KR20090012198A - Method for making metal nano particle - Google Patents

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김태환
신재원
정재훈
이정용
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A metal nanoparticle formation method is provided to control size, density and position of metal nanoparticle by controlling size, irradiation time and irradiation position of the electron beam etc. and to form metal nanoparticle having excellent charge trapping capability by besieging insulating layer t a face of the metal nanoparticle. A metal nanoparticle formation method comprises steps of: depositing a metal oxide thin films on a semiconductor substrate(110); heat-treating a semiconductor substrate in which a metal oxide thin films is formed and forming the amorphous metal silicon oxide thin film(120); and irradiating an electron beam in the amorphous metal silicon oxide thin film and forming a metal nanoparticle(130) of a form besieged in a silicon oxide(140) inside the amorphous metal silicon oxide thin film. A silicon oxide thin film(150) is additionally formed between the semiconductor substrate and the metal oxide thin films when evaporating the metal oxide thin films.

Description

금속 나노 입자 형성 방법 {Method for making metal nano particle}Method for making metal nanoparticles {Method for making metal nano particle}

본 발명은 금속 나노 입자 형성 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 전자빔을 조사함으로써 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내에 금속 나노 입자를 형성하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming metal nanoparticles, and more particularly, to a technique for forming metal nanoparticles in an amorphous metal silicon oxide thin film by irradiation with an electron beam.

종래, 절연체 안에 금속 또는 금속 화합물 나노 입자를 형성하는 방법, 특히 단전자 소자 및 나노 입자 플래시 기억 소자와 같은 반도체 소자를 위해 나노 입자를 형성하는 방법이 연구되었다.  Conventionally, a method of forming metal or metal compound nanoparticles in an insulator, particularly a method of forming nanoparticles for semiconductor devices such as single-electron devices and nanoparticle flash memory devices, has been studied.

보다 향상된 방법으로 나노 입자의 크기와 밀도를 보다 정확하게 제어하기 위해 레이저를 금속 박막 위에 직접 조사하여 열처리를 하는 방법이 있다. 또한 레이저를 사용하여 금속이 도핑되어 있는 실리콘(Si) 기판으로부터 금속이 도핑된 실리콘(Si) 나노 입자를 형성하고 이를 박막 위에 증착하는 간접적인 방법이 사용되기도 한다.As a more advanced method, there is a method in which a laser is directly irradiated on a metal thin film and heat treated to more precisely control the size and density of nanoparticles. In addition, an indirect method of forming a metal-doped silicon (Si) nanoparticles from a metal-doped silicon (Si) substrate using a laser and depositing the same on a thin film is also used.

그 중의 한 가지로서, 절연층, 금속 박막, 절연층을 순차적으로 성장시킨 후에 열처리를 가해 박막 형태의 금속이 서로 응집하여 나노 입자를 형성하거나, 금 속과 절연층이 서로 반응하여 금속 화합물 나노 입자를 형성하는 방법이 연구되었다. 그러나, 이 방법은 간단하고 빠르게 나노 입자를 형성할 수 있다는 장점에도 불구하고, 나노 입자를 정확한 위치에 원하는 밀도와 크기로 형성하는 것은 매우 어렵다는 것이 단점으로 지적되었다. As one of them, the insulating layer, the metal thin film, and the insulating layer are sequentially grown, and then subjected to heat treatment so that the metals in the thin film form agglomerate to form nanoparticles, or the metal and the insulating layer react with each other to form the metal compound nanoparticles. The method of forming was studied. However, the method has been pointed out that despite the advantages of being able to form nanoparticles simply and quickly, it is very difficult to form nanoparticles at the desired location and density.

이러한 단점을 보완하는 보다 향상된 방법으로서, 레이저를 금속 박막 위에 직접 조사하여 열처리를 하는 방법이 제안되었다. 또한, 금속이 도핑되어 있는 실리콘(Si) 기판에 레이저를 사용하여 금속이 도핑된 실리콘(Si) 나노 입자를 형성하고, 이를 박막 위에 증착하는 간접적인 방법이 연구되었었다. 이렇게 레이저를 이용하는 방법은 레이저의 출력, 초점의 크기 및 조사 시간을 조절하여 형성되는 나노 입자의 크기와 밀도를 어느 정도 균일하게 할 수 있고, 비교적 다양한 금속에 적용할 수 있다는 점에서 유용하다. As a further improved method to compensate for this disadvantage, a method of heat treatment by directly irradiating a laser on a metal thin film has been proposed. In addition, an indirect method of forming metal-doped silicon (Si) nanoparticles using a laser on a metal-doped silicon (Si) substrate and depositing the same on a thin film has been studied. This method using a laser is useful in that the size and density of the nanoparticles formed by adjusting the output of the laser, the size of the focal point, and the irradiation time can be uniform to some extent, and can be applied to relatively various metals.

그러나, 아연(Zn)과 같이 쉽게 산화되는 일부 금속을 사용할 경우에는 금속 박막 내에 결정화된 금속 나노 입자를 형성할 수 없다는 것과, 빛의 회절 특성으로 인해 하나의 나노 입자를 정확한 크기로 제작하는 것이 어렵다는 문제점이 있다. However, when some metals easily oxidized such as zinc (Zn), crystallized metal nanoparticles cannot be formed in the metal thin film, and due to the diffraction property of light, it is difficult to fabricate one nanoparticle to the correct size. There is a problem.

절연체 안에 금속 또는 금속 화합물 나노 입자를 형성하는 그 밖의 방법으로서, 금속과 절연 물질을 동시에 증착하여 절연층 안에 금속 나노 입자를 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법은 절연층 안에 금속 나노 입자가 분산되어 분포하기 때문에 단층 또는 다층 구조의 나노 입자층을 형성하는 것이 불가능하며, 나노 입자의 크기와 밀도를 조절하는 것이 어렵다. As another method of forming metal or metal compound nanoparticles in an insulator, a method of forming metal nanoparticles in an insulating layer by simultaneously depositing a metal and an insulating material has been proposed. However, in this method, since the metal nanoparticles are dispersed and distributed in the insulating layer, it is impossible to form a single layer or multi-layered nanoparticle layer, and it is difficult to control the size and density of the nanoparticles.

