(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極材料からなる第１の電極及び第２の電極を準備し、
クラスタ−イオン源を用いて電極材料からなるクラスタを第１の電極上に及び／又は第２の電極上に被着する、第１の電極及び第２の電極の製造方法。
【請求項２】
電極材料として半導体材料を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電極材料としてシリコンを使用する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
電極材料としてドーパント原子でドープされたシリコンを使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ドーパント原子をクラスタ−イオン源の凝縮領域内でクラスタ−イオン源から形成されるイオンビームに供給し、それにより電極材料を準備する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１の電極及び／又は第２の電極が請求項１から５までのいずれか１項記載の方法により作成された、第１の電極及び第２の電極を備えた電子部品。
【請求項７】
第１の電極及び／又は第２の電極が請求項１から５までのいずれか１項記載の方法により作成された、第１の電極及び第２の電極を備えた電子メモリ素子。
【請求項８】
電子メモリ素子がダイナミックランダムアクセスメモリ素子（ＲＡＭ）である、請求項７記載の電子メモリ素子。
【請求項９】
電子メモリ素子がフラッシュ−ＥＥＰＲＯＭである、請求項７記載の電子メモリ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は第１の電極及び第２の電極の製造方法、電子部品並びに電子メモリ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニクスの分野で適用するために、可能な限り大きな電極電気容量を達成する目的で電極、例えばシリコン電極又は金属電極の表面積が拡大されることが望ましい。
【０００３】
電極のラテラル方向への拡大は、それに伴ってこのような電極の所要スペースが拡大しかつそれに伴って多数のこのような電極を備えた電子部品を拡大してしまうため、しばしば問題とならなかった。
【０００４】
この理由から、基板中にトレンチを作成し、一般に電極装置を三次元構造の形で作成する電極の製造技術が開発され、この構造の場合電荷キャリアの記憶は積層された電極装置中でもしくはトレンチ中に配置された垂直方向に延びる電極の使用により行われる。
【０００５】
しかしながら、このような三次元構造の場合、電極を作成するトレンチの著しいアスペクト比に基づいて極めて早く製造技術的限界に達してしまう。
【０００６】
この理由から、電極の水平方向に延在する容量表面並びに垂直方向に延在する容量表面を使用する際に、巨視的寸法を変化させずに有効電極表面積をそれぞれの電極表面の粗面化により拡大することが試みられた。
【０００７】
電極表面の粗面化のために、例えば電極の多孔性の増大のための特別なエッチング方法を用いるか又は付加的な球形のポリシリコン−構造体を電極表面上に被着させること（これはHemispherical Silicon Graines（ＨＳＧ）とも言われる）による方法は公知である。
【０００８】
球形のポリシリコン−構造体の被着の際に、通常ポリシリコン、つまり多結晶シリコンは溶液から粗面化すべき電極表面上で成長する。
【０００９】
電極表面では、通常ほぼ３０ｎｍの直径を有する半球形の島状部分が生じる。
【００１０】
例えば３０ｎｍのサイズでこの島状部分がほぼ３０ｎｍの相互間隔で配置されるようにポリシリコンからなるこの島状部の厚さを選択する場合、約２０％を上回る表面積の拡大が達成できる。
【００１１】
この手法の欠点は、個々に作成されるポリシリコンからなる半球形の島状部分のサイズが正確には制御できず、従って多大なプロセス技術的問題のもとで及び一般に高いコストでこのような配置が達成できるにすぎないことである。
【００１２】
以後、電極表面上に作成された半球状の島状部分はクラスタとも呼ぶ。
【００１３】
さらに、［１］からクラスタ−イオン源は公知であり、これを用いてニッケル−クラスタが基板表面上に被着される。
【００１４】
さらに、［２］から銀原子からなるクラスタが黒鉛−支持体上に作成されることは公知である。
