專利名稱：制造疊層超晶格材料和制造包括該材料的電子器件的低溫處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及疊層(layered)超晶格材料的制造方法，更具體地涉及到在鐵電集成電路器件中能提供足夠的極化率和適度的矯頑磁性的低溫制造方法。
2．存在問(wèn)題的說(shuō)明至少有30年了，研究人員一直嘗試?yán)描F電材料的極化特性來(lái)生產(chǎn)一種可商業(yè)化的電子存儲(chǔ)器。這樣的存儲(chǔ)器將是非易失性的、高密度的、并具有許多其它優(yōu)點(diǎn)。例如，參見(jiàn)William D.Miller等人的美國(guó)專利5,046,043號(hào)。
在美國(guó)專利5,519,234號(hào)中公開的疊層超晶格材料具有極高的鐵電特性，使制造商業(yè)化的非易失存儲(chǔ)器成為可能。這些特性包括高極化率和低疲勞度。
該現(xiàn)有技術(shù)揭示要獲得好的薄膜電性能通常需要至少750℃到850℃的退火溫度。美國(guó)專利5,508,226號(hào)講授了一種用于制造疊層超晶格材料的低溫處理方法。然而，在其3個(gè)例子中，有兩個(gè)例子的退火是在800℃以上進(jìn)行的，而另一個(gè)例子在700℃上進(jìn)行，并持續(xù)了五個(gè)小時(shí)。由于750℃到850℃的溫度比預(yù)先形成大批陶瓷材料的溫度低得多，因此，在該溫度上仍然有一些中間層原子通過(guò)薄膜遷移。比如，用作電極粘結(jié)層的鈦遷移到鐵電材料和硅上。這種原子遷移有時(shí)改變接觸電阻和其它特性，因此就很難或不可能將疊層超晶格材料與晶體管和其它利用傳統(tǒng)硅技術(shù)制造的普通電路元器件共同使用。
因此，如果存在一種方法和一種結(jié)構(gòu)，它可以在低于750℃到850℃的溫度下對(duì)集成電路材料進(jìn)行熱處理，但仍然具有優(yōu)良的鐵電特性，那將是有用的。該低溫度將減少中間層的擴(kuò)散，并會(huì)減小因擴(kuò)散遞變(degradation)而引起的鐵電特性遞變。
3．問(wèn)題的解決方案本發(fā)明提供了一種以僅低于725℃，而且最好是大約650℃或更低的溫度來(lái)制造高質(zhì)量的鐵電集成電路器件的方法。
本發(fā)明提供了材料和一種制造疊層超晶格材料方法。一種液態(tài)前體(precursor)含有金屬成分，其量足以在對(duì)該前體的干燥和加熱后自發(fā)地產(chǎn)生鐵電疊層超晶格材料。該前體含有一部分稀有金屬元素鉈，其量足以在疊層超晶格材料中成為超晶格發(fā)生器元素(superlatticegenerator element)。該前體涂敷到基片上、將其弄干以在該基片上形成一種固體材料；并且在500℃到725℃的溫度之間在氧氣中加熱，以便在該基片上形成一層疊層超晶格材料的薄膜。
更可取的是，加熱步驟包括以650℃將前體迅速地進(jìn)行熱處理。該加熱步驟最好包括將該材料退火大約三小時(shí)，直到五小時(shí)。更可取的是，該退火溫度大約是650℃。該基片更進(jìn)一步包括第一電極和第二電極，這些電極最好是在退火步驟之后在疊層超晶格材料上形成，以便形成一種電容器。然后進(jìn)行第二個(gè)加熱步驟。更可取的是，第二個(gè)加熱步驟在低于725℃的溫度下，最好以大約650℃的溫度進(jìn)行第二次退火。更可取的是，該晶片是一種集成電路晶片，而且這種方法進(jìn)一步包括完成該集成電路晶片的制造的步驟，從而在該晶片上形成多個(gè)互相連接的電路器件。
本發(fā)明主要涉及鐵電疊層超晶格材料，其化學(xué)通式為
Am-1S2BmO3m+3其中，至少一部分由S表示的超晶格發(fā)生器元素是鉈。具體的說(shuō)，本發(fā)明主要涉及由下列化學(xué)通式表示的疊層超晶格材料Am-1(S1y-xS2x)BmO3m+3其中，S1代表鉍，S2代表鉈，2≤y≤2.4,0＜x≤y。更可取的是，該疊層超晶格材料含有從前體中形成的鍶鉍鉈鉭酸鹽，該前體含有與下列化學(xué)通式大致相應(yīng)的有機(jī)金屬混合物Am-1(S12.2-xS2x)BmO3m+3其中，A是鍶元素，S1是鉍，而S2是鉈，B是鉭，m=2，而0＜x≤2.2，更可取的是，x=0.55。
另一方面，本發(fā)明提供一種集成電路器件，該器件包括疊層超晶格材料，其中，鉈是超晶格發(fā)生器元素。在最佳實(shí)施例中，本發(fā)明提供一個(gè)電容器，它包括第一電極、第二電極和一個(gè)含有鉈的疊層超晶格材料薄膜，其中，鉈為超晶格發(fā)生器元素。更可取的是，該疊層超晶格材料含有從前體中制造的鍶鉍鉈鉭酸鹽，該前體含有與下列化學(xué)通式大致相應(yīng)的相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)金屬混合物Am-1(S12.2-xS2x)BmO3m+3其中，A是鍶元素，S1是鉍，而S2是鉈，B是鉭，m=2，而0＜x≤2.2，更可取的是，x=0.55。
另外，再一方面，本發(fā)明提供一種包括有機(jī)金屬混合物的液態(tài)前體，其混合物的數(shù)量大致對(duì)應(yīng)于下列化學(xué)通式Am-1(S12.2-xS2x)BmO3m+3，其中，A是鍶元素，S1是鉍而S2是鉈，B是鉭，m=2，而0＜x≤2.2，更可取的是，x=0.55。
本發(fā)明的許多其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將在下面結(jié)合附圖的描述中變得更加明顯。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明制備疊層超晶格材料薄膜的最佳實(shí)施例的流程圖；圖2是晶片的俯視圖，在該晶片上按照本發(fā)明制造的薄膜電容器被放大地顯示了；圖3是沿圖2中3-3線切開的部分的剖面圖，它出示了由圖1的處理過(guò)程制造的薄膜電容器器件；圖4是利用本發(fā)明的處理過(guò)程制造的集成電路的部分剖面圖；和圖5示出了2Pr@5V值(微米/平方厘米)的圖表，該值是鍶元素鉍鉈鉭酸鹽電容器的退火溫度的函數(shù)，其中，電容器的鉍與鉈的摩爾比Bi/Tl是變化的，其變化的根據(jù)是化學(xué)計(jì)量通式SrBi2.2-xTlxTa2O9.3中的Bi的下標(biāo)2.2-x，其中，0≤x≤2.2。
