JP2013538675A - 液相化学堆積装置及びプロセス並びにその製品 - Google Patents

Abstract

分子レベルで元素の均一な分子分布を有する複数の元素を有するアモルファス又は結晶形態において、方法、装置及びそれによって形成された物質を提供する。

Description

本発明は、高品質物質（金属酸化物／セラミック、金属／超合金及び半導体）を任意表面に形成することに関し、特には、このような高品質物質を形成することに使用される装置及びプロセスに関する。

続いて分解される基板上に液相フィルムを形成する第１の方法は、正確には、有機金属溶液分解（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＭＯＳＤ）としてここに参照される。ｄｅ Ｒｏｃｈｅｍｏｎｔ等による特許技術は、さらに、２００℃から５００℃、好ましくは、２５０℃から４５０℃の範囲の温度に加熱された基板上に液体エアロゾルがスプレーされたとき、堆積物内の分子レベルの化学均一性を生成可能であることを教示する。この例では、加熱基板から液体エアロゾルに与えられた熱エネルギーは、エアロゾルスプレー内に含有された全金属有機物の前駆体種（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｓｐｅｃｉｅｓ）の同時分解を開始させるのに十分である。それにより、堆積した酸化物内で同じレベルの金属有機物溶液内に含有された前駆体細分体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｓｕｂｄｉｖｉｔｉｏｎ）を複製する。金属有機物溶液堆積（ＭＯＳＤ）は、先行技術によく表されている。代替的な方法は、大気温度でスピンコーティング又はスプレーミスティングを使用して液相前駆体フィルムを適用するために液相前駆体法を利用する。堆積液相フィルムは、続く加熱又は乾燥ステップを使用して所望の物質に後に熱分解される。これら２つのステップのプロセスは、均一なセラミック微細構造の形成に悪影響を与え得る多成分フィルム内の相分離及び小核形成に敏感である。多成分液相フィルムは、測定量の多成分フィルム内で望ましい様々な金属酸化物成分の各々のための異なる分子前駆体種からなる。各異なる分子前駆体種は、異なる分解温度を有する。分子前駆体を形成するために特定の金属種が付着する（複数の）有機リガンドは、爆燃して、その各分解温度以上に加熱されたときに残余金属酸化物分子を生成する。多成分液相フィルムの温度が大気温度から多様な前駆体種を熱分解する温度に傾いたときに、相分離した小核が形成される。より低い分解温度で爆燃する分子前駆体は、それらの相変化の間、それらの各酸化分子を最初に形成すると共に液相フィルムから分離し、そして、それらの残余酸化物に分子前駆体の全てでないが幾つかを変換する温度に液相フィルムが傾くと、１つの酸化物又は部分的に混合した酸化物種のマイクロクラスタを形成する。さらに、最もロバストな堆積温度を有する分子前駆体が酸化物相に最後に変化して、事前に形成された単一種又は混合した酸化物マイクロクラスタ上の不均一に分配された酸化物シェルとして典型的に変化する。液相において達成された分子レベルの化学均一性は、熱ベークアウトフェーズの間、続いて損失される。その結果生じた酸化物成分の不均一な化学物質分布は、非均一な化学反応速度論（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）を有する状態、及び、セラミックの結晶相が後堆積熱又は放射熱処理によって形成される核形成サイトでの粒成長を形成する。

米国特許第７，２１１，２９２Ｂ１号及びＵＳ２００２／００４１９２８Ａ１（Ｂｕｄａｒｇｉｎ，Ｌ．）及び米国特許第７，７１８，２２１号（Ｂｕｄａｒｇｉｎ，Ｌ．等）は、大気温度（≦５０℃）で液相前駆体溶液を最初に適用することによって高複雑性物質積層体を形成することに使用されて、４００℃よりも高い温度での熱処理で、続いて金属酸化物に変換される液相フィルムを形成する。以下に説明するとおり、この２つのステッププロセスは、成分前駆体の順次的（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）な分解を通して堆積内の相分離を引き起こす。

ＭｃＭｉｌｌａｎ等（以下、ＭｃＭｉｌｌａｎ等として纏めて称される米国特許第５，４５６，９４５、５，５４０，７７２、５，６１４，２５２、５，７５９，９２３、５，８８８，５８３号）は、基板及び堆積チャンバの両方が実質的に大気温度で保持されている堆積チャンバ内に含有された基板上に液相金属有機物前駆体のミストを流すことにより、液相前駆体フィルムを堆積するための方法及び装置を開示する。この技術は、二酸化ケイ素及び他の酸化物誘電体（バリウム、チタン酸ストロンチウム（ＢＳＴ））を集積回路基板上に形成するように、カルボン酸及びアルコキシド化学物質を含む湿式化学技術を含む液相前駆体の使用を教示している。発明者たちは、堆積プロセスの間に基板及び堆積チャンバを加熱することが、質の劣るフィルムにつながることを繰り返し述べている。ＭｃＭｉｌｌａｎ等では、堆積チャンバ内で大気温度が維持される必要があり、あるいは、堆積プロセスの間、真空又は大気圧の下で維持されてもよい。一般的な大気温度は、−５０℃から１００℃、好ましくは１５℃から４０℃の間の範囲として明確に定義される。初期の堆積は、続いて乾燥されて固相酸化物層を形成するように処理される液相フィルムである。液相フィルム内に含有される溶媒は、真空技術を使用して堆積物から主に抽出される。さらに、米国特許第５，７５９，９２３号では、ＭｃＭｉｌｌａｎ等は二酸化ケイ素物質を堆積するときに水フリーのアルコキシド化学物質の必要性を教示しているだけであり、カルボン酸ケイ素化学物質が、水含有化学種又は大気のような比較的高湿度の大気環境に曝露され得ることを示唆している。溶媒抽出及び続く処理の前にエアロゾルスプレー手段によって基板に液相フィルムを適用することを教示する、さらなる先行技術は、Ｈａｙａｓｈｉ等（米国第２００２／００９２４７２Ａ１公開公報）によって引用される。

多様な異なる基板上に改善した物質積層体を形成するために様々な堆積システムが産業プロセスとして開発されている。これらのプロセスは、特に、化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、蒸着及び分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）を含む。各々は、低コストで組成的に複雑な物質を形成する目的に対して利益及び欠点を提供する。

化学気相堆積（ＣＶＤ）技術は、積層物質構造を作成するのに屡々好適な方法であり、先行技術に頻繁に挙げられている。ＣＶＤは、キャリアガスを使用して気相有機金属又は金属有機物前駆体を堆積チャンバ内に導入して、加熱基板表面上で前駆体を熱分解させることによって比較的高い堆積速度（１−１０μｍ／時間）で堆積物を形成可能である。多くの高品質の酸化物誘電体は、複数の金属酸化物成分を屡々含み、反応チャンバ内の蒸気雲中の種々の前駆体を分散させる能力により、複数の成分を分子レベルで細分化（混合）させて、成分的な均一性に貢献する。しかしながら、異なる前駆体の広範囲の蒸気圧（１桁分異なる）及び分解温度（摂氏数百度で屡々別れる）は、組成的均一性の維持及び多元素堆積物の制御を困難なものとする。これらの例では、基板表面に亘る温度における又は堆積サイクルの間の時間関数として少数派の前駆体は、堆積物の化学的性質の局所的な変動を続いて生成する、多様な前駆体中の局所的な蒸気圧を変化させ得る。そして、それは、次に、最終堆積物の原子スケールの均一性を壊して、高い許容応用における製造歩留まりを損なう欠陥を引き起こす。これらの影響は、適度な複雑性物質（３−４の元素成分を含む）の信頼性の高い製造におけるＣＶＤ機能を制限する。高い複雑性物質を処理するときに効果的でないことが証明された。

Ｐａｚ ｄｅ Ａｒａｕｊｏ等（米国特許第６，１１０，５３１及び６，５１１，７１８号）は、改善した化学気相堆積（ＣＶＤ）技術を教示し、それは、部分的又は全体の金属アルコキシド又は金属カルボン酸化学種を含有し得る金属有機物前駆体を含む液体前駆体溶液を気化させた後、温度範囲４００℃から６００℃（Ｐａｚ ｄｅ Ａｒａｕｊｏ’５３１）及び３００℃から６００℃（Ｐａｚ ｄｅ Ａｒａｕｊｏ’７１８）の間の範囲の温度に加熱された基板を含む堆積チャンバ内に前記気化された前駆体溶液を導入する。

ＡＬＤは、反応チャンバ内に一度に１つの前駆体を順次的に導入することにより、成分的に複雑な物質を形成することに対するＣＶＤの制限に関連した問題のいくつかを緩和している。パルス状ガスが、加熱基板表面上に原子層を形成するのに十分なだけの量で注入される。低い堆積速度及び堆積物の最終層厚みの制限が、ＡＬＤを使用したときに生じる。気相法としてのＣＶＤ及びＡＬＤプロセスは、基板表面全体をコーティングする。その結果、追加の処理ステップ（例えば、フォトリソグラフィ／エッチング又はマスク化表面処理）が、選択的な表面領域にそれを生成した積層体（ラミネート）又は堆積物にパターニングすることが必要である。

ＰＶＤは、「ターゲット」表面（ソース物質）に、ターゲットから表面原子を除去するようにイオン化不活性ガスで照射して、ターゲットは堆積物を形成するために基板表面上で拡散する。一般的に、この技術は、複数の成分物質に適切ではない。ＡＬＤがＣＶＤに類似しているように、ＭＢＥはＰＶＤに類似している。それは複数の要素物質の質を大きく改善するが、堆積速度が低いので、このツールは一般的に研究以外に使用不可能である。