다른 방법으로, 금속 화합물을 졸-겔 상태의 SiO2에 혼합하고 이 혼합물을 기판위에 도포한 후에 양단에 전류를 공급하여, 혼합물로부터 SiO2 절연층과 금속 나노 입자를 얻는 방법이 있다. 그러나, 전류량에 따라 매우 민감하게 형성되는 금속 나노 입자의 양이 결정되며, 금속 나노 입자의 결정 방향에 따라 각기 다른 방향으로 금속 나노 입자가 형성된다는 문제를 가지고 있다.Alternatively, there is a method of mixing a metal compound into SiO 2 in a sol-gel state and applying the mixture onto a substrate, and then supplying current at both ends to obtain a SiO 2 insulating layer and metal nanoparticles from the mixture. However, the amount of metal nanoparticles to be formed very sensitively according to the amount of current is determined, and there is a problem that metal nanoparticles are formed in different directions depending on the crystal direction of the metal nanoparticles.

따라서, 나노 입자의 크기를 정교하게 조정할 수 있고, 우수한 전하 포획 능력을 가짐으로써 보다 우수한 전기적 특성 및 정보 저장 능력을 갖는 금속 나노 입자를 형성하기 위한 금속 나노 입자 형성 방법이 요구된다.Therefore, there is a need for a method of forming metal nanoparticles for forming metal nanoparticles capable of precisely adjusting the size of nanoparticles and having excellent charge trapping ability to form metal nanoparticles having better electrical properties and information storage capability.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비정질금속 실리콘 산화물 박막 내에 전자빔을 조사하여 금속 나노 입자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and to provide a method for forming metal nanoparticles by irradiating an electron beam in an amorphous metal silicon oxide thin film.

또한, 본 발명은 전자빔의 크기, 조사 시간, 조사 위치 등을 조절함으로써 금속 나노 입자의 크기, 밀도, 위치 등을 제어할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a method that can control the size, density, position and the like of the metal nanoparticles by adjusting the size, irradiation time, irradiation position and the like of the electron beam.

또한, 본 발명은 금속 나노 입자의 표면에 절연층이 둘러 쌓여 있어 우수한 전하 포획 능력을 가진 금속 나노 입자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a method for forming a metal nanoparticle having an excellent charge trapping ability is surrounded by an insulating layer on the surface of the metal nanoparticles.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described below.

본 발명의 일측면에 따르면, 반도체 기판 상에 금속 산화물 박막을 증착하는 단계; 상기 금속 산화물 박막이 형성된 반도체 기판을 열처리하여 비정질 금속 실리콘 산화물 박막을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막에 전자빔을 조사하여 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내부에 금속 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 금속 나노 입자 형성 방법을 제공할 수 있다. According to one aspect of the invention, the step of depositing a metal oxide thin film on a semiconductor substrate; Heat treating the semiconductor substrate on which the metal oxide thin film is formed to form an amorphous metal silicon oxide thin film; And irradiating an electron beam to the amorphous metal silicon oxide thin film to form metal nanoparticles in the amorphous metal silicon oxide thin film.

또한, 상기 금속 산화물 박막 증착 시, 상기 반도체 기판과 상기 금속 산화물 박막 사이에 실리콘 산화물 박막이 더 형성되는 것일 수 있다. In addition, when the metal oxide thin film is deposited, a silicon oxide thin film may be further formed between the semiconductor substrate and the metal oxide thin film.

또한, 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막은 상기 반도체 기판과 상기 금속 산화물 박막의 사이에 형성되는 것일 수 있다. In addition, the amorphous metal silicon oxide thin film may be formed between the semiconductor substrate and the metal oxide thin film.

또한, 상기 금속 산화물 박막을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include etching the metal oxide thin film.

또한, 상기 금속 나노 입자는 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내의 금속 입자와 실리콘 산화물이 분리됨으로써 실리콘 산화물에 둘러 쌓인 형태인 것일 수 있다.In addition, the metal nanoparticle may be in a form surrounded by silicon oxide by separating the metal particles and silicon oxide in the amorphous metal silicon oxide thin film.

또한, 상기 금속 나노 입자의 크기, 밀도 및 위치는 상기 전자빔의 초점 크기, 조사 시간 및 조사 위치를 각각 조절함으로써 제어되는 것일 수 있다.In addition, the size, density and position of the metal nanoparticles may be controlled by adjusting the focal size, irradiation time and irradiation position of the electron beam, respectively.

또한, 상기 금속 나노 입자의 금속은 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 하나 이상인 것일 수 있다.In addition, the metal of the metal nanoparticle is one of zinc (Zn), copper (Cu), indium (In), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb), nickel (Ni) and iron (Fe). It may be abnormal.

*또한, 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막의 두께는 상기 열처리 시간을 조절함으로써 제어될 수 있는 것일 수 있다.In addition, the thickness of the amorphous metal silicon oxide thin film may be one that can be controlled by adjusting the heat treatment time.

또한, 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막은 Zn2XSi1 - YO2, Cu2XSi1 - YO2, In2XSi1-YO2, Ag2XSi1 - YO2, Sn2XSi1 - YO2, Sb2XSi1 - YO2, Ni2XSi1 - YO2 및 Fe2XSi1 - YO2 박막 중 하나 이상인 것일 수 있다.In addition, the amorphous metal silicon oxide thin film is Zn 2X Si 1 - Y O 2 , Cu 2X Si 1 - Y O 2, In 2X Si 1-Y O 2, Ag 2X Si 1 - Y O 2, Sn 2X Si 1 - It may be one or more of the Y O 2 , Sb 2X Si 1 - Y O 2 , Ni 2X Si 1 - Y O 2 and Fe 2X Si 1 - Y O 2 thin film.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속 나노 입자를 포함하는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막으로서, 상기 금속 나노 입자는 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막에 전자빔을 조사하여 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내의 금속 입자와 실리콘 산화물이 분리됨으로써 실리콘 산화물에 둘러 쌓인 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막을 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, an amorphous metal silicon oxide thin film comprising metal nanoparticles, wherein the metal nanoparticles are irradiated with an electron beam to the amorphous metal silicon oxide thin film and the metal particles and silicon oxide in the amorphous metal silicon oxide thin film Separation can provide an amorphous metal silicon oxide thin film, characterized in that formed in a form surrounded by silicon oxide.

