專利名稱：制造具有超薄頂層的層狀超點(diǎn)陣材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用薄膜層狀超點(diǎn)陣材料制造集成電路的方法，尤其是涉及一種用于改進(jìn)該薄膜的微觀結(jié)構(gòu)的處理方法。
背景技術(shù)：
目前還希望將層狀超點(diǎn)陣材料薄膜用于高密度鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FeRAM)。不過(guò)，在層狀超點(diǎn)陣材料薄膜中有一些問(wèn)題，例如與Pb(Zr，Ti)O3(PZT)薄膜相比剩余極化強(qiáng)度(Pr)較低，結(jié)晶溫度和表面粗糙度較高。特別是，層狀超點(diǎn)陣材料薄膜的粗糙性(換句話說(shuō)層狀超點(diǎn)陣材料薄膜的很高多孔性)導(dǎo)致在使層狀超點(diǎn)陣材料薄膜形成圖形的處理過(guò)程中產(chǎn)生一定損害，從而導(dǎo)致鐵電存儲(chǔ)器的可靠性較差。
已知在化學(xué)溶液沉積(CSD)處理中，層狀超點(diǎn)陣材料的電特性以及該材料的結(jié)晶性(包括表面形態(tài)、晶向等)受到烘烤處理的影響。在象涂層那樣的濕薄膜的烘烤(干燥)處理中(該烘烤處理通常在熱板上進(jìn)行)，在濕薄膜中的金屬有機(jī)物可以部分或完全分解。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)調(diào)節(jié)這些處理參數(shù)來(lái)改善表面粗糙度總是以損害極化性為代價(jià)，而極化性是鐵電的關(guān)鍵特性。因此，需要對(duì)集成電路的良好微觀結(jié)構(gòu)或很高極化性進(jìn)行選擇。
還已知紫外線輻射能夠有效輔助形成薄膜的化學(xué)反應(yīng)。例如，見(jiàn)Kamei的日本專利申請(qǐng)No.61183921；日本專利公開(kāi)No.60-128264(NEC公司)；授予Tashiro等的美國(guó)專利No.4811684；授予Eguchi等的美國(guó)專利No.4683147；日本專利公開(kāi)No.62-22420；以及A.Yamada，Y.Jia，M.Konagai和K.Takahashi的“photochemical VaporDeposition of Si/Si1-xGexStrained Layer Superlattices at 250℃”Japanese Journal of Applied Physics，Vol.27，No.11，1988年11月，pp.L2174-L2176。不過(guò)，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)UV能促進(jìn)前體的分解和提高某些結(jié)晶因子，但是也發(fā)現(xiàn)降低了極化性。因此，在集成電路的制造過(guò)程中，需要提高UV輻射的曝光和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)抑制對(duì)層狀超點(diǎn)陣材料的極化強(qiáng)度特性的不利影響。
發(fā)明簡(jiǎn)介本發(fā)明通過(guò)將超薄非鐵電電介質(zhì)材料層沉積在層狀超點(diǎn)陣材料頂部而克服了在集成電路制造中的多孔表面形態(tài)和晶向問(wèn)題。優(yōu)選是，該非鐵電電介質(zhì)超薄膜是金屬材料，其中，金屬?gòu)慕M成層狀超點(diǎn)陣材料的金屬中選擇。優(yōu)選是，層狀超點(diǎn)陣材料是鍶鉍鉭酸鹽、鍶或鉍鉭鈮酸鹽，非鐵電高電介質(zhì)材料是鉍鉭酸鹽。優(yōu)選是，超薄層的厚度為從5納米(nm)到70nm，再優(yōu)選是厚度為5nm到35nm。添加超薄電介質(zhì)層使得致密材料能在隨后的處理過(guò)程中防止降解。
本發(fā)明通過(guò)在層狀超點(diǎn)陣材料的烘烤處理過(guò)程中涉及精確劑量的紫外線(UV)輻射，并與在層狀超點(diǎn)陣材料上沉積超薄非鐵電電介質(zhì)層組合，從而克服了在集成電路制造中的多孔表面形態(tài)和晶向問(wèn)題。在烘烤過(guò)程中通過(guò)UV源產(chǎn)生的UV光子能量使金屬有機(jī)化合物分解。在金屬有機(jī)物層狀超點(diǎn)陣材料溶液中的化學(xué)鍵根據(jù)化學(xué)鍵的不同有各種特定結(jié)合能量?？紤]到這些結(jié)合能量，UV輻射源波長(zhǎng)、UV輻射功率密度和UV輻射時(shí)間選擇為能制成更平滑的層狀超點(diǎn)陣材料微結(jié)構(gòu)。在烘烤處理過(guò)程中使用UV與非鐵電材料的超薄頂層組合導(dǎo)致形成致密材料，該致密材料能在隨后的處理過(guò)程中防止降解，也有良好的極化性、較低的泄漏電流、較高的擊穿電壓以及在1010次3.0伏雙極應(yīng)力循環(huán)下無(wú)疲勞。
如上所述，非鐵電材料超薄層優(yōu)選是包括大量金屬，這些金屬是層狀超點(diǎn)陣材料薄膜中的元素。優(yōu)選是，非鐵電電介質(zhì)通過(guò)使用金屬有機(jī)沉積(MOD)溶液進(jìn)行沉積。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一單層層狀超點(diǎn)陣材料薄膜優(yōu)選是通過(guò)MOD方法進(jìn)行沉積，從而在電容器的底部電極上產(chǎn)生層狀超點(diǎn)陣材料涂層。該涂層在第一烘烤過(guò)程中受到精確劑量的UV輻射，隨后進(jìn)行普通的第二烘烤。重復(fù)這些步驟，直到層狀超點(diǎn)陣材料薄膜達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。也可選擇，在700℃下在氧中對(duì)烘烤后的層狀超點(diǎn)陣材料薄膜進(jìn)行爐退火；然后，超薄鉍鉭酸鹽層通過(guò)MOD溶液沉積在襯底上，并進(jìn)行烘烤，優(yōu)選是在第一和第二烘烤步驟中，隨后進(jìn)行爐退火。
本發(fā)明提供了一種制造集成電路的方法，該方法包括提供襯底和第一前體，該第一前體包含有效量的金屬部分，用于通過(guò)加熱該前體而形成層狀超點(diǎn)陣材料薄膜；將該第一前體涂覆在襯底上，以便形成第一涂層；處理該第一涂層，以便形成層狀超點(diǎn)陣材料薄膜；以及完成集成電路的制造，以便在該集成電路中包括至少一部分層狀超點(diǎn)陣材料薄膜；該方法的特征在于提供第二前體，該第二前體包含有效量的金屬部分，用于通過(guò)加熱該第二前體而形成非鐵電材料；將該第二前體涂覆在襯底上，以便形成第二涂層；其中，處理第一涂層包括向第一涂層施加紫外線輻射；以及處理第二涂層；從而在襯底上形成層狀超點(diǎn)陣材料薄膜和在層狀超點(diǎn)陣材料上形成非鐵電材料超薄膜；該完成處理包括完成集成電路的制造，以便在集成電路的層狀超點(diǎn)陣材料上包括至少一部分非鐵電材料超薄膜。優(yōu)選是，處理第一涂層的步驟包括第一烘烤步驟，該第一烘烤步驟包括在不超過(guò)300℃的溫度下烘烤該第一涂層，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)60分鐘，同時(shí)使涂覆的襯底受到功率密度在0.1mW/cm2和10mW/cm2之間的紫外線輻射源的輻射，持續(xù)時(shí)間在1分鐘到5分鐘之間。