JP5231977B2

JP5231977B2 - Metal dot manufacturing method and semiconductor memory manufacturing method using the same

Info

Publication number: JP5231977B2
Application number: JP2008330536A
Authority: JP
Inventors: 克典牧原; 誠一宮崎; 弥央池田; 和広島ノ江
Original assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010153612A

Description

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。 The present invention relates to a method for manufacturing metal dots and a method for manufacturing a semiconductor memory using the same.

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）。 Conventionally, a method using remote hydrogen plasma is known as a method for producing metal quantum dots (Patent Document 1).

この製造方法は、半導体基板の表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を形成する工程と、ＳｉＯ_２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。 This manufacturing method includes a step of forming a silicon oxide film (SiO ₂ film) on the surface of a semiconductor substrate, a step of forming a metal thin film on the SiO ₂ film, and a step of processing the metal thin film by remote hydrogen plasma. .

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。
特開２００８−２７０７０５号公報 And when using this manufacturing method, the density of a metal quantum dot is controlled by the high frequency electric power or pressure when processing a metal thin film by remote hydrogen plasma.
JP 2008-270705 A

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。 However, in Patent Document 1, it is difficult to control the density of metal quantum dots depending on the type of gas when a metal thin film is processed by remote plasma.

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。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a metal dot manufacturing method capable of controlling the dot density according to the type of gas when a metal thin film is processed by remote plasma. Is to provide.

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。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory manufacturing method using a metal dot manufacturing method capable of controlling dot density according to the type of gas when a metal thin film is processed by remote plasma. .

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。 According to the present invention, a method for producing a metal dot includes a first step of forming a metal thin film on a substrate, a first step of hydrogen gas, helium gas, argon gas, nitrogen gas, ammonia gas, hydrogen gas and helium gas. 1 by a remote plasma using a gas selected according to the density of the metal dots from a mixed gas of 1, a second mixed gas of hydrogen gas and argon gas, and a third mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas A second step of processing the metal thin film.

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。 Preferably, when the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the metal thin film is processed by remote plasma using helium gas, and the density of the metal dots is higher than the first density. When the density is set to 2, in the second step, the metal thin film is processed by remote plasma using argon gas, and when the density of the metal dots is set to a third density lower than the first density, In step 2, the metal thin film is processed by remote plasma using hydrogen gas.

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。 Preferably, when the density of the metal dots is set to the first density, the concentration of helium gas in the first mixed gas is set to the first concentration and the first mixed gas is used in the second step. When the metal thin film is processed by remote plasma and the density of the metal dots is set to a second density higher than the first density, in the second step, the concentration of helium gas in the first mixed gas is set to the first density. When the metal thin film is processed by remote plasma using the first mixed gas with the second concentration higher than the concentration, and the density of the metal dots is set to a third density lower than the first density, In the second step, the concentration of helium gas in the first mixed gas is set to a third concentration lower than the first concentration, and the metal thin film is formed by remote plasma using the first mixed gas. To management.

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。 Preferably, when the density of the metal dots is set to the first density, the second mixed gas is used by setting the concentration of the argon gas in the second mixed gas to the first concentration in the second step. When the metal thin film is processed by remote plasma and the density of the metal dots is set to a second density higher than the first density, in the second step, the concentration of argon gas in the second mixed gas is set to the first density. When the metal thin film is processed by the remote plasma using the second mixed gas with the second concentration higher than the concentration, and the density of the metal dots is set to the third density lower than the first density, In the second step, the concentration of the argon gas in the second mixed gas is set to a third concentration lower than the first concentration, and the metal thin film is formed by remote plasma using the second mixed gas. To management.

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。 Preferably, when the density of the metal dots is set to the first density, the concentration of nitrogen gas in the third mixed gas is set to the first concentration and the third mixed gas is used in the second step. When the metal thin film is processed by remote plasma and the density of the metal dots is set to a second density higher than the first density, in the second step, the concentration of nitrogen gas in the third mixed gas is set to the first density. The metal thin film is processed by remote plasma using a third mixed gas at a second concentration higher than the concentration.

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。 Preferably, when setting the density of the metal dots to the first density, in the second step, the pressure is set to the first pressure and the metal thin film is processed by remote plasma using ammonia gas, When the density is set to a second density higher than the first density, in the second step, the pressure is set to a second pressure lower than the first pressure, and the metal is obtained by remote plasma using ammonia gas. When the thin film is processed and the density of the metal dots is set to a third density lower than the first density, in the second step, the pressure is set to a third pressure higher than the first pressure and ammonia is set. The metal thin film is processed by remote plasma using gas.

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。 Preferably, when the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the metal thin film is directly processed by remote plasma using helium gas, and the density of the metal dots is lower than the first density. When setting to the second density, in the second step, the metal thin film is processed through the metal mesh by remote plasma using helium gas.

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。 Preferably, when the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the metal thin film is directly processed by remote plasma using one of hydrogen gas and argon gas, and the density of the metal dots Is set to a second density higher than the first density, in the second step, the metal thin film is processed through the metal mesh by remote plasma using one of hydrogen gas and argon gas.

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。 Preferably, in the first step, a platinum thin film or a nickel thin film is formed on the substrate as a metal thin film.

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。 In addition, according to the present invention, a method of manufacturing a semiconductor memory includes a first step of forming a source electrode and a drain electrode on one main surface of a semiconductor substrate, and a main step of the semiconductor substrate between the source electrode and the drain electrode. A second step of forming an insulating film on the surface; a third step of forming a semiconductor dot on the insulating film; a fourth step of oxidizing the semiconductor dot to form an oxide film so as to cover the semiconductor dot; , A fifth step of forming a metal thin film on the oxide film, hydrogen gas, helium gas, argon gas, nitrogen gas, ammonia gas, a first mixed gas of hydrogen gas and helium gas, hydrogen gas and argon gas, The metal thin film is treated by remote plasma using a gas selected from the second mixed gas and the third mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas according to the density of the metal dots. And a sixth step of.

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。 According to this invention, hydrogen gas, helium gas, argon gas, nitrogen gas, ammonia gas, a first mixed gas of hydrogen gas and helium gas, a second mixed gas of hydrogen gas and argon gas, and hydrogen gas Metal dots having different densities are manufactured by processing the metal thin film by remote plasma using a gas selected from a third mixed gas with nitrogen gas.

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。 Therefore, according to the present invention, the density of metal dots can be controlled by the type of gas used for remote plasma processing.

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。 According to the invention, hydrogen gas, helium gas, argon gas, nitrogen gas, ammonia gas, a first mixed gas of hydrogen gas and helium gas, a second mixed gas of hydrogen gas and argon gas, and hydrogen A semiconductor memory including metal dots having different densities manufactured by processing a metal thin film by remote plasma using a gas selected from a third mixed gas of gas and nitrogen gas is manufactured.

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。 Therefore, according to the present invention, the density of metal dots used in the semiconductor memory can be controlled by the type of gas used in the remote plasma processing.

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。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

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）。 FIG. 1 is a process diagram showing a metal dot manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, when a series of operations is started, semiconductor substrate 501 made of Si having a (100) plane is cleaned by RCA cleaning (see step (a) in FIG. 1).

その後、半導体基板５０１は、酸化装置にセットされ、２％の酸素（Ｏ_２）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ＳｉＯ_２膜５０２が形成される（図１の工程（ｂ）参照）。 Thereafter, the semiconductor substrate 501 is set in an oxidizer and thermally oxidized at a temperature of 1000 ° C. using 2% oxygen (O ₂ ) gas. As a result, a SiO ₂ film 502 is formed on the surface of the semiconductor substrate 501 (see step (b) in FIG. 1).

そして、金属薄膜５０４がＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２膜５０２上に堆積される。 Then, a metal thin film 504 is deposited on the SiO ₂ film 502 (see step (c) in FIG. 1). In this case, the metal thin film 504 has a thickness of 1 to 2 nm. The metal thin film 504 is made of a nickel (Ni) thin film or a platinum (Pt) thin film. Then, the Ni thin film is deposited on the SiO ₂ film 502 by using an electron beam evaporation method. The Pt thin film is deposited on the SiO ₂ film 502 by sputtering.

その後、金属薄膜５０４／ＳｉＯ_２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）。 Thereafter, the sample composed of the metal thin film 504 / SiO ₂ film 502 / semiconductor substrate 501 is processed by remote plasma using a gas selected according to the density of the target metal dot (step (d) in FIG. 1). reference).

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ＳｉＯ_２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。 Then, when the remote plasma treatment is performed for a certain time, metal dots 503 are formed on the SiO ₂ film 502 (see step (e) in FIG. 1). As a result, a series of operations is completed.

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。 FIG. 2 is a schematic view of a plasma processing apparatus that performs remote plasma processing. Referring to FIG. 2, a plasma processing apparatus 600 includes a quartz tube 610, a reaction chamber 620, a substrate holder 630, a heater 640, a pipe 650, a valve 660, an antenna 670, a matching circuit 680, and a high frequency. A power source 690.