또한, 상기 금속 나노 입자의 금속은 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 하나 이상인 것일 수 있다.In addition, the metal of the metal nanoparticle is one of zinc (Zn), copper (Cu), indium (In), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb), nickel (Ni) and iron (Fe). It may be abnormal.

본 발명에 따르면, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내에 전자빔을 조사하여 금속 나노 입자를 형성하는 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the present invention has been made to solve the above problems, there is an effect that can provide a method for forming a metal nanoparticle by irradiating an electron beam in an amorphous metal silicon oxide thin film.

또한, 본 발명은 전자빔의 크기, 조사 시간, 조사 위치 등을 조절함으로써 금속 나노 입자의 크기, 밀도, 위치 등을 제어할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method that can control the size, density, position, etc. of the metal nanoparticles by adjusting the size, irradiation time, irradiation position and the like of the electron beam.

또한, 본 발명은 금속 나노 입자의 표면에 절연층이 둘러 쌓여 있어 우수한 전하 포획 능력을 가진 금속 나노 입자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다통신선을 이용하여 보다 설치작업이 간편한 광원 제어 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the present invention is to provide a method for forming a metal nanoparticle having an excellent charge trapping ability is surrounded by an insulating layer on the surface of the metal nanoparticles to provide a light source control system that is easier to install using a communication line. Can be.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일 하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in describing the present invention with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are designated by the same reference numerals regardless of the reference numerals. Duplicate explanations will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자(130)를 포함하는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)을 포함하는 반도체 기판(110)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a schematic view of a semiconductor substrate 110 including an amorphous metal silicon oxide thin film 120 including metal nanoparticles 130 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(110) 상에 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)이 위치한다. 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120) 내부에는 금속 나노 입자(130)가 실리콘 산화물(140)에 둘러싸여 있다. 반도체 기판(110)은 일반적인 반도체 소자용 기판이 이용될 수 있는데, 예를 들어 실리콘(Si) 기판일 수 있다. Referring to FIG. 1, an amorphous metal silicon oxide thin film 120 is positioned on a semiconductor substrate 110. The metal nanoparticles 130 are surrounded by the silicon oxide 140 in the amorphous metal silicon oxide thin film 120. As the semiconductor substrate 110, a general semiconductor device substrate may be used. For example, the semiconductor substrate 110 may be a silicon (Si) substrate.

금속 나노 입자(130)는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)의 내부에 분포되어 반도체 기판(110)의 소정 영역에 형성될 수 있는 채널을 통해 이동하는 전자들 중의 일부를 포획하는 전자 포획의 중심점으로서의 역할을 수행할 수 있다.The metal nanoparticles 130 may be distributed within the amorphous metal silicon oxide thin film 120 and may serve as a center point of electron capture to capture some of electrons moving through a channel that may be formed in a predetermined region of the semiconductor substrate 110. Can play a role.

여기서, 금속은 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 하나 이상일 수 있다. Here, the metal may be one or more of zinc (Zn), copper (Cu), indium (In), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb), nickel (Ni), and iron (Fe).

또한, 금속 나노 입자(130)의 크기는 최소 1 nm에서 최대 20 nm의 크기를 가질 수 있으며, 5 nm에서 10 nm 사이가 바람직하다. 그 중에서 7 nm가 제작 과정에서 가장 최적화된 크기일 수 있는데, 이는 전자빔의 초점 크기, 조사 시간 등을 적절히 조절함으로써 금속 나노 입자(130)의 크기, 밀도 등이 정밀하게 제어될 수 있다. In addition, the metal nanoparticles 130 may have a size of at least 1 nm and at most 20 nm, preferably between 5 nm and 10 nm. Among them, 7 nm may be the most optimized size in the fabrication process, which may be precisely controlled by controlling the focal size of the electron beam, the irradiation time, and the like.

*비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)은 예를 들어 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 등과 같은 금속, 실리콘(Si) 및 산소(O)를 구성 원소로 하여 이루어진 금속 실리콘 산화물의 비정질 박막(Zn2XSi1 - YO2 박막 등; 여기서 X, Y는 0과 1 사이의 소수)이 이용될 수 있다.The amorphous metal silicon oxide thin film 120 may be formed of, for example, zinc (Zn), copper (Cu), indium (In), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb), nickel (Ni) and iron ( An amorphous thin film of a metal silicon oxide (Zn 2X Si 1 - Y O 2 thin film) composed of a metal such as Fe), silicon (Si) and oxygen (O) as constituent elements, wherein X and Y are prime numbers between 0 and 1 ) May be used.

또한, 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)은 열처리 공정에 의하여 반도체 기판(110) 또는 후술할 금속 산화물 박막의 증착시 반도체 기판(110) 위에 형성된 실리콘 산화물 박막과 금속 산화물 간 상호 확산에 의해 형성될 수 있다. In addition, the amorphous metal silicon oxide thin film 120 may be formed by mutual diffusion between the silicon oxide thin film and the metal oxide formed on the semiconductor substrate 110 during deposition of the semiconductor substrate 110 or the metal oxide thin film to be described later by a heat treatment process. have.