最佳實(shí)施例的說(shuō)明1．概述參見(jiàn)圖2和3，其中示出了一個(gè)晶片10，該晶片10包括多個(gè)電容器12、14、16等。圖2是晶片10的俯視圖，在該晶片上根據(jù)本發(fā)明制造的薄膜電容器12、14、16等被放大地顯示了。圖3是沿圖2中的線3-3將電容器16切成兩份的部分剖面圖。參考圖3，晶片10包括硅基片22、二氧化硅隔離層24、粘著到二氧化硅24用于協(xié)助下一層的薄層鈦26、下一層即鉑電極28、疊層超晶格材料層30和另一個(gè)鉑電極32。在層24、26、28、30和32被淀積之后，晶片向下蝕刻到層28，以形成各個(gè)的電容器12、14、16等，它們是通過(guò)底部電極28互相內(nèi)連接的。本發(fā)明主要包括制造鍶鉍鉭酸鹽疊層的超晶格材料鐵電薄膜的方法。疊層超晶格材料包括自發(fā)地形成疊層超晶格的復(fù)合金屬氧化物，這些金屬例如為鍶、鈣、鋇、鉍、鎘、鉛、鈦、鉭、鉿、鎢、鈮、鋯、鉍、鈧、釔、鑭、銻、鉻、和鉈，這些復(fù)合金屬氧化物自發(fā)地形成疊層超晶格；即所形成的疊層超晶格包括多層顯然不同的子晶格。通常，每一疊層超晶格材料將含有兩個(gè)或更多的上述金屬；比如，形成疊層超晶格材料鋇鉍鈮酸鹽BaBi2Nb2O9的鋇、鉍和鈮。該材料30可以是電介質(zhì)，鐵電物質(zhì)或二者兼有。如果是電介質(zhì)，則電容器16是電介質(zhì)電容器，而如果該材料30是鐵電物質(zhì)，則電容器16是鐵電電容器。
該疊層超晶格材料通常更多地被總結(jié)為以下化學(xué)式(1)A1w1+a1A2w2+a2…Ajwj+ajS1x1+S1S2x2+S2…Skxk+SkB1y1+b1B2y2+b2…B1y1+b1Qz-2其中，A1,A2…Aj代表該鈣鈦礦類結(jié)構(gòu)中A位置的元素，它可以是元素如鍶、鈣、鋇、鉍、鉛和其它元素；S1,S2…Sk代表超晶格發(fā)生器元素，它通常是鉍，但是也可以是如釔、鈧、鑭、銻、鉻、鉈和其它的+3價(jià)元素；B1,B2…Bl代表該鈣鈦礦類結(jié)構(gòu)中B位置的元素，它可以是元素如鈦、鉭、鉿、鎢、鈮、鋯和其它元素；而Q代表一種陰離子，它通常是氧，但也可以是其它元素，如氟、氯和這些元素的混合物，如氟氧化物，氯氧化物，等等?；瘜W(xué)式(1)中的上標(biāo)表示各個(gè)元素的化合價(jià)，下標(biāo)表示一摩爾混合物中該材料的摩爾數(shù)，或就單元結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，下標(biāo)表示單元結(jié)構(gòu)中該元素的平均原子數(shù)。該下標(biāo)可以是整數(shù)或分?jǐn)?shù)。即，化學(xué)式(1)包括單元結(jié)構(gòu)可以用各種材料替換而變化的各種情況，比如在Sr.75Ba.25Bi2Ta2O9中，平均有75％的A位置被鍶原子占有，而25％被鋇原子占有。如果混合物中A位置只有一個(gè)元素，則用“Al”元素表示，w2…wj全部等于零。如果混合物中僅僅存在一個(gè)B位置元素，則用“B”元素表示，而y2…yl全部等于零，同樣地，這適應(yīng)于超晶格發(fā)生器元素。通常情況是，存在一個(gè)A位置元素，一個(gè)超晶格發(fā)生器元素，一個(gè)或兩個(gè)B位置元素，盡管化學(xué)式(1)寫入更通用的形式，以便把本發(fā)明中的疊層超晶格混合物都包括在內(nèi)，其中超晶格發(fā)生器具有多種元素，鉍和鉈。
Z的值從下列方程式得到(2)(a1w1+a2w2…+ajwj)+(s1x1+s2x2…+skxk)+(b1y1+b2y2…+blyl)=2z.
化學(xué)式(1)包括全部三個(gè)斯摩棱斯克(Smolenskii)類型的混合物。該疊層超晶格材料并不包括適合化學(xué)式(1)的所有材料，而是只包括那些能自發(fā)地將它們自己形成具有明顯不同的層的晶體結(jié)構(gòu)的材料。
疊層超晶格材料并不包括適合化學(xué)式(1)的所有材料，而是只包括那些在結(jié)晶期間自發(fā)地形成不同的晶體疊層的成分。自發(fā)的結(jié)晶通常是通過(guò)對(duì)各成分的混合物進(jìn)行熱處理或退火而實(shí)現(xiàn)的。增強(qiáng)的(enhanced)溫度使超晶格形成成分容易自我排序成為熱力學(xué)上有利的結(jié)構(gòu)，如鈣鈦礦類八面體。應(yīng)用到S1,S2…Sk的術(shù)語(yǔ)“超晶格發(fā)生器元素”，是指這些金屬在濃縮金屬氧化物層形成過(guò)程中是十分穩(wěn)定的，濃縮金屬氧化物層介于兩類鈣鈦礦層之間，與混合疊層超晶格材料中隨機(jī)均勻分布的超晶格發(fā)生器金屬相對(duì)。具體地說(shuō)，鉍有一個(gè)離子半徑，使得它既可以作為一個(gè)A位置材料又可以作為一個(gè)超晶格產(chǎn)生器，但是如果鉍以小于一個(gè)閾值化學(xué)計(jì)量的比例的數(shù)量存在的話，則它將自發(fā)地濃縮為非鈣鈦礦類鉍氧化層。
化學(xué)式(1)至少包括全部三種Smolenskii類型鐵電疊層超晶格材料，就是那些有各自化學(xué)式的材料(3)Am-1S2BmO3m+3；(4)Am+1BmO3m+1；以及
(5)AmBmO3m+2，其中，A是該鈣鈦礦類超晶格中A位置的金屬，B是該鈣鈦礦類超晶格中B位置的金屬，S是三價(jià)的超晶格發(fā)生器金屬，如鉍或鉈，而m是一個(gè)能夠使整個(gè)化學(xué)式電荷平衡的數(shù)。其中，m是一個(gè)分?jǐn)?shù)，該整個(gè)平均經(jīng)驗(yàn)公式提供了多個(gè)不同的或混合的鈣鈦礦類物質(zhì)層。
