ワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造方法
【課題】ワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複数のグレインを備え、グレイン境界に金属シリサイドが形成されたＳｉベースの物質層である。また、Ｓｉベースの基板に所定厚さの非晶質層を形成する工程と、非晶質層に所定の金属イオンをドーピングする工程と、金属イオンがドーピングされた非晶質層をアニーリングする工程とを含むＳｉベースの物質層の製造方法である。
【解決手段】複数のグレインを備え、グレイン境界に金属シリサイドが形成されたＳｉベースの物質層である。また、Ｓｉベースの基板に所定厚さの非晶質層を形成する工程と、非晶質層に所定の金属イオンをドーピングする工程と、金属イオンがドーピングされた非晶質層をアニーリングする工程とを含むＳｉベースの物質層の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属シリサイド、特にワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造方法に関する。さらに具体的には、電界放出特性及び伝導特性にすぐれたナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度が高くなりつつあり、半導体素子、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）やキャパシタのサイズも、サブミクロン以下と小さくなっている。
【０００３】
従来、金属シリサイドは、主に小型化される半導体素子内でコンタクト領域、例えばＭＯＳＦＥＴのゲート、ソース、及びドレインのコンタクト領域の面抵抗と接触抵抗とを低くするための手段として適用された。すなわち、コンタクト領域にＳｉと金属との反応生成物である金属シリサイド層を形成して、前記コンタクト領域の面抵抗と接触抵抗とを低くする方法が広く使われ、金属シリサイドの形成に関する技術は、ほとんど層形態の金属シリサイドの形成に関する技術に限定されていた。
【０００４】
特許文献１及び２は、金属シリサイドを形成する方法を開示している。
【０００５】
特許文献１は、イオン注入により基板に非晶質Ｓｉ層を形成し、非晶質Ｓｉ層上にＴｉ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属層を蒸着した後、レーザで金属層の表面をアニーリングして金属シリサイドを形成する方法を開示している。
【０００６】
また、特許文献２は、Ｔｉを蒸着し、０．０９ないし０．１５Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度で１次レーザアニーリングしてＣ４９ ＴｉＳｉ２を形成した後、再び０．１ないし０．２Ｊ／ｃｍ２の条件で２次アニーリングをすると、Ｃ５４ ＴｉＳｉ２が形成されると報告している。
【特許文献１】米国特許第６，３８７，８０３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１５６，６５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述した金属シリサイドの形成方法は、単純に層形態の金属シリサイドを形成する方法であり、次世代の多様な応用分野を有するナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを形成する方法は提供されていなかった。
【０００８】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、電界放出特性及び伝導特性にすぐれる金属シリサイド、特にナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造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】
本発明は、複数のグレインを備え、前記複数のグレインの間のグレイン境界に金属シリサイドが形成されたＳｉベースの物質層を提供する。
【００１０】
また本発明は、Ｓｉベースの基板に所定の厚さの非晶質層を形成する工程、前記非晶質層に所定の金属イオンをドーピングする工程、及び前記金属イオンがドーピングされた非晶質層をアニーリングする工程を含み、前記アニーリング工程は、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層を、複数のグレインを備える多結晶層に結晶化し、前記グレイン境界に金属シリサイドを形成する、Ｓｉベースの物質層の製造方法を提供する。
【００１１】
また本発明は、Ｓｉベースの基板、前記Ｓｉベースの基板上に形成されるものであって、複数のグレインと前記グレイン境界に形成された金属シリサイドとを備えるＳｉベースの物質層、前記Ｓｉベースの物質層の上面の所定領域上に設けられたスペーサ、前記スペーサにより前記Ｓｉベースの物質層の上面から所定の間隔で離れて設けられる第１電極、及び前記第１電極に対応して前記Ｓｉベースの基板の底面に設けられた第２電極を備えるフィールドエミッタを提供する。そして、このようなフィールドエミッタを備える電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｓｉベースの物質層内にナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを形成させることができる。
【００１３】
このようなワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層は、電界放出特性及び伝導特性にすぐれており、フィールドエミッタ材料、デバイスとデバイスとを連結するコンダクタ材料、及び配線材料として使われ、その他多様な半導体素子に適用されうる。
【００１４】
特に、本発明によるワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層、及びその製造方法をＦＥＤ、半導体メモリ素子、及び次世代素子に適用する場合、高品質の素子を効果的に製作できるだけでなく、素子の性能を増大させて製品競争力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明によるワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態によって製造されたＳｉベースの物質層の断面部の走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）写真である。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態によって製造されたＳｉベースの物質層の平面部のＳＴＥＭ写真である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、Ｓｉベースの物質層２６は、複数のグレインを備えており、前記グレイン境界に金属シリサイド２８が形成されている。前記金属シリサイド２８は、前記Ｓｉベースの物質層２６の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されうる。
【００１９】
ここで、前記金属シリサイド２８の形成は垂直方向のみに限定されるものではなく、表面から所定の深さほど傾斜方向に形成されてもよい。
【００２０】
前記金属シリサイドは、前記グレイン境界の三重点でさらに安定的に形成され、これは、アニーリングまたは金属イオンのドーピング条件により制御されうる。この際、前記グレイン境界の三重点に形成された前記金属シリサイドは、ワイヤー形態を有する。
【００２１】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。したがって、列挙した金属はそれぞれ単独または組み合わせで使われる。
【００２２】
