ナノドットの作製方法、並びに浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法
【課題】低温、かつ少ない工程で、ナノドットを作製する方法、並びにこのナノドットを有する浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法の提供。
【解決手段】同軸型真空アーク蒸着源１を用いて、金属材料又は半導体材料から、絶縁層３４中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドット３３を作製する。基板３１上に酸化物膜３２を形成する工程と、ナノドット３３を酸化物膜３２上に作製する工程と、ナノドット上に絶縁層３４を形成することでナノドットを埋め込むようにする工程と、絶縁層３４上に電極膜３５を形成する工程とを有し、かくして浮遊ゲートトランジスタが作製される。
【解決手段】同軸型真空アーク蒸着源１を用いて、金属材料又は半導体材料から、絶縁層３４中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドット３３を作製する。基板３１上に酸化物膜３２を形成する工程と、ナノドット３３を酸化物膜３２上に作製する工程と、ナノドット上に絶縁層３４を形成することでナノドットを埋め込むようにする工程と、絶縁層３４上に電極膜３５を形成する工程とを有し、かくして浮遊ゲートトランジスタが作製される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノドットの作製方法、並びに浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法に関し、特に同軸型真空アーク蒸着源を用いたナノドットの作製方法、並びに浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリのような半導体素子には、一般に浮遊ゲートと呼ばれている構造が用いられており、この浮遊ゲートは、電荷を保持するための金属ナノドットが絶縁層中に形成されたものである。
【０００３】
フラッシュメモリは、例えば、シリコン基板上にソース拡散層とドレイン拡散層とが設けられ、このシリコン基板のチャネル領域上に、ゲート絶縁膜、金属ドットを有する浮遊ゲート、制御ゲートが順次設けられたものであり、電気的に絶縁された浮遊ゲートに電子（電荷）が書き込まれて保存され、これにより、一度情報が書き込まれると、電源が供給されなくても情報が保持されるように構成されている。この浮遊ゲートは電気的にどこにも接続されていないので、一度保存された電子は長期間保持され得る。
【０００４】
上記のような浮遊ゲートトランジスタの作動原理として、浮遊ゲートを構成する絶縁層中に形成されている金属ナノドットへの電荷の出し入れにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態を作り、メモリとして機能させることが知られている。
【０００５】
金属ナノドットの作製方法としては、例えば、シリコン基板上に極薄膜アモルファスシリコン層を形成し、高温でシリコン含有ガスに曝すことでシリコンナノドットを作製する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、フェリチンのような超分子構造を持つタンパク質を用いて低温でナノドットを作製する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２９７０８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００５−２６８５３１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したシリコンナノドットを形成するためには、シリコン含有ガスの使用や高温処理が必要であるので、熱源が必要であると共に残留ガス等の不純物があるナノドットが形成されるという問題がある。また、フェリチンを使ったナノドットの形成方法では、低温で作製可能であるが、タンパク質をＵＶ光で除去し、その後、フェリチンに内包されたコア部分を還元処理する必要があるので、工程が煩雑であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、低温、かつ少ない工程で、ナノドットを作製する方法、並びにこのナノドットを有する浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のナノドットの作製方法は、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から、絶縁層中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドットを作製することを特徴とする。
【００１０】
同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、低温、かつ少ない工程で、基板上に直接ナノドットを作製することができ、高温処理やガスを使用することが不要であると共に、真空中で形成されるため、作製されるナノドットは高純度である。
【００１１】
前記ナノドットの作製方法において用いる金属材料及び半導体材料は、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であればよく、特に制限を受けるものではない。
【００１２】
本発明の浮遊ゲートトランジスタは、シリコン基板上に、酸化物膜と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から作製された、電荷を保持するためのナノドットと、前記ナノドットを埋め込むように形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された電極膜とをこの順序で有することを特徴とする。
【００１３】
同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、低温、かつ少ない工程で、酸化物膜付き基板上に直接作製されたナノドットと、このナノドットを埋め込むように被覆する絶縁膜とを有するので、高温処理やガスを使用することが不要であると共に、真空中で形成される高純度ナノドットであるので、有用な浮遊トランジスタを提供することができる。
【００１４】
前記浮遊ゲートトランジスタにおいて、ナノドットは、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製された、絶縁層中に埋め込まれているナノドットであることを特徴とする。
【００１５】
前記浮遊ゲートトランジスタにおいて用いる金属材料及び半導体材料は、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であればよく、特に制限を受けるものではない。
【００１６】
本発明の浮遊ゲートトランジスタの作製方法は、シリコン基板上に酸化物膜を形成する工程と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料からなるナノドットを前記酸化物膜上に作製する工程と、前記ナノドット上に絶縁層を形成することで前記ナノドットを埋め込むようにする工程と、前記絶縁層上に電極膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、低温、かつ少ない工程で、酸化物膜付き基板上に直接ナノドットを作製し、このナノドットを埋め込むようにナノドットを被覆する絶縁膜を有するので、高温処理やガスを使用することが不要であると共に、真空中で形成される高純度ナノドットであるので、有用な浮遊ゲートトランジスタ作製方法を提供することができる。