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。 The quartz tube 610 has a diameter of 10 cmφ, and is fixed so that one end thereof is inserted into the reaction chamber 620. The reaction chamber 620 has a hollow cylindrical shape, has an opening 621 for inserting one end of the quartz tube 610 on the upper surface 620A, and an exhaust port 622 on the side surface 620B. In the reaction chamber 620, the inner space communicates with the inner space of the quartz tube 610 by inserting one end of the quartz tube 610 from the opening 621. Therefore, the gas inside the reaction chamber 620 and the quartz tube 610 can be exhausted through the exhaust port 622 by a pump (not shown).

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。 The substrate holder 630 is disposed on the lower surface 620C of the reaction chamber 620. The heater 640 is made of silicon carbide (SiC) and is disposed in the substrate holder 630.

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。 The pipe 650 is connected to the other end of the quartz tube 610 through a valve 660. The valve 660 is attached to the pipe 650. The antenna 670 is arranged to surround the quartz tube 610 at a position 23 cm from the substrate 800 placed on the substrate holder 630. The antenna 670 has one end connected to the matching circuit 680 and the other end grounded.

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。 Matching circuit 680 is connected between one end of antenna 670 and high-frequency power supply 690. High frequency power supply 690 is connected between matching circuit 680 and the ground node.

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（Ｈ_２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２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、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガスを石英管６１０内に導くとき、Ｈ_２ガスのボンベおよびＨｅガスのボンベからそれぞれＨ_２ガスおよびＨｅガスを受け、その受けたＨ_２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、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを石英管６１０内に導く。 The heater 640 heats the substrate 800 to a predetermined temperature via the substrate holder 630. The pipe 650 includes hydrogen (H ₂ ) gas, helium (He) gas, argon (Ar) gas, nitrogen (N ₂ ) gas, ammonia (NH ₃ ) gas, a mixed gas of H ₂ gas and He gas, H ₂ One of a mixed gas of gas and Ar gas and a mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas is introduced into the quartz tube 610 from a cylinder (not shown). In this case, the pipe 650, when directing the mixed gas of _{H 2} gas and He gas into the quartz tube 610 receives the _{H 2} gas and He gas respectively from the cylinder of the cylinder and He gas of the _{H 2} gas, the received H ₂ gas and He gas are introduced into the quartz tube 610. Similarly, the pipe 650 guides the mixed gas of H ₂ gas and Ar gas and the mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas into the quartz tube 610.

バルブ６６０は、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを石英管６１０内へ供給し、またはＨ_２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガスの石英管６１０内への供給を遮断する。 The valve 660 includes H ₂ gas, He gas, Ar gas, N ₂ gas, NH ₃ gas, a mixed gas of H ₂ gas and He gas, a mixed gas of H ₂ gas and Ar gas, and H ₂ gas and N A mixed gas with _two gases is supplied into the quartz tube 610, or H ₂ gas, He gas, Ar gas, N ₂ gas, NH ₃ gas, a mixed gas of H ₂ gas and He gas, H ₂ gas and Ar The supply of the mixed gas with the gas and the mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas into the quartz tube 610 is shut off.

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。 The matching circuit 680 reduces the reflection of the high frequency power supplied from the high frequency power source 690 toward the high frequency power source 690 and supplies the high frequency power to the antenna 670. The high frequency power supply 690 supplies high frequency power of 60 MHz to the antenna 670 via the matching circuit 680.

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。 A processing operation in the plasma processing apparatus 600 will be described. The substrate 800 is placed on the substrate holder 630, and the reaction chamber 620 and the quartz tube 610 are evacuated from the exhaust port 622.

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Ｈ_２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。 Thereafter, the valve 660 is opened, and a predetermined amount of H ₂ gas or the like is introduced from a cylinder (not shown) into the quartz tube 610 through the pipe 650. When the pressure in the quartz tube 610 reaches a predetermined pressure, the high frequency power supply 690 supplies high frequency power of 60 MHz to the antenna 670 via the matching circuit 680. In this case, the matching circuit 680 is adjusted so that the reflection of the high frequency power supplied from the high frequency power source 690 toward the high frequency power source 690 is minimized.

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。 As a result, plasma 730 is generated in the quartz tube 610, and atomic hydrogen or the like mainly diffuses in the quartz tube 610 from the generation region of the plasma 730 toward the substrate 800 and reaches the surface of the substrate 800. Then, atomic hydrogen or the like treats the surface of the substrate 800.

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。 When a predetermined processing time elapses, the high frequency power source 690 is turned off, the valve 660 is closed, and the processing operation ends.

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。 Note that when performing remote plasma processing using the plasma processing apparatus 600, the substrate 800 is processed by remote plasma in an electrically floating state.

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／ＳｉＯ_２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、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２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ＳｉＯ_２膜５０２上に形成される。 In the case where metal dots are formed according to steps (a) to (e) shown in FIG. 1, a sample comprising the semiconductor substrate 501 / SiO ₂ film 502 / metal thin film 504 is the substrate of the plasma processing apparatus 600 in step (d) Mounted on the holder 630, H ₂ gas, He gas, Ar gas, N ₂ gas, NH ₃ gas, a mixed gas of H ₂ gas and He gas, a mixed gas of H ₂ gas and Ar gas, and H Processing is performed by remote plasma using a gas selected from a mixed gas of _two gases and N ₂ gas. Then, metal dots 503 are formed on the SiO ₂ film 502.

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。 FIG. 3 is a diagram showing a surface state of Ni dots manufactured in accordance with steps (a) to (e) shown in FIG.

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Ｈ_２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。 3A shows the surface state of the Ni thin film formed in the step (c) shown in FIG. 1, and FIG. 3B shows the use of H ₂ gas in the step (d) shown in FIG. FIG. 3C shows the surface state of the Ni thin film processed by the remote plasma using He gas in the step (d), and FIG. (D) shows the surface state of the Ni thin film processed by the remote plasma using Ar gas in the step (d).

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。 Note that the temperature, high frequency power (VHF power), gas pressure, and treatment time when performing the remote plasma treatment in the step (d) were kept at room temperature, 400 W, 13.3 Pa, and 5 minutes, respectively. The thickness of the formed Ni thin film is 1 nm.

図３を参照して、Ｎｉ薄膜がＳｉＯ_２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。 Referring to FIG. 3, in the state where the Ni thin film is formed on the SiO ₂ film, Ni dots are not formed (see (a) of FIG. 3). In this case, the surface roughness (RMS) of the Ni thin film is 0.18 nm.

そして、Ｎｉ薄膜をＨ_２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ＳｉＯ_２膜上に形成される（図３の（ｂ）〜（ｄ）参照）。 Then, Ni dots are formed on the SiO ₂ film by treating the Ni thin film with remote plasma using any one of H ₂ gas, He gas, and Ar gas (see FIGS. 3B to 3D). ).

Ｎｉ薄膜をＨ_２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、２．４×１０^１１ｃｍ^−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、６．９×１０^１１ｃｍ^−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、９．４×１０^１１ｃｍ^−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．３２ｎｍである。 When the Ni thin film is processed by remote plasma using H ₂ gas, the density of Ni dots is 2.4 × 10 ¹¹ cm ⁻² and the surface roughness (RMS) is 1.08 nm. Further, when the Ni thin film is processed by remote plasma using He gas, the density of Ni dots is 6.9 × 10 ¹¹ cm ⁻² and the surface roughness (RMS) is 0.30 nm. Further, when the Ni thin film is processed by remote plasma using Ar gas, the density of Ni dots is 9.4 × 10 ¹¹ cm ⁻² and the surface roughness (RMS) is 0.32 nm.

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Ｈ_２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Ｈ_２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。 Accordingly, the density of Ni dots is highest when the Ni thin film is processed by remote plasma using Ar gas, and the Ni dot density is the second highest when the Ni thin film is processed by remote plasma using He gas. The lowest is the case of processing by remote plasma using _two gases. The size of the Ni dot is the largest when the Ni thin film is processed by remote plasma using H ₂ gas, and the Ni dot is the second largest when the Ni thin film is processed by remote plasma using He gas. Is the smallest when processed by remote plasma using Ar gas.

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Ｈ_２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。 Thus, the density and size of the Ni dots can be controlled by changing the type of gas when processing the Ni thin film by remote plasma among H ₂ gas, He gas and Ar gas.

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、Ｈ_２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。 In other words, when forming Ni dots with the highest density, the Ni thin film may be processed by remote plasma using Ar gas. When forming Ni dots with the second highest density, He gas is used. The Ni thin film may be processed by the remote plasma, and when forming the Ni dots having the lowest density, the Ni thin film may be processed by the remote plasma using H ₂ gas.

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。 FIG. 4 is a diagram showing the surface state of the Pt dots manufactured according to the steps (a) to (e) shown in FIG.

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Ｈ_２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。 4A shows the surface state of the Pt thin film formed in the step (c) shown in FIG. 1, and FIG. 4B uses H ₂ gas in the step (d) shown in FIG. 4 shows the surface state of the Pt thin film treated with the remote plasma, and FIG. 4C shows the surface state of the Pt thin film treated with the remote plasma using He gas in the step (d). (D) shows the surface state of the Pt thin film processed by the remote plasma using Ar gas in the step (d).

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。 Note that the temperature, high frequency power (VHF power), gas pressure, and treatment time when performing the remote plasma treatment in the step (d) were kept at room temperature, 400 W, 13.3 Pa, and 5 minutes, respectively. The film thickness of the formed Pt thin film is 2 nm.