また、前記金属シリサイドは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の金属イオンを含むことが好ましい。
【００２３】
前記Ｓｉベースの物質層は、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層であることが好ましい。
【００２４】
前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍである。好ましくは、前記金属シリサイドの直径は、１ｎｍないし１０ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、１０ｎｍないし５０ｎｍである。
【００２５】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【００２６】
図３Ａないし図３Ｄに示すように、まずＳｉベースの基板２０にＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、及びＰｂのような１４族元素イオンをドーピングして、基板２０の所定の厚さを非晶質層２２に変化させる。ここで、１４族元素イオンのドーピングは、イオン注入装置により行うことが好ましく、その他の周知のイオンドーピング装置を使ってもよい。
【００２７】
前記Ｓｉベースの基板２０は、Ｓｉ基板、ＳｉＧｅ基板、またはＳｉＣ基板であることが好ましく、その他にＳｉ元素を含有している材料も、基板材料とすることができる。また、本願発明で指称する前記Ｓｉベースの基板２０は、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）基板、結晶質Ｓｉ基板、及び非晶質Ｓｉ基板から成る群から選択されるいずれか一つの基板上に、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層が形成されたものも好ましい。
【００２８】
次いで、前記非晶質層２２に所定の金属イオンをドーピングして、前記非晶質層２２を金属イオンがドーピングされた非晶質層２４に変化させる。
【００２９】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。したがって、それぞれの金属は単独または組み合わせで使われる。
【００３０】
具体的に、前記金属イオンのドーピング量は、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００３１】
前記金属イオンのドーピングは、イオン注入装置により行うことが好ましく、前記金属イオンのドーピングエネルギーは、１ｋｅＶないし１０００ｋｅＶであることが好ましい。
【００３２】
本発明の他の実施形態によれば、前記金属イオンのドーピングは、周知の他のイオンドーピング装置を使ってもよい。
【００３３】
次いで、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層２４をレーザビームでアニーリングする。前記アニーリングは、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層２４が複数のグレインを備える多結晶層に結晶化され、前記グレイン境界に金属シリサイド２８が形成されるまで行われ続ける。前記金属シリサイド２８は、グレイン境界の三重点で安定的に形成されることが好ましく、これは、アニーリングにより制御されうる。
【００３４】
前記レーザビームのエネルギー密度は、５０ｍＪ／ｃｍ２ないし３０００ｍＪ／ｃｍ２である。好ましくは、レーザビームのエネルギー密度は、７００ｍＪ／ｃｍ２ないし１５００ｍＪ／ｃｍ２である。
【００３５】
本発明の他の実施形態によれば、前記アニーリングは、加熱手段が備えられた他の装置により行ってもよい。
【００３６】
前記アニーリングにより、複数のグレインを備え、前記グレイン境界に金属シリサイド２８が形成されたＳｉベースの物質層２６が形成されうる。
【００３７】
例えば、非晶質Ｓｉ層内にドーピングされた金属イオンは、非晶質Ｓｉ層の結晶化を容易にし、非晶質Ｓｉ層内で金属シリサイド２８を形成させる。前記金属シリサイド２８は、アニーリング過程でさらに形成されることもある。
【００３８】
前記レーザビームのアニーリング効果により、前記非晶質Ｓｉ層内で複数のＳｉ結晶の核が生成され、前記核が次第に成長してＳｉ結晶のグレインとなる。
【００３９】
前記Ｓｉ結晶の核生成及び成長により、非晶質Ｓｉ層の結晶化が起き、前記Ｓｉ結晶のグレイン境界は、まだ結晶化が起きていない非晶質Ｓｉの方に移動する。前記グレイン境界の移動と共に、Ｓｉ結晶のグレインは、次第に成長し、非晶質Ｓｉ層が結晶化されうる。
【００４０】
Ｓｉ結晶粒子の成長と共に、前記Ｓｉ層内の金属シリサイドは、グレイン境界またはグレイン境界の近辺に拡散し、前記金属シリサイドは、グレイン境界またはグレイン境界の近辺に分布する。
【００４１】
最終的に、グレイン境界の拡散効果により、グレイン境界またはグレイン境界の近辺に存在する金属シリサイドは、グレイン境界に沿って拡散して、グレイン境界の三重点でさらに安定的に存在しうる。
【００４２】
このように、グレイン境界の三重点に形成された金属シリサイドは、ナノスケールのワイヤー形態を有することができる。
【００４３】
すなわち、前記金属シリサイドは、ワイヤー形態を有し、前記Ｓｉ層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されうる。
【００４４】
ここで、前記金属シリサイドの形成は、垂直方向のみに限定されるものではなく、表面から所定の深さほど傾斜方向に形成されてもよい。
【００４５】
前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍである。好ましくは、前記金属シリサイドの直径は、１ｎｍないし１０ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、１０ｎｍないし５０ｎｍである。
【００４６】
本発明によれば、Ｓｉベースの物質層内にナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを形成させることができる。
【００４７】
このようなワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層は、電界放出特性及び伝導特性にすぐれており、フィールドエミッタ材料、デバイスとデバイスとを連結するコンダクタ材料、及び配線材料として使われ、その他多様な半導体素子に適用されうる。
【００４８】
特に、本発明によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層及びその製造方法をＦＥＤ、半導体メモリ素子、及び次世代素子に適用する場合、高品質の素子を効果的に製作できるだけでなく、素子の性能を増大させて製品競争力を高めることができる。
【実施例】
【００４９】
本実施例では、まずＳｉイオンを５０ｋｅＶのエネルギー、２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の量でＳｉ基板にイオン注入して、Ｓｉ基板に所定の厚さの非晶質Ｓｉ層を形成した。
【００５０】
次いで、Ｎｉイオンを２５ｋｅＶのエネルギー、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の量で前記非晶質Ｓｉ層にイオン注入した。
【００５１】
次いで、前記Ｎｉイオンが注入されたサンプルを真空チャンバ内に設置した後、約１０−３ｔｏｒｒ（１．３２×１０−６ａｔｍ）の真空を維持したままで、エキシマーレーザビームを利用して前記サンプルをアニーリングした。
【００５２】
本実施例で使用したレーザは、ＫｒＦエキシマーレーザビームであり、レーザビームのエネルギー密度が３００ないし７００ｍＪ／ｃｍ２の条件でアニーリングした。
【００５３】
図４は、アニーリング前のサンプル構造を示す透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。ＳｉとＮｉとのイオン注入の結果により、Ｓｉ基板に約８７ｎｍの厚さの非晶質Ｓｉ層が形成され、ＮｉとＳｉとの反応により形成されうるクラスターがないということが観察できる。