【００１８】
本発明の浮遊ゲートトランジスタの作製方法において、前記ナノドットは、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、シリコン基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製されたものであることを特徴とする。
【００１９】
前記浮遊ゲートトランジスタの作製方法において用いる金属材料及び半導体材料は、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であればよく、特に制限を受けるものではない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、同軸型真空アーク蒸着源を用いてナノドットを形成する際に、真空排気されたナノドット形成チャンバ（真空チャンバ）内で実施するので、ガスを使用する必要がなく、残留ガスなどの不純物のないナノドットを形成し、提供することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明によれば、蒸着源として同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、被処理基板を加熱することなく、低温で粒径の揃ったナノドットを形成することができ、かつ作製後の処理が不要であるため、工程数を減らすことができ、その結果、容易に浮遊ゲートトランジスタ等の半導体装置を作製し、提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係るナノドット作製方法の実施の形態によれば、同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置（蒸着装置）を用いて、真空雰囲気中で、シリコン基板等の基板を熱源で加熱することなく、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、ナノドットを作製可能な材料である金属材料又は半導体材料から、絶縁層中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドットを基板上に直接作製する。
【００２３】
真空排気された、同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置を用いて、低温、かつ少ない工程で、基板上に直接ナノドットを形成することができるので、ガスを使用する必要がなく、浮遊ゲート構造を有する半導体素子（例えば、フラッシュメモリ等）の絶縁層中に、残留ガスなどの不純物のない、電荷を保持するための高純度ナノドットが所定の状態で形成され得る。
【００２４】
上記基板としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、高分子フィルム等を挙げることができる。
【００２５】
上記金属材料としては、例えば、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、及びＷから選ばれた少なくとも１種の金属を挙げることができ、また、半導体材料としては、例えば、（１）Ｓｉ、Ｇｅ等のＩＶ族半導体、（２）ＩＩ族元素としてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇを用い、また、ＶＩ族元素としてＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅを用いた、例えば、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ族半導体、（３）ＩＩＩ族（１３族）元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎを用い、また、Ｖ族（１５族）元素としてＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを用いた、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、（４）ＣｕＩｎＳｅ２等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族のカルコパイライト系半導体からなる化合物半導体、その他にＢ、Ｔｌ、Ｂｉなどを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体等を挙げることができる。
【００２６】
また、本発明に係る浮遊ゲートトランジスタの実施に形態によれば、浮遊ゲートトランジスタは、シリコン基板上に、例えば、酸化シリコンのよう酸化物膜と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、上記金属材料又は半導体材料から作製された、電荷を保持するナノドットと、上記ナノドットを埋め込むように形成された、例えば、酸化シリコンのような酸化物膜である絶縁層と、上記絶縁層上に形成されたクロム、アルミニウム、銀のような電極膜とをこの順序で有するように構成されたものである。
【００２７】
さらに、本発明に係る浮遊ゲートトランジスタの作製方法の実施の形態によれば、シリコン基板等の基板上に上記酸化物膜を形成する工程と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、上記酸化物膜上に、上記金属材料又は半導体材料からナノドットを形成する工程と、このナノドット上に上記絶縁層を形成することでナノドットを埋め込むようにする工程と、この絶縁層上に電極膜を形成する工程とを有する。
【００２８】
上記浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法においては、真空排気された、同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置を用いてナノドットが形成されるので、ガスを使用する必要がなく、浮遊ゲート構造を有する半導体素子（例えば、フラッシュメモリ等）の絶縁層中に、残留ガスなどの不純物のないナノドットを作製することができる。
【００２９】
本発明によれば、上記ナノドットは、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなるナノドット形成装置を用い、１０−６〜１０−４Ｐａ真空雰囲気中で、シリコン基板等の基板を熱源で加熱することなく、トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、蒸発材料部材から生成される荷電粒子を真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製されたものである。
【００３０】
本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置の一構成例について、図１を参照して、以下説明する。
【００３１】
ナノドット形成装置は、同軸型真空アーク蒸着源１とナノドット形成チャンバ２とを有する。この同軸型真空アーク蒸着源１は、円筒状のアノード１１と円柱状のカソード１２と円筒状のトリガ電極１３とを有し、カソード１２とトリガ電極１３とは、アノード１１の内部にアノード１１の内周面と離間して同軸状に配置されている。同軸型真空アーク蒸着源１は、その蒸着機能を果たすように配置されていればよく、その全体又は一部がナノドット形成チャンバ２内部に設置されていればよい。