図４を参照して、Ｐｔ薄膜がＳｉＯ_２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。 Referring to FIG. 4, in the state where the Pt thin film is formed on the SiO ₂ film, no Pt dot is formed (see FIG. 4A). In this case, the surface roughness (RMS) of the Pt thin film is 0.22 nm.

そして、Ｐｔ薄膜をＨ_２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ＳｉＯ_２膜上に形成される（図４の（ｂ）〜（ｄ）参照）。 Then, Pt dots are formed on the SiO ₂ film by treating the Pt thin film with remote plasma using any one of H ₂ gas, He gas, and Ar gas (see FIGS. 4B to 4D). ).

Ｐｔ薄膜をＨ_２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、３．２×１０^１１ｃｍ^−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、１．１×１０^１２ｃｍ^−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、１．５×１０^１２ｃｍ^−２であり、表面粗さ（ＲＭＳ）は、０．５９ｎｍである。 When the Pt thin film is processed by remote plasma using H ₂ gas, the density of Pt dots is 3.2 × 10 ¹¹ cm ⁻² and the surface roughness (RMS) is 2.10 nm. When the Pt thin film is processed by remote plasma using He gas, the density of Pt dots is 1.1 × 10 ¹² cm ⁻² and the surface roughness (RMS) is 0.61 nm. Further, when the Pt thin film is processed by remote plasma using Ar gas, the density of Pt dots is 1.5 × 10 ¹² cm ⁻² and the surface roughness (RMS) is 0.59 nm.

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Ｈ_２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Ｈ_２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。 Therefore, the density of Pt dots is highest when the Pt thin film is processed by remote plasma using Ar gas, and is the second highest when the Pt thin film is processed by remote plasma using He gas. The lowest is the case of processing by remote plasma using _two gases. The size of the Pt dot is the largest when the Pt thin film is treated with remote plasma using H ₂ gas, and the second largest when the Pt thin film is treated with remote plasma using He gas. Is the smallest when processed by remote plasma using Ar gas.

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Ｈ_２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。 In this way, the density and size of the Pt dots can be controlled by changing the type of gas when processing the Pt thin film with remote plasma among H ₂ gas, He gas and Ar gas.

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、Ｈ_２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。 That is, when forming a Pt dot having the highest density, the Pt thin film may be processed by remote plasma using Ar gas. When forming a Pt dot having the second highest density, He gas is used. may be treated with Pt thin film by remote plasma had, if the density is to form a lowest Pt dots may be processed to Pt thin film by remote plasma using H ₂ gas.

上述したように、Ｈ_２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Ｈ_２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Ｈ_２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。 As described above, when a metal dot (Ni dot or Pt dot) is formed by processing a Ni thin film or a Pt thin film by remote plasma using H ₂ gas, He gas, and Ar gas, the metal dot (Ni dot or Pt) is formed. The density of dots is highest when a metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is processed by remote plasma using Ar gas, and a metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is processed by remote plasma using He gas. The case where the metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) was processed by remote plasma using H ₂ gas was the lowest. The size of the metal dot (Ni dot or Pt dot) is the largest when the metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is processed by remote plasma using H ₂ gas, and the metal thin film (Ni thin film or Pt thin film). ) Is the second largest when treated with remote plasma using He gas, and the smallest when a metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is treated with remote plasma using Ar gas.

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Ｈ_２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。 Therefore, the density of metal dots (Ni dots or Pt dots) is controlled by selecting the gas used when processing a metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) from remote gas from H ₂ gas, He gas and Ar gas. it can.

図５は、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス（Ｈ_２／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。 FIG. 5 is a diagram showing a surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using a mixed gas (H ₂ / He) of H ₂ gas and He gas.

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。 FIGS. 5A to 5E show the surface states of the Pt thin film when the concentration of He gas is 0%, 10%, 50%, 90% and 100%, respectively.

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。 Note that the temperature, high frequency power (VHF power), gas pressure, and processing time when performing the remote plasma processing in the step (d) shown in FIG. 1 were kept at room temperature, 400 W, 13.3 Pa, and 5 minutes, respectively. . The film thickness of the formed Pt thin film is 2 nm.

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、Ｈ_２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。 Referring to FIG. 5, the surface roughness (RMS) decreases from 2.10 nm to 0.61 nm as the concentration of He gas increases. When the concentration of He gas is 0%, that is, when the remote plasma treatment is performed using only H ₂ gas, the surface roughness (RMS) = 2.10 nm is the surface roughness shown in FIG. (RMS) = 2.10 nm. When the concentration of He gas is 100%, that is, when the remote plasma treatment is performed using only He gas, the surface roughness (RMS) = 0.61 nm is the surface shown in FIG. Roughness (RMS) = 0.61 nm.

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／Ｈ_２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Ｈ_２ガスとの比（Ｈｅ／Ｈ_２比）を表す。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the dot density and surface roughness of Pt dots and the He / H ₂ ratio. In FIG. 6, the vertical axis represents dot density and surface roughness (RMS), and the horizontal axis represents the ratio of He gas to H ₂ gas (He / H ₂ ratio).

また、曲線ｋ１は、ドット密度とＨｅ／Ｈ_２比との関係を示し、曲線ｋ２は、表面粗さとＨｅ／Ｈ_２比との関係を示す。 A curve k1 shows the relationship between the dot density and the He / H ₂ ratio, and a curve k2 shows the relationship between the surface roughness and the He / H ₂ ratio.

図６を参照して、ドット密度は、Ｈｅ／Ｈ_２比が大きくなるに従って高くなる。特に、ドット密度は、Ｈｅ／Ｈ_２比が５０％を超えると、急激に高くなる（曲線ｋ１参照）。 Referring to FIG. 6, the dot density increases as the He / H ₂ ratio increases. In particular, the dot density increases rapidly when the He / H ₂ ratio exceeds 50% (see curve k1).

一方、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｈｅ／Ｈ_２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／Ｈ_２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／Ｈ_２比の増加に伴って小さくなったものと考えられる。 On the other hand, the surface roughness (RMS) decreases as the He / H ₂ ratio increases (see curve k2). This is because the size of the dots according to the He / H ₂ ratio increases becomes smaller, the surface roughness is considered to become smaller with increasing the He / H ₂ ratio.

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。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between dot density and dot height in Pt dots. In FIG. 7, the vertical axis represents the dot density, and the horizontal axis represents the dot height.

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５×１０^１０ｃｍ^−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８×１０^１０ｃｍ^−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。 Referring to FIG. 7, when the concentration of He gas is 0% and 10%, the dot density is distributed around 5 × 10 ¹⁰ cm ⁻² and the dot height is centered at about 7.5 nm. Distributed. When the concentration of He gas is 50%, the dot density is distributed around 8 × 10 ¹⁰ cm ⁻² and the dot height is distributed around 6.4 nm.

そして、Ｈｅガスの濃度が５０％を超えると、ドット密度は、１０^１１ｃｍ^−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４．８×１０^１１ｃｍ^−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。 When the concentration of He gas exceeds 50%, the dot density is distributed around 10 ¹¹ cm ⁻² and the dot height is distributed around a value smaller than 5 nm. When the concentration of He gas reaches 100%, the dot density is distributed around 4.8 × 10 ¹¹ cm ⁻² and the dot height is distributed around 3.3 nm.

このように、ＨｅガスとＨ_２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。 Thus, by increasing the concentration of He gas in the mixed gas of He gas and H ₂ gas, the dot density increases and the dot size decreases.

したがって、ＨｅガスとＨ_２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。 Therefore, the dot density and dot size of the Pt dots can be controlled by changing the concentration of the He gas in the mixed gas of He gas and H ₂ gas.

図８は、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス（Ｈ_２／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。 FIG. 8 is a diagram showing a surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using a mixed gas (H ₂ / Ar) of H ₂ gas and Ar gas.

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。 8A to 8E show the surface states of the Pt thin film when the Ar gas concentration is 0%, 10%, 50%, 90%, and 100%, respectively.

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、Ｈ_２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。 Referring to FIG. 8, the surface roughness (RMS) decreases from 2.10 nm to 0.59 nm as the Ar gas concentration increases. When the Ar gas concentration is 0%, that is, when the remote plasma treatment is performed using only H ₂ gas, the surface roughness (RMS) = 2.10 nm is the surface roughness shown in FIG. (RMS) = 2.10 nm. When the Ar gas concentration is 100%, that is, when the remote plasma treatment is performed using only Ar gas, the surface roughness (RMS) = 0.59 nm is the surface shown in FIG. It corresponds to roughness (RMS) = 0.59 nm.

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／Ｈ_２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Ｈ_２ガスとの比（Ａｒ／Ｈ_２比）を表す。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the dot density and surface roughness of Pt dots and the Ar / H ₂ ratio. In FIG. 9, the vertical axis represents dot density and surface roughness (RMS), and the horizontal axis represents the ratio of Ar gas to H ₂ gas (Ar / H ₂ ratio).

また、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ_２比との関係を示し、曲線ｋ４は、表面粗さとＡｒ／Ｈ_２比との関係を示す。 Curve k3 shows the relationship between dot density and Ar / H ₂ ratio, and curve k4 shows the relationship between surface roughness and Ar / H ₂ ratio.

