JP2003282472A

JP2003282472A - 微粒子形成方法、メモリ機能体およびメモリ素子

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Publication number: JP2003282472A
Application number: JP2002086016A
Authority: JP
Inventors: Nobutoshi Arai; 暢俊洗; Hiroshi Tsuji; 博司辻; Junzo Ishikawa; 順三石川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP4150200B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導電体元素を注入する絶縁体または導電体が
破壊されるのを阻止でき、導電性元素の注入深さのばら
つきを少なくできる微粒子形成方法を提供する。【解決手段】シリコン基板２００上に形成されたシリ
コン酸化膜２１０に、銀元素２０１を負イオン化して注
入する。これにより、シリコン酸化膜２１０は高電圧に
帯電しないので、シリコン酸化膜２１０が破壊されるの
を阻止することができ、銀元素２０１の注入深さのばら
つきを少なくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粒子形成方法、
メモリ機能体およびメモリ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ナノメートルサイズの微粒子を備
えた超微小な電子装置の一例である単電子トランジスタ
や、ナノドットやナノクリスタルと呼ばれる微粒子をゲ
ート絶縁膜に含むメモリ素子を作成する方法が提案され
ている。

【０００３】従来、微粒子形成方法としては、特開２０
００−２２００５号公報に開示された方法がある。特開
２０００−２２００５号公報の微粒子形成方法では、ま
ず、シリコン熱酸化膜上にＬＰＣＶＤ（低圧化学的気相
堆積）装置でアモルフアスシリコンを堆積する。その
後、上記アモルファスシリコンにアニール処理を施し
て、シリコン熱酸化膜上にシリコン微結晶を形成する。
さらに、上記シリコン微結晶上にＣＶＤ（化学的気相堆
積）法でシリコン酸化膜を堆積させる。

【０００４】また、他の微粒子形成方法としては、ＣＶ
Ｄ（化学的気相堆積）、蒸着、ＭＢＥ（分子線エピタキ
シ）等により基板上に薄膜を形成した後、その薄膜をフ
ォトリソグラフィやエッチング等の微細加工技術で処理
し、基板上に微粒子を形成する。そして、上記微粒子の
形成後には、特開２０００−２２００５号公報と同様に
微粒子上に絶縁体層を積層する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開２０００
−２２００５号公報の微粒子形成方法は、微粒子の面密
度を高くしようとした場合、堆積工程を繰り返す回数が
多くなるため、大きな手間と時間がかかるという問題が
ある。

【０００６】また、フォトリソグラフィやエッチング等
の微細加工技術を用いる微粒子形成方法では、微粒子の
大きさと微粒子間の距離を同時にナノメートルオーダま
で縮小することは極めて困難であるという問題がある。

【０００７】これらの問題を解決できる微粒子形成方法
としては、イオン注入によって絶縁膜中に金属イオンを
注入し、金属イオンを熱処理によって凝集させて、金属
微粒子を形成する方法がある。このようなイオン注入法
を用いて導電性元素を絶縁体中に導入した場合には、比
較的簡単に孤立したナノメートルサイズの微粒子を絶縁
体中に形成することが可能である。

【０００８】ところが、イオン注入後の絶縁体はしだい
に正電位に帯電し、絶縁体の電位は最終的にイオンの加
速電圧近くまで上昇してしまう。一般に、イオンの加速
電圧は少なくとも数ｋｅＶに達することを考えれば、そ
の絶縁体の膜圧が通常用いられる薄膜トランジスタのゲ
ート絶縁膜程度の膜厚であると、イオンの加速電圧まで
達した絶縁体は破壊されてしまい、たとえなんらかの電
荷中和機構を用いても絶縁体に欠陥が生じる可能性が高
いという問題がある。

【０００９】また、上記絶縁体に注入する導電性元素は
高圧の正電位に帯電するため、導電性元素はクーロン反
発力によって注入エネルギから予想される注入深さには
注入されず、導電性元素の注入深さにばらつきが生じる
という問題がある。

