金属ドットの製造方法およびそれを用いた半導体メモリの製造方法
【課題】金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＯ２膜５０２がＳｉからなる半導体基板５０１上に形成され（工程（ｂ））、金属薄膜５０４がＳｉＯ２膜５０２上に形成される（工程（ｃ））。その後、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの混合ガスの中から選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜５０４を処理する（工程（ｄ））。これによって、金属ドット５０３がＳｉＯ２膜５０２上に形成される（工程（ｅ））。
【解決手段】ＳｉＯ２膜５０２がＳｉからなる半導体基板５０１上に形成され（工程（ｂ））、金属薄膜５０４がＳｉＯ２膜５０２上に形成される（工程（ｃ））。その後、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの混合ガスの中から選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜５０４を処理する（工程（ｄ））。これによって、金属ドット５０３がＳｉＯ２膜５０２上に形成される（工程（ｅ））。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属ドットの製造方法およびそれを用いた半導体メモリの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属量子ドットの製造方法として、リモート水素プラズマを用いる方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この製造方法は、半導体基板の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する工程と、ＳｉＯ２膜上に金属薄膜を形成する工程と、リモート水素プラズマによって金属薄膜を処理する工程とからなる。
【０００４】
そして、この製造方法を用いる場合、金属量子ドットの密度は、金属薄膜をリモート水素プラズマによって処理するときの高周波電力または圧力によって制御される。
【特許文献１】特開２００８−２７０７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１においては、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によって金属量子ドットの密度を制御することは困難である。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を用いた半導体メモリの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、金属ドットの製造方法は、金属薄膜を基板上に形成する第１のステップと、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する第２のステップとを備える。
【０００９】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、アルゴンガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、水素ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１０】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第１の混合ガスにおけるヘリウムガスの濃度を第１の濃度に設定して第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第１の混合ガスにおけるヘリウムガスの濃度を第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第１の混合ガスにおけるヘリウムガスの濃度を第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１１】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第２の混合ガスにおけるアルゴンガスの濃度を第１の濃度に設定して第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第２の混合ガスにおけるアルゴンガスの濃度を第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第２の混合ガスにおけるアルゴンガスの濃度を第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１２】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第３の混合ガスにおける窒素ガスの濃度を第１の濃度に設定して第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第３の混合ガスにおける窒素ガスの濃度を第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１３】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力に設定してアンモニアガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定してアンモニアガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力よりも高い第３の圧力に設定してアンモニアガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１４】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を直接処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して金属薄膜を処理する。
【００１５】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、水素ガスおよびアルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を直接処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、水素ガスおよびアルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して金属薄膜を処理する。
【００１６】
好ましくは、第１のステップにおいて、白金薄膜またはニッケル薄膜が金属薄膜として基板上に形成される。
【００１７】
また、この発明によれば、半導体メモリの製造方法は、半導体基板の一主面にソース電極およびドレイン電極を形成する第１のステップと、ソース電極とドレイン電極との間の半導体基板の一主面に絶縁膜を形成する第２のステップと、絶縁膜上に半導体ドットを形成する第３のステップと、半導体ドットを酸化して半導体ドットを覆うように酸化膜を形成する第４のステップと、酸化膜上に金属薄膜を形成する第５のステップと、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する第６のステップとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理することによって密度の異なる金属ドットが製造される。
【００１９】
したがって、この発明によれば、リモートプラズマ処理に用いるガスの種類によって金属ドットの密度を制御できる。
【００２０】
また、この発明によれば、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理することによって製造された密度の異なる金属ドットを備えた半導体メモリが製造される。
【００２１】
したがって、この発明によれば、リモートプラズマ処理に用いるガスの種類によって半導体メモリに用いる金属ドットの密度を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による金属ドットの製造方法を示す工程図である。図１を参照して、一連の動作が開始されると、（１００）面を有するＳｉからなる半導体基板５０１がＲＣＡ洗浄によって洗浄される（図１の工程（ａ）参照）。
【００２４】
その後、半導体基板５０１は、酸化装置にセットされ、２％の酸素（Ｏ２）ガスを用いて１０００℃の温度で熱酸化される。これによって、半導体基板５０１の表面にＳｉＯ２膜５０２が形成される（図１の工程（ｂ）参照）。
【００２５】
そして、金属薄膜５０４がＳｉＯ２膜５０２上に堆積される（図１の工程（ｃ）参照）。この場合、金属薄膜５０４の膜厚は、１〜２ｎｍである。金属薄膜５０４は、ニッケル（Ｎｉ）薄膜または白金（Ｐｔ）薄膜からなる。そして、Ｎｉ薄膜は、電子線蒸着法を用いてＳｉＯ２膜５０２上に堆積される。また、Ｐｔ薄膜は、スパッタリング法によってＳｉＯ２膜５０２上に堆積される。
【００２６】
その後、金属薄膜５０４／ＳｉＯ２膜５０２／半導体基板５０１からなるサンプルは、目的とする金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって処理される（図１の工程（ｄ）参照）。
【００２７】
そして、一定時間、リモートプラズマ処理が行われると、金属ドット５０３がＳｉＯ２膜５０２上に形成される（図１の工程（ｅ）参照）。これによって、一連の動作が終了する。
【００２８】
図２は、リモートプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置の概略図である。図２を参照して、プラズマ処理装置６００は、石英管６１０と、反応室６２０と、基板ホルダー６３０と、ヒーター６４０と、配管６５０と、バルブ６６０と、アンテナ６７０と、マッチング回路６８０と、高周波電源６９０とを備える。
【００２９】
石英管６１０は、１０ｃｍφの直径を有し、その一方端が反応室６２０内に挿入されるように固定される。反応室６２０は、中空の円筒形状からなり、上面６２０Ａに石英管６１０の一方端を挿入するための開口部６２１を有し、側面６２０Ｂに排気口６２２を有する。そして、反応室６２０は、開口部６２１から石英管６１０の一方端が挿入されることによって、内部空間が石英管６１０の内部空間と連通する。従って、ポンプ（図示せず）によって反応室６２０および石英管６１０の内部の気体を排気口６２２を介して排気できる。
【００３０】
基板ホルダー６３０は、反応室６２０の下面６２０Ｃ上に配置される。ヒーター６４０は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなり、基板ホルダー６３０内に配置される。
【００３１】
配管６５０は、バルブ６６０を介して石英管６１０の他方端に連結される。バルブ６６０は、配管６５０に装着される。アンテナ６７０は、基板ホルダー６３０上に設置された基板８００から２３ｃｍの位置で石英管６１０の周囲を取り巻くように配置される。そして、アンテナ６７０は、その一方端がマッチング回路６８０に接続され、他方端が接地される。
【００３２】
マッチング回路６８０は、アンテナ６７０の一方端と高周波電源６９０との間に接続される。高周波電源６９０は、マッチング回路６８０と、接地ノードとの間に接続される。
【００３３】
ヒーター６４０は、基板ホルダー６３０を介して基板８００を所定の温度に加熱する。配管６５０は、水素（Ｈ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスのいずれかをボンベ（図示せず）から石英管６１０内に導く。この場合、配管６５０は、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガスを石英管６１０内に導くとき、Ｈ２ガスのボンベおよびＨｅガスのボンベからそれぞれＨ２ガスおよびＨｅガスを受け、その受けたＨ２ガスおよびＨｅガスを石英管６１０内に導く。また、配管６５０は、同様にして、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを石英管６１０内に導く。
【００３４】
バルブ６６０は、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを石英管６１０内へ供給し、またはＨ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの石英管６１０内への供給を遮断する。
【００３５】
マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射を低くして高周波電力をアンテナ６７０へ供給する。高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０へ供給する。
【００３６】
プラズマ処理装置６００における処理動作について説明する。基板８００が基板ホルダー６３０上に配置され、排気口６２２から反応室６２０および石英管６１０の真空引きが行なわれる。
【００３７】
その後、バルブ６６０が開けられ、ボンベ（図示せず）から所定量のＨ２ガス等が配管６５０を介して石英管６１０内へ導入される。そして、石英管６１０内の圧力が所定の圧力に達すると、高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０に供給する。この場合、マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射が最も低くなるように調整される。
【００３８】
そうすると、石英管６１０内でプラズマ７３０が発生し、主に原子状水素等がプラズマ７３０の発生領域から基板８００の方向へ石英管６１０内を拡散し、基板８００表面に到達する。そして、原子状水素等は、基板８００表面を処理する。
【００３９】
所定の処理時間が経過すると、高周波電源６９０がオフされ、バルブ６６０が閉じられて処理動作が終了する。
【００４０】
なお、プラズマ処理装置６００を用いてリモートプラズマ処理を行なう場合、基板８００は、電気的にフローティングされた状態でリモートプラズマによって処理される。
【００４１】
図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って金属ドットが形成される場合、半導体基板５０１／ＳｉＯ２膜５０２／金属薄膜５０４からなるサンプルは、工程（ｄ）において、プラズマ処理装置６００の基板ホルダー６３０上に載置され、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの中から選択されたガスを用いたリモートプラズマによって処理される。そして、金属ドット５０３がＳｉＯ２膜５０２上に形成される。
【００４２】
図３は、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＮｉドットの表面状態を示す図である。
【００４３】
図３の（ａ）は、図１に示す工程（ｃ）において形成されたＮｉ薄膜の表面状態を示し、図３の（ｂ）は、図１に示す工程（ｄ）においてＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＮｉ薄膜の表面状態を示し、図３の（ｃ）は、工程（ｄ）においてＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＮｉ薄膜の表面状態を示し、図３の（ｄ）は、工程（ｄ）においてＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＮｉ薄膜の表面状態を示す。
【００４４】
なお、工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＮｉ薄膜の膜厚は、１ｎｍである。
【００４５】
図３を参照して、Ｎｉ薄膜がＳｉＯ２膜上に形成された状態では、Ｎｉドットは、形成されていない（図３の（ａ）参照）。この場合、Ｎｉ薄膜の表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．１８ｎｍである。
【００４６】
そして、Ｎｉ薄膜をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスのいずれかを用いたリモートプラズマによって処理することによってＮｉドットがＳｉＯ２膜上に形成される（図３の（ｂ）〜（ｄ）参照）。
【００４７】
Ｎｉ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｎｉドットの密度は、２．４×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、１．０８ｎｍである。また、Ｎｉ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｎｉドットの密度は、６．９×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．３０ｎｍである。さらに、Ｎｉ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｎｉドットの密度は、９．４×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．３２ｎｍである。
【００４８】
したがって、Ｎｉドットの密度は、Ｎｉ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も高く、Ｎｉ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に高く、Ｎｉ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も低い。また、Ｎｉドットの大きさは、Ｎｉ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も大きく、Ｎｉ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に大きく、Ｎｉ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も小さい。
【００４９】
このように、Ｎｉ薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガス間で変えることによって、Ｎｉドットの密度および大きさを制御できる。
【００５０】
つまり、密度が最も高いＮｉドットを形成する場合には、Ａｒガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜を処理すればよく、密度が２番目に高いＮｉドットを形成する場合には、Ｈｅガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜を処理すればよく、密度が最も低いＮｉドットを形成する場合には、Ｈ２ガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜を処理すればよい。
【００５１】
図４は、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＰｔドットの表面状態を示す図である。
【００５２】
図４の（ａ）は、図１に示す工程（ｃ）において形成されたＰｔ薄膜の表面状態を示し、図４の（ｂ）は、図１に示す工程（ｄ）においてＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＰｔ薄膜の表面状態を示し、図４の（ｃ）は、工程（ｄ）においてＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＰｔ薄膜の表面状態を示し、図４の（ｄ）は、工程（ｄ）においてＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＰｔ薄膜の表面状態を示す。
【００５３】
なお、工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＰｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【００５４】
図４を参照して、Ｐｔ薄膜がＳｉＯ２膜上に形成された状態では、Ｐｔドットは、形成されていない（図４の（ａ）参照）。この場合、Ｐｔ薄膜の表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．２２ｎｍである。
【００５５】
そして、Ｐｔ薄膜をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスのいずれかを用いたリモートプラズマによって処理することによってＰｔドットがＳｉＯ２膜上に形成される（図４の（ｂ）〜（ｄ）参照）。