【００３２】
カソード１２は、円柱状であり、全体が上記したようなナノドット形成用金属材料又は半導体材料（以下、「蒸発材料」と称す）で構成されていてもよいし、一端がこれらの蒸発材料で構成され、他端が棒状電極で構成されていてもよい。カソード１２は、蒸発材料がナノドット形成チャンバ２内部へ放出され得るように、被処理基板に対向するように設置される。このカソード１２は、円筒状のトリガ電極１３と円筒状の絶縁碍子（以下、ハット型碍子と称す）１４とに密接して挿通されている。
【００３３】
かくして、本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源は、円筒状のトリガ電極１３と円柱状のカソード１２とが円筒状のハット型碍子１４を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、円柱状のカソード１２の周りに同軸状に円筒状のアノード１１が離間して配置されているように構成されている。
【００３４】
ハット型碍子１４は、カソード１２とトリガ電極１３との間に配置されており、中心からカソード１２、ハット型碍子１４、トリガ電極１３の順序で並んでいる。カソード１２とハット型碍子１４とトリガ電極１３との３つの部品は、密着させ、図示していないが、ネジなどで密着、固定させて取り付けられている。アノード１１及びトリガ電極１３の材質は、例えばステンレスであり、また、ハット型碍子の材質は、例えばアルミナである。
【００３５】
アノード１１とトリガ電極１３とカソード１２とは、相互に絶縁されており、カソード１２とアノード１１との間には、直流電圧源１５ａとコンデンサユニット１５ｂとを有するアーク電源が接続され、トリガ電極１３にはトリガ電源１６が接続され、各電極１１、１２には異なる電圧が印加できるように構成されている。このコンデンサユニット１５ｂは、複数のコンデンサを複数並列に接続してなるユニットであり、例えば容量が３６０μＦ（耐圧：４００Ｖ）のコンデンサを５つ並列に並べると容量１８００μＦとなる。
【００３６】
コンデンサユニット１５ｂの各端部は、それぞれがアノード１１、カソード１２に接続され、コンデンサユニット１５ｂと直流電圧源１５ａとは、並列接続されている。直流電圧源１５ａは、１００Ｖで数Ａの容量の電流を流す能力を有する電源であり、コンデンサユニット１５ｂに対して、一定の充電時間で充電されるように構成されている。図１には１つのコンデンサを示してあるが、コンデンサの数は、適宜、増減可能である。
【００３７】
トリガ電源１６は、パルストランスからなり、入力２００Ｖのμｓのパルス電圧を約１７倍に変圧して３．４ｋＶ（数μＡ）極性：プラスにして出力できるように構成されており、変圧された電圧を、カソード１２に対して正の極性で、トリガ電極１３に印加できるように接続されている。すなわち、トリガ電源１６のプラス出力端子は、トリガ電極１３に接続され、そのマイナス端子は、アーク電源（直流電圧源１５ａ）のマイナス側出力側端子と同じ電位に接続されて、カソード１２に接続されている。直流電圧源１５ａのプラス端子は、グランド電位に接地され、アノード１１に接続されている。また、コンデンサユニットの両端子は、直流電圧源１５ａのプラス及びマイナス端子間に接続されている。
【００３８】
上記したように構成されている同軸型真空アーク蒸着源１は、所定の真空排気系（例えば、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとで構成されている。）を有するナノドット形成チャンバ２の壁面に取り付けられ、本発明のナノドットを形成するために用いられる。この同軸型真空アーク蒸着源１は、１つでも複数でも、適宜、設置することが可能である。
【００３９】
ナノドット形成チャンバ２内には、同軸型真空アーク蒸着源１に対向して、被処理基板を載置するための基板ステージ２１が設置されており、この基板ステージ２１の下面中心には基板ステージを回転自在にするための回転機構２２が接続されている。また、ナノドット形成チャンバ２の壁面には、バルブ２３ａ、ターボ分子ポンプ２３ｂ、バルブ２３ｃ及びロータリーポンプ２３ｄからなる真空排気系がこの順序で金属製配管により接続されている。この真空排気系により、ナノドット形成チャンバ２内を真空排気し、このチャンバ内を１０−４Ｐａ以下に保つことができるように構成されている。
【００４０】
上記した同軸型真空アーク蒸着源１として、例えばアルバック製ＡＲＬ−３００を挙げることができる。以下の実施例では、このアルバック製の同軸型真空アーク蒸着源を用いてナノドットの作製を行う。同軸型真空アーク蒸着源は、スパッタ法に比べて粒子の持つエネルギーが高いことが知られており、また、気相中での成膜であるため、不純物が少ないという特徴をもっている。
【００４１】
本発明によれば、真空排気し、所定の真空雰囲気が形成されているナノドット形成チャンバ２内へ、同軸型真空アーク蒸着源１の作動により生成した金属材料又は半導体材料等の荷電粒子を放出して、ナノドット形成チャンバ２内に載置されている被処理基板上へ供給して、被処理基板上にナノドットを形成する。アノード１１とナノドット形成チャンバ２とは接地電位に接続されている。
以下、本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源１の動作例について説明する。
【００４２】
先ず、コンデンサユニット１５ｂの容量を１８００μＦに設定し、直流電圧源１５ａから０〜４００Ｖまで可変の電圧を出力し、その電圧でコンデンサユニット１５ｂを充電し、アノード１１とカソード１２との間にコンデンサユニット１５ｂの充電電圧を印加する。蒸発材料部材に、コンデンサユニット１５ｂが出力する負電圧を印加する。
【００４３】
上記したような電圧印加の状態で、トリガ電源１６から３．４ｋＶのパルス状のトリガ電圧を出力し、カソード１２とトリガ電極１３との間に印加すると、ハット型碍子１４の表面でトリガ放電(沿面放電)が発生する。カソード１２とハット型碍子１４のつなぎ目からは電子が放出される。
【００４４】
このトリガ放電によってアノード１１とカソード１２との間の耐電圧が低下し、アノード１１の内周面とカソード１２の外周面（側面）との間にアーク放電が誘起される。
【００４５】
コンデンサユニット１５ｂに充電された電荷の放電により、尖頭電流が１８００Ａ以上であるアーク電流が２００μ秒程度の時間流れ、カソード１２（すなわち、蒸発材料部材）の側面から金属蒸気が放出され、金属のプラズマが形成される。この時、金属の原子状イオンや、クラスタ化した金属により、数ナノメータのナノ粒子が形成される。
【００４６】
上記したように、カソード１２はアノード１１の中心軸線上に配置されており、アーク電源（直流電圧源１５ａ）が、カソード１２の端部に接続されているので、アーク電流は、カソード１２の中心軸線上を流れ、アノード１１内に磁界が形成される。アノード１１内に放出された電子は、アーク電流によって形成される磁界により、電流が流れる向きとは逆向きのローレンツ力を受け、ナノドット形成チャンバ２内に放出される。
【００４７】
カソード１２の側面から放出された金属蒸気にはイオン（荷電粒子）と中性粒子とが含まれているが、電荷質量比の小さい（電荷が質量に比べて小さい）液滴等の巨大荷電粒子や中性粒子は直進し、アノード１１の壁面に衝突するが、電荷質量比の大きな荷電粒子は、クーロン力によって電子に引き付けられ、基板ステージ２１に対向するアノード１１の放出口１１ａからナノドット形成チャンバ２内に放出される。
【００４８】