上述の産業的プロセスの全てに必要とされる高い基板温度（＞５００℃）が、別の大きな欠点である。この熱エネルギーは、ナノスケール特性を有する積層体を作製する機能を破壊する粒サイズに、堆積フィルムの微細構造を核形成するのに十分である。一方で、これらのプロセスのプラズマ強化の変形体は、５００℃よりも低い基板温度で堆積物を形成するように報告されている。これらの請求は公衆に誤解を与える。なぜなら、基板がより低い温度に設定されてもよいが、基板表面に適用された「ホット（高温）」プラズマの高い熱エネルギーが、必ずしも基板全体を加熱することはないが、より高い温度に適用前駆体及び堆積物質の温度を至らせるからである。５００℃から１０００℃の範囲の基板表面温度は、プラズマ強化プロセスの典型である。これら強化表面温度は、堆積物質内の核形成プロセスを、アモルファス又はナノスケール微細構造を維持する限界を超えるように至らせる。

さらに、上述したプロセスの全ては、クラッキング及び層間剥離なしに、サブミクロン物理寸法よりも大きい層厚を有する不整合な物質を統合することが不可能である。

用語「アモルファス物質（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、原子要素の規則的な格子を有さず、ミッドレンジ（数１０ナノメータの距離以上）からロングレンジの結晶オーダー（数１００ナノメータの距離以上）まで不足している物質を意味する。

用語「大気温度」又は「室温」は、一般的に、−５０℃から１００℃、特には１５℃から４０℃の間の範囲の温度を意味するとここに理解される。

用語「アルコキシド（ａｌｋｏｘｉｄｅ）」は、分子の末端Ｃ−ＯＨ基の部分を原初的に含む水素原子が金属原子に置換される、アルコール組成物を含む金属有機組成物を示す。

用語「バルク堆積物（ｂｕｌｋ ｄｅｐｏｓｉｔ）」は、最初に堆積された表面に付着された状態で維持された、又は維持されない０．２ミリメートルよりも大きい厚みを有する物質を意味するようにここに定められる。

用語「カルボン酸塩（ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）」は、分子の末端ＣＯＯＨ基の部分を原初的に含む水素が金属原子に置換される、カルボン酸を含む金属有機組成物を示す。

用語「組成的に複雑（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｌｙ ｃｏｍｐｌｅｘ）」又は「組成的複雑性（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）」は、３以上の元素成分からなる材料物質を意味するようにここに理解される。

用語「複雑なセラミック（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｅｒａｍｉｃ）」は、３以上の金属酸化物成分、金属窒化物成分又は金属炭化物成分からなるセラミック物質を意味するようにここに理解される。

用語「複雑な金属（ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｅｔａｌ）」又は「超合金（ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ）」は、３以上の元素金属からなる金属合金を意味するようにここに理解される。

用語「複雑な半導体（ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」は、周期表からの３以上の元素からなるＩＩＩ−Ｖ組成物又はＩＩ−ＶＩ組成物のような半導体物質を意味するようにここに理解される。

用語「気化（ｇａｓｉｆｉｅｄ）」は、その一般的な定義に従って定められると共に、気体に変えられる点まで固定、液体又は蒸気が加熱された後の物質の結果状態を意味する。

用語「重金属（ｈｅａｖｙ−ｍｅｔａｌ）」は、その一般的な定義に従って定められると共に、化学元素の周期表の４つの最下列に含有される元素金属を意味する。

用語「ＬＣＤ液体エアロゾル（ｌｉｑｕｉｄ ａｅｒｏｓｏｌ）」は、蒸気として分散されるミクロン又はサブミクロンスケールの液相前駆体溶液の液滴を意味するようにここに理解される。

用語「ＬＣＤワックスエアロゾル（ｗａｘｙ ａｅｒｏｓｏｌ）」は、液相前駆体溶液を形成するように使用される溶媒からの層分離を有する、ミクロン又はサブミクロンスケールのカルボン酸（又は同様の）前駆体粒子を意味するようにここに理解される。

用語「液相前駆体溶液（ｌｉｑｕｉｄ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）」は、それらが溶解される炭化水素分子の有機酸塩であるかどうかに拘わらず、溶解性の金属有機組成物をまた含有する炭化水素分子の溶液を意味する。

用語「巨視的寸法（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）」は、限定なしに、長さ０．２μｍを超える物理的寸法を定めるようにここに理解される。

用語「微細構造（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」は、材料物質を形成する結晶粒の元素組成及び物理サイズを定めるようにここに理解される。

用語「不整合物質（ｍｉｓｍａｔｃｈｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、異なる結晶格子構造、又は、５％以上異なる格子定数、及び／又は１０％以上異なる熱膨張係数を有する２つの物質を定めるようにここに理解される。

用語「分子レベル細分化（ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ）」は、分子スケールまで均一に混ざった２以上の異なる有機又は無機化合物の混合体を意味するようにここに理解される。

用語「形態学的相分離（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）」は、それが組み込まれると共に２ｎｍ以上の物理的寸法を有するバルク物質の平均化学組成と異なる化学組成及び結晶相を有する組成的に複雑な物質体内の粒状構造を意味するようにここに理解される。

用語「ミル（ｍｉｌ）」は、千分の１インチ又は２５．４ミクロン（μｍ）を意味するようにここに理解される。

用語「ナノスケール」は、１ナノメートル（ｎｍ）から数１００ナノメートル（ｎｍ）の範囲の長さで測定された物理的寸法を定めるようにここに理解される。

用語「ナノスケール特性」又は「ナノスケール特性（複数）」は、同じ物質がナノスケールの物理的寸法よりも大きいときに観測されないが、ナノスケールの物理的寸法に制限されたときに特別に観測される所定の物質の物理的又は機能的な（１又は複数の）「ナノスケール特性」を意味するようにここに理解される。

用語「有機金属前駆体（ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」は、所望の金属原子が炭素原子に直接的に付着している有機分子を示すようにここに理解される。

用語「高速熱アニール（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌ）」は、１から４０秒の間、０．５μｍから２５μｍの範囲の所望の深さを超えて侵入しない、６００℃から２０００℃の範囲の温度に表面層を加熱するのに十分な力を有する熱刺激の適用を意味するようにここに定められる。熱刺激は、赤外線（ＩＲ）、紫外線（ＵＶ）、ガスプラズマ又はマイクロウェーブ法を使用して適用可能である。

用語「希土類金属」又は「希土類元素」は、化学元素周期表のランタニド及びアクチニド元素の一般的な定義を意味するようにここに理解される。

用語「犠牲基板（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」は、独立のバルク堆積物を含む実施形態を製造するために続いて除去されるように形成された、バルクが堆積する基板を意味するようにここに定められる。

用語「シリカ」又は「アモルファスシリカ」は、二酸化ケイ素又は二酸化ケイ素のガラス質の相で区別しないで使用されるようにここに理解される。

用語「スピンオングラス（ｓｐｉｎ−ｏｎ ｇｌａｓｓ）」又は「ＳＯＧ」は、基板に金属有機物又は有機金属前駆体のスピンコーティングされた液相層に最初に適用して、熱エネルギーの続く適用によって液相層を熱分解させることによる、ガラス状層の適用を意味することに使用される。

用語「標準動作温度（Ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」は、−４０℃から＋１２５℃の範囲の温度を意味するようにここに理解される。

用語「基板」は、１以上の第２堆積物質のための恒久的な又は一時的なベースを提供する任意の物質基板を意味するようにここに定められる。

用語「基板温度」は、バルク基板が加熱されるバルク温度を意味するようにここに定められる。しかし、堆積プロセスの間に基板表面が加熱される温度とは区別される。

用語「表面プロセス温度」は、表面温度がバルク基板温度及び特に高速熱アニールを含む外部熱刺激の適用からの貢献によって維持されるように、堆積物が形成されているときの基板表面の物理的温度を意味するようにここに理解される。

用語「超格子（ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ）」は、各々が超格子として同等の厚みを有するように処理された場合、超格子内に含有される誘電物質薄フィルムの各々の誘電又は電気特性とは本質的に異なる前記超格子構造内の誘電又は電気特性を形成するように、順々に堆積された複数の誘電物質の薄フィルムを含有する複合構造を意味するようにここに理解される。

用語「熱重量分析（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ）」及びその略称「ＴＧＡ」は、物質重量が温度関数として変化する度合い、及び、分解が物質からのガス放出を形成する度合いを測定する標準的な分析方法を意味するようにここに定められる。

用語「薄フィルム」は、５から２０００ナノメートルの間の厚みを有する表面堆積物を意味するようにここに定められる。

用語「厚フィルム」は、２から２００ミクロンの間の厚みを有する表面堆積物を意味するようにここに定められる。

用語「遷移金属」は、その一般的に理解された定義を意味するようにここに定められ、つまり、元素の周期表の列ＩＩＩ（３）からＸＩＩ（１２）に含まれる元素金属である。

表現「同等の酸化物の重量パーセント（ｗｅｉｇｈｔ ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｏｘｉｄｅ）」は、爆燃プロセスの直前の金属有機物溶液の全重量のパーセントとして表される金属有機物前駆体溶液から完全に爆燃した金属酸化物の残余重量を表すようにここに理解される。