【００５６】
Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットの密度は、３．２×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、２．１０ｎｍである。また、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットの密度は、１．１×１０１２ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．６１ｎｍである。さらに、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットの密度は、１．５×１０１２ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．５９ｎｍである。
【００５７】
したがって、Ｐｔドットの密度は、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も高く、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に高く、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も低い。また、Ｐｔドットの大きさは、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も大きく、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に大きく、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も小さい。
【００５８】
このように、Ｐｔ薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガス間で変えることによって、Ｐｔドットの密度および大きさを制御できる。
【００５９】
つまり、密度が最も高いＰｔドットを形成する場合には、Ａｒガスを用いたリモートプラズマによってＰｔ薄膜を処理すればよく、密度が２番目に高いＰｔドットを形成する場合には、Ｈｅガスを用いたリモートプラズマによってＰｔ薄膜を処理すればよく、密度が最も低いＰｔドットを形成する場合には、Ｈ２ガスを用いたリモートプラズマによってＰｔ薄膜を処理すればよい。
【００６０】
上述したように、Ｈ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜またはＰｔ薄膜を処理して金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）を形成した場合、金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の密度は、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も高く、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に高く、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も低い。また、金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の大きさは、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も大きく、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に大きく、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も小さい。
【００６１】
したがって、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をリモートプラズマによって処理するときのガスをＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスの中から選択することによって金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の密度を制御できる。
【００６２】
図５は、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス（Ｈ２／Ｈｅ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【００６３】
図５の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、Ｈｅガスの濃度が０％、１０％、５０％、９０％および１００％であるときのＰｔ薄膜の表面状態を示す。
【００６４】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＰｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【００６５】
図５を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｈｅガスの濃度が高くなるに従って２．１０ｎｍから０．６１ｎｍまで小さくなる。Ｈｅガスの濃度が０％であるとき、すなわち、Ｈ２ガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍは、図４の（ｂ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍに一致している。また、Ｈｅガスの濃度が１００％であるとき、すなわち、Ｈｅガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．６１ｎｍは、図４の（ｃ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．６１ｎｍに一致している。
【００６６】
図６は、Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＨｅ／Ｈ２比との関係を示す図である。図６において、縦軸は、ドット密度および表面粗さ（ＲＭＳ）を表し、横軸は、ＨｅガスとＨ２ガスとの比（Ｈｅ／Ｈ２比）を表す。
【００６７】
また、曲線ｋ１は、ドット密度とＨｅ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ２は、表面粗さとＨｅ／Ｈ２比との関係を示す。
【００６８】
図６を参照して、ドット密度は、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなるに従って高くなる。特に、ドット密度は、Ｈｅ／Ｈ２比が５０％を超えると、急激に高くなる（曲線ｋ１参照）。
【００６９】
一方、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなるに従って小さくなる（曲線ｋ２参照）。これは、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなるに従ってドットの大きさが小さくなったために、表面粗さがＨｅ／Ｈ２比の増加に伴って小さくなったものと考えられる。
【００７０】
図７は、Ｐｔドットにおけるドット密度とドット高さとの関係を示す図である。図７において、縦軸は、ドット密度を表し、横軸は、ドット高さを表す。
【００７１】
図７を参照して、Ｈｅガスの濃度が０％および１０％であるとき、ドット密度は、約５×１０１０ｃｍ−２を中心に分布し、ドット高さは、約７．５ｎｍを中心に分布する。また、Ｈｅガスの濃度が５０％であるとき、ドット密度は、約８×１０１０ｃｍ−２を中心にして分布し、ドット高さは、約６．４ｎｍを中心にして分布する。
【００７２】
そして、Ｈｅガスの濃度が５０％を超えると、ドット密度は、１０１１ｃｍ−２台を中心にして分布し、ドット高さは、５ｎｍよりも小さい値を中心にして分布する。Ｈｅガスの濃度が１００％になると、ドット密度は、約４．８×１０１１ｃｍ−２を中心にして分布し、ドット高さは、約３．３ｎｍを中心にして分布する。
【００７３】
このように、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＨｅガスの濃度を高くすることによって、ドット密度が高くなり、ドットの大きさが小さくなる。
【００７４】
したがって、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＨｅガスの濃度を変えることによって、Ｐｔドットのドット密度およびドットの大きさを制御できる。
【００７５】
図８は、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス（Ｈ２／Ａｒ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【００７６】
図８の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、Ａｒガスの濃度が０％、１０％、５０％、９０％および１００％であるときのＰｔ薄膜の表面状態を示す。
【００７７】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＰｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【００７８】
図８を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ａｒガスの濃度が高くなるに従って２．１０ｎｍから０．５９ｎｍまで小さくなる。Ａｒガスの濃度が０％であるとき、すなわち、Ｈ２ガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍは、図４の（ｂ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍに一致している。また、Ａｒガスの濃度が１００％であるとき、すなわち、Ａｒガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．５９ｎｍは、図４の（ｄ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．５９ｎｍに一致している。
【００７９】
図９は、Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。図９において、縦軸は、ドット密度および表面粗さ（ＲＭＳ）を表し、横軸は、ＡｒガスとＨ２ガスとの比（Ａｒ／Ｈ２比）を表す。
【００８０】
また、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ４は、表面粗さとＡｒ／Ｈ２比との関係を示す。
【００８１】
図９を参照して、ドット密度は、Ａｒ／Ｈ２比が大きくなるに従って３×１０１１ｃｍ−２から１．４×１０１２ｃｍ−２まで高くなる（曲線ｋ３参照）。
【００８２】
一方、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ａｒ／Ｈ２比が大きくなるに従って２．４ｎｍから０．６ｎｍまで小さくなる（曲線ｋ４参照）。これは、Ａｒ／Ｈ２比が大きくなるに従ってドットの大きさが小さくなったために、表面粗さがＡｒ／Ｈ２比の増加に伴って小さくなったものと考えられる。
【００８３】
このように、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＡｒガスの濃度を高くすることによって、ドット密度が高くなり、ドットの大きさが小さくなる。
【００８４】
したがって、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＡｒガスの濃度を変えることによって、Ｐｔドットのドット密度およびドットの大きさを制御できる。
【００８５】
図１０は、Ｐｔドットにおけるドット密度とＨｅ／Ｈ２比またはＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。図１０において、縦軸は、ドット密度を表し、横軸は、Ｈｅ／Ｈ２比またはＡｒ／Ｈ２比を表す。
【００８６】
また、曲線ｋ１は、ドット密度とＨｅ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す。
【００８７】
図１０を参照して、ドット密度は、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いた方がＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いるよりも高くなる（曲線ｋ１，ｋ３参照）。
【００８８】
したがって、ドット密度を相対的に高く設定する場合、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマ処理によってＰｔドットを形成する。また、ドット密度を相対的に低く設定する場合、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマ処理によってＰｔドットを形成する。
【００８９】
このように、混合ガスの種類によっても金属ドットのドット密度を制御できる。
【００９０】
図１１は、Ｐｔドットにおけるドット密度およびＨβ／Ｈα比とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。図１１において、縦軸は、ドット密度およびＨβ／Ｈα比を表し、横軸は、Ａｒ／Ｈ２比を表す。また、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ５は、Ｈβ／Ｈα比とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す。
【００９１】
図１１を参照して、ドット密度は、上述したようにＡｒ／Ｈ２比の増加に伴って高くなる（曲線ｋ３参照）。一方、Ｈβ／Ｈα比は、Ａｒ／Ｈ２比の増加に伴って徐々に低下する（曲線ｋ５参照）。
【００９２】
Ｈβ／Ｈα比が低下すると、リモートプラズマ処理においてＰｔ薄膜の表面に到達する原子状水素の量が少なくなり、Ｐｔ薄膜におけるＰｔ原子の移動が少なくなる。その結果、Ｐｔドットの核が多く発生し、ドット密度が高くなるとともに、ドットの大きさが小さくなるものと考えられる。
【００９３】
図１１に示す結果は、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたときの実験結果であるが、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスにおいても、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなると、Ｈβ／Ｈα比が減少するので、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いた場合も、図１１に示す結果に似た結果が得られるものと考えられる。
【００９４】
したがって、リモートプラズマによってＨ２ガスから生成された原子状水素は、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）における金属原子（ＮｉまたはＰｔ）の移動を促進する機能を果たしているものと考えられる。これは、Ｈ２ガスのみを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜またはＰｔ薄膜を処理した場合、金属ドットのドット密度が最も低くなり、ドットの大きさが最も大きくなること（図３および図４参照）によってサポートされている。
【００９５】
その結果、ドット密度が低く、かつ、ドットサイズが大きい金属ドットを作成する場合、金属薄膜における金属原子の移動を促進すればよく、ドット密度が高く、かつ、ドットサイズが小さい金属ドットを作成する場合、金属薄膜における金属原子の移動を抑制すればよい。
【００９６】
図１２は、Ｐｔ薄膜を窒素（Ｎ２）ガスまたは酸素（Ｏ２）ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。図１２の（ａ）は、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示し、図１２の（ｂ）は、Ｐｔ薄膜をＯ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示す。
【００９７】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。
【００９８】
図１２を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、０．４９ｎｍであり、Ｐｔ薄膜をＯ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、０．２２ｎｍである。
【００９９】
そして、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットが形成されるが、Ｐｔ薄膜をＯ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットが形成されない。
【０１００】
このように、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理しても、Ｐｔドットを形成することができる。
【０１０１】
図１３は、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。図１３の（ａ）は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比が２：８であるときの表面状態を示す図であり、図１３の（ｂ）は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比が１：１であるときの表面状態を示す図であり、図１３の（ｃ）は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比が８：２であるときの表面状態を示す図である。
【０１０２】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。
【０１０３】
図１３を参照して、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を２：８に設定してＰｔ薄膜をＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットは、形成されない（図１３の（ａ）参照）。
【０１０４】
一方、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を１：１または８：２に設定してＰｔ薄膜をＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットは、形成される（図１３の（ｂ），（ｃ）参照）。そして、ドット密度は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を８：２に設定した場合の方が高くなる。
【０１０５】
また、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いた場合、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を１：１から８：２に変えることによって、Ｐｔドットの大きさは、殆ど変わらない。
【０１０６】
したがって、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いた場合、Ｐｔドットの大きさを殆ど変えずにドット密度を制御できる。
【０１０７】
図１４は、Ｐｔ薄膜をアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示す図である。
【０１０８】
図１４の（ａ）は、リモートプラズマによる処理を行なう前の表面状態を示す図である。また、図１４の（ｂ）〜（ｅ）は、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力がそれぞれ６６．５Ｐａ、３９．９Ｐａ、１３．３Ｐａおよび６．６５Ｐａであるときの表面状態を示す図である。
【０１０９】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、および５分に保持された。また、Ｐｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【０１１０】