優(yōu)選是，處理第一涂層的步驟包括第二烘烤步驟。優(yōu)選是，第二烘烤步驟包括在不超過(guò)300℃的溫度下烘烤，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)60分鐘。優(yōu)選是，處理第一涂層的步驟包括快速熱退火。優(yōu)選是，快速熱退火在不超過(guò)800℃的溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)600秒。優(yōu)選是，快速熱退火在690℃和710℃之間的溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間在30秒和300秒之間。優(yōu)選是，處理第二涂層的步驟包括快速熱退火。優(yōu)選是，第二前體包括MOD前體。優(yōu)選是，層狀超點(diǎn)陣材料包括鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽，非鐵電材料包括鉍鉭酸鹽。優(yōu)選是，紫外線輻射源的功率密度為0.73mW/cm2。優(yōu)選是，紫外線輻射源的波長(zhǎng)在200nm至300nm之間。優(yōu)選是，紫外線輻射源的波長(zhǎng)為254nm。優(yōu)選是，超薄膜的厚度小于40nm，最優(yōu)選是在5nm和20nm之間。
另一方面，本發(fā)明提供了一種鐵電存儲(chǔ)元件，它包括襯底形成于該襯底上的鐵電層狀超點(diǎn)陣材料薄膜，該層狀超點(diǎn)陣材料包括第一金屬和不同于該第一金屬的第二金屬；形成于鐵電層狀超點(diǎn)陣材料上的非鐵電電介質(zhì)材料超薄膜，該非鐵電材料包括第一和第二金屬；以及形成于該超薄膜上的電極。優(yōu)選是，層狀超點(diǎn)陣材料包括鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽，超薄膜包括鉍鉭酸鹽。優(yōu)選是，該超薄膜的厚度小于40nm，最優(yōu)選是在5nm和20nm之間。
在形成層狀超點(diǎn)陣材料中使用UV與采用層狀超點(diǎn)陣材料的至少兩個(gè)元素的超薄電介質(zhì)頂層相結(jié)合提供了能夠耐隨后的集成處理的致密無(wú)孔材料以及具有良好電子特性的鐵電材料。通過(guò)下面的說(shuō)明并結(jié)合附圖，可以清楚本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1表示了本發(fā)明的集成電路的剖視圖；圖2表示了晶片的俯視圖，在該晶片上放大表示了通過(guò)本發(fā)明方法制造的薄膜電容器；圖3是圖2的電容器穿過(guò)線4-4的剖視圖；圖4是表示SrBi2Ta2O9薄膜層試樣的極化強(qiáng)度(單位為微庫(kù)侖每平方厘米)與施加的場(chǎng)(單位為千伏每平方厘米)之間的關(guān)系的曲線圖，在SrBi2Ta2O9薄膜層的烘烤過(guò)程中，該SrBi2Ta2O9薄膜層受到嚴(yán)格的UV輻射，且它有鉍鉭酸鹽的超薄頂層；圖5是根據(jù)本發(fā)明用于制造集成電路的方法的流程圖；圖6是表示如圖3所示利用SrBi2Ta2O9作為鐵電材料和利用鉍鉭酸鹽作為超薄頂層的鐵電電容器的2Pr+和2Pr-與轉(zhuǎn)換循環(huán)數(shù)的關(guān)系的曲線圖；以及圖7是表示如圖3所示利用SrBi2Ta2O9作為鐵電材料和利用鉍鉭酸鹽作為超薄頂層的鐵電電容器的極化強(qiáng)度與正負(fù)轉(zhuǎn)換循環(huán)數(shù)的關(guān)系的PUND曲線圖。
具體實(shí)施例方式
1.綜述圖1表示了集成電路40的一部分的剖視圖，該集成電路40部分表示了可以采用本發(fā)明的集成電路。集成電路部分40是單晶體管、單鐵電電容器的存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元。集成電路部分40包括形成于襯底30上的晶體管42和電容器44。優(yōu)選是，襯底30包括半導(dǎo)體，例如硅、砷化鎵、硅鍺或其它半導(dǎo)體，并可以包括其它襯底材料，例如紅寶石、玻璃或氧化鎂。在優(yōu)選實(shí)施例中，襯底30為硅半導(dǎo)體晶片。場(chǎng)氧化區(qū)域(field oxide region)78形成于半導(dǎo)體襯底30的表面上。半導(dǎo)體襯底30包括形成于摻雜溝道(doped channel)區(qū)域43周圍的高摻雜源極(doped sorce)區(qū)域54和高摻雜漏極(doped drain)區(qū)域56。優(yōu)選是，摻雜源極區(qū)域54、漏極區(qū)域56和溝道區(qū)域43為n型摻雜區(qū)域。包括高介電常數(shù)絕緣體薄膜的柵絕緣體(gate insulator)60位于半導(dǎo)體襯底30上，并在溝道區(qū)域43上面。柵絕緣體60的厚度在從1納米(nm)到50nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選是從5nm到20nm。源極區(qū)域54、漏極區(qū)域56、溝道區(qū)域43、柵絕緣體60和柵電極58一起形成MOSFET42。
優(yōu)選是由硼摻雜磷-硅酸鹽玻璃(BPSG)制成的第一層間電介質(zhì)(ILD)層76布置在半導(dǎo)體襯底30和場(chǎng)氧化區(qū)域78上。ILD76的圖形為形成分別通向源極區(qū)域54和漏極區(qū)域56的通道70、64。插頭68、62是電導(dǎo)體，通常包括多晶硅或鎢。本發(fā)明的電子傳導(dǎo)緩沖/擴(kuò)散阻擋層46布置在與插頭62電接觸的ILD76上。擴(kuò)散阻擋層例如由IrO2制成，通常厚度為1nm至30nm，優(yōu)選是從1nm到5nm。
如圖1所示，底部電極層48布置在擴(kuò)散阻擋層46上，優(yōu)選是該底部電極包含未氧化貴重金屬，例如鉑、鈀、銀和金。金屬例如鋁、鋁合金、鋁硅合金、鋁鎳合金、鎳合金、銅合金和鋁銅合金也可以用于電介質(zhì)或鐵電存儲(chǔ)器的電極。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一電極48由鉑制成，厚度為200nm。優(yōu)選是，它還包括至少一個(gè)粘結(jié)劑層(未示出)，例如鈦，以便提高該電極與相鄰底層或上層電路的粘接。根據(jù)本發(fā)明包括鐵電高介電常數(shù)絕緣體薄膜的層狀超點(diǎn)陣材料層50布置在底部電極層48上。層狀超點(diǎn)陣材料層50的厚度在5nm到500nm范圍內(nèi)，優(yōu)選是從30nm到100nm內(nèi)。在該層狀超點(diǎn)陣材料50的頂部形成包括大量金屬的非鐵電電介質(zhì)材料51，這些金屬是層狀超點(diǎn)陣材料50中的元素。優(yōu)選是由鉑制成且厚度為200nm的頂部電極層52形成于層狀超點(diǎn)陣材料層50上。第一電極層48、層狀超點(diǎn)陣材料層50、超薄膜51和頂部電極層52一起形成存儲(chǔ)電容器44。擴(kuò)散阻擋層46防止金屬原子和氧從層狀超點(diǎn)陣材料層50和底部電極48擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底30中。優(yōu)選是由未摻雜硅酸鹽玻璃(NSG)制成的第二層間電介質(zhì)層(ILD)80布置成覆蓋ILD76、緩沖/擴(kuò)散層46和電介質(zhì)存儲(chǔ)電容器44。PSG膜或BPSG膜或其它合適鈍化材料也可用于層80中。根據(jù)本發(fā)明，ILD76和ILD80也可以層狀超點(diǎn)陣材料制成。ILD80形成一定圖形，以便形成通向插頭68的通道72。金屬線路膜布置成覆蓋ILD80和充滿通道72，任何形成一定圖形，從而形成源極線路74和頂部電極線路66。線路74、66優(yōu)選是包括Al-Si-Cu標(biāo)準(zhǔn)互連金屬，厚度為大約200nm至300nm。