【００１５】
さらに、［３］からイオン−クラスタの質量分離のための、この実施例によると銀−クラスタの質量分離のための装置は公知である。
【００１６】
もう一つのクラスタ−イオン源は［４］において公知である。
【００１７】
［５］には、ポリシリコンからなる電極上にアルゴン又はリンからなるクラスタを設置する方法が記載されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の根底をなす課題は、表面上に作成される島状部分の粒度の正確な調節が可能である、第１の電極及び第２の電極の製造方法、並びにそれにより作成された電子部品及び電子メモリ素子を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、独立形式請求項にに記載された特徴を有する、第１の電極及び第２の電極の製造方法、電子部品並びに電子メモリ素子により解決される。
【００２０】
第１の電極及び第２の電極の製造の際に、電極材料からなる第１の電極及び第２の電極を準備する、例えばこれらの電極は基板中に、有利にシリコン基板中に組み込まれている。
【００２１】
クラスタ−イオン源を用いて電極材料からなるクラスタを第１の電極及び／又は第２の電極上に被着する。
【００２２】
この電極材料は多結晶シリコン、つまりポリシリコンでも、基本的に任意に自由に選択可能な金属、例えばニッケル又は銀であることができる。
【００２３】
本発明により、正確に設定可能なビームプロフィールを生成でき、その結果堆積位置で、例えば粗面化すべき電極の電極表面で、作成すべきクラスタの設定可能な、所望の場合に最適化された分布が補償されることが可能となった。
【００２４】
さらに、生成すべきクラスタのサイズは極めて正確に調節可能である。
【００２５】
本発明のもう一つの利点は、簡単に、従って廉価に、電極表面上でのクラスタの極めて正確な構造化が可能なことである。
【００２６】
本発明の１実施態様によると、電極材料はドープされたシリコンであることもでき、つまりシリコンクラスタは相当する望ましいドーパント原子でドープされたシリコン電極上に作成され、その際、ドーパント原子はクラスタ−イオン源の凝縮領域で生成したシリコンイオンを有するクラスタ−イオン源により形成されたイオンビーム中に添加され、それにより電極表面上にクラスタとして作成される電極材料はドープされたシリコン−クラスタである。
【００２７】
この電極からは、この方法で作成される電極を含めた任意の電子部品を作成することができる。
【００２８】
このような方法で作成された電極の有利な使用分野は、電子メモリ、例えばダイナミックランダムアクセスメモリ、つまりRandom Access Memory（ＲＡＭ）又はフラッシュ−ＥＥＰＲＯＭとしての電子メモリ素子である。
【００２９】
クラスタ−イオン源の凝縮領域内で生成されたイオンビームをドープする実施態様も、本来生成されたイオンビームの極めて正確で、簡単で、それにより廉価にドーピングしてクラスタを形成させることも可能であり、このクラスタは本来生成されたイオン並びにドーパント原子を含有し、ひいては設定可能な数のドーパント原子を有するクラスタを含有する。
【００３０】
本発明のもう一つの利点は、ほとんど（半球形）球形のイオン−クラスタを作成することができ、その結果この方法で電極表面の表面積をさらに拡大することが可能であることにある。
【００３１】
さらに、公知の方法により作成可能なクラスタの粒度よりも著しく小さい本発明によるクラスタの粒度が調節可能であり、その結果、電極表面の表面積の拡大のために、狭い空間に接する面も考慮することができる。
【００３２】
本発明の実施例は図示されており、さらに詳説される。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施例によるクラスタ−イオン源１００を示す。
【００３４】
このクラスタ−イオン源１００は基本的に［１］に記載されたクラスタ−イオン源と同様の構造を有する。
【００３５】
クラスタ−イオン源１００のケーシング１０１中に冷却循環路１０２が設けられており、この冷却循環路１０２には冷却液、この実施例では冷却水が充填されている。
【００３６】
このケーシング１０１中にメインチャンバ１０３が設けられており、このメインチャンバ１０３に第１の供給管１０４を介してアルゴンが気相の形で、アルゴンで充填された第１のガス容器１０５から連続的ガス流として供給され、この連続的ガス流は第１の流量調節器１０６を用いて調節される。