図１４を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、リモートプラズマによる処理を行なう前、０．２４ｎｍである（図１４の（ａ）参照）。そして、表面粗さ（ＲＭＳ）は、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が低くなるに従って大きくなる（図１４の（ｂ）〜（ｅ）参照）。
【０１１１】
ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が６６．６Ｐａである場合、Ｐｔドットが形成されないが、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が３９．９Ｐａ、１３．３Ｐａおよび６．６５Ｐａである場合、Ｐｔドットが形成される。
【０１１２】
そして、ドット密度は、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が３９．９Ｐａから６．６５Ｐａへと低くなるに従って高くなる。この場合、Ｐｔドットの大きさは、殆ど変わらない。
【０１１３】
したがって、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによってＰｔドットを形成する場合、リモートプラズマによる処理時の圧力を相対的に高くすれば、ドット密度が相対的に低くなり、リモートプラズマによる処理時の圧力を相対的に低くすれば、ドット密度が相対的に高くなる。
【０１１４】
このように、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力を制御することによって、Ｐｔドットのドット密度を独立に制御できる。
【０１１５】
図１５は、リモートプラズマ処理を行なう他のプラズマ処理装置の概略図である。図１５を参照して、プラズマ処理装置６００Ａは、図２に示すプラズマ処理装置６００にメッシュ７４０を追加したものであり、その他は、プラズマ処理装置６００と同じである。
【０１１６】
メッシュ７４０は、たとえば、ステンレスからなり、１ｍｍ間隔の格子構造を有する。そして、メッシュ７４０は、石英管６１０内ではなく、反応室６２０内に配置される。より具体的には、メッシュ７４０は、基板ホルダー６３０から１０ｍｍの位置に基板ホルダー６３０に略平行に配置される。また、メッシュ７４０は、電気的に接地されている。
【０１１７】
プラズマ処理装置６００Ａを用いてリモートプラズマ処理を行なった場合、メッシュ７４０が接地されているので、プラズマ７３０中で発生した各種のイオンは、メッシュ７４０によって基板８００の表面へ到達することが抑制される。その結果、各種のイオンによるダメージを抑制してリモートプラズマ処理を行なうことができる。
【０１１８】
図１６は、Ｐｔ薄膜をＨ２ガス、ＡｒガスおよびＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合のメッシュの有無による表面状態の違いを示す図である。
【０１１９】
図１６の（ａ）は、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いずに処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｂ）は、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いずに処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｃ）は、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いずに処理した場合の表面状態を示す。
【０１２０】
図１６の（ｄ）は、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いて処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｅ）は、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いて処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｆ）は、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いて処理した場合の表面状態を示す。
【０１２１】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、圧力および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、Ｐｔ薄膜の膜厚は、３．８ｎｍである。
【０１２２】
Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、メッシュを用いることによって、Ｐｔドットのドット密度が高くなる（図１６の（ａ），（ｄ）参照）。
【０１２３】
また、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、メッシュを用いることによって、Ｐｔドットのドット密度が低くなる（図１６の（ｂ），（ｅ）参照）。
【０１２４】
さらに、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、メッシュを用いることによって、Ｐｔドットのドット密度が高くなる（図１６の（ｃ），（ｆ）参照）。
【０１２５】
このように、メッシュ７４０を用いることによってＰｔドットの密度を制御することができる。
【０１２６】
上述したように、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの各種のガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）を処理することによって金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の密度を制御できる。
【０１２７】
したがって、この発明の実施の形態においては、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて１つのガスを選択し、その選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）を処理して金属ドットを製造することを特徴とする。
【０１２８】
これによって、ドット密度を制御することができる。
【０１２９】
なお、上記においては、金属薄膜は、Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜であると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、金属薄膜は、Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜以外の金属薄膜であってもよい。
【０１３０】
次に、金属ドットの応用例について説明する。
【０１３１】
図１７は、金属ドットを用いた半導体メモリの断面図である。図１７を参照して、半導体メモリ１００は、半導体基板１０１と、ソース電極１０２と、ドレイン電極１０３と、絶縁膜１０５と、複合フローティングゲート３００と、ゲート電極１０４と、サイドウォール１０６とを備える。
【０１３２】
半導体メモリ１００は、絶縁膜１０５とゲート電極１０４とに挟まれる部分に複合フローティングゲート３００を配置した構造からなる。そして、複合フローティングゲート３００は、制御ノード３１０および電荷蓄積ノード３２０の積層により構成される。制御ノード３１０は、シリコン（Ｓｉ）量子ドット３１１と、それを被覆するＳｉ酸化膜３１２とによって構成され、電荷蓄積ノード３２０は、金属量子ドット３２１と、それを被覆する高誘電率絶縁膜３２２とによって構成され、それぞれの材料の組み合わせと、ノードの積層の組み合わせにより、半導体メモリ１００の作用が異なる。
【０１３３】
半導体基板１０１は、（１００）の面方位を有するｎ型単結晶シリコン（Ｓｉ）基板からなる。ソース電極１０２およびドレイン電極１０３は、半導体基板１０１の一主面側に形成される。そして、ソース電極１０２およびドレイン電極１０３は、ｐ＋型Ｓｉからなる。
【０１３４】
絶縁膜１０５は、ＳｉＯ２からなり、半導体基板１の一主面に接して形成される。そして、絶縁膜１０５は、約２ｎｍ〜４ｎｍの膜厚を有する。この２ｎｍ〜４ｎｍの膜厚は、電子が絶縁膜１０５をトンネル可能な膜厚である。
【０１３５】
複合フローティングゲート３００は、絶縁膜１０５に接して形成される。ゲート電極１０４は、複合フローティングゲート３００に接して形成される。そして、ゲート電極１０４は、不純物半導体または半透明導電体からなる。より具体的には、ゲート電極１０４は、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）等の純金属あるいはそれらの合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）およびＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電体または不純物を高濃度にドープして低抵抗化した半導体等からなる。
【０１３６】
サイドウォール１０６は、シリコン酸化膜を含む絶縁膜からなり、複合フローティングゲート３００およびゲート電極１０４を両側から挟むように絶縁膜１０５上に形成される。
【０１３７】
複合フローティングゲート３００は、制御ノード３１０と、電荷蓄積ノード３２０とからなる。制御ノード３１０は、絶縁膜１０５に接して形成される。電荷蓄積ノード３２０は、制御ノード３１０に接して形成される。このように、複合フローティングゲート３００は、電荷蓄積ノード３２０を制御ノード３１０上に積層した２層構造からなる。
【０１３８】
制御ノード３１０は、複数のＳｉ量子ドット３１１と、Ｓｉ酸化膜３１２とからなる。複数のＳｉ量子ドット３１１は、絶縁膜１０５上に二次元的に形成される。そして、複数のＳｉ量子ドット３１１の各々は、略半球状のＳｉ結晶からなり、１０ｎｍ以下の直径および８ｎｍ以下の高さを有する。Ｓｉ酸化膜３１２は、複数のＳｉ量子ドット３１１を覆うように形成される。
【０１３９】
電荷蓄積ノード３２０は、複数の金属量子ドット３２１と、高誘電率絶縁膜３２２とからなる。複数の金属量子ドット３２１は、制御ノード３１０のＳｉ酸化膜３１２上に二次元的に形成される。そして、複数の金属量子ドット３２１の各々は、略球状のＮｉまたはＰｔからなり、約６ｎｍの平均的な高さを有する。
【０１４０】
高誘電率絶縁膜３２２は、複数の金属量子ドット３２１を覆うように形成される。そして、高誘電率絶縁膜３２２は、タンタル酸化膜（Ｔａ酸化膜）またはジルコニウム酸化膜（Ｚｒ酸化膜）からなる。
【０１４１】
なお、高誘電率絶縁膜３２２としてＴａ酸化膜またはＺｒ酸化膜を用いるのは、次の理由による。データ通信に広く使われている赤外域の光で電子を励起し、量子ドットへ注入することが可能となり、高速通信ネットワークから半導体メモリ１００を用いて作成した集積回路からのデータ出力が実現できるからである。
【０１４２】
絶縁膜１０５は、正の電圧がゲート電極１０４に印加されると、半導体基板１０１中の電子をトンネルによってＳｉ量子ドット３１１中へ通過させ、またはＳｉ量子ドット３１１中の電子をトンネルによって半導体基板１０１へ通過させる。
【０１４３】
制御ノード３１０は、電子の半導体基板１０１から電荷蓄積ノード３２０への注入および電子の電荷蓄積ノード３２０から半導体基板１０１への放出を制御する機能を有する。電荷蓄積ノード３２０は、半導体基板１０１から制御ノード３１０を介して注入された電子を保持する機能を有する。
【０１４４】
半導体メモリ１００の製造方法について説明する。図１８は、図１７に示す半導体メモリ１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１８を参照して、半導体メモリ１００を製造する動作が開始されると、ｎ型Ｓｉからなる半導体基板１０１の一主面にＢを高濃度にドープすることによってソース電極１０２およびドレイン電極１０３を形成する（ステップＳ１）。
【０１４５】
その後、半導体基板１０１の一主面を２％の酸素雰囲気中において約１０００℃で酸化することにより半導体基板１０１の一主面の全面にＳｉＯ２膜を形成し、その形成したＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィーによってパターンニングして絶縁膜１０５を形成する（ステップＳ２）。
【０１４６】
そして、絶縁膜１０５の表面を０．１％のフッ酸で洗浄する（ステップＳ３）。これによって、絶縁膜１０５の表面がＯＨによって終端される。
【０１４７】
その後、シラン（ＳｉＨ４）ガスを原料として、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＳｉ結晶からなるＳｉ量子ドット３１１を自己組織的に絶縁膜１０５上に形成する（ステップＳ４）。
【０１４８】
引き続いて、Ｓｉ量子ドット３１１を酸素雰囲気中で酸化し、２ｎｍ程度の膜厚を有するＳｉ酸化膜３１２を形成する（ステップＳ５）。
【０１４９】
そして、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＳｉ酸化膜３１２上に形成する（ステップＳ６）。
【０１５０】
その後、試料を半導体製造装置６００の基板ホルダー６３０上に設置し、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２／Ｈｅガス、Ｈ２／Ａｒガス、およびＨ２／Ｎ２ガスから金属ドットの密度に応じて１つのガスを選択し、その選択した１つのガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）を処理して金属量子ドット３２１を形成する（ステップＳ７）。
【０１５１】
引き続いて、高誘電体絶縁膜３２２を金属量子ドット３２１上に形成し（ステップＳ８）、ゲート電極１０４を高誘電体絶縁膜３２２上に形成する（ステップＳ９）。
【０１５２】
その後、フォトリソグラフィーによってＳｉ量子ドット３１１、Ｓｉ酸化膜３１２、金属量子ドット３２１、高誘電体絶縁膜３２２およびゲート電極１０４を所定の寸法にパターンニングし（ステップＳ１０）、Ｓｉ量子ドット３１１、Ｓｉ酸化膜３１２、金属量子ドット３２１、高誘電体絶縁膜３２２およびゲート電極１０４の両側にサイドウォール１０６を形成する（ステップＳ１１）。これによって、半導体メモリ１００が完成する。
【０１５３】
図１９は、金属ドットを用いた他の半導体メモリの断面図である。図１９を参照して、半導体メモリ１１０は、図１７に示す半導体メモリ１００の複合フローティングゲート３００を複合フローティングゲート４００に代えたものであり、その他は、半導体メモリ１００と同じである。
【０１５４】
複合フローティングゲート４００は、図１７に示す複合フローティングゲート３００に制御ノード４１０を追加したものであり、その他は、複合フローティングゲート３００と同じである。
【０１５５】
制御ノード４１０は、電荷蓄積ノード３２０上に形成される。このように、複合フローティングゲート４００は、上述した２層構造からなる複合フローティングゲート３００上に制御ノード４１０を積層した３層構造を有する。そして、複合フローティングゲート４００は、絶縁膜１０５とゲート電極１０４との間に配置される。
【０１５６】
制御ノード４１０は、半導体メモリ１１０のメモリ消去における電子の放出を制御する機能を有する。そして、制御ノード４１０は、複数のＳｉ量子ドット４１１と、高誘電率絶縁膜４１２とからなる。複数のＳｉ量子ドット４１１は、電荷蓄積ノード３２０の高誘電率絶縁膜３２２上に二次元的に形成される。そして、複数のＳｉ量子ドット４１１の各々は、略球状のＳｉ結晶からなり、１０ｎｍ以下の高さを有する。高誘電率絶縁膜４１２は、複数のＳｉ量子ドット４１１を覆うように形成される。そして、高誘電率絶縁膜４１２は、Ｔａ酸化膜またはＺｒ酸化膜からなる。
【０１５７】
なお、高誘電率絶縁膜４１２がＴａ酸化膜またはＺｒ酸化膜からなる理由は、上述した高誘電率絶縁膜３２２がＴａ酸化膜またはＺｒ酸化膜からなる理由と同じである。
【０１５８】
半導体メモリ１１０の製造方法について説明する。半導体メモリ１１０は、上述した半導体メモリ１００の製造方法において、電荷蓄積ノード３２０を形成した後、ゲート電極１０４を形成する前に、すなわち、図１８に示すステップＳ８とステップＳ９との間に、Ｓｉ量子ドット３１１と同じ方法によってＳｉ量子ドット４１１を形成し、その形成したＳｉ量子ドット４１１上に高誘電率絶縁膜３２２と同じ方法によって高誘電率絶縁膜４１２を形成する工程を挿入すればよい。
【０１５９】
その他は、半導体メモリ１００と同じである。
【０１６０】
上述した図１７および図１９において、各ノードの境界は、説明のために略水平面で区切って図示しているが、実際は、膜の上に量子ドットを２次元に配置している。そのため、絶縁膜１０５と制御ノード３１０との境界は、略水平面に近いが、制御ノード３１０と電荷蓄積ノード３２０との境界、電荷蓄積ノード３２０と制御ノード４１０との境界は、量子ドットの形状によって凹凸が存在する。
【０１６１】
半導体メモリ１００，１１０におけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とについて説明する。
【０１６２】
図２０〜図２５は、それぞれ、半導体メモリ１００，１１０におけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第１から第６のエネルギーバンド図である。
【０１６３】
以下の説明では、半導体メモリ１１０におけるトランジスタキャパシタ部のエネルギーバンド図を参照してメモリ書き込み動作およびメモリ消去動作を説明する。
【０１６４】
まず、図２０を参照して、半導体メモリ１１０のゲート電極１０４に正の電圧が印加されていないときのエネルギーバンド図について説明する。制御ゲート３１０のＳｉ量子ドット３１１は、絶縁膜１０５とＳｉ酸化膜３１２とによって挟まれており、ナノサイズを有するため、離散的なエネルギー準位ＬＶ１がＳｉ量子ドット３１１の伝導帯中に存在する。同様に、離散的なエネルギー準位ＬＶ２が金属量子ドット３２１の伝導帯中に存在し、離散的なエネルギー準位ＬＶ３がＳｉ量子ドット４１１の伝導帯中に存在する。これらのエネルギー準位ＬＶ１〜ＬＶ３は、電子に対するエネルギー準位である。
【０１６５】
そして、Ｓｉ量子ドット３１１は、Ｓｉ量子ドット４１１と同じＳｉ結晶からなっているので、エネルギー準位ＬＶ１は、エネルギー準位ＬＶ３と同じである。また、金属量子ドット３２１は、Ｓｉ量子ドット３１１，４１１と異なる材料からなっているので、エネルギー準位ＬＶ２は、エネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低い。更に、金属量子ドット３２１は、半導体基板１０１とも異なる材料からなっているので、エネルギー準位ＬＶ２は、半導体基板１０１の伝導帯よりも低い。
【０１６６】
このように、半導体メモリ１１０においては、電荷蓄積ノード３２０における金属量子ドット３２１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ２は、電荷蓄積ノード３２０の両側に存在する制御ノード３１０，４１０におけるＳｉ量子ドット３１１，４１１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低い。したがって、電荷蓄積ノード３２０は、金属量子ドット３２１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ２がＳｉ量子ドット３１１，４１１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低くなるように制御ノード３１０，４１０と異なる材料からなる。
【０１６７】
次に、図２１を参照して、図２０に示すエネルギーバンド図を有する半導体メモリ１１０におけるメモリの書き込み動作は、ゲート電極１０４に正の電圧を印加し、半導体基板１０１から電子をＳｉ量子ドット３１１や金属量子ドット３２１に注入することにより行われる。
【０１６８】
ゲート電極１０４に正の電圧を印加すると、半導体基板１０１の電子６００が絶縁膜１０５をトンネルして制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１へと注入される。Ｓｉ量子ドット３１１へ電子が注入されると、Ｓｉ量子ドット３１１の静電エネルギーが上昇するため、Ｓｉ量子ドット３１１中の電子保持によって半導体基板１０１のバンドは、下側に曲げられる。この状態は、論理上の「１」と判定される。
【０１６９】
