KR20000070766A - 비스무스 카보실레이트를 이용한 저온 ｃｖｄ 프로세스 - Google Patents

비스무스 카보실레이트를 이용한 저온 ｃｖｄ 프로세스 Download PDF

Info

Publication number
KR20000070766A
KR20000070766A KR1019997007026A KR19997007026A KR20000070766A KR 20000070766 A KR20000070766 A KR 20000070766A KR 1019997007026 A KR1019997007026 A KR 1019997007026A KR 19997007026 A KR19997007026 A KR 19997007026A KR 20000070766 A KR20000070766 A KR 20000070766A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
chamber
precursor
oxide precursor
bismuth oxide
Prior art date
Application number
KR1019997007026A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100651290B1 (ko
Inventor
프랑크 힌터마이어
페터 반부스키르크
제프리 알. 뢰더
브라이언 헨드릭스
토마스 에이치. 바움
데브라 에이. 디스로커스
Original Assignee
칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
바누치 유진 지.
어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칼 하인쯔 호르닝어, 지멘스 악티엔게젤샤프트, 바누치 유진 지., 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 filed Critical 칼 하인쯔 호르닝어
Publication of KR20000070766A publication Critical patent/KR20000070766A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100651290B1 publication Critical patent/KR100651290B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/407—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31691—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass with perovskite structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40—Capacitors
    • H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

화학기상증착이 비스무스 산화물, 스트론튬 산화물, 및 탄탈 산화물들의 프리커서를 가열된 기판 표면에서 분해시킴으로써 기판상에 비스무스 산화물, 스트론튬 산화물, 및 탄탈 산화물 막을 형성하는데 이용된다. 상기 비스무스 산화물 프리커서는 적어도 하나의 카보실리케이트 그룹을 포함하는 비스무스 화합물이며, 450℃ 이하의 온도에서 분해되어 증착된다. 저온 CVD에서 얻어진 Bi, Sr, 및 Ta 산화물은 전반적으로 비강유전성이나, 뒤이은 열처리 프로세스에 의해 강유전막으로 변환될 수 있다.

Description

비스무스 카보실레이트를 이용한 저온 ＣＶＤ 프로세스{PROCESS FOR LOW TEMPERATURE CVD USING BI CARBOXYLATES}
비휘발성 메모리와 같은 응용에 이용됨으로 인하여 최근 강유전체에 대한 관심이 증가 되고 있다. 이 메모리에서 정보는, 두개의 커페시터판 사이에 위치하는 박형 강유전층의 분극에 의해 저장된다. 상기 커패시터는 커패시시터에 대한 리드-아웃(read-out) 동작 액세스를 제어하는 트랜지스터에 연결되어 기억 셀을 형성한다.
기억 셀에 저장되는 정보는 박형 강유전층에 전기장을 인가하여 분극을 뒤바꿈으로써 변경될 수 있다. 강유전 랜덤 액세스 메모리(FERAMs)는 DRAMs(다이나믹 랜덤 액세스 메모리)과 달리, 전원이 꺼진 경우에도 저장된 정보를 유지한다. 또한, FERAMs는 리프레쉬(refresh) 주기를 필요로 하지 않는다. 메모리 응용에 사용되는 바람직한 강유전용 전기적 특성에는, (a)가능한 한 저전압원 사용을 가능하게 하는 낮은 항전계, (b)저장 정보의 높은 신뢰성에 필수적인 높은 잔류 분극, (c)긴 수명을 위해 필요한 최소 피로, 및 (d)무 임프린트, 이는 임프린트의 존재가 저장된 정보를 변형시키므로, 가 포함된다.
스트론튬비스무스탄탈레이트(SrBi2Ta2O9)(SBT)는 이러한 요구조건들을 만족시키는 물질이다. 따라서 이 물질을 메모리 장치에 집적시키기 위해서 많은 노력들이 행해져 왔다. SBT를 졸-겔법을 이용하여 결합시킨 커패시터는 우수한 전기적 특징을 가지고 있다. 그러나, 상기 졸-겔법은 낮은 집적도의 SBT만을 제공한다. 높은 집적도의 SBT를 얻기 위해서는, 화학기상증착(CVD)와 같은 다른 대안 방법이 사용되어야만 한다.
본 발명은 비스무스 산화물 프리커서(precursor)를 분해함에 의해 기판 상에 비스무스 함유 금속 산화막을 제공하기 위한 화학기상증착 방법에 관한 것이다.
도1은 강유전성 메모리를 갖는 기억 셀의 개략도,
도2는 트랜지스터를 갖는 적층 커패시터에 결합된 SBT층의 개략도,
도3(a), 도3(b)는 각각 Ar 및 O2에서 Bi(O2CMe)3의 STA 결과를 도시하는 그래프,
도4(a), 도4(b)는 각각 250℃ Ar에서와 1000℃ O2에서 Bi(O2CMe)3의 XRD 결과를 도시하는 그래프,
도5(a), 도5(b)는 각각 Ar 및 O2에서 Bi(O2CtBu)3의 STA 결과를 도시하는 그래프이다.
본 발명의 일양태에 따르면, 본 발명의 특징은, 비스무스 산화물의 프리커서를 분해하여 비스무스 산화물을 기판 상에 증착하는 단계를 포함하는 비스무스 산화을 포함하는 막의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 양태에 따른 실시예는 다음과 같은 하나 이상의 특징을 포함한다.
비스무스 산화물 프리커서는 분해되기 전에 용액에 용해된다. 증착온도는 바람직하게는 450℃ 이하의 온도이며, 보다 바람직하게는 400℃ 이하이다. 비스무스 산화물을 포함하는 막에는, 또한 스트론튬 산화물 프리커서 및 탄탈 산화물 프리커서를 분해하여 스트론튬 산화물 및 탄탈 산화물을 각각 형성하는 단계; 및 상기 기판 상에 상기 비스무스 산화물, 상기 스트론튬 산화물 및 상기 탄탈 산화물을 증착하는 단계가 부가될 수 있다.
상기 비스무스 함유 금속 산화물 막은 강유전막으로서 증착되어 어닝링 프로세스에 의해 강유전막으로 변환될 수 있다.
상기 비스무스 함유 금속 산화물 막은, 상기 기판을 챔버 내에 위치시키는 단계; 상기 기판을 450℃ 이하의 증착온도로 가열하는 단계; 상기 비스무스 산화물 프리커서, 상기 스트론튬 산화물 프리커서, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서의 증기들을 CVD 챔버에 도입하는 단계; 상기 비스무스 산화물, 상기 스트론튬 산화물 프리커서, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서를 이들의 산화물들로 분해하는 단계; 및 상기 산화물들을 상기 기판상에 증착하는 단계에 의해 형성될 수 있다.
상기 비스무스 산화물, 상기 스트론튬 산화물 프리커서, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서는, 산화제의 존재하에 산화 분해반응에 의해서 분해될 수 있으며, 상기 산화제의 일예에는, O2, 싱글릿(singlet) O3, H2O2, N2O, NOx,(1≤x≤3) 및 다운스트림(downstream) 산소 플라즈마가 있으며, 산화제의 농도는 CVD 챔버 내의 전체 가스 및 증기 흐름의 5% 내지 95% 사이이다. 상기 산화제에는 O2및 N2O 중 적어도 하나가 포함될 수 있다. 산화제는 또한, 플라즈마, UV 광, 열, 감광제, 및 이온빔 중 적어도 하나를 상기 챔버 내의 분자에 가하여 능동 산화제로 변환될 수 있다.
상기 비스무스 산화물 프리커서는 화학식 Bi(O2CR)3, Bi(O2Cr)2(O2CR'), 또는 Bi(O2CR)(O2CR')(O2CR")를 가질 수 있으며, 여기서 각 R, R', R"는 독립적으로 알킬, 또는 아릴 그룹이다. 예를들어, R은t펜틸, 펜틸,tBu, Bu,iPr, Pr, Et, Me, Ph, 아릴, 또는 SiR"'3이며, 여기서 R"'은tBu, Bu,iPr, Pr, Et, 또는 Me일 수 있다. 상기 비스무스 산화물 프리커서는 알콕시 그룹, 페녹시 그룹, 또는 N, O, 또는 S와 같은 도너 원자를 포함할 수 있다.
