(57)【要約】【課題】ナノ粒子の積層構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板と、基板上に形成されたナノ粒子と、を備え、ナノ粒子は、シリサイドを含むことを特徴とするナノ粒子の積層構造である。また、要求される大きさのナノ粒子が形成されるように、その大きさに対応する厚さにシリコンソース層を形成するステップと、所定金属とシリコンからなるナノ粒子を形成するステップと、ナノ粒子をシリコンソース層に蒸着させるステップと、ナノ粒子を成長させてシリサイドを形成するステップと、を含むナノ粒子の製造方法である。これにより、シリコンソース層の厚さを調節してナノ粒子のサイズを調節するので、要求されるサイズのナノ粒子を容易に得られる。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたナノ粒子と、を備え、
前記ナノ粒子は、シリサイドを含むことを特徴とするナノ粒子の積層構造。
【請求項２】
前記シリサイドは、Ａｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＰｔよりなる群から選ばれた１つとのシリサイドであることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項３】
前記ナノ粒子は、レーザアブレーションにより製造されてなることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、ポストアニーリングにより成長させてなることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項５】
前記ポストアニーリングの温度は、３６０ないし１４００℃の範囲にあることを特徴とする請求項４に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項６】
前記基板は、シリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項７】
前記ナノ粒子と前記基板との間に絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項８】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ３、Ｚｒ０２、Ａｌ２０３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、及びＨｆＡｌＯ４よりなる群から選ばれた少なくとも１種の高誘電率物質から形成されてなることを特徴とする請求項７に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項９】
前記ナノ粒子は、実質的に球形からなることを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子の積層構造。
【請求項１０】
要求される大きさのナノ粒子が形成されるように、その大きさに要求される厚さにシリコンソース層を形成するステップと、
所定金属とシリコンからなるナノ粒子を形成するステップと、
前記ナノ粒子を前記シリコンソース層に蒸着させるステップと、
前記ナノ粒子を成長させてシリサイドを形成するステップと、を含むことを特徴とするナノ粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記金属は、Ａｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＰｔよりなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子を形成するステップは、レーザアブレーションにより行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項１３】
前記ナノ粒子を成長させるステップは、ポストアニーリングにより行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項１４】
前記ポストアニーリングの温度は、３６０ないし１４００℃の範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項１５】
前記シリコンソース層を形成するステップは、基板を設けるステップと、前記基板上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜上に前記シリコンソース層を形成するステップと、を含むことを特徴とする請求項１０に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項１６】
前記基板は、シリコンを含むことを特徴とする請求項１５に記載のナノ粒子の製造方法。
【請求項１７】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ３、Ｚｒ０２、Ａｌ２０３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、及びＨｆＡｌＯ４よりなる群から選ばれた少なくとも１種の高誘電率物質から形成されることを特徴とする請求項１５に記載のナノ粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子に係り、さらに詳細には、所定金属とシリコンとを利用したセルフリミット（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）ナノ粒子の積層構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ粒子を製造する代表的な方法としては、熱分解法、レーザアブレーション法などが挙げられる。