【００５４】
図５は、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）を利用してそれぞれＮｉイオンを注入した直後、３００ｍＪ／ｃｍ２及び５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でアニーリングしたサンプルで測定されたＮｉ ２ｐ ｓｐｅｃｔｒｕｍを示す。
【００５５】
ＮｉとＳｉとの反応の有無を判断するために、純粋なＮｉサンプルも共に測定して比較した。純粋なＮｉサンプルの場合、Ｎｉ ２ｐ ｐｅａｋは、８５２．６１ｅＶで現れるが、残りのあらゆるサンプルのＮｉ ２ｐ ｐｅａｋは、８５３．７１ｅＶで現れる。
【００５６】
このような結果は、ＮｉとＳｉとの反応による金属シリサイドが形成されたということを意味する。すなわち、Ｎｉイオンを注入した直後に注入されたイオンの運動エネルギーによって、金属シリサイドが形成されることが分かる。
【００５７】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ３００ｍＪ／ｃｍ２（図６Ａ）及び５００ｍＪ／ｃｍ２（図６Ｂ）のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての断面部のＳＴＥＭ写真である。
【００５８】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ワイヤー形態の金属シリサイドがＳｉグレイン境界に存在することが観察できる。また、Ｓｉグレイン境界領域で、エネルギー分散型蛍光Ｘ線装置（ＥＤＸ）によるラインプロファイル分析、及びマッピングを行った結果、ＮｉとＳｉとが主成分であることが分かった。すなわち、図６Ａ及び図６Ｂから観察されたナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドは、Ｎｉシリサイドであることが分かった。
【００５９】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ６００ｍＪ／ｃｍ２（図７Ａ）及び７００ｍＪ／ｃｍ２（図７Ｂ）のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての平面部のＳＴＥＭ写真である。
【００６０】
サンプルのＳｉグレイン境界に沿ってＮｉシリサイドが存在し、グレイン境界の三重点にＮｉシリサイドが形成されていることが分かる。
【００６１】
図８は、７００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての電界放出特性を示すグラフである。
【００６２】
電圧の上昇につれて、電流密度対電圧のグラフが線形的な結果を示し、これにより、Ｓｉベースの物質層が電界放出特性を有することが分かる。
【００６３】
図９は、図３Ａないし図３Ｄの工程過程で製造されたＳｉベースの物質層を備えるフィールドエミッタを具体化した概略的な断面図である。ここで、同一の構成要素については、重複される説明を省略し、同一の参照番号をそのまま使用する。
【００６４】
図９に示すように、本発明によるフィールドエミッタは、Ｓｉベースの基板２０、前記Ｓｉベースの基板２０上に形成されるものであって、複数のグレインと前記グレイン境界に形成された金属シリサイド２８とを備えるＳｉベースの物質層２６、前記Ｓｉベースの物質層２６の上面の所定領域上に設けられたスペーサ３２、前記スペーサ３２により前記Ｓｉベースの物質層２６の上面から所定の間隔で離れて設けられる第１電極１１０、及び前記第１電極１１０に対応して前記Ｓｉベースの基板２０の底面に設けられた第２電極１２０を備える。ここで、前記第１電極１１０及び第２電極１２０は、導電性物質で形成することができ、前記スペーサ３２は、絶縁性物質で形成することができる。
【００６５】
そして、このような構成要素を有するフィールドエミッタは、ＦＥＤ素子に適用できる。
【００６６】
前記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものというより、好ましい実施形態の例示として解釈されなければならない。本発明の範囲は、説明した実施形態により定義されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定義されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ＦＥＤ、半導体メモリ素子及び次世代素子に関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態によって製造された、Ｓｉベースの物質層の断面部のＳＴＥＭ写真である。
【図２】本発明の一実施形態によって製造された、Ｓｉベースの物質層の平面部のＳＴＥＭ写真である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図４】実施例で、アニーリング前のサンプル構造を示すＴＥＭ写真である。
【図５】実施例で、それぞれＮｉイオンを注入した直後、３００ｍＪ／ｃｍ２及び５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でアニーリングしたサンプルについてのＸＰＳ結果を示す図面である。
【図６Ａ】実施例で、３００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての断面部のＳＴＥＭ写真である。
【図６Ｂ】実施例で、５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての断面部のＳＴＥＭ写真である。
【図７Ａ】実施例で、６００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての平面部のＳＴＥＭ写真である。
【図７Ｂ】実施例で、７００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての平面部のＳＴＥＭ写真である。
【図８】実施例で、７００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての電界放出特性を示すグラフである。
【図９】図３Ａないし図３Ｄの工程で製造された、Ｓｉベースの物質層を備えるフィールドエミッタを具体化した概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２０ Ｓｉベースの基板
２２ １４族元素イオンがドーピングされた非晶質層
２４ 金属イオンがドーピングされた非晶質層
２６ Ｓｉベースの物質層
２８ 金属シリサイド
３２ スペーサ
１１０ 第１電極
１２０ 第２電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属シリサイド、特にワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造方法に関する。さらに具体的には、電界放出特性及び伝導特性にすぐれたナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度が高くなりつつあり、半導体素子、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）やキャパシタのサイズも、サブミクロン以下と小さくなっている。
【０００３】
従来、金属シリサイドは、主に小型化される半導体素子内でコンタクト領域、例えばＭＯＳＦＥＴのゲート、ソース、及びドレインのコンタクト領域の面抵抗と接触抵抗とを低くするための手段として適用された。すなわち、コンタクト領域にＳｉと金属との反応生成物である金属シリサイド層を形成して、前記コンタクト領域の面抵抗と接触抵抗とを低くする方法が広く使われ、金属シリサイドの形成に関する技術は、ほとんど層形態の金属シリサイドの形成に関する技術に限定されていた。
【０００４】