상기 기판에 증착된 비스무스 함유 금속 산화막은, 화학식 (Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-를 갖는 화합물을 포함할 수 있으며, 여기서 A는 Bi3+, L3+, L2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, 또는 Na+이고, B는 Fe3+, Al3+, Sc3+, Y3+, L3+, L4+, Ti4+, Nb5+, Ta5+, W6+, 또는 Mo6+이며, L은 Ce4+, La3+, Pr3+, Ho3+, Eu2+, 및 Yb2+로 이루어진 군에서 선택되며, m은 1, 2, 3, 4, 또는 5를 나타낸다. 비스무스 함유 금속 산화물은 또한, 화학식 Bi2WO6; Bi2MO6, 여기서 M은 Re 또는 Mn; Ba2BiMO6, 여기서 M은 V, Nb 또는 Ta; Pb2BiMO9여기서 M은 V, Nb 또는 Ta; Ba3Bi2MO9, 여기서 M은 Mo 또는 W; Pb3Bi2MO9, 여기서 M은 Mo 또는 W; Ba6BiMO18, 여기서 M은 Mo 또는 W; Pb6BiMO18, 여기서 M은 Mo 또는 W; KBiRTi2O6; 및 K2BiNb5O15로 이루어진 군에서 선택된 하나의 화합물을 포함할 수 있다. 이들 금속 산화물은 위에서 설명한 금속들은 함유하는 프리커서들을 분해시킴에 의해서 얻어질 수 있다.
비스무스 함유 금속 산화막은, SrBi2Ta2O9; SrBi2Ta2-xNbxO9, 여기서 0≤x≤2; SrBi2Nb2O9; Sr1-xBaxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2; Sr1-xCaxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2; Sr1-xPbxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2; 및 Sr1-x-y-zBaxCayPbzBi2Ta2-pNbpO9, 여기서 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤p≤2, 을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물 성분은, Ce, La, Pr, Ho, Eu, 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 치환될 수 있다.
스트론툼 산화물 프리커서는, 일반적으로 화학식 Sr(thd)2또는 Sr(thd)2을 가지며, 이에는 폴리에테르 또는 폴리아민이 포함될 수 있다. 상기 폴리에테르는 화학식 R-O-(CH2CH2O)n-R'를 가지며, 여기서 2≤n≤6 이고, 각 R과 R'는 독립적으로 알킬 그룹, 아릴 그룹 또는 수소이다. 상기 폴리아민은 화학식 R-NR"-(CH2CH2NR")n-R'을 가지며, 여기서 2≤n≤6, 이고 각 R과 R'는 독립적으로 알킬, 아릴, 또는 수소이며, R"는 H, Me, Et, 또는 Pr이다. 상기 스트론튬 산화물 프리커서는, 테트라글림, 트리글림, N,N,N',M",N"'-펜타메틸-디에틸렌-트리아민(Me2N-(CH2CH2NMe)2-Me), 및 N,N,N',M",N"',N"'-헥사메틸-트리에틸렌-테트라아민을 포함할 수 있다.
상기 탄탈 산화물 프리커서는, 일반적으로 화학식 Ta(OR)5-n(X)n를 가지며, 여기서 R은 Me, Et, Pr,iPr, Bu,iBu,tBu, 펜틸, 또는i펜틸이며, X는 β-디케토네이트이며, n은 1,2,3,4, 또는 5이다. 상기 프리커서는 Ta(OiPr)4(thd) 일 수 있다.
상기 Bi, Sr, 및 Ta 산화물 프리커서는 지방성, 시클로지방성, 방향성 용매를 포함하는 용액에 용해되며, 상기 용매들은 알코올, 에테르, 에스테르, 아민, 케톤, 및 알데히드 그룹에서 선택된 적어도 하나의 기능적 그룹을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 비스무스 산화물, 상기 스트론튬 산화물, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서는 부틸아세테이트과 같은 용매에 용해될 수 있다. 상기 프리커서들은, 각각 약 8:2:1 비율의 THF,iPrOH, 및 루이스 베이스의 혼합물을 포함하거나, 약 5:4:1 비율의 옥탄, 데칸, 및 펜타메틸-디에틸렌-트리아민의 혼합물을 포함하는 용액에 용해될 수 있다.
상기 프리커서를 갖는 상기 용액은 적어도 하나의 증발기에 의해 증발된다. 예를들어, 상기 비스무스 산화물 프리커서 함유 용액은 130℃ 내지 300℃의 온도에서 증발되며, Sr 및 Ta 산화물 프리커서를 함유하는 용액은 170℃ 내지 240℃의 온도에서 증발될 수 있다. 불활성 가스가 상기 용액의 증기에 부가되며, 상기 불활성 가스와 상기 증기의 혼합물이 상기 CVD 챔버로 공급되며, 여기서 상기 불활성 가스는 Ar, He, 및 N2중 적어도 하나이다. 예를들어, 상기 혼합물은, 각각 2:1:2 비율의 상기 비스무스 산화물, 스트론튬 산화물, 및 탄탈 산화물 프리커서의 증기들을 포함한다. 증기 혼합물에서의 프리커서의 농도는, 증발 온도, 증발기의 온도, 가스 및 증기 흐름률, 원하는 막의 화학양론, 및 CVD 챔버의 기하학적 형태를 포함하는 다양한 요인들에 의존한다고 생각된다.
CVD 챔버에서, 기판은 300℃과 450℃ 사이의 증착 온도로 가열된다. CVD 챔버 내의 압력은 0.001 torr과 760 torr 사이이며, 예를들어 0.1 torr과 10 torr 사이이다. 부가적인 불활성 가스가 상기 챔버 내로 부가되며, 상기 불활성 가스는 Ar, He, 및 N2중 적어도 하나를 포함하며, 상기 부가적인 불활성 가스는 상기 챔버 내로의 전체 가스 및 증기 흐름의 10% 내지 90%, 예를들어 30% 내지 50%를 차지한다. 상기 프리커서, 상기 산화제, 및 Ar, He, 및 N2의 불활성 가스의 증기들은, 표준상태에서 측정시 1㎕/min 내지 15000㎕/min의 전체 흐름률로 상기 챔버 내에 도입된다. 바람직한 흐름률은 가스 및 증기 혼합물의 온도 및 압력, 원하는 막의 화학양론, 및 CVD 챔버의 기하학적 형태에 의존할 수 있다. 상기 산화물들은 2분과 2시간 사이의 시간주기, 2분과 15분 사이의 시간주기로 상기 기판상에 증착된다. 증착후에, 상기 막은 5분과 3시간 사이의 시간주기로 600℃ 와 800℃ 사이의 온도로 가열된다.
상기 기판은 Si, n도핑된 Si, p도핑된 Si, SiO2, Si3N4, GaAs, MgO, Al2O3, ZrO2, SrTiO3, BaTiO3, 및 PbTiO3를 포함한다. 상기 비스무스 함유 금속 산화막은 트랜지스터를 포함한다. 하부 전극이 플러그에 의해 상기 트랜지스터에 접속된다. 상기 하부 전극은, Pt, Pd, Au, Ir, 및 Rh로 이루어진 군에서 선택된 하나의 금속 ; IrOx, RhOx, RuOx, OsOx, ReOx, WOx로 이루어진 군에서 선택된 하나의 전도성 금속산화물, 여기서 x는 0, 1, 또는 2; TiNx, ZrNx, 및 WNyTaNy로 이루어진 군에서 선택된 하나의 전도성 금속 질화물, 여기서 o≤x≤1.0 및 0≤y≤1.7 : 및 YBa2Cu3O7-x및 Bi2Sr2Ca2Cu3O10로 이루어진 군에서 선택된 초전도성 산화물, 여기서 0≤x≤1;를 포함한다. 상기 하부 전극은 Pt 전극일 수 있다.
제1 중간층이 상기 하부 전극과 상기 플러그 사이에 제공될 수 있다. 상기 제1 중간층의 일예에는 Ti 접착층 및 Ti 확산방지층이 포함된다. 제2 중간층이 상기 하부 전극과 상기 금속 산화막 사이에 제공될 수 있다. 상기 제2 중간층의 일예에는 시드(seed)층, 전도층, 및 높은 감수율을 갖는 절연층이 포함될 수 있다. 상기 플러그는 상기 하부 전극과, MOS 전계효과트랜지스터의 소스/드레인에 연결되며, 상기 플러그는 W 또는 Si을 본질적으로 포함할 수 있다. 상기 막은 강유전성 커패시터용, 강유전성 메모리용, 또는 강유전성 전계효과 트랜지스터용 강유전 박막으로서 사용될 수 있다.
기판은 상기 금속 산화물 프리커서들의 상기 증기들에 노출된 후에 불활성 가스와 상기 산화제의 혼합물에 담길(flush) 수 있다. 상기 기판은 상기 프리커서들의 상기 증기들에 노출된 후 및/또는 전에 불활성 가스와 상기 산화제의 혼합물에 담기게될(flush) 수 있다. 기판은 상기 챔버로부터 제거되어, 적어도 하나의 중간 프로세스에서 처리되며, 다시 상기 챔버 내로 귀환될 수 있다.