アノード１１の表面から所定の距離離れた場所には、被処理基板が載置されており、ナノドット形成チャンバ２内に放出された金属蒸気イオンが被処理基板の表面に到達すると、ナノメータオーダーの金属粒子が被処理基板上に形成される。同軸型真空アーク蒸着源を用いると、低温で、かつ少ない工程でナノドットを形成できるというメリットがある。
【００４９】
以上では、同軸型真空アーク蒸着源を用いれば、ヒーターなどの加熱手段である熱源で被処理基板を加熱することなく、ナノドットを形成できるということについて説明したが、熱源により所定の温度に加熱した被処理基板を用いる場合でも、加熱することなく実施した場合と同様に、ナノドットを形成することは出来る。
【００５０】
１回のトリガ放電でアーク放電が一回誘起され、アーク電流が３００μｓ流れる。上記コンデンサユニット１５ｂの充電時間が約１秒である場合、１Ｈｚの周期でアーク放電を誘起させることができる。アーク放電を所定の回数誘起させて、所定のショット数（発数）でナノドットを形成する。
【００５１】
図１において、バルブ２４ａ、マスフローメータ２４ｂ、ガスボンベ２４ｃは、ナノドット形成装置内へ、ガスを導入することが必要になった場合のために設けられている。
【００５２】
次に、浮遊ゲートトランジスタ作製方法の一例について、図２を参照して説明する。まず、Ｓｉ基板などの基板３１上に、公知の手法でＳｉＯ２等からなる熱酸化物膜のような酸化物膜３２を形成し、次いで図１に示すナノドット形成装置に設けた同軸型真空アーク蒸着源を用いて、酸化物膜３２上に上記金属材料又は半導体材料のナノドット３３を形成する。その後スパッタ法やＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化物膜のような絶縁層３４を成膜して、ナノドット３３を絶縁層３４中に埋め込み、キャパシタ構造を形成する。最後に、絶縁層３４上にスパッタ法やＣＶＤ法等を用いて電極膜３５を形成することで、浮遊ゲートデバイスを作製することができる。
【００５３】
以下、実施例を挙げて、本発明について詳細に説明する。以下の実施例では、金属材料としてＣｏ、Ｆｅ及びＳｉを選び、Ｓｉ基板上にナノドットを蒸着し、作製した。上記した他の金属材料でも基板でも、同軸型真空アーク蒸着源を用いて同様にナノドットが形成できる。また、金属材料の代わりに、上記した半導体材料を用いても同様に有用なナノドットを作製できる。実施例に挙げたものに限定されず、また、放電条件も、同軸型真空アーク蒸着源を用いて同様にナノドットが形成できる条件範囲であればよく、以下の実施例記載の条件に限定されない。
【実施例１】
【００５４】
同軸型真空アーク蒸着源（(株)アルバック製：ＡＲＬ−３００）を用い、ＳｉＯ２熱酸化物膜付きＳｉ基板上に、Ｃｏナノドットを形成した。この場合の放電条件は、２００Ｖ、１８００μＦ、１０発に設定した。この場合、Ｓｉ基板を熱源で加熱せずに実施した。
【００５５】
かくして得られたナノドット形成後の基板のＴＥＭ像を図３に示す。図３から明らかなように、粒径５ｎｍ程度のＣｏナノドットが形成されていることが確認できた。
【実施例２】
【００５６】
金属材料としてＦｅを用い、実施例１と同様の手法に従ってＦｅナノドットを形成したところ、実施例１の場合と同様の粒径を有するＦｅナノドットが形成されていることが確認できた。
【実施例３】
【００５７】
金属材料としてＳｉを用い、実施例１と同様の手法に従ってＳｉナノドットを形成したところ、実施例１の場合と同様の粒径を有するＳｉナノドットが形成されていることが確認できた。
【実施例４】
【００５８】
ＳｉＯ２熱酸化物膜付きＳｉ基板上に、実施例１記載の方法でＣｏナノドットを形成した後、スパッタ法により、公知の条件（３００Ｗ、Ａｒ中０．５Ｐａ）で絶縁層としてＳｉＯ２酸化物膜を形成して、Ｃｏナノドットをこの絶縁層中に埋め込み、キャパシタ構造を形成した。最後に、絶縁層上にスパッタ法により、公知の条件（３００Ｗ、Ａｒ中０．５Ｐａ）で、クロムからなる電極膜を形成し、浮遊ゲートデバイスを作製することができた。
【００５９】
得られた浮遊ゲートトランジスタに対して、ゲート電圧を正方向に印加することで、ドレイン電流が増加していった。その状態から次に負方向に電圧を印加すると、正に印加したときよりも早く電流の減少が起こり、Ｉ−Ｖ曲線はヒステリシスを形成した。このことから、作製したトランジスタがメモリ効果を有しており、浮遊ゲートトランジスタができていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、従来手法に比べて、低温でナノドットを作製でき、かつ後処理が不要なため、工程数を大幅に減らすことができ、容易に浮遊ゲートトランジスタ等の半導体素子を作製することが可能となる。また、粒径の揃った高純度のナノドットを形成できることから、高性能な半導体素子の作製が期待できる。従って、本発明は、半導体素子分野での適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置の一構成例を模式的に示す構成図。
【図２】浮遊ゲートトランジスタの一構成例を模式的に示す構成図。
【図３】実施例１に従って形成されたナノドット形成後の基板表面のＴＥＭ像を示す写真。
【符号の説明】
【００６２】
１ 同軸型真空アーク蒸着源 ２ ナノドット形成チャンバ
１１ アノード １１ａ 放出口
１２ カソード １３ トリガ電極
１４ ハット型碍子 １５ａ 直流電圧源
１５ｂ コンデンサユニット １６ トリガ電源
２１ 基板ステージ ２２ 回転機構
２３ａ、２３ｃ バルブ ２３ｂ ターボ分子ポンプ
２３ｄ ロータリーポンプ ３１ 基板
３２ 酸化物膜 ３３ ナノドット
３４ 絶縁層 ３５ 電極膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノドットの作製方法、並びに浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法に関し、特に同軸型真空アーク蒸着源を用いたナノドットの作製方法、並びに浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリのような半導体素子には、一般に浮遊ゲートと呼ばれている構造が用いられており、この浮遊ゲートは、電荷を保持するための金属ナノドットが絶縁層中に形成されたものである。
【０００３】
フラッシュメモリは、例えば、シリコン基板上にソース拡散層とドレイン拡散層とが設けられ、このシリコン基板のチャネル領域上に、ゲート絶縁膜、金属ドットを有する浮遊ゲート、制御ゲートが順次設けられたものであり、電気的に絶縁された浮遊ゲートに電子（電荷）が書き込まれて保存され、これにより、一度情報が書き込まれると、電源が供給されなくても情報が保持されるように構成されている。この浮遊ゲートは電気的にどこにも接続されていないので、一度保存された電子は長期間保持され得る。
【０００４】
上記のような浮遊ゲートトランジスタの作動原理として、浮遊ゲートを構成する絶縁層中に形成されている金属ナノドットへの電荷の出し入れにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態を作り、メモリとして機能させることが知られている。
【０００５】