【００１０】そこで、本発明の目的は、導電体元素を注
入する絶縁体または導電体が破壊されるのを阻止でき、
導電性元素の注入深さのばらつきを少なくできる微粒子
形成方法を提供することにある。また、上記微粒子検出
方法により形成された微粒子を備えたメモリ機能体を提
供することにある。さらに、そのようなメモリ機能体を
備えたメモリ素子を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の微粒子形成方法は、基板上に形成された絶
縁体、または、上記基板上に電気的に絶縁された状態で
形成された導電体に、導電体元素を負イオン化して注入
することにより、上記絶縁体または上記導電体内に導電
体微粒子を形成することを特徴としている。

【００１２】上記構成の微粒子形成方法によれば、上記
導電体元素を負イオン化して絶縁体または導電体に注入
すると、負の電荷の二次電子が絶縁体または導電体から
放出されて、絶縁体または導電体はほとんど帯電しな
い。したがって、上記絶縁体または導電体が破壊される
のを防ぐことができ、絶縁体または導電体に欠陥が生じ
るのを阻止することができる。

【００１３】また、上記絶縁体または導電体はほとんど
帯電しないので、絶縁体または導電体に注入した導電体
元素に大きなクーロン力がかからず、導電体元素の注入
深さを精度よく制御でき、導電性元素の注入深さのばら
つきを少なくすることができる。

【００１４】また、上記微粒子形成方法は、導電体元素
の注入深さを精度よく制御できるので、量産性に優れて
いる。

【００１５】本明細書において、「導電体元素」とは、
導電体を構成する金属元素や半導体元素等の元素のこと
である。

【００１６】一実施形態の微粒子形成方法は、上記絶縁
体または上記導電体にイオン注入した上記導電体元素を
熱処理することにより、上記導電体元素を拡散または凝
集させる。

【００１７】上記実施形態の微粒子形成方法によれば、
上記絶縁体または導電体にイオン注入した導電体元素を
熱処理すると、導電体元素が拡散または凝集するので、
導電体微粒子の大きさを所望の大きさにしたり、導電体
微粒子の密度を変化させたり、導電体微粒子の分布を変
化させたりすることができる。したがって、上記導電体
微粒子の形成状態をより様々な形成状態にすることがで
きる。

【００１８】また、上記絶縁体または導電体にイオン注
入した導電体元素を熱処理することより、例えばナノメ
ートルサイズの導電体微粒子を容易に得ることができ
る。

【００１９】一実施形態の微粒子形成方法は、上記導電
体元素の注入エネルギは５０ｋｅＶ未満である。

【００２０】上記実施形態の微粒子形成方法によれば、
上記導電体元素の注入エネルギを５０ｋｅＶ未満にする
ことにより、導電体元素が絶縁体または導電体の広範囲
に注入されことがなく、絶縁体または導電体内に導電体
微粒子がばらついて形成されるのを確実に抑制すること
ができる。

【００２１】一実施形態の微粒子形成方法は、上記導電
体元素のドーズ量は1×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ²未満であ
る。

【００２２】上記実施形態の微粒子形成方法によれば、
上記導電体元素のドーズ量を１×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ
²未満にすることにより、導電体元素の密度が高すぎて
導電体微粒子が大きくなりすぎるのを抑制できると共
に、導電体微粒子間の間隔が狭すぎて導電体微粒子同士
が融着を起こすのを抑制できる。

【００２３】また、上記導電体元素の注入エネルギを５
０ｋｅＶ未満、かつ、導電体元素のドーズ量を1×１０
¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ²にした場合は、注入エネルギおよび
ドーズ量が小さい条件でイオン注入が行われ、絶縁体ま
たは導電体において注入によるダメージの発生を抑制す
ることができる。

【００２４】一実施形態の微粒子形成方法は、上記基板
はシリコン基板であり、上記絶縁体は酸化シリコンまた
は窒化シリコンである。

【００２５】上記実施形態の微粒子形成方法によれば、
上記基板はシリコン基板であり、絶縁体は酸化シリコン
または窒化シリコンであるから、既存の半導体装置の製
造方法に用いることができ、汎用性を非常に高めること
ができる。

