッタリングにより、アンダーカットの外側の表面から酸素を除去する工程と、
３）少なくとも６００℃の高温にて、水素に曝露する工程（１０-2Ｐａ下にて、７００℃での曝露は、アンダーカットの外側の表面に水素末端を生じ、アンダーカット領域の表面にてシロキサン架橋を切断して、ヒドロキシル末端を形成する（上記Aoyama et al.を参照）と、
４）クロロシリル末端性官能基を有する有機分子の溶液に曝露する工程
とを含む。
【００５９】
概説すると、本発明は、半導体電子デバイス、特にＦＥＴまたはＭＯＳＦＥＴを製造することを教示する。この製造において、有機分子は、導体（conductive material:導電性材料）（単結晶および多結晶シリコン）の２つの平行プレート１、２間に設けられたアンダーカットの２つの対向する表面間にしっかりと固定され、これらのプレートは、誘電酸化物（たとえば、ゲート酸化物またはトンネル酸化物）の層３によって分離されている。有機分子８は、該有機分子８に電位を加えることによってシュミットトリガ(Schmitt trigger)として電気的に励起され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＭＯＳトランジスタの構造の概略図である。
【図２】本発明を具現化した、図１に示す構造の拡大詳細図である。
【図１】
0004332328.tif 000005
【図２】
0004332328.tif 000006