還應(yīng)該理解的是，這里的術(shù)語(yǔ)“疊層超晶格材料”還包括雜質(zhì)疊層超晶格材料。即，化學(xué)式(1)中的任何材料都可以摻雜各種物質(zhì)，如硅、鍺、錫或鉿。例如，鍶鉍鉭酸鹽可以摻雜各種元素而形成具有下列化學(xué)式的物質(zhì)(6)(Sr1-wM1w)(Bi1-xSx)2(Ta1-yM2y)2O9+αM3O，其中，M1可以是鈣、鋇、鎂或鉛；S是從釔、鈧、鑭、銻、鉻、鉈和其混合物中選擇的超晶格發(fā)生器；M2可以是鈮、鉍、或銻，w、x和Y的數(shù)在0到1之間；M3可以是硅、鍺、鎢、錫、或鉿，而且，最好是0≤α≤0.05。該化學(xué)式所表示的材料還包括在這里所使用的術(shù)語(yǔ)“疊層超晶格材料”中。
同樣地，一個(gè)相對(duì)較小的第二成分可以被附加到疊層超晶格材料中，并且最終的材料仍然將在本發(fā)明之列。例如，化學(xué)式ABO3的少量八面體氧化物質(zhì)可以被添加到下列化學(xué)式所示的鍶鉍鉭酸鹽中(7)(l-z)Sr(Bi1-xSx)2Ta2O9+zABO3，其中，A可以是鉍、鍶、鈣、鎂、鉛、釔、鋇、錫和Ln；B可以是鈦、鋯、鉿、錳、鎳、鐵和鈷；而且Z是在0和1之間的一個(gè)數(shù)，最好是，0≤x≤0.2。
同樣地，疊層超晶格材料可以用少量的ABO3成分和攙雜物進(jìn)行改進(jìn)。例如，根據(jù)下列化學(xué)式的一種材料(8)(l-z)Sr(Bi1-xSx)2Ta2O9+zABO3+αMeO
其中，A可以是鉍、銻、釔和Ln；B可以是鈮、鉭、和鉍；Me可以是硅，鍺、鎢、鈦、錫和鋯；而Z是在0和1之間的一個(gè)數(shù)，最好是本發(fā)明建議的0≤z≤0.2。
圖4示出了一個(gè)例子，其中，將疊層超晶格電容器72集成為非易失性的鐵電體存儲(chǔ)器單元，以形成例如可以用本發(fā)明制造的集成電路70。該存儲(chǔ)器單元50包括硅基片51、氧化區(qū)54、以及兩個(gè)互相連接的電路器件，晶體管71和鐵電開關(guān)電容器72。晶體管71包括柵極73、源極74和漏極75。電容器72包括第一電極58，鐵電疊層超晶格材料60，和第二電極77。絕緣體，如56，使器件71、72分離，除非晶體管71的漏極75連接到電容器72的第一電極58。電觸點(diǎn)，如47和78，使器件71、72與集成電路70的其它部分實(shí)現(xiàn)電連接。應(yīng)該理解，圖2、3和4中所示的電容器12、14、16等，以及集成電路70不是實(shí)際電子器件的任何特定部分的真實(shí)的剖面圖，而僅僅是理想化的表示，這種表示比可能的其它方式能更清楚地和更完全地描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法。
本說(shuō)明書描述了具有層22、24、26、28、30和32的用上述材料制造的電容器12、14、16的制造和測(cè)試，公開了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的較寬范圍(wide spectrum)的變化，以及各種不同的疊層超晶格材料30。然而，應(yīng)該理解，所述的特定方法和電子器件是示例性的；即，本發(fā)明建議圖3和4中的層可以由除上述的和下面描述的材料以外的其它材料制造。除本文所述的方法外，本發(fā)明的方法還存在有許多其它變化；而且方法和材料可用于許多其它電子器件，這些器件不同于12、14、16等之類的電容器、以及集成電路70。應(yīng)該注意的是“基片”這個(gè)詞在本說(shuō)明書中用于特定和常規(guī)的概念。在特定的概念中，它指實(shí)際硅層22，通常稱為硅基片，其上制造所述的示例性的電子器件。在一般概念中，它指任何材料、物體或在其上形成了另一層或多層的層。從這個(gè)意義上講，例如，層22、24、26和28構(gòu)成了層30的基片18，該層30由鍶鉍鉈鉭酸鹽疊層超晶格材料30形成。
此處使用的“化學(xué)計(jì)量的”這一術(shù)語(yǔ)可以應(yīng)用于一種材料的固體薄膜，比如疊層超晶格材料，或應(yīng)用于形成一種材料的前體。當(dāng)它應(yīng)用于固體薄膜時(shí)，它指一個(gè)化學(xué)式，該化學(xué)式表示最終固體薄膜中各元素的實(shí)際相對(duì)數(shù)量。當(dāng)應(yīng)用于前體時(shí)，它表示前體中金屬化學(xué)的比例。一個(gè)“平衡的”化學(xué)計(jì)量式是指在計(jì)量式中每一元素都有足夠數(shù)量，以形成該物質(zhì)的完整晶體結(jié)構(gòu)，其中所有晶格位置都被占有，盡管實(shí)際上在室溫下該晶體總是有一些缺陷。例如，Sr(BiTl)Ta2O9和Sr(Bi1.5Tl0.5)Ta2O9都是平衡的化學(xué)計(jì)量式。相比較而言，鍶鉍鉈鉭酸鹽中鍶、鉍、鉈和鉭所占的摩爾比例分別為1、2.2-x、x、和2，該鍶鉍鉈鉭酸鹽的前體在此處用不平衡的“化學(xué)計(jì)量”式Sr(Bi1-xTlx)2.2Ta2O9來(lái)表示，因?yàn)樗羞^(guò)量的鉍和鉈，超出形成完整晶體材料所需要的鉍和鉈。在本說(shuō)明書中，金屬元素的“過(guò)量”是指大于與其它金屬結(jié)合形成想要的材料所需要的數(shù)量，如果金屬元素正好為所需要的數(shù)量，則所有的原子位置都被占有，而不留下任何金屬。
2．制造過(guò)程的詳細(xì)說(shuō)明制造前體混合液的過(guò)程包括幾個(gè)不同的步驟。第一步是提供幾種聚氧烷基化(polyoxyalkylated)的金屬成分，它包括至少一種A位置的金屬成分，至少一種B位置的金屬成分，和至少一種超晶格發(fā)生器金屬成分。應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)“A位置的金屬”和“B位置的金屬”是指適用于鈣鈦礦類晶格中的金屬，但不是真的在混合液中占領(lǐng)A和B的位置。各金屬成分按照有效數(shù)量混合，一旦該前體混合液結(jié)晶，就產(chǎn)生一種混合的疊層超晶格材料。該混合步驟最好包括使各金屬成分中至少一種所加的金屬成分過(guò)量，在溶劑中將各種金屬成分基本上混合均勻。一種實(shí)際的首選前體設(shè)計(jì)為在該前體中所包括的超晶格發(fā)生器元素的量比所需的最終疊層超晶格材料中的化學(xué)計(jì)量值多，直到多大約20％。超晶格發(fā)生器過(guò)量的最佳范圍是大約5％到10％。