【００２６】また、上記微粒子形成方法を例えば半導体
装置の製造方法に用いた場合、半導体装置の製造方法に
大きな変更を加えなくてもよいので、半導体装置の製造
コストが上昇せず、半導体装置を安価に製造することが
できる。

【００２７】また、上記微粒子形成方法は、シリコン基
板を用いて異なる複数の半導体装置を製造する場合にも
利用可能できるから、実用的である。

【００２８】また、上記微粒子形成方法を半導体装置の
製造方法に用いた場合は、半導体装置の信頼性を簡単な
工程で高めることができる。

【００２９】本発明のメモリ機能体は、上記微粒子形成
方法によって形成された上記導電体微粒子を備えたこと
を特徴としている。

【００３０】上記構成のメモリ機能体は、上記導電体微
粒子を微粒子形成方法によって形成しているので、導電
体微粒子の形成位置の精度がよく、導電体微粒子のばら
つきが少なくて、信頼性が高い。

【００３１】また、上記導電体微粒子のばらつきが少な
いので、メモリ機能体を薄膜化することができる。

【００３２】本発明のメモリ素子は、上記メモリ機能体
を備えたことを特徴としている。

【００３３】上記構成のメモリ素子によれば、上記メモ
リ機能体を備えるので、メモリ素子を小型化することが
でき、量産性にも優れる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の微粒子形成方法を
図示の実施の形態により詳細に説明する。

【００３５】（実施の形態１）一般にイオン注入を行う
場合、注入したい元素を正イオン化した後、正イオン化
した元素を電圧で加速して固体に導入する。これに対し
て、本発明の微粒子形成方法では、注入を行いたい元素
を負イオン化した後、正イオン化した元素を電圧で加速
して固体に導入する。

【００３６】以下、図１〜図３を用いて、本発明の実施
の形態１の微粒子形成方法を説明する。以下では、微粒
子として例えば銀微粒子を作製する。

【００３７】まず、図３（ａ）に示すように、基板とし
てのシリコン基板２００の表面に、熱酸化工程により絶
縁体としてのシリコン酸化膜２１０を形成する。ここで
は、上記シリコン酸化膜２１０の膜厚を例えば約５０ｎ
ｍにする。

【００３８】次に、図３（ｂ）に示すように、上記シリ
コン酸化膜２１０内に、銀元素２０１を負イオン化して
注入する。このとき、銀元素２０１の注入エネルギがあ
まり高エネルギであると、銀元素２０１の注入分布が広
がりすぎて薄膜へのイオン注入に相応しくなく、また、
シリコン酸化膜２１０にダメージを与え欠陥が生じてし
まうので、注入エネルギは１００ｋｅＶ未満が好まし
く、５０ｋｅＶ未満がより好ましい。

【００３９】また、上記銀元素２０１のドーズ量があま
りに多いと、後にシリコン酸化膜２１０内に形成される
銀微粒子２０２（図３（ｃ）参照）の粒径が大きくなり
すぎたり、シリコン酸化膜２１０へのダメージが大きく
なったりする。逆に、上記銀元素２０１のドーズ量が少
なすぎると銀微粒子２０２の密度が小さくなりすぎてし
まう。したがって、上記銀元素２０１のドーズ量は、１
×１０¹³ｉｏｎｓ／ｃｍ²より多く、１×１０²⁰ｉｏｎ
ｓ／ｃｍ²より少ない方が好ましい。そして、上記銀元
素２０１のドーズ量は、１×１０¹⁴ｉｏｎｓ／ｃｍ²よ
り多く、１×１０¹ ⁷ｉｏｎｓ／ｃｍ²より少ない方がよ
り好ましい。

【００４０】本実施の形態１では、およそ３０ｋｅＶの
注入エネルギ、およそ１×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ²のド
ーズ量でＡｇ２０１を導入する。