図９を参照して、ドット密度は、Ａｒ／Ｈ_２比が大きくなるに従って３×１０^１１ｃｍ^−２から１．４×１０^１２ｃｍ^−２まで高くなる（曲線ｋ３参照）。 Referring to FIG. 9, the dot density increases from 3 × 10 ¹¹ cm ⁻² to 1.4 × 10 ¹² cm ^{−2 as} the Ar / H ₂ ratio increases (see curve k3).

一方、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ａｒ／Ｈ_２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／Ｈ_２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／Ｈ_２比の増加に伴って小さくなったものと考えられる。 On the other hand, the surface roughness (RMS) decreases from 2.4 nm to 0.6 nm as the Ar / H ₂ ratio increases (see curve k4). This is because the size of the dots according to Ar / H ₂ ratio increases becomes smaller, the surface roughness is considered to become smaller with increasing Ar / H ₂ ratio.

このように、ＡｒガスとＨ_２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。 As described above, by increasing the concentration of Ar gas in the mixed gas of Ar gas and H ₂ gas, the dot density increases and the dot size decreases.

したがって、ＡｒガスとＨ_２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。 Therefore, the dot density and the dot size of the Pt dots can be controlled by changing the Ar gas concentration in the mixed gas of Ar gas and H ₂ gas.

図１０は、Ｐｔドットにおけるドット密度とＨｅ／Ｈ_２比またはＡｒ／Ｈ_２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／Ｈ_２比またはＡｒ／Ｈ_２比を表す。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the dot density of Pt dots and the He / H ₂ ratio or Ar / H ₂ ratio. In FIG. 10, the vertical axis represents the dot density, and the horizontal axis represents the He / H ₂ ratio or the Ar / H ₂ ratio.

また、曲線ｋ１は、ドット密度とＨｅ／Ｈ_２比との関係を示し、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ_２比との関係を示す。 A curve k1 shows the relationship between the dot density and the He / H ₂ ratio, and a curve k3 shows the relationship between the dot density and the Ar / H ₂ ratio.

図１０を参照して、ドット密度は、ＡｒガスとＨ_２ガスとの混合ガスを用いた方がＨｅガスとＨ_２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）。 Referring to FIG. 10, the dot density is higher when a mixed gas of Ar gas and H ₂ gas is used than when a mixed gas of He gas and H ₂ gas is used (see curves k1 and k3).

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Ｈ_２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Ｈ_２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。 Therefore, when the dot density is set relatively high, Pt dots are formed by remote plasma processing using a mixed gas of Ar gas and H ₂ gas. When the dot density is set relatively low, Pt dots are formed by remote plasma processing using a mixed gas of He gas and H ₂ gas.

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。 Thus, the dot density of the metal dots can be controlled also by the type of the mixed gas.

図１１は、Ｐｔドットにおけるドット密度およびＨ_β／Ｈ_α比とＡｒ／Ｈ_２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Ｈ_β／Ｈ_α比を表し、横軸は、Ａｒ／Ｈ_２比を表す。また、曲線ｋ３は、ドット密度とＡｒ／Ｈ_２比との関係を示し、曲線ｋ５は、Ｈ_β／Ｈ_α比とＡｒ／Ｈ_２比との関係を示す。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the dot density and the H _β / H _α ratio and the Ar / H ₂ ratio in Pt dots. In FIG. 11, the vertical axis represents the dot density and the H _β / H _α ratio, and the horizontal axis represents the Ar / H ₂ ratio. Curve k3 shows the relationship between dot density and Ar / H ₂ ratio, and curve k5 shows the relationship between H _β / H _α ratio and Ar / H ₂ ratio.

図１１を参照して、ドット密度は、上述したようにＡｒ／Ｈ_２比の増加に伴って高くなる（曲線ｋ３参照）。一方、Ｈ_β／Ｈ_α比は、Ａｒ／Ｈ_２比の増加に伴って徐々に低下する（曲線ｋ５参照）。 Referring to FIG. 11, the dot density increases as the Ar / H ₂ ratio increases as described above (see curve k3). On the other hand, the H _β / H _α ratio gradually decreases as the Ar / H ₂ ratio increases (see curve k5).

Ｈ_β／Ｈ_α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。 When the H _β / H _α ratio decreases, the amount of atomic hydrogen that reaches the surface of the Pt thin film in the remote plasma treatment decreases, and the movement of Pt atoms in the Pt thin film decreases. As a result, it is considered that a large number of Pt dot nuclei are generated, the dot density increases, and the dot size decreases.

図１１に示す結果は、ＡｒガスとＨ_２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Ｈ_２ガスとの混合ガスにおいても、Ｈｅ／Ｈ_２比が大きくなると、Ｈ_β／Ｈ_α比が減少するので、ＨｅガスとＨ_２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。 The results shown in FIG. 11 are experimental results when a mixed gas of Ar gas and H ₂ gas is used. Even in a mixed gas of He gas and H ₂ gas, when the He / H ₂ ratio increases, Since the H _β / H _α ratio decreases, it is considered that a result similar to the result shown in FIG. 11 is obtained even when a mixed gas of He gas and H ₂ gas is used.

したがって、リモートプラズマによってＨ_２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、Ｈ_２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。 Therefore, it is considered that the atomic hydrogen generated from the H ₂ gas by the remote plasma functions to promote the movement of the metal atoms (Ni or Pt) in the metal thin film (Ni thin film or Pt thin film). This is because when the Ni thin film or the Pt thin film is processed by remote plasma using only H ₂ gas, the dot density of the metal dots is the lowest and the size of the dots is the largest (see FIGS. 3 and 4). Supported by.

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。 As a result, when creating metal dots with a low dot density and a large dot size, it is only necessary to promote the movement of metal atoms in the metal thin film, and a metal dot with a high dot density and a small dot size is created. In this case, the movement of metal atoms in the metal thin film may be suppressed.

図１２は、Ｐｔ薄膜を窒素（Ｎ_２）ガスまたは酸素（Ｏ_２）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Ｎ_２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Ｏ_２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。 FIG. 12 is a diagram showing a surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using nitrogen (N ₂ ) gas or oxygen (O ₂ ) gas. FIG. 12A shows the surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using N ₂ gas, and FIG. 12B shows the Pt thin film processed by remote plasma using O ₂ gas. The surface condition is shown.

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。 Note that the temperature, high frequency power (VHF power), gas pressure, and processing time when performing the remote plasma processing in the step (d) shown in FIG. 1 were kept at room temperature, 400 W, 13.3 Pa, and 5 minutes, respectively. .

図１２を参照して、表面粗さ（ＲＭＳ）は、Ｐｔ薄膜をＮ_２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Ｏ_２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。 Referring to FIG. 12, the surface roughness (RMS) is 0.49 nm when a Pt thin film is processed by remote plasma using N ₂ gas, and the Pt thin film is processed by remote plasma using O ₂ gas. In this case, it is 0.22 nm.

そして、Ｐｔ薄膜をＮ_２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Ｏ_２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。 When the Pt thin film is processed by remote plasma using N ₂ gas, Pt dots are formed, but when the Pt thin film is processed by remote plasma using O ₂ gas, Pt dots are not formed.

このように、Ｐｔ薄膜をＮ_２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。 Thus, even if the Pt thin film is processed by remote plasma using N ₂ gas, Pt dots can be formed.

図１３は、Ｐｔ薄膜をＮ_２ガスとＨ_２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、Ｈ_２ガスとＮ_２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、Ｈ_２ガスとＮ_２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、Ｈ_２ガスとＮ_２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。 FIG. 13 is a diagram showing a surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using a mixed gas of N ₂ gas and H ₂ gas. FIG. 13A is a diagram showing the surface state when the ratio of H ₂ gas to N ₂ gas is 2: 8, and FIG. 13B is a diagram showing the H ₂ gas and N ₂ gas FIG. 13C is a diagram showing the surface state when the ratio of H ₂ gas to N ₂ gas is 8: 2. is there.

図１３を参照して、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスとの比を２：８に設定してＰｔ薄膜をＨ_２ガスとＮ_２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）。 Referring to FIG. 13, when the ratio of H ₂ gas to N ₂ gas is set to 2: 8 and the Pt thin film is processed by remote plasma using a mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas, Pt Dots are not formed (see FIG. 13A).

一方、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスとの比を１：１または８：２に設定してＰｔ薄膜をＨ_２ガスとＮ_２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、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスとの比を８：２に設定した場合の方が高くなる。 On the other hand, when the ratio of H ₂ gas to N ₂ gas is set to 1: 1 or 8: 2, and the Pt thin film is processed by remote plasma using a mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas, Pt dots Is formed (see FIGS. 13B and 13C). The dot density is higher when the ratio of H ₂ gas to N ₂ gas is set to 8: 2.

また、Ｈ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを用いた場合、Ｈ_２ガスとＮ_２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。 In the case of using a mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas, the ratio of H ₂ gas and N ₂ gas 1: 1 to 8: by changing the 2, the size of the Pt dots almost Absent.

したがって、Ｈ_２ガスとＮ_２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。 Therefore, when a mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas is used, the dot density can be controlled without changing the size of Pt dots.