特許文献１及び２は、金属シリサイドを形成する方法を開示している。
【０００５】
特許文献１は、イオン注入により基板に非晶質Ｓｉ層を形成し、非晶質Ｓｉ層上にＴｉ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属層を蒸着した後、レーザで金属層の表面をアニーリングして金属シリサイドを形成する方法を開示している。
【０００６】
また、特許文献２は、Ｔｉを蒸着し、０．０９ないし０．１５Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度で１次レーザアニーリングしてＣ４９ ＴｉＳｉ２を形成した後、再び０．１ないし０．２Ｊ／ｃｍ２の条件で２次アニーリングをすると、Ｃ５４ ＴｉＳｉ２が形成されると報告している。
【特許文献１】米国特許第６，３８７，８０３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１５６，６５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述した金属シリサイドの形成方法は、単純に層形態の金属シリサイドを形成する方法であり、次世代の多様な応用分野を有するナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを形成する方法は提供されていなかった。
【０００８】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、電界放出特性及び伝導特性にすぐれる金属シリサイド、特にナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造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】
本発明は、複数のグレインを備え、前記複数のグレインの間のグレイン境界に金属シリサイドが形成されたＳｉベースの物質層を提供する。
【００１０】
また本発明は、Ｓｉベースの基板に所定の厚さの非晶質層を形成する工程、前記非晶質層に所定の金属イオンをドーピングする工程、及び前記金属イオンがドーピングされた非晶質層をアニーリングする工程を含み、前記アニーリング工程は、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層を、複数のグレインを備える多結晶層に結晶化し、前記グレイン境界に金属シリサイドを形成する、Ｓｉベースの物質層の製造方法を提供する。
【００１１】
また本発明は、Ｓｉベースの基板、前記Ｓｉベースの基板上に形成されるものであって、複数のグレインと前記グレイン境界に形成された金属シリサイドとを備えるＳｉベースの物質層、前記Ｓｉベースの物質層の上面の所定領域上に設けられたスペーサ、前記スペーサにより前記Ｓｉベースの物質層の上面から所定の間隔で離れて設けられる第１電極、及び前記第１電極に対応して前記Ｓｉベースの基板の底面に設けられた第２電極を備えるフィールドエミッタを提供する。そして、このようなフィールドエミッタを備える電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｓｉベースの物質層内にナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを形成させることができる。
【００１３】
このようなワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層は、電界放出特性及び伝導特性にすぐれており、フィールドエミッタ材料、デバイスとデバイスとを連結するコンダクタ材料、及び配線材料として使われ、その他多様な半導体素子に適用されうる。
【００１４】
特に、本発明によるワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層、及びその製造方法をＦＥＤ、半導体メモリ素子、及び次世代素子に適用する場合、高品質の素子を効果的に製作できるだけでなく、素子の性能を増大させて製品競争力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明によるワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層及びその製造方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態によって製造されたＳｉベースの物質層の断面部の走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）写真である。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態によって製造されたＳｉベースの物質層の平面部のＳＴＥＭ写真である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、Ｓｉベースの物質層２６は、複数のグレインを備えており、前記グレイン境界に金属シリサイド２８が形成されている。前記金属シリサイド２８は、前記Ｓｉベースの物質層２６の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されうる。
【００１９】
ここで、前記金属シリサイド２８の形成は垂直方向のみに限定されるものではなく、表面から所定の深さほど傾斜方向に形成されてもよい。
【００２０】
前記金属シリサイドは、前記グレイン境界の三重点でさらに安定的に形成され、これは、アニーリングまたは金属イオンのドーピング条件により制御されうる。この際、前記グレイン境界の三重点に形成された前記金属シリサイドは、ワイヤー形態を有する。
【００２１】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。したがって、列挙した金属はそれぞれ単独または組み合わせで使われる。
【００２２】
また、前記金属シリサイドは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の金属イオンを含むことが好ましい。
【００２３】
前記Ｓｉベースの物質層は、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層であることが好ましい。
【００２４】
前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍである。好ましくは、前記金属シリサイドの直径は、１ｎｍないし１０ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、１０ｎｍないし５０ｎｍである。
【００２５】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【００２６】
図３Ａないし図３Ｄに示すように、まずＳｉベースの基板２０にＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、及びＰｂのような１４族元素イオンをドーピングして、基板２０の所定の厚さを非晶質層２２に変化させる。ここで、１４族元素イオンのドーピングは、イオン注入装置により行うことが好ましく、その他の周知のイオンドーピング装置を使ってもよい。
【００２７】
前記Ｓｉベースの基板２０は、Ｓｉ基板、ＳｉＧｅ基板、またはＳｉＣ基板であることが好ましく、その他にＳｉ元素を含有している材料も、基板材料とすることができる。また、本願発明で指称する前記Ｓｉベースの基板２０は、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）基板、結晶質Ｓｉ基板、及び非晶質Ｓｉ基板から成る群から選択されるいずれか一つの基板上に、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層が形成されたものも好ましい。
【００２８】
次いで、前記非晶質層２２に所定の金属イオンをドーピングして、前記非晶質層２２を金属イオンがドーピングされた非晶質層２４に変化させる。