應(yīng)當(dāng)知道，在集成電路領(lǐng)域中，術(shù)語(yǔ)“襯底”通常有多種意思。通常，它用于指硅、砷化鎵或其它晶片，例如圖1的30，集成電路在它上面制造。有時(shí)，該術(shù)語(yǔ)用于指集成電路的不完全(incomplete)部分，特定層形成于該部分上。例如，在這個(gè)意義上，圖1中上面形成電容器44的襯底28是通過(guò)層46的不完全集成電路。另外，術(shù)語(yǔ)“襯底”也用于指上面形成材料的中間層。在這個(gè)意義上，層46是上面形成電容器44的中間襯底。在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“襯底”廣泛用于指上面形成其它層的任意層。當(dāng)例如圖1中的層狀超點(diǎn)陣材料層50是當(dāng)前介紹的層時(shí)，那么襯底49通常是指第一電極48以及在該第一電極48下面的所有不完全集成電路的層。
這里的方位術(shù)語(yǔ)例如“向上”、“向下”、“上面”、“頂部”、“上側(cè)”、“低于”、“頂部”和“底側(cè)”的意思是相對(duì)于半導(dǎo)體襯底30。也就是，如果第二元件在第一元件“上面”，意思是它離襯底更遠(yuǎn)；如果它是在另一個(gè)元件的“下面”，那么意思是它比該另一元件更靠近半導(dǎo)體襯底30。向上方向?yàn)樨?fù)的材料梯度的意思是橫向部分在遠(yuǎn)離半導(dǎo)體襯底30時(shí)材料更少。術(shù)語(yǔ)例如“上面”和“下面”自身并不表示一層與底層直接接觸。
半導(dǎo)體襯底30的長(zhǎng)度尺寸確定了一平面，該平面認(rèn)為是“水平”平面，垂直于該平面的方向認(rèn)為是“垂直”方向。術(shù)語(yǔ)“橫向”是指薄膜的扁平平面方向，也就是平行于水平方向的方向。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“薄膜”的意思與在集成電路領(lǐng)域中所用的相同。通常，它意味著膜的厚度小于一微米。在然后情況下，這里所述的薄膜的厚度小于0.5微米。優(yōu)選是，鐵電薄膜50為100nm至300nm厚，更優(yōu)選是為100nm至200nm厚。集成電路領(lǐng)域的薄膜不應(yīng)當(dāng)與微電容領(lǐng)域的層狀電容器混淆，該層狀電容器由完全不同的方法形成，這與集成電路領(lǐng)域不一致。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“超薄膜”的意思是膜的厚度小于70nm，優(yōu)選是50nm或更薄。最優(yōu)選是，根據(jù)本發(fā)明，超薄膜的厚度為35nm或更薄。
應(yīng)當(dāng)知道，集成電路部分40僅僅是實(shí)例。如本領(lǐng)域所知，鐵電集成電路存儲(chǔ)器通常復(fù)雜得多，不過(guò)，未示出這些復(fù)雜情況并不會(huì)使本發(fā)明不能覆蓋本領(lǐng)域已知的各種情況。本發(fā)明可以用于任何鐵電存儲(chǔ)器，包括使用鐵電電容器的其它設(shè)計(jì)和使用鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
參考圖2，圖中表示了包含多個(gè)電容器102、106、150等的晶片120。圖2是晶片120的俯視圖，根據(jù)本發(fā)明制成的薄膜電容器102、106、150等放大表示在該晶片120上。圖3是圖2的一部分沿線3-3切開(kāi)電容器150的剖視圖。集成電路電容器150優(yōu)選是形成于襯底90上，該襯底90可以為硅、砷化鎵、紅寶石或其它半導(dǎo)體，或者絕緣體，例如玻璃或氧化鎂(MgO)，或者其它材料，在所述優(yōu)選實(shí)施例中，它是直徑為大約15-20厘米的P-型硅晶片。優(yōu)選是，它為單晶。大約500nm的氧化硅層92通過(guò)普通方法生長(zhǎng)于硅晶片90上面，鈦粘接層96再沉積在二氧化硅層92上面。鈦粘接層96的功能是作為粘接金屬，防止鉑部件從氧化層上剝離。鉭、銥和氧化銥也可用作粘接材料。鈦或其它粘接材料通常濺射成厚度為10nm到20nm范圍，然后通過(guò)在粘接層96上面濺射100nm至200nm的鉑而形成第一電極48。這兩層96和48優(yōu)選是通過(guò)普通離子濺射技術(shù)形成，例如DC磁控管濺射或射頻濺射。然后，該不完全裝置在氧爐中退火，優(yōu)選是在650℃下進(jìn)行30分鐘。在氧中退火首先用于使鈦層96中的鈦穩(wěn)定。該不完全裝置形成襯底49，層狀超點(diǎn)陣材料50形成于該襯底49上。
層狀超點(diǎn)陣材料層50優(yōu)選是由有介電和/或鐵電特征的材料形成。層狀超點(diǎn)陣材料層50如下面詳細(xì)所述制成，優(yōu)選是厚度小于大約400nm，更優(yōu)選是小于200nm。層50可以為鈣鈦礦，例如鋇鍶鈦酸鹽或鍶鈦酸鹽。更優(yōu)選是，層50是層狀超點(diǎn)陣材料，最優(yōu)選是鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽。
全部類型的層狀超點(diǎn)陣材料可以由下面的平均經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)概括(1)A1w1+a1A2w2+a2…Ajwj+ajS1x1+s1S2x2+s2…Skxk+skB1y1+b1B2y2+b2…B1y1+b1Qz-2應(yīng)當(dāng)知道，公式(1)指形成超點(diǎn)陣部分的化學(xué)當(dāng)量平衡表。公式(1)并不表示晶胞結(jié)構(gòu)，也不是試圖指定各層的成分。在公式(1)中，A1、A2…Aj優(yōu)選是表示在鈣鐵礦狀八面體結(jié)構(gòu)中的A位置元素，它包括例如鍶、鈣、鋇、鉍、鉛等元素和它們的混合物以及類似離子半徑的其它金屬。S1、S2…Sk表示超點(diǎn)陣產(chǎn)生元素，它們優(yōu)選是只包括鉍，但是也可以包括三階材料，例如釔、鈧、鑭、銻、鉻和鉈。B1、B2…B1優(yōu)選是表示在鈣鐵礦狀八面體結(jié)構(gòu)中的B位置元素，它可以是例如元素鈦、鉭、鉿、鎢、鈮、釩、鋯以及其它元素。Q表示陰離子，它優(yōu)選是氧，但是也可以是其它元素，例如氟、氯以及這些元素的雜合物，例如氟氧化物、氯氧化物等。