CVD 조작 조건은 변경될 수 있다. 예를들어, 혼합물 내의 프리커서, 산환제, 및 불활성 가스의 조성은 기판이 챔버 내에 위치하는 동안 변화될 수 있다. 증착 온도 및 압력은 상기 기판이 상기 챔버 내에 위치하는 동안 변화될 수 있다. 비스무스 산화물 프리커서 포함 증기는 증착개시와 그 후 30분 사이의 주기동안에 상기 챔버로 공급될 수 있으며, 그후 비스무스 산화물의 농도가 감소된다. 다른, 방법으로서, 상기 기판이 상기 챔버 내에서 450℃ 이하의 온도에서 적어도 2회 가열되거나, 기판이 O2및 O3의 존재하에서 450℃ 이하의 온도로 상기 챔버 내에서 가열될 수 있다.
본 발명의 또다른 양태에 따르면, 본 발명의 특징은, 상기 기판을 450℃ 이하의 온도로 가열하고, 상기 가판에 비스무스 산화물 프리커서 증기를 도입하는데 있다. 적어도 하나의 카보실리케이트 그룹을 포함하는 비스무스 화합물이 비스무스 산화물 프리커서로서 이용된다. 상기 프리커서는 상기 기판 표면에서 분해되어 비스무스 산화물을 형성하고, 상기 비스무스 산화물은 상기 기판 표면 상에 증착된다.
본 명세서에서, "비스무스 산화물 프리커서"는 변화되어 비스무스 산화물이 될 수 있는 비스무스 화합물을 의미한다. 비스무스 산화물 프리커서의 예로는 비스무스 카보실레이트가 있으며, 이는 Bi(O2CR)3, Bi(O2Cr)2(O2CR'), 또는 Bi(O2CR)(O2CR')(O2CR")의 구조를 가지며, 여기서 각 R, R', R"는 독립적으로 알킬, 아릴, 또는 시릴 그룹이다. 비스무스 카보실레이트는 또한 위에서 언급한 프리커서들의 유도체를 포함한다.
화학기상증착에서 비스무스 산화물 프리커서로서 비스무스 카보실레이트를 사용하는 것은 많은 장점을 제공한다. 비스무스 카보실레이트는 비교적 약해서 쉽게 끊어지는 Bi-O 결합을 갖는다. 따라서, 비스무스 카보실레이트는 비교적 낮은 온도에서 분해될 수 있다. 저온에서의 분해 및 증착은 비스무스 산화물의 하부 전극 및 기판으로의 원자 이동을 감소시킨다. 이에의해 이미 존재하는 구조의 감쇠가 감소된다. 또한, 비스무스 카보실레이트는 비스무스 산화물 형성을 위한 공동 반응물로서의 산소를 필요로 하지 않는다.
달리 설명한 바가 없다면, 본 명세서에서 사용된 과학 기술 용어들은 당업자에 의해 통상 이해되는 의미와 동일한 의미로 사용된다. 위에서 설명한 것과 유사하거나 동등한 방법 및 물질이 본 발명의 테스트에서 사용될 수 있으나, 적절한 방법 및 물질은 이하에서 설명된다. 본 발명에서 언급된 모든 공보, 출원 명세서, 특허, 및 다른 참조문헌은 본 명세서에서 일체로 결합된다. 논란이 발생하는 경우, 상세한 설명을 포함하는 본 명세서가 이를 조정한다. 또한, 물질, 방법 및 실시예들은 예시를 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 한 것은 아니다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 이하의 상세한 설명과 이에 따른 청구범위로부터 명확해질 것이다.
화학기상증착은 기판 표면상에 Bi, Sr, 및 Ta 산화물 박막을 제공하는데 이용될 수 있다. 또한, 기판은 기억 셀과 같은 소자를 제조하는데 이용될 수 있다.
도1을 참조하면, 기억 셀은 두개의 커패시터판 2 사이에 강유전 물질 층 1을 위치시킴에 의해 형성된다. 커패시터 2는 비트라인 4와 워드라인 5를 가지며 커패시터 2에서 리드-아웃 동작 액세스를 제어하는 트랜지스터 3에 연결된다. 강유전층 1은 비휘발적인 방식인 분극에 의해 정보를 저장한다.
도2를 참조하면, 강유전 SBT층 9는 기억 셀을 형성하는 트랜지스터를 구비하는 적층 커패시터에 결합된다. 적층 커패시터는 상기 트랜지스터의 상부상에 놓이며, 커패시터의 하부 전극 6은 폴리 Si 또는 폴리 W 중 하나에 의해 만들어지는 플러그 8에 의해 MOSFET(금속산화물반도체 전계효과트랜지스터)의 드래인에 연결된다. 강유전층 9는 하부전극 6과 상부전극 10 사이에 배치된다.
화학기상증착(CVD)은 도1 및 도2에 도시된 강유전층을 제공하는데 이용된다. 예를들어, CVD는 Pt/Ti/SiO2/Si 기판 상에 Bi, Sr, 및 Ta의 금속 산화물 층을 증착하는데 이용된다. CVD 공정 중, 기판은 저압의 CVD 챔버에 위치되어 증착 온도까지 가열된다. 프리커서(precursor)는 증발되어 CVD 챔버로 이동된다. 프리커서 증기가 기판 상에 증착되어 박막이 형성된다. CVD 프로세스에 의해 형성된 금속 산화막은 다른 방법에 의해 형성된 박막보다 높은 컨포말리티(conformality)를 가지면서 스텝 커버리지가 우수하다. 또한, CVD 프로세스에 의한 이점에는 높은 균일성, 높은 박막 밀도, 초 박형 구현성, 높은 수율, 및 제조 비용의 저감이 포함된다.
비스무스 산화물용 프리커서
비스무스 카보실레이트는 비교적 쉽게 끊어지는 C-O 결합을 갖는다. 또한, 비스무스 카보실레이트가 비스무스 산화물 프리커서로서 사용되는 경우, 비스무스 산화물의 형성을 위한 공동 반응물로서 산소가 필요하지 않게 된다. 이러한 비스무스 카보실레이트의 특성이 비스무스 카보실레이트의 바람직한 분해 메커니즘과 비스무스 산화물의 컨모말한(conformal) 증착에 기여하는 것으로 생각된다.
비스무스 산화물은 낮은 온도, 예를들어 300℃에서 증착될 수 있다. Bi, Sr, 및 Ta의 산화물은 Bi2O3-SrO-Ta2O5와 같은 요구되는 박막 화학양론에서 함께 증착될 수 있다. 비스무스 산화물의 프리커서로서 비스무스 카보실레이트를 사용하여 얻어진 SBT막은 웨이퍼 상에 높은 조성 균일성, 표면구조의 높은 컨포말리티, 및 높은 연속 반복성을 보여준다. 저온증착에 의해 형성된 Bi, Sr, 및 Ta 산화막은 일반적으로 비화학양론적이나, 어닐링과 같은 증착후 처리에 의해 강유전 오리빌리우스(Aurivilius) 상으로 전이될 수 있다.
비스무스 산화물의 프리커서로서 사용되는 비스무스 카보실레이트는 일반적으로, Bi(O2CR)3, Bi(O2Cr)2(O2CR'), 또는 Bi(O2CR)(O2CR')(O2CR")의 구조를 가지며, 여기서 각 R, R', R"는 독립적으로 알킬, 아릴, 또는 시릴 그룹이다. 예를들어, R은t펜틸, 펜틸,tBu, Bu,iPr, Pr, Et, Me, Ph, 아릴, 또는 SiR"'3일 수 있으며, 여기서 R"'은tBu, Bu,iPr, Pr, Et, 또는 Me일 수 있다. 비스무스 카보실레이트의 예에는 Bi(O2C-C5H11)3, Bi(O2C-CMe2Et)3, Bi(O2C-tBu)3, 및 Bi(O2C-iPr)3이 포함된다.
비스무스 카보실레이트에는 또한 위에서 설명한 프리커서의 유도체들이 포함된다. 비스무스 카보실레이트에는 또한 알콕시, 페녹시, 또는 시릴 그룹이 하나 이상의 수소 원자로 치환된 유도체들이 포함된다. 또한 비스무스 카보실레이트에는 알킬 그룹이 N, O, 또는 S와 같은 도너 원자로 치환된 유도체들이 포함된다.