예를 들어, 반도체 기판(110) 상에 금속 산화물 박막 (예를 들어, ZnO 박막 등)을 형성시킨 이후 소정의 열처리 공정을 거침으로써, 물질간 상호 확산에 의하여 반도체 기판(110)과 아연 산화물 박막 간의 계면에는 그 내부에 Zn2SiO4 나노 입자가 분포된 비정질의 Zn2XSi1 - YO2 박막 (여기서 X, Y는 0과 1 사이의 소수, 이하 동일하게 적용된다) 이 형성될 수 있다. 이는 후술할 도 2의 제조 공정도를 통해 보다 명확히 이해할 수 있을 것이다.For example, a metal oxide thin film (for example, a ZnO thin film, etc.) is formed on the semiconductor substrate 110 and then subjected to a predetermined heat treatment process, whereby the semiconductor substrate 110 and the zinc oxide thin film are formed by mutual diffusion between materials. An amorphous Zn 2X Si 1 - Y O 2 thin film in which Zn 2 SiO 4 nanoparticles are distributed therein may be formed at an interface therebetween, where X and Y are a prime number between 0 and 1, hereinafter equally applied. . This will be more clearly understood through the manufacturing process diagram of FIG. 2 to be described later.

또한, 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)의 기판 상의 위치는 인가 전압에 따라 채널이 형성될 수 있는 소정의 위치에 상응하도록 달라질 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(110) 중 소스 영역과 드레인 영역이 형성되어 있는 영역을 제외한 그 사이의 중간 영역의 상부에 형성될 수 있는데, 이는 기억 소자에 인가하는 인가 전압에 따라 중간 영역을 통하여 전자의 흐름에 의한 채널을 형성시킬 수 있 기 때문이다. In addition, the position on the substrate of the amorphous metal silicon oxide thin film 120 may vary to correspond to a predetermined position where a channel may be formed according to an applied voltage. For example, the semiconductor substrate 110 may be formed above the middle region except for the region where the source region and the drain region are formed, and the electrons may be formed through the intermediate region according to the applied voltage applied to the memory device. This is because the channel by the flow of can be formed.

또한, 본 실시예에 따른 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120) 상에 실리콘 산화물 박막(150)을 위치할 수 있다. 실리콘 산화물 박막(150)를 적층함으로써 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)에 포획된 전자의 유출을 방지할 수 있게 된다. In addition, the silicon oxide thin film 150 may be located on the amorphous metal silicon oxide thin film 120 according to the present embodiment. By stacking the silicon oxide thin film 150, it is possible to prevent the electrons trapped in the amorphous metal silicon oxide thin film 120 from leaking.

도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자(130)의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 2 to 5 is a view showing a manufacturing process of the metal nanoparticles 130 according to an embodiment of the present invention.

도시하지는 않았지만, 먼저 반도체 기판(110)을 이온으로 도핑하고, 반도체 기판(110)의 표면의 먼지, 기름기 등의 불순물을 제거한 후 기판을 세척하는 과정이 선행될 수 있다. 예를 들어, 붕소(B)가 1 x 1015cm-3의 농도로 도핑된 p형 실리콘(Si) 기판의 표면에서 트리클로로에틸렌(trichloroethylene; TCM) 용액으로 불순물을 제거한 후, 탈이온수(de-ionized water) 등을 사용하여 기판을 세척할 수 있다.Although not shown, the process of first doping the semiconductor substrate 110 with ions, removing impurities such as dust and oil on the surface of the semiconductor substrate 110, and then cleaning the substrate may be preceded. For example, after removing impurities with a trichloroethylene (TCM) solution on a surface of a p-type silicon (Si) substrate doped with boron (B) at a concentration of 1 × 10 15 cm −3 , deionized water (de) -ionized water) may be used to clean the substrate.

여기서, 이온 도핑 공정은 예를 들어 이온화된 원자를 가속해서 실리콘 내에 강제적으로 주입하는 이온 주입법(implant)과 고상이나 기상의 원자를 열 확산 방식으로 주입하는 방법 등이 이용될 수 있다. 또한, 이온 주입법은 고에너지 이온 주입법, 저에너지 이온 주입법, 무거운 원자를 이용하여 불순물주입 깊이를 제어하는 이온 주입법, 그리고 소규모 실험실에서 비교적 쉽게 사용할 수 있는 플라즈마 이온 주입법 등일 수 있다. The ion doping process may be, for example, an ion implantation method for accelerating ionized atoms and forcibly implanted into silicon, and a method of implanting solid or gaseous atoms by thermal diffusion. In addition, the ion implantation method may be a high energy ion implantation method, a low energy ion implantation method, an ion implantation method for controlling the impurity implantation depth using heavy atoms, and a plasma ion implantation method that can be used relatively easily in a small laboratory.

이후, 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 기판(110) 위에 금속 산화물 박막(210)을 증착시킬 수 있다. 예를 들어, 1 x 10-7 torr의 진공도와 99.9999% 순도의 아르곤(Ar) 가스가 채워진 진공 챔버 안에 실리콘(Si) 기판을 장착한 후, 실리콘(Si) 기판 상부에 ZnO 박막을 증착시킬 수 있다. Thereafter, as illustrated in FIG. 2, the metal oxide thin film 210 may be deposited on the semiconductor substrate 110. For example, after mounting a silicon (Si) substrate in a vacuum chamber filled with a vacuum of 1 x 10 -7 torr and an argon (Ar) gas of 99.9999% purity, a ZnO thin film may be deposited on the silicon substrate. have.

여기서, 증착은 물리적인 증착 방법, 즉 스퍼터링(sputtering), 증기 증착법(evaporation method), MBE(molecular beam epitaxy), ICP(ionized cluster beam deposition), 또는 레이저를 활용한 물리 증착법 등으로 증착할 수 있다. 예를 들어, 고주파 스퍼터링 (RF sputtering) 방법을 이용하여 ZnO 박막을 성장시키는 경우, 스퍼터 장비의 주파수는 13.26 Mhz, 출력은 100 W로 설정될 수 있다. Here, the deposition may be deposited by a physical vapor deposition method, that is, by sputtering, vapor deposition method, molecular beam epitaxy (MBE), ionized cluster beam deposition (ICP), or physical vapor deposition using a laser. . For example, when the ZnO thin film is grown by using a high frequency sputtering method, the frequency of the sputtering equipment may be set to 13.26 Mhz and the output may be 100 W.