本發(fā)明主要涉及由化學(xué)式(3)表示的鐵電疊層超晶格材料，Am-1S2BmO3m+3，其中，至少一部分由S表示的超晶格發(fā)生器元素是鉈。具體地說(shuō)，本發(fā)明主要涉及由下列化學(xué)通式表示的鐵電疊層超晶格材料Am-1(S1y-xS2x)BmO3m+3，其中，S1代表鉍，S2代表鉈，2≤y≤2.4,0＜x≤y。更可取的是，該疊層超晶格材料含有從前體形成的鍶鉍鉈鉭酸鹽，該前體含有相當(dāng)數(shù)量的金屬有機(jī)混合物，大致對(duì)應(yīng)于下列化學(xué)通式Am-1(S12.2-xS2x)BmO3m+3，其中，A是鍶元素，S1是鉍，而S2是鉈，B是鉭，m=2,0＜x≤2.2，最好是，x=0.55。
根據(jù)本發(fā)明的一種處理方法的最佳實(shí)施例的流程如圖1所示，該流程用于制備一種疊層超晶格材料的薄膜，比如30和60，以及器件，比如帶有材料層30和60的器件10和70。我們應(yīng)該首先簡(jiǎn)要地介紹最佳處理過(guò)程的每一步驟，然后更詳細(xì)的討論各個(gè)步驟，并給出該處理過(guò)程的實(shí)例。該處理過(guò)程的第一步80是制備一個(gè)或多個(gè)前體P1、P2、P3等。在圖1中，在步驟80中的P5后面的虛線表示一個(gè)或更多附加的前體的可能性。在該最佳實(shí)施例中，該前體是液體，其中溶解了一種或多種金屬混合物，該金屬混合物含有形成薄膜層30的疊層超晶格材料。然后在步驟81中將上述前體混合，混合后的前體在步驟82中被蒸餾。緊接著是溶劑控制和/或濃度控制步驟83。通常，本步驟被分為兩個(gè)階段，它們可以很及時(shí)地(in time)分開。在第一階段，混合后的前體被溶解在一種適當(dāng)?shù)娜軇┲胁饪s，以便提供長(zhǎng)的使用壽命。使用之前，該溶劑和濃縮物可以被調(diào)整，以優(yōu)化由該處理過(guò)程形成的電子器件。該最終的前體包含有效數(shù)量的金屬成分，一旦將該前體干燥和加熱，就自發(fā)地形成所需的疊層超晶格材料。
在溶劑控制和濃縮控制步驟83的同時(shí)，制備基片18。如果該基片是金屬化的基片，比如基片18，則該基片通過(guò)形成疊層22、24、26和28在步驟85A中被提供，然后在步驟86A中被預(yù)烘干。如果該基片是非金屬化基片，比如硅或鎵砷化物單晶，則該基片在步驟85B中提供并在步驟86B中脫水。在步驟87中，該基片被涂上一層前體。在下面討論的例子中，涂敷是通過(guò)旋轉(zhuǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，可以使用比如噴霧沉積方法、浸泡或其它適當(dāng)?shù)耐糠蠓椒?。涂敷后的基片在步驟88中被干燥，然后在RTP(快速熱處理器)單元中被烘焙。如果層30不能達(dá)到所要求的厚度，則重復(fù)涂敷、干燥和RTP烘焙步驟87、88和89多次，直至達(dá)到所要求的厚度。晶片10在步驟92中退火，在步驟93中通過(guò)噴涂或其它合適的方法淀積頂層或第二電極32，然后作為選擇，可以將晶片10在步驟94中再一次退火，也可以不進(jìn)行這個(gè)步驟。在步驟95中可以通過(guò)離子研磨、化學(xué)蝕刻、或其它適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ瞥呻娙萜?6。然后，在步驟96中，進(jìn)行第二個(gè)“第二退火”步驟，如果進(jìn)行步驟94，則它將是第三退火步驟。如果圖2所示的電容器器件是所要求的最終結(jié)果，則制造過(guò)程就完成了；然而，在如圖4所示的集成電路的情況下，則還要進(jìn)行步驟97，比如進(jìn)行觸點(diǎn)金屬化、覆蓋(capping)等。正如下面將更進(jìn)一步討論的，對(duì)于每一種裝置，上述所有步驟并不都是必要的；一些步驟是可選的，而且其它的僅僅用于特定的疊層超晶格材料。本發(fā)明的一個(gè)特征是預(yù)烘焙步驟86A、干燥步驟88、RTP烘焙步驟89、第一次退火步驟92、和第二退火步驟94和96，具體地說(shuō)，干燥、RTP烘焙和退火步驟，其溫度都低于725度，而且最好是650℃和更低的溫度。
為制備前體混合液，通常使一種金屬或一種金屬混合物與羧酸，比如，2-乙基已酸反應(yīng)，產(chǎn)生一種金屬已酸鹽，它溶解于一種或多種合適的溶劑，比如二甲苯。當(dāng)與金屬混合時(shí)，除了2-乙基己酸鹽可以用于合適的前體外，還可以用其它金屬有機(jī)酸鹽，它們是乙酸鹽和乙酰丙酮化物。對(duì)于一些金屬，比如鈦，該前體金屬混合物可以包含一種金屬醇鹽，比如2-甲氧乙醇鈦。其它可以與金屬混合并作為前體混合物的醇鹽包括甲醇鹽，乙醇鹽，N-丙醇鹽，異-丙醇鹽，N-丁醇鹽，異-丁醇鹽，叔丁醇鹽，2-甲氧乙醇鹽，和2-乙氧乙醇鹽。該前體金屬混合物最好溶解在沸點(diǎn)大于水即100度的溶劑中。在制造該前體時(shí)，與加熱步驟組合，最好在115度和更高的溫度上進(jìn)行，這導(dǎo)致一個(gè)基本上無(wú)水的前體。二甲苯溶劑適用于大多數(shù)的金屬。對(duì)于高電正性元素，該溶劑最好包括2-甲氧乙醇或乙酸正丁酯。一些可利用其沸點(diǎn)的溶劑包括醇，比如1-丁醇(117℃)、1-戊醇(117℃)、2戊醇(119℃)、1-己醇(157℃)、2-己醇(136℃)、3-己醇(135℃)、2-乙基-1-丁醇(146℃)、2-甲氧乙醇(124℃)、2-乙氧乙醇(135℃)和2甲基-1-戊醇(148℃)；酮，比如2-己酮(甲基丁基酮)(127℃)、4-甲基-2-戊酮(甲基異丁基酮)(118℃)、3-庚酮(丁基乙基酮)(123℃)和環(huán)己酮(156℃)；酯，比如乙酸丁酯(127℃)、2-甲氧乙基乙酸酯(145℃)和2-乙氧乙基乙酸酯(156℃)；醚，比如2-甲氧乙基醚(162℃)和2-乙氧乙基醚(190℃)；以及芳香烴，比如二甲苯(138℃到143℃)、甲苯(111℃)和乙苯(136℃)。