이들 분자들 모두는 매우 저온에서 산화 분해반응을 보일 수 있다. 따라서, 이러한 분자들은 조절되고 재생가능한 방식으로 비스무스 산화물을 생성할 수 있다. 이러한 프리커서의 준비에 대한 부가적인 정보는, A.P.Pisarevskii 등, Inorg. Chem. 35(6), p. 84(1990); W.A. Hermann 등, Chem. Ber. 126, p. 1127(1993); R.G. Goel 등, J. Organomet. Chem. 36, p.323(1972)와 같은 하나 또는 그 이상의 참조문헌에서 얻어질 수 있다.
비스무스 함유 금속 산화물
기판 상에 증착된 비스무스 함유 금속 산화물은 일반적으로,
(Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-의 구조를 가지며, 여기서 A는 Bi3+, L3+, Ca2+, Sr2+, Pb2+, 또는 Na+이고, B는 Fe3+, Al3+, Sc3+, Y3+, L3+, L4+, Ti4+, Nb5+, Ta5+, W6+, 또는 Mo6+이며, L은 Ce4+, La3+, Pr3+, Ho3+, Eu2+, 또는 Yb2+와 같은 란탄 계열의 금속을 나타내며, m은 1, 2, 3, 4, 또는 5를 나타낸다. 이들 비스무스 함유 금속 산화물은 전반적으로 비화학양론적이나, 어닐링 공정에 의해 오리빌리우스 상의 페로브스카이트 구조와 같은 층상 페로브스카이트 구조를 갖는 강유전 산화물로 전이될 수 있다. 비스무스 함유 금속 산화물의 예에는,
Bi2WO6;
Bi2MO6, 여기서 M은 Re 또는 Mn;
Ba2BiMO6, 여기서 M은 V, Nb 또는 Ta;
Pb2BiMO9여기서 M은 Mo 또는 W;
Pb3Bi2MO9, 여기서 M은 Mo 또는 W;
Ba6BiMO18, 여기서 M은 Mo 또는 W;
Pb6BiMO18, 여기서 M은 Mo 또는 W;
KBiTi2O6; 및
K2BiNb5O15가 포함된다.
이들 금속 산화물의 준비에 대한 부가적인 정보는, T. Kodas 및 M.J. Hampden-Smith, The Chemistry of Metal CVD, Wiley(1994), 및 W.S. Rees, CVD of Nonmetals, Wiley(1996)의 하나 또는 양쪽 참고문헌에서 얻어질 수 있다.
스트론튬 산화물용 프리커서
Sr(thd)2또는 Sr(thd)2첨가물이 스트론튬 프리커서로서 일반적으로 이용되며, 여기서 thd는 2,2,6,6,-테트라메틸-헵탄-2,5-디오네이트를 나타낸다. 상기 첨가물의 부가적인 리간드에서;
폴리에테르는, 예를들어, R-O-(CH2CH2O)n-R'일 수 있으며, 여기서 2≤n≤6, 이고 각 R과 R'는 독립적으로 알킬 그룹, 아릴 그룹 또는 수소이고,
폴리아민은, 예를들어, R-NR"-(CH2CH2NR")n-R'일 수 있으며, 여기서 2≤n≤6, 이고 각 R과 R'는 독립적으로 알킬, 아릴, 또는 수소이며, R"는 H, Me, Et, 또는 Pr이다.
Sr(thd)2첨가물에는 테트라글림(MeO-(CH2CH2O)4-Me), 트리글림(MeO-(CH2CH2O)3-Me), N,N,N',M",N"'-펜타메틸-디에틸렌-트리아민(Me2N-(CH2CH2NMe)2-Me), 또는 N,N,N',M",N"',N"'-헥사메틸-트리에틸렌-테트라아민(Me2N-(CH2CH2NMe)3-Me)이 포함될 수 있다.
스트론튬 산화물의 프리커서의 다른 예들에는 Sr 알콕사이드, Ta/Nb 알콕사이드와 혼합된 Sr 알콕사이드, 및 이들 알콕사이드의 루이스 베이스 첨가물이 포함되며, 여기서 루이스 베이스는 테트라글림(MeO-(CH2CH2O)4-Me), 트리글림(MeO-(CH2CH2O)3-Me), N,N,N',M",N"'-펜타메틸-디에틸렌-트리아민(Me2N-(CH2CH2NMe)2-Me), 또는 N,N,N',M",N"',N"'-헥사메틸-트리에틸렌-테트라아민(Me2N-(CH2CH2NMe)3-Me)이다.
탄탈 산화물용 프리커서
탄탈 산화물의 프리커서는 일반적으로 Ta(OR)5-n(X)n구조를 가지며, 여기서 R은 Me, Et, Pr,iPr, Bu,iBu,tBu, 펜틸,i펜틸이며, X는 β-디케토네이트이며, 1≤n≤5 이다. 예를들어, Ta(OiPr)4(thd)가 탄탈 산화물의 프리커서로서 사용될 수 있다.
SBT
스트론튬비스무스탄탈레이트는, 일반적으로 SrBi2Ta2O9의 구조를 갖거나,
SrBi2Ta2-xNbxO9, 여기서 0≤x≤2;
SrBi2Nb2O9;
Sr1-xBaxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2;
Sr1-xCaxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2;
Sr1-xPbxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2;
Sr1-x-y-zBaxCayPbzBi2Ta2-pNbpO9, 여기서 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 및 0≤p≤2와 같은 SrBi2Ta2O9의 구조의 유도체 중 하나를 갖는다.
SBT는 또한 하나 이상의 성분이 Ce, La, Pr, Ho, Eu, 및 Yb와 같은 란탄 계열 금속으로 치환 및/또는 도핑된 위에서 언급한 화합물을 포함한다.
혼합 용액
바람직하게는, 액체 공급 CVD가 본 발명의 방법에 사용된다. 액체 공급 CVD 중에서, Bi, Sr, 및 Ta 산화물의 프리커서는 용매 또는 혼합 용액에 용해되며, 다음 액상으로 증발기로 공급된다. 용매의 예에는, 지방성, 시클로지방성, 방향성 용매가 포함되나 이로 한정되는 것은 아니며, 이들 용매들은 알코올, 에테르, 에스테르, 아민, 케톤, 및/또는 알데히드와 같은 기능적 그룹을 포함할 수 있다. 이들 용매의 혼합물에서 또한 각각 8:2:1 비율의 THF,iPrOH, 및 루이스 베이스의 혼합물이 사용될 수 있거나, 또는 5:4:1 비율의 옥탄, 데칸, 및 펜타메틸-디에틸렌-트리아민의 혼합물이 사용될 수 있다.
탈탈 산화물의 프리커서는 용액속의 비스무스 카보실레이트와 양립되기 위해서 변형될 수 있다. 보다 상세한 사항은 1998년 6월 30일에 출원되어 발명의 명칭이 "비정질적으로 증착된 금속 산화물 세라믹 박막"으로 주어진 현재 출원상태인 U.S.S.N 09/107,861에 나타나 있으며, 이는 본 발명의 참조문헌으로 결합된다.
증발 프로세스
Bi, Sr, 및 Ta 산화물의 프리커서는 이러한 산화물이 CVD 챔버에 공급되기 전에 증발된다. 바람직하게는, 비스무스 산화물의 프리커서는 Sr 및 Ta 산화물 프리커서와 분리되어 증발된다. 따라서, 프리커서의 증발은 적어도 두개의 플래쉬(flash) 증발기를 필요로 한다.
수개의 공급 접근으로서 다층 증발기 접근이 도입될 수 있다. 프리커서는 별도의 용액에 저장되며, 각 용액은 별도의 증발기에서 증발된다. 다음, 증기가 혼합되어 CVD 챔버의 기판 표면으로 공급된다. 또한, Sr 및 Ta 산화물의 프리커서가 예를들어 액체 공급 시스템에 의해 증발 이전에 혼합되는 별도의 용액에 저장되는 것도 가능하다. 혼합용액은 첫번째 증발기에 공급된다. 비스무스 산화물의 프리커서는 두번째 증발기에 공급된다. 상기 프리커서들의 증발 후에, 증기는 혼합되어 CVD 챔버로 공급된다.