【００４１】上記銀元素２０１の負イオンは、図１に示
すように、負イオン源１００から出射され、質量分離電
磁石１２０、加速管および走査偏向部１４０を順次経由
した後、シリコン基板２００を収容する注入室１５０に
供給される。

【００４２】図２に示すように、上記負イオン源１００
となるプラズマ生成室１０１には放電維持およびスパッ
タ用のキセノンガスを導入していて、プラズマ生成室１
０１内のコイルに１３．５６ＭＨｚの高周波を与えて誘
導結合型の放電を起こしている。このとき、上記プラズ
マ生成室１０１に取り付けたスパッタリングターゲット
１０２は、プラズマ生成室１０１に対して通常−６００
Ｖ程度のターゲット電圧Ｖ_tarを印加している。上記ス
パッタリングターゲット１０２を構成するターゲット物
質は、プラズマ生成室１０１内で発生したプラズマ中の
正イオンによってスパッタされ、銀元素２０１の負イオ
ンを生成する。

【００４３】したがって、上記ターゲット物質は、シリ
コン酸化膜２１０に注入したい元素を含む物質であり、
本実施の形態１においては銀の薄板となっている。ま
た、上記ターゲット物質の表面にはセシウム蒸気を吹き
付けることにより仕事関数を低下させ、負イオン生成効
率を高めている。上記ターゲット物質の表面で生成され
た負イオンはターゲット電圧によって逆加速され、プラ
ズマ中を通過してイオン放出孔１０３に向かう。

【００４４】また、上記イオン放出孔１０３の付近には
二次電子やプラズマ中の電子を除去するために磁場がか
けられている。上記イオン放出孔１０３を通過した負イ
オンは、引き出し電極１０９の引き出し電圧Ｖ_extによ
って加速された後、アインツエルレンズ１１０により収
束されて質量分離電磁石１２０に輸送される。以降、上
記負イオンは、通常のイオン注入装置とほぼ同様に、加
速管１３０と走査偏向部１４０とを順次通過して、注入
室１５０内に入る。

【００４５】本実施の形態１で用いた負イオン注入装置
では、質量分離電磁石１２０で所望量の負イオンだけを
取り出し、加速管１３０の加速電圧Ｖ_accで所望の注入
エネルギまで負イオンを加速している。その加速管１３
０の入り口には、浮遊電子の加速によるＸ線の発生を抑
制するための電子除去用サプレッサを設置している。そ
して、上記加速管１３０の出力側で、後段レンズとして
静電四重極レンズにより負イオンビームの収束を行って
いる。また、上記走査偏向部１４０には大面積基板への
負イオン注入のための走査・偏向電極がある。上記走査
偏向部１４０では、ビーム中心軸を約７度偏向して加速
中に負イオンと残留ガスとが衝突することによって生じ
た中性粒子を除去している。その後、上記負イオンは、
注入室１５０内に収容したシリコン基板２００上のシリ
コン酸化膜２１０に注入される。

【００４６】以上から分かるように、上記負イオン注入
装置は通常のイオン注入装置とはイオンの極性が逆であ
るので、負イオン注入装置の印加電圧等は、図２に示す
ように、通常のイオン注入装置の印加電圧等の逆にする
必要がある。

【００４７】通常のイオン注入装置を用いて正イオンを
シリコン酸化膜２１０に注入した場合、シリコン酸化膜
２１０の表面電位が正イオンの加速電圧近くまで上昇し
てしまうが、上記構成の負イオン注入装置を用いて負イ
オンをシリコン酸化膜２１０に注入した場合、シリコン
酸化膜２１０の表面電位が負イオンの加速電圧近くまで
上昇することがなく、数Ｖ程度の非常に低い値に収ま
る。すなわち、正イオン注入では、正の電荷のイオンが
シリコン酸化膜２１０の表面に入射して、負の電荷の二
次電子がシリコン酸化膜２１０の表面から放出されるた
め、シリコン酸化膜２１０の表面は正に帯電して、シリ
コン酸化膜２１０の表面電位は最終的に正イオンの加速
電圧まで上昇してしまうが、負イオン注入では、負の電
荷のイオンがシリコン酸化膜２１０の表面に入射して、
負の電荷の二次電子がシリコン酸化膜２１０の表面から
放出されるので、シリコン酸化膜２１０の表面電位は±
数Ｖ程度に収まる。その結果、上記シリコン酸化膜２１
０はほとんど帯電しないので、シリコン酸化膜２１０が
破壊されたり、シリコン酸化膜２１０に欠陥が生じたり
するのを阻止することができる。