公式(1)的上標(biāo)表示各元素的化合價(jià)。下標(biāo)表示在經(jīng)驗(yàn)公式混合物中特定元素的原子數(shù)。對(duì)于晶胞，下標(biāo)表示元素在晶胞中的平均原子數(shù)。下標(biāo)可以是整數(shù)或分?jǐn)?shù)。也就是，公式(1)包括晶胞可以在整個(gè)材料中變化的情況，例如，在Sr.75Ba.25Bi2Ta2O9中，平均75％的A位置原子為Sr，25％的A位置原子為Ba。當(dāng)在化合物中只有一個(gè)A位置元素時(shí)，它由“A1”元素表示，w2…Wj都等于零。當(dāng)在化合物中只有一個(gè)B位置元素時(shí)，它由“B1”元素表示，y2…y1都等于零，超點(diǎn)陣產(chǎn)生元素也是這樣。實(shí)際情況是有一個(gè)或兩個(gè)B位置元素，盡管公式(1)寫(xiě)成更通用形式，因?yàn)楸景l(fā)明將包括A位置元素、B位置元素以及超點(diǎn)陣產(chǎn)生元素可以為多個(gè)元素的情況下。Z值由以下等式獲得(2)(a1w1+a2w2…+ajwj)+(s1x1+s2x2…+skxk)+(b1y1+b2y2…+bjyj)＝2z層狀超點(diǎn)陣材料并不是包括任何可適應(yīng)公式(1)的材料，而是只有在結(jié)晶過(guò)程中自身能夠自動(dòng)形成一層明顯結(jié)晶層的成分。該自動(dòng)結(jié)晶通常借助于對(duì)成分混合物進(jìn)行熱處理或退火。提高溫度有助于將超點(diǎn)陣形成部分整理成有利于熱動(dòng)力的結(jié)構(gòu)，例如鈣鈦礦狀八面體。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“層狀超點(diǎn)陣材料”也包括摻雜的層狀超點(diǎn)陣材料。也就是，任何包含于公式(1)中的材料都可以通過(guò)多種材料進(jìn)行摻雜，例如硅、鍺、鈾、鋯、錫、鉻、鏑或鉿。
公式(1)至少包括所有三個(gè)Smolenskii型鐵電層狀超點(diǎn)陣材料，即它們有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式(3)Am-1S2BmO3m+3；(4)Am+1BmO3m+1；以及(5)AmBmO3m+2其中，A是在鈣鈦礦狀超點(diǎn)陣中的A位置金屬；B是在鈣鈦礦狀超點(diǎn)陣中的B位置金屬；S是三階超點(diǎn)陣產(chǎn)生金屬，例如鉍或鉈；而m是足以平衡整個(gè)公式電荷的數(shù)。當(dāng)m是分?jǐn)?shù)時(shí)，該總體平均經(jīng)驗(yàn)公式提供了多個(gè)不同或混合的鈣鈦礦狀層。公式(5)最優(yōu)選。層狀超點(diǎn)陣材料在美國(guó)專利No.5519234中進(jìn)行了更詳細(xì)的介紹，該專利No.5519234的
公開(kāi)日為1996年5月21日，授予CarlosA.Pazde Araujo等，該專利文獻(xiàn)整個(gè)被本文參引。也包含在總體術(shù)語(yǔ)“層狀超點(diǎn)陣材料”的混合層狀超點(diǎn)陣材料在美國(guó)專利No.5955754中詳細(xì)說(shuō)明，該專利No.5955754的
公開(kāi)日是1999年9月21日，授予Azuma等，該專利文獻(xiàn)也被本文參引。
層狀超點(diǎn)陣材料層50通過(guò)MOD處理而覆蓋在襯底上。MOD處理包括作為前體的羧酸鹽或烷氧基羧酸鹽，也可以包括醇鹽。通常，在MOD處理中，第一金屬、乙醇和羧酸進(jìn)行反應(yīng)，以便形成金屬烷氧基羧酸鹽，然后，該金屬烷氧基羧酸鹽再與第二金屬的醇鹽和/或羧酸鹽反應(yīng)，以便形成前體。上述MOD處理在美國(guó)專利No.5514822中公開(kāi)，該專利No.5514822的
公開(kāi)日為1996年5月7日，授予McMillan等，該專利文獻(xiàn)整個(gè)被本文參引。在本發(fā)明的另一方面，第一層狀超點(diǎn)陣材料層50通過(guò)Sol-Gel處理而覆蓋在襯底上。如本領(lǐng)域公知，Sol-Gel處理總是只包括醇鹽前體。
回到圖3，第二層51優(yōu)選是通過(guò)MOD處理而沉積在第一層狀超點(diǎn)陣材料層50的頂部。層51是非鐵電電介質(zhì)材料，有大量金屬元素，這些金屬元素與層狀超點(diǎn)陣材料50中的金屬元素相同。例如，當(dāng)層狀超點(diǎn)陣材料50是鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽時(shí)，層51優(yōu)選是鉍鉭酸鹽。層51將如下所述進(jìn)行烘烤和退火。然后，再通過(guò)普通離子濺射技術(shù)而將優(yōu)選是由厚度為1000到2000的鉑形成的第二電極52形成于層51的頂部。
2.制造方法的詳細(xì)說(shuō)明圖5表示了用于制造如圖1-3所示的集成電路的本發(fā)明示例方法。步驟210優(yōu)選是包括提供襯底，該襯底包括晶片90、SiO2層92、鈦粘接劑層96和第一電極48。這些部件對(duì)本發(fā)明并不重要，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，步驟210通常還包括將任意襯底制成到可以施加層狀超點(diǎn)陣材料層50時(shí)的狀態(tài)。層92、96以及電極48也通過(guò)普通方法施加，例如對(duì)SiO2的熱氧化和對(duì)金屬層的濺射。優(yōu)選是，層96在氧環(huán)境下在650℃的爐中進(jìn)行熱氧化30分鐘。優(yōu)選是，第一電極通過(guò)DC濺射而在氧化層96的頂部沉積至厚度為200nm。更優(yōu)選是，步驟210還包括在溫度高于或等于在后面所述的任意隨后步驟中對(duì)該襯底進(jìn)行處理的溫度的情況下對(duì)包括電極48的金屬化襯底進(jìn)行預(yù)烘烤。優(yōu)選是，該預(yù)烘烤在氧氣中進(jìn)行，優(yōu)選是在進(jìn)行步驟212之前在溫度為500℃至1000℃的擴(kuò)散爐中進(jìn)行。該預(yù)烘烤步驟從襯底表面除去水和有機(jī)物雜質(zhì)。更重要的是，預(yù)烘烤通過(guò)它的退火作用而減小了鉑層48的內(nèi)部應(yīng)力，并減小了局部氧化和粘接層96金屬的相互擴(kuò)散。
層92、96和48之間的相互作用減小了潛在的、層96和48剝離的問(wèn)題。而且，當(dāng)粘接層96是過(guò)渡金屬時(shí)，局部氧化使得金屬的化學(xué)性能穩(wěn)定。因此，通過(guò)鉑層48透入到層狀超點(diǎn)陣材料層50薄膜中的活動(dòng)原子的數(shù)目減小，層狀超點(diǎn)陣材料層50薄膜的結(jié)晶更平滑，即沒(méi)有由于擴(kuò)散的離子而引起的缺陷。當(dāng)襯底不氧化時(shí)，硅或其它晶片優(yōu)選是在低溫下進(jìn)行脫水。