各種金屬的前體可以分別地制造，然后混合，但是通常它們都是在相同的容器中一起制造，在制造的同時(shí)混合?；旌现螅绑w混合液可以被蒸餾，以除去水和其它不良的雜質(zhì)，并除去制備過(guò)程中的副產(chǎn)品，盡管如果該前體和溶劑為足夠純的狀態(tài)，則蒸餾步驟82可以被跳過(guò)。然后，溶劑的類型和濃縮可以在步驟83中調(diào)整，以便使它適合于涂敷(如果立即進(jìn)行涂敷)，或者提供一種存放壽命長(zhǎng)的前體。如果該溶劑控制步驟是制備一種存放壽命長(zhǎng)的混合液，則涂敷之前，通常進(jìn)行另外一種調(diào)整，以使薄膜優(yōu)化。為了使存放壽命長(zhǎng)、膜層質(zhì)量高而進(jìn)行調(diào)整的一些方法在美國(guó)專利5,423,285中已經(jīng)詳細(xì)地討論。它們可以包括一種溶劑交換步驟和/或增加一種助溶劑，以便使所提供的溶劑可以產(chǎn)生一種薄膜，該薄膜比其中存儲(chǔ)了(stored)前體的溶劑所產(chǎn)生的薄膜的質(zhì)量好。
在步驟85A和86A中，或在步驟85B和86B中，提供了一種基片并準(zhǔn)備涂敷。幾乎任何承載(support)薄膜并適合于這里所述的材料和處理過(guò)程的基片都可以使用。其中某些基片包括氧化或非氧化的硅或砷化鎵半導(dǎo)體晶片，具有或者不具有附加的集成電路和/或金屬化層、硅片或玻璃片、以及其它電子器件芯片。對(duì)于此說(shuō)明書的示例性的裝置，該基片是如圖3所示的金屬化的基片18?；?8的制造在上述美國(guó)專利5,423,285號(hào)中已被詳細(xì)說(shuō)明，此處不再重復(fù)。在所述例子中，金屬化所用的金屬是以鈦?zhàn)髡辰Y(jié)層的鉑，或單獨(dú)用鉑，但許多其它金屬也可以被使用，比如以鉭、鎢、鉬、鉻、鎳或這些金屬的合金、以及氮化鈦?zhàn)髡辰Y(jié)層的鉑。盡管可以使用其它的金屬化方法，但噴濺或真空淀積是最佳的淀積方法。在金屬化淀積期間，對(duì)基片進(jìn)行加熱可有效地增加附著性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了優(yōu)化該薄膜30的電子特性通常需要對(duì)金屬化的基片進(jìn)行預(yù)烘焙，而且預(yù)烘焙溫度高于或等于后來(lái)對(duì)晶片10進(jìn)行的任何處理的溫度，其處理在下面描述。在涂敷步驟87之前，預(yù)烘焙步驟86A包括在氧氣氣氛中烘焙，其濃度最好在20％和100％之間，而溫度在500℃和1000℃之間，而且最好是650℃。最好，晶片10在擴(kuò)散爐中烘焙?；A(yù)烘焙步驟86A從基片表面除去水和有機(jī)雜質(zhì)。更重要的是通過(guò)預(yù)烘焙的退火效果和金屬粘結(jié)層26的部分氧化和相互擴(kuò)散，預(yù)烘焙減少了金屬層28的內(nèi)應(yīng)力。所有這一切增加了基片18和疊層超晶格膜層30之間的粘結(jié)力，并使剝離問(wèn)題最小化。更進(jìn)一步，如果粘結(jié)層26是一種過(guò)渡金屬，則氧化部分使該金屬具有化學(xué)穩(wěn)定性。因此，穿過(guò)鉑層28滲透到疊層超晶格材料層30的移動(dòng)原子的數(shù)目激劇減少，并且疊層超晶格材料層30順利地結(jié)晶，沒(méi)有由于擴(kuò)散離子而產(chǎn)生的缺陷。如果該基片不是金屬化的，則硅晶片或其它晶片在低溫下進(jìn)行脫水。
前體混合、蒸餾、溶劑控制、和濃度控制步驟81、82、和83已經(jīng)按順序分別討論清楚了。然而，可以按照使用的特定液體對(duì)這些步驟進(jìn)行不同的組合和/或排序，而不論是否打算儲(chǔ)存該前體或立即使用它，等等。例如，蒸餾通常是溶劑濃度控制的一部分，而且，有利于除去不需要的副產(chǎn)品，因此兩個(gè)功能常常合在一起。作為另外一個(gè)例子，混合和溶劑控制常常共享相同的物理操作，比如以預(yù)定順序?qū)?shí)際反應(yīng)物和溶劑加入到該前體混合液中。作為第三個(gè)例子，混合、蒸餾、以及溶劑和濃度控制中的任何步驟可以在制備前體的整個(gè)處理過(guò)程中被重復(fù)多次。
該混合的、蒸餾的和調(diào)整了的前體混合液被涂敷在基片18之上。最好，用旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行涂敷。最佳的前體混合液濃度是0.01到0.50M(摩爾/升)，并且最佳的旋轉(zhuǎn)速度在500rpm和5000rpm之間。
旋轉(zhuǎn)法和噴霧沉積法除去了一些溶劑，但是在涂敷之后仍然有一些溶劑依然保留。此溶劑在干燥步驟88中從濕膜層中去除。同時(shí)，加熱引起薄膜中的有機(jī)成分的熱分解，這些有機(jī)成分也從該薄膜中蒸發(fā)而被去除。這樣就產(chǎn)生了一種預(yù)晶體無(wú)定形狀態(tài)的疊層超結(jié)構(gòu)材料30的固體薄膜。這種干的膜層有充分的硬度，來(lái)支撐下一個(gè)旋轉(zhuǎn)涂層。干燥溫度必須高于溶劑的沸點(diǎn)，并且最好高于該前體混合液中的有機(jī)物的熱分解溫度。最佳的干燥溫度在150℃和400℃之間，并且干燥溫度取決于所使用的特定前體。干燥步驟可以包括以單個(gè)溫度進(jìn)行單獨(dú)干燥的步驟，或以不同溫度，比如，以斜坡上升或下降的溫度進(jìn)行多重干燥處理的步驟。多重干燥處理步驟有利于防止由于升溫太快導(dǎo)致的體積過(guò)度收縮，而引起薄膜的分裂和起泡。最好使用電熱板來(lái)進(jìn)行干燥步驟88。