【０００３】
熱分解法は、前駆体を用いてナノ粒子を製造する方法である。このような方法は、比較的簡単であるという長所を有するが、一方、前駆体の濃度が薄いとナノ粒子の製造収率が低いという短所を有する。
【０００４】
レーザアブレーション（ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ）法は、ターゲットをレーザービームでスパッタリングし、前記ターゲットからナノ粒子を得る方法である。このような方法では、ウェーハ上に形成されるナノ粒子の密度が低い。このようなナノ粒子の密度を上昇させるために、ウェーハ上にナノ粒子を蒸着させる時間を延長させうる。
【０００５】
しかし、このような方法によれば、得られるナノ粒子の大きさが大きくなって、要求される大きさのナノ粒子を得難い。また、レーザアブレーションによるナノ粒子の製造過程は、非常に短時間になされるので、ナノ粒子の大きさを要求されるサイズに制御することが容易ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、シリコンソース層の厚さを調節して要求される大きさに符合するナノ粒子を容易に得られるナノ粒子の積層構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板と、前記基板上に形成されたナノ粒子と、を備え、前記ナノ粒子は、シリサイドを含むことを特徴とするナノ粒子の積層構造、に関する。
【０００８】
また本発明は、要求される大きさのナノ粒子が形成されるように、その大きさに要求される厚さにシリコンソース層を形成するステップと、所定金属とシリコンからなるナノ粒子を形成するステップと、前記ナノ粒子を前記シリコンソース層に蒸着させるステップと、前記ナノ粒子を成長させてシリサイドを形成するステップと、を含むことを特徴とするナノ粒子の製造方法、に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法によれば、シリコンソース層の厚さを調節してナノ粒子の大きさを調節するので、要求される大きさのナノ粒子を容易に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明によるナノ粒子の積層構造は、基板と、前記基板上に形成されたナノ粒子と、を備え、前記ナノ粒子はシリサイドを含むことを特徴とする。
【００１１】
前記シリサイドは、Ａｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔのうちいずれか１とのシリサイドであり得る。
【００１２】
前記ナノ粒子は、レーザアブレーションにより製造されうる。
【００１３】
前記ナノ粒子は、ポストアニーリングにより成長しうる。
【００１４】
前記ポストアニーリングの温度は、３６０ないし１４００℃の範囲にあり得る。前記ポストアニーリングの温度は、６００ないし８００℃の範囲にあることが望ましい。
【００１５】
前記基板は、シリコンを含むことが望ましい。
【００１６】
前記ナノ粒子の積層構造は、前記ナノ粒子と前記基板との間に絶縁膜をさらに含みうる。
【００１７】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ３、Ｚｒ０２、Ａｌ２０３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＨｆＡｌＯ４よりなる高誘電率物質から選択されるものでなされうる。
【００１８】
前記ナノ粒子は、実質的に球形からなりうる。
【００１９】
本発明によるナノ粒子の製造方法は、要求される大きさのナノ粒子が形成されるように、その大きさに対応する厚さにシリコンソース層を形成するステップと、所定金属とシリコンからなるナノ粒子を形成するステップと、前記ナノ粒子を前記シリコンソース層に蒸着させるステップと、及び前記ナノ粒子を成長させてシリサイドを形成するステップと、を含む。
【００２０】
前記金属は、Ａｕ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、またはＰｔであり得る。
【００２１】
前記ナノ粒子を形成するステップは、レーザアブレーションにより行われることが好ましい。
【００２２】
前記ナノ粒子を成長させるステップは、ポストアニーリングにより行われることが好ましい。
【００２３】
前記ポストアニーリングの温度は、３６０ないし１４００℃の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
前記シリコンソース層を形成するステップは、基板を設けるステップと、前記基板上に絶縁膜を形成するステップと、前記絶縁膜上に前記シリコンソース層を形成するステップと、を含むことが好ましい。
【００２５】
前記基板は、シリコンを含みうる。
【００２６】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ３、Ｚｒ０２、Ａｌ２０３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＨｆＡｌＯ４よりなる高誘電率物質から選択されるものを含みうる。
【００２７】
本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法によれば、シリコンソース層の厚さを調節してナノ粒子の大きさを調節できるので、要求される大きさのナノ粒子を容易に得られる。