【００３７】
アルゴンガスの供給はＴＳｉ＝０．１〜０．４ｋＰａの圧力で行われ、この圧力はメインチャンバ１０３と接続しているターボ分子ポンプ１０７によりメインチャンバ１０３中に生成される。
【００３８】
さらに、メインチャンバ１０３は第２の供給管１０８を介してドーパントガス（この実施例ではホウ素原子を用いる）を、ドーパントガスが充填されている第２の容器１０９から連続的又は不連続的ガス流として供給され、このガス流は第２の流量調節器１１０を用いて調節される。
【００３９】
アルゴン原子はシリコンからなるスパッタ−ターゲット１１１に打ち込まれ、クラスタ−イオン源１００の凝縮領域１１２を通してドーパントガスの供給が行われ、その結果、スパッタ−ターゲット１１１から出発しイオンビーム１１３が生成され、このイオンビーム１１３はシリコンイオン並びにドーパントガスイオンも含有する。
【００４０】
このイオンビームは、約５ｍｍの直径を有するメインチャンバ−開口部１１４を通過して、それによりイオンビーム１１３は所定のように生成される。
【００４１】
生成したイオンビーム１１３のビームプロフィールは、更なる電極中で更なる開口部１１５、１１６、１１７を通して行われ、この開口部の直径はそれぞれ約５ｍｍであり、電極に印加される電位の異なる選択が行われる。
【００４２】
開口部１１５、１１６、１１７を用いて、それぞれの開口部１１５、１１６、１１７の間にそれぞれのチャンバが定義されている、つまり
・  メインチャンバ１０３と第１の開口部１１５との間に形成される領域が第１のサブチャンバ１１８として、
・  第１の開口部１１５と第２の開口部１１６との間に形成される第２のサブチャンバ１１９、並びに
・  第２の開口部１１６と第３の開口部１１７との間に形成される第３のサブチャンバ１２０が定義されている。
【００４３】
さらに、クラスタ−イオン源１００の機能を詳説する。
【００４４】
遊離アルゴン原子は第１の供給管１０４を介してスパッタ−ターゲット１１１上に打ち込まれ、スパッタ−ターゲット１０９（シリコン−スパッタ−ターゲット）上への打ち込みによりいわゆる高速シリコン−イオンが作成される。
【００４５】
この遊離シリコン原子は凝縮区域１１２を通過してドリフトし、その間にこのシリコン原子はホウ素原子からなるドーパントガスの添加下でより大きな会合物、つまりイオン−クラスタに合体する。
【００４６】
イオン−クラスタは一般的にわずか数個の原子から数千個の原子までの多様なサイズで生じるため、その直径は公知のエッチング工程により作成することができる通常作成されるシリコン−島状部分の公知の直径よりも小さく維持される。
【００４７】
原子の数に応じてこのように数ナノメータまでのイオンクラスタを生成することができる。
【００４８】
このイオン−クラスタは開口部１１２、１１３、１１４、１１５が定義する絞りを用いて形成、加速又は遅延もしくはフォーカスされて限定されたシャープなイオンビーム１２１になる。
【００４９】
他の電極上の電位及び以下に詳説されるターゲット前の電場の電位により、原則として自由に選択可能なエネルギーを用いてクラスタ−イオンを表面に堆積させることができる。
【００５０】
イオンビーム１１３の所望のビームプロフィールは、基本的に個々の絞りの相応する配置により並びに絞り上の電位の選択により自由に調節可能である。
【００５１】
多様なサイズの、つまり多様な質量の多数のイオン−クラスタをなお含有する限定されたシャープなイオンビーム１２１は、［３］に記載されているように、質量分離器１２２，つまり質量分離装置に送られる。
【００５２】
サブチャンバ１１８、１１９、１２０中のそれぞれの圧力は、それぞれサブチャンバ１１８、１１９、１２０に接続されているターボ分子ポンプ１２３、１２４、１２５によって保証される。
【００５３】
質量分離装置１２２により、所望の質量ひいては所望のサイズを有するイオンクラスタイオンの所望の数、つまりシリコン原子とホウ素ドーパント原子との所望の数を有する最終−イオンビーム１２６を生成することが可能である。
【００５４】
このイオン−クラスタはホルダ１２７中に固定された基板１２８上の第１の電極１２９並びに第２の電極１３０（これら２つの電極は基板１２８上に固定されている）上に被着される。
【００５５】