図１４は、Ｐｔ薄膜をアンモニア（ＮＨ_３）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。 FIG. 14 is a diagram showing a surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using ammonia (NH ₃ ) gas.

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、ＮＨ_３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。 (A) of FIG. 14 is a figure which shows the surface state before performing the process by remote plasma. 14B to 14E show the surface states when the pressures during the treatment with the remote plasma using NH ₃ gas are 66.5 Pa, 39.9 Pa, 13.3 Pa, and 6.65 Pa, respectively. FIG.

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。 Note that the temperature, high frequency power (VHF power), and processing time when performing the remote plasma processing in the step (d) shown in FIG. 1 were kept at room temperature, 400 W, and 5 minutes, respectively. The Pt thin film has a thickness of 2 nm.

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、ＮＨ_３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）。 Referring to FIG. 14, the surface roughness (RMS) is 0.24 nm before the remote plasma treatment is performed (see FIG. 14A). The surface roughness (RMS), the pressure at the time of processing by the remote plasma using NH ₃ gas increases as the lower (see (b) ~ (e) of FIG. 14).

ＮＨ_３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、ＮＨ_３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。 When the pressure at the time of processing by remote plasma using NH ₃ gas is 66.6 Pa, Pt dots are not formed, but the pressure at the time of processing by remote plasma using NH ₃ gas is 39.9 Pa, 13.3 Pa and In the case of 6.65 Pa, Pt dots are formed.

そして、ドット密度は、ＮＨ_３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。 The dot density increases as the pressure during processing by remote plasma using NH ₃ gas decreases from 39.9 Pa to 6.65 Pa. In this case, the size of the Pt dot is hardly changed.

したがって、ＮＨ_３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。 Therefore, when forming Pt dots by remote plasma using NH ₃ gas, if the pressure at the time of processing by remote plasma is relatively high, the dot density becomes relatively low, and the pressure at the time of processing by remote plasma is reduced. If it is relatively low, the dot density is relatively high.

このように、ＮＨ_３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。 Thus, the dot density of Pt dots can be controlled independently by controlling the pressure at the time of processing by remote plasma using NH ₃ gas.

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。 FIG. 15 is a schematic view of another plasma processing apparatus that performs remote plasma processing. Referring to FIG. 15, plasma processing apparatus 600A is the same as plasma processing apparatus 600 except that mesh 740 is added to plasma processing apparatus 600 shown in FIG.

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。 The mesh 740 is made of stainless steel, for example, and has a lattice structure with an interval of 1 mm. The mesh 740 is disposed not in the quartz tube 610 but in the reaction chamber 620. More specifically, the mesh 740 is disposed substantially parallel to the substrate holder 630 at a position 10 mm from the substrate holder 630. Further, the mesh 740 is electrically grounded.

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。 When the remote plasma processing is performed using the plasma processing apparatus 600A, since the mesh 740 is grounded, various ions generated in the plasma 730 are suppressed from reaching the surface of the substrate 800 by the mesh 740. . As a result, it is possible to perform remote plasma processing while suppressing damage caused by various ions.

図１６は、Ｐｔ薄膜をＨ_２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。 FIG. 16 is a diagram showing a difference in surface state depending on the presence or absence of a mesh when a Pt thin film is processed by remote plasma using H ₂ gas, Ar gas, and He gas.

図１６の（ａ）は、Ｐｔ薄膜をＨ_２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。 FIG. 16A shows the surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using H ₂ gas without using a mesh. FIG. 16B shows a surface state when the Pt thin film is processed by remote plasma using He gas without using a mesh. FIG. 16C shows a surface state when a Pt thin film is processed by remote plasma using Ar gas without using a mesh.

図１６の（ｄ）は、Ｐｔ薄膜をＨ_２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。 FIG. 16D shows the surface state when the Pt thin film is processed using a mesh by remote plasma using H ₂ gas. FIG. 16 (e) shows the surface state when the Pt thin film is processed using a mesh by remote plasma using He gas. (F) of FIG. 16 shows the surface state when the Pt thin film is processed using a mesh by remote plasma using Ar gas.

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。 Note that the temperature, high frequency power (VHF power), pressure, and treatment time when performing the remote plasma treatment in the step (d) shown in FIG. 1 were kept at room temperature, 400 W, 13.3 Pa, and 5 minutes, respectively. The thickness of the Pt thin film is 3.8 nm.

Ｐｔ薄膜をＨ_２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）。 When the Pt thin film is processed by remote plasma using H ₂ gas, the dot density of the Pt dots is increased by using the mesh (see FIGS. 16A and 16D).

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）。 Further, when the Pt thin film is processed by remote plasma using He gas, the dot density of the Pt dots is lowered by using the mesh (see FIGS. 16B and 16E).

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）。 Further, when the Pt thin film is processed by remote plasma using Ar gas, the dot density of the Pt dots is increased by using the mesh (see FIGS. 16C and 16F).

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。 In this way, the density of Pt dots can be controlled by using the mesh 740.

上述したように、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２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。 As described above, H ₂ gas, He gas, Ar gas, N ₂ gas, NH ₃ gas, a mixed gas of H ₂ gas and He gas, a mixed gas of H ₂ gas and Ar gas, and H ₂ gas The density of the metal dots (Ni dots or Pt dots) can be controlled by processing the metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) by remote plasma using various gases of a mixed gas with N ₂ gas.

したがって、この発明の実施の形態においては、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス、およびＨ_２ガスとＮ_２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。 Therefore, in the embodiment of the present invention, H ₂ gas, He gas, Ar gas, N ₂ gas, NH ₃ gas, a mixed gas of H ₂ gas and He gas, and a mixed gas of H ₂ gas and Ar gas are used. In addition, one gas is selected from the mixed gas of H ₂ gas and N ₂ gas according to the density of the metal dots, and a metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is formed by remote plasma using the selected gas. Processing to produce metal dots.

これによって、ドット密度を制御することができる。 Thereby, the dot density can be controlled.

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。 In the above description, the metal thin film is described as being a Ni thin film or a Pt thin film. However, in the embodiment of the present invention, the metal thin film is not limited to this, and the metal thin film is a metal thin film other than the Ni thin film or the Pt thin film. There may be.

次に、金属ドットの応用例について説明する。 Next, application examples of metal dots will be described.

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。 FIG. 17 is a cross-sectional view of a semiconductor memory using metal dots. Referring to FIG. 17, the semiconductor memory 100 includes a semiconductor substrate 101, a source electrode 102, a drain electrode 103, an insulating film 105, a composite floating gate 300, a gate electrode 104, and a sidewall 106.

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。 The semiconductor memory 100 has a structure in which a composite floating gate 300 is disposed in a portion sandwiched between the insulating film 105 and the gate electrode 104. The composite floating gate 300 includes a stack of a control node 310 and a charge storage node 320. The control node 310 includes a silicon (Si) quantum dot 311 and a Si oxide film 312 covering the silicon quantum dot 311, and the charge storage node 320 includes a metal quantum dot 321 and a high dielectric constant insulating film 322 covering the metal quantum dot 321. The operation of the semiconductor memory 100 differs depending on the combination of the respective materials and the combination of the stacked layers of the nodes.

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。 The semiconductor substrate 101 is an n-type single crystal silicon (Si) substrate having a (100) plane orientation. The source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed on one main surface side of the semiconductor substrate 101. The source electrode 102 and the drain electrode 103 are made of p ⁺ type Si.

絶縁膜１０５は、ＳｉＯ_２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。 The insulating film 105 is made of SiO ₂ and is formed in contact with one main surface of the semiconductor substrate 1. The insulating film 105 has a thickness of about 2 nm to 4 nm. The film thickness of 2 nm to 4 nm is a film thickness that allows electrons to tunnel through the insulating film 105.

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（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）およびＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）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。 The composite floating gate 300 is formed in contact with the insulating film 105. The gate electrode 104 is formed in contact with the composite floating gate 300. The gate electrode 104 is made of an impurity semiconductor or a semitransparent conductor. More specifically, the gate electrode 104 is made of a pure metal such as tantalum (Ta), aluminum (Al), tungsten (W), and molybdenum (Mo) or an alloy thereof, ITO (Indium Tin Oxide), and IZO (Indium Zinc). It is made of a transparent conductor such as Oxide) or a semiconductor having a low resistance by doping with impurities at a high concentration.

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。 The sidewall 106 is made of an insulating film including a silicon oxide film, and is formed on the insulating film 105 so as to sandwich the composite floating gate 300 and the gate electrode 104 from both sides.

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。 The composite floating gate 300 includes a control node 310 and a charge storage node 320. The control node 310 is formed in contact with the insulating film 105. The charge storage node 320 is formed in contact with the control node 310. As described above, the composite floating gate 300 has a two-layer structure in which the charge storage node 320 is stacked on the control node 310.

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。 The control node 310 includes a plurality of Si quantum dots 311 and a Si oxide film 312. The plurality of Si quantum dots 311 are two-dimensionally formed on the insulating film 105. Each of the plurality of Si quantum dots 311 is made of a substantially hemispherical Si crystal and has a diameter of 10 nm or less and a height of 8 nm or less. The Si oxide film 312 is formed so as to cover the plurality of Si quantum dots 311.