正の電圧をゲート電極１０４に更に印加すると、さらに、半導体基板１０１の電子が絶縁膜１０５をトンネルして制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１へと注入される。これによって、Ｓｉ量子ドット３１１へ２個目の電子７００が注入される（図２２参照）。この状態は、論理上の「２」と判定される。
【０１７０】
このように、ゲート電極１０４に正電圧を印加することによって、半導体基板１０１の電子６００が１個ずつ絶縁膜１０５をトンネルして制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１へと注入される。この状態をもって多値表現が可能となる。
【０１７１】
Ｓｉ量子ドット３１１に注入された数個の電子は、光入力または電子放出操作のない間はＳｉ量子ドット３１１に保持される。
【０１７２】
また、半導体メモリ１１０のゲート電極１０４に正電圧を更に印加すると、上記同様に、半導体基板１０１から電子８０１がＳｉ量子ドット３１１内に注入される（図２３参照）。そしてＳｉ量子ドット３１１に蓄積されている電子の量が一定基準を超すと、Ｓｉ量子ドット３１１内に保持されている電子８０２は、Ｓｉ酸化膜３１２をトンネルして金属量子ドット３２１内に注入される（図２３参照）。
【０１７３】
金属量子ドット３２１は、ナノ（量子）構造であるため、離散化したエネルギー準位ＬＶ２が存在し、このエネルギー準位ＬＶ２は、制御ノード３１０，４１０中のＳｉ量子ドット３１１，４１１のエネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低い。その結果、金属量子ドット３２１は、電子保持によるしきい値シフトの検知が可能であり、さらには、金属材料を用いているため、保持電子数の制限がなく、多数の電子を安定に保持できる。そのため、電子保持時間が長くなり、結果として情報の保持時間が長くなる。さらには、電荷保持ノードとして金属量子ドット３２１を用いることで、電子の注入に必要な時間、すなわち情報書き込み時間に大きく影響を及ぼす絶縁膜１０５を極めて薄膜化することが可能となるため、書き込み速度も同時に効率良く改善できる。
【０１７４】
以上説明した半導体メモリ１１０によれば、ゲート電極１０４である不純物半導体または半透明金属からの電気的パルスまたは光パルスによりＳｉ量子ドット３１１、および金属量子ドット３２１へ電子の注入を高速で効率的に行なうことが可能となる。
【０１７５】
また、半導体メモリ１１０は、絶縁膜１０５と半導体基板１０１との境界面がＳｉＯ２とＳｉ界面なので、閾値電圧の増加や電界効果移動度の低下を招くことなく、良好なトランジスタ特性が実現できる。
【０１７６】
次に、半導体メモリ１１０におけるメモリの消去動作について説明する。半導体メモリ１１０におけるメモリの消去は、ゲート電極１０４に光を照射したり、負の電圧を印加したりして、Ｓｉ量子ドット３１１や金属量子ドット３２１に注入された電子を半導体基板１０１へ放出することによって行なわれる。
【０１７７】
以下、図２４および図２５を参照して、半導体メモリ１１０の消去動作を説明する。なお、半導体メモリ１００の構造と、半導体メモリ１１０の構造とがあるが、同様の動作を示す段階があるので、半導体メモリ１１０の構造におけるトランジスタキャパシタ部の構造で説明を行う。
【０１７８】
一旦、書き込んだ情報を消去する場合、ゲート電極１０４から微弱な光９００を入射する。微弱な光９００がゲート電極１０４に入射されると、内部光電効果によって、電荷蓄積ノード３２０の金属量子ドット３２１に保持された電子が励起される。その結果、半導体メモリ１００では、金属量子ドット３２１に保持された電子は、制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中へ当該電子９０１が放出される（図２４参照）。
【０１７９】
そして、ゲート電極１０４に負電圧をさらに印加することでＳｉ量子ドット３１１中の電子９０２は、半導体基板１０１へ放出される（図２４参照）。
【０１８０】
また、半導体メモリ１１０では、金属量子ドット３２１に保持された電子９０１，９０３がそれぞれ制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中、および制御ノード４１０のＳｉ量子ドット４１１中へ分散して放出される。（図２４参照）。
【０１８１】
そして、ゲート電極１０４に負電圧をさらに印加することでＳｉ量子ドット３１１中の電子９０２のみが半導体基板１０１へ放出される（図２４参照）。
【０１８２】
即ち、半導体メモリ１１０では、電荷蓄積ノード３２０の金属量子ドット３２１に保持された電子を放出する際、制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中と、制御ノード４１０のＳｉ量子ドット４１１中とへ分散されることにより、一斉に保持電子を全部放出することなく、制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中に放出された電子のみをゲート電圧で制御しながら放出するようにしている（図２５参照）。
【０１８３】
その結果、多値メモリの部分的な消去動作が可能となるので、メモリ消去動作の制御をより確実化させることができる。
【０１８４】
また、一度に全ての電子を放出する場合は、ゲート電極１０４に負電圧を印加した状態でゲート電極１０４に微弱な光９００を照射する。これにより、内部光電効果によって金属量子ドット３２１内の保持電子を一挙に制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中に放出でき、さらに電圧を印加することで、Ｓｉ量子ドット３１１中に保持されていた電子が半導体基板１０１に放出され、保持電子がなくなるため、データは消去されたことになる。
【０１８５】
なお、金属量子ドット３２１に対する制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１および制御ノード４１０のＳｉ量子ドット４１１のバリアは、低いために赤外域の光でも容易に電子を放出できるので、現在、光データ通信に広く使われている赤外域の光で半導体メモリ１１０からのデータ出力が可能であるという利点を有する。
【０１８６】
なお、微弱な光９００の光源として、メモリパッケージ内部に有機ＥＬ材料を塗布することで実現してもよい。
【０１８７】
以上、説明したような複合フローティングゲート（３００，４００）および、電子の注入および放出手段をとることによって、半導体メモリ１００，１１０において、多値記憶動作を実現できる。
【０１８８】
また、Ｓｉ量子ドットに比べ電子系に対する深いポテンシャル井戸が実現できる金属量子ドットに電子を注入することにより、注入された電子は、金属量子ドット内に安定して蓄積可能となり、電子を放出しにくくなる。その結果、絶縁膜１０５の薄膜化による書き込み・消去時間の低減が改善できるため、多値記憶動作を安定かつ高速に実現可能となる。
【０１８９】
さらに、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って電荷蓄積ノード３２０を構成する金属量子ドット３２１を形成することによって、金属量子ドット３２１の密度を制御した半導体メモリ１００，１１０を製造できる。
【０１９０】
図２６は、金属ドットを用いたさらに他の半導体メモリの断面図である。金属ドットを用いた半導体メモリは、図２６に示す半導体メモリ１２０であってもよい。図２６を参照して、半導体メモリ１２０は、図１７に示す半導体メモリ１００の複合フローティングゲート３００をフローティングゲート５００に代えたものであり、その他は、半導体メモリ１００と同じである。
【０１９１】
フローティングゲート５００は、絶縁膜１０５とゲート電極１０４とに接して絶縁膜１０５とゲート電極１０４との間に形成される。そして、フローティングゲート５００は、金属ドット５１１と、高誘電率絶縁膜５１２とからなる。
【０１９２】
金属ドット５１１は、ＰｔドットまたはＮｉドットからなり、絶縁膜１０５に接して絶縁膜１０５上に形成される。
【０１９３】
高誘電率絶縁膜５１２は、上述した高誘電率絶縁膜３２２と同じ材料からなり、金属ドット５１１を覆うように金属ドット５１１上に形成される。
【０１９４】
半導体メモリ１２０においては、フローティングゲート５００は、電荷蓄積ノードとして機能し、情報を記憶する。
【０１９５】
図２７は、図２６に示す半導体メモリ１２０の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１９６】
図２７に示すフローチャートは、図１８に示すフローチャートのステップＳ４，Ｓ５を削除し、ステップＳ６，Ｓ１０，Ｓ１１をそれぞれステップＳ６Ａ，Ｓ１０Ａ，Ｓ１１Ａに代えたものであり、その他は、図１８に示すフローチャートと同じである。
【０１９７】
図２７を参照して、半導体メモリ１２０の製造が開始されると、上述したステップＳ１〜ステップＳ３が順次実行された後、金属薄膜（Ｐｔ薄膜またはＮｉ薄膜）が絶縁膜１０５上に形成される（ステップＳ６Ａ）。
【０１９８】
その後、上述したステップＳ７〜ステップＳ９が順次実行される。そして、フォトリソグラフィーによって金属量子ドット５１１、高誘電体絶縁膜５１２およびゲート電極１０４を所定の寸法にパターンニングし（ステップＳ１０Ａ）、金属量子ドット５１１、高誘電体絶縁膜５１２およびゲート電極１０４の両側にサイドウォール１０６を形成する（ステップＳ１１Ａ）。これによって、半導体メモリ１２０が完成する。
【０１９９】
半導体メモリ１２０においても、Ｓｉ量子ドットに比べ電子系に対する深いポテンシャル井戸が実現できる金属量子ドットに電子を注入することにより、注入された電子は、金属量子ドット内に安定して蓄積可能となり、電子を放出しにくくなる。その結果、絶縁膜１０５の薄膜化による書き込み・消去時間の低減が改善できるため、多値記憶動作を安定かつ高速に実現可能となる。
【０２００】
また、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従ってフローティングゲート５００（電荷蓄積ノード）を構成する金属量子ドット５１１を形成することによって、金属量子ドット５１１の密度を制御した半導体メモリ１２０を製造できる。
【０２０１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
この発明は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法に適用される。また、この発明は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を用いた半導体メモリの製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【図１】この発明の実施の形態による金属ドットの製造方法を示す工程図である。
【図２】リモートプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置の概略図である。
【図３】図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＮｉドットの表面状態を示す図である。
【図４】図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＰｔドットの表面状態を示す図である。
【図５】Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス（Ｈ２／Ｈｅ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図６】Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＨｅ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図７】Ｐｔドットにおけるドット密度とドット高さとの関係を示す図である。
【図８】Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス（Ｈ２／Ａｒ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図９】Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図１０】Ｐｔドットにおけるドット密度とＨｅ／Ｈ２比またはＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図１１】Ｐｔドットにおけるドット密度およびＨβ／Ｈα比とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図１２】Ｐｔ薄膜を窒素（Ｎ２）ガスまたは酸素（Ｏ２）ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図１３】Ｐｔ薄膜をＮ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図１４】Ｐｔ薄膜をアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示す図である。
【図１５】リモートプラズマ処理を行なう他のプラズマ処理装置の概略図である。
【図１６】Ｐｔ薄膜をＨ２ガス、ＡｒガスおよびＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合のメッシュの有無による表面状態の違いを示す図である。
【図１７】金属ドットを用いた半導体メモリの断面図である。
【図１８】図１７に示す半導体メモリの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１９】金属ドットを用いた他の半導体メモリの断面図である。
【図２０】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第１のエネルギーバンド図である。
【図２１】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第２のエネルギーバンド図である。
【図２２】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第３のエネルギーバンド図である。
【図２３】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第４のエネルギーバンド図である。
【図２４】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第５のエネルギーバンド図である。
【図２５】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第６のエネルギーバンド図である。
【図２６】金属ドットを用いたさらに他の半導体メモリの断面図である。
【図２７】図２６に示す半導体メモリの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０４】
５０１ 半導体基板、５０２ ＳｉＯ２膜、５０３ 金属ドット、５０４ 金属薄膜。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属ドットの製造方法およびそれを用いた半導体メモリの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属量子ドットの製造方法として、リモート水素プラズマを用いる方法が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この製造方法は、半導体基板の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する工程と、ＳｉＯ２膜上に金属薄膜を形成する工程と、リモート水素プラズマによって金属薄膜を処理する工程とからなる。
【０００４】
そして、この製造方法を用いる場合、金属量子ドットの密度は、金属薄膜をリモート水素プラズマによって処理するときの高周波電力または圧力によって制御される。
【特許文献１】特開２００８−２７０７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１においては、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によって金属量子ドットの密度を制御することは困難である。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を用いた半導体メモリの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、金属ドットの製造方法は、金属薄膜を基板上に形成する第１のステップと、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する第２のステップとを備える。
【０００９】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、アルゴンガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、水素ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１０】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第１の混合ガスにおけるヘリウムガスの濃度を第１の濃度に設定して第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第１の混合ガスにおけるヘリウムガスの濃度を第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第１の混合ガスにおけるヘリウムガスの濃度を第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１１】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第２の混合ガスにおけるアルゴンガスの濃度を第１の濃度に設定して第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第２の混合ガスにおけるアルゴンガスの濃度を第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第２の混合ガスにおけるアルゴンガスの濃度を第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１２】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第３の混合ガスにおける窒素ガスの濃度を第１の濃度に設定して第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、第３の混合ガスにおける窒素ガスの濃度を第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１３】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力に設定してアンモニアガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定してアンモニアガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力よりも高い第３の圧力に設定してアンモニアガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する。
【００１４】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を直接処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも低い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して金属薄膜を処理する。
【００１５】
好ましくは、金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、水素ガスおよびアルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を直接処理し、金属ドットの密度を第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、第２のステップにおいて、水素ガスおよびアルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して金属薄膜を処理する。
【００１６】
好ましくは、第１のステップにおいて、白金薄膜またはニッケル薄膜が金属薄膜として基板上に形成される。
【００１７】