用語「湿式金属有機化学物質（ｗｅｔ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｓｔｒｉｅｓ）」は、アルキル、アルコール又はカルボン酸として一般に知られる少なくとも１つの有機分子に金属原子が付着している金属部分（ｍｏｉｅｔｉｅｓ）を意味するようにここに定められる。ここで、金属原子は原初の有機分子内の水素原子に置換される。金属アルキル湿式化学物質の場合では、金属原子が炭素原子に直接的に結合する。アルコキシド湿式化学物質では、金属原子は、ヒドロキシル基の部分である水素原子を置き換え、酸素原子によって炭素原子から分離される。カルボン酸湿式化学物質では、金属原子は、ヒドロキシル基の部分である水素原子を置き換え、酸素原子によって炭素原子から分離されるが、前記炭素原子はまた追加の酸素原子に２重結合している。

一実施形態では、本発明は、アモルファス物質を形成する方法を提供し、当該方法は、溶液内の液相金属有機物前駆体を混合するステップ、制御されたガス雰囲気を有する堆積チャンバ内で表面に向かって前記金属有機物前駆体の液体エアロゾルを投射するステップと、前記金属有機物前駆体の分解温度よりも高い温度に前記表面を加熱するステップと、アモルファス物質を形成するように前記加熱表面に接触した前記金属有機物前駆体を分解するステップと、を含む。

方法は、前記表面に接触する前に放射エネルギーに前記投射エアロゾルを暴露するステップをさらに含んでもよい。前記投射エアロゾルを暴露するステップは、前記表面に近接配置された熱場内の温度勾配を形成することができる。前記熱場の温度勾配は、前記エアロゾル内の全液体溶媒の蒸発温度を超えて前記投射液体エアロゾルの温度を上昇させてもよい。前記暴露ステップは、前記エアロゾル化した金属有機物前駆体から、液体溶媒を相分離及び蒸発させるように前記投射エアロゾルを加熱することを含んでもよい。

前記投射ステップは、前記堆積チャンバ内の制御されたガス雰囲気を決定するガス又はガス混合体を使用することを含でもよい。前記ガス又はガス混合体が前加熱されてもよい。

前記金属有機物前駆体は、カルボン酸塩、アルコキシド又はアルキル金属又はβ−ケトネート（β−ｋｅｔｏｎａｔｅｓ）からなってもよい。

前記加熱ステップにおいて前記表面が、２５０℃以上且つ形成されるアモルファス物質の任意の結晶化核形成温度以下の温度に加熱され、又は、前記表面が、４００℃未満の温度に加熱されてもよい。

該方法は、前記形成されたアモルファス物質の温度を≦４５０℃に上昇させる制御ガス雰囲気内の熱処理の適用によって、前記アモルファス物質から任意の残余有機物質を除去することをさらに含んでもよい。前記熱処理は紫外線光の同時適用で実行されてもよい。

該方法は、続く加熱ステップで形成アモルファス物質から結晶物質を形成することをさらに含んでもよい。前記続く加熱ステップは、高速熱アニールステップ又はプラズマアニールステップであってもよい。前記形成した結晶物質は、長さ１００ｎｍよりも小さい粒サイズを有してもよい。該方法は、前記アモルファス物質が形成された表面を除去することをさらに含でもよい。

前記アモルファス物質は金属酸化物セラミックであり、且つ、前記制御ガス雰囲気は空気、酸素分圧を含む不活性ガス混合体、又は、化学的に酸化的な二酸化炭素及び一酸化炭素の分圧を含む不活性ガス混合体であってもよい。前記アモルファス物質は、金属合金、超合金、半金属又は半導体であり、且つ、前記制御ガス雰囲気はアルゴン、窒素又は水素、あるいは、化学的に還元的な二酸化炭素及び一酸化炭素の分圧を含む、不活性ガス混合体であってもよい。

前記形成したアモルファス物質は、原子スケールで≦±１．５ｍｏｌ％で変化する元素組成を有していてもよい。前記形成したアモルファス物質は、アモルファスシリカ、インジウムスズ酸化物、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム又はセレン化銅インジウムガリウムであってもよい。前記液相金属有機物前駆体は、分子レベルで混合されて、さらに前記アモルファス物質は原子スケールで均一に細分化される化学的に正確な元素の混合体を有してもよい。

別の実施形態では、本発明はアモルファス物質を形成するための装置を提供する。当該装置は、堆積チャンバと、前記堆積チャンバ内に配置された基板に向かって金属有機物前駆体の液体エアロゾルを投射するためのスプレー装置と、前記金属有機物前駆体の分解温度よりも高い温度に表面を加熱するように構成されたヒーターと、を備え、前記ヒーターは、前記アモルファス物質を形成するように加熱されたとき、前記表面に接触して前記金属有機物前駆体の分解を引き起こすことに効果的である。

該装置は、金属有機物前駆体の前記投射した液体エアロゾルに曝露するために配置された放射ヒーターをさらに備えてもよい。前記放射ヒーターは、そこに曝露される前記金属有機物前駆体の温度を上昇させる温度勾配を形成してもよい。前記温度勾配は、前記液体エアロゾル中の全ての液体溶媒の蒸発温度を超えて前記投射した溶液の温度を上昇させるように構成されていてもよい。

該装置は、前記堆積チャンバ内に制御されたガス雰囲気をさらに備えてもよく、前記制御ガス雰囲気及び前記ヒーターは、前記アモルファス物質を形成するように前記表面に接触した前記金属有機物前駆体の分解を引き起こすことに効果的である。前記スプレー装置は、前記液体エアロゾルを投射することに使用するための、且つ、それによって前記制御ガス雰囲気を提供するためのガスソースを含んでもよい。該装置は、前記液体エアロゾルを投射する前に前記ガスソースからのガスを前加熱するために結合された補助ヒーターをさらに備えてもよい。

該装置は、制御ガス雰囲気を提供するとともに、４００℃から６００℃の温度で前記形成したアモルファス物質を熱処理することによって任意の残余有機物質を除去するように構成された第２ベークアウトステーションをさらに備えてもよい。前記第２ベークアウトステーションは、前記形成されたアモルファス物質からの前記有機物質の除去を加速することに使用される紫外線光源を含んでもよい。該装置は、制御されたガス環境を有するアニールステーション及び前記形成したアモルファス物質を結晶化することに効果的な加熱機構をさらに備えてもよい。前記加熱機構は、高速熱アニール機構又は雰囲気制御イオンプラズマであってもよい。

前記装置は、１又は複数の堆積チャンバ、１又は複数の第２ベークアウトステーション及び１又は複数のアニールステーションの間で、形成アモルファス物質を搬送するように構成されたロボット式ハンドリングシステムをさらに備えてもよい。該装置は、前記ロボット式ハンドリングシステム、１又は複数の堆積チャンバ、１又は複数の第２ベークアウトステーション及び１又は複数のアニールステーションの組織的な操作のための全体制御システムをさらに備えてもよい。該装置は、前記形成したアモルファス物質又は前記表面に配置された反応性元素を有害大気から保護するための局所的ガス環境を提供するように構成された装置をさらに備えてもよい。

本発明のさらなる別実施形態は、原子スケールで≦±１．５ｍｏｌ％で変化する元素組成を有する４以上の元素を含む物質を提供する。前記元素はアモルファス又は結晶構造を原子レベルで有してもよい。前記元素は、結晶構造を有し、１００ｎｍ以下の均一な粒サイズを有してもよい。該物質は、セレン化銅インジウムガリウムを含んでもよい。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の図面と共に提供される説明から明らかになるであろう。

本発明は以下の図面を参照して示され、且つ、説明される。

ビスマス、鉛、銅、ストロンチウム及びカルシウム液相金属有機物前駆体を含有する液相前駆体溶液の熱重量分析を使用して測定した分解スペクトルを示す図。 先行技術の方法で構築された基板及び堆積物質の断面図。 本発明の一実施形態に従って構築された基板及び堆積物質の断面図。 本発明の別実施形態に従って構築された基板及び堆積物質の側面図。 本発明の別実施形態に従って構築された基板及び堆積物質の側面図。 本発明のさらなる別実施形態に従って構築された基板及び堆積物質の側面図。 本発明のさらなる別実施形態に従って構築された基板及び堆積物質の側面図。 ＬＣＤプロセスを示す図。 ＬＣＤ装置及びその概略レイアウトの全体平面図。 堆積プロセスチャンバ及び概略ハードウェア及びそこに含有されるプロセスセクションの図。 １つのスプレーノズルを使用するＬＣＤスプレーチャンバの概略図。 スプレーノズルのクラスタを使用するＬＣＤスプレーチャンバの概略図。 ＬＣＤプロセスにおいて使用されたガス混合体及びヒーターマニホルド（分岐管）を示す図。 ＬＣＤプロセスで任意に使用されるベークアウトチャンバの概略図。 結晶積層板及び積層体を作製するようにＬＣＤプロセスで任意に使用される高速熱アニールステーションの概略図。 図６の装置全体の様々なステージで基板をロード及びアンロードするためのロボットハンドラーシステムの平面図。 図６の装置全体の様々なステージで基板をロード及びアンロードするためのロボットハンドラーシステムの側面図。