干燥步驟88之后可以進(jìn)行RTP烘焙步驟89，步驟89不是必需的，而是一個(gè)選擇性的步驟。鹵素?zé)簟⒓t外線燈或紫外線燈的輻射為RTP烘焙步驟提供熱源。最好，RTP烘焙在一種含氧量在20％和100％之間的氧氣氣氛中進(jìn)行，其溫度在450℃和725℃之間，并且最好為650℃，其變化率在1℃/秒到200℃/秒之間，并且保持時(shí)間為5到300秒。任何剩余有機(jī)物在RTP處理期間將被燒毀和蒸發(fā)。同時(shí)，RTP烘焙的迅速升溫促使晶核形成；即，在固體膜層30中形成疊層超晶格材料的許多小晶體顆粒。這些顆粒作為進(jìn)一步結(jié)晶的核子。在烘焙處理中，氧的存在是形成這些顆粒的基本要素。
在隨后的加熱步驟88、89和92中，用旋轉(zhuǎn)法或其它方法形成的單個(gè)涂層的厚度，對(duì)于防止由于體積收縮引起的分裂來(lái)說(shuō)是很重要的。要獲得一種不裂開的膜層，在烘焙步驟89之后單個(gè)旋轉(zhuǎn)涂層必須小于200納米(“nm”)。因此，多重涂敷對(duì)于實(shí)現(xiàn)膜層厚度大于200nm是必要的。最佳的膜層制造方法包括對(duì)每一旋轉(zhuǎn)涂層的RTP烘焙。即，如圖1所示，基片18被涂敷、干噪，和RTP烘焙，然后過(guò)程90被多次重復(fù)，直至達(dá)到所要求的厚度。然而，對(duì)于每次涂敷，不必都進(jìn)行RTP烘焙步驟。實(shí)踐中，可以每?jī)纱瓮糠筮M(jìn)行一次RTP烘焙步驟，并且甚至可以在一系列涂敷步驟完成以后僅僅用一個(gè)RTP烘焙步驟，這對(duì)于提高大多數(shù)疊層超晶格鐵電物質(zhì)的電子特性是極其有效的。對(duì)于有限數(shù)量的特定前體/疊層超晶格材料混合物，尤其是鉍濃度超化學(xué)計(jì)量的那些前體/混合物，RTP烘焙步驟89不是必需的。
一旦達(dá)到所要求的膜層厚度，則干的并且最好是經(jīng)烘焙的薄膜在步驟92中退火，這被稱為第一次退火，以便與后面的退火區(qū)別。第一次退火最好在火爐中、在氧氣氣氛中進(jìn)行。氧濃度最好是20％到100％，并且退火溫度高于實(shí)際疊層超晶格材料30的結(jié)晶溫度。為了防止疊層超晶格材料30中的元素蒸發(fā)，并防止對(duì)基片的熱損害，包括對(duì)已形成的集成電路的損害，退火爐溫度最好不超過(guò)650℃。最好，對(duì)于鍶鉍鉈鉭酸鹽，其退火溫度為大約650℃，退火時(shí)間為五小時(shí)，并在一個(gè)與其它大多數(shù)疊層超晶格材料相似的范圍內(nèi)。如果對(duì)于一個(gè)特殊的集成電路器件來(lái)說(shuō)五小時(shí)太長(zhǎng)，則第一次退火時(shí)間可以縮短。然而，以650℃退火不足三小時(shí)會(huì)產(chǎn)生不飽和的磁滯回線。三小時(shí)退火提供足夠的飽和，而且附加的退火提高了極化率2Pr。此外，在這個(gè)第一次退火步驟中，氧氣的存在是重要的。由RTP烘焙步驟產(chǎn)生的許多核子、小晶粒長(zhǎng)大，而且完全結(jié)晶的鐵電體薄膜在富氧氣氛中形成。
在第一次退火之后，形成第二或頂層的電極32。最好，用RF濺射法形產(chǎn)生單個(gè)鉑層而形成電極，但是也可由直流濺射法、離子束濺射法、真空淀積法或其它適當(dāng)?shù)牡矸e方法。如果要求形成電子器件，則在金屬淀積之前，疊層超晶格材料30可以使用傳統(tǒng)的光刻法和蝕刻法形成圖形，而且在淀積之后的第二處理過(guò)程中形成頂層電極32的圖形，在此處描述的例子中，使用傳統(tǒng)的光刻法和離子束研磨法使頂層電極32和疊層超晶格材料30一起形成圖形。
在淀積時(shí)，頂層電極32與疊層超晶格材料之間的粘結(jié)通常是不牢固的。最好，通過(guò)熱處理來(lái)改善粘結(jié)性能。晶片10，包括由頂層電極32覆蓋的疊層超晶格薄膜30，可以在上述形成圖形的步驟95之前，按圖1所示的第二次退火(1)步驟94進(jìn)行退火熱處理，在形成圖形的步驟95之后，按圖1所示的第二退火(2)步驟96進(jìn)行熱處理，或在形成圖形的步驟95之前和之后都進(jìn)行熱處理。第二退火最好在電爐中進(jìn)行，其退火溫度在500℃和第一退火溫度之間。以低于500℃的溫度進(jìn)行退火的第二退火不改善電極32的粘結(jié)性能，并且所產(chǎn)生的電容器裝置有時(shí)很易泄漏，并在最惡劣的情況下短路。
第二退火釋放了頂層電極32中的內(nèi)部應(yīng)力，并釋放了電極32和疊層超晶格材料30的分界面之間的內(nèi)部應(yīng)力。同時(shí)，第二退火步驟94或96在濺射了頂層電極的疊層超結(jié)構(gòu)材料30中重建微觀結(jié)構(gòu)，并且最終改善了該材料的特性。不論第二退火是在形成圖形步驟95之前或之后進(jìn)行，效果是相同的。在第二退火期間的氧氣環(huán)境的效果不如RTP烘焙步驟89和第一退火步驟92的效果明顯，因?yàn)榀B層超晶格材料30由頂層電極覆蓋，而且不暴露在該環(huán)境氣氛中。就大多數(shù)電特性來(lái)說(shuō)，可以使用惰性氣體，比如氦、氬和氮，其結(jié)果與氧大致相同。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在第二退火期間，氧氣氣氛可以改善電極32和疊層超晶格材料30的界面結(jié)晶的排序，并改善磁滯回線的對(duì)稱性。
3．制造過(guò)程和性質(zhì)依賴性的實(shí)例下面是本發(fā)明的制造過(guò)程應(yīng)用到圖2和3所示的晶片10的實(shí)例。在一到十伏特的外加電壓下對(duì)電容器中的剩余極化電荷2Pr進(jìn)行測(cè)量。相應(yīng)的矯頑磁場(chǎng)2Ec也是在各個(gè)電壓下測(cè)量的。矯頑磁場(chǎng)是將該材料從一個(gè)極化狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)極化狀態(tài)所需要的場(chǎng)大小的度量。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的電子器件，要使漏磁場(chǎng)不引起極化轉(zhuǎn)換，它應(yīng)該足夠高，但是如果它太高，則器件所需要工作電壓將很高。在附圖和討論中所用的其它參數(shù)和術(shù)語(yǔ)將從上下文中體現(xiàn)出來(lái)。