また、この発明によれば、半導体メモリの製造方法は、半導体基板の一主面にソース電極およびドレイン電極を形成する第１のステップと、ソース電極とドレイン電極との間の半導体基板の一主面に絶縁膜を形成する第２のステップと、絶縁膜上に半導体ドットを形成する第３のステップと、半導体ドットを酸化して半導体ドットを覆うように酸化膜を形成する第４のステップと、酸化膜上に金属薄膜を形成する第５のステップと、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理する第６のステップとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理することによって密度の異なる金属ドットが製造される。
【００１９】
したがって、この発明によれば、リモートプラズマ処理に用いるガスの種類によって金属ドットの密度を制御できる。
【００２０】
また、この発明によれば、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜を処理することによって製造された密度の異なる金属ドットを備えた半導体メモリが製造される。
【００２１】
したがって、この発明によれば、リモートプラズマ処理に用いるガスの種類によって半導体メモリに用いる金属ドットの密度を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態による金属ドットの製造方法を示す工程図である。図１を参照して、一連の動作が開始されると、（１００）面を有するＳｉからなる半導体基板５０１がＲＣＡ洗浄によって洗浄される（図１の工程（ａ）参照）。
【００２４】
その後、半導体基板５０１は、酸化装置にセットされ、２％の酸素（Ｏ２）ガスを用いて１０００℃の温度で熱酸化される。これによって、半導体基板５０１の表面にＳｉＯ２膜５０２が形成される（図１の工程（ｂ）参照）。
【００２５】
そして、金属薄膜５０４がＳｉＯ２膜５０２上に堆積される（図１の工程（ｃ）参照）。この場合、金属薄膜５０４の膜厚は、１〜２ｎｍである。金属薄膜５０４は、ニッケル（Ｎｉ）薄膜または白金（Ｐｔ）薄膜からなる。そして、Ｎｉ薄膜は、電子線蒸着法を用いてＳｉＯ２膜５０２上に堆積される。また、Ｐｔ薄膜は、スパッタリング法によってＳｉＯ２膜５０２上に堆積される。
【００２６】
その後、金属薄膜５０４／ＳｉＯ２膜５０２／半導体基板５０１からなるサンプルは、目的とする金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって処理される（図１の工程（ｄ）参照）。
【００２７】
そして、一定時間、リモートプラズマ処理が行われると、金属ドット５０３がＳｉＯ２膜５０２上に形成される（図１の工程（ｅ）参照）。これによって、一連の動作が終了する。
【００２８】
図２は、リモートプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置の概略図である。図２を参照して、プラズマ処理装置６００は、石英管６１０と、反応室６２０と、基板ホルダー６３０と、ヒーター６４０と、配管６５０と、バルブ６６０と、アンテナ６７０と、マッチング回路６８０と、高周波電源６９０とを備える。
【００２９】
石英管６１０は、１０ｃｍφの直径を有し、その一方端が反応室６２０内に挿入されるように固定される。反応室６２０は、中空の円筒形状からなり、上面６２０Ａに石英管６１０の一方端を挿入するための開口部６２１を有し、側面６２０Ｂに排気口６２２を有する。そして、反応室６２０は、開口部６２１から石英管６１０の一方端が挿入されることによって、内部空間が石英管６１０の内部空間と連通する。従って、ポンプ（図示せず）によって反応室６２０および石英管６１０の内部の気体を排気口６２２を介して排気できる。
【００３０】
基板ホルダー６３０は、反応室６２０の下面６２０Ｃ上に配置される。ヒーター６４０は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなり、基板ホルダー６３０内に配置される。
【００３１】
配管６５０は、バルブ６６０を介して石英管６１０の他方端に連結される。バルブ６６０は、配管６５０に装着される。アンテナ６７０は、基板ホルダー６３０上に設置された基板８００から２３ｃｍの位置で石英管６１０の周囲を取り巻くように配置される。そして、アンテナ６７０は、その一方端がマッチング回路６８０に接続され、他方端が接地される。
【００３２】
マッチング回路６８０は、アンテナ６７０の一方端と高周波電源６９０との間に接続される。高周波電源６９０は、マッチング回路６８０と、接地ノードとの間に接続される。
【００３３】
ヒーター６４０は、基板ホルダー６３０を介して基板８００を所定の温度に加熱する。配管６５０は、水素（Ｈ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスのいずれかをボンベ（図示せず）から石英管６１０内に導く。この場合、配管６５０は、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガスを石英管６１０内に導くとき、Ｈ２ガスのボンベおよびＨｅガスのボンベからそれぞれＨ２ガスおよびＨｅガスを受け、その受けたＨ２ガスおよびＨｅガスを石英管６１０内に導く。また、配管６５０は、同様にして、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを石英管６１０内に導く。
【００３４】
バルブ６６０は、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを石英管６１０内へ供給し、またはＨ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの石英管６１０内への供給を遮断する。
【００３５】
マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射を低くして高周波電力をアンテナ６７０へ供給する。高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０へ供給する。
【００３６】
プラズマ処理装置６００における処理動作について説明する。基板８００が基板ホルダー６３０上に配置され、排気口６２２から反応室６２０および石英管６１０の真空引きが行なわれる。
【００３７】
その後、バルブ６６０が開けられ、ボンベ（図示せず）から所定量のＨ２ガス等が配管６５０を介して石英管６１０内へ導入される。そして、石英管６１０内の圧力が所定の圧力に達すると、高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０に供給する。この場合、マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射が最も低くなるように調整される。
【００３８】
そうすると、石英管６１０内でプラズマ７３０が発生し、主に原子状水素等がプラズマ７３０の発生領域から基板８００の方向へ石英管６１０内を拡散し、基板８００表面に到達する。そして、原子状水素等は、基板８００表面を処理する。
【００３９】
所定の処理時間が経過すると、高周波電源６９０がオフされ、バルブ６６０が閉じられて処理動作が終了する。
【００４０】
なお、プラズマ処理装置６００を用いてリモートプラズマ処理を行なう場合、基板８００は、電気的にフローティングされた状態でリモートプラズマによって処理される。
【００４１】
図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って金属ドットが形成される場合、半導体基板５０１／ＳｉＯ２膜５０２／金属薄膜５０４からなるサンプルは、工程（ｄ）において、プラズマ処理装置６００の基板ホルダー６３０上に載置され、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの中から選択されたガスを用いたリモートプラズマによって処理される。そして、金属ドット５０３がＳｉＯ２膜５０２上に形成される。
【００４２】
図３は、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＮｉドットの表面状態を示す図である。
【００４３】
図３の（ａ）は、図１に示す工程（ｃ）において形成されたＮｉ薄膜の表面状態を示し、図３の（ｂ）は、図１に示す工程（ｄ）においてＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＮｉ薄膜の表面状態を示し、図３の（ｃ）は、工程（ｄ）においてＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＮｉ薄膜の表面状態を示し、図３の（ｄ）は、工程（ｄ）においてＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＮｉ薄膜の表面状態を示す。
【００４４】
なお、工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＮｉ薄膜の膜厚は、１ｎｍである。
【００４５】
図３を参照して、Ｎｉ薄膜がＳｉＯ２膜上に形成された状態では、Ｎｉドットは、形成されていない（図３の（ａ）参照）。この場合、Ｎｉ薄膜の表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．１８ｎｍである。
【００４６】
そして、Ｎｉ薄膜をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスのいずれかを用いたリモートプラズマによって処理することによってＮｉドットがＳｉＯ２膜上に形成される（図３の（ｂ）〜（ｄ）参照）。
【００４７】
Ｎｉ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｎｉドットの密度は、２．４×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、１．０８ｎｍである。また、Ｎｉ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｎｉドットの密度は、６．９×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．３０ｎｍである。さらに、Ｎｉ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｎｉドットの密度は、９．４×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．３２ｎｍである。
【００４８】
したがって、Ｎｉドットの密度は、Ｎｉ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も高く、Ｎｉ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に高く、Ｎｉ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も低い。また、Ｎｉドットの大きさは、Ｎｉ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も大きく、Ｎｉ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に大きく、Ｎｉ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も小さい。
【００４９】
このように、Ｎｉ薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガス間で変えることによって、Ｎｉドットの密度および大きさを制御できる。
【００５０】
つまり、密度が最も高いＮｉドットを形成する場合には、Ａｒガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜を処理すればよく、密度が２番目に高いＮｉドットを形成する場合には、Ｈｅガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜を処理すればよく、密度が最も低いＮｉドットを形成する場合には、Ｈ２ガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜を処理すればよい。
【００５１】
図４は、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＰｔドットの表面状態を示す図である。
【００５２】
図４の（ａ）は、図１に示す工程（ｃ）において形成されたＰｔ薄膜の表面状態を示し、図４の（ｂ）は、図１に示す工程（ｄ）においてＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＰｔ薄膜の表面状態を示し、図４の（ｃ）は、工程（ｄ）においてＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＰｔ薄膜の表面状態を示し、図４の（ｄ）は、工程（ｄ）においてＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理されたＰｔ薄膜の表面状態を示す。
【００５３】
なお、工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＰｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【００５４】
図４を参照して、Ｐｔ薄膜がＳｉＯ２膜上に形成された状態では、Ｐｔドットは、形成されていない（図４の（ａ）参照）。この場合、Ｐｔ薄膜の表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．２２ｎｍである。
【００５５】
そして、Ｐｔ薄膜をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスのいずれかを用いたリモートプラズマによって処理することによってＰｔドットがＳｉＯ２膜上に形成される（図４の（ｂ）〜（ｄ）参照）。
【００５６】
Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットの密度は、３．２×１０１１ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、２．１０ｎｍである。また、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットの密度は、１．１×１０１２ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．６１ｎｍである。さらに、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットの密度は、１．５×１０１２ｃｍ−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．５９ｎｍである。
【００５７】
したがって、Ｐｔドットの密度は、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も高く、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に高く、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も低い。また、Ｐｔドットの大きさは、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も大きく、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に大きく、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も小さい。
【００５８】
このように、Ｐｔ薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類をＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガス間で変えることによって、Ｐｔドットの密度および大きさを制御できる。
【００５９】
つまり、密度が最も高いＰｔドットを形成する場合には、Ａｒガスを用いたリモートプラズマによってＰｔ薄膜を処理すればよく、密度が２番目に高いＰｔドットを形成する場合には、Ｈｅガスを用いたリモートプラズマによってＰｔ薄膜を処理すればよく、密度が最も低いＰｔドットを形成する場合には、Ｈ２ガスを用いたリモートプラズマによってＰｔ薄膜を処理すればよい。
【００６０】
上述したように、Ｈ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜またはＰｔ薄膜を処理して金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）を形成した場合、金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の密度は、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も高く、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に高く、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も低い。また、金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の大きさは、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も大きく、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が２番目に大きく、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合が最も小さい。
【００６１】
したがって、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をリモートプラズマによって処理するときのガスをＨ２ガス、ＨｅガスおよびＡｒガスの中から選択することによって金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の密度を制御できる。
【００６２】
図５は、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス（Ｈ２／Ｈｅ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【００６３】
図５の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、Ｈｅガスの濃度が０％、１０％、５０％、９０％および１００％であるときのＰｔ薄膜の表面状態を示す。
【００６４】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＰｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【００６５】
図５を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｈｅガスの濃度が高くなるに従って２．１０ｎｍから０．６１ｎｍまで小さくなる。Ｈｅガスの濃度が０％であるとき、すなわち、Ｈ２ガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍは、図４の（ｂ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍに一致している。また、Ｈｅガスの濃度が１００％であるとき、すなわち、Ｈｅガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．６１ｎｍは、図４の（ｃ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．６１ｎｍに一致している。
【００６６】
図６は、Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＨｅ／Ｈ２比との関係を示す図である。図６において、縦軸は、ドット密度および表面粗さ（ＲＭＳ）を表し、横軸は、ＨｅガスとＨ２ガスとの比（Ｈｅ／Ｈ２比）を表す。
【００６７】
また、曲線ｋ１は、ドット密度とＨｅ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ２は、表面粗さとＨｅ／Ｈ２比との関係を示す。
【００６８】
図６を参照して、ドット密度は、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなるに従って高くなる。特に、ドット密度は、Ｈｅ／Ｈ２比が５０％を超えると、急激に高くなる（曲線ｋ１参照）。