本発明は、一般的に、原子スケールの化学的均一性を有する元素組成物を有することを特別な特徴とする、物質の組成的複雑性に関係なく、その内部、理論密度、ナノスケール微細構造（ナノメートル（ｎｍ）の物理的寸法まで制御可能な粒サイズ）、及び、任意の基板物質上に一体化（統合）されたときの非常に優れた表面付着性（物質自体の引張強度よりも大きい）に亘って、極度に高品質な物質（金属酸化物／セラミック、金属／超合金、半導体）を形成する物質製造システムに関する。これら高品質な物質は、数ミル（２５．４ミクロン）／分で測定された堆積速度で典型的に形成される。液相化学堆積（ＬＤＣ）は、以下の３つの通常のプロセスステップ；
液相金属有機物前駆体好ましくはカルボン酸前駆体のエアロゾルスプレーを、適切に構成された堆積チャンバ内で低温（２００℃〜６００℃好ましくは２５０℃〜４００℃）に加熱された恒久的な又は離脱可能な基板上に適用することによりアモルファス堆積物を形成すること、
ベークアウトステップを使用して残余有機物質を除去することであって、別々のチャンバであっても又は別々のチャンバでなくてもよく、４００℃から６５０℃、好ましくは４００℃から４５０℃の間の範囲の温度にスプレーしたアモルファス堆積物を加熱すること、及び、
結晶又は多結晶構造にアモルファス堆積物を変形させることが必要なときの任意の高速熱アニールステップ、好ましくはプラズマアニールステップと、を含む。

シーケンスがパス当たり１μｍ〜２５μｍの範囲の単一層を形成することに典型的に使用されるが、これら特定の厚みよりも厚く又は薄く適用可能であり、且つ、このように形成された任意の厚みが本発明の実施形態として見なされるべきである。該シーケンスは、堆積物質の所望の厚さが１つのシーケンスの典型的な厚みを超えるまで繰り返される。

より特には、発明は、装置及びその関連したプロセスに関する。装置は、同じツーリング筐体（ｔｏｏｌｉｎｇ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）内に可変レベルの前述のプロセスステップの余剰（冗長）性を組み込むので、このプロセスシーケンス（手順）は、ロボット式装置のような「ピック・アンド・プレース（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ）」の使用を通して、同時に（変化する物質及び形成要因の）複数の基板に適応可能である

本出願は、米国特許出願第１１／６２６，８４０（２００７年１月２４日出願）、米国特許出願第１１／２４３，４２２（２００５年１０月３日出願、’４２２出願、現米国特許第７，４０５，６９８）、米国特許出願第１１／４７９，１５９（２００６年６月３０日出願、’１５９出願）、及び、米国特許出願第１１／６２０，０４２（２００７年１月４日出願、’０４２出願）内に含まれる全ての事項を参照によって組み込む。

一般的に’４２２出願は、メタ物質誘電体、アンテナモジュール、電気インターコネクト構造及び人工磁気的基底プレーンを低温エアロゾルスプレーによって犠牲基板又は半導体装置の表面上に形成するように、二酸化ケイ素及び他の酸化物誘電体の適用を表す方法及び実施形態に関連した発明的技術を記載する。一般的に’１５９出願は、有機物又はセラミックのインターコネクト構造内のパッシブ要素（レジスタ、キャパシタ及びインダクタコイル）を組み込むように、低温液体エアロゾルスプレー及び／又はワックスベースのインクジェット技術によって、二酸化ケイ素及び他の酸化物誘電体の適用を表す方法及び実施形態に関連した発明的技術を記載する。一般的に’０４２出願は、半導体装置又は犠牲基板の表面に低温エアロゾルスプレー及び／又はワックスベースのインクジェット技術によって作製された、埋設パッシブ要素を使用する、電力管理回路モジュールの構造に関連した発明的技術を記載する。

ｄｅ Ｒｏｃｈｅｍｏｎｔ等（米国特許第５，７０７，７１５、５，８６６，２５２、６，０２７，８２６、６，０３７，０６８、６，１４３，４３２、６，３２３，５４９、６，５５３，６４６、６，７４２，２４９）は、液相前駆体溶液内に含有された多成分金属有機物前駆体の順次的な反応によって生じた生成フィルムの微視的な質に基本的な制限を課す連続的なプロセス処理を使用して、続いて乾燥、分解及び結晶化される金属有機物液相フィルムを最初に構築する液相前駆体堆積技術を教示する。

ナノテクノロジーは、所定物質のサイズがナノスケールの物理的寸法に限定されたときに観測される独特の新規な機能的特性の導入を通して、新しい製造標準を構成することを長く期待させている。つまり、本質的に全物質の機能特性は、それらの物理サイズがナノスケール粒子に減少したときに劇的に変化することが観測される。例えば、バルク寸法では優れた導電体である銅は、ナノスケール粒子として高い絶縁体となる。バルク寸法ではあまり有用ではない他の物質システムは、より高い技術システム及びコンポーネントの設計において可能性のある価値を有するナノスケールにおける非常に独特且つ魅力的な特徴を表す。不幸なことに、物質が産業利用に有用であるのに十分に物理的に大きいとき、物質は経済的価値を有するだけである。直径１０−７０ｎｍの粒子は、限定された経済的期待を表す。なぜなら、従来の焼結法は、それらを有用に利用されるのに十分な物理的大きさである塊に融合させることに使用されるが、それらのナノスケールの機能的特性を消失又は破壊する微細構造を作製するからである。したがって、微視的な物理寸法を有するが同時にナノスケールの機能的特性が与えられた物質を作製するための、より高い効率、高い速度の製造プロセスは、高く望まれており、且つ、本発明の好適な実施形態である。

一般的に、組成的に複雑な物質は、低い複雑性の物質よりも優れた機能的特性が与えられる。組成的に複雑な物質は、作製するのが難しく結果としてプロセスの低い歩留まりに悩まされる。なぜなら、先行技術を通して利用可能な技術を使用して、処理された物質本体を通して原子スケールで所望の複雑な組成の化学的均一性を維持することが困難であるからである。製造許容性が厳しくなると共に装置サイズが縮小するにつれて、或いは、５０ナノメートル（ｎｍ）以下である物理的寸法に製造された物質の粒サイズを制御することが製造システムの目的であるとき、原子スケールの化学的均一性が革新的により重要となっている。原子スケールの化学的精密性の欠如が、物質の機能的特性の不均一な分布、そこから形成されるコンポーネントの失った許容性、及び、物質又はコンポーネントが最終的に使用されるシステム及びプロセス内の低信頼性につながる形態学相分離の直接的な原因である。したがって、フリーの独立体又は付加価値製品に堆積層又は積層体として統合された、所望のレベルの化学的複雑性に拘わらず、原子スケールの化学的均一性によって特徴付けられる高性能な組成的に複雑な物質を有する製品を製造するために方法及び装置を開発することが高く望まれていると共に、本発明の好ましい実施形態である。

組成的に複雑な又は不整合の物質を高い付加価値物理構造又は独立体に統合するときに、最低レベルへ処理ステップの数を削減し、且つ、高程度のプロセスの自動化を可能にする新規な製造方法を開発することもまた求められている。

屡々、より高い性能値の物質は、より高い値の製品及び／又は装置に統合することができない。なぜなら、それらは基板に「不整合」であるので、従来の製造方法を使用して１つに統合可能である不整合のない物質のより小さいセットに制限されるからである。したがって、不整合な物質が固体複合体に統合されることを可能とする、製造方法及び前記方法のための装置を有することが求められている。

さらに、先行技術で請求された方法は、典型的には１時間に約数ミクロン以下の限定された固体酸化物堆積速度を有する。本発明は、液相前駆体溶液をガス化した蒸気ではなく液体エアロゾルとして堆積チャンバ内にエアロゾル化する装置を詳述することにより、及び、さらに、全ての分子前駆体の同時の分解を引き起こす温度に加熱した基板上に又はすぐ近くに堆積するワックスナノ粒子のエアロゾルに前記液体エアロゾルが変形されるように熱エネルギープロファイルを有するために前記堆積チャンバを設計するための方法を導入することにより、これら欠点に対処する。それにより、本発明は、原子スケールの化学的均一性を堆積物に亘って有する薄フィルム、厚フィルム及びバルク物質を提供し、これにより、可能性のある核形成サイトでより均一な化学的反応速度論のための条件を構成することで粒サイズをより良好に制御する。さらに、本発明は、１分につき約数ミル、又は数１０ミクロンの堆積酸化物で、より高い堆積速度を達成する。