實(shí)例1在硅片上制造包含鍶鉍鉈鉭酸鹽鐵電材料的電容器。在前體溶液中的超晶格發(fā)生器元素，鉍和鉈的相對(duì)的比例是變化的，其變化對(duì)應(yīng)于化學(xué)式Sr(Bi2.2-xTlx)Ta2O9.3的化學(xué)計(jì)量，其中，x=0,0.55,1.65，和2.2.。退火步驟以650℃,700℃,750℃，或800℃進(jìn)行。從0.75到10伏特，測(cè)量剩余極化率2Pr和電容器的矯頑磁場(chǎng)。
包括多個(gè)電容器12、14、16等的晶片10被制造，其中，疊層超晶格材料30是鍶鉍鉈鉭酸鹽。前體溶液包括2-乙基己酸鍶、2-乙基己酸鉍、2-乙基己酸鉈和2-乙基己酸鉭的二甲苯溶液。
使用復(fù)合“二甲苯”，而不用單一的“二甲苯”，因?yàn)樯虡I(yè)上可獲得的二甲苯包含三個(gè)不同的二甲苯分餾產(chǎn)品。四種金屬的2-乙基己酸鹽以一個(gè)適當(dāng)比例混合，以致于使鍶、鉍、鉈和鉭酸鹽在該混合物前體中的比例對(duì)應(yīng)于化學(xué)式Sr(Bi2.2-xTlx)Ta2O9.3，其中，x=0,0.55,1.65，和2.2。即，前體中對(duì)應(yīng)于每1.0摩爾當(dāng)量的鍶和2.0摩爾當(dāng)量的鉭，則含有2.2摩爾當(dāng)量的鉍和/或鉈。溶液的摩爾濃度大致是每升0.2摩爾。通過(guò)加入N-丁基醋酸鹽，將前體稀釋為每升0.13摩爾。對(duì)于每個(gè)晶片，基片18包括單晶硅層22、500納米(nm)厚的二氧化硅層24、50nm厚的鈦層26、和200nm厚的鉑層，該基片18在擴(kuò)散爐中預(yù)烘焙30分鐘，其烘焙溫度為700℃，并且烘焙時(shí)伴有6升/分鐘的氧氣流。用一支滴管將1ml的前體溶液Sr(Bi2.2-xTlx)Ta2O9.3滴到基片18上。該晶片以1500 RPM的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30秒鐘。將晶片10放置在一個(gè)熱板上，并且以大約150℃在空氣中烘焙兩分鐘，然后以260℃再烘焙四分鐘。晶片10以125℃/秒的變化率在相應(yīng)退火溫度上被RTP烘焙，保持時(shí)間為30秒，自然冷卻6分鐘，并有大致100到200cc/分鐘的環(huán)境氧氣流動(dòng)。對(duì)于以650℃或700℃退火的晶片，RTP的溫度是650℃。對(duì)于以750℃或800℃退火的晶片，RTP的溫度是750℃。對(duì)于另一涂層，重復(fù)用滴管將溶液淀積在晶片上并進(jìn)行RTP烘焙的步驟。然后晶片被轉(zhuǎn)移到擴(kuò)散爐中進(jìn)行60分鐘的退火，退火溫度為650℃、700℃、750℃或800℃，同時(shí)伴有4升/分鐘的氧氣流，并且以5.6英寸/分鐘的速度推拉10分鐘。濺射200nm的鉑頂層32，以5000RPM的速度旋轉(zhuǎn)30秒形成負(fù)的抗蝕層，其后是用標(biāo)準(zhǔn)的光掩模方法、離子研磨蝕刻、LPC剝離和持續(xù)30分鐘的第二退火，其退火溫度與第一退火溫度相同，同時(shí)伴有4升/分鐘的氧氣流。鍶鉍鉈鉭酸鹽疊層超晶格薄膜30的最終厚度范圍為大約190到210nm。
表1包含在5伏特，2Pr@_5V的電容器上測(cè)量的剩余極化強(qiáng)度的測(cè)量值，制造該電容器時(shí)使用了包含不同的相對(duì)比例的鉍和鉈的前體，并以各個(gè)溫度退火。圖5是從表1中選擇的數(shù)據(jù)的一張圖表。數(shù)據(jù)的比較顯示在可以耐更高的退火溫度的制造過(guò)程中，即，在750℃以上的溫度，可能單獨(dú)使用鉍作為前體溶液中的超晶格發(fā)生器元素更好。但是如果該制造過(guò)程僅僅可以耐低的溫度，即，大約700℃及以下，則最好是在前體溶液中用一些或所有的鉍代替鉈。在700℃的退火溫度上，，測(cè)量的2Pr@5V的最大值是6.68C/cm2，在由前體制造的電容器中，該前體的Bi∶Tl摩爾比為1.65∶0.55，相應(yīng)于化學(xué)計(jì)量式Sr(Bi1.65Tl0.55)Ta2O9.3。此值在單一鉍電容器的2Pr值之上提高了大致60％。與2.2∶0.0電容器的62KV/cm相比，該1.65∶0.55電容器的相應(yīng)2Ec值@5V大約是127KV/cm。
表12Pr-值@5V(C/cm2)
測(cè)量溫度25℃膜厚度190nm-215nm測(cè)量頻率10,000Hz在650℃的退火溫度上，測(cè)量的2Pr@5V的最大值在由該前體制造的電容器上是2.09C/cm2，該前體中Bi∶Tl的摩爾比為0.0∶2.2，相應(yīng)于化學(xué)計(jì)量式SrTl2.2Ta2O9.3，單一鉍電容器中的2Pr值大約是1.48。與該2.2∶0.0電容器的54 KV/cm相比，在650℃的退火之后0.0∶2.2電容器中的相應(yīng)2Ec值@5V大約是250 KV/cm。
在這里描述的初步實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的2Pr@5V的值比許多集成電路應(yīng)用所需要的低。然而，實(shí)例1的結(jié)果，證明將鉈作為超晶格發(fā)生器元素的替換有效地改善了在臨界加工條件下，在大約650℃到725℃的溫度范圍內(nèi)的剩余極化強(qiáng)度。鉈的使用導(dǎo)致了比僅僅使用鉍作為低加工溫度下的超晶格發(fā)生器元素更好的鐵電體特性。而且，確信電容器中的鐵電體特性可以通過(guò)使用最佳的制造條件由初步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改善。例如，第一退火最好進(jìn)行五小時(shí)。正如參考上述圖1所說(shuō)明的那樣，退火不足三小時(shí)導(dǎo)致不飽和的磁滯回線，而且附加的退火增加了極化率。實(shí)例1中的樣品的總退火時(shí)間僅僅是70分鐘。當(dāng)在制造加工處理過(guò)程中嚴(yán)格地限制退火和其它熱處理步驟的溫度和持續(xù)時(shí)間時(shí)，則小心地選擇溫度、持續(xù)時(shí)間和鉈含量可以在給定的處理范圍內(nèi)使鐵電體特性最佳。而且，小心地選擇材料成分，比如電極材料的成分，可以改善鐵電體的特性。