【００２９】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。したがって、それぞれの金属は単独または組み合わせで使われる。
【００３０】
具体的に、前記金属イオンのドーピング量は、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００３１】
前記金属イオンのドーピングは、イオン注入装置により行うことが好ましく、前記金属イオンのドーピングエネルギーは、１ｋｅＶないし１０００ｋｅＶであることが好ましい。
【００３２】
本発明の他の実施形態によれば、前記金属イオンのドーピングは、周知の他のイオンドーピング装置を使ってもよい。
【００３３】
次いで、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層２４をレーザビームでアニーリングする。前記アニーリングは、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層２４が複数のグレインを備える多結晶層に結晶化され、前記グレイン境界に金属シリサイド２８が形成されるまで行われ続ける。前記金属シリサイド２８は、グレイン境界の三重点で安定的に形成されることが好ましく、これは、アニーリングにより制御されうる。
【００３４】
前記レーザビームのエネルギー密度は、５０ｍＪ／ｃｍ２ないし３０００ｍＪ／ｃｍ２である。好ましくは、レーザビームのエネルギー密度は、７００ｍＪ／ｃｍ２ないし１５００ｍＪ／ｃｍ２である。
【００３５】
本発明の他の実施形態によれば、前記アニーリングは、加熱手段が備えられた他の装置により行ってもよい。
【００３６】
前記アニーリングにより、複数のグレインを備え、前記グレイン境界に金属シリサイド２８が形成されたＳｉベースの物質層２６が形成されうる。
【００３７】
例えば、非晶質Ｓｉ層内にドーピングされた金属イオンは、非晶質Ｓｉ層の結晶化を容易にし、非晶質Ｓｉ層内で金属シリサイド２８を形成させる。前記金属シリサイド２８は、アニーリング過程でさらに形成されることもある。
【００３８】
前記レーザビームのアニーリング効果により、前記非晶質Ｓｉ層内で複数のＳｉ結晶の核が生成され、前記核が次第に成長してＳｉ結晶のグレインとなる。
【００３９】
前記Ｓｉ結晶の核生成及び成長により、非晶質Ｓｉ層の結晶化が起き、前記Ｓｉ結晶のグレイン境界は、まだ結晶化が起きていない非晶質Ｓｉの方に移動する。前記グレイン境界の移動と共に、Ｓｉ結晶のグレインは、次第に成長し、非晶質Ｓｉ層が結晶化されうる。
【００４０】
Ｓｉ結晶粒子の成長と共に、前記Ｓｉ層内の金属シリサイドは、グレイン境界またはグレイン境界の近辺に拡散し、前記金属シリサイドは、グレイン境界またはグレイン境界の近辺に分布する。
【００４１】
最終的に、グレイン境界の拡散効果により、グレイン境界またはグレイン境界の近辺に存在する金属シリサイドは、グレイン境界に沿って拡散して、グレイン境界の三重点でさらに安定的に存在しうる。
【００４２】
このように、グレイン境界の三重点に形成された金属シリサイドは、ナノスケールのワイヤー形態を有することができる。
【００４３】
すなわち、前記金属シリサイドは、ワイヤー形態を有し、前記Ｓｉ層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されうる。
【００４４】
ここで、前記金属シリサイドの形成は、垂直方向のみに限定されるものではなく、表面から所定の深さほど傾斜方向に形成されてもよい。
【００４５】
前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍである。好ましくは、前記金属シリサイドの直径は、１ｎｍないし１０ｎｍであり、前記金属シリサイドの長さは、１０ｎｍないし５０ｎｍである。
【００４６】
本発明によれば、Ｓｉベースの物質層内にナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドを形成させることができる。
【００４７】
このようなワイヤー形態の金属シリサイドを備えるＳｉベースの物質層は、電界放出特性及び伝導特性にすぐれており、フィールドエミッタ材料、デバイスとデバイスとを連結するコンダクタ材料、及び配線材料として使われ、その他多様な半導体素子に適用されうる。
【００４８】
特に、本発明によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層及びその製造方法をＦＥＤ、半導体メモリ素子、及び次世代素子に適用する場合、高品質の素子を効果的に製作できるだけでなく、素子の性能を増大させて製品競争力を高めることができる。
【実施例】
【００４９】
本実施例では、まずＳｉイオンを５０ｋｅＶのエネルギー、２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の量でＳｉ基板にイオン注入して、Ｓｉ基板に所定の厚さの非晶質Ｓｉ層を形成した。
【００５０】
次いで、Ｎｉイオンを２５ｋｅＶのエネルギー、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の量で前記非晶質Ｓｉ層にイオン注入した。
【００５１】
次いで、前記Ｎｉイオンが注入されたサンプルを真空チャンバ内に設置した後、約１０−３ｔｏｒｒ（１．３２×１０−６ａｔｍ）の真空を維持したままで、エキシマーレーザビームを利用して前記サンプルをアニーリングした。
【００５２】
本実施例で使用したレーザは、ＫｒＦエキシマーレーザビームであり、レーザビームのエネルギー密度が３００ないし７００ｍＪ／ｃｍ２の条件でアニーリングした。
【００５３】
図４は、アニーリング前のサンプル構造を示す透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。ＳｉとＮｉとのイオン注入の結果により、Ｓｉ基板に約８７ｎｍの厚さの非晶質Ｓｉ層が形成され、ＮｉとＳｉとの反応により形成されうるクラスターがないということが観察できる。
【００５４】
図５は、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）を利用してそれぞれＮｉイオンを注入した直後、３００ｍＪ／ｃｍ２及び５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でアニーリングしたサンプルで測定されたＮｉ ２ｐ ｓｐｅｃｔｒｕｍを示す。
【００５５】
ＮｉとＳｉとの反応の有無を判断するために、純粋なＮｉサンプルも共に測定して比較した。純粋なＮｉサンプルの場合、Ｎｉ ２ｐ ｐｅａｋは、８５２．６１ｅＶで現れるが、残りのあらゆるサンプルのＮｉ ２ｐ ｐｅａｋは、８５３．７１ｅＶで現れる。
【００５６】
このような結果は、ＮｉとＳｉとの反応による金属シリサイドが形成されたということを意味する。すなわち、Ｎｉイオンを注入した直後に注入されたイオンの運動エネルギーによって、金属シリサイドが形成されることが分かる。
【００５７】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ３００ｍＪ／ｃｍ２（図６Ａ）及び５００ｍＪ／ｃｍ２（図６Ｂ）のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての断面部のＳＴＥＭ写真である。
【００５８】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ワイヤー形態の金属シリサイドがＳｉグレイン境界に存在することが観察できる。また、Ｓｉグレイン境界領域で、エネルギー分散型蛍光Ｘ線装置（ＥＤＸ）によるラインプロファイル分析、及びマッピングを行った結果、ＮｉとＳｉとが主成分であることが分かった。すなわち、図６Ａ及び図６Ｂから観察されたナノスケールのワイヤー形態の金属シリサイドは、Ｎｉシリサイドであることが分かった。