성장되는 금속 산화물 박막(210)의 두께는 특별한 제한은 없으나, 추후 단계(도 3)를 거쳐 형성될 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(도 3의 120)(예를 들어, a- Zn2XSi1 - YO2 박막)의 두께를 확보하기 위해 최소 30 nm 이상이 되야 하며 최대 두께의 제한은 없다. 다만 공정 기간의 단축과 공정의 안정성 확보를 위해 두께가 약 50 nm인 것이 바람직하다. 이 경우 형성되는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막의 두께는 최소 15 nm에서 최대 20 nm까지 형성될 수 있으며, 두께가 약 15 nm인 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리콘(Si) 기판에 대하여 온도 250℃ 및 1.2 x 10-2 torr의 압력을 가한 경우 ZnO 박막은 분당 13 nm로 성장될 수 있다. The thickness of the grown metal oxide film 210 is no particular limitation, amorphous silicon metal oxide thin film (120 in FIG. 3) to be formed through the later stage (Fig. 3), but (e. G., A- 2X Si Zn 1 - Y O 2 thin film) to be at least 30 nm in order to ensure the thickness of the maximum thickness is not limited. However, in order to shorten the process period and secure the stability of the process, the thickness is preferably about 50 nm. In this case, the thickness of the amorphous metal silicon oxide thin film to be formed may be formed from a minimum of 15 nm to a maximum of 20 nm, preferably about 15 nm in thickness. For example, a ZnO thin film can be grown to 13 nm per minute when a temperature of 250 ° C. and a pressure of 1.2 × 10 −2 torr is applied to a silicon (Si) substrate.

한편, 반도체 기판(110) 위에 금속 산화물 박막(210)을 증착하는 중에 도 3 에 예시된 바와 같이 실리콘 산화물 박막(310)이 자연적으로 생성될 수 있다. 예컨대, 스퍼터링 공정을 사용하여 실리콘(Si) 기판 위에 ZnO 박막을 형성할 때, 2 nm 두께의 SiOX 박막이 형성될 수 있다. 이는 스퍼터링 공정 중에 기판의 Si와 산소 이온이 서로 상호 결합해서 형성되는 것으로 설명될 수 있다. Meanwhile, while depositing the metal oxide thin film 210 on the semiconductor substrate 110, the silicon oxide thin film 310 may be naturally formed as illustrated in FIG. 3. For example, when a ZnO thin film is formed on a silicon (Si) substrate using a sputtering process, a 2 nm thick SiO x thin film may be formed. This can be explained as that Si and oxygen ions of the substrate are formed by mutually bonding with each other during the sputtering process.

다음으로, 도 4에 예시된 바와 같이 증착된 금속 산화물 박막(210)이 형성된 반도체 기판(110)을 열처리하여 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)을 형성한다. 이때, 금속 산화물(210) 박막의 일부는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120) 상에 잔존할 수 있다. Next, as illustrated in FIG. 4, the semiconductor substrate 110 on which the deposited metal oxide thin film 210 is formed is heat-treated to form an amorphous metal silicon oxide thin film 120. In this case, a portion of the metal oxide 210 thin film may remain on the amorphous metal silicon oxide thin film 120.

비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)을 형성하기 위한 열처리 공정은 예를 들어, ZnO 박막이 성장된 실리콘(Si) 기판을 O2 환경에서 텅스텐-할로겐 램프 등의 열원을 사용하여 900℃에서 20분 동안 수행될 수 있으며, 이러한 열처리 공정이 진행됨에 따라 실리콘 산화물 박막(도 3의 310)과 ZnO 박막(210)의 계면에서는 물질간의 상호 확산이 일어날 수 있다. 열처리 공정을 위해 제시된 설정 조건(예를 들어, 온도 조건 및 시간 조건 등)은 상술한 예시 조건으로 제한되지 않음은 자명하다. 또한, 본 명세서에서 발명의 설명을 위해 제시되는 각각의 예시들은 설명 및 이해의 편의를 위해 제시되는 것에 불과하며, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것은 아니다.The heat treatment process for forming the amorphous metal silicon oxide thin film 120, for example, using a silicon (Si) substrate on which ZnO thin film is grown for 20 minutes at 900 ℃ using a heat source such as tungsten-halogen lamp in O 2 environment As the heat treatment process proceeds, interdiffusion between materials may occur at the interface between the silicon oxide thin film 310 (see FIG. 3) and the ZnO thin film 210. It is obvious that the set conditions (eg, temperature conditions and time conditions, etc.) presented for the heat treatment process are not limited to the above-described exemplary conditions. In addition, each of the examples presented for the purpose of explanation of the invention herein are merely presented for convenience of description and understanding, and are not intended to limit the scope of the invention.

즉, 열처리를 거치면서 금속 산화물 박막(210)의 금속과 산소 원자(O2 -)가 서로 확산되어 실리콘 산화물(SiOX) 박막(310)에 침투하게 되므로, 실리콘 산화 물(SiOX) 박막(310)은 점점 더 두꺼워지면서 금속 이온(예컨대, Zn2 +), 산소 원자(O2 -) 및 실리콘(Si4 +) 이온을 함유하게 된다. 따라서, 실리콘 산화물(SiOX) 박막(310)은 이와 같은 원리로 서서히 비정질 금속 실리콘 산화물(예컨대, Zn2XSi1 - YO2) 박막(120)으로 전환될 수 있다. That is, while passing through the heat treatment of metal of the metal oxide thin film 210, and oxygen atoms (O 2 -), so that diffuse mutually to penetrate the silicon oxide (SiO X), the thin film 310, a silicon oxidation (SiO X), a thin film ( 310) is more and more thicker as metal ions (e.g., Zn + 2), oxygen (O 2 - is containing a) and silicon (Si 4 +) ion. Accordingly, the silicon oxide (SiO X ) thin film 310 may be gradually converted to the amorphous metal silicon oxide (eg, Zn 2X Si 1 - Y O 2 ) thin film 120 on the same principle.