【００６９】
一方、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなるに従って小さくなる（曲線ｋ２参照）。これは、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなるに従ってドットの大きさが小さくなったために、表面粗さがＨｅ／Ｈ２比の増加に伴って小さくなったものと考えられる。
【００７０】
図７は、Ｐｔドットにおけるドット密度とドット高さとの関係を示す図である。図７において、縦軸は、ドット密度を表し、横軸は、ドット高さを表す。
【００７１】
図７を参照して、Ｈｅガスの濃度が０％および１０％であるとき、ドット密度は、約５×１０１０ｃｍ−２を中心に分布し、ドット高さは、約７．５ｎｍを中心に分布する。また、Ｈｅガスの濃度が５０％であるとき、ドット密度は、約８×１０１０ｃｍ−２を中心にして分布し、ドット高さは、約６．４ｎｍを中心にして分布する。
【００７２】
そして、Ｈｅガスの濃度が５０％を超えると、ドット密度は、１０１１ｃｍ−２台を中心にして分布し、ドット高さは、５ｎｍよりも小さい値を中心にして分布する。Ｈｅガスの濃度が１００％になると、ドット密度は、約４．８×１０１１ｃｍ−２を中心にして分布し、ドット高さは、約３．３ｎｍを中心にして分布する。
【００７３】
このように、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＨｅガスの濃度を高くすることによって、ドット密度が高くなり、ドットの大きさが小さくなる。
【００７４】
したがって、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＨｅガスの濃度を変えることによって、Ｐｔドットのドット密度およびドットの大きさを制御できる。
【００７５】
図８は、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス（Ｈ２／Ａｒ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【００７６】
図８の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、Ａｒガスの濃度が０％、１０％、５０％、９０％および１００％であるときのＰｔ薄膜の表面状態を示す。
【００７７】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、形成されたＰｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【００７８】
図８を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ａｒガスの濃度が高くなるに従って２．１０ｎｍから０．５９ｎｍまで小さくなる。Ａｒガスの濃度が０％であるとき、すなわち、Ｈ２ガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍは、図４の（ｂ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝２．１０ｎｍに一致している。また、Ａｒガスの濃度が１００％であるとき、すなわち、Ａｒガスのみを用いてリモートプラズマ処理を行なったときの表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．５９ｎｍは、図４の（ｄ）に示す表面粗さ（ＲＭＳ）＝０．５９ｎｍに一致している。
【００７９】
図９は、Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。図９において、縦軸は、ドット密度および表面粗さ（ＲＭＳ）を表し、横軸は、ＡｒガスとＨ２ガスとの比（Ａｒ／Ｈ２比）を表す。
【００８０】
また、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ４は、表面粗さとＡｒ／Ｈ２比との関係を示す。
【００８１】
図９を参照して、ドット密度は、Ａｒ／Ｈ２比が大きくなるに従って３×１０１１ｃｍ−２から１．４×１０１２ｃｍ−２まで高くなる（曲線ｋ３参照）。
【００８２】
一方、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ａｒ／Ｈ２比が大きくなるに従って２．４ｎｍから０．６ｎｍまで小さくなる（曲線ｋ４参照）。これは、Ａｒ／Ｈ２比が大きくなるに従ってドットの大きさが小さくなったために、表面粗さがＡｒ／Ｈ２比の増加に伴って小さくなったものと考えられる。
【００８３】
このように、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＡｒガスの濃度を高くすることによって、ドット密度が高くなり、ドットの大きさが小さくなる。
【００８４】
したがって、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスにおけるＡｒガスの濃度を変えることによって、Ｐｔドットのドット密度およびドットの大きさを制御できる。
【００８５】
図１０は、Ｐｔドットにおけるドット密度とＨｅ／Ｈ２比またはＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。図１０において、縦軸は、ドット密度を表し、横軸は、Ｈｅ／Ｈ２比またはＡｒ／Ｈ２比を表す。
【００８６】
また、曲線ｋ１は、ドット密度とＨｅ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す。
【００８７】
図１０を参照して、ドット密度は、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いた方がＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いるよりも高くなる（曲線ｋ１，ｋ３参照）。
【００８８】
したがって、ドット密度を相対的に高く設定する場合、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマ処理によってＰｔドットを形成する。また、ドット密度を相対的に低く設定する場合、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマ処理によってＰｔドットを形成する。
【００８９】
このように、混合ガスの種類によっても金属ドットのドット密度を制御できる。
【００９０】
図１１は、Ｐｔドットにおけるドット密度およびＨβ／Ｈα比とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。図１１において、縦軸は、ドット密度およびＨβ／Ｈα比を表し、横軸は、Ａｒ／Ｈ２比を表す。また、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ２比との関係を示し、曲線ｋ５は、Ｈβ／Ｈα比とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す。
【００９１】
図１１を参照して、ドット密度は、上述したようにＡｒ／Ｈ２比の増加に伴って高くなる（曲線ｋ３参照）。一方、Ｈβ／Ｈα比は、Ａｒ／Ｈ２比の増加に伴って徐々に低下する（曲線ｋ５参照）。
【００９２】
Ｈβ／Ｈα比が低下すると、リモートプラズマ処理においてＰｔ薄膜の表面に到達する原子状水素の量が少なくなり、Ｐｔ薄膜におけるＰｔ原子の移動が少なくなる。その結果、Ｐｔドットの核が多く発生し、ドット密度が高くなるとともに、ドットの大きさが小さくなるものと考えられる。
【００９３】
図１１に示す結果は、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたときの実験結果であるが、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスにおいても、Ｈｅ／Ｈ２比が大きくなると、Ｈβ／Ｈα比が減少するので、ＨｅガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いた場合も、図１１に示す結果に似た結果が得られるものと考えられる。
【００９４】
したがって、リモートプラズマによってＨ２ガスから生成された原子状水素は、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）における金属原子（ＮｉまたはＰｔ）の移動を促進する機能を果たしているものと考えられる。これは、Ｈ２ガスのみを用いたリモートプラズマによってＮｉ薄膜またはＰｔ薄膜を処理した場合、金属ドットのドット密度が最も低くなり、ドットの大きさが最も大きくなること（図３および図４参照）によってサポートされている。
【００９５】
その結果、ドット密度が低く、かつ、ドットサイズが大きい金属ドットを作成する場合、金属薄膜における金属原子の移動を促進すればよく、ドット密度が高く、かつ、ドットサイズが小さい金属ドットを作成する場合、金属薄膜における金属原子の移動を抑制すればよい。
【００９６】
図１２は、Ｐｔ薄膜を窒素（Ｎ２）ガスまたは酸素（Ｏ２）ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。図１２の（ａ）は、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示し、図１２の（ｂ）は、Ｐｔ薄膜をＯ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示す。
【００９７】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。
【００９８】
図１２を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、０．４９ｎｍであり、Ｐｔ薄膜をＯ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、０．２２ｎｍである。
【００９９】
そして、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットが形成されるが、Ｐｔ薄膜をＯ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットが形成されない。
【０１００】
このように、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理しても、Ｐｔドットを形成することができる。
【０１０１】
図１３は、Ｐｔ薄膜をＮ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。図１３の（ａ）は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比が２：８であるときの表面状態を示す図であり、図１３の（ｂ）は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比が１：１であるときの表面状態を示す図であり、図１３の（ｃ）は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比が８：２であるときの表面状態を示す図である。
【０１０２】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、ガス圧および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。
【０１０３】
図１３を参照して、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を２：８に設定してＰｔ薄膜をＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットは、形成されない（図１３の（ａ）参照）。
【０１０４】
一方、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を１：１または８：２に設定してＰｔ薄膜をＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、Ｐｔドットは、形成される（図１３の（ｂ），（ｃ）参照）。そして、ドット密度は、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を８：２に設定した場合の方が高くなる。
【０１０５】
また、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いた場合、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの比を１：１から８：２に変えることによって、Ｐｔドットの大きさは、殆ど変わらない。
【０１０６】
したがって、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスを用いた場合、Ｐｔドットの大きさを殆ど変えずにドット密度を制御できる。
【０１０７】
図１４は、Ｐｔ薄膜をアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示す図である。
【０１０８】
図１４の（ａ）は、リモートプラズマによる処理を行なう前の表面状態を示す図である。また、図１４の（ｂ）〜（ｅ）は、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力がそれぞれ６６．５Ｐａ、３９．９Ｐａ、１３．３Ｐａおよび６．６５Ｐａであるときの表面状態を示す図である。
【０１０９】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、および５分に保持された。また、Ｐｔ薄膜の膜厚は、２ｎｍである。
【０１１０】
図１４を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、リモートプラズマによる処理を行なう前、０．２４ｎｍである（図１４の（ａ）参照）。そして、表面粗さ（ＲＭＳ）は、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が低くなるに従って大きくなる（図１４の（ｂ）〜（ｅ）参照）。
【０１１１】
ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が６６．６Ｐａである場合、Ｐｔドットが形成されないが、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が３９．９Ｐａ、１３．３Ｐａおよび６．６５Ｐａである場合、Ｐｔドットが形成される。
【０１１２】
そして、ドット密度は、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力が３９．９Ｐａから６．６５Ｐａへと低くなるに従って高くなる。この場合、Ｐｔドットの大きさは、殆ど変わらない。
【０１１３】
したがって、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによってＰｔドットを形成する場合、リモートプラズマによる処理時の圧力を相対的に高くすれば、ドット密度が相対的に低くなり、リモートプラズマによる処理時の圧力を相対的に低くすれば、ドット密度が相対的に高くなる。
【０１１４】
このように、ＮＨ３ガスを用いたリモートプラズマによる処理時の圧力を制御することによって、Ｐｔドットのドット密度を独立に制御できる。
【０１１５】
図１５は、リモートプラズマ処理を行なう他のプラズマ処理装置の概略図である。図１５を参照して、プラズマ処理装置６００Ａは、図２に示すプラズマ処理装置６００にメッシュ７４０を追加したものであり、その他は、プラズマ処理装置６００と同じである。
【０１１６】
メッシュ７４０は、たとえば、ステンレスからなり、１ｍｍ間隔の格子構造を有する。そして、メッシュ７４０は、石英管６１０内ではなく、反応室６２０内に配置される。より具体的には、メッシュ７４０は、基板ホルダー６３０から１０ｍｍの位置に基板ホルダー６３０に略平行に配置される。また、メッシュ７４０は、電気的に接地されている。
【０１１７】
プラズマ処理装置６００Ａを用いてリモートプラズマ処理を行なった場合、メッシュ７４０が接地されているので、プラズマ７３０中で発生した各種のイオンは、メッシュ７４０によって基板８００の表面へ到達することが抑制される。その結果、各種のイオンによるダメージを抑制してリモートプラズマ処理を行なうことができる。
【０１１８】
図１６は、Ｐｔ薄膜をＨ２ガス、ＡｒガスおよびＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合のメッシュの有無による表面状態の違いを示す図である。
【０１１９】
図１６の（ａ）は、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いずに処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｂ）は、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いずに処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｃ）は、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いずに処理した場合の表面状態を示す。
【０１２０】
図１６の（ｄ）は、Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いて処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｅ）は、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いて処理した場合の表面状態を示す。図１６の（ｆ）は、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによってメッシュを用いて処理した場合の表面状態を示す。
【０１２１】
なお、図１に示す工程（ｄ）においてリモートプラズマ処理を行なうときの温度、高周波電力（ＶＨＦパワー）、圧力および処理時間は、それぞれ、室温、４００Ｗ、１３．３Ｐａおよび５分に保持された。また、Ｐｔ薄膜の膜厚は、３．８ｎｍである。
【０１２２】
Ｐｔ薄膜をＨ２ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、メッシュを用いることによって、Ｐｔドットのドット密度が高くなる（図１６の（ａ），（ｄ）参照）。
【０１２３】
また、Ｐｔ薄膜をＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、メッシュを用いることによって、Ｐｔドットのドット密度が低くなる（図１６の（ｂ），（ｅ）参照）。
【０１２４】
さらに、Ｐｔ薄膜をＡｒガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合、メッシュを用いることによって、Ｐｔドットのドット密度が高くなる（図１６の（ｃ），（ｆ）参照）。
【０１２５】
このように、メッシュ７４０を用いることによってＰｔドットの密度を制御することができる。
【０１２６】
上述したように、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの各種のガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）を処理することによって金属ドット（ＮｉドットまたはＰｔドット）の密度を制御できる。
【０１２７】
したがって、この発明の実施の形態においては、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ２ガスとＮ２ガスとの混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて１つのガスを選択し、その選択したガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）を処理して金属ドットを製造することを特徴とする。
【０１２８】
これによって、ドット密度を制御することができる。
【０１２９】
なお、上記においては、金属薄膜は、Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜であると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、金属薄膜は、Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜以外の金属薄膜であってもよい。