步驟212包括制備液體前體溶液，該液體前體溶液能夠形成作為鐵電材料的層狀超點(diǎn)陣材料層50。優(yōu)選是，該前體溶液的成分反應(yīng)了考慮制造過(guò)程中的蒸發(fā)和升華損失后在化學(xué)當(dāng)量晶體公式中的多氧烷基化(polyoxyalkylated)金屬的摩爾濃度比例。而且，反應(yīng)產(chǎn)物優(yōu)選是稀釋到這樣的摩爾濃度，即每升溶液產(chǎn)生0.01至0.5摩爾的合適層狀超點(diǎn)陣材料化合物。更優(yōu)選是，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度為0.10摩爾濃度。步驟212的層狀超點(diǎn)陣材料通過(guò)MOD處理施加在步驟210中的襯底上。優(yōu)選是，通過(guò)使襯底以大約1000RPM至大約3000RPM的速度旋轉(zhuǎn)最優(yōu)選是為2500RPM，同時(shí)在室溫下使前體流到襯底上并持續(xù)20秒至60秒，優(yōu)選是持續(xù)30秒，從而涂覆該溶液。不過(guò)，這些參數(shù)可以根據(jù)前體的粘性和膜的合適厚度而變化。該MOD技術(shù)用于使均勻的、前體溶液的液體薄膜覆蓋襯底的表面。
然后在空氣或干氮?dú)庵泻婵緦?0，優(yōu)選是在120℃至500℃的溫度下，并持續(xù)一定時(shí)間。在該第一烘烤過(guò)程中，向?qū)?0施加UV輻射。然后在更高溫度下進(jìn)行隨后的烘烤步驟。然后，層50再在675℃至700℃的溫度下進(jìn)行快速熱退火，優(yōu)選是最大時(shí)間為40秒。當(dāng)所形成的表面不是合適厚度時(shí)，可以再重復(fù)進(jìn)行沉積、烘烤和快速熱退火的步驟，直到獲得合適厚度。
步驟214包括使由步驟212得到的液體前體膜干燥。前體溶液的液體薄膜通過(guò)在空氣中在大約120℃至大約500℃的溫度下(最優(yōu)選為160℃)進(jìn)行烘烤而干燥，持續(xù)時(shí)間足以從液體薄膜中除去基本全部可揮發(fā)有機(jī)物材料并生成固體層狀超點(diǎn)陣材料薄膜50，例如為30秒至30分鐘，最優(yōu)選是1分鐘。多步驟干燥方法用于防止薄膜由于與過(guò)快溫度升高相對(duì)應(yīng)的過(guò)大容積收縮而產(chǎn)生裂紋和氣泡。步驟214涉及本發(fā)明的關(guān)鍵元素，即層狀超點(diǎn)陣材料層50在有紫外線輻射的情況下下進(jìn)行烘烤。特別是，層狀超點(diǎn)陣材料層50在有一定紫外線(UV)輻射的情況下進(jìn)行，該紫外線輻射足以幫助在烘烤前體溶液的金屬有機(jī)物粘接劑或其它有機(jī)化合物時(shí)的烘烤處理。在金屬有機(jī)物鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽前體溶液中的化學(xué)鍵根據(jù)各化學(xué)鍵有各種特定結(jié)合能量。因此，在總體考慮這些結(jié)合能量之后，使用的UV輻射必須認(rèn)真選擇。在選擇用于層狀超點(diǎn)陣材料層50的最有效UV輻射中涉及的參數(shù)是UV波長(zhǎng)、UV功率密度和UV輻射時(shí)間和處理順序。這些參數(shù)在層狀超點(diǎn)陣材料層50的烘烤處理過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化，以便生成平滑表面形態(tài)，同時(shí)不會(huì)犧牲層狀超點(diǎn)陣材料50的剩余極化強(qiáng)度性能。重要的是，UV預(yù)計(jì)量(也就是在該處理中使用的總UV能量)將進(jìn)行如下仔細(xì)控制。
UV輻射源的UV波長(zhǎng)在200nm至300nm之間，UV輻射時(shí)間從1分鐘到5分鐘，功率密度從0.1mW/cm2到10mW/cm2。更優(yōu)選是，UV輻射源的UV波長(zhǎng)為260nm，UV輻射時(shí)間為4分鐘，UV功率密度為1mW/cm2。
在步驟216中，利用第二烘烤處理，因此通過(guò)在空氣中在250℃至500℃溫度下(最優(yōu)選是260℃)烘烤薄膜一定時(shí)間，例如30秒至30分鐘(最優(yōu)選是4分鐘)，從而使該薄膜干燥。也可選擇，在該烘烤中使用UV，不過(guò)如果這樣，在第一烘烤中使用的UV應(yīng)當(dāng)減少，以便仍然在UV預(yù)計(jì)值內(nèi)。干燥步驟214和216在空氣或氮?dú)庵羞M(jìn)行，優(yōu)選是在大約40％或更低濕度下。步驟218是干燥的層狀超點(diǎn)陣材料的快速熱退火。例如，對(duì)于鍶鉍鉭酸鹽，在步驟214和216的兩個(gè)干燥階段后，可以在100℃/秒的速度和最大溫度為725℃的情況下進(jìn)行快速熱退火30秒。更優(yōu)選是，快速熱退火的溫度為675℃和700℃之間，并在氧環(huán)境中持續(xù)30秒。來(lái)自鹵素?zé)?、紅外線燈或紫外線燈的輻射提供了快速熱退火烘烤步驟的熱源。優(yōu)選是，快速熱退火步驟218在20％至100％的氧的氧環(huán)境中進(jìn)行，并在500℃至850℃之間的溫度下，同時(shí)速度為1℃/秒至200℃/秒之間，保持時(shí)間為5秒至300秒。實(shí)際上，在快速熱退火處理過(guò)程中，所有的殘余有機(jī)物都燒掉和/或蒸發(fā)掉。同時(shí)，快速熱退火的快速溫度升高促進(jìn)了成核作用，即層50產(chǎn)生大量很小的晶粒。這些晶粒作為晶核，通過(guò)該晶核將進(jìn)一步結(jié)晶。在烘烤處理中存在氧對(duì)形成這些晶粒很重要。重復(fù)步驟212、214、216和218，直到層狀超點(diǎn)陣材料獲得合適厚度。
步驟220是可選擇地在襯底上進(jìn)行的爐退火。在步驟220中，爐結(jié)晶退火在形成圖形的集成電路上進(jìn)行，以便在由步驟212、214、216和218形成的層狀超點(diǎn)陣材料50的干燥層中形成晶粒。該可選擇的退火優(yōu)選是在從大約700℃至大約850℃的溫度下在氧中進(jìn)行80分鐘。
步驟222包括制備第二液體前體溶液，該第二液體前體溶液能夠形成非鐵電材料51的超薄層。液體前體溶液優(yōu)選是在有機(jī)溶劑中包括各種polyoxyalkylated金屬部分。而且，反應(yīng)產(chǎn)物稀釋到使每升溶液有0.01至0.5摩爾所希望的非鐵電材料的摩爾濃度。最優(yōu)選是，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度為0.05摩爾濃度。步驟222的非鐵電材料通過(guò)MOD處理而施加在步驟210的襯底上。優(yōu)選是，通過(guò)使襯底以大約1000RPM至大約3000RPM的速度(最優(yōu)選是3000RPM)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使前體在室溫下流到襯底上，并持續(xù)大約20至60秒(優(yōu)選是30秒)，從而施加該溶液。不過(guò)，這些參數(shù)可以根據(jù)前體的粘性以及所希望的超薄膜厚度而變化。該MOD方法用于將均勻的液體前體溶液薄膜涂覆在襯底表面上。