【００５９】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ６００ｍＪ／ｃｍ２（図７Ａ）及び７００ｍＪ／ｃｍ２（図７Ｂ）のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての平面部のＳＴＥＭ写真である。
【００６０】
サンプルのＳｉグレイン境界に沿ってＮｉシリサイドが存在し、グレイン境界の三重点にＮｉシリサイドが形成されていることが分かる。
【００６１】
図８は、７００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての電界放出特性を示すグラフである。
【００６２】
電圧の上昇につれて、電流密度対電圧のグラフが線形的な結果を示し、これにより、Ｓｉベースの物質層が電界放出特性を有することが分かる。
【００６３】
図９は、図３Ａないし図３Ｄの工程過程で製造されたＳｉベースの物質層を備えるフィールドエミッタを具体化した概略的な断面図である。ここで、同一の構成要素については、重複される説明を省略し、同一の参照番号をそのまま使用する。
【００６４】
図９に示すように、本発明によるフィールドエミッタは、Ｓｉベースの基板２０、前記Ｓｉベースの基板２０上に形成されるものであって、複数のグレインと前記グレイン境界に形成された金属シリサイド２８とを備えるＳｉベースの物質層２６、前記Ｓｉベースの物質層２６の上面の所定領域上に設けられたスペーサ３２、前記スペーサ３２により前記Ｓｉベースの物質層２６の上面から所定の間隔で離れて設けられる第１電極１１０、及び前記第１電極１１０に対応して前記Ｓｉベースの基板２０の底面に設けられた第２電極１２０を備える。ここで、前記第１電極１１０及び第２電極１２０は、導電性物質で形成することができ、前記スペーサ３２は、絶縁性物質で形成することができる。
【００６５】
そして、このような構成要素を有するフィールドエミッタは、ＦＥＤ素子に適用できる。
【００６６】
前記した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものというより、好ましい実施形態の例示として解釈されなければならない。本発明の範囲は、説明した実施形態により定義されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定義されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ＦＥＤ、半導体メモリ素子及び次世代素子に関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態によって製造された、Ｓｉベースの物質層の断面部のＳＴＥＭ写真である。
【図２】本発明の一実施形態によって製造された、Ｓｉベースの物質層の平面部のＳＴＥＭ写真である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態によるワイヤー形態の金属シリサイドを備える、Ｓｉベースの物質層の製造方法を説明する工程フローチャートである。
【図４】実施例で、アニーリング前のサンプル構造を示すＴＥＭ写真である。
【図５】実施例で、それぞれＮｉイオンを注入した直後、３００ｍＪ／ｃｍ２及び５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でアニーリングしたサンプルについてのＸＰＳ結果を示す図面である。
【図６Ａ】実施例で、３００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての断面部のＳＴＥＭ写真である。
【図６Ｂ】実施例で、５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての断面部のＳＴＥＭ写真である。
【図７Ａ】実施例で、６００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての平面部のＳＴＥＭ写真である。
【図７Ｂ】実施例で、７００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての平面部のＳＴＥＭ写真である。
【図８】実施例で、７００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度でレーザアニーリングしたサンプルについての電界放出特性を示すグラフである。
【図９】図３Ａないし図３Ｄの工程で製造された、Ｓｉベースの物質層を備えるフィールドエミッタを具体化した概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２０ Ｓｉベースの基板
２２ １４族元素イオンがドーピングされた非晶質層
２４ 金属イオンがドーピングされた非晶質層
２６ Ｓｉベースの物質層
２８ 金属シリサイド
３２ スペーサ
１１０ 第１電極
１２０ 第２電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のグレインを備え、前記複数のグレインの間のグレイン境界に金属シリサイドが形成されることを特徴とする、Ｓｉベースの物質層。
【請求項２】
前記グレイン境界の三重点に前記金属シリサイドが形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項３】
前記Ｓｉベースの物質層は、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、及びＳｉＣ層から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項１または２に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項４】
前記金属シリサイドは、前記物質層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項５】
前記金属シリサイドはワイヤー形態を有し、前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項６】
前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項７】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項８】
前記金属シリサイドは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の金属イオンを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項９】
Ｓｉベースの基板と、
前記Ｓｉベースの基板上に形成されるものであって、複数のグレインと前記複数のグレインの間のグレイン境界に形成された金属シリサイドとを備えるＳｉベースの物質層と、
前記Ｓｉベースの物質層の上面の所定領域上に設けられたスペーサと、
前記スペーサにより、前記Ｓｉベースの物質層の上面から所定の間隔で離れて設けられる第１電極と、
前記第１電極に対応して前記Ｓｉベースの基板の底面に設けられた第２電極と、
を備えることを特徴とするフィールドエミッタ。
【請求項１０】
前記グレイン境界の三重点に金属シリサイドが形成されることを特徴とする、請求項９に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１１】
前記Ｓｉベースの基板は、Ｓｉ基板、ＳｉＧｅ基板、及びＳｉＣ基板から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項９または１０に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１２】
前記Ｓｉベースの基板は、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、ＩＴＯ基板、結晶質Ｓｉ基板、及び非晶質Ｓｉ基板から成る群から選択されるいずれか一つの基板上に、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層が形成されたことを特徴とする、請求項９または１０に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１３】