金属ナノドットの作製方法としては、例えば、シリコン基板上に極薄膜アモルファスシリコン層を形成し、高温でシリコン含有ガスに曝すことでシリコンナノドットを作製する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、フェリチンのような超分子構造を持つタンパク質を用いて低温でナノドットを作製する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２９７０８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００５−２６８５３１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したシリコンナノドットを形成するためには、シリコン含有ガスの使用や高温処理が必要であるので、熱源が必要であると共に残留ガス等の不純物があるナノドットが形成されるという問題がある。また、フェリチンを使ったナノドットの形成方法では、低温で作製可能であるが、タンパク質をＵＶ光で除去し、その後、フェリチンに内包されたコア部分を還元処理する必要があるので、工程が煩雑であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、低温、かつ少ない工程で、ナノドットを作製する方法、並びにこのナノドットを有する浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のナノドットの作製方法は、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から、絶縁層中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドットを作製することを特徴とする。
【００１０】
同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、低温、かつ少ない工程で、基板上に直接ナノドットを作製することができ、高温処理やガスを使用することが不要であると共に、真空中で形成されるため、作製されるナノドットは高純度である。
【００１１】
前記ナノドットの作製方法において用いる金属材料及び半導体材料は、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であればよく、特に制限を受けるものではない。
【００１２】
本発明の浮遊ゲートトランジスタは、シリコン基板上に、酸化物膜と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から作製された、電荷を保持するためのナノドットと、前記ナノドットを埋め込むように形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された電極膜とをこの順序で有することを特徴とする。
【００１３】
同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、低温、かつ少ない工程で、酸化物膜付き基板上に直接作製されたナノドットと、このナノドットを埋め込むように被覆する絶縁膜とを有するので、高温処理やガスを使用することが不要であると共に、真空中で形成される高純度ナノドットであるので、有用な浮遊トランジスタを提供することができる。
【００１４】
前記浮遊ゲートトランジスタにおいて、ナノドットは、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製された、絶縁層中に埋め込まれているナノドットであることを特徴とする。
【００１５】
前記浮遊ゲートトランジスタにおいて用いる金属材料及び半導体材料は、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であればよく、特に制限を受けるものではない。
【００１６】
本発明の浮遊ゲートトランジスタの作製方法は、シリコン基板上に酸化物膜を形成する工程と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料からなるナノドットを前記酸化物膜上に作製する工程と、前記ナノドット上に絶縁層を形成することで前記ナノドットを埋め込むようにする工程と、前記絶縁層上に電極膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、低温、かつ少ない工程で、酸化物膜付き基板上に直接ナノドットを作製し、このナノドットを埋め込むようにナノドットを被覆する絶縁膜を有するので、高温処理やガスを使用することが不要であると共に、真空中で形成される高純度ナノドットであるので、有用な浮遊ゲートトランジスタ作製方法を提供することができる。
【００１８】
本発明の浮遊ゲートトランジスタの作製方法において、前記ナノドットは、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、シリコン基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製されたものであることを特徴とする。
【００１９】
前記浮遊ゲートトランジスタの作製方法において用いる金属材料及び半導体材料は、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であればよく、特に制限を受けるものではない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、同軸型真空アーク蒸着源を用いてナノドットを形成する際に、真空排気されたナノドット形成チャンバ（真空チャンバ）内で実施するので、ガスを使用する必要がなく、残留ガスなどの不純物のないナノドットを形成し、提供することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明によれば、蒸着源として同軸型真空アーク蒸着源を用いることにより、被処理基板を加熱することなく、低温で粒径の揃ったナノドットを形成することができ、かつ作製後の処理が不要であるため、工程数を減らすことができ、その結果、容易に浮遊ゲートトランジスタ等の半導体装置を作製し、提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係るナノドット作製方法の実施の形態によれば、同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置（蒸着装置）を用いて、真空雰囲気中で、シリコン基板等の基板を熱源で加熱することなく、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、ナノドットを作製可能な材料である金属材料又は半導体材料から、絶縁層中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドットを基板上に直接作製する。
【００２３】
真空排気された、同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置を用いて、低温、かつ少ない工程で、基板上に直接ナノドットを形成することができるので、ガスを使用する必要がなく、浮遊ゲート構造を有する半導体素子（例えば、フラッシュメモリ等）の絶縁層中に、残留ガスなどの不純物のない、電荷を保持するための高純度ナノドットが所定の状態で形成され得る。
【００２４】
上記基板としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、高分子フィルム等を挙げることができる。
【００２５】