【００４８】また、負イオン注入法では、シリコン酸化
膜２１０の帯電が抑制されて、シリコン酸化膜２１０に
注入した銀元素２０１に大きなクーロン力がかからない
ので、シリコン酸化膜２１０に対して銀元素２０１を狙
い通りの深さに注入し易く、銀元素２０１の注入深さの
ばらつきを抑制することができる。その上、負イオン注
入では正イオン注入に比べ実効的な加速電圧の変動が少
なくなるので、負イオン化した銀元素２０１の注入深さ
をより精度よく制御でき、銀元素２０１の注入深さのば
らつきをより少なくすることができる。

【００４９】上記負イオン注入装置による負イオン注入
を行った後、シリコン酸化膜２１０に熱処理を加える
と、図３（ｃ）に示すように、負イオン注入された銀元
素２０１が凝集し、超微粒子からなる粒径がおよそ３ｎ
ｍ程度のナノメートルサイズの銀微粒子２２０がシリコ
ン酸化膜２１０内に形成された。このとき、上記銀微粒
子２０２は、銀イオンの加速エネルギから予想される深
さに分布するように正確に形成されていた。

【００５０】このように、上記熱処理を行うことによ
り、注入元素である銀元素２０１を凝集または拡散させ
て、所望の粒形の銀微粒子２０２を形成することができ
る。また、上記熱処理を行うことによって、負イオン注
入時にシリコン酸化膜２１０に生じた欠陥を修復するこ
ともできる。

【００５１】上記熱処理の温度はあまり低いと効果がな
く、あまりに高温であると銀元素２０１は拡散、溶融し
て銀微粒子２０２を形成することができない。したがっ
て、上記熱処理の温度は２００℃より高く注入元素の融
点未満で行うことが好ましい。また、上記熱処理の温度
が同一であっても熱処理の時間を長くすればその温度で
の効果は増大するが、熱処理の時間があまりに長いと銀
微粒子の粒径が大きくなりすぎたり、銀元素２０１が微
粒子を形成したい領域外まで拡散してしまうので、熱処
理の時間は６時間より短いほうが好ましい。例えば、通
常の熱処理炉であれば、アルゴンや窒素等の不活性雰囲
気中でおおよそ３００℃〜９００℃程度の熱処理を行う
のがより好ましく、本実施の形態１ではアルゴン雰囲気
中、５００℃で約１時間熱処理を行った。

【００５２】図４に、上記銀微粒子２０２を含むシリコ
ン酸化膜２１０のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）像を示
す。なお、図４の２２０はシリコン／酸化シリコン界面
を指し示している。そして、上記シリコン酸化膜２１０
中の白い点が銀微粒子２０２である。

【００５３】図４のＴＥＭ像から、銀微粒子２０２がシ
リコン酸化膜２１０内で適度に散らばっているのが確認
できる。このように、負イオン注入処理と熱処理とをそ
れぞれ一度行うだけで、シリコン酸化膜２１０内におい
て適度に散らばったナノメートルサイズの銀微粒子２０
２を形成できるので、特開２０００−２２００５号公報
の微粒子形成方法のように何度も同じ工程を繰り返した
り、ナノスケールの微細加工技術を用いる必要がなく、
銀微粒子２０２の形成は簡単であり、銀微粒子２０２の
生産性は良好である。

【００５４】上記実施の形態１では、銀微粒子２０２を
形成したが、例えば、金や銅等の金属微粒子、または、
シリコンやゲルマニウム等の半導体微粒子を形成しても
よい。つまり、本発明の微粒子形成法は、導電性を有す
る導電体微粒子を形成することができる。