步驟224包括使由步驟222形成的液體前體膜干燥。前體溶液的液體超薄膜通過(guò)在空氣中在大約150℃至大約500℃的溫度下(最優(yōu)選為160℃)進(jìn)行烘烤而干燥，持續(xù)一定時(shí)間，例如為30秒至30分鐘，最優(yōu)選是1分鐘。所需時(shí)間必須足以從前體化合物中除去基本全部可揮發(fā)有機(jī)物組分。多步驟干燥方法用于防止薄膜由于與過(guò)快溫度升高相對(duì)應(yīng)的過(guò)大容積收縮而產(chǎn)生裂紋和氣泡。
在步驟216中，利用第二烘烤處理，因此通過(guò)在空氣中在250℃至大約500℃溫度下(最優(yōu)選是260℃)烘烤超薄膜一定時(shí)間，例如30秒至30分鐘(最優(yōu)選是4分鐘)，從而使該超薄膜干燥。干燥步驟224和226在空氣或氮?dú)庵羞M(jìn)行，優(yōu)選是在大約40％或更低濕度下。步驟228是干燥的層狀超點(diǎn)陣材料的快速熱退火。步驟228的處理?xiàng)l件與步驟218相同。
步驟230是可選擇的爐退火，該爐退火在襯底上進(jìn)行，以便在由步驟222、224、226和228形成的非鐵電材料干燥超薄層51中形成晶粒。該可選擇的退火優(yōu)選是在從大約700℃至大約850℃的溫度下在氧中進(jìn)行80分鐘。
步驟232包括通過(guò)任意普通方法濺射第二電極52，例如DC磁控管濺射或射頻濺射。步驟234包括普通濺射裝置，用于形成所需集成電路的類似電路部件。特別是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，步驟234優(yōu)選是包括施加正或負(fù)光阻抗蝕劑，隨后通過(guò)模板進(jìn)行輻射。在步驟238中，在襯底上進(jìn)行蝕刻和光阻抗蝕劑的灰化處理，以便除去光阻抗蝕劑涂層。優(yōu)選是，步驟234和236包括使層狀超點(diǎn)陣材料50、超薄膜層51和第一電極48形成圖形。在步驟240中，恢復(fù)退火在氧中在700℃下進(jìn)行30分鐘時(shí)間。在步驟250中，完成集成電路以包括在集成電路的電子部件中由超薄非鐵電膜51覆蓋的鐵電層狀超點(diǎn)陣材料50，例如電容器44。
3.制造方法和相關(guān)性能的實(shí)例下面給出根據(jù)本發(fā)明用于圖2和3所示晶片120的制造方法的實(shí)例。
實(shí)例1通過(guò)MOD沉積鍶鉍鉭酸鹽以及利用UV輻射對(duì)鉍鉭酸鹽頂層進(jìn)行烘烤在晶片49上制造包括鍶鉍鉭酸鹽(Sr0.9Bi2.2Ta2O9)的層狀超點(diǎn)陣材料層50。使用在美國(guó)獲得的、日本Kojundo公司制成的KJC-MOD鍶鉍鉭酸鹽前體。該前體溶液的摩爾濃度為大約0.1摩爾每升。包括單晶硅層90、5000厚的二氧化硅層92、200厚的鈦層96和2000厚的鉑層48的襯底49在800℃下在擴(kuò)散爐中進(jìn)行預(yù)烘烤30分鐘，同時(shí)氧的流量為6升/分鐘。前體溶液通過(guò)MOD沉積在襯底49上。襯底49在2500RPM下旋轉(zhuǎn)30秒。然后，涂覆的襯底再置于熱板上，并在160℃下在空氣中烘烤1分鐘，同時(shí)暴露在UV輻射源下。UV輻射源嚴(yán)格控制和調(diào)節(jié)，以便發(fā)射254nm的UV光。而且，該UV輻射源的功率密度控制為0.73mW/cm2。在該烘烤處理過(guò)程中，UV輻射時(shí)間為4分鐘。然后，襯底和涂層在260℃下在空氣中烘烤4分鐘。該襯底和烘烤的涂層再在260℃下在空氣中烘烤4分鐘。該襯底和烘烤的磁體再傳送給快速熱退火裝置，然后在700℃下以100℃/秒的速度在氧中進(jìn)行快速熱退火，并保持30秒時(shí)間。從沉積到快速熱退火的步驟再重復(fù)兩次。
涂覆的襯底傳送給沉積室，然后，具有公式為Bi1.1Ta1.0O4的鉍鉭酸鹽超薄層通過(guò)MOD方法沉積在層50的頂部。超薄前體溶液的摩爾濃度為大約0.05摩爾每升。襯底49在3000RPM下旋轉(zhuǎn)30秒。然后，試樣傳送給熱板，并在160℃下在空氣中對(duì)襯底進(jìn)行1分鐘的烘烤處理。隨后在260℃下在空氣中進(jìn)行4分鐘的第二烘烤。然后，該涂覆的襯底再傳送給快速熱退火裝置，然后在700℃下在氧中以100℃/秒的速度進(jìn)行快速熱退火，保持時(shí)間為30秒。然后，涂覆的襯底傳送給快速爐，并在700℃溫度下在氧環(huán)境中進(jìn)行爐退火60分鐘。
然后，涂覆的襯底傳送給沉積室，并濺射第二電極52，施加抗蝕劑，隨后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光模板處理，并進(jìn)行離子磨蝕刻。在形成圖形的步驟后再進(jìn)行灰化處理。晶片120再傳送給快速爐，并在700℃溫度下在氧環(huán)境中進(jìn)行爐退火60分鐘。最后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)退火。鍶鉍鉭酸鹽層的最終厚度為2000A。與現(xiàn)有技術(shù)的制造方法相比，本發(fā)明的該方面能制成更光滑表面形態(tài)的層狀超點(diǎn)陣材料。最終，如下面介紹的、圖4、6和7的曲線圖所示，電子性能很好。
圖4表示了在實(shí)例1中具有鉍鉭酸鹽超薄層的Sr0.9Bi2.2Ta2O9試樣的初始磁滯曲線。圖4的磁滯曲線表示了在y軸上的極化強(qiáng)度(單位為微庫(kù)侖每平方厘米μC/cm2)VS對(duì)于±1伏、±3伏和±5伏電壓循環(huán)的施加場(chǎng)(單位為千伏c(diǎn)m2)。磁滯測(cè)量在無(wú)補(bǔ)償Sawyer-Tower電路上進(jìn)行。眾所周知，表示良好鐵電性能的磁滯曲線將為沿極化強(qiáng)度方向相對(duì)寬和高，而表示細(xì)和成線性。實(shí)例1中所制成的、包括控制使用UV和在鍶鉍鉭酸鹽鐵電層上的鉍鉭酸鹽頂層的裝置的磁滯曲線表示了極好的鐵電性能。
圖6是Pr+、Pr-和2Pr VS由實(shí)例1的方法制造的鐵電電容器的轉(zhuǎn)換循環(huán)次數(shù)。曲線表示了在y軸上的極化強(qiáng)度(單位為為微庫(kù)侖每平方厘米μC/em2)VS在x軸上的轉(zhuǎn)換循環(huán)次數(shù)。極化電荷2Pr是通過(guò)使電容器例如150從沿一個(gè)方向(所述為垂直向上的方向)完全極化的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成沿相反方向(為垂直向下的方向)完全極化的狀態(tài)而產(chǎn)生的電荷。這里，“完全極化”的意思是當(dāng)鐵電材料完全極化且除去場(chǎng)時(shí)的狀態(tài)。根據(jù)例如圖4中所示的磁滯曲線，它是在當(dāng)磁滯曲線與正極化軸(y軸)相交時(shí)的點(diǎn)Pr+和當(dāng)磁滯曲線與負(fù)極化軸(y軸)相交時(shí)的點(diǎn)Pr-之間的區(qū)別。當(dāng)沒(méi)有其它說(shuō)明時(shí)，Pr+、Pr-和2Pr的值是在最高壓力下從磁滯測(cè)量值中獲得。循環(huán)定義為電容器例如150通過(guò)一個(gè)方脈沖進(jìn)行的轉(zhuǎn)換。極化強(qiáng)度2Pr近似為剩余極化強(qiáng)度Pr的兩倍。極化性不僅很高，而且非常平，直到109才顯示稍微疲勞(fatigue)。實(shí)際上，對(duì)于任何鐵電材料，最平的曲線表示最佳疲勞結(jié)果。