上記金属材料としては、例えば、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、及びＷから選ばれた少なくとも１種の金属を挙げることができ、また、半導体材料としては、例えば、（１）Ｓｉ、Ｇｅ等のＩＶ族半導体、（２）ＩＩ族元素としてＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇを用い、また、ＶＩ族元素としてＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅを用いた、例えば、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ族半導体、（３）ＩＩＩ族（１３族）元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎを用い、また、Ｖ族（１５族）元素としてＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂを用いた、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、（４）ＣｕＩｎＳｅ２等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族のカルコパイライト系半導体からなる化合物半導体、その他にＢ、Ｔｌ、Ｂｉなどを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体等を挙げることができる。
【００２６】
また、本発明に係る浮遊ゲートトランジスタの実施に形態によれば、浮遊ゲートトランジスタは、シリコン基板上に、例えば、酸化シリコンのよう酸化物膜と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、上記金属材料又は半導体材料から作製された、電荷を保持するナノドットと、上記ナノドットを埋め込むように形成された、例えば、酸化シリコンのような酸化物膜である絶縁層と、上記絶縁層上に形成されたクロム、アルミニウム、銀のような電極膜とをこの順序で有するように構成されたものである。
【００２７】
さらに、本発明に係る浮遊ゲートトランジスタの作製方法の実施の形態によれば、シリコン基板等の基板上に上記酸化物膜を形成する工程と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、上記酸化物膜上に、上記金属材料又は半導体材料からナノドットを形成する工程と、このナノドット上に上記絶縁層を形成することでナノドットを埋め込むようにする工程と、この絶縁層上に電極膜を形成する工程とを有する。
【００２８】
上記浮遊ゲートトランジスタ及びその作製方法においては、真空排気された、同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置を用いてナノドットが形成されるので、ガスを使用する必要がなく、浮遊ゲート構造を有する半導体素子（例えば、フラッシュメモリ等）の絶縁層中に、残留ガスなどの不純物のないナノドットを作製することができる。
【００２９】
本発明によれば、上記ナノドットは、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなるナノドット形成装置を用い、１０−６〜１０−４Ｐａ真空雰囲気中で、シリコン基板等の基板を熱源で加熱することなく、トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、蒸発材料部材から生成される荷電粒子を真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製されたものである。
【００３０】
本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置の一構成例について、図１を参照して、以下説明する。
【００３１】
ナノドット形成装置は、同軸型真空アーク蒸着源１とナノドット形成チャンバ２とを有する。この同軸型真空アーク蒸着源１は、円筒状のアノード１１と円柱状のカソード１２と円筒状のトリガ電極１３とを有し、カソード１２とトリガ電極１３とは、アノード１１の内部にアノード１１の内周面と離間して同軸状に配置されている。同軸型真空アーク蒸着源１は、その蒸着機能を果たすように配置されていればよく、その全体又は一部がナノドット形成チャンバ２内部に設置されていればよい。
【００３２】
カソード１２は、円柱状であり、全体が上記したようなナノドット形成用金属材料又は半導体材料（以下、「蒸発材料」と称す）で構成されていてもよいし、一端がこれらの蒸発材料で構成され、他端が棒状電極で構成されていてもよい。カソード１２は、蒸発材料がナノドット形成チャンバ２内部へ放出され得るように、被処理基板に対向するように設置される。このカソード１２は、円筒状のトリガ電極１３と円筒状の絶縁碍子（以下、ハット型碍子と称す）１４とに密接して挿通されている。
【００３３】
かくして、本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源は、円筒状のトリガ電極１３と円柱状のカソード１２とが円筒状のハット型碍子１４を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、円柱状のカソード１２の周りに同軸状に円筒状のアノード１１が離間して配置されているように構成されている。
【００３４】
ハット型碍子１４は、カソード１２とトリガ電極１３との間に配置されており、中心からカソード１２、ハット型碍子１４、トリガ電極１３の順序で並んでいる。カソード１２とハット型碍子１４とトリガ電極１３との３つの部品は、密着させ、図示していないが、ネジなどで密着、固定させて取り付けられている。アノード１１及びトリガ電極１３の材質は、例えばステンレスであり、また、ハット型碍子の材質は、例えばアルミナである。
【００３５】
アノード１１とトリガ電極１３とカソード１２とは、相互に絶縁されており、カソード１２とアノード１１との間には、直流電圧源１５ａとコンデンサユニット１５ｂとを有するアーク電源が接続され、トリガ電極１３にはトリガ電源１６が接続され、各電極１１、１２には異なる電圧が印加できるように構成されている。このコンデンサユニット１５ｂは、複数のコンデンサを複数並列に接続してなるユニットであり、例えば容量が３６０μＦ（耐圧：４００Ｖ）のコンデンサを５つ並列に並べると容量１８００μＦとなる。
【００３６】
コンデンサユニット１５ｂの各端部は、それぞれがアノード１１、カソード１２に接続され、コンデンサユニット１５ｂと直流電圧源１５ａとは、並列接続されている。直流電圧源１５ａは、１００Ｖで数Ａの容量の電流を流す能力を有する電源であり、コンデンサユニット１５ｂに対して、一定の充電時間で充電されるように構成されている。図１には１つのコンデンサを示してあるが、コンデンサの数は、適宜、増減可能である。
【００３７】
トリガ電源１６は、パルストランスからなり、入力２００Ｖのμｓのパルス電圧を約１７倍に変圧して３．４ｋＶ（数μＡ）極性：プラスにして出力できるように構成されており、変圧された電圧を、カソード１２に対して正の極性で、トリガ電極１３に印加できるように接続されている。すなわち、トリガ電源１６のプラス出力端子は、トリガ電極１３に接続され、そのマイナス端子は、アーク電源（直流電圧源１５ａ）のマイナス側出力側端子と同じ電位に接続されて、カソード１２に接続されている。直流電圧源１５ａのプラス端子は、グランド電位に接地され、アノード１１に接続されている。また、コンデンサユニットの両端子は、直流電圧源１５ａのプラス及びマイナス端子間に接続されている。
【００３８】
上記したように構成されている同軸型真空アーク蒸着源１は、所定の真空排気系（例えば、ターボ分子ポンプとロータリーポンプとで構成されている。）を有するナノドット形成チャンバ２の壁面に取り付けられ、本発明のナノドットを形成するために用いられる。この同軸型真空アーク蒸着源１は、１つでも複数でも、適宜、設置することが可能である。
【００３９】