【００５５】また、上記シリコン基板２００の代わり
に、シリコン以外の半導体基板、ガラス基板等の絶縁体
基板、サファイア基板等を用いてもよい。

【００５６】また、上記シリコン基板２００の代わり
に、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板やＳＯ
Ｓ（シリコンオンサファイア）基板等を用いてもよい。
この場合、上記ＳＯＩ基板やＳＯＳ基板上に電気的に絶
縁された状態で形成された導電体内に、導電体微粒子を
形成してもよい。このように、本発明の微粒子形成方法
は、基板上に絶縁された状態で形成された導電体内に、
導電性を有する導電体微粒子を形成してもよい。

【００５７】（実施の形態２）本実施の形態２では、シ
リコン基板上のシリコン酸化膜内に、上記実施の形態１
と同様の微粒子形成方法でナノメートルサイズの導電体
微粒子を形成し、さらに、この導電体微粒子を含むシリ
コン酸化膜上に通常用いられる方法で電極を形成してい
る。上記シリコン酸化膜上に形成した電極は、導電性の
物質であればなんでもよく、本実施の形態２では例えば
アルミ電極とする。

【００５８】本実施の形態２によれば、シリコン基板と
アルミ電極との間に電圧を印加し、容量Ｃ（Ｆ）−電圧
Ｖｇ（Ｖ）測定を行ったところ、図５に示すようなヒス
テリシス特性を示す結果となった。この結果から分かる
ように、上記導電体微粒子を含むシリコン酸化膜は、メ
モリ機能体として機能し、シリコン基板とアルミ電極と
に同一電位を加えたときの容量の大小から２値の判別を
行うことができる。

【００５９】また、上記メモリ機能体として機能するシ
リコン酸化膜は、負イオン注入法を用いて作製されてい
るため、単一熱酸化膜と同等の品質を維持しており非常
に信頼性が高く、作製するための処理時間がＣＶＤ法と
較べても短く、生産性に優れている。

【００６０】また、上記シリコン酸化膜内において導電
体微粒が膜厚方向にばらついて形成されてしまうのを抑
制することができるので、シリコン酸化膜の薄膜化およ
び微細化が可能である。さらに、上記シリコン基板とア
ルミ電極とに同一電位を加えても、シリコン酸化膜にか
かる実効電場が強くなるので、低電圧化が可能となっ
て、シリコン酸化膜は低消費電力性に優れている。

【００６１】また、このようなメモリ機能体として機能
するシリコン酸化膜を従来のＤＲＡＭ（ダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ）のキャパシタに用いれば、リフ
レッシュを不要にできる、または、リフレッシュ回数を
大幅に削減できる低消費電力ＤＲＡＭを実現可能とな
る。この場合、ＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）の強誘電
体のような特殊な材料を用いる必要もないので、低電力
消費ＤＲＡＭは簡単な工程で作成でき生産性にも優れて
いる。

【００６２】なお、上記導電体微粒子の大きさは、大き
すぎるとシリコン薄膜を微細化できないので、ナノメー
トルサイズ、つまり１μｍにするのが好ましい。しか
し、上記導電体微粒子の大きさが小さすぎるとシリコン
酸化膜のメモリ機能が低下するので、導電体微粒子の大
きさは０．１ｎｍより大きく４．０ｎｍより小さくする
のが好ましい。このようの大きさの導電体微粒子がシリ
コン酸化膜内に多数形成されているのが好ましい。

【００６３】上記実施の形態２ではシリコン基板を用い
ていたが、シリコン以外の半導体基板、ガラス基板等の
絶縁体基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板、ＳＯＳ基板
等を用いていもよい。

【００６４】また、上記シリコン酸化膜内に、上記実施
の形態１と同様の微粒子形成方法でナノメートルサイズ
の導電体微粒子を形成していたが、シリコン酸化膜以外
の絶縁膜内に、上記実施の形態１と同様の微粒子形成方
法でナノメートルサイズの導電体微粒子を形成してもよ
い。