圖7是沿y軸的極化強(qiáng)度(單位為微庫(kù)侖每平方厘米μC/cm2)VS沿x軸的轉(zhuǎn)換循環(huán)的次數(shù)的PUND曲線圖。PUND曲線通過(guò)這樣以普通方式產(chǎn)生，即首先以負(fù)方向的脈沖起動(dòng)試樣，然后對(duì)一串四個(gè)電壓脈沖測(cè)量極化強(qiáng)度，這四個(gè)電壓脈沖給定的測(cè)量脈沖為正(P)脈沖、第二正脈沖或向上(U)脈沖、負(fù)(N)脈沖、以及另一負(fù)脈沖或向下(D)脈沖。所有脈沖有相同的絕對(duì)幅值。起始的負(fù)脈沖保證材料以負(fù)極化強(qiáng)度開(kāi)始。因此第一正脈沖(P)使材料轉(zhuǎn)變成正極化強(qiáng)度。因?yàn)樵嚇右呀?jīng)正極化，第二脈沖或“U”脈沖測(cè)量沿正向在剩余極化強(qiáng)度和飽和極化強(qiáng)度之間的變化。同樣，“N”脈沖測(cè)量負(fù)轉(zhuǎn)變電流，“D”脈沖測(cè)量沿負(fù)向在剩余極化強(qiáng)度和飽和極化強(qiáng)度之間的變化。各P、U、N和D曲線都非常平，表示隨循環(huán)次數(shù)的變化很小，表明該材料在存儲(chǔ)器的使用壽命內(nèi)有非常穩(wěn)定的鐵電性能。
本發(fā)明的方法提供了表面形態(tài)明顯比現(xiàn)有技術(shù)更致密和更平滑的鐵電材料，從而當(dāng)形成集成電路的電容器圖形時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題更少。而且，鐵電材料的極化性并沒(méi)有由于制造處理而降低。根據(jù)試樣，電介質(zhì)擊穿電壓(VBD)在14伏和15伏之間。這對(duì)應(yīng)于擊穿電場(chǎng)為1.2MV/cm。
實(shí)例2通過(guò)MOD沉積鍶鉍鉭鈮酸鹽以及利用UV輻射對(duì)鉍鉭酸鹽頂層進(jìn)行烘烤電容器150通過(guò)與實(shí)例1相同的方法形成，除了層狀超點(diǎn)陣材料是鍶鉍鉭鈮酸鹽(Sr0.9Bi2.2(Tay，Nb1-y)O9)。使用在美國(guó)獲得的、日本Kojundo公司制成的KJC-MOD鍶鉍鉭鈮酸鹽前體。本試樣的表面形態(tài)甚至比實(shí)例1更致密和更平滑，同時(shí)有很高的極化強(qiáng)度和良好的其它電特性，盡管它們比實(shí)例1稍微傾斜。
實(shí)例3通過(guò)Sol-Gel沉積鍶鉍鉭酸鹽以及利用UV輻射對(duì)鉍鉭酸鹽頂層進(jìn)行烘烤電容器150通過(guò)與實(shí)例1相同的方法形成，除了通過(guò)Sol-Gel處理在襯底49上沉積前體溶液。Sol-Gel處理總是只包括醇鹽前體。該前體是日本Tokyo Oka制成的、在美國(guó)市場(chǎng)上獲得的鍶鉍鉭酸鹽的醇鹽前體。結(jié)果與實(shí)例1類似，盡管并不是所有的參數(shù)都同樣好。
實(shí)例4通過(guò)Sol-Gel沉積鍶鉍鉭鈮酸鹽以及利用UV輻射對(duì)鉍鉭酸鹽頂層進(jìn)行烘烤電容器150通過(guò)與實(shí)例1相同的方法形成，除了通過(guò)Sol-Gel處理在襯底49上沉積前體溶液。Sol-Gel處理總是只包括醇鹽前體。該前體是日本Tokyo Oka制成的、在美國(guó)市場(chǎng)上獲得的鍶鉍鉭鈮酸鹽的醇鹽前體。結(jié)果與實(shí)例2類似，盡管并不是所有的參數(shù)都同樣好。
實(shí)例5通過(guò)MOD沉積的鍶鉍鉭酸鹽以及鉍鉭酸鹽頂層通過(guò)與實(shí)例1相同的方法形成一系列電容器150，除了在該方法中沒(méi)有使用UV。鉍鉭酸鹽MOD前體使用各種摩爾濃度即摩爾濃度為.03M、.04M、.05M、.06M和.07M。對(duì)于由0.03M前體制成的鉍鉭酸鹽超薄膜，鍶鉍鉭酸鹽鐵電的極化性2Pr為超過(guò)15μC/cm2，且泄漏電流、擊穿電壓和疲勞也很好，盡管比不上采用UV處理的方法。極化性對(duì)摩爾濃度增加而傾斜下降到在0.07M的摩爾濃度時(shí)的11μC/cm2。0.05M前體的極化性基本與實(shí)例1的方法的極化性相同，但是電性能比不上它，盡管仍然在很好范圍內(nèi)。
實(shí)例6通過(guò)MOD沉積的鍶鉍鉭鈮酸鹽以及鉍鉭酸鹽頂層電容器150通過(guò)與實(shí)例5相同的方法形成，除了使用KJC-MOD的鍶鉍鉭鈮酸鹽前體。所形成的鐵電層的致密性和平滑性稍微優(yōu)于實(shí)例5，其它電性能也很好，盡管與實(shí)例5的試樣結(jié)果相比稍微傾斜。
通過(guò)在第一烘烤步驟中在層狀超點(diǎn)陣材料薄膜上采用基于MOD溶液的超薄層狀非鐵電材料頂層，確實(shí)提高了表面形態(tài)，同時(shí)不會(huì)降低電特性。
具有鉍鉭酸鹽層的層狀超點(diǎn)陣材料薄膜的電特性非常依賴于鉍鉭酸鹽層的厚度，因?yàn)樗姆氰F電性。需要非常精確地控制鉍鉭酸鹽膜的厚度。在使鉍鉭酸鹽頂層的厚度優(yōu)化后，可以獲得與沒(méi)有鉍鉭酸鹽頂層相同的2Pr性質(zhì)以及幾乎平坦的膜表面。不過(guò)，絕緣擊穿電壓顯著提高了超過(guò)10伏。
在上述實(shí)例中也改變了各種層狀超點(diǎn)陣材料的鍶/鉍比。比較鍶/鉍比為0.0/2.2和0.9/2.3的膜，更富含鉍基的膜與鉍鉭酸鹽頂層組合將有利于提高表面形態(tài)。
在烘烤處理過(guò)程中的UV輻射(UV波長(zhǎng)為大約254nm，UV功率密度為0.73mW/cm2)成功使得層狀超點(diǎn)陣材料的表面粗糙度提高。特別是，在160℃的首先烘烤處理之后的UV輻射將對(duì)表面形態(tài)的提高有很大作用；不過(guò)，當(dāng)使用太大量的UV時(shí)將使2Pr降低。該現(xiàn)象由它的C軸定向引起。直到UV輻射為大約83毫焦每平方厘米(mJ/cm2)才看到表面形態(tài)提高。在100mJ/cm2輻射之后，2Pr開(kāi)始明顯下降。因此，UV輻射的總能量必須精確控制，太少UV輻射導(dǎo)致表面粗糙度沒(méi)有變化，太多UV輻射導(dǎo)致2Pr明顯降低。UV能量必須強(qiáng)到能夠斷開(kāi)任何金屬有機(jī)物或其它有機(jī)物的鍵，但是又不能強(qiáng)到能夠?qū)е翪軸定向。對(duì)于提高表面形態(tài)和減小2Pr降低，只向第一層施加UV輻射是最佳方法。
通過(guò)上述和其它實(shí)例，已經(jīng)確定UV的預(yù)計(jì)量應(yīng)當(dāng)在以下參數(shù)范圍內(nèi)波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)為200nm至300nm，優(yōu)選是大約254nm；施加UV的時(shí)間應(yīng)當(dāng)在1分鐘和5分鐘之間，優(yōu)選是大約4分鐘；功率密度應(yīng)當(dāng)從0.1mW/cm2到10mW/cm2，優(yōu)選是大約0.73mW/cm2。
通過(guò)采用上述“UV輻射處理”和上述“鉍鉭酸鹽頂層處理”的組合，可以制成最可靠的薄鍶鉍鉭酸鹽基膜。