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。 The charge storage node 320 includes a plurality of metal quantum dots 321 and a high dielectric constant insulating film 322. The plurality of metal quantum dots 321 are two-dimensionally formed on the Si oxide film 312 of the control node 310. Each of the plurality of metal quantum dots 321 is made of substantially spherical Ni or Pt and has an average height of about 6 nm.

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。 The high dielectric constant insulating film 322 is formed so as to cover the plurality of metal quantum dots 321. The high dielectric constant insulating film 322 is made of a tantalum oxide film (Ta oxide film) or a zirconium oxide film (Zr oxide film).

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。 The reason why the Ta oxide film or the Zr oxide film is used as the high dielectric constant insulating film 322 is as follows. Electrons can be excited and injected into quantum dots by infrared light widely used for data communication, and data output from an integrated circuit created using the semiconductor memory 100 from a high-speed communication network can be realized. It is.

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。 When a positive voltage is applied to the gate electrode 104, the insulating film 105 allows electrons in the semiconductor substrate 101 to pass through the Si quantum dots 311 through a tunnel, or allows electrons in the Si quantum dots 311 to pass through the semiconductor substrate 101 through a tunnel. To pass.

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。 The control node 310 has a function of controlling injection of electrons from the semiconductor substrate 101 to the charge storage node 320 and emission of electrons from the charge storage node 320 to the semiconductor substrate 101. The charge storage node 320 has a function of holding electrons injected from the semiconductor substrate 101 through the control node 310.

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）。 A method for manufacturing the semiconductor memory 100 will be described. 18 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the semiconductor memory 100 shown in FIG. Referring to FIG. 18, when the operation of manufacturing semiconductor memory 100 is started, source electrode 102 and drain electrode 103 are formed by doping B on the main surface of semiconductor substrate 101 made of n-type Si at a high concentration. Form (step S1).

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ＳｉＯ_２膜を形成し、その形成したＳｉＯ_２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）。 Thereafter, the a SiO ₂ film is formed on the entire surface of one main surface of the semiconductor substrate 101 by oxidation at about 1000 ° C. in a 2% oxygen atmosphere the one main surface of the semiconductor substrate 101, a photo of the SiO ₂ film that is formed Patterning is performed by lithography to form the insulating film 105 (step S2).

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。 Then, the surface of the insulating film 105 is washed with 0.1% hydrofluoric acid (step S3). Thereby, the surface of the insulating film 105 is terminated by OH.

その後、シラン（ＳｉＨ_４）ガスを原料として、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ：ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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）。 Thereafter, Si quantum dots 311 made of Si crystals are formed on the insulating film 105 by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method using a silane (SiH ₄ ) gas as a raw material (step). S4).

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）。 Subsequently, the Si quantum dots 311 are oxidized in an oxygen atmosphere to form a Si oxide film 312 having a thickness of about 2 nm (step S5).

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）。 Then, a metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is formed on the Si oxide film 312 (step S6).

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、Ｈ_２ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガス、Ｈ_２／Ｈｅガス、Ｈ_２／Ａｒガス、およびＨ_２／Ｎ_２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）。 Thereafter, the sample is placed on the substrate holder 630 of the semiconductor manufacturing apparatus 600, and H ₂ gas, He gas, Ar gas, N ₂ gas, NH ₃ gas, H ₂ / He gas, H ₂ / Ar gas, and H _{2 are used.} / N ₂ gas is selected according to the density of metal dots, and metal thin film (Ni thin film or Pt thin film) is processed by remote plasma using the selected one gas to form metal quantum dots 321 (Step S7).

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）。 Subsequently, the high dielectric insulating film 322 is formed on the metal quantum dots 321 (step S8), and the gate electrode 104 is formed on the high dielectric insulating film 322 (step S9).

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。 Thereafter, the Si quantum dots 311, the Si oxide film 312, the metal quantum dots 321, the high dielectric insulating film 322, and the gate electrode 104 are patterned to predetermined dimensions by photolithography (step S 10), and the Si quantum dots 311, Si oxides are patterned. Sidewalls 106 are formed on both sides of the film 312, the metal quantum dots 321, the high dielectric insulating film 322, and the gate electrode 104 (step S11). Thereby, the semiconductor memory 100 is completed.

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。 FIG. 19 is a cross-sectional view of another semiconductor memory using metal dots. Referring to FIG. 19, semiconductor memory 110 is the same as semiconductor memory 100 except that composite floating gate 300 of semiconductor memory 100 shown in FIG. 17 is replaced with composite floating gate 400.

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。 The composite floating gate 400 is obtained by adding a control node 410 to the composite floating gate 300 shown in FIG. 17, and is otherwise the same as the composite floating gate 300.

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。 The control node 410 is formed on the charge storage node 320. As described above, the composite floating gate 400 has a three-layer structure in which the control node 410 is stacked on the composite floating gate 300 having the two-layer structure described above. The composite floating gate 400 is disposed between the insulating film 105 and the gate electrode 104.

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。 The control node 410 has a function of controlling electron emission during memory erasure of the semiconductor memory 110. The control node 410 includes a plurality of Si quantum dots 411 and a high dielectric constant insulating film 412. The plurality of Si quantum dots 411 are two-dimensionally formed on the high dielectric constant insulating film 322 of the charge storage node 320. Each of the plurality of Si quantum dots 411 is made of a substantially spherical Si crystal and has a height of 10 nm or less. The high dielectric constant insulating film 412 is formed so as to cover the plurality of Si quantum dots 411. The high dielectric constant insulating film 412 is made of a Ta oxide film or a Zr oxide film.

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。 The reason why the high dielectric constant insulating film 412 is made of a Ta oxide film or a Zr oxide film is the same as the reason why the high dielectric constant insulating film 322 is made of a Ta oxide film or a Zr oxide film.

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。 A method for manufacturing the semiconductor memory 110 will be described. In the method of manufacturing the semiconductor memory 100 described above, the semiconductor memory 110 is formed after forming the charge storage node 320 and before forming the gate electrode 104, that is, between steps S8 and S9 shown in FIG. A process of forming the Si quantum dots 411 by the same method as the quantum dots 311 and forming the high dielectric constant insulating film 412 by the same method as the high dielectric constant insulating film 322 may be inserted on the formed Si quantum dots 411.

その他は、半導体メモリ１００と同じである。 Others are the same as those of the semiconductor memory 100.

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。 In FIG. 17 and FIG. 19 described above, the boundaries of the nodes are illustrated by being separated by a substantially horizontal plane for the sake of explanation, but actually, quantum dots are two-dimensionally arranged on the film. Therefore, the boundary between the insulating film 105 and the control node 310 is almost horizontal, but the boundary between the control node 310 and the charge storage node 320 and the boundary between the charge storage node 320 and the control node 410 depend on the shape of the quantum dot. There are irregularities.

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。 A memory write operation and a memory erase operation in the semiconductor memories 100 and 110 will be described.

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。 20 to 25 are first to sixth energy band diagrams for explaining a memory writing operation and a memory erasing operation in the semiconductor memories 100 and 110, respectively.

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。 In the following description, a memory write operation and a memory erase operation will be described with reference to an energy band diagram of a transistor capacitor portion in the semiconductor memory 110.

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。 First, an energy band diagram when a positive voltage is not applied to the gate electrode 104 of the semiconductor memory 110 will be described with reference to FIG. Since the Si quantum dots 311 of the control gate 310 are sandwiched between the insulating film 105 and the Si oxide film 312, and have a nano size, discrete energy levels LV1 exist in the conduction band of the Si quantum dots 311. . Similarly, the discrete energy level LV2 exists in the conduction band of the metal quantum dot 321, and the discrete energy level LV3 exists in the conduction band of the Si quantum dot 411. These energy levels LV1 to LV3 are energy levels with respect to electrons.

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。 Since the Si quantum dots 311 are made of the same Si crystal as the Si quantum dots 411, the energy level LV1 is the same as the energy level LV3. Moreover, since the metal quantum dots 321 are made of a material different from that of the Si quantum dots 311, 411, the energy level LV2 is lower than the energy levels LV1, LV3. Furthermore, since the metal quantum dots 321 are made of a material different from that of the semiconductor substrate 101, the energy level LV <b> 2 is lower than the conduction band of the semiconductor substrate 101.

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。 As described above, in the semiconductor memory 110, the energy level LV2 with respect to the electrons of the metal quantum dots 321 in the charge storage node 320 is the same as that of the Si quantum dots 311 and 411 in the control nodes 310 and 410 existing on both sides of the charge storage node 320. It is lower than the energy levels LV1 and LV3 for electrons. Therefore, the charge storage node 320 is made of a material different from that of the control nodes 310 and 410 so that the energy level LV2 with respect to the electrons of the metal quantum dots 321 is lower than the energy levels LV1 and LV3 with respect to the electrons of the Si quantum dots 311 and 411. Become.

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。 Next, referring to FIG. 21, in the memory write operation in the semiconductor memory 110 having the energy band diagram shown in FIG. 20, a positive voltage is applied to the gate electrode 104, and electrons are transferred from the semiconductor substrate 101 to the Si quantum dots 311. Or by injecting into the metal quantum dots 321.