【０１３０】
次に、金属ドットの応用例について説明する。
【０１３１】
図１７は、金属ドットを用いた半導体メモリの断面図である。図１７を参照して、半導体メモリ１００は、半導体基板１０１と、ソース電極１０２と、ドレイン電極１０３と、絶縁膜１０５と、複合フローティングゲート３００と、ゲート電極１０４と、サイドウォール１０６とを備える。
【０１３２】
半導体メモリ１００は、絶縁膜１０５とゲート電極１０４とに挟まれる部分に複合フローティングゲート３００を配置した構造からなる。そして、複合フローティングゲート３００は、制御ノード３１０および電荷蓄積ノード３２０の積層により構成される。制御ノード３１０は、シリコン（Ｓｉ）量子ドット３１１と、それを被覆するＳｉ酸化膜３１２とによって構成され、電荷蓄積ノード３２０は、金属量子ドット３２１と、それを被覆する高誘電率絶縁膜３２２とによって構成され、それぞれの材料の組み合わせと、ノードの積層の組み合わせにより、半導体メモリ１００の作用が異なる。
【０１３３】
半導体基板１０１は、（１００）の面方位を有するｎ型単結晶シリコン（Ｓｉ）基板からなる。ソース電極１０２およびドレイン電極１０３は、半導体基板１０１の一主面側に形成される。そして、ソース電極１０２およびドレイン電極１０３は、ｐ＋型Ｓｉからなる。
【０１３４】
絶縁膜１０５は、ＳｉＯ２からなり、半導体基板１の一主面に接して形成される。そして、絶縁膜１０５は、約２ｎｍ〜４ｎｍの膜厚を有する。この２ｎｍ〜４ｎｍの膜厚は、電子が絶縁膜１０５をトンネル可能な膜厚である。
【０１３５】
複合フローティングゲート３００は、絶縁膜１０５に接して形成される。ゲート電極１０４は、複合フローティングゲート３００に接して形成される。そして、ゲート電極１０４は、不純物半導体または半透明導電体からなる。より具体的には、ゲート電極１０４は、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）等の純金属あるいはそれらの合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）およびＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電体または不純物を高濃度にドープして低抵抗化した半導体等からなる。
【０１３６】
サイドウォール１０６は、シリコン酸化膜を含む絶縁膜からなり、複合フローティングゲート３００およびゲート電極１０４を両側から挟むように絶縁膜１０５上に形成される。
【０１３７】
複合フローティングゲート３００は、制御ノード３１０と、電荷蓄積ノード３２０とからなる。制御ノード３１０は、絶縁膜１０５に接して形成される。電荷蓄積ノード３２０は、制御ノード３１０に接して形成される。このように、複合フローティングゲート３００は、電荷蓄積ノード３２０を制御ノード３１０上に積層した２層構造からなる。
【０１３８】
制御ノード３１０は、複数のＳｉ量子ドット３１１と、Ｓｉ酸化膜３１２とからなる。複数のＳｉ量子ドット３１１は、絶縁膜１０５上に二次元的に形成される。そして、複数のＳｉ量子ドット３１１の各々は、略半球状のＳｉ結晶からなり、１０ｎｍ以下の直径および８ｎｍ以下の高さを有する。Ｓｉ酸化膜３１２は、複数のＳｉ量子ドット３１１を覆うように形成される。
【０１３９】
電荷蓄積ノード３２０は、複数の金属量子ドット３２１と、高誘電率絶縁膜３２２とからなる。複数の金属量子ドット３２１は、制御ノード３１０のＳｉ酸化膜３１２上に二次元的に形成される。そして、複数の金属量子ドット３２１の各々は、略球状のＮｉまたはＰｔからなり、約６ｎｍの平均的な高さを有する。
【０１４０】
高誘電率絶縁膜３２２は、複数の金属量子ドット３２１を覆うように形成される。そして、高誘電率絶縁膜３２２は、タンタル酸化膜（Ｔａ酸化膜）またはジルコニウム酸化膜（Ｚｒ酸化膜）からなる。
【０１４１】
なお、高誘電率絶縁膜３２２としてＴａ酸化膜またはＺｒ酸化膜を用いるのは、次の理由による。データ通信に広く使われている赤外域の光で電子を励起し、量子ドットへ注入することが可能となり、高速通信ネットワークから半導体メモリ１００を用いて作成した集積回路からのデータ出力が実現できるからである。
【０１４２】
絶縁膜１０５は、正の電圧がゲート電極１０４に印加されると、半導体基板１０１中の電子をトンネルによってＳｉ量子ドット３１１中へ通過させ、またはＳｉ量子ドット３１１中の電子をトンネルによって半導体基板１０１へ通過させる。
【０１４３】
制御ノード３１０は、電子の半導体基板１０１から電荷蓄積ノード３２０への注入および電子の電荷蓄積ノード３２０から半導体基板１０１への放出を制御する機能を有する。電荷蓄積ノード３２０は、半導体基板１０１から制御ノード３１０を介して注入された電子を保持する機能を有する。
【０１４４】
半導体メモリ１００の製造方法について説明する。図１８は、図１７に示す半導体メモリ１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１８を参照して、半導体メモリ１００を製造する動作が開始されると、ｎ型Ｓｉからなる半導体基板１０１の一主面にＢを高濃度にドープすることによってソース電極１０２およびドレイン電極１０３を形成する（ステップＳ１）。
【０１４５】
その後、半導体基板１０１の一主面を２％の酸素雰囲気中において約１０００℃で酸化することにより半導体基板１０１の一主面の全面にＳｉＯ２膜を形成し、その形成したＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィーによってパターンニングして絶縁膜１０５を形成する（ステップＳ２）。
【０１４６】
そして、絶縁膜１０５の表面を０．１％のフッ酸で洗浄する（ステップＳ３）。これによって、絶縁膜１０５の表面がＯＨによって終端される。
【０１４７】
その後、シラン（ＳｉＨ４）ガスを原料として、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＳｉ結晶からなるＳｉ量子ドット３１１を自己組織的に絶縁膜１０５上に形成する（ステップＳ４）。
【０１４８】
引き続いて、Ｓｉ量子ドット３１１を酸素雰囲気中で酸化し、２ｎｍ程度の膜厚を有するＳｉ酸化膜３１２を形成する（ステップＳ５）。
【０１４９】
そして、金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）をＳｉ酸化膜３１２上に形成する（ステップＳ６）。
【０１５０】
その後、試料を半導体製造装置６００の基板ホルダー６３０上に設置し、Ｈ２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｈ２／Ｈｅガス、Ｈ２／Ａｒガス、およびＨ２／Ｎ２ガスから金属ドットの密度に応じて１つのガスを選択し、その選択した１つのガスを用いたリモートプラズマによって金属薄膜（Ｎｉ薄膜またはＰｔ薄膜）を処理して金属量子ドット３２１を形成する（ステップＳ７）。
【０１５１】
引き続いて、高誘電体絶縁膜３２２を金属量子ドット３２１上に形成し（ステップＳ８）、ゲート電極１０４を高誘電体絶縁膜３２２上に形成する（ステップＳ９）。
【０１５２】
その後、フォトリソグラフィーによってＳｉ量子ドット３１１、Ｓｉ酸化膜３１２、金属量子ドット３２１、高誘電体絶縁膜３２２およびゲート電極１０４を所定の寸法にパターンニングし（ステップＳ１０）、Ｓｉ量子ドット３１１、Ｓｉ酸化膜３１２、金属量子ドット３２１、高誘電体絶縁膜３２２およびゲート電極１０４の両側にサイドウォール１０６を形成する（ステップＳ１１）。これによって、半導体メモリ１００が完成する。
【０１５３】
図１９は、金属ドットを用いた他の半導体メモリの断面図である。図１９を参照して、半導体メモリ１１０は、図１７に示す半導体メモリ１００の複合フローティングゲート３００を複合フローティングゲート４００に代えたものであり、その他は、半導体メモリ１００と同じである。
【０１５４】
複合フローティングゲート４００は、図１７に示す複合フローティングゲート３００に制御ノード４１０を追加したものであり、その他は、複合フローティングゲート３００と同じである。
【０１５５】
制御ノード４１０は、電荷蓄積ノード３２０上に形成される。このように、複合フローティングゲート４００は、上述した２層構造からなる複合フローティングゲート３００上に制御ノード４１０を積層した３層構造を有する。そして、複合フローティングゲート４００は、絶縁膜１０５とゲート電極１０４との間に配置される。
【０１５６】
制御ノード４１０は、半導体メモリ１１０のメモリ消去における電子の放出を制御する機能を有する。そして、制御ノード４１０は、複数のＳｉ量子ドット４１１と、高誘電率絶縁膜４１２とからなる。複数のＳｉ量子ドット４１１は、電荷蓄積ノード３２０の高誘電率絶縁膜３２２上に二次元的に形成される。そして、複数のＳｉ量子ドット４１１の各々は、略球状のＳｉ結晶からなり、１０ｎｍ以下の高さを有する。高誘電率絶縁膜４１２は、複数のＳｉ量子ドット４１１を覆うように形成される。そして、高誘電率絶縁膜４１２は、Ｔａ酸化膜またはＺｒ酸化膜からなる。
【０１５７】
なお、高誘電率絶縁膜４１２がＴａ酸化膜またはＺｒ酸化膜からなる理由は、上述した高誘電率絶縁膜３２２がＴａ酸化膜またはＺｒ酸化膜からなる理由と同じである。
【０１５８】
半導体メモリ１１０の製造方法について説明する。半導体メモリ１１０は、上述した半導体メモリ１００の製造方法において、電荷蓄積ノード３２０を形成した後、ゲート電極１０４を形成する前に、すなわち、図１８に示すステップＳ８とステップＳ９との間に、Ｓｉ量子ドット３１１と同じ方法によってＳｉ量子ドット４１１を形成し、その形成したＳｉ量子ドット４１１上に高誘電率絶縁膜３２２と同じ方法によって高誘電率絶縁膜４１２を形成する工程を挿入すればよい。
【０１５９】
その他は、半導体メモリ１００と同じである。
【０１６０】
上述した図１７および図１９において、各ノードの境界は、説明のために略水平面で区切って図示しているが、実際は、膜の上に量子ドットを２次元に配置している。そのため、絶縁膜１０５と制御ノード３１０との境界は、略水平面に近いが、制御ノード３１０と電荷蓄積ノード３２０との境界、電荷蓄積ノード３２０と制御ノード４１０との境界は、量子ドットの形状によって凹凸が存在する。
【０１６１】
半導体メモリ１００，１１０におけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とについて説明する。
【０１６２】
図２０〜図２５は、それぞれ、半導体メモリ１００，１１０におけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第１から第６のエネルギーバンド図である。
【０１６３】
以下の説明では、半導体メモリ１１０におけるトランジスタキャパシタ部のエネルギーバンド図を参照してメモリ書き込み動作およびメモリ消去動作を説明する。
【０１６４】
まず、図２０を参照して、半導体メモリ１１０のゲート電極１０４に正の電圧が印加されていないときのエネルギーバンド図について説明する。制御ゲート３１０のＳｉ量子ドット３１１は、絶縁膜１０５とＳｉ酸化膜３１２とによって挟まれており、ナノサイズを有するため、離散的なエネルギー準位ＬＶ１がＳｉ量子ドット３１１の伝導帯中に存在する。同様に、離散的なエネルギー準位ＬＶ２が金属量子ドット３２１の伝導帯中に存在し、離散的なエネルギー準位ＬＶ３がＳｉ量子ドット４１１の伝導帯中に存在する。これらのエネルギー準位ＬＶ１〜ＬＶ３は、電子に対するエネルギー準位である。
【０１６５】
そして、Ｓｉ量子ドット３１１は、Ｓｉ量子ドット４１１と同じＳｉ結晶からなっているので、エネルギー準位ＬＶ１は、エネルギー準位ＬＶ３と同じである。また、金属量子ドット３２１は、Ｓｉ量子ドット３１１，４１１と異なる材料からなっているので、エネルギー準位ＬＶ２は、エネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低い。更に、金属量子ドット３２１は、半導体基板１０１とも異なる材料からなっているので、エネルギー準位ＬＶ２は、半導体基板１０１の伝導帯よりも低い。
【０１６６】
このように、半導体メモリ１１０においては、電荷蓄積ノード３２０における金属量子ドット３２１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ２は、電荷蓄積ノード３２０の両側に存在する制御ノード３１０，４１０におけるＳｉ量子ドット３１１，４１１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低い。したがって、電荷蓄積ノード３２０は、金属量子ドット３２１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ２がＳｉ量子ドット３１１，４１１の電子に対するエネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低くなるように制御ノード３１０，４１０と異なる材料からなる。
【０１６７】
次に、図２１を参照して、図２０に示すエネルギーバンド図を有する半導体メモリ１１０におけるメモリの書き込み動作は、ゲート電極１０４に正の電圧を印加し、半導体基板１０１から電子をＳｉ量子ドット３１１や金属量子ドット３２１に注入することにより行われる。
【０１６８】
ゲート電極１０４に正の電圧を印加すると、半導体基板１０１の電子６００が絶縁膜１０５をトンネルして制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１へと注入される。Ｓｉ量子ドット３１１へ電子が注入されると、Ｓｉ量子ドット３１１の静電エネルギーが上昇するため、Ｓｉ量子ドット３１１中の電子保持によって半導体基板１０１のバンドは、下側に曲げられる。この状態は、論理上の「１」と判定される。
【０１６９】
正の電圧をゲート電極１０４に更に印加すると、さらに、半導体基板１０１の電子が絶縁膜１０５をトンネルして制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１へと注入される。これによって、Ｓｉ量子ドット３１１へ２個目の電子７００が注入される（図２２参照）。この状態は、論理上の「２」と判定される。
【０１７０】
このように、ゲート電極１０４に正電圧を印加することによって、半導体基板１０１の電子６００が１個ずつ絶縁膜１０５をトンネルして制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１へと注入される。この状態をもって多値表現が可能となる。
【０１７１】
Ｓｉ量子ドット３１１に注入された数個の電子は、光入力または電子放出操作のない間はＳｉ量子ドット３１１に保持される。
【０１７２】
また、半導体メモリ１１０のゲート電極１０４に正電圧を更に印加すると、上記同様に、半導体基板１０１から電子８０１がＳｉ量子ドット３１１内に注入される（図２３参照）。そしてＳｉ量子ドット３１１に蓄積されている電子の量が一定基準を超すと、Ｓｉ量子ドット３１１内に保持されている電子８０２は、Ｓｉ酸化膜３１２をトンネルして金属量子ドット３２１内に注入される（図２３参照）。
【０１７３】
金属量子ドット３２１は、ナノ（量子）構造であるため、離散化したエネルギー準位ＬＶ２が存在し、このエネルギー準位ＬＶ２は、制御ノード３１０，４１０中のＳｉ量子ドット３１１，４１１のエネルギー準位ＬＶ１，ＬＶ３よりも低い。その結果、金属量子ドット３２１は、電子保持によるしきい値シフトの検知が可能であり、さらには、金属材料を用いているため、保持電子数の制限がなく、多数の電子を安定に保持できる。そのため、電子保持時間が長くなり、結果として情報の保持時間が長くなる。さらには、電荷保持ノードとして金属量子ドット３２１を用いることで、電子の注入に必要な時間、すなわち情報書き込み時間に大きく影響を及ぼす絶縁膜１０５を極めて薄膜化することが可能となるため、書き込み速度も同時に効率良く改善できる。
【０１７４】
以上説明した半導体メモリ１１０によれば、ゲート電極１０４である不純物半導体または半透明金属からの電気的パルスまたは光パルスによりＳｉ量子ドット３１１、および金属量子ドット３２１へ電子の注入を高速で効率的に行なうことが可能となる。
【０１７５】
また、半導体メモリ１１０は、絶縁膜１０５と半導体基板１０１との境界面がＳｉＯ２とＳｉ界面なので、閾値電圧の増加や電界効果移動度の低下を招くことなく、良好なトランジスタ特性が実現できる。
【０１７６】
次に、半導体メモリ１１０におけるメモリの消去動作について説明する。半導体メモリ１１０におけるメモリの消去は、ゲート電極１０４に光を照射したり、負の電圧を印加したりして、Ｓｉ量子ドット３１１や金属量子ドット３２１に注入された電子を半導体基板１０１へ放出することによって行なわれる。
【０１７７】
以下、図２４および図２５を参照して、半導体メモリ１１０の消去動作を説明する。なお、半導体メモリ１００の構造と、半導体メモリ１１０の構造とがあるが、同様の動作を示す段階があるので、半導体メモリ１１０の構造におけるトランジスタキャパシタ部の構造で説明を行う。
【０１７８】
一旦、書き込んだ情報を消去する場合、ゲート電極１０４から微弱な光９００を入射する。微弱な光９００がゲート電極１０４に入射されると、内部光電効果によって、電荷蓄積ノード３２０の金属量子ドット３２１に保持された電子が励起される。その結果、半導体メモリ１００では、金属量子ドット３２１に保持された電子は、制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中へ当該電子９０１が放出される（図２４参照）。
【０１７９】
そして、ゲート電極１０４に負電圧をさらに印加することでＳｉ量子ドット３１１中の電子９０２は、半導体基板１０１へ放出される（図２４参照）。
【０１８０】
また、半導体メモリ１１０では、金属量子ドット３２１に保持された電子９０１，９０３がそれぞれ制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中、および制御ノード４１０のＳｉ量子ドット４１１中へ分散して放出される。（図２４参照）。
【０１８１】
そして、ゲート電極１０４に負電圧をさらに印加することでＳｉ量子ドット３１１中の電子９０２のみが半導体基板１０１へ放出される（図２４参照）。
【０１８２】
即ち、半導体メモリ１１０では、電荷蓄積ノード３２０の金属量子ドット３２１に保持された電子を放出する際、制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中と、制御ノード４１０のＳｉ量子ドット４１１中とへ分散されることにより、一斉に保持電子を全部放出することなく、制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中に放出された電子のみをゲート電圧で制御しながら放出するようにしている（図２５参照）。
【０１８３】
その結果、多値メモリの部分的な消去動作が可能となるので、メモリ消去動作の制御をより確実化させることができる。
【０１８４】
また、一度に全ての電子を放出する場合は、ゲート電極１０４に負電圧を印加した状態でゲート電極１０４に微弱な光９００を照射する。これにより、内部光電効果によって金属量子ドット３２１内の保持電子を一挙に制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１中に放出でき、さらに電圧を印加することで、Ｓｉ量子ドット３１１中に保持されていた電子が半導体基板１０１に放出され、保持電子がなくなるため、データは消去されたことになる。
【０１８５】
なお、金属量子ドット３２１に対する制御ノード３１０のＳｉ量子ドット３１１および制御ノード４１０のＳｉ量子ドット４１１のバリアは、低いために赤外域の光でも容易に電子を放出できるので、現在、光データ通信に広く使われている赤外域の光で半導体メモリ１１０からのデータ出力が可能であるという利点を有する。
【０１８６】
なお、微弱な光９００の光源として、メモリパッケージ内部に有機ＥＬ材料を塗布することで実現してもよい。
【０１８７】
以上、説明したような複合フローティングゲート（３００，４００）および、電子の注入および放出手段をとることによって、半導体メモリ１００，１１０において、多値記憶動作を実現できる。
【０１８８】
また、Ｓｉ量子ドットに比べ電子系に対する深いポテンシャル井戸が実現できる金属量子ドットに電子を注入することにより、注入された電子は、金属量子ドット内に安定して蓄積可能となり、電子を放出しにくくなる。その結果、絶縁膜１０５の薄膜化による書き込み・消去時間の低減が改善できるため、多値記憶動作を安定かつ高速に実現可能となる。
【０１８９】
さらに、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って電荷蓄積ノード３２０を構成する金属量子ドット３２１を形成することによって、金属量子ドット３２１の密度を制御した半導体メモリ１００，１１０を製造できる。