盡管已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)知道，在不脫離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，可以以其它特定形式實(shí)施。例如，盡管本發(fā)明通過(guò)硅襯底進(jìn)行介紹，但是也可以采用其它襯底，例如砷化鎵、鍺、硅鍺和其它襯底。也可以使用其它鐵電存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。而且，這里證明了組合在烘烤過(guò)程中進(jìn)行UV輻射以及使超薄非鐵電頂層有與層狀超點(diǎn)陣材料表面共有的多個(gè)元素時(shí)的優(yōu)點(diǎn)和可加工性，還可以使用其它層狀材料。因此，本實(shí)施例只是作為說(shuō)明，而不是進(jìn)行限制。本發(fā)明的范圍將由附加的發(fā)明保護(hù)范圍表示。
權(quán)利要求
1.一種制造集成電路(40)的方法，所述方法包括提供襯底(28、49)和第一前體，該第一前體包含有效量的金屬部分，用于通過(guò)加熱所述前體而形成層狀超點(diǎn)陣材料薄膜(50)；將所述第一前體涂覆在所述襯底上，以便形成第一涂層；處理所述第一涂層，以便形成所述層狀超點(diǎn)陣材料的所述薄膜；以及完成所述集成電路的制造，以便在所述集成電路中包括至少一部分所述層狀超點(diǎn)陣材料薄膜所述方法的特征在于提供第二前體，該第二前體包含有效量的金屬部分，用于通過(guò)加熱所述第二前體而形成非鐵電材料(51)；將所述第二前體涂覆在所述襯底上，以便形成第二涂層；以及所述處理所述第一涂層包括向所述第一涂層施加紫外線輻射；以及處理所述第二涂層；從而在所述襯底上形成所述層狀超點(diǎn)陣材料的所述薄膜和在所述層狀超點(diǎn)陣材料上形成所述非鐵電材料超薄膜；所述完成處理包括完成所述集成電路的制造，以便在所述集成電路的所述層狀超點(diǎn)陣材料上包括至少一部分所述非鐵電材料超薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理所述第一涂層的所述步驟包括第一烘烤步驟，該第一烘烤步驟包括在不超過(guò)300℃的溫度下烘烤所述第一涂層，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)60分鐘，同時(shí)使所述涂覆的襯底受到功率密度在0.1mW/cm2和10mW/cm2之間的紫外線輻射源的輻射，持續(xù)時(shí)間在1分鐘到5分鐘之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第一烘烤步驟在空氣中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于處理所述第一涂層的所述步驟包括第二烘烤步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述第二烘烤步驟包括在不超過(guò)300℃的溫度下烘烤，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理所述第一涂層的所述步驟包括快速熱退火。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理所述第二涂層的所述步驟包括快速熱退火。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述快速熱退火在不超過(guò)800℃的溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)600秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述快速熱退火在690℃和710℃之間的溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間在30秒和300秒之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述快速熱退火在氧中進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二前體包括MOD前體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述層狀超點(diǎn)陣材料包括鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述非鐵電材料包括鉍鉭酸鹽。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述紫外線輻射源的功率密度為0.73mW/cm2。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述紫外線輻射源的波長(zhǎng)在200nm至300nm之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述紫外線輻射源的波長(zhǎng)為254nm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于所述超薄膜的厚度小于40nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述超薄膜的厚度在5nm和20nm之間。
19.一種鐵電存儲(chǔ)元件，包括襯底(28、29)；形成于所述襯底上的鐵電層狀超點(diǎn)陣材料薄膜(50)，所述層狀超點(diǎn)陣材料包括第一金屬和不同于所述第一金屬的第二金屬；形成于所述鐵電層狀超點(diǎn)陣材料上的非鐵電電介質(zhì)材料超薄膜(51)，所述非鐵電材料包括所述第一和第二金屬；以及形成于所述超薄膜上的電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的鐵電存儲(chǔ)元件，其特征在于所述層狀超點(diǎn)陣材料包括鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽，所述超薄膜包括鉍鉭酸鹽。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的鐵電存儲(chǔ)元件，其特征在于所述超薄膜的厚度小于40nm。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的鐵電存儲(chǔ)元件，其特征在于所述超薄膜的厚度在5nm和20nm之間。
全文摘要
在集成電路存儲(chǔ)元件的制造中，鍶鉍鉭酸鹽或鍶鉍鉭鈮酸鹽薄膜層(50)沉積在襯底(28、49)上面，并在沉積超薄鉍鉭酸鹽層(51)之前對(duì)鍶鉍鉭酸鹽層(50)進(jìn)行仔細(xì)控制的UV烘烤處理。第二電極(52)形成于超薄鉍鉭酸鹽層(51)的頂部。
文檔編號(hào)H01L27/115GK1620719SQ02806150
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2002年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月9日
發(fā)明者柄澤潤(rùn)一, 維克倫·荷西 申請(qǐng)人:塞姆特里克斯公司, 精工愛(ài)普生株式會(huì)社