【００６５】また、上記シリコン酸化膜上に形成する電
極は、アルミ以外の金属電極や、ポリシリコン等で構成
してもよい。

【００６６】（実施の形態３）本実施の形態３では、図
６に示すようメモリ素子としてのトランジスタを作製し
た。このトランジスタは、シリコン基板３００と、この
シリコン基板３００上に形成されたゲート絶縁膜として
のシリコン酸化膜３１０とを備えている。上記シリコン
酸化膜３１０内には、上記実施の形態１と同様の微粒子
形成方法で作成したナノメートルサイズの導電体微粒子
３０２を形成している。また、上記シリコン酸化膜３１
０上にはゲート電極としてのアルミ電極３３０を形成し
ている。そして、上記シリコン基板３００の表面部に
は、シリコン酸化膜３０２の下方の領域を挟むようにソ
ース領域３４０，ドレイン領域３５０を形成している。

【００６７】このようなトランジスタは、アルミ電極３
３０をシリコン酸化膜３１０上に形成した後、フォトリ
ソグラフィとエッチングとを行うことにより、シリコン
酸化膜２１０を形成している。そして、通常の方法を用
いて、シリコン基板３００の表面部にソース領域３４
０，ドレイン領域３５０を形成し、配線を形成するため
の工程を行っている。

【００６８】本実施の形態３のトランジスタは、上記実
施の形態２の容量の大小に対応して閾値の大小が見られ
た。上記トランジスタにおいて書き込み消去を行う場
合、フローテイングゲート型メモリと同様に、ゲート電
極としてのアルミ電極３３０に十分に大きな正または負
の電圧を印加する。そして、読み出し時はソース領域３
４０，ドレイン領域３５０間を流れる電流を検出すれば
よい。上記トランジスタではアルミ電極３３０に＋１５
Ｖ印加した直後と−１５Ｖ印加した直後で閾値にしてお
よそ２Ｖの差が生じた。したがって、上記トランジスタ
はフラッシュメモリ等と同様のメモリ動作を行える。

【００６９】また、上記トランジスタは、シリコン酸化
膜３１０内において導電体微粒３０２の膜厚方向のばら
つきが抑制されているので、薄膜化が可能である。これ
により、上記トランジスタの微細化および低電圧化が可
能となる。例えば、上記トランジスタは１０Ｖ未満で駆
動可能となる。

【００７０】また、上記トランジスタは、フラッシュメ
モリのような複雑な作製工程を必要とせず、ＦｅＲＡＭ
のように特殊な材料を用いていないので、生産性に優れ
る。

【００７１】上記実施の形態３では、シリコン酸化膜３
１０の厚さを例えば約５０ｎｍ程度にしているが、さら
にシリコンン酸化膜３１０の薄膜化が可能である。ま
た、上記シリコン酸化膜３１０の膜厚は、導電体微粒子
３０２の大きさより薄くならないように設定するのが好
ましく、例えば５ｎｍ未満にするのが好ましい。

【００７２】このように、本発明の微粒子形成方法を用
いたメモリをはじめとする素子はその生産の容易性と従
来のシリコンプロセスとの親和性から携帯電話をはじめ
集積回路を用いるあらゆる電子機器およびシステムに組
み込み可能であって、それら電子機器およびシステムは
小型化、低消費電力化が可能となる。

【００７３】上記実施の形態３ではシリコン基板３００
を用いていたが、シリコン以外の半導体基板、ガラス基
板等の絶縁体基板、サファイア基板、ＳＯＩ基板、ＳＯ
Ｓ基板等を用いていもよい。

【００７４】また、上記導電体微粒子３０２は、導電性
を有する微粒子であればよく、金属微粒子や半導体微粒
子等であってもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の微粒
子形成方法は、導電体元素を負イオン化して絶縁体また
は導電体に注入するので、絶縁体または導電体はほとん
ど帯電せず、絶縁体または導電体が破壊されるのを阻止
することができる。