ナノドット形成チャンバ２内には、同軸型真空アーク蒸着源１に対向して、被処理基板を載置するための基板ステージ２１が設置されており、この基板ステージ２１の下面中心には基板ステージを回転自在にするための回転機構２２が接続されている。また、ナノドット形成チャンバ２の壁面には、バルブ２３ａ、ターボ分子ポンプ２３ｂ、バルブ２３ｃ及びロータリーポンプ２３ｄからなる真空排気系がこの順序で金属製配管により接続されている。この真空排気系により、ナノドット形成チャンバ２内を真空排気し、このチャンバ内を１０−４Ｐａ以下に保つことができるように構成されている。
【００４０】
上記した同軸型真空アーク蒸着源１として、例えばアルバック製ＡＲＬ−３００を挙げることができる。以下の実施例では、このアルバック製の同軸型真空アーク蒸着源を用いてナノドットの作製を行う。同軸型真空アーク蒸着源は、スパッタ法に比べて粒子の持つエネルギーが高いことが知られており、また、気相中での成膜であるため、不純物が少ないという特徴をもっている。
【００４１】
本発明によれば、真空排気し、所定の真空雰囲気が形成されているナノドット形成チャンバ２内へ、同軸型真空アーク蒸着源１の作動により生成した金属材料又は半導体材料等の荷電粒子を放出して、ナノドット形成チャンバ２内に載置されている被処理基板上へ供給して、被処理基板上にナノドットを形成する。アノード１１とナノドット形成チャンバ２とは接地電位に接続されている。
以下、本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源１の動作例について説明する。
【００４２】
先ず、コンデンサユニット１５ｂの容量を１８００μＦに設定し、直流電圧源１５ａから０〜４００Ｖまで可変の電圧を出力し、その電圧でコンデンサユニット１５ｂを充電し、アノード１１とカソード１２との間にコンデンサユニット１５ｂの充電電圧を印加する。蒸発材料部材に、コンデンサユニット１５ｂが出力する負電圧を印加する。
【００４３】
上記したような電圧印加の状態で、トリガ電源１６から３．４ｋＶのパルス状のトリガ電圧を出力し、カソード１２とトリガ電極１３との間に印加すると、ハット型碍子１４の表面でトリガ放電(沿面放電)が発生する。カソード１２とハット型碍子１４のつなぎ目からは電子が放出される。
【００４４】
このトリガ放電によってアノード１１とカソード１２との間の耐電圧が低下し、アノード１１の内周面とカソード１２の外周面（側面）との間にアーク放電が誘起される。
【００４５】
コンデンサユニット１５ｂに充電された電荷の放電により、尖頭電流が１８００Ａ以上であるアーク電流が２００μ秒程度の時間流れ、カソード１２（すなわち、蒸発材料部材）の側面から金属蒸気が放出され、金属のプラズマが形成される。この時、金属の原子状イオンや、クラスタ化した金属により、数ナノメータのナノ粒子が形成される。
【００４６】
上記したように、カソード１２はアノード１１の中心軸線上に配置されており、アーク電源（直流電圧源１５ａ）が、カソード１２の端部に接続されているので、アーク電流は、カソード１２の中心軸線上を流れ、アノード１１内に磁界が形成される。アノード１１内に放出された電子は、アーク電流によって形成される磁界により、電流が流れる向きとは逆向きのローレンツ力を受け、ナノドット形成チャンバ２内に放出される。
【００４７】
カソード１２の側面から放出された金属蒸気にはイオン（荷電粒子）と中性粒子とが含まれているが、電荷質量比の小さい（電荷が質量に比べて小さい）液滴等の巨大荷電粒子や中性粒子は直進し、アノード１１の壁面に衝突するが、電荷質量比の大きな荷電粒子は、クーロン力によって電子に引き付けられ、基板ステージ２１に対向するアノード１１の放出口１１ａからナノドット形成チャンバ２内に放出される。
【００４８】
アノード１１の表面から所定の距離離れた場所には、被処理基板が載置されており、ナノドット形成チャンバ２内に放出された金属蒸気イオンが被処理基板の表面に到達すると、ナノメータオーダーの金属粒子が被処理基板上に形成される。同軸型真空アーク蒸着源を用いると、低温で、かつ少ない工程でナノドットを形成できるというメリットがある。
【００４９】
以上では、同軸型真空アーク蒸着源を用いれば、ヒーターなどの加熱手段である熱源で被処理基板を加熱することなく、ナノドットを形成できるということについて説明したが、熱源により所定の温度に加熱した被処理基板を用いる場合でも、加熱することなく実施した場合と同様に、ナノドットを形成することは出来る。
【００５０】
１回のトリガ放電でアーク放電が一回誘起され、アーク電流が３００μｓ流れる。上記コンデンサユニット１５ｂの充電時間が約１秒である場合、１Ｈｚの周期でアーク放電を誘起させることができる。アーク放電を所定の回数誘起させて、所定のショット数（発数）でナノドットを形成する。
【００５１】
図１において、バルブ２４ａ、マスフローメータ２４ｂ、ガスボンベ２４ｃは、ナノドット形成装置内へ、ガスを導入することが必要になった場合のために設けられている。
【００５２】
次に、浮遊ゲートトランジスタ作製方法の一例について、図２を参照して説明する。まず、Ｓｉ基板などの基板３１上に、公知の手法でＳｉＯ２等からなる熱酸化物膜のような酸化物膜３２を形成し、次いで図１に示すナノドット形成装置に設けた同軸型真空アーク蒸着源を用いて、酸化物膜３２上に上記金属材料又は半導体材料のナノドット３３を形成する。その後スパッタ法やＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化物膜のような絶縁層３４を成膜して、ナノドット３３を絶縁層３４中に埋め込み、キャパシタ構造を形成する。最後に、絶縁層３４上にスパッタ法やＣＶＤ法等を用いて電極膜３５を形成することで、浮遊ゲートデバイスを作製することができる。
【００５３】
以下、実施例を挙げて、本発明について詳細に説明する。以下の実施例では、金属材料としてＣｏ、Ｆｅ及びＳｉを選び、Ｓｉ基板上にナノドットを蒸着し、作製した。上記した他の金属材料でも基板でも、同軸型真空アーク蒸着源を用いて同様にナノドットが形成できる。また、金属材料の代わりに、上記した半導体材料を用いても同様に有用なナノドットを作製できる。実施例に挙げたものに限定されず、また、放電条件も、同軸型真空アーク蒸着源を用いて同様にナノドットが形成できる条件範囲であればよく、以下の実施例記載の条件に限定されない。
【実施例１】
【００５４】
同軸型真空アーク蒸着源（(株)アルバック製：ＡＲＬ−３００）を用い、ＳｉＯ２熱酸化物膜付きＳｉ基板上に、Ｃｏナノドットを形成した。この場合の放電条件は、２００Ｖ、１８００μＦ、１０発に設定した。この場合、Ｓｉ基板を熱源で加熱せずに実施した。
【００５５】
かくして得られたナノドット形成後の基板のＴＥＭ像を図３に示す。図３から明らかなように、粒径５ｎｍ程度のＣｏナノドットが形成されていることが確認できた。
【実施例２】
【００５６】
金属材料としてＦｅを用い、実施例１と同様の手法に従ってＦｅナノドットを形成したところ、実施例１の場合と同様の粒径を有するＦｅナノドットが形成されていることが確認できた。
【実施例３】
【００５７】
金属材料としてＳｉを用い、実施例１と同様の手法に従ってＳｉナノドットを形成したところ、実施例１の場合と同様の粒径を有するＳｉナノドットが形成されていることが確認できた。
【実施例４】
【００５８】
ＳｉＯ２熱酸化物膜付きＳｉ基板上に、実施例１記載の方法でＣｏナノドットを形成した後、スパッタ法により、公知の条件（３００Ｗ、Ａｒ中０．５Ｐａ）で絶縁層としてＳｉＯ２酸化物膜を形成して、Ｃｏナノドットをこの絶縁層中に埋め込み、キャパシタ構造を形成した。最後に、絶縁層上にスパッタ法により、公知の条件（３００Ｗ、Ａｒ中０．５Ｐａ）で、クロムからなる電極膜を形成し、浮遊ゲートデバイスを作製することができた。
【００５９】