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。 When a positive voltage is applied to the gate electrode 104, the electrons 600 of the semiconductor substrate 101 are injected into the Si quantum dots 311 of the control node 310 through the insulating film 105. When electrons are injected into the Si quantum dots 311, the electrostatic energy of the Si quantum dots 311 increases, so that the band of the semiconductor substrate 101 is bent downward by the electron retention in the Si quantum dots 311. This state is determined to be logical “1”.

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。 When a positive voltage is further applied to the gate electrode 104, electrons in the semiconductor substrate 101 are further tunneled through the insulating film 105 and injected into the Si quantum dots 311 in the control node 310. As a result, the second electron 700 is injected into the Si quantum dot 311 (see FIG. 22). This state is determined to be logical “2”.

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。 Thus, by applying a positive voltage to the gate electrode 104, the electrons 600 of the semiconductor substrate 101 are tunneled through the insulating film 105 one by one and injected into the Si quantum dots 311 of the control node 310. With this state, multi-value expression is possible.

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。 Several electrons injected into the Si quantum dot 311 are held in the Si quantum dot 311 during the time when there is no light input or electron emission operation.

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）。 When a positive voltage is further applied to the gate electrode 104 of the semiconductor memory 110, electrons 801 are injected from the semiconductor substrate 101 into the Si quantum dots 311 as described above (see FIG. 23). When the amount of electrons accumulated in the Si quantum dots 311 exceeds a certain standard, the electrons 802 held in the Si quantum dots 311 are injected into the metal quantum dots 321 through the Si oxide film 312. (See FIG. 23).

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。 Since the metal quantum dot 321 has a nano (quantum) structure, there is a discretized energy level LV2, and this energy level LV2 is the energy level of the Si quantum dots 311 and 411 in the control nodes 310 and 410. Lower than LV1 and LV3. As a result, the metal quantum dots 321 can detect a threshold shift due to electron retention, and further, since a metal material is used, there is no limit on the number of retained electrons, and a large number of electrons can be stably retained. . For this reason, the electron holding time becomes longer, and as a result, the information holding time becomes longer. Further, by using the metal quantum dots 321 as the charge holding node, the insulating film 105 that greatly affects the time required for electron injection, that is, the information writing time can be extremely thinned. Can also be improved efficiently.

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。 According to the semiconductor memory 110 described above, electrons are efficiently injected into the Si quantum dots 311 and the metal quantum dots 321 at high speed by an electric pulse or an optical pulse from the impurity semiconductor or the semitransparent metal that is the gate electrode 104. Can be performed.

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ＳｉＯ_２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。 In the semiconductor memory 110, since the interface between the insulating film 105 and the semiconductor substrate 101 is an SiO ₂ and Si interface, good transistor characteristics can be realized without causing an increase in threshold voltage or a reduction in field effect mobility.

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。 Next, a memory erasing operation in the semiconductor memory 110 will be described. To erase the memory in the semiconductor memory 110, the gate electrode 104 is irradiated with light or a negative voltage is applied, and electrons injected into the Si quantum dots 311 and the metal quantum dots 321 are emitted to the semiconductor substrate 101. Is done.

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。 Hereinafter, the erasing operation of the semiconductor memory 110 will be described with reference to FIGS. Note that although there are a structure of the semiconductor memory 100 and a structure of the semiconductor memory 110, there are stages in which similar operations are performed, and therefore, description will be given with a structure of the transistor capacitor portion in the structure of the semiconductor memory 110.

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）。 Once the written information is erased, weak light 900 is incident from the gate electrode 104. When the weak light 900 is incident on the gate electrode 104, the electrons held in the metal quantum dots 321 of the charge storage node 320 are excited by the internal photoelectric effect. As a result, in the semiconductor memory 100, the electrons held in the metal quantum dots 321 are emitted into the Si quantum dots 311 of the control node 310 (see FIG. 24).

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）。 Then, by further applying a negative voltage to the gate electrode 104, the electrons 902 in the Si quantum dots 311 are emitted to the semiconductor substrate 101 (see FIG. 24).

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）。 In the semiconductor memory 110, the electrons 901 and 903 held in the metal quantum dots 321 are dispersed and emitted into the Si quantum dots 311 of the control node 310 and the Si quantum dots 411 of the control node 410, respectively. (See FIG. 24).

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）。 Then, by further applying a negative voltage to the gate electrode 104, only the electrons 902 in the Si quantum dots 311 are emitted to the semiconductor substrate 101 (see FIG. 24).

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）。 That is, in the semiconductor memory 110, when electrons held in the metal quantum dots 321 of the charge storage node 320 are emitted, the electrons are dispersed into the Si quantum dots 311 of the control node 310 and the Si quantum dots 411 of the control node 410. Thus, only the electrons emitted into the Si quantum dots 311 of the control node 310 are emitted while being controlled by the gate voltage without emitting all the held electrons all at once (see FIG. 25).

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。 As a result, a partial erasing operation of the multilevel memory can be performed, so that the control of the memory erasing operation can be further ensured.

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。 In the case where all electrons are emitted at once, the gate electrode 104 is irradiated with weak light 900 in a state where a negative voltage is applied to the gate electrode 104. Thereby, the held electrons in the metal quantum dots 321 can be emitted all at once into the Si quantum dots 311 of the control node 310 by the internal photoelectric effect, and further, the electrons held in the Si quantum dots 311 by applying a voltage. Is emitted to the semiconductor substrate 101, and the retained electrons disappear, so that the data is erased.

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。 Since the barriers of the Si quantum dots 311 of the control node 310 and the Si quantum dots 411 of the control node 410 with respect to the metal quantum dots 321 are low, electrons can be easily emitted even with light in the infrared region. There is an advantage that data can be output from the semiconductor memory 110 with light in the infrared region that is widely used.

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。 Note that the weak light 900 may be realized by applying an organic EL material inside the memory package.

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。 As described above, the multilevel storage operation can be realized in the semiconductor memories 100 and 110 by taking the composite floating gate (300, 400) and the electron injecting and emitting means as described above.

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。 Also, by injecting electrons into metal quantum dots that can realize a deep potential well for the electron system compared to Si quantum dots, the injected electrons can be stably accumulated in the metal quantum dots and are less likely to emit electrons. Become. As a result, the reduction in writing / erasing time due to the thinning of the insulating film 105 can be improved, so that the multi-value storage operation can be realized stably and at high speed.

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。 Furthermore, the semiconductor memories 100 and 110 in which the density of the metal quantum dots 321 is controlled can be manufactured by forming the metal quantum dots 321 constituting the charge storage node 320 according to the steps (a) to (e) shown in FIG.

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。 FIG. 26 is a cross-sectional view of still another semiconductor memory using metal dots. The semiconductor memory using metal dots may be the semiconductor memory 120 shown in FIG. Referring to FIG. 26, semiconductor memory 120 is the same as semiconductor memory 100 except that composite floating gate 300 of semiconductor memory 100 shown in FIG.

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。 The floating gate 500 is formed between the insulating film 105 and the gate electrode 104 in contact with the insulating film 105 and the gate electrode 104. The floating gate 500 includes metal dots 511 and a high dielectric constant insulating film 512.

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。 The metal dots 511 are made of Pt dots or Ni dots, and are formed on the insulating film 105 in contact with the insulating film 105.

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。 The high dielectric constant insulating film 512 is made of the same material as the high dielectric constant insulating film 322 described above, and is formed on the metal dots 511 so as to cover the metal dots 511.

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。 In the semiconductor memory 120, the floating gate 500 functions as a charge storage node and stores information.

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。 FIG. 27 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the semiconductor memory 120 shown in FIG.

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。 The flowchart shown in FIG. 27 is obtained by deleting steps S4 and S5 from the flowchart shown in FIG. 18 and replacing steps S6, S10, and S11 with steps S6A, S10A, and S11A, respectively. Is the same.

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）。 Referring to FIG. 27, when the manufacture of semiconductor memory 120 is started, step S1 to step S3 described above are sequentially performed, and then a metal thin film (Pt thin film or Ni thin film) is formed on insulating film 105. (Step S6A).

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。 Thereafter, the above-described steps S7 to S9 are sequentially executed. Then, the metal quantum dots 511, the high dielectric insulating film 512, and the gate electrode 104 are patterned to predetermined dimensions by photolithography (step S10A), and both sides of the metal quantum dots 511, the high dielectric insulating film 512, and the gate electrode 104 are patterned. A sidewall 106 is formed on the substrate (step S11A). Thereby, the semiconductor memory 120 is completed.

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。 Also in the semiconductor memory 120, by injecting electrons into the metal quantum dots that can realize a deep potential well for the electron system as compared with the Si quantum dots, the injected electrons can be stably accumulated in the metal quantum dots. It becomes difficult to release. As a result, the reduction in writing / erasing time due to the thinning of the insulating film 105 can be improved, so that the multi-value storage operation can be realized stably and at high speed.

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。 Further, the semiconductor memory 120 in which the density of the metal quantum dots 511 is controlled is manufactured by forming the metal quantum dots 511 constituting the floating gate 500 (charge storage node) according to the steps (a) to (e) shown in FIG. it can.