前記Ｓｉベースの物質層は、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、及びＳｉＣ層から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１４】
前記金属シリサイドは、前記物質層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１５】
前記金属シリサイドはワイヤー形態を有し、前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１６】
前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１７】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１８】
前記金属シリサイドは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の金属イオンを含むことを特徴とする、請求項９〜１７のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１９】
請求項９〜１８のいずれか１項に記載のフィールドエミッタを備えることを特徴とする、電界放出ディスプレイ。
【請求項２０】
Ｓｉベースの基板に所定の厚さの非晶質層を形成する工程と、
前記非晶質層に所定の金属イオンをドーピングする工程と、
前記金属イオンがドーピングされた非晶質層をアニーリングする工程とを含み、
前記アニーリング工程は、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層を、複数のグレインを備える多結晶層に結晶化し、前記複数のグレインの間のグレイン境界に金属シリサイドを形成することを特徴とする、Ｓｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２１】
前記グレイン境界の三重点に金属シリサイドが形成されることを特徴とする、請求項２０に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２２】
前記非晶質層を形成する工程は、基板に所定の元素イオンをドーピングして、基板の所定厚さを非晶質層に変化させる工程を含むことを特徴とする、請求項２０または２１に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２３】
前記元素イオンは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、及びＰｂから成る群から選択される少なくとも一つのイオンであることを特徴とする、請求項２２に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２４】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２５】
前記金属イオンのドーピング量は、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２６】
前記金属イオンのドーピングエネルギーは、１ｋｅＶないし１０００ｋｅＶであることを特徴とする、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２７】
前記アニーリングは、レーザビームによって行われることを特徴とする、請求項２０〜２６のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２８】
前記レーザビームのエネルギー密度は、５０ｍＪ／ｃｍ２ないし３０００ｍＪ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項２７に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２９】
前記Ｓｉベースの基板は、Ｓｉ基板、ＳｉＧｅ基板、及びＳｉＣ基板から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３０】
前記Ｓｉベースの基板は、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、ＩＴＯ基板、結晶質Ｓｉ基板、及び非晶質Ｓｉ基板から成る群から選択されるいずれか一つの基板上に、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層が形成されることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３１】
前記金属イオンのドーピングは、イオン注入装置により行われることを特徴とする、請求項２０〜３０のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３２】
前記金属シリサイドは、前記物質層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項２０〜３１のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３３】
前記金属シリサイドはワイヤー形態を有し、前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする、請求項２０〜３２のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３４】
前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項２０〜３３のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項１】
複数のグレインを備え、前記複数のグレインの間のグレイン境界に金属シリサイドが形成されることを特徴とする、Ｓｉベースの物質層。
【請求項２】
前記グレイン境界の三重点に前記金属シリサイドが形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項３】
前記Ｓｉベースの物質層は、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、及びＳｉＣ層から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項１または２に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項４】
前記金属シリサイドは、前記物質層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項５】
前記金属シリサイドはワイヤー形態を有し、前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項６】
前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項７】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項８】
前記金属シリサイドは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の金属イオンを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層。
【請求項９】
Ｓｉベースの基板と、
前記Ｓｉベースの基板上に形成されるものであって、複数のグレインと前記複数のグレインの間のグレイン境界に形成された金属シリサイドとを備えるＳｉベースの物質層と、
前記Ｓｉベースの物質層の上面の所定領域上に設けられたスペーサと、
前記スペーサにより、前記Ｓｉベースの物質層の上面から所定の間隔で離れて設けられる第１電極と、