또다른 프로세스에서, Sr 및 Ta 산화물의 프리커서가 용액 내의 프리커서 혼합물로서 저장되어 첫번째 증발기로 공급된다. 비스무스 산화물의 프리커서는 두번째 증발기로 공급된다. 상기 프리커서의 증발 후에, 증기는 혼합되어 CVD 챔버로 공급된다. 또한, 비스무스 산화물의 프리커서는 첫번째 증발기에서 증발되고 Sr 및 Ta 산화물의 프리커서는 두번째 증발기에서 증발될 수 있다. 그러나, 두개의 별도의 저수조에 Sr 및 Ta 산화물의 프리커서를 위치시키는 대신, 두개의 혼합용이 서로 다른 농도의 Sr 및 Ta 산화물의 프리커서를 각각 함유하도록 준비된다. 이는 Sr 및 Ta 산화물의 프리커서의 보다 정밀한 혼합을 가능하게 한다. 상기 CVD 프로세스에 대한 부가적인 정보는, 1996년 11월 27일에 출원되고 발명의 명칭이“상이한 프리커서 조성을 이용한 화학기상증착용 다중 증발기 시약 공급 시스템"으로 주어진 U.S.S.N. 08/758,599, 미국 특허 5,536,323, 미국 특허 5,337,651, 미국 특허 5,431,957, 미국 특허 5,362,328, 및 미국 특허 5,204,314에서 얻을 수 있다.
산화제
Bi, Sr, 및 Ta 산화물의 프리커서는 산화제 존재하의 산화 분해반응에 의해 분해된다. O2가 일반적으로 산화제로서 사용된다. 증착 효율은 막 증착중 보다 반응성이 강한 산화제를 사용함에 의해 향상될 수 있다. 이러한 대안적인 산화제에는 O2, O3, H2O2, N2O, NOx(1≤x≤3) 싱글릿(singlet), 및 다운스트림(downstream) 산소 플라즈마가 포함된다.
산화제의 농도는 CVD 챔버 내의 전체 가스 및 증기 흐름의 5% 내지 95% 사이의 수준에서 유지될 수 있다. O2및 N2O의 적어도 하나가 산화제로서 이용될 수 있다. 산화제는 탱크와 같은 외부 소스로부터 CVD 챔버 내로 공급되거나, CVD 챔버에 플라즈마, UV 광, 열, 감광제, 또는 이온 빔을 가하여 챔버 내의 분자를 능동 산화제로 변화시킴으로써 CVD 챔버 내에 형성될 수도 있다.
O3는 Bi 산화물, Sr 산화물, 및/또는 Ta 산화물의 프리커서와 반응할 수 있는 산소 라디칼 O.을 형성할 수 있다. 반응은, 예를들어 Bi-O 결합에 O.라디칼을 주입하거나 전자회전 이분자 반응을 거치도록 함에 의해 경계층에서 발생할 수 있다. O3가 페닐 고리를 함유하는 프리커서와 반응하는 경우, O3는 페닐 고리를 공격하여 분자를 다른 분자로부터 떼어냄으로써 0=BiPh3과 같은 중간 생성물을 만들며, 이는 BiPh3로 다시 분해되거나 재배치되어 (PhO)BiPh2를 형성할 수 있다. 또한, 기판 표면의 화학적 특성은 O3에 의해 영향받을 수 있다. 예를들어, 흡착된 O 원자의 양은 증가될 수 있으며, 또한 표면의 전기화학적 포텐셜 및 전기 전도도는 변화될 수 있다. O3는 또한 CVD 챔버에서 막 성장시에 비스무스 함유 금속 산화막 표면의 화학적 특성에 영향을 줄수 있다.
NO 및 NO2는 경계층에 이미 존재하는 프리커서와 반응할 수 있다. 또한, NO 및 NO2는 기판상에 흡착되어 프리커서의 분해반응의 중간 생성물과 반응하거나, 또다른 화학 반응을 위해 기판 표면 포텐셜을 증가시킬 수 있다.
H2O2는 경계층 또는 불균일 표면에서 프리커서와 반응할 수 있다. H2O2는 기판 상에 OH 및 OOH 그룹을 형성하거나 프리커서용의 새로운 분해 경로를 제공할 수 있다.
싱글릿 O2(1O2)는, 로즈뱅갈(rose bengal)과 같은 감광제 하에서 트리플릿(triplet)3O2의 광 조사 또는 예를들어 저압 수은 램프/엑시머 레이져로 200㎚ 이하의 조사광을 직접 조사함에 의해 형성될 수 있는 매우 효과적인 산화제이다.
다운스트림 산화 플라즈마를 형성하기 위해서, 프리커서 증기는 산소 플라즈마와 혼합된다. 플라즈마에서의 반응 그룹에는 단일 산소 원자, 활성 O2분자, 및 O3가 있다. 다운스트림 산화 플라즈마는 산화제가 프리커서 증기와 혼합되기 전에 생성된다. 이 기술은, 플라즈마에 존재하는 높은 이행 에너지에 프리커서를 직접 노출시킴없이 CVD 프로세스에 효과적으로 적용될 수 있다. 이에 대한 부가적인 정보는 G. Lucovsky 등, J. Vac. Sci. Tech. A 4, 681,[1986]; Van Buskirk 등, J. Vac. Sci. Tech. A 10(4), 1578, [1992]에서 얻을 수 있다.
산화제를 사용하면 비스무스 함유 금속 산화막을 증착하는데 많은 이점을 얻을 수 있다. 일반적으로, 산화제는 낮은 온도에서 비스무스 산화물이 기판상에 증착되는 것을 가능하게 한다. 산화제는 또한 저압에서 비스무스 산화물의 증착을 안정화시키고 향상시킨다. 산화제는 또한 비스무스 함유 금속 산화막이 바람직한 상(phase)으로 증착되도록 도울 수 있다.
CVD 프로세스
기판은 300℃ 에서 500℃ 범위인 증착 온도로 가열된다. 바람직하게는, 기판은 450℃ 이하로 가열된다. 챔버 내의 압력은 0.1 에서 10 torr 사이로 유지된다. Ar, He, 또는 N2와 같은 반송 가스와, O2, 싱글릿 O2, O3, NO3, NOx(1≤x≤3), 및 다운스트림 산소 플라즈마와 같은 산화제가 또한 CVD 챔버로 공급된다. 전체 가스 흐름은 1 내지 15,000 sccm 사이로 유지되며, 여기서 sccm은 표준 상태, 즉 0℃ 1 기압에서 측정한 cc/min 단위의 부피 흐름률을 나타낸다. 증착 시간은 30분 내지 60분의 범위 내이다.
SBT용 CVD 프로세스는 상이한 증착온도에서 수행될 수 있다. 예를들어, 430℃와 같은 온도에서의 CVD 프로세스는 플루오라이트(fluorite) 상(phase)의 비강유전성 박막을 생성한다. 600℃ 내지 820℃ 사이, 예를들어 750℃에서 1시간 동안 어닐링함에 의해서, 상기 박막은 강유전성 오리빌리우스 상으로 변환된다. 증착된 박막의 구조는 증착온도에 의해 가장 큰 영향을 받으나 다른 많은 증착 조건들에도 의존한다. 저온, 예를들어 350℃에서 증착된 박막은 전체적으로 비정질이다.
고온, 예를들어 650℃에서, CVD 프로세스는 비강유전성 결정상, 예를들어 플루오라이트 상, 또는 이미 강유전성 오리빌리우스 상인 박막을 생성한다. 800℃에서 어닐링(페로어닐링(ferroanneal))함에 의해서, 비강유전성 SBT 층은 강유전성 오리빌리우스 상으로 전이될 수 있거나, 현재의 강유전 박막의 전기적 특징이 향상될 수 있다.
또한, 증착은 두개의 다른 조건하에서 수행될 수 있다. 예를들어, 증착 및/또는 어닐링 중에 하부 전극에서의 공핍(depletion)으로 인한 비스무스 산화물의 손실을 보상해 주기 위해서 CVD 프로세스 후반에서 보다 초반에 보다 많은 비스무스 산화물을 증착하는 것이 이점이 될 수 있다. 또한, 비록 핵성장이 성장률을 감소시키기는 하나, 프로세스 초반에 핵성장을 조절하는 것이 도움이 된다. 핵성장 단계 후에 두번째 증착 단계에서의 높은 성장률이 일어나도록 조건들이 변경된다. 핵성장은 상 제어를 위해 매우 중요하며, 예를들어 박막 조성이 표면 특성에 달려있는 경우 조성 제어에 중요한 역할을 한다.
실시예 1 TGA 및 DSC 조사 결과
열중량분석(TGA)과 시차주사열량측정(DSC)와 결합된 STA가 아르곤과 산소 분위기에서 수행되었다. 다양한 비스무스 카보실레이트의 전송 특성 및 안정성이, 각각의 가스의 분위기에서 가열조건(10℃/min)을 제어함에 의해 조사되었다.