得られた浮遊ゲートトランジスタに対して、ゲート電圧を正方向に印加することで、ドレイン電流が増加していった。その状態から次に負方向に電圧を印加すると、正に印加したときよりも早く電流の減少が起こり、Ｉ−Ｖ曲線はヒステリシスを形成した。このことから、作製したトランジスタがメモリ効果を有しており、浮遊ゲートトランジスタができていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、従来手法に比べて、低温でナノドットを作製でき、かつ後処理が不要なため、工程数を大幅に減らすことができ、容易に浮遊ゲートトランジスタ等の半導体素子を作製することが可能となる。また、粒径の揃った高純度のナノドットを形成できることから、高性能な半導体素子の作製が期待できる。従って、本発明は、半導体素子分野での適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明で用いる同軸型真空アーク蒸着源を備えたナノドット形成装置の一構成例を模式的に示す構成図。
【図２】浮遊ゲートトランジスタの一構成例を模式的に示す構成図。
【図３】実施例１に従って形成されたナノドット形成後の基板表面のＴＥＭ像を示す写真。
【符号の説明】
【００６２】
１ 同軸型真空アーク蒸着源 ２ ナノドット形成チャンバ
１１ アノード １１ａ 放出口
１２ カソード １３ トリガ電極
１４ ハット型碍子 １５ａ 直流電圧源
１５ｂ コンデンサユニット １６ トリガ電源
２１ 基板ステージ ２２ 回転機構
２３ａ、２３ｃ バルブ ２３ｂ ターボ分子ポンプ
２３ｄ ロータリーポンプ ３１ 基板
３２ 酸化物膜 ３３ ナノドット
３４ 絶縁層 ３５ 電極膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から、絶縁層中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドットを作製することを特徴とするナノドットの作製方法。
【請求項２】
前記金属材料及び半導体材料が、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であることを特徴とする請求項１記載のナノドットの作製方法。
【請求項３】
シリコン基板上に、酸化物膜と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から作製された、電荷を保持するためのナノドットと、前記ナノドットを埋め込むように形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された電極膜とをこの順序で有することを特徴とする浮遊ゲートトランジスタ。
【請求項４】
前記ナノドットが、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製された、絶縁層中に埋め込まれるナノドットであることを特徴とする請求項３記載の浮遊ゲートトランジスタ。
【請求項５】
前記金属材料及び半導体材料が、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であることを特徴とする請求項３又は４記載の浮遊ゲートトランジスタ。
【請求項６】
シリコン基板上に酸化物膜を形成する工程と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料からなるナノドットを前記酸化物膜上に作製する工程と、前記ナノドット上に絶縁層を形成することで前記ナノドットを埋め込むようにする工程と、前記絶縁層上に電極膜を形成する工程とを有することを特徴とする浮遊ゲートトランジスタの作製方法。
【請求項７】
前記金属材料及び半導体材料が、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であることを特徴とする請求項６記載の浮遊ゲートトランジスタの作製方法。
【請求項８】
前記ナノドットが、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製されたものであることを特徴とする請求項６又は７記載の浮遊ゲートトランジスタの作製方法。
【請求項１】
同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から、絶縁層中に埋め込まれる、電荷を保持するためのナノドットを作製することを特徴とするナノドットの作製方法。
【請求項２】
前記金属材料及び半導体材料が、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であることを特徴とする請求項１記載のナノドットの作製方法。
【請求項３】
シリコン基板上に、酸化物膜と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料から作製された、電荷を保持するためのナノドットと、前記ナノドットを埋め込むように形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された電極膜とをこの順序で有することを特徴とする浮遊ゲートトランジスタ。
【請求項４】
前記ナノドットが、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製された、絶縁層中に埋め込まれるナノドットであることを特徴とする請求項３記載の浮遊ゲートトランジスタ。
【請求項５】
前記金属材料及び半導体材料が、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であることを特徴とする請求項３又は４記載の浮遊ゲートトランジスタ。
【請求項６】
シリコン基板上に酸化物膜を形成する工程と、同軸型真空アーク蒸着源を用いて、金属材料又は半導体材料からなるナノドットを前記酸化物膜上に作製する工程と、前記ナノドット上に絶縁層を形成することで前記ナノドットを埋め込むようにする工程と、前記絶縁層上に電極膜を形成する工程とを有することを特徴とする浮遊ゲートトランジスタの作製方法。
【請求項７】
前記金属材料及び半導体材料が、同軸型真空アーク蒸着源でナノドットを作製可能な材料であることを特徴とする請求項６記載の浮遊ゲートトランジスタの作製方法。
【請求項８】
前記ナノドットが、円筒状のトリガ電極と、金属材料又は半導体材料からなる蒸発材料部材を有する円柱状のカソードとが、円筒状の絶縁碍子を介して同軸状に隣接して固定されて配置され、前記円柱状のカソードの周りに同軸状に円筒状のアノードが離間して配置されている同軸型真空アーク蒸着源を備えた真空チャンバからなる蒸着装置を用い、真空雰囲気中で、基板を熱源で加熱することなく、前記トリガ電極とカソードとの間に電圧を印加してトリガ放電を発生させ、前記カソードとアノードとの間にコンデンサと直流電源とを接続して放電電圧を印加して間欠的にアーク放電を誘起させ、前記蒸発材料部材から生成される荷電粒子を前記真空チャンバ内に放出させ、前記真空チャンバ内に載置した基板上の酸化物膜上に作製されたものであることを特徴とする請求項６又は７記載の浮遊ゲートトランジスタの作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−５０１６８（Ｐ２０１０−５０１６８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１１１４７（Ｐ２００８−２１１１４７）
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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