従って、図２に示されているように、第１の電極１２９の電極表面２００もしくは第２の電極１３０の電極表面２０１はイオン−クラスタ２０２によって著しく良好に調節可能に粗面化され、その結果、第１の電極１２９の拡大された電極表面２００及び／又は第２の電極１３０の拡大された電極表面２０１を作成することができる。
【００５６】
電極表面２００、２０１を破壊しないために、第１の電極１２９及び／又は第２の電極１３０上に堆積されるべきイオン−クラスタ２０２は、それぞれの電極表面２００、２０１に衝突する前に反対方向に向かう電場（図１中では矢印１３１によって記号で示した）を用いて減速させられる。
【００５７】
さらに、もう一つのターボ分子ポンプ１３２が設けられており、このポンプはホルダ１２７が取り付けられている蒸着室１３３と接続している。
【００５８】
印加される電場の必要な大きさは、電極表面２００、２０１に衝突する直前のイオン−クラスタの所望のエネルギーに依存し、かつこれは実験により測定することができる。
【００５９】
電極表面２００、２０１上でのイオン−クラスタ２０２の達成すべき密度が約１０１０ｃｍ-２である場合、１ｐＡの想定されたビーム流で約１０ｓｅｃ／ｍｍ２の必要な照射時間が得られる。
【００６０】
電極表面２００、２０１の構造化は図２に示したような平面電極でも、３次元的に構造化されて、例えばトレンチ中で所定の深さに配置された電極に対しても適している。
【００６１】
イオン−クラスタ２０２を平面電極表面２００、２０１上に堆積させるために、堆積位置に関して、つまり電極表面２００、２０１上に衝突する位置に関してできる限り広範囲なビームプロフィールを有するイオンビームのビーム形状が望ましい。
【００６２】
深いトレンチ中の内部でのイオン−クラスタ２０２の堆積の場合、フォーカスされた、つまりそれぞれのトレンチの位置に意図的に向けられる著しくシャープなクラスタ−イオンビームが望ましく、このトレンチにイオン−クラスタ２０２がそれぞれ堆積するか又は全体の電極表面２００、２０１にわたり走査することもできる。
【００６３】
このイオンビームのビームプロフィールの相応するバリエーションは、イオンビームのビーム経路中に配置されているイオン光学的レンズの適当な選択により並びにイオン光学的レンズに印加する電圧により達成することができる。
【００６４】
基板１２８中に埋め込まれた、粗面化された電極表面２００、２０１を有する電極１２９、１３０から、基本的に次の方法工程で、更なる任意の電子部品、有利にＤＲＡＭ−メモリ素子もしくはフラッシュ−ＥＥＰＲＯＭ−メモリ素子を製造することができる。
【００６５】
質量分離のための装置１２２として、本発明の別の実施例によりいわゆるウィーン−フィルタ（Wien-Filter）が適している。
【００６６】
本発明の第２の実施例による第２のクラスタ−イオン源３００が図３に記載されている。
【００６７】
ヘリウム−ガスは供給管３０３を用いて冷却部材３０１が設けられたメインチャンバ３０１中へるつぼ３０４の上方で供給され、前記るつぼ３０４はシリコンを気相の形で含有する。るつぼ３０４中のシリコン−ガスはヘリウムにより冷却され、凝縮してクラスタになり、このクラスタはメイン開口部３０５を通して案内される。
【００６８】
このクラスタは領域３０６中へ案内され、この領域３０６は拡散ポンプ３０７を用いて約１０-４ｍｂａｒの圧力に維持される。
【００６９】
生成されたクラスタ−ビームは、カソードプラズマ−発生装置３０８を用いてドーパント原子、この実施例ではホウ素−原子でドープされる。
【００７０】
ドーパント原子として、また本発明の場合に特に次のドーパント原子：
リン原子、
ホウ素原子、
ヒ素原子が用いられるが、ドーピングのために適した他のドーパント原子又はクラスタ中に持ち込むことができる他の原子を使用することもできる。
【００７１】
ドープされたクラスタ−イオンビーム３０９は高真空領域３１１中で加速され、さらに加速領域３１３中でフォーカスされ、Ｘ−Ｙ−デフレクタ３１４中で配向させられる。
【００７２】
レンズ３１５はドープされたクラスタ−イオンビーム３０９をさらにフォーカスし、このようにフォーカスされたドープされたクラスタ−イオンビームは、質量選別器としてのウィーン−フィルタ３１６に案内される。
【００７３】
他のＹ−デフレクタ３１７を用いて、生じたクラスタ−イオンビームをドリフト管３１９の末端の質量選別開口部３１８を用いて配向させる。
【００７４】
電極を備えた基板が取り付けられたホルダ３２０は線形駆動装置（Linearantrieb）３２１を用いて位置決めされている。