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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

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。 The present invention is applied to a metal dot manufacturing method capable of controlling the density of dots according to the type of gas when a metal thin film is processed by remote plasma. The present invention is also applied to a semiconductor memory manufacturing method using a metal dot manufacturing method capable of controlling the density of dots according to the type of gas when a metal thin film is processed by remote plasma.

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。It is process drawing which shows the manufacturing method of the metal dot by embodiment of this invention. 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。It is the schematic of the plasma processing apparatus which performs remote plasma processing. 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。It is a figure which shows the surface state of the Ni dot manufactured according to process (a)-(e) shown in FIG. 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。It is a figure which shows the surface state of Pt dot manufactured according to process (a)-(e) shown in FIG. Ｈ_２ガスとＨｅガスとの混合ガス（Ｈ_２／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。Using a mixed gas of H ₂ gas and He gas (H 2 _/ He) is a diagram showing the surface state upon treatment of the Pt thin film by remote plasma. Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＨｅ／Ｈ_２比との関係を示す図である。It is a graph showing the relationship between the dot density and the surface roughness and the He / H ₂ ratio in the Pt dots. 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。It is a figure which shows the relationship between the dot density and dot height in Pt dot. Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガス（Ｈ_２／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。Using a mixed gas of H ₂ gas and Ar gas (H 2 _/ Ar) is a diagram showing the surface state upon treatment of the Pt thin film by remote plasma. Ｐｔドットにおけるドット密度および表面粗さとＡｒ／Ｈ_２比との関係を示す図である。It is a graph showing the relationship between the dot density and the surface roughness and the Ar / H ₂ ratio in the Pt dots. Ｐｔドットにおけるドット密度とＨｅ／Ｈ_２比またはＡｒ／Ｈ_２比との関係を示す図である。Is a graph showing the relationship between the dot density and the He / _{H 2} ratio or Ar / _{H 2} ratio in the Pt dots. Ｐｔドットにおけるドット密度およびＨ_β／Ｈ_α比とＡｒ／Ｈ_２比との関係を示す図である。It is a graph showing the relationship between the dot density and H _beta / H _alpha ratio and Ar / _{H 2} ratio in the Pt dots. Ｐｔ薄膜を窒素（Ｎ_２）ガスまたは酸素（Ｏ_２）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。The Pt thin film is a diagram showing the surface state when treated by a remote plasma using nitrogen (N ₂₎ gas or oxygen gas (O _2). Ｐｔ薄膜をＮ_２ガスとＨ_２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。The Pt thin film is a diagram showing the surface state when treated by a remote plasma using a mixed gas of N ₂ gas and H ₂ gas. Ｐｔ薄膜をアンモニア（ＮＨ_３）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。Pt thin film ammonia (NH ₃₎ is a diagram showing the surface state when treated by a remote plasma using gas. 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。It is the schematic of the other plasma processing apparatus which performs remote plasma processing. Ｐｔ薄膜をＨ_２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。Pt thin film and H ₂ gas is a diagram showing the difference in the surface state due to the presence of the mesh when treated by a remote plasma using an Ar gas and He gas. 金属ドットを用いた半導体メモリの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor memory using a metal dot. 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。18 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the semiconductor memory shown in FIG. 金属ドットを用いた他の半導体メモリの断面図である。It is sectional drawing of the other semiconductor memory using a metal dot. 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。FIG. 3 is a first energy band diagram for explaining a memory write operation and a memory erase operation in a semiconductor memory. 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。FIG. 10 is a second energy band diagram for explaining a memory write operation and a memory erase operation in a semiconductor memory. 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。FIG. 6 is a third energy band diagram for explaining a memory write operation and a memory erase operation in a semiconductor memory. 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。FIG. 10 is a fourth energy band diagram for describing a memory write operation and a memory erase operation in a semiconductor memory. 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。FIG. 10 is a fifth energy band diagram for explaining a memory write operation and a memory erase operation in the semiconductor memory. 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。FIG. 10 is a sixth energy band diagram for describing a memory write operation and a memory erase operation in a semiconductor memory. 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。It is sectional drawing of the further another semiconductor memory using a metal dot. 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。27 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the semiconductor memory shown in FIG. 26.

Explanation of symbols

５０１半導体基板、５０２ＳｉＯ_２膜、５０３金属ドット、５０４金属薄膜。 501 Semiconductor substrate, 502 SiO ₂ film, 503 metal dot, 504 metal thin film.

Claims

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
And a second step of processing the metal thin film by remote plasma using hydrogen gas, selected gas from the helium gas and argon gas scan,
When the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the metal thin film is processed by remote plasma using the helium gas, and the density of the metal dots is set to be higher than the first density. When the second density is set to a higher second density, in the second step, the metal thin film is processed by remote plasma using the argon gas, and the density of the metal dots is lower than the first density. In the second step, the metal thin film is processed by remote plasma using the hydrogen gas in the second step.

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
By remote plasma using the first mixed gas of hydrogen gas and a helium gas and a second step of processing the metal thin film,
When the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the concentration of the helium gas in the first mixed gas is set to the first concentration, and the first mixed gas is set to the first density. When the metal thin film is treated with the used remote plasma and the density of the metal dots is set to a second density higher than the first density, in the second step, the first mixed gas in the first mixed gas The concentration of helium gas is set to a second concentration higher than the first concentration, the metal thin film is processed by remote plasma using the first mixed gas, and the density of the metal dots is set to the first concentration. When setting the third density lower than the density, in the second step, the concentration of the helium gas in the first mixed gas is set to a third concentration lower than the first concentration. Processing the metal thin film by remote plasma using the set first gas mixture, method for producing a metal dots.

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
By remote plasma using the second mixing gas of the hydrogen gas and argon gas and a second step of processing the metal thin film,
When the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the concentration of the argon gas in the second mixed gas is set to the first concentration, and the second mixed gas is set to the first density. When the metal thin film is treated with the used remote plasma and the density of the metal dots is set to a second density higher than the first density, in the second step, the second mixed gas in the second mixed gas The concentration of argon gas is set to a second concentration higher than the first concentration, the metal thin film is processed by remote plasma using the second mixed gas, and the density of the metal dots is set to the first concentration. In setting the third density lower than the density, in the second step, the concentration of the argon gas in the second mixed gas is set to a third concentration lower than the first concentration. Processing the metal thin film by remote plasma using the set second gas mixture, method for producing a metal dots.

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
By remote plasma using third mixed gas of the hydrogen gas and nitrogen gas and a second step of processing the metal thin film,
When setting the density of the metal dots to the first density, in the second step, the concentration of the nitrogen gas in the third mixed gas is set to the first concentration, and the third mixed gas is set to the first density. When the metal thin film is treated with the used remote plasma and the density of the metal dots is set to a second density higher than the first density, in the second step, the third mixed gas in the third mixed gas A method for producing metal dots, wherein the metal thin film is processed by remote plasma using the third mixed gas with a nitrogen gas concentration set to a second concentration higher than the first concentration.

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
And a second step of processing the metal thin film by remote plasma using A Nmoniaga scan,
When the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the pressure is set to the first pressure and the metal thin film is processed by remote plasma using the ammonia gas, and the metal When the dot density is set to a second density higher than the first density, the ammonia gas is set by setting the pressure to a second pressure lower than the first pressure in the second step. When the metal thin film is processed by remote plasma using a laser and the density of the metal dots is set to a third density lower than the first density, in the second step, the pressure is set to the first density. A method for producing metal dots, wherein the metal thin film is treated by remote plasma using the ammonia gas at a third pressure higher than the pressure.

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
And a second step of processing the metal thin film by remote plasma using f Riumuga scan,
When the density of the metal dots is set to the first density, in the second step, the metal thin film is directly processed by remote plasma using the helium gas, and the density of the metal dots is set to the first density. In the second step, the metal thin film is processed through the metal mesh by the remote plasma using the helium gas when the second density is set to be lower than the second density.

A first step of forming a metal thin film on a substrate;
And a second step of processing the metal thin film by remote plasma using selected gas from the hydrogen gas and argon gas scan,
When setting the density of the metal dots to the first density, in the second step, the metal thin film is directly processed by remote plasma using one of the hydrogen gas and the argon gas, and the metal When the dot density is set to a second density higher than the first density, in the second step, the remote plasma using any one of the hydrogen gas and the argon gas is passed through the metal mesh. A metal dot manufacturing method for treating the metal thin film.

The method for producing metal dots according to any one of claims 1 to 7, wherein in the first step, a platinum thin film or a nickel thin film is formed on the substrate as the metal thin film.

A first step of forming a source electrode and a drain electrode on one main surface of the semiconductor substrate;
A second step of forming an insulating film on one main surface of the semiconductor substrate between the source electrode and the drain electrode;
A third step of forming semiconductor dots on the insulating film;
A fourth step of oxidizing the semiconductor dots to form an oxide film so as to cover the semiconductor dots;
A fifth step of forming a metal thin film on the oxide film;
A method for manufacturing a semiconductor memory, comprising: a sixth step of processing the metal thin film with the remote plasma using the second step according to claim 1.

The method of manufacturing a semiconductor memory according to claim 9, wherein in the fifth step, a platinum thin film or a nickel thin film is formed on the substrate as the metal thin film.