도3(a), (b)는 각각 아르곤 및 산소에서 Bi(O2CMe)3의 STA 결과를 나타낸다. 아르곤에서는, STA는 Bi2O3로의 분해를 나타내는 56%의 잔류물을 보여주었다. 산소에서는, 63%의 잔유물이 α-Bi2O3가 된 것이 분말 XRD에 의해 확인되었다.
아르곤에서 Bi(O2CMe)3의 분해에 제안되는 메커니즘에는, 아세틱 안하이드리드 MeC(O)CO(O)Me의 등가물이 초기에 제거되어 BiO(O2CMe)x를 형성하는 것이 포함된다. 다음, BiO(O2CMe)x는 아세틱 안하이드리드의 등가물을 절반 제거하여 α-Bi2O3(60% 잔유물)을 형성한다. 이들 변환에 대해 보고된 온도는 각각 290℃ 내지 310℃ 사이와 330℃ 내지 350℃ 였다. 관찰된 온도는 각각 250℃ 내지 285℃ 사이, 및 285℃ 내지 350℃ 사이였다. 아르곤에서는, DSC 결과는 257℃, 271℃, 및 317℃에서 3개의 구별된 흡열선을 보여준다.
모세관 녹는점은, 아세틱 안하이드리드(Tb = 139℃)의 소모에 기인하는 것으로 생각되지만, Bi(O2CMe)3가 252℃에서 녹기 시작하여, 분해되고, 기화된 다는 것을 보여준다. 산소에서는, TGA 궤적이 아르곤에서의 궤적과 매우 유사한 것을 보여주었다. 그러나, DSC는 매우 상이하였다. Bi(O2CMe)3가 257℃에서 녹아서 분해됨에 따라, 산화가 일어났는데, 이 근거는 262℃, 317℃, 및 334℃에서의 흡열선이다. [Bi(O2CMe)3]x샘플이 250℃ 까지 가열되어 질량 손실이 종결될 때까지 유지되었다. 남아 있는 잔류물(72%)이 분말 XRD 방법으로 검사되었고, 도4(a)에 도시된 바와 같이 반응되지 않은 [Bi(O2CMe)3]x(JCPDS: 14-726) 및 [BiO(O2CMe)]x(JCPDS: 14-800)를 포함하는 것이 발견되었다. α-Bi2O3는 1000℃에서의 다음의 산화반응에 의해 얻어졌으며, 이는 분말 XRD(도4(b))에 의해 확인되었다.
도5(a),(b)는 각각 아르곤 및 산소에서의 Bi(O2CtBu)3의 STA 결과를 나타낸다. 아르곤 및 산소 양자에서, STA는 Bi(O2CtBu)3가 300℃까지 Bi(O2CMe)3보다 훨씬 열적으로 안정하다는 것을 보여준다. 고온에서, 단지 벌크 증발(evaporation)에 의한 잔류물만이 산소와 반응하였다. Bi(O2CH)3, Bi(O2CMe)3, Bi(O2CCH2Me)3, Bi(O2C(CH2)2Me)3, Bi(O2CCHMe2)3, Bi(O2C(CH2)3Me)3, Bi(O2CCH2CHMe2)3, Bi(O2CCMe3)3, Bi(O2C(CH2)4Me)3, 및 Bi(O2C(CH2)5Me)3카보실레이트 중에, 단지 피발레이트(pivalate) 만이 분해됨 없이 깨끗하게 승화되는 것으로 보고되었다. 다른 모든 것들은 70% 내지 90%의 제조 수율을 갖는 것으로 보고되었는데 이는 출발 물질이 부분적으로 분해되었다는 것을 가리킨다.
카보실레이트에서 유도된 유도체들은 높은 열적 안정성과 휘발성을 갖는 것으로 알려졌다. 열분해(N2하에서 9℃/min으로 가열)는 모든 경우에 있어서 피발레이트에 대한 승화 및/또는 증발(evaporation)과 함께 Bi2O3를 생성하는 것으로 보고되었다. 이들 조건하에서 피발레이트는 거의 분해되지 않는 것으로 관찰되었다. 일부 미지의 고체 물질이 승화 후에 관찰되었으나 이는 Bi(O2CtBu)3보다 휘발성이 좋아서 펜탄에 용해되어 보이지 않게 되었다.
실시예2 적합성 조사
일부 조건하에서, 비스무스 카보실레이트는, 각각 8:2:1 의 비율인 THF,iPrOH, 및 테트라글림의 혼합물을 포함하는 몇몇 혼합용약에서 Sr(thd)2와 급격한 리간드 교환이 가능하다. 리간드 교환은 축퇴적(degenerative)이지는 않으나, 미흡한 특성을 갖는 혼합된 리간드 알콕사이드 및 금속 화합물과 배위결합된 β-디케토네이트 혼합물을 형성할 수 있다. 이러한 교환은 상온 또는 상승된 온도 양자에서 일어날 수 있다. 미흡하게 형성된 혼합물은 플레쉬 증발(vaporization) 불량과 가스상 반응물 농도의 제어불능을 야기할 수 있다. 또한, 프리커서 용약의 저장이 더욱 어렵게 된다. 따라서, 프리커서의 리간드 교환이 관찰되는 경우, 동일한 리간드를 갖는 프리커서가 사용될 수 있다. 또한, 프리커서는 별도의 증발기에서 증발되는 별도의 용액에 저장될 수도 있다. 보다 상세한 설명은, 1997년 11월 17일에 출원된 U.S.S.N 08/975,087의 현재 출원상태인 특허 명세서,“강유전 메모리 소자에 유용한 비스무스 함유 박막을 형성하기 위한 저온 화학기상증착 프로세스", 및 1998년 6월 30일 출원된 U.S.S.N. 09/107,861의“비정질적으로 증착된 금속 산화물 세라믹 막" 에서 얻을 수 있으며, 양자는 참조문헌으로서 인용되었다.
실시예3 저온 CVD 프로세스
Pt/Ti/SiO2/Si 기판(10㎚ Ti 상의 100 ㎚ Pt)이 CVD 챔버 내에 놓인다. 기판의 온도는 저항성 히터를 이용하여 300℃ 내지 500℃ 사이, 예를들어 430℃로 유지된다. 챔버 압력은 0.5 내지 5 torr, 예를들어 1 torr로 유지된다. 전체 가스 흐름은 500 내지 2000 sccm, 예를들어 1300 sccm 이다. O2가 산화제로서 이용된다. O2의 양은 전체 가스 흐름의 20% 내지 80% 사이, 예를들어 40% 이다. 증착 시간은 30 내지 60분이다.
Bi(O2CtBu)3(비스무스 피발레이트), Sr(thd)2(테트라글림), 및 Ta(OiPr)4(thd)가 비스무스 산화물, 스트론튬 산화물, 및 탄탈 산화물로서 각각 사용된다. 스트론튬 산화물 및 탄탈 산화물의 프리커서는 각각 8:2:1의 비율인 THF,tBuOH, 및 테트라글림 용액에 저장된다. 용액의 농도는 탄탈 프리커서가 0.3 몰이고 스트론튬 프리커서가 1 몰이다. 이 용액은 펌프에 의해 플래쉬-기화기로 공급되며 210℃ 내지 230℃ 사이의 온도하에 스테인레스-스틸 프릿(frit) 상에서 증발된다. 프리커서 용액 공급 비율은 0.05-0.30 ㎖/min, 예를들어 0.15㎖/min이다. 아르곤과 같은 반송 가스가 또한 200-800 sccm의 비율, 예를들어 400 sccm의 비율로 공급된다. 지름 1.6㎝ 프릿에서, 이러한 흐름률들이 효과적인 증발 결과를 제공한다.
두번째 접근으로, Bi(O2CtBu)3가 각각 5:4:1의 비율의 데칸, 도데칸, 및 폴리아민의 혼합 용액에 분리되어 저장된다. Sr 소스가 200℃로 유지되는 두번째 기화기로 공급된다. 지름 1.6㎝의 스테인레스 스틸 프릿의 경우, 액체 공급 비율은 0.05-0.30 ㎖/min, 예를들어 0.15㎖/min이고, 반송 가스 흐름은 200-800 sccm, 예를들어 400 sccm이다. 증발 후에, 스트론튬 산화물 및 탄탈 산화물의 프리커서 증기는 비스무스 카보실레이트 증기와 혼합된다. 이들 증기는 샤워헤드(showerhead)를 통해 CVD 챔버로 공급되며, 샤워헤드에서의 전체 가스 흐름과 O2함량을 조절하기 위해서 O2및 부가적인 아르곤과 혼합된다. 가스 흐름률로서, 스트론튬 산화물 및 탄탈 산화물의 프리커서용의 아르곤 반송 가스는 300 sccm, 비스무스 카보실레이트 용의 아르곤 반송 가스는 300 sccm, 부가적인 아르곤는 180 sccm, O2는 520 sccm이다.