【００７５】
ウィーン−フィルタ３１６及びドリフト管３１９から出るクラスタ−イオンビームの調節のために、弁３２２がさらにドリフト管３１９と堆積チャンバ３２３との間に設けられている。
【００７６】
本願明細書中で次の刊行物が引用されている：
［１］  T. Hihara and K. Sumiyama, Formation and size control of a Ni cluster by plasma gas condensation, Journal for Applied Physics, Volume 84, No. 9, p. 5270 - 5275, November 1998
［２］  S. G. Hall, M. B. Nielsen and R. E. Palmer, Energetic impact of small Ag clusters on graphite, Journal for Applied Physics, Volume 83, No. 2, p. January 1998
［３］  B. von Issendorff and R. E. Palmer, A new high transmission infinite range mass selector for cluster and nanoparticle beams, Review  of Scientific Instruments, Volume 70, No. 12, p. 4497 - 4501, December 1999
［４］  I. M. Goldby et al, Gas condensation source for production and deposition of size-selected metal clusters, Rev. Sci. Instrum. 68, (9), p. 3327 - 3334, September 1997
［５］  特開平９−２３２５４３号公報
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による粗面化された電極表面を有する電極装置を作成するためのクラスタ−イオン源の略図
【図２】本発明の第１の実施例による粗面化された電極表面を有する２つの電極を備えた電子部品の断面図
【図３】本発明の第２の実施例による粗面化された電極表面を有する電極装置を作成するためのクラスタ−イオン源の略図
【符号の説明】
１００  クラスタ−イオン源
１０１  ケーシング
１０２  冷却循環路
１０３  メインチャンバ
１０４  第１の供給管
１０５  第１のガス容器
１０６  第１の流量調節器
１０７  ターボ分子ポンプ
１０８  第２の供給管
１０９  第２のガス容器
１１０  第２の流量調節器
１１１  スパッタ−ターゲット
１１２  凝縮領域
１１３  クラスタ−イオンビーム
１１４  メインチャンバ−開口部
１１５  第１の開口部
１１６  第２の開口部
１１７  第３の開口部
１１８  第１のサブチャンバ
１１９  第２のサブチャンバ
１２０  第３のサブチャンバ
１２１  限定されたシャープなイオンビーム
１２２  質量分離器
１２３  ターボ分子ポンプ
１２４  ターボ分子ポンプ
１２５  ターボ分子ポンプ
１２６  最終−イオンビーム
１２７  ホルダ
１２８  基板
１２９  第１の電極
１３０  第２の電極
１３１  矢印
１３２  ターボ分子ポンプ
２００  第１の電極の電極表面
２０１  第２の電極の電極表面
２０２  イオン−クラスタ
３００  クラスタ−イオン源
３０１  冷却装置
３０２  メインチャンバ
３０３  供給管
３０４  るつぼ
３０５  メイン開口部
３０６  領域
３０７  拡散ポンプ
３０８  カソードプラズマ−発生装置
３０９  ドープされたクラスタ−イオンビーム
３１０  くちばし状開口部
３１１  高真空領域
３１２  他の拡散ポンプ
３１３  加速領域
３１４  Ｘ−Ｙ−デフレクタ
３１５  レンズ
３１６  ウィーン−フィルタ
３１７  他のＹ−デフレクタ
３１８  質量選別開口部
３１９  ドリフト管
３２０  ホルダ
３２１  線形駆動装置
３２２  弁
３２３  堆積チャンバ
【図１】
0003643799.tif 000002
【図２】
0003643799.tif 000003
【図３】
0003643799.tif 000004