【００２８】
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施形態によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００２９】
図１Ａないし図１Ｃは、本発明の第１実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【００３０】
まず、図１Ａに示すように、基板１０を準備する。前記基板１０は、シリコン（Ｓｉ）を含み、ナノ粒子２１に対してシリコンソース層の役割を行う。
【００３１】
次いで、図１Ｂに示すように、前記基板１０の上にナノ粒子２１を蒸着させてナノ粒子層２０を形成する。
【００３２】
本発明で、前記ナノ粒子２１は、レーザアブレーションにより形成しうる。これを詳細に説明する。ＡｕとＳｉからなる粉末状のターゲットをレーザアブレーションすると、ナノサイズの粒子が形成される。このように形成された粒子を前記基板１０の上に蒸着させれば、ＡｕとＳｉからなるナノ粒子２１となる。
【００３３】
ここで、前記ナノ粒子２１は、ＡｕとＳｉからなるが、これは例示的なものであり、前記Ａｕの代りに粉末形態からなる他の金属が使われうる。
【００３４】
次いで、図１Ｃに示すように、前記ナノ粒子２１を成長させる。本実施形態において、前記ナノ粒子２１は、ポストアニーリング工程により成長しうる。前記ポストアニーリング工程は、Ａｒ、Ｎ２またはＨｅ雰囲気でなされうる。そして、前記ポストアニーリング工程がなされる炉の内部温度は、３６０ないし１４００℃の範囲に保持されうる。望ましくは、前記炉の内部温度は、６００ないし８００℃の範囲にある。これについては、図４Ａないし図４Ｄ及び図５を通じて後述する。
【００３５】
本実施形態では、ＡｕとＳｉからなる前記ナノ粒子２１がシードとして作用し、シリコンソース層の前記基板１０から前記ナノ粒子２１にシリコンが供給されることによって、前記ナノ粒子２１が成長する。この際、前記ナノ粒子２１は、Ａｕシリサイド（Ａｕ−ｓｉｌｉｃｉｄｅ）となる。そして、前記の通りにナノ粒子２１を成長させれば、前記ナノ粒子２１は、球状に成長しうる。
【００３６】
ここで、シリコンソース層の前記基板１０の厚さを調節することによって、前記ナノ粒子２１の成長後の大きさを調節できるが、これについては、図３Ａ及び図３Ｂを通じて後述する。
【００３７】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法によって、シリコンソース層の厚さの異なる実験例を表す図面である。
【００３８】
ここで、図３Ａは、シリコンソース層の厚さを２ｎｍにした実験の結果であり、図３Ｂは、シリコンソース層の厚さを８ｎｍにした実験の結果である。本実験例で、前記の通りに、シリコンソース層の厚さだけが異なり、他の実験条件は同一である。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂを共に参照すれば、シリコンソース層の厚さは、２ｎｍよりは、８ｎｍであるときに、形成されるナノ粒子がさらに大きいことが分かる。すなわち、シリコンソース層の厚さによって形成されるナノ粒子の大きさが決定される。したがって、本発明のように、シリコンソース層の厚さを調節することによって、得られるナノ粒子の大きさを調節し、要求される大きさのナノ粒子を容易に得ることができる。
【００４０】
また、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本発明のようにナノ粒子を成長させれば、前記ナノ粒子を球状に形成させうる。
【００４１】
図４Ａないし図４Ｄは、本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法によって、ポストアニーリング工程がなされた炉の内部温度が異なる実験例を表す図面であり、図５は、図４Ａないし図４Ｄの結果に対するグラフである。
【００４２】
ここで、図４Ａは、レーザアブレーションしてナノ粒子を蒸着し、ポストアニーリング工程を行っていない実験の結果であり、図４Ｂは、ポストアニーリング工程がなされた炉の内部温度を４００℃にした実験の結果であり、図４Ｃは、ポストアニーリング工程がなされた炉の内部温度を６５０℃にした実験の結果であり、図４Ｄは、ポストアニーリング工程がなされた炉の内部温度を１０００℃にした実験の結果である。
【００４３】
本実験例の過程を詳細に説明する。
【００４４】
まず、金粉末（１−３μｍ、９９．９％、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）と、シリコンパウダ（１μｍ、９９％、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）とを混合してレーザアブレーションのためのターゲットを製造する。
【００４５】
次いで、前記金／シリコンターゲットをレーザアブレーションして形成されたナノ粒子を、シリコンウェーハまたはシリコン／ＳｉＯ２／シリコンウェーハに２０秒間蒸着させる。
【００４６】
次いで、前記ナノ粒子をＡｒ雰囲気で４５０ないし１０００℃でアニーリングする。