CVD 프로세스 후에, 증착된 막은 강유전 오리빌리우스 상을 형성하기 위해 750℃에서 60분 동안 또는 800℃에서 15분 동안 어닐링된다.
실시예4 고온 CVD 프로세스
화학기상증착은 예를들어 600℃와 같은 고온에서도 수행될 수 있다. 프리커서와 증착 조건은 저온 화학기상증착에서 사용된 것과 동일하게 주어진다. 고온 프로세스는 비강유전성 플루오라이트 상, 강유전성 오리빌리우스 상, 또는 이들 상의 혼합을 만들어 낸다.
CVD 프로세스 후에, 증착된 막은 강유전 오리빌리우스 상을 형성하거나 결정화를 완결시키기 위해 750℃에서 60분 동안 또는 800℃에서 15분 동안 어닐링된다.
실시예5 다단 CVD 프로세스
박막의 타부분보다 Pt 하부 전극에 인접한 박막 부분에서 비스무스 함량을 높히기 위해서 처음 2-10분 동안 상이한 증착 조건을 제공하는 다단 프로세스가 또한 이용된다. 증가된 비스무스 산화물의 프리커서의 양은, 예를들어 두번째 비스무스 카보실레이트 증발기의 액체 공급 비율을 증가시킴에 의해 처음 2-10분 동안 CVD 챔버로 공급된다. 이 단계에서의 다른 모든 조건과 두번째 단계에서의 모든 파라메터는 단일 단계 프로세스에서 사용되는 것들과 동일하다.
이상 본 발명에 대해 상세하게 설명하였으나, 이러한 상세한 설명은 본 발명을 예시하기 위해서 도입된 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니며, 본 발명은 특허청구범위에서 의해서 규정된다는 사실이 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 양태, 이점, 및 변형이 청구범위 내에서 가능하다.

Claims (71)

  1. 비스무스 산화물을 포함하는 막을 기판상에 형성하는 방법으로서,
    상기 비스무스 산화물을 형성하기 위해서 적어도 하나의 카보실레이트 그룹을 포함하는 비스무스 산화물 프리커서를 분해하는 단계; 및
    상기 비스무스 산화물을 상기 기판 상에 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비스무스 산화물을 포함하는 막의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서를 분해하는 단계와 상기 비스무스 산화물을 증착하는 단계는 450℃ 이하의 온도에서 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서는 분해되기 전에 용액에 용해되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    450℃ 이하의 온도에서 스트론튬 산화물 프리커서 및 탄탈 산화물 프리커서를 분해하여 스트론튬 산화물 및 탄탈 산화물을 각각 형성하는 단계; 및
    450℃ 이하의 온도에서 상기 기판 상에 상기 스트론튬 산화물 및 상기 탄탈 산화물을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 어닝링 프로세스에 의해 상기 막을 강유전막으로 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 막은 강유전막으로서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판을 챔버 내에 위치시키는 단계;
    상기 기판을 450℃ 이하의 증착온도로 가열하는 단계;
    상기 비스무스 산화물 프리커서, 상기 스트론튬 산화물 프리커서, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서의 증기들을 상기 챔버에 도입하는 단계;
    상기 비스무스 산화물 프리커서, 상기 스트론튬 산화물 프리커서, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서를 비스무스 산화물, 스트론튬 산화물, 및 탄탈 산화물로 분해하는 단계; 및
    상기 산화물들을 상기 기판상에 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 프리커서들의 분해 단계는,
    상기 챔버에 산화제를 도입하는 단계; 및
    산화 분해반응에 의해서 상기 프리커서들을 상기 산화물들로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 산화제는, O2, 싱글릿(singlet) O3, H2O2, N2O, NOx, 및 다운스트림(downstream) 산소 플라즈마 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하며, 여기서 x는 1,2, 또는 3인 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 산화제는 상기 챔버 내로의 증기 흐름과 전체 가스의 5% 내지 95%를 차지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 적어도 2개의 상이한 산화제들이 상기 챔버 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 산화제는 O2및 N2O 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 산화제는, 플라즈마, UV 광, 열, 감광제, 및 이온빔 중 적어도 하나를 상기 챔버 내의 분자에 가하여 능동 산화제로 변환시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서는 화학식 Bi(O2CR)3, Bi(O2Cr)2(O2CR'), 또는 Bi(O2CR)(O2CR')(O2CR")를 가지며, 여기서 각 R, R', R"는 독립적으로 알킬, 또는 아릴 그룹인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항에서, 상기 비스무스 산화물 프리커서는 Bi(O2CR)3이며, 여기서 각 R은t펜틸, 펜틸,tBu, Bu,iPr, Pr, Et, Me, Ph, 아릴, 또는 SiR"'3이며, 여기서 R"'은tBu, Bu,iPr, Pr, Et, 또는 Me인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서는 Bi(O2CC(CH3)3)3, Bi(O2CPh)3, 또는 Bi(O2CtBu)3인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서는 알콕시 그룹, 페녹시 그룹, 또는 시릴 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서는 N, O, 및 S로 이루어진 군에서 선택된 하나의 도너 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 막은 Ca, Ba, Pb, Na, Fe, Al, Sc, Y, Ti, Nb, W, Mo, Ce, La, Pr, Ho, Eu, 및 Yb 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 막은, 화학식 (Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-를 갖는 화합물을 포함하며, 여기서 A는 Bi3+, L3+, L2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, 또는 Na+이고, B는 Fe3+, Al3+, Sc3+, Y3+, L3+, L4+, Ti4+, Nb5+, Ta5+, W6+, 또는 Mo6+이며, L은 Ce4+, La3+, Pr3+, Ho3+, Eu2+, 및 Yb2+로 이루어진 군에서 선택되며, m은 1, 2, 3, 4, 또는 5를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 막은,
    Bi2WO6;
    Bi2MO6, 여기서 M은 Re 또는 Mn;
    Ba2BiMO6, 여기서 M은 V, Nb 또는 Ta;
    Pb2BiMO9여기서 M은 V, Nb 또는 Ta;
    Ba3Bi2MO9, 여기서 M은 Mo 또는 W;
    Pb3Bi2MO9, 여기서 M은 Mo 또는 W;
    Ba6BiMO18, 여기서 M은 Mo 또는 W;
    Pb6BiMO18, 여기서 M은 Mo 또는 W;
    KBiRTi2O6; 및
    K2BiNb5O15로 이루어진 군에서 선택된 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 4 항에 있어서, 상기 막은,
    SrBi2Ta2O9;
    SrBi2Ta2-xNbxO9, 여기서 0≤x≤2;
    SrBi2Nb2O9;
    Sr1-xBaxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2;
    Sr1-xCaxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2;
    Sr1-xPbxBi2Ta2-yNbyO9, 여기서 0≤x≤1 및 0≤y≤2; 및
    Sr1-x-y-zBaxCayPbzBi2Ta2-pNbpO9, 여기서 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, 0≤p≤2
    로 이루어진 군에서 선택된 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 화합물 중 적어도 하나의 성분은 Ce, La, Pr, Ho, Eu, 및 Yb로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 치환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 4 항에 있어서, 상기 스트론툼 산화물 프리커서는, Sr(thd)2또는 Sr(thd)2첨가물인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 스트론튬 산화물 프리커서는 폴리에테르 및 폴리아민 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 폴리에테르는 화학식 R-O-(CH2CH2O)n-R'를 가지며, 여기서 2≤n≤6 이고, 각 R과 R'는 독립적으로 알킬 그룹, 아릴 그룹 또는 수소인 것을 특징으로 방법.