이때 열처리 시간을 조절함으로써 형성되는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)의 두께를 달리 할 수 있는데, 예를 들어 공정 초기의 2 nm 두께의 실리콘 산화물(SiOX) 박막(310)은 열처리를 마친 후에는 약 15 ~ 20 nm의 두께의 비정질 금속 실리콘 산화물 (예컨대, Zn2XSi1 - YO2) 박막(120)일 수 있다.In this case, the thickness of the amorphous metal silicon oxide thin film 120 formed by adjusting the heat treatment time may be different. For example, the silicon oxide (SiO X ) thin film 310 having a thickness of 2 nm in the initial stage of the process may be amorphous metal silicon oxide having a thickness of about 15 ~ 20 nm (for example, Zn 2X Si 1 - Y O 2) may be a thin film (120).

목적하는 두께의 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)이 형성되면, 그 위에 금속 산화물 박막(210)이 잔존하는 경우 잔존하는 금속 산화물 박막(210)은 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. When the amorphous metal silicon oxide thin film 120 having a desired thickness is formed, the remaining metal oxide thin film 210 may be removed through an etching process when the metal oxide thin film 210 remains thereon.

이후, 도 5에 예시된 바와 같이 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)에 전자빔을 일정 시간 조사하여 금속 나노 입자(130)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 전자빔의 초점을 7 nm로 조절하여 300 KeV의 에너지로 Zn2XSi1 - YO2 박막 위에 5초 동안 조사하면, 전자빔이 조사된 지점 바로 아래의 크기가 7 nm의 아연(Zn) 나노 입자가 최종적으로 형성될 수 있다.Thereafter, as illustrated in FIG. 5, the metal nanoparticles 130 may be formed by irradiating the amorphous metal silicon oxide thin film 120 with an electron beam for a predetermined time. For example, if the focus of the electron beam is adjusted to 7 nm and irradiated for 5 seconds on a Zn 2X Si 1 - Y O 2 thin film with an energy of 300 KeV, a size of 7 nm zinc (Zn) immediately below the point where the electron beam is irradiated is applied. ) Nanoparticles can finally be formed.

여기서, 전자빔이란 전자총에서 나오는 속도가 거의 균일한 전자의 연속적 흐름을 말하며 전자선을 의미할 수 있다. Here, the electron beam may refer to a continuous flow of electrons having a substantially uniform velocity coming from the electron gun and may mean an electron beam.

한편, 전자빔의 초점의 크기를 적절히 조절하면 형성되는 금속 나노 입자(130)의 크기를 정밀하게 제어할 수 있다. 이렇게 금속 나노 입자(130)를 형성하는 원리를 이후 도 6 및 7을 참조하여 설명하기로 한다. On the other hand, by properly adjusting the size of the focal point of the electron beam it is possible to precisely control the size of the metal nanoparticles 130 formed. The principle of forming the metal nanoparticles 130 is described below with reference to FIGS. 6 and 7.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)으로부터 산소 원자가 분리되어 금속 원자와 실리콘 산화물이 형성되는 것을 나타낸 모식도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자(130) 주위에 실리콘 산화물이 형성되는 것을 나타낸 모식도이다. FIG. 6 is a schematic view showing that oxygen atoms are separated from an amorphous metal silicon oxide thin film 120 according to an embodiment of the present invention to form metal atoms and silicon oxide, and FIG. 7 shows metal nanosized according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing that the silicon oxide is formed around the particles (130).

도 6을 참조하면, 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120) 위에 전자빔을 조사하면, 전자빔을 통해 높은 에너지를 받은 비정질 금속 실리콘 산화물(예컨대, Zn2XSi1-YO2) 박막은 실리콘 산화물(예컨대, SiO2)과 금속 산화물(예컨대, ZnO)로 서로 분리되려고 한다. Referring to FIG. 6, when the electron beam is irradiated onto the amorphous metal silicon oxide thin film 120, the amorphous metal silicon oxide (eg, Zn 2X Si 1-Y O 2 ) thin film that receives high energy through the electron beam may be formed of silicon oxide (eg, SiO 2 ) and metal oxides (eg ZnO) to separate from each other.

이때, 열역학적으로 실리콘 산화물(SiO2)이 금속 산화물(예컨대, ZnO) 보다 안정적인 특성을 나타내므로, 실리콘 산화물은 그대로 형성되나 금속 산화물은 외부로 산소 원자(O2 -)를 방출하면서 환원되어 금속 원자(예컨대, Zn2 +) 상태로 존재하게 된다. At this time, since the silicon oxide (SiO 2 ) is thermodynamically more stable than the metal oxide (eg, ZnO), the silicon oxide is formed as it is, but the metal oxide is reduced while releasing oxygen atoms (O 2 − ) to the outside to be a metal atom. It is present (e.g., Zn + 2) state.