已經(jīng)描述了僅僅使用700℃或更低的處理溫度，利用疊層超晶格材料，用來(lái)制造電子器件的方法和組合物。應(yīng)該理解附圖所示的以及本說(shuō)明書所描述的具體實(shí)施例是用于舉例的目的，不應(yīng)該解釋為限制將在隨后的權(quán)利要求書中所記載的本發(fā)明。另外，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，很明顯，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所述的具體實(shí)施例做出多種變化和改型。同時(shí)，明顯的是所述的步驟在某些實(shí)例中可按不同次序進(jìn)行；或者同等結(jié)構(gòu)和處理可以用來(lái)替代所述的各種結(jié)構(gòu)和處理；或者可以使用各種不同的尺寸規(guī)格和材料。因此，本發(fā)明應(yīng)解釋為包含在制造過(guò)程中出現(xiàn)和/或具有的每個(gè)新穎特征和新穎的特征組合，電子器件，以及電子器件制造方法。
權(quán)利要求
1．一種在集成電路中制造鐵電體器件(10)的方法，包括下列步驟提供基片(18)；提供一個(gè)包含一部分金屬成分的前體，其數(shù)量足以在前體的干燥和加熱過(guò)程中自發(fā)地形成鐵電疊層超晶格材料(30)；將所述的前體涂敷到所述的基片(18)上；干燥所述的前體，以在所述的基片(18)上形式干燥的材料；以及在600℃和725℃之間加熱所述的干燥材料，以在所述的基片(18)上產(chǎn)生包含所述金屬成分的疊層超晶格材料(30)；所述方法的特征在于所述的金屬成分之一是鉈。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其中，所述的前體包含金屬成分，其數(shù)量對(duì)應(yīng)于化學(xué)通式Am-1(S1y-xS2x)BmO3m+3，其中，S1代表鉍，S2代表鉈，2≤y≤2.4,0＜x≤y。
3．按照權(quán)利要求2的方法，其中，A代表鍶，而B代表鉭。
4．按照權(quán)利要求3的方法，其中，m=2,y=2.2。
5．按照權(quán)利要求4的方法，其中，x=0.55，而且所述的加熱步驟以低于725℃的溫度進(jìn)行。
6．按照權(quán)利要求1的方法，其中，所述的加熱步驟包括快速熱處理。
7．按照權(quán)利要求1的方法，其中，所述的加熱步驟包括退火。
8．按照權(quán)利要求7的方法，其中，所述的退火步驟包括至少三小時(shí)的退火。
9．按照權(quán)利要求8的方法，其中，所述的退火步驟包括至少五小時(shí)的退火。
10．按照權(quán)利要求1的方法，其中，所述的基片(18)包括第一電極(28)，所述方法進(jìn)一步包括在所述的疊層超晶格材料(30)上形成第二電極(32)的步驟，在所述的加熱步驟之后，形成電容器(16)，其特征在于，所述的方法包括在形成第二電極(32)之后，以低于725℃的溫度進(jìn)行第二步驟的加熱。
11．按照權(quán)利要求10的方法，其中，所述的第二加熱步驟包括退火。
12．一種集成電路中的鐵電體器件(10,70)，包括一個(gè)疊層超晶格材料(30,60)的薄膜，其特征在于所述的薄膜中含有鉈。
13．按照權(quán)利要求12的鐵電體器件(10,70)，其中，所述的薄膜包含與化學(xué)通式Am-1(S1y-xS2x)BmO3m+3相應(yīng)數(shù)量的金屬成分，其中，S1代表鉍，S2代表鉈，2≤y≤2.4,0＜x≤y。
14．按照權(quán)利要求13的鐵電體器件(10,70)，其中，A代表鍶，而B代表鉭。
15．按照權(quán)利要求14的鐵電體器件(10,70)，其中，m=2和y=2.2。
16．按照權(quán)利要求15的鐵電體器件(10,70)，其中，x=0.55。
17．一種前體，包含金屬成分，其數(shù)量足以在所述前體的干燥和加熱過(guò)程中自發(fā)地形成鐵電疊層超晶格材料(30,60)，其特征在于所述的金屬成分之一是鉈。
18．按照權(quán)利要求17的方法，其中，所述前體包含金屬成分，其數(shù)量對(duì)應(yīng)于化學(xué)通式Am-1(S1y-xS2x)BmO3m+3，其中，S1代表鉍，S2代表鉈，2≤y≤2.4,0＜x≤y。
19．按照權(quán)利要求18的前體，其中，A代表鍶，而B代表鉭。
20．按照權(quán)利要求19的前體，其中，m=2,y=2.2。
21．按照權(quán)利要求20的前體，其中，x=0.55。
全文摘要
將一種包含鉈的液態(tài)前體涂敷到第一電極(28,58)上,以低于725℃的溫度進(jìn)行烘焙,以相同的溫度進(jìn)行一至五小時(shí)的退火,以產(chǎn)生鐵電疊層超晶格材料(30,60)。成形第二電極(32,77),以形成電容器(16,72),并且以低于725℃的溫度進(jìn)行第二退火。如果所述的材料是鍶鉍鉈鉭酸鹽,在所述的前體中,每(2.2－x)摩爾當(dāng)量的鉍,就含有(m－1)摩爾當(dāng)量的鍶、x摩爾當(dāng)量的鉈、以及m摩爾當(dāng)量的鉭,其中,m=2,并且,0.0<x≤2.2。
文檔編號(hào)H01L21/8246GK1311896SQ99809086
公開日2001年9月5日 申請(qǐng)日期1999年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月24日
發(fā)明者林慎一郎, 卡洛斯·A·帕茲德阿羅 申請(qǐng)人:塞姆特里克斯公司, 松下電子工業(yè)株式會(huì)社