図１−４を参照すると、先行技術に対する本発明の顕著な特性及び利点が明らかになり、且つ、そこから派生した好適な実施形態が明らかになる。図１は、熱重量（ＴＧＡ）分析の液相前駆体溶液のプロットを示し、これは、組成的に複雑なビスマス銅酸化物（Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）超電導セラミックを準備することに使用可能である。下方のカーブ１００は、温度関数として液相前駆体溶液の液滴の重量が変化する度合いを示している。上方のカーブ１０２は、１００の一次導関数であり、溶媒蒸発温度１０４及び銅、アルカリ土類元素（カルシウム及びストロンチウム）及び重金属元素（ビスマス及び鉛）金属有機物前駆体の堆積温度１０６、１０８、１１０をそれぞれ表すことに使用される。カルボン酸塩、アルコキシド、アルキル金属又はβ−ケトネート（β−ｋｅｔｏｎａｔｅｓ）のような多様な金属有機物又は有機金属化合物が、液相前駆体溶液に成分として使用可能であるが、２−エチルヘキサン塩酸に溶解した２−エチルヘキサン塩（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘａｎｏａｔｅｓ）が以下の理由で本発明の好適な実施形態である。第１に、金属有機化合物は、本質的に不揮発性であり、非常に狭い温度範囲１１２の上で分解する。図１に示すとおり、銅のような遷移金属で形成された２−エチルヘキサン塩化合物は、約２５０℃で分解温度１０４を有する。同様に、リチウム及びカルシウム及びストロンチウムのようなアルカリ金属及びアルカリ土類金属で形成された２−エチルヘキサン塩は、それぞれ、２５０℃から３００℃の間の範囲の分解温度１０６及び１０８を有し、他方、重金属元素で形成された２−エチルヘキサン塩は３００℃から３５０℃の間で分解する。極端に低い２−エチルヘキサン塩化合物の揮発性により、一般的なＣＶＤの目的にそれらをガス化するのは非常に困難である。それは、これらの分子化合物をそれらが固定された表面から蒸発させることなく爆燃させる傾向にある。つまり、酸素雰囲気内でそれらの分解温度よりも高い温度に加熱されたとき、これら化合物の有機リガンドが、前駆体の金属原子を取り除くことなく、二酸化炭素、一酸化炭素、水及び低いランクのアルキル基に自然燃焼し、続いて、分解プロセスの間の包囲ガス雰囲気に応じて、元素形態内の基板表面又は金属酸化物としての基板表面上に堆積される。これら前駆体特性（極端に低い揮発性及び分解温度の狭い範囲１１２）により、任意の広く多様な元素金属有機物前駆体からなる液相前駆体混合物が、分子レベルで混合され、基板表面に運ばれて、そして、従来のＡＬＤ、ＰＶＤ又はＣＶＤプロセス又はプラズマ強化派生手段で利用可能なものよりも非常に高い程度の化学的均一性及び組成的制御で分解されることを可能とする。

液相前駆体溶液が適用されて分解される方法は、ＬＣＤ及びＭＯＳＤの間の重要な品質の差異を説明する決定的な特徴である。両方のプロセスは、金属有機物前駆体を基板表面に固定することに液相前駆体溶液を利用する。両方のプロセスは、液相前駆体溶液に分子レベルで金属有機物前駆体を混合させる手段を提供して、従来の標準の産業プロセスを使用して可能であるよりもより高度な組成的制御及び化学的均一性を確実にする。両方のプロセスは、基板表面に固定された金属有機物前駆体を分解して、任意の高い化学的複雑性及び組成制御の物質堆積物を形成する。前駆体が分解される方法及びそれによって得られた組成的均一性の改善したスケールに、主要な特徴（優位性）が存在する。

ＭＯＳＤ方法は、ディッピング、スプレー、スピンコーティング又は任意の同様の液相フィルムを形成する方法によって、任意の温度で必然的に形成される液相フィルムとして、最初に金属有機物前駆体を固定化する。そして、液相フィルムは、熱環境生成温度（２００℃−５００℃）に曝露され、続いて、金属有機物前駆体をそれらの元素又は金属酸化物同等物に分解して堆積物を形成する。ＭＯＳＤ技術は、図１に示すような温度の狭い範囲１１２で完全に分解可能である金属有機物前駆体の使用を許容する。しかしながら、基板表面が、最も熱弾性（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ）の金属有機物前駆体の分解を超えた温度に周囲環境からプロセス温度に傾いたときに、金属有機物前駆体の「順次的な分解（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」をＭＯＳＤは防止することができない。順次的な分解は、高温で分解する他の金属有機物前駆体の前に、低温で分解する金属有機物前駆体を、それらの元素又は金属酸化物同等物に変換させる。図２Ａに示すとおり、順次的な堆積は、特異な１つの元素の相分離したドメイン（領域）を、基板２０２にそのように適用された堆積物質２００内に形成させる。低い分解温度の前駆体は、分解して溶液から離脱し、そして、分解プロセスが残りの液相フィルム内の他の前駆体内で開始される前に、分離した「低温」単一元素相分離ドメイン２０４にクラスタ化する。低温単一元素相分離ドメインは典型的に、遷移金属又は遷移金属酸化物の元素クラスタを含む。同様に、ミッドレンジの相ドメインは、典型的に、アルカリ及びアルカリ土類金属又は金属酸化物の相分離クラスタを含む。これらは、残りの「高温」相ドメイン２０８の前に形成し、典型的に、重金属又は重金属酸化物の相分離したクラスタを構成する。

これら特異な分離した相ドメインクラスタ２０４，２０６，２０８は、典型的に、ナノスケールの寸法を有し、且つ、一般的に、ランダムに堆積物に亘って分散している。それらのナノスケールの寸法は、パウダー処理を通して可能であるよりも高度な組成的均一性で、それらを所望の組成物に焼結可能である。ランダム分布は、組成的に均衡した（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｌｙ ｂａｌａｎｃｅｄ）微細体積２１０を堆積物の大部分に亘って形成する。微細体積内で集合原子分布が特異の単一相ドメインクラスタ２０４，２０６，２０８に細分化されたとしても、組成的に均衡した微細体積２１０は、所望の結晶の正確な組成を有する集合原子分布を局所的に含有する。これら微細体積内の組成的に均衡した分布は、熱エネルギーの連続的な適用を通して核形成プロセスを通って至ったときに所望の結晶相を形成する化学的反応速度論を支持する。しかしながら、ランダム分布は、また、多くの組成的に不均衡な微細体積２１２Ａ，２１２Ｂを堆積物内に形成し、そこでは、順次的な堆積プロセスが、分離した相ドメインクラスタ２０４，２０６，２０８のグループ化を生成し、これらは所望の結晶の正確な組成物を有する集合分布を正確に含有しない。組成的に不均衡な微細体積２１２Ａ，２１２Ｂは、局所的な欠陥及び過度の１又はそれ以上の特異な単一相ドメインクラスタを含有するので、それらは、続く核形成プロセスの間、その微細体積内に所望の結晶を局所的に形成しない。これら組成的に不均衡な微細体積２１２Ａ、２１２Ｂは、形態学的相分離を堆積物内に生成し、これは堆積物内の特異な物質相及び／又は不均一な粒サイズ分布として観察される。それらはまた局所的に堆積物の機能的特性を変化させて、これら物質から製造されるコンポーネント内で維持可能な許容性を損なう。

より早い熱傾斜率（ｔｈｅｒｍａｌ ｒａｍｐｉｎｇ ｒａｔｅｓ）は、分離した単一相ドメインクラスタの物理的長さ及び量を最小化可能であるが、一般的に、乏しい表面品質を有する堆積物を形成する。なぜなら、溶媒及び前駆体がまさに表面から沸騰し、ほとんどの応用で適切でないからである。

ＬＣＤは、金属有機物前駆体が基板表面に固定化されるときに金属有機物前駆体の同時堆積（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を通して、これら先行技術の欠陥を回避する。以下により詳細に説明するとおり、これは、単一元素相分離したドメインクラスタ２０４，２０６，２０８の発生を防止し、それにより、物質堆積物が原子スケールで固体の全微細体積を通して再現した集合組成を有することを確実にする。これは、エアロゾルスプレーとして液相前駆体溶液を適用する前に基板を加熱することによって達成される。その堆積表面２１６が、それが適用される全ての金属有機物前駆体に瞬間的な同時の分解を起こさせるのに十分な表面プロセス温度を有するように、基板２０２は加熱されるべきである。図１に示すとおり、十分な基板表面プロセス温度の範囲１１４は、熱重量分析によって決定可能である。表面プロセス温度範囲の下方境界１１６は、最も熱弾性の金属有機物前駆体１１０の分解温度よりも僅かに高い。表面プロセス温度範囲の上方境界１１８は、堆積フィルムの表面品質で一般的に決定される。しかしながら、本発明の好ましい実施形態であるのは、上方境界が堆積物質を結晶化させる任意の核形成プロセス以下（〜１００℃）である。当該表面プロセス温度範囲１１４は、堆積物を図２Ｂに示すような、原子スケールの化学的均一性２１４で基板２０２の堆積表面２１６上にアモルファス固体として形成することを可能とする。当該表面プロセス温度範囲１１４は、液相前駆体溶液の組成に依存するが、一般的に、２００℃〜６００℃の範囲、好ましくは、２５０℃〜４００℃の範囲であるといわれている。

原子スケールの組成的制御で化学的に正確なアモルファス堆積物を最初に形成するようにＬＣＤを使用する機能は、すばらしい発明的価値を有する２つの主要な目的を果たす。図３Ａ及び３Ｂに示すとおり、結晶相が堆積物内に全く存在しないことにより、アモルファス堆積物内の核形成プロセスを開始させるのに十分な次の熱エネルギーの適用であるが、１００ｎｍよりも小さい、好ましくは５０ｎｍよりも小さい粒子サイズを有するように発達した微細構造を制限するのに短い十分な時間の適用を通じて、堆積物質３０２内のナノスケール微細構造３００の形成が可能となる。核形成熱エネルギーは、熱エネルギーを複合体３０４の全部分に適用するオーブンに（堆積物質３０２及び基板３０６からなる）全体複合体３０４を挿入することによって適用可能であり、あるいは、堆積物質３０２を主に加熱する高速熱アニールの適用を通して適用可能である。高速熱アニールプロセス、好ましくは、イオン化プラズマアニールプロセスの適用が、本発明の好ましい実施形態である。なぜなら、それは表面プロセス温度及びその時間に亘って高い制御を提供するからである。所定の堆積物質３０２の核形成熱エネルギーは、堆積物の化学組成に依存する。しかしながら、核形成熱エネルギーが６００℃から１２００℃の範囲の基板又は表面プロセス温度を形成すべきであることが一般的に把握可能である。核形成熱エネルギーの時間は、オーブンの手段を通して適用された場合、１０分、好ましくは５分よりも短くするべきであり、且つ、高速熱アニールの手段で適用された場合、６０秒、好ましくは３０秒よりも短くするべきである。