【００４７】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、４５０℃でポストアニーリング工程を実施したものは、実施の前後にナノ粒子の大きさや密度に変化がない。６５０℃でポストアニーリング工程を実施した場合、図４Ｃを参照すれば、ナノ粒子の密度が大きく上昇し、サイズも大きくなることを確認しうる。図４Ｄを参照すれば、１０００℃でアニーリングした場合、ナノ粒子の間で凝集してサイズが大幅に大きくなることを確認しうる。これにより、ナノ粒子の成長に適切な温度は、６５０℃近くであると見られ、これはＡｕとＳｉの相形状（ｐｈａｓｅ  ｄｉａｇｒａｍ）と密接な関係がある。Ａｕ／Ｓｉナノ粒子の成長は、Ａｕ／Ｓｉナノ粒子が液体状態であり、Ｓｉナノ粒子が固体である温度領域で起こる。
【００４８】
図２Ａないし図２Ｅは、本発明の第２実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【００４９】
まず、図２Ａに示すように、基板３０を準備する。
【００５０】
次いで、図２Ｂに示すように、前記基板３０の上に絶縁膜４０を形成する。前記絶縁膜４０は、前記基板３０とその上に形成されるシリコンソース層５０を絶縁させるためのものである。ここで、前記絶縁膜４０はＳｉＯ２からなりうる。
【００５１】
次いで、図２Ｃに示すように、前記絶縁膜４０上にシリコンソース層５０を形成する。前記シリコンソース層５０は、シリコンを含んでおり、ナノ粒子６１が成長するためのシリコンを供給する役割を担う。
【００５２】
次いで、図２Ｄに示すように、前記シリコンソース層５０の上にナノ粒子６１を蒸着し、ナノ粒子層６０を形成する。前記ナノ粒子６１は、Ａｕとシリコンからなるターゲットに対するレーザアブレーションにより形成されうる。
【００５３】
次いで、図２Ｅに示すように、前記ナノ粒子６１を成長させる。前記ナノ粒子６１の成長は、前記シリコンソース層５０の厚さによってその成長サイズが決定されうる。
【００５４】
本実施形態によれば、シリコンソース層５０の厚さを調節し、得られるナノ粒子６１のサイズを調節しうる。また、前記基板３０と前記ナノ粒子６１とが絶縁膜４０により絶縁されるので、各種素子に前記ナノ粒子６１を応用しうる。
【００５５】
図５は、図４Ａないし図４Ｄにおいて、アニーリング温度によって成長するナノ粒子の直径分布を示すグラフであり、６５０℃のアニーリング温度で比較的小さい（１０ｎｍ）のナノ粒子が多量製造できることを示すグラフである。
【００５６】
本発明は、図面に示される実施形態を参考に説明したが、これは例示的なもの過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び均等なその他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、半導体素子の製造工程に好適に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図２Ｄ】本発明の第２実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図２Ｅ】本発明の第２実施形態によるナノ粒子の製造方法を示す工程図である。
【図３Ａ】本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法において、シリコンソース層の厚さを変化させた場合、ナノ粒子のサイズ変化についての実験例を示す図面である。
【図３Ｂ】本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法において、シリコンソース層の厚さを変化させた場合、ナノ粒子のサイズ変化についての実験例を示す図面である。
【図４Ａ】本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法において、ポストアニーリング工程が行われる炉の内部温度を変化させた場合、ナノ粒子のサイズ変化についての実験例を表す図面である。
【図４Ｂ】本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法において、ポストアニーリング工程が行われる炉の内部温度を変化させた場合、ナノ粒子のサイズ変化についての実験例を表す図面である。
【図４Ｃ】本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法において、ポストアニーリング工程が行われる炉の内部温度を変化させた場合、ナノ粒子のサイズ変化についての実験例を表す図面である。
【図４Ｄ】本発明によるナノ粒子の積層構造及びその製造方法において、ポストアニーリング工程が行われる炉の内部温度を変化させた場合、ナノ粒子のサイズ変化についての実験例を表す図面である。
【図５】図４Ａないし図４Ｄの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１０  基板
２０  ナノ粒子層
２１  ナノ粒子。
【図１Ａ】
2006263712.tif 000003
【図１Ｂ】
2006263712.tif 000004
【図１Ｃ】
2006263712.tif 000005
【図２Ａ】
2006263712.tif 000006
【図２Ｂ】
2006263712.tif 000007
【図２Ｃ】
2006263712.tif 000008
【図２Ｄ】
2006263712.tif 000009
【図２Ｅ】
2006263712.tif 000010
【図５】
2006263712.tif 000011
【図３Ａ】
2006263712.tif 000012
【図３Ｂ】
2006263712.tif 000013
【図４Ａ】
2006263712.tif 000014
【図４Ｂ】
2006263712.tif 000015
【図４Ｃ】
2006263712.tif 000016
【図４Ｄ】
2006263712.tif 000017