前記第１電極に対応して前記Ｓｉベースの基板の底面に設けられた第２電極と、
を備えることを特徴とするフィールドエミッタ。
【請求項１０】
前記グレイン境界の三重点に金属シリサイドが形成されることを特徴とする、請求項９に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１１】
前記Ｓｉベースの基板は、Ｓｉ基板、ＳｉＧｅ基板、及びＳｉＣ基板から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項９または１０に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１２】
前記Ｓｉベースの基板は、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、ＩＴＯ基板、結晶質Ｓｉ基板、及び非晶質Ｓｉ基板から成る群から選択されるいずれか一つの基板上に、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層が形成されたことを特徴とする、請求項９または１０に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１３】
前記Ｓｉベースの物質層は、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、及びＳｉＣ層から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１４】
前記金属シリサイドは、前記物質層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１５】
前記金属シリサイドはワイヤー形態を有し、前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１６】
前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１７】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１８】
前記金属シリサイドは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の金属イオンを含むことを特徴とする、請求項９〜１７のいずれか１項に記載のフィールドエミッタ。
【請求項１９】
請求項９〜１８のいずれか１項に記載のフィールドエミッタを備えることを特徴とする、電界放出ディスプレイ。
【請求項２０】
Ｓｉベースの基板に所定の厚さの非晶質層を形成する工程と、
前記非晶質層に所定の金属イオンをドーピングする工程と、
前記金属イオンがドーピングされた非晶質層をアニーリングする工程とを含み、
前記アニーリング工程は、前記金属イオンがドーピングされた非晶質層を、複数のグレインを備える多結晶層に結晶化し、前記複数のグレインの間のグレイン境界に金属シリサイドを形成することを特徴とする、Ｓｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２１】
前記グレイン境界の三重点に金属シリサイドが形成されることを特徴とする、請求項２０に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２２】
前記非晶質層を形成する工程は、基板に所定の元素イオンをドーピングして、基板の所定厚さを非晶質層に変化させる工程を含むことを特徴とする、請求項２０または２１に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２３】
前記元素イオンは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、及びＰｂから成る群から選択される少なくとも一つのイオンであることを特徴とする、請求項２２に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２４】
前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＭｇから成る群から選択される少なくとも一つであることを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２５】
前記金属イオンのドーピング量は、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２ないし１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２６】
前記金属イオンのドーピングエネルギーは、１ｋｅＶないし１０００ｋｅＶであることを特徴とする、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２７】
前記アニーリングは、レーザビームによって行われることを特徴とする、請求項２０〜２６のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２８】
前記レーザビームのエネルギー密度は、５０ｍＪ／ｃｍ２ないし３０００ｍＪ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項２７に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項２９】
前記Ｓｉベースの基板は、Ｓｉ基板、ＳｉＧｅ基板、及びＳｉＣ基板から成る群から選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３０】
前記Ｓｉベースの基板は、ＳｉＯ２基板、ＭｇＯ基板、ＩＴＯ基板、結晶質Ｓｉ基板、及び非晶質Ｓｉ基板から成る群から選択されるいずれか一つの基板上に、Ｓｉ層、ＳｉＧｅ層、またはＳｉＣ層が形成されることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３１】
前記金属イオンのドーピングは、イオン注入装置により行われることを特徴とする、請求項２０〜３０のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３２】
前記金属シリサイドは、前記物質層の表面から所定の深さほど垂直方向に形成されることを特徴とする、請求項２０〜３１のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３３】
前記金属シリサイドはワイヤー形態を有し、前記金属シリサイドの直径は、０．１ｎｍないし１００ｎｍであることを特徴とする、請求項２０〜３２のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【請求項３４】
前記金属シリサイドの長さは、０．１ｎｍないし１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項２０〜３３のいずれか１項に記載のＳｉベースの物質層の製造方法。
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図９】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図９】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公開番号】特開２００６−４１５１８（Ｐ２００６−４１５１８Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０９２７９（Ｐ２００５−２０９２７９）
【出願日】平成１７年７月１９日（２００５．７．１９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１９日（２００５．７．１９）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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