したがって、本発明は、堆積物質３２０が、そのナノ粒子同等物の機能的特性を同時に与えられた経済的価値を有するのに十分に大きい、微細寸法の物質体を含むことを可能にする。なぜなら、その微細構造は、ナノスケール粒３００の高密度なネットワークを備えるように処理されているからである。堆積物質３０２は、複雑な金属若しくは超合金、又は、構造的ソーラーセルガラスで有用なセレン化銅インジウムガリウム（ｃｏｐｐｅｒ ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｓｅｌｅｎｉｄｅ，ＣＩＧＳ）のような複雑な半導体を備える。この例では、限定されないが、アルゴン、ヘリウム、窒素を含む不活性ガス、又は、水素又は二酸化炭素と混合した不活性ガス、又は、化学的に還元的な二酸化炭素及び一酸化炭素分圧の混合体、又は、他の還元ガス剤を含む化学的に還元的な気体雰囲気中でＬＣＤエアロゾルが基板３０４に適用される。堆積物質３０２は、複雑なセラミック又は電気セラミックを含んでもよい。この例では、酸素、酸素に混合した不活性ガス、化学的に酸化的な二酸化炭素及び一酸化炭素分圧の混合体、又は、化学的に酸化的な二酸化炭素及び一酸化炭素分圧の混合された不活性ガスからなる酸化雰囲気中で、ＬＣＤエアロゾルが基板３０４に適用される。

堆積物質３０２は、基板表面の積層体（ラミネート）として、より高い価値の製品に一体化されてもよい。あるいは、図３Ｂに示すとおり、自立（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）すべく十分な量の物質が犠牲基板上に堆積された場合、基板は、ナノスケール微細構造３００及び機能的特性を有する自立式（ｓｅｌｆ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）物質体３０８を作製するように続いて分離可能である。

図４Ａ、４Ｂを参照すると、本発明の別実施形態は、該表面の１又は複数上に堆積された不整合物質４０４を有する基板４０２を含む複合体４００の開発を可能とする。不整合物質は、任意に大きい寸法の微細構造４０６を含むことができる。つまり、それは１ｎｍから５００ミクロンの範囲の粒サイズを有してもよい。第１にアモルファスＬＣＤ堆積物４０８を基板４０２上に適用すること、及び、次に、アモルファスＬＣＤ堆積物の表面プロセス温度を核形成温度まで上昇させるのに十分な熱エネルギーを有する、好ましくはイオン化プラズマの手段で高速熱アニールプロセス４１０を適用することによって、複合体が処理される。しかしながら、時間は、アモルファスＬＣＤ堆積物４０８の厚みより薄い侵入深さ４１２を超えて核形成プロセスが侵入することを防止するのに十分に短い範囲の時間に制限される。これにより、アモルファス境界層４１４が２つの不整合物質の間の機械的界面として機能することが可能である。アモルファス境界層４１４の基板４０２への表面付着は、通常、不整合物質４０４の引張強度よりも強く示される。

図５−１２を参照して、ＬＣＤプロセス及び該プロセスを実行するために好適な装置をさらに説明する。ＬＣＤプロセスは、単層としての複数のＬＣＤ前駆体物質を、選択的場所又は基板表面全体に供給（運搬）する方法を提供する。図５に示すとおり、ＬＣＤ物質製造は、最終堆積物に組み込まれる各化学的元素のためのカルボン酸塩溶液５００Ａ，５００Ｂ，・・・，５００Ｎを形成するように、カルボン酸溶媒、好ましくはランク（等級）５以上のカルボン酸に、金属前駆体を反応させることからなる溶液準備（処理）ステップから開始する。カルボン酸は、好ましい前駆体化学物質であるが、ＬＣＤプロセスは、カルボン酸で排他的に形成された液相前駆体溶液を使用することに限定されない。例によっては、物質の純度又は化学的安定性の理由で、他の金属有機物塩に可溶である場合にアルコキシド又はβ−ケトネートの前駆体を使用することが好ましい。

単一成分溶液は、目的が単一成分（１金属酸化物）であるときに使用され、混合金属酸化物物質を合成することが必要であるときに複数の単一成分溶液が準備される。２つのカルボン酸塩、２−エチルヘキサン酸及びネオ−デカン酸が、優れた液相フィルム形成及び効率的な熱分解特性にとって好ましい。カルボン酸塩を形成することに好ましい方法は、真空蒸留及びフィルタリングを通して、前記カルボン酸塩と、アセテート塩（酢酸塩）のような初期高揮発性の低ランク金属前駆体との間の交換反応を引き起こすことを含む。酢酸塩がＬＣＤプロセスで使用するための適切な低いランクの前駆体を表すが、他の低いランクの高揮発性前駆体を制限なく使用可能である。チタン又はシリコンのような特定の金属又は半金属は、ヒドロキシル基（ＯＨ⁻）に対して非常に強い親和性を有し、これら化合物が少量の酸素又は水蒸気に曝露された場合、ＬＣＤプロセスの理想的な化学特性が恒久的に破壊され得る。この例では、これら空気／湿潤に敏感な化合物を、ヘリウム、アルゴン又は乾燥窒素のような乾燥不活性ガス雰囲気中で反応させる必要があり、且つ、グローブボックス状態の下で溶液をパッケージ、保存及び取り扱いする必要がある。この例では、不活性ガスが真空蒸留コラム内にパージガスとして導入されるべきである。

そして、反応溶液は、正確なモル濃度５０２Ａ，５０２Ｂ，．．，５０２Ｎを決定するように分析（測定）される。誘導結合プラズマ原子発光分光法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）は、好ましい分析方法である。そして、多成分電子セラミックが必要であるときにスプレー堆積後に所望の化学量論を形成するために、公知のモル化学量論を含む混合溶液５０４を形成するように、分析溶液は滴定されて完全に混合される。そして、混合前駆体溶液は、複数の前駆体を混合させた後に繰り返してフィルタリングされる。溶液の化学量論は、堆積物の化学量論とは異なり、堆積システムの特定の特徴に非常に強く依存する。前駆体溶液は、堆積プロセスの間、高い損失レートになる傾向がある特定の金属カチオン（陽イオン）濃度で高められる必要がある。しかしながら、全プロセスパラメータがしっかりと制御されるときに、金属カチオンの損失レートは、かなり予測可能である。高ランクのカルボン酸溶液で処理された溶液は、高モル濃度のカルボン酸塩を溶解可能である。溶液中の金属密度は、同等（等価）酸化物のパーセント重量（ｗｔ％ｅｑｕｉｖ．ｏｘｉｄｅ）の用語でより利便的に表され、これにより、簡単な計算で所定量の溶液から形成される固体酸化物物質の量を決定可能になる。例えば、１０％のｗｔ％ｅｑｕｉｖ．ｏｘｉｄｅを有する１００ｇｍｓの溶液は、全体量の物質が堆積された後、１０ｇｍｓの金属酸化物物質を生成する。一般的に、０．００１％から２５％好ましくは０．１％から２０％の範囲のｗｔ％ｅｑｕｉｖ．ｏｘｉｄｅを有するように溶液を準備することが望ましい。液体エアロゾルスプレー堆積を使用して薄フィルム（＜１ミクロン厚）を形成するときには、希釈溶液（０．００１％から２５％のｗｔ％ｅｑｕｉｖ．ｏｘｉｄｅ）が好ましい。前駆体ワックス、厚フィルム（１ミクロン＜堆積厚＜１ｍｍ）又はバルク物質（厚み≧１ｍｍ）を製造するとき、より高濃度の溶液（１％から２５％のｗｔ％ｅｑｕｉｖ．ｏｘｉｄｅ）が好ましい。そして、カーテンコーティングプロセス、あるいは、基板表面領域を完全に被覆することを意図するときにはブランケットコーティングプロセスのための液体エアロゾルスプレー５０６を使用して、処理（準備）された溶液は２００℃から６００℃好ましくは２５０℃から４００℃の間の温度に加熱された基板上に堆積される。そして、堆積の次に、４００℃から６５０℃好ましくは４００℃から４５０℃の温度範囲でベークアウトステップ５０８が続き、堆積プロセスの後の堆積物中に残る任意の残余有機物質を除去する。酸素又は一酸化炭素及び二酸化炭素の混合体のような分圧酸化還元ガスを含有する又は含有しない乾燥空気、窒素、ヘリウム、アルゴン等のような不活性ガスを含む制御ガス雰囲気は、エアロゾルスプレー及びベークアウトプロセスの間に適用されて、堆積物質内の酸化状態を制御し、除去又は残余有機化合物を加速し、又は、基板又は堆積物の反応表面を保護する。

また、ベークアウトステップ５０８は、高速熱アニールステップを含む。ほとんどの場合、ベークアウトステップ５０８の後、堆積物質は不可視な結晶を有する固溶体として残る。正確に制御された微細構造を有する結晶の発達状態に堆積物質を変えることが望まれるとき、任意のアニールステップ５１０、好ましくは高速熱アニールステップが適用される。任意の高速熱アニールステップが、上述と同様の理由で、制御ガス雰囲気を使用して、イオン化ガスプラズマからなることがさらに好ましい。