【００７６】また、上記絶縁体または導電体はほとんど
帯電しないので、導電体元素の注入深さを精度よく制御
でき、導電性元素の注入深さのばらつきを少なくするこ
とができる。

【００７７】一実施形態の微粒子形成方法は、上記絶縁
体または導電体にイオン注入した導電体元素を熱処理す
ることにより、導電体元素を拡散または凝集させて導電
体微粒子を形成するので、導電体微粒子の形成状態をよ
り様々な形成状態にすることができる。

【００７８】一実施形態の微粒子形成方法は、上記導電
体元素の注入エネルギは５０ｋｅＶ未満であるので、導
電体元素が絶縁体または導電体の広範囲に注入されこと
がなく、絶縁体または導電体内に導電体微粒子がばらつ
いて形成されるのを確実に抑制することができる。

【００７９】一実施形態の微粒子形成方法は、上記導電
体元素のドーズ量は1×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ²未満であ
るので、導電体元素の密度が高すぎて導電体微粒子が大
きくなりすぎるのを抑制できると共に、導電体微粒子間
の間隔が狭すぎて導電体微粒子同士が融着を起こすのを
抑制できる。

【００８０】一実施形態の微粒子形成方法は、上記絶縁
体または導電体が表面上に形成された基板はシリコン基
板であり、絶縁体は酸化シリコンまたは窒化シリコンで
あるから、既存の半導体装置の製造方法に用いることが
でき、汎用性を非常に高めることができる。

【００８１】本発明のメモリ機能体は、上記微粒子形成
方法によって形成された上記導電体微粒子を備えている
ので、導電体微粒子の形成位置の精度がよく、信頼性を
高めることができる。

【００８２】本発明のメモリ素子は、上記メモリ機能体
を備えているので、小型化することができ、量産性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態１の微粒子形成方
法で使用する負イオン注入装置のブロック図である。

【図２】図２は上記微粒子形成方法による負イオン注
入を説明するための図である。

【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は上記微粒子形成方法の
工程図である。

【図４】図４は本発明の実施の形態２のシリコン酸化
膜のＴＥＭ像を示す図である。

【図５】図５は上記実施の形態２のシリコン酸化膜の
電気特性を示す図である。

【図６】図６は本発明の実施の形態３のトランジスタ
の断面の模式図である。

【符号の説明】

２００，３００シリコン基板２０１銀元素２０２銀微粒子２１０，３１０シリコン酸化膜３０２導電体微粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/788 29/792 (72)発明者洗暢俊大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者辻博司滋賀県大津市石山寺３丁目12番６号 (72)発明者石川順三京都府京都市西京区大原野西鏡谷町２丁目９番地10棟101号Ｆターム(参考） 5F083 AD11 EP17 EP22 ER03 ER14 ER30 HA02 JA36 PR33 PR36 5F101 BA54 BB02 BC02 BD02 BH10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された絶縁体、または、上
記基板上に電気的に絶縁された状態で形成された導電体
に、導電体元素を負イオン化して注入することにより、
上記絶縁体または上記導電体内に導電体微粒子を形成す
ることを特徴とする微粒子形成方法。
【請求項２】請求項１に記載の微粒子形成方法におい
て、上記絶縁体または上記導電体にイオン注入した上記導電
体元素を熱処理することにより、上記導電体元素を拡散
または凝集させることを特徴とする微粒子形成方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の微粒子形成方
法において、上記導電体元素の注入エネルギは５０ｋｅＶ未満である
ことを特徴とする微粒子形成方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
微粒子形成方法において、上記導電体元素のドーズ量は1×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃｍ²
未満であることを特徴とする微粒子形成方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
微粒子形成方法において、上記基板はシリコン基板であり、上記絶縁体は酸化シリ
コンまたは窒化シリコンであることを特徴とする微粒子
形成方法。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
微粒子形成方法によって形成された上記導電体微粒子を
備えたことを特徴とするメモリ機能体。
【請求項７】請求項６に記載のメモリ機能体を備えた
ことを特徴とするメモリ素子。