도 7을 참조하면, 금속 원자(예컨대, Zn2 +)는 전자빔이 조사된 지역에 국부 적으로 형성되는데, 서로 모여 결정 형태의 금속 나노 입자(130)가 생성된다. 또한, 금속 나노 입자(130) 주위에는 도 6에 예시된 바와 같이 형성된 실리콘 산화물 박막(140;SiO2 ;)이 존재할 수 있다. 즉, 전자빔에 의하여 형성된 금속 나노 입자(130)는 최종적으로 실리콘 산화물 박막(140) 등의 절연층에 둘러 쌓인 구조로 형성될 수 있다. 절연층으로 둘러 쌓인 금속 나노 입자(130)는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120)에 전압이 인가되지 않은 경우에, 금속 나노 입자(130) 내에 포획된 전자가 덜 방출되므로 우수한 전자 포획 능력을 가지게 된다. 이러한 금속 나노 입자(130)를 사용하여 단전자 소자 및 기억 소자 등의 제작 시 보다 우수한 전기적 특성 및 정보 저장 능력이 확보될 수 있다. 7, the metal atom (e.g., Zn + 2) is there is locally formed in the electron beam is irradiated area, the packed crystal form of metal nano-particles 130 are generated from each other. In addition, a silicon oxide thin film 140 (SiO 2 ; ) formed as illustrated in FIG. 6 may exist around the metal nanoparticle 130. That is, the metal nanoparticles 130 formed by the electron beam may be formed in a structure that is finally surrounded by an insulating layer such as the silicon oxide thin film 140. When the voltage is not applied to the amorphous metal silicon oxide thin film 120, the metal nanoparticles 130 surrounded by the insulating layer have excellent electron trapping ability because less electrons are trapped in the metal nanoparticles 130. . By using the metal nanoparticles 130, excellent electrical characteristics and information storage capability may be secured when manufacturing a single electronic device and a memory device.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 안에 형성된 금속 나노 입자의 투과 전자 현미경 상을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 사각형 부분에 포함된 금속 나노 입자를 확대한 고해상도 투과 전자 현미경 상을 나타낸 도면이다. FIG. 8 is a view showing a transmission electron microscope image of metal nanoparticles formed in an amorphous metal silicon oxide thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is included in the rectangular portion of FIG. 8 according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the high resolution transmission electron microscope image which expanded the metal nanoparticle.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 금속 나노 입자(130)는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120) 안에서 일정한 결정을 이루고 있음을 확인할 수 있다. 도 9는 도 8에서 금속 나노 입자(130) 주변을 구획한 사각형 부분을 확대한 것으로서, 약 0.2307 nm의 아연 입자가 모여서 약 7 nm의 결정성 금속 나노 입자(130)를 이루고 있다는 것을 명확하게 보여주고 있다.As shown in FIG. 8, it can be seen that the metal nanoparticles 130 of the present invention form a constant crystal in the amorphous metal silicon oxide thin film 120. FIG. 9 is an enlarged view of a rectangular portion partitioned around the metal nanoparticle 130 in FIG. 8, and clearly shows that about 0.2307 nm of zinc particles gather to form about 7 nm of crystalline metal nanoparticles 130. Giving.

이는 종래 아연(Zn)과 같이 쉽게 산화되어 버리는 일부 금속을 사용할 경우에는 금속 박막 내에 결정화된 금속 나노 입자(130)를 형성할 수 없었던 문제점을 해결하였다는 점에서 그 의의가 있다. This is meaningful in that it solves the problem of not being able to form the crystallized metal nanoparticles 130 in the metal thin film when using some metals that are easily oxidized, such as zinc (Zn).

또한, 도 5에서 전자빔의 초점 크기를 7nm로 조절하였음을 가정하였으므로, 이에 상응하게 금속 나노 입자(130) 결정의 크기가 형성되었다는 점은, 목적하는 크기의 금속 나노 입자(130)를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이는 종래 레이저를 조사하는 경우에 빛의 회절 특성으로 인하여 하나의 나노 입자를 정확한 크기로 제작하는 것은 어려웠던 문제점을 개선한 것이라 할 수 있다. In addition, since it is assumed that the focal size of the electron beam is adjusted to 7 nm in FIG. 5, the size of the crystals of the metal nanoparticles 130 is correspondingly formed, so that the metal nanoparticles 130 having the desired size can be obtained. Means that. This can be said to improve the problem that it is difficult to manufacture a single nanoparticles in the correct size due to the diffraction characteristics of the conventional laser irradiation.

다시 도 8을 참조하면, 비정질 금속 실리콘 산화물 박막(120) 내에 규칙적인 분포를 가지는 금속 나노 입자(130)가 다수 존재할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 전자빔의 초점을 조절하여 동일한 박막에 서로 다른 크기의 금속 나노 입자(130)를 형성하는 것 또한 가능하다. 즉, 전자빔을 조사하는 회수 및 위치에 따라 금속 나노 입자(130)가 생성되는 회수 및 위치를 정밀하게 제어할 수 있다는 것을 나타낸다. Referring back to FIG. 8, it can be seen that a plurality of metal nanoparticles 130 having a regular distribution may exist in the amorphous metal silicon oxide thin film 120. Although not shown in the drawings, it is also possible to form the metal nanoparticles 130 having different sizes in the same thin film by adjusting the focus of the electron beam. That is, it shows that the number and location of the metal nanoparticles 130 generated can be precisely controlled according to the number and location of irradiation of the electron beam.

복수의 금속 나노 입자(130)의 크기를 균일하게 조절하게 되면 금속 나노 입자(130)에 포획되는 전자의 수 또한 균일하게 조절할 수 있게 된다는 것이다. 본 발명을 이용하여 소자를 설계하는 경우 설계자가 목적하는 전기적 특성 또는 동일한 기억 특성을 갖는 소자를 제작할 수 있어서 소자의 재현성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. By uniformly adjusting the sizes of the plurality of metal nanoparticles 130, the number of electrons captured by the metal nanoparticles 130 may also be uniformly controlled. In the case of designing a device using the present invention, the designer can manufacture a device having desired electrical characteristics or the same memory characteristics, thereby improving reproducibility and reliability of the device.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자(130)의 물질 성분 분포도이다. 10 is a material component distribution diagram of the metal nanoparticles 130 according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 각각의 금속 나노 입자(130)에 대해 에너지 분산형 X선 측정기 등을 이용하여 X선 측정을 수행한 결과, 각각의 금속(도 10에서는 Zn) 나노 입자가 각 물질에 대해 거의 동일한 성분 비율을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 형성된 금속 나노 입자가 위치와는 관계없이 금속 나노 입자가 주변 물질과 화학적으로 결합하지 않고 순수 금속 형태의 나노 입자로 형성되었음 보이고 있다. Referring to FIG. 10, as a result of performing an X-ray measurement on each metal nanoparticle 130 using an energy dispersive X-ray detector, each metal (Zn in FIG. 10) nanoparticles may be applied to each material. It can be seen that they show almost the same component ratio. It is shown that the metal nanoparticles are formed as pure metal nanoparticles without chemically bonding with surrounding materials regardless of their position.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자를 포함하는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막을 포함하는 반도체 기판을 개략적으로 나타낸 도면.1 is a schematic view of a semiconductor substrate including an amorphous metal silicon oxide thin film including metal nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자의 제조 공정을 나타낸 도면.2 to 5 are views showing the manufacturing process of the metal nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 금속 실리콘 산화물 박막으로부터 산소 원자가 분리되어 금속 원자와 실리콘 산화물이 형성되는 것을 나타낸 모식도.Figure 6 is a schematic diagram showing that the oxygen atom is separated from the amorphous metal silicon oxide thin film according to an embodiment of the present invention to form a metal atom and silicon oxide.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자 주위에 실리콘 산화물이 형성되는 것을 나타낸 모식도.Figure 7 is a schematic diagram showing that the silicon oxide is formed around the metal nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 안에 형성된 금속 나노 입자의 투과 전자 현미경 상을 나타낸 도면. 8 is a transmission electron microscope image of metal nanoparticles formed in an amorphous metal silicon oxide thin film according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 8의 사각형 부분에 포함된 금속 나노 입자를 확대한 고해상도 투과 전자 현미경 상을 나타낸 도면.FIG. 9 is an enlarged view of a high-resolution transmission electron microscope image of metal nanoparticles included in the rectangular portion of FIG. 8, according to an embodiment of the present disclosure; FIG.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자의 물질 성분 분포도.10 is a material component distribution diagram of the metal nanoparticles according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