図６−１３を参照して、ＬＣＤプロセスを任意に実行する装置を説明する。図６は、装置６００の全体平面図を示し、その一般的なレイアウトは、少なくとも１つのスプレー堆積ステーション６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ、少なくとも１つのベークアウトステーション６０２Ａ，６０２Ｂ，６０３Ｃ、及び、少なくとも１つの任意の高速熱アニールステーション６０４Ａ，６０４Ｂ，６０４Ｃ、ロボット配置装置６０６Ａ，６０６Ｂ及び、電力、ガス、制御システム及び化学的ルーティングのための一般的なネットワークレイアウト６０８を有する。任意の高速熱アニールステーション、好ましくは、イオン化プラズマアニールステーションは、アモルファスＬＣＤ堆積物を発達した又は制御された微細構造に結晶化することが求められるときにのみ使用される。これら機能の全てを単一処理チャンバに統合可能であるので、複数の基板の同時処理を可能とするプロセス特定チャンバ間で基板を移し替えるロボットシステムを使用するときに、経済的測定基準が改善される。この目的では、ネットワークレイアウト６０８は、装置６００の自動化を完遂するための全ての必要なコンピュータ及びロボット制御を含むことができる。説明した装置は、そのプロセスセクション及び、１又は複数のセントラルプロセッサに多様なＩＯバスで接続されたロボット制御システムを有することができ、形成物質の移動及び処理を最適化可能である。（１又は複数の）プロセッサは、従来のコンピュータ又はプログラム可能な論理装置に配置される。さらに、タスクに適切な論理ハードウェア及びソフトウェアの他のタイプを利用可能である。

図７は、堆積プロセスチャンバ７００及び包含された一般のハードウェア及びプロセスセクションの図である。液相化学前駆体溶液は、エアロゾル化され、スプレーノズルアセンブリ７０１を使用してチャンバ内に投射されて液体エアロゾルを形成する。化学前駆体溶液は、任意の適切なソースによってノズルアセンブリ７０１に提供され得る。サイドパネル内に含まれる熱源７０２Ａ及び７０２Ｂは、前駆体の分解を促進する内部プロセス領域を形成することに使用される角度調整可能な赤外線（ＩＲ）ヒーターである。ＩＲヒーターは、ルーバー７０４Ａ及び７０４Ｂによってエアロゾルのスプレー飛沫から防御される。内部プロセス領域は、好ましい実施形態であるが、本発明に本質的に必要ではない。

内部プロセス領域７０６，７０８，７１０，７１２は、ＬＣＤスプレーチャンバ７００内のＬＣＤエアロゾルスプレーの相領域を区別するための境界層を示す等温線７１４，７１６，７１８で特徴付けられる。第１等温線７１４は、好ましくは、１２０℃から１８０℃の間の温度に定められ、スプレーチャンバ７００内で適用された液相前駆体溶液の化学特性に依存する。第１等温線７１４の目的は、内部プロセス領域７０６から内部プロセス領域７０８内に通過したときにエアロゾル化した液相前駆体溶液７２０の液滴内の任意の溶媒が液滴から蒸発開始するように、内部プロセス領域７０６及び７０８の間の異なる相境界を形成することにある。第３プロセス領域７１０は、２００℃より高い等温線７１６で示される。等温線７１８は、溶媒がエアロゾル化した液滴から実質的に蒸発するスプレー堆積チャンバ７００内の相空間を表す。上述したとおり、カルボン酸前駆体、特には、２−エチルヘキサン酸及びネオ−デカン酸前駆体の使用は、ＬＣＤプロセスのための好ましい液相前駆体化学物質である。なぜなら、それらの低揮発性（本質的に０）により、図１のピーク１０４で示されるように、溶媒を金属有機化合物から蒸発させることを可能とするからである。さらに、溶媒が液体エアロゾル液滴から蒸発したときに、残ったワックス粒子と相互作用する異種の金属有機化合物の分子レベルの細分化を維持する強力なファンデルワールス力を、これら長鎖有機化合物が発揮する。等温線７１８と基板ペデスタル（基台）７２０との間に位置する第４内部プロセス領域７１２は、２００℃から５００℃の間の温度範囲に加熱される。内部プロセス領域７１２は、金属有機物前駆体が基板表面上に固定化されたときにワックス前駆体粒子の同時分解を開始させる。全前駆体の同時分解の前に、分子レベルで即時に細分化される正確な金属有機化学量論を有する完全なワックス粒子として混合前駆体を維持するＬＣＤプロセスの能力は、通路を提供する方法であって、当該通路を通して正確な組成及び原子スケールの元素均一性を有する物質堆積物が基板表面に形成される。

スプレーチャンバを形成する追加システム７２２（概略図として示される）は、電源、温度センサ及び、ＣＰＵ／コントローラバスと相互接続した他の制御信号を含む。
スプレー堆積チャンバ７００内の追加ハードウェアコンポーネントは、
（任意の）パターンマスク７２４であって、当該パターンマスク７２４を通して基板７２８の表面に選択的に配置された堆積物７２６を形成するように、物質がスプレーされる。
物質がその上にスプレーされる基板又はターゲット７２８である。
高度に正確な基板温度コントローラ７３０である。
基板が乗ったペデスタル７２０を通して、堆積プロセスの間、電磁場を表面上に生成するための手段７３１である。
スプレー飛沫及び他のプロセスからの無駄な物質／分解製品をその中に収集する冷却トラップシステム７３２である。
溶媒蒸気及び堆積チャンバからの他の軽い廃棄物を除去する、矢印７３４Ａ及び７３４Ｂで表された排気システムである。
ガス混合マニホルド７３６であって、これはプロセスガスを９０℃から１８０℃の範囲の温度に加熱して、スプレーチャンバ内の液滴から溶媒の分離を促進することにもまた使用される。

基板７２８表面への堆積物質７２６の選択的パターニングは、本発明の好ましい実施形態であるが、基板表面全体上に「ブランケット堆積（ｂｌａｎｋｅｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」が必要であるときに、任意に除去可能である。

図８Ａ，８Ｂ及び９は、ＬＣＤプロセスのスプレー部（８００Ａ（側面視）及び８００Ｂ（底面視））に使用されたハードウェアを示している。アイテム８０２は、ガス及び液体化学物質をスプレーノズルクラスタ８００Ａ、８００Ｂに供給するために必要な様々なホース及びケーブルを示し、他方、装置８０４は、少なくとも１つのスプレーノズルを含むアセンブリを示し、且つ、手段８０６は電力及び制御信号システムを供給する。

図８Ｂは、スプレーノズルアセンブリ８０４の底面視を示す。一般的に本発明に記載されたプロセスが、基板領域全体をカバー可能であるように様々な高さにおいて１つのスプレーノズルの出力を求めるが、図９に表されるように、ここに記載された装置及びプロセスは、均一であるが様々な高さにおいて複数のノズルに、広い領域に亘って物質を同時に投射させることが可能である。スプレーノズルアセンブリは、また、アセンブリ内の単一のノズルを通して、専用の金属有機化学物質を選択的に投射するように使用されてもよい。

図９は、複数のスプレーノズルの使用を除いて、図７のものと同じ堆積チャンバの概略図である。図９の内部プロセス領域９０１，９０２及び９０４は、図７で示した内部領域７０６，７０８，７１０，７１２と同じである。ＬＣＤプロセスが広い領域基板に適用されるとき、堆積物質９０８は、マルチノズルシステム９１２を使用して基板９１０上により均一に分配される。

図１０は、ここに説明した様々なスプレーノズルにガスを提供するために使用可能なガス混合体及びヒーターマニホルドの概略図である。共鳴エアキャビティ内の液相前駆体溶液をエアロゾル化するために加熱した混合プロセスガスを使用することが、本発明の好ましい実施形態である。直接的フロー１００２は、様々なプロセスガスのソレノイド制御バルブアセンブリ１００４への供給を表す。様々なガスは、ソレノイド制御バルブアセンブリ１００４によって、混合マニホルド１０００内に許容されてもよい。混合ガス１００６は、マニホルド１０００からコネクション１００８を通してガスヒーターマニホルド１０１０に通過し、そこでは、専用の窒素パージサプライ１０１２が加熱されて、ライン１０１４Ａ及び１０１４Ｂを通してノズルクラスタ８１４（図８）及び９１２（図９）に供給される。

ここに定めた装置は、連続的又はパルススプレーモードで操作可能である。堆積プロセス中に適用された混合プロセスガスの選択は、堆積物質及び基板表面に予め堆積された任意の他の物質の酸化還元化学に依存する。例えば、複雑セラミックを堆積するときに、酸化剤として酸素ガス混合体を使用することが望ましい。しかしながら、基板が銅からなり、或いは、基板が導体線としてその表面に選択的に堆積された銅を有する場合、希薄濃度でさえも、基板上又は基板内に含まれる銅の導電特性及び機械的特性を破壊するであろう。したがって、酸素ガスによってすぐに酸化される又は取り返しがつかない程に損傷を受ける任意の基板コンポーネントの状態を変化させることなく、スプレーチャンバの酸化還元化学を規制するように、一酸化炭素及び二酸化炭素の酸化分圧比を使用することが望ましい。