【０１９０】
図２６は、金属ドットを用いたさらに他の半導体メモリの断面図である。金属ドットを用いた半導体メモリは、図２６に示す半導体メモリ１２０であってもよい。図２６を参照して、半導体メモリ１２０は、図１７に示す半導体メモリ１００の複合フローティングゲート３００をフローティングゲート５００に代えたものであり、その他は、半導体メモリ１００と同じである。
【０１９１】
フローティングゲート５００は、絶縁膜１０５とゲート電極１０４とに接して絶縁膜１０５とゲート電極１０４との間に形成される。そして、フローティングゲート５００は、金属ドット５１１と、高誘電率絶縁膜５１２とからなる。
【０１９２】
金属ドット５１１は、ＰｔドットまたはＮｉドットからなり、絶縁膜１０５に接して絶縁膜１０５上に形成される。
【０１９３】
高誘電率絶縁膜５１２は、上述した高誘電率絶縁膜３２２と同じ材料からなり、金属ドット５１１を覆うように金属ドット５１１上に形成される。
【０１９４】
半導体メモリ１２０においては、フローティングゲート５００は、電荷蓄積ノードとして機能し、情報を記憶する。
【０１９５】
図２７は、図２６に示す半導体メモリ１２０の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【０１９６】
図２７に示すフローチャートは、図１８に示すフローチャートのステップＳ４，Ｓ５を削除し、ステップＳ６，Ｓ１０，Ｓ１１をそれぞれステップＳ６Ａ，Ｓ１０Ａ，Ｓ１１Ａに代えたものであり、その他は、図１８に示すフローチャートと同じである。
【０１９７】
図２７を参照して、半導体メモリ１２０の製造が開始されると、上述したステップＳ１〜ステップＳ３が順次実行された後、金属薄膜（Ｐｔ薄膜またはＮｉ薄膜）が絶縁膜１０５上に形成される（ステップＳ６Ａ）。
【０１９８】
その後、上述したステップＳ７〜ステップＳ９が順次実行される。そして、フォトリソグラフィーによって金属量子ドット５１１、高誘電体絶縁膜５１２およびゲート電極１０４を所定の寸法にパターンニングし（ステップＳ１０Ａ）、金属量子ドット５１１、高誘電体絶縁膜５１２およびゲート電極１０４の両側にサイドウォール１０６を形成する（ステップＳ１１Ａ）。これによって、半導体メモリ１２０が完成する。
【０１９９】
半導体メモリ１２０においても、Ｓｉ量子ドットに比べ電子系に対する深いポテンシャル井戸が実現できる金属量子ドットに電子を注入することにより、注入された電子は、金属量子ドット内に安定して蓄積可能となり、電子を放出しにくくなる。その結果、絶縁膜１０５の薄膜化による書き込み・消去時間の低減が改善できるため、多値記憶動作を安定かつ高速に実現可能となる。
【０２００】
また、図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従ってフローティングゲート５００（電荷蓄積ノード）を構成する金属量子ドット５１１を形成することによって、金属量子ドット５１１の密度を制御した半導体メモリ１２０を製造できる。
【０２０１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
この発明は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法に適用される。また、この発明は、金属薄膜をリモートプラズマによって処理するときのガスの種類によってドットの密度を制御可能な金属ドットの製造方法を用いた半導体メモリの製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【図１】この発明の実施の形態による金属ドットの製造方法を示す工程図である。
【図２】リモートプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置の概略図である。
【図３】図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＮｉドットの表面状態を示す図である。
【図４】図１に示す工程（ａ）〜（ｅ）に従って製造されたＰｔドットの表面状態を示す図である。
【図５】Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガス（Ｈ２／Ｈｅ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図６】Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＨｅ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図７】Ｐｔドットにおけるドット密度とドット高さとの関係を示す図である。
【図８】Ｈ２ガスとＡｒガスとの混合ガス（Ｈ２／Ａｒ）を用いてＰｔ薄膜をリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図９】Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図１０】Ｐｔドットにおけるドット密度とＨｅ／Ｈ２比またはＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図１１】Ｐｔドットにおけるドット密度およびＨβ／Ｈα比とＡｒ／Ｈ２比との関係を示す図である。
【図１２】Ｐｔ薄膜を窒素（Ｎ２）ガスまたは酸素（Ｏ２）ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図１３】Ｐｔ薄膜をＮ２ガスとＨ２ガスとの混合ガスを用いたリモートプラズマによって処理したときの表面状態を示す図である。
【図１４】Ｐｔ薄膜をアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合の表面状態を示す図である。
【図１５】リモートプラズマ処理を行なう他のプラズマ処理装置の概略図である。
【図１６】Ｐｔ薄膜をＨ２ガス、ＡｒガスおよびＨｅガスを用いたリモートプラズマによって処理した場合のメッシュの有無による表面状態の違いを示す図である。
【図１７】金属ドットを用いた半導体メモリの断面図である。
【図１８】図１７に示す半導体メモリの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１９】金属ドットを用いた他の半導体メモリの断面図である。
【図２０】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第１のエネルギーバンド図である。
【図２１】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第２のエネルギーバンド図である。
【図２２】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第３のエネルギーバンド図である。
【図２３】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第４のエネルギーバンド図である。
【図２４】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第５のエネルギーバンド図である。
【図２５】半導体メモリにおけるメモリ書込動作とメモリ消去動作とを説明するための第６のエネルギーバンド図である。
【図２６】金属ドットを用いたさらに他の半導体メモリの断面図である。
【図２７】図２６に示す半導体メモリの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０２０４】
５０１ 半導体基板、５０２ ＳｉＯ２膜、５０３ 金属ドット、５０４ 金属薄膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜を基板上に形成する第１のステップと、
水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する第２のステップとを備える金属ドットの製造方法。
【請求項２】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記アルゴンガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記水素ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項３】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第１の混合ガスにおける前記ヘリウムガスの濃度を第１の濃度に設定して前記第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第１の混合ガスにおける前記ヘリウムガスの濃度を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して前記第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第１の混合ガスにおける前記ヘリウムガスの濃度を前記第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して前記第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項４】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第２の混合ガスにおける前記アルゴンガスの濃度を第１の濃度に設定して前記第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第２の混合ガスにおける前記アルゴンガスの濃度を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して前記第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第２の混合ガスにおける前記アルゴンガスの濃度を前記第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して前記第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項５】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第３の混合ガスにおける前記窒素ガスの濃度を第１の濃度に設定して前記第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第３の混合ガスにおける前記窒素ガスの濃度を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して前記第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項６】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力に設定して前記アンモニアガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記圧力を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定して前記アンモニアガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記圧力を前記第１の圧力よりも高い第３の圧力に設定して前記アンモニアガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項７】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を直接処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項８】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記水素ガスおよび前記アルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を直接処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記水素ガスおよび前記アルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項９】
前記第１のステップにおいて、白金薄膜またはニッケル薄膜が前記金属薄膜として前記基板上に形成される、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の一主面にソース電極およびドレイン電極を形成する第１のステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体基板の一主面に絶縁膜を形成する第２のステップと、
前記絶縁膜上に半導体ドットを形成する第３のステップと、
前記半導体ドットを酸化して前記半導体ドットを覆うように酸化膜を形成する第４のステップと、
前記酸化膜上に金属薄膜を形成する第５のステップと、
水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する第６のステップとを備える半導体メモリの製造方法。
【請求項１】
金属薄膜を基板上に形成する第１のステップと、
水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する第２のステップとを備える金属ドットの製造方法。
【請求項２】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記アルゴンガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記水素ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項３】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第１の混合ガスにおける前記ヘリウムガスの濃度を第１の濃度に設定して前記第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第１の混合ガスにおける前記ヘリウムガスの濃度を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して前記第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第１の混合ガスにおける前記ヘリウムガスの濃度を前記第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して前記第１の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項４】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第２の混合ガスにおける前記アルゴンガスの濃度を第１の濃度に設定して前記第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第２の混合ガスにおける前記アルゴンガスの濃度を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して前記第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第２の混合ガスにおける前記アルゴンガスの濃度を前記第１の濃度よりも低い第３の濃度に設定して前記第２の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項５】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第３の混合ガスにおける前記窒素ガスの濃度を第１の濃度に設定して前記第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記第３の混合ガスにおける前記窒素ガスの濃度を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度に設定して前記第３の混合ガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項６】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、圧力を第１の圧力に設定して前記アンモニアガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記圧力を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に設定して前記アンモニアガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第３の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記圧力を前記第１の圧力よりも高い第３の圧力に設定して前記アンモニアガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項７】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を直接処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも低い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記ヘリウムガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項８】
前記金属ドットの密度を第１の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記水素ガスおよび前記アルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を直接処理し、前記金属ドットの密度を前記第１の密度よりも高い第２の密度に設定するとき、前記第２のステップにおいて、前記水素ガスおよび前記アルゴンガスのいずれかのガスを用いたリモートプラズマによって金属メッシュを介して前記金属薄膜を処理する、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項９】
前記第１のステップにおいて、白金薄膜またはニッケル薄膜が前記金属薄膜として前記基板上に形成される、請求項１に記載の金属ドットの製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の一主面にソース電極およびドレイン電極を形成する第１のステップと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体基板の一主面に絶縁膜を形成する第２のステップと、
前記絶縁膜上に半導体ドットを形成する第３のステップと、
前記半導体ドットを酸化して前記半導体ドットを覆うように酸化膜を形成する第４のステップと、
前記酸化膜上に金属薄膜を形成する第５のステップと、
水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、アンモニアガス、水素ガスとヘリウムガスとの第１の混合ガス、水素ガスとアルゴンガスとの第２の混合ガスおよび水素ガスと窒素ガスとの第３の混合ガスの中から金属ドットの密度に応じて選択されたガスを用いたリモートプラズマによって前記金属薄膜を処理する第６のステップとを備える半導体メモリの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１０−１５３６１２（Ｐ２０１０−１５３６１２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３０５３６（Ｐ２００８−３３０５３６）
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １．発行者名 社団法人 応用物理学会 ２．刊行物名、巻数、号数 ２００８年（平成２０年）秋季 第６９回応用物理学会学術講演会 講演予稿集第２分冊 ３．発行日 平成２０年 ９月 ２日
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １．発行者名 社団法人 応用物理学会 ２．刊行物名、巻数、号数 ２００８年（平成２０年）秋季 第６９回応用物理学会学術講演会 講演予稿集第２分冊 ３．発行日 平成２０年 ９月 ２日
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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