110 : 반도체 기판 120 : 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 130 : 금속 나노 입자 140 : 실리콘 산화물 Reference Numerals 110 semiconductor substrate 120 amorphous metal silicon oxide thin film 130 metal nanoparticles 140 silicon oxide

150 : 절연막 210 : 금속 산화물 박막150: insulating film 210: metal oxide thin film

310: 비정질 실리콘 산화물 박막310: amorphous silicon oxide thin film

Claims (11)

반도체 기판 상에 금속 산화물 박막을 증착하는 단계;Depositing a metal oxide thin film on a semiconductor substrate; 상기 금속 산화물 박막이 형성된 반도체 기판을 열처리하여 비정질 금속 실리콘 산화물 박막을 형성하는 단계; 및Heat treating the semiconductor substrate on which the metal oxide thin film is formed to form an amorphous metal silicon oxide thin film; And 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막에 전자빔을 조사하여 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내부에 실리콘 산화물에 둘러 쌓인 형태의 금속 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 금속 나노 입자 형성 방법. Irradiating an electron beam to the amorphous metal silicon oxide thin film to form metal nanoparticles in a form enclosed by silicon oxide in the amorphous metal silicon oxide thin film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 산화물 박막 증착 시, 상기 반도체 기판과 상기 금속 산화물 박막 사이에 실리콘 산화물 박막이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법. When the metal oxide thin film is deposited, a silicon oxide thin film is formed between the semiconductor substrate and the metal oxide thin film, characterized in that the forming method further. 제 1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막은 상기 반도체 기판과 상기 금속 산화물 박막의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법. And the amorphous metal silicon oxide thin film is formed between the semiconductor substrate and the metal oxide thin film. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 금속 산화물 박막을 식각하는 단계를 더 포함하는 금속 나노 입자 형성 방법. The method of forming a metal nanoparticle further comprises etching the metal oxide thin film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 산화물에 둘러 쌓인 형태의 금속 나노 입자는 The metal nanoparticles of the type surrounded by the silicon oxide 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내의 금속 입자와 실리콘 산화물이 분리됨으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법. The metal nanoparticles forming method of the amorphous metal silicon oxide thin film, characterized in that the metal particles and silicon oxide is produced by separation. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 나노 입자의 크기, 밀도 및 위치는 상기 전자빔의 초점 크기, 조사 시간 및 조사 위치를 각각 조절함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법. The size, density and position of the metal nanoparticles are controlled by adjusting the focal size, irradiation time and irradiation position of the electron beam, respectively. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 나노 입자의 금속은 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 주 석(Sn), 안티몬(Sb), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법.The metal of the metal nanoparticle is at least one of zinc (Zn), copper (Cu), indium (In), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb), nickel (Ni) and iron (Fe). Method for forming metal nanoparticles, characterized in that. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막의 두께는 상기 열처리 시간을 조절함으로써 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법.The thickness of the amorphous metal silicon oxide thin film can be controlled by controlling the heat treatment time metal nanoparticles forming method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막은 Zn2XSi1 - YO2, Cu2XSi1 - YO2, In2XSi1 - YO2, Ag2XSi1-YO2, Sn2XSi1 - YO2, Sb2XSi1 - YO2, Ni2XSi1 - YO2 및 Fe2XSi1 - YO2 박막 중 하나 이상이고, 상기 X, Y는 0과 1 사이의 소수인 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자 형성 방법.The amorphous metal silicon oxide thin film is Zn 2X Si 1 - Y O 2 , Cu 2X Si 1 - Y O 2 , In 2X Si 1 - Y O 2 , Ag 2X Si 1-Y O 2 , Sn 2X Si 1 - Y O 2, Sb 2X Si 1 - Y O 2, Ni 2X Si 1 - Y O 2 and Fe 2X Si 1 - and Y O 2 at least one of the thin film, the X, Y is characterized in that a decimal between 0 and 1 Method of forming metal nanoparticles. 금속 나노 입자를 포함하는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막으로서, An amorphous metal silicon oxide thin film containing metal nanoparticles, 상기 금속 나노 입자는 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막에 전자빔을 조사하여 상기 비정질 금속 실리콘 산화물 박막 내의 금속 입자와 실리콘 산화물이 분리됨으로써 실리콘 산화물에 둘러 쌓인 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 비정 질 금속 실리콘 산화물 박막.The metal nanoparticle is an amorphous metal silicon oxide thin film, characterized in that the amorphous metal silicon oxide thin film is irradiated with an electron beam and the metal particles and silicon oxide in the amorphous metal silicon oxide thin film is formed in a form surrounded by silicon oxide. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 금속 나노 입자의 금속은 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 은(Ag), 주석(Sn), 안티몬(Sb), 니켈(Ni) 및 철(Fe) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 실리콘 산화물 박막.The metal of the metal nanoparticle is one or more of zinc (Zn), copper (Cu), indium (In), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb), nickel (Ni) and iron (Fe). An amorphous metal silicon oxide thin film characterized by the above-mentioned.
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