図１１は、装置のベークアウトステーション１１００の斜視図であり、ホットプレート、オーブン、ＩＲ又４００℃を越える温度を生成する任意の電子装置のような任意の加熱装置を含み得る。ベークアウトステーション１１００が、ＬＣＤ堆積物１１０２からの残余有機物質を除去することに使用される。ベークアウトステーション１１００は、垂直スライドドア１１０４及び堆積物質１１０２を４００℃から６００℃好ましくは４００℃から４５０℃の範囲の所望の温度に加熱可能である加熱要素１１０６を有するオーブンとして図示されている。ベークアウトステーション１１００内に配置された紫外線ソース１１１０を使用して堆積物１１０２から残余有機物質の除去を加速させることはさらなる改良点である。アイテム１１１２は、電力供給、加熱及びユニット及びその雰囲気の制御に必要とされるケーブル、ホース及び他のＣＰＵ接続を図示している。

図１２は、任意の高速熱アニールステーション１２００好ましくはイオン化プラズマアニールステーション（あるいは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置として知られる）の分解斜視図である。高速熱アニールステーション１２００には、垂直開ドア１２０２が備えられる。装置は、ガス、ＩＲ又はＵＶオーブンのようなより標準的な高速熱アニール装置のいずれかであってもよい。ガスフィード１２０４Ａ及び１２０４Ｂ及び電極１２０６は、プラズマを形成するようにこの種のプロセスに典型的に使用されるものであり、これらはその次に、基板１２０８上に堆積された物質をアニールすることに使用される。ほとんどのＲＩＥ装置と同様に、垂直ドア１２０２内のビューポート１２１０が標準である。アイテム１２１２は、プロセスを制御及び実行することに必要とされるケーブル及び給排水工事（ｐｌｕｍｂｉｎｇ ｗｏｒｋ）を表す。

図１３Ａは、プロセスステーションの間で基板を移動させるための、トラックシステム１３０１上に搭載された一対のロボット式基板搬送装置１３０２Ａ，１３０２Ｂを有するロボット式基板搬送カート１３００の平面図を示す。ロボット式基板搬送装置１３０２Ａ，１３０２Ｂは、基板に係合するための１又は複数の伸縮エフェクタを有してもよく、あるいは、任意の方向に基板のピックアップ及び配置を可能とするようにさらに回転可能であってもよい。

図１３Ｂは、カート１３００の側面視を示し、ロボット式装置１３０２Ｂが異なる位置に配置されている。図１３に示されたロボット式装置１３０２Ａ，１３０２Ｂは２つの伸縮エフェクタ１３０３Ａ，１３０３Ｂ及びガスジェット１３０５Ａ，１３０５Ｂを有する。基板の環境的汚染を防止するために伸縮端のエフェクタ１３０３Ａ，１３０３Ｂ上に搬送された基板表面を化学的に隔離することが時には必要である。これは、ガスジェット１３０５Ａ，１３０５Ｂで生成されたガスカーテンを使用して典型的に達成される。カート１３００は、ホイール１３０６上に搭載され、カード１３００内に含まれるモータ（図示せず）で動かされる。カップリング１３０８Ａは、カート１３００のロボット式制御のために使用されるＣＰＵ、センサ及び他のコントローラへの電力及び制御の接続を表す。様々なステーションでのロボット式カーの正確な配置は、アライメント（整合）ピン１３０４Ａ，１３０４Ｂの使用でさらに強化されてもよい。ガスジェット１３０５Ａ，１３０５Ｂのガス供給は、カート１３００上で内方に運ばれ、又は、カップリング１３０８Ａを通して提供される。

本発明は、開示した実施形態を参照して図解的に説明された。添付のクレームで定められるように本発明の範囲から外れることなく当業者によって、開示された実施形態に様々な改変及び変更を行うことができる。

Claims (40)

1. アモルファス物質を形成する方法であって、
   溶液内の液相金属有機物前駆体を混合するステップ、
   制御されたガス雰囲気を有する堆積チャンバ内で表面に向かって前記金属有機物前駆体の液体エアロゾルを投射するステップと、
   前記金属有機物前駆体の分解温度よりも高い温度に前記表面を加熱するステップと、
   アモルファス物質を形成するように前記加熱表面に接触した前記金属有機物前駆体を分解するステップと、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記表面に接触する前に放射エネルギーに前記投射エアロゾルを暴露するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記投射エアロゾルを暴露するステップは、前記表面に近接配置された熱場内の温度勾配を形成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記熱場の温度勾配は、前記エアロゾル内の全液体溶媒の蒸発温度を超えて前記投射液体エアロゾルの温度を上昇させることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記暴露ステップは、前記エアロゾル化した金属有機物前駆体から、液体溶媒を相分離及び蒸発させるように前記投射エアロゾルを加熱することをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記投射ステップは、前記堆積チャンバ内の制御されたガス雰囲気を決定するガス又はガス混合体を使用することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記ガス又はガス混合体が前加熱されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記金属有機物前駆体は、カルボン酸塩、アルコキシド又はアルキル金属又はβ−ケトネート（β−ｋｅｔｏｎａｔｅｓ）からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記加熱ステップにおいて前記表面が、２５０℃以上且つ形成されるアモルファス物質の任意の結晶化核形成温度以下の温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記表面が、４００℃未満の温度に加熱されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記形成されたアモルファス物質の温度を≦４５０℃に上昇させる制御ガス雰囲気内の熱処理の適用によって、前記アモルファス物質から任意の残余有機物質を除去することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記熱処理は紫外線光の同時適用で実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 続く加熱ステップで、形成したアモルファス物質から結晶物質を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記続く加熱ステップは、高速熱アニールステップ又はプラズマアニールステップであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記形成した結晶物質は、長さ１００ｎｍよりも小さい粒サイズを有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記アモルファス物質が形成された前記表面を除去することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記アモルファス物質は金属酸化物セラミックであり、且つ、前記制御ガス雰囲気は空気、酸素分圧を含む不活性ガス混合体、又は、化学的に酸化的な二酸化炭素及び一酸化炭素の分圧を含む不活性ガス混合体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記アモルファス物質は、金属合金、超合金、半金属又は半導体であり、且つ、前記制御ガス雰囲気はアルゴン、窒素又は水素、あるいは、化学的に還元的な二酸化炭素及び一酸化炭素の分圧を含む、不活性ガス混合体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 前記形成したアモルファス物質は、原子スケールで≦±１．５ｍｏｌ％で変化する元素組成を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
20. 前記形成したアモルファス物質は、アモルファスシリカ、インジウムスズ酸化物、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム又はセレン化銅インジウムガリウムであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
21. 前記液相金属有機物前駆体は、分子レベルで混合されて、さらに前記アモルファス物質は原子スケールで均一に細分化される化学的に正確な元素の混合体を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
22. アモルファス物質を形成するための装置であって、
    堆積チャンバと、
    前記堆積チャンバ内に配置された基板に向かって金属有機物前駆体の液体エアロゾルを投射するためのスプレー装置と、
    前記金属有機物前駆体の分解温度よりも高い温度に表面を加熱するように構成されたヒーターと、を備え、
    前記ヒーターは、前記アモルファス物質を形成するように加熱されたとき、前記表面に接触して前記金属有機物前駆体の分解を引き起こすことに効果的であることを特徴とする装置。
23. 金属有機物前駆体の前記投射した液体エアロゾルに曝露するために配置された放射ヒーターをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 前記放射ヒーターは、そこに曝露される前記金属有機物前駆体の温度を上昇させる温度勾配を形成することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記温度勾配は、前記液体エアロゾル中の全ての液体溶媒の蒸発温度を超えて前記投射した溶液の温度を上昇させるように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 前記堆積チャンバ内に制御されたガス雰囲気をさらに備え、前記制御ガス雰囲気及び前記ヒーターは、前記アモルファス物質を形成するように前記表面に接触した前記金属有機物前駆体の分解を引き起こすことに効果的であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
27. 前記スプレー装置は、前記液体エアロゾルを投射することに使用するための、且つ、それによって前記制御ガス雰囲気を提供するためのガスソースを含むことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
28. 前記液体エアロゾルを投射する前に前記ガスソースからのガスを前加熱するために結合された補助ヒーターをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
29. 制御されたガス雰囲気を提供するとともに、４００℃から６００℃の温度で前記形成したアモルファス物質を熱処理することによって任意の残余有機物質を除去するように構成された第２ベークアウトステーションをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
30. 前記第２ベークアウトステーションは、前記形成されたアモルファス物質からの前記有機物質の除去を加速することに使用される紫外線光源を含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
31. 制御ガス環境を有するアニールステーション及び前記形成したアモルファス物質を結晶化することに効果的な加熱機構をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
32. 前記加熱機構は、高速熱アニール機構であることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
33. 前記高速熱アニール機構は、雰囲気制御イオンプラズマであることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
34. １又は複数の堆積チャンバ、１又は複数の第２ベークアウトステーション及び１又は複数のアニールステーションの間で、形成アモルファス物質を搬送するように構成されたロボット式ハンドリングシステムをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
35. 前記ロボット式ハンドリングシステム、１又は複数の堆積チャンバ、１又は複数の第２ベークアウトステーション及び１又は複数のアニールステーションの組織的な操作のための全体制御システムをさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
36. 前記形成したアモルファス物質又は前記表面に配置された反応性元素を有害大気から保護するための局所的ガス環境を提供するように構成された装置をさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
37. 原子スケールで≦±１．５ｍｏｌ％で変化する元素組成を有する４以上の元素を含む物質。
38. 前記元素はアモルファス又は結晶構造を原子レベルで有することを特徴とする請求項３７に記載の物質。
39. 前記元素は、結晶構造を有し、１００ｎｍ以下の均一な粒サイズを有することを特徴とする請求項３８に記載の物質。
40. セレン化銅インジウムガリウムを含むことを特徴とする請求項３８に記載の物質。

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