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 폴리아민은 화학식 R-NR"-(CH2CH2NR")n-R'을 가지며, 여기서 2≤n≤6, 이고 각 R과 R'는 독립적으로 알킬, 아릴, 또는 수소이며, R"는 H, Me, Et, 또는 Pr인 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 스트론튬 산화물 프리커서는, 테트라글림, 트리글림, N,N,N',M",N"'-펜타메틸-디에틸렌-트리아민(Me2N-(CH2CH2NMe)2-Me), 및 N,N,N',M",N"',N"'-헥사메틸-트리에틸렌-테트라아민 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 4 항에 있어서, 상기 탄탈 산화물 프리커서는, 화학식 Ta(OR)5-n(X)n를 가지며, 여기서 R은 Me, Et, Pr,iPr, Bu,iBu,tBu, 펜틸, 또는i펜틸이며, X는 β-디케토네이트이며, n은 1,2,3,4, 또는 5인 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 탄탈 산화물 프리커서는 Ta(OiPr)4(thd) 인 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프리커서는 지방성, 시클로지방성, 방향성 용매들 중 적어도 하나를 포함하는 용액에 용해되며, 상기 용매들은 알코올, 에테르, 에스테르, 아민, 케톤, 및 알데히드 그룹에서 선택된 적어도 하나의 기능적 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물, 상기 스트론튬 산화물, 및 상기 탄탈 산화물 프리커서는 상기 용액 내에 용해되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 용매는 부틸아세테이트인 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 용액은, 각각 약 8:2:1 비율의 THF,iPrOH, 및 루이스 베이스의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 31 항에 있어서, 상기 용액은, 약 5:4:1 비율의 옥탄, 데칸, 및 펜타메틸-디에틸렌-트리아민의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 31 항에 있어서, 상기 용액은 적어도 하나의 증발기에 의해 증발되는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 용액은 130℃ 내지 300℃의 온도에서 증발되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 36 항에 있어서, 상기 용액은 170℃ 내지 240℃의 온도에서 증발되는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 36 항에 있어서, 불활성 가스가 상기 용액의 증기에 부가되며, 상기 불활성 가스와 상기 증기의 혼합물이 상기 챔버로 공급되며, 여기서 상기 불활성 가스는 Ar, He, 및 N2중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 혼합물은, 각각 2:1:2 비율의 상기 비스무스 산화물, 스트론튬 산화물, 및 탄탈 산화물 프리커서의 증기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 7 항에 있어서, 상기 산화물들은 300℃과 450℃ 사이의 온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제 7 항에 있어서, 상기 챔버 내의 압력은 0.001 torr과 760 torr 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 챔버 내의 상기 압력은 0.1 torr과 10 torr 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제 8 항에 있어서, 부가적인 불활성 가스가 상기 챔버 내로 부가되며, 상기 불활성 가스는 Ar, He, 및 N2중 적어도 하나를 포함하며, 상기 부가적인 불활성 가스는 상기 챔버 내로의 전체 가스 및 증기 흐름의 10% 내지 90%를 차지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 4 항에 있어서, 상기 산화물들은 2분과 2시간 사이의 시간주기로 상기 기판상에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 산화물들은 2분과 15분 사이의 시간주기로 상기 기판상에 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제 5 항에 있어서, 상기 막은 5분과 3시간 사이의 시간주기로 600℃ 와 800℃ 사이의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제 36 항에 있어서, 상기 비스무스 산화물 프리커서를 본질적으로 포함하는 증기들이 증착개시에서 그 후 30분 사이의 주기동안에 상기 챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 Si, n도핑된 Si, p도핑된 Si, SiO2, Si3N4, GaAs, MgO, Al2O3, ZrO2, SrTiO3, BaTiO3, 및 PbTiO3중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 1 항에 있어서, 상기 막은 상기 기판 상에 증착된 하부 전극 상에 증착되며.
    상기 기판은 트랜지스터를 포함하며, 상기 하부 전극은 플러그에 의해 상기 트랜지스터에 접속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 하부 전극은,
    Pt, Pd, Au, Ir, 및 Rh로 이루어진 군에서 선택된 하나의 금속 ;
    IrOx, RhOx, RuOx, OsOx, ReOx, WOx로 이루어진 군에서 선택된 하나의 전도성 금속산화물, 여기서 x는 0, 1, 또는 2;
    TiNx, ZrNx, 및 WNyTaNy로 이루어진 군에서 선택된 하나의 전도성 금속질화물, 여기서 o≤x≤1.0 및 0≤y≤1.7 : 및
    YBa2Cu3O7-x및 Bi2Sr2Ca2Cu3O10로 이루어진 군에서 선택된 초전도성 산화물, 여기서 0≤x≤1; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 50 항에 있어서, 상기 하부 전극은 Pt 전극인 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제 50 항에 있어서, 적어도 하나의 제1 중간층이 상기 하부 전극과 상기 플러그 사이에 제공되며, 상기 제1 중간층은 접착층 및 확산방지층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제 50 항에 있어서, 적어도 하나의 제2 중간층이 상기 하부 전극과 상기 금속 산화막 사이에 제공되며, 상기 제2 중간층은 시드(seed)층, 전도층, 및 절연층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제 50 항에 있어서, 상기 플러그는 상기 하부 전극과, MOS 전계효과트랜지스터의 드레인에 연결되며, 상기 플러그는 W 또는 Si을 본질적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제 50 항에 있어서, 상기 막은 강유전성 커패시터용 강유전 박막으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제 50 항에 있어서, 상기 막은 강유전성 메모리용 강유전 박막으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 제 57 항에 있어서, 상기 막은 강유전성 전계효과 트랜지스터용 강유전 박막으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  59. 제 8 항에 있어서, 상기 기판은 상기 금속 산화물 프리커서들의 상기 증기들에 노출된 후에 불활성 가스와 상기 산화제의 혼합물에 담기는(flush) 것을 특징으로 하는 방법.
  60. 제 8 항에 있어서, 상기 기판은 상기 프리커서들의 상기 증기들에 노출된 후에 불활성 가스와 상기 산화제의 혼합물에 담기는(flush) 것을 특징으로 하는 방법.
  61. 제 7 항에 있어서, 상기 가열단계, 분해단계, 및 증착단계의 적어도 하나가 상기 기판상에서 적어도 2회 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  62. 제 8 항에 있어서, 상기 기판이 상기 챔버로부터 제거되고, 적어도 하나의 중간 프로세스에서 처리되며, 다시 상기 챔버 내로 귀환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  63. 제 34 항에 있어서, 상기 혼합물에서의 상기 프리커서의 성분은 상기 기판이 상기 챔버 내에 위치하는 동안 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  64. 제 39 항에 있어서, 상기 혼합물에서의 상기 불활성 가스의 성분은 상기 기판이 상기 챔버 내에 위치하는 동안 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  65. 제 8 항에 있어서, 상기 산화제의 성분은 상기 기판이 상기 챔버 내에 위치하는 동안 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  66. 제 7 항에 있어서, 상기 증착 온도는 상기 기판이 상기 챔버 내에 위치하는 동안 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  67. 제 7 항에 있어서, 상기 챔버 내에서의 압력은 상기 기판이 상기 챔버 내에 위치하는 동안 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  68. 제 7 항에 있어서, 상기 기판은 상기 챔버 내에서 450℃ 이하의 온도에서 적어도 2회 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  69. 제 7 항에 있어서, 상기 기판은 적어도 하나의 O2및 O3의 존재하에서 450℃ 이하의 온도로 상기 챔버 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  70. 제 8 항에 있어서, 상기 프리커서, 상기 산화제, 및 Ar, He, 및 N2의 적어도 하나를 포함하는 불활성 가스의 증기들은, 표준상태에서 측정시 1㎕/min 내지 15000㎕/min의 전체 흐름률로 상기 챔버 내에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  71. 기판 상에 막을 형성하는 방법으로서,
    상기 기판을 450℃ 이하의 온도로 가열하는 단계; 및
    상기 가판에 비스무스 산화물 프리커서 증기를 도입하는 단계를 포함하며,
    상기 비스무스 산화물 프리커서는 적어도 하나의 카보실리케이트 그룹을 포함하며, 상기 프리커서는 상기 기판 표면에서 분해되어 비스무스 산화물을 형성하고, 상기 비스무스 산화물은 상기 기판 표면 상에 증착되는 것을 특징으로 성막 방법.
KR1019997007026A 1997-12-10 1998-12-10 비스무트 카복시레이트를 이용한 저온 ｃｖｄ 프로세스 KR100651290B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US6905897P 1997-12-10 1997-12-10
US60/069,058 1997-12-10
PCT/US1998/026256 WO1999029925A1 (en) 1997-12-10 1998-12-10 Process for low temperature cvd using bi carboxylates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000070766A true KR20000070766A (ko) 2000-11-25
KR100651290B1 KR100651290B1 (ko) 2006-11-28

Family

ID=22086459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019997007026A KR100651290B1 (ko) 1997-12-10 1998-12-10 비스무트 카복시레이트를 이용한 저온 ｃｖｄ 프로세스

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6180420B1 (ko)
EP (1) EP0963458B1 (ko)
JP (1) JP2001511849A (ko)
KR (1) KR100651290B1 (ko)
DE (1) DE69823174T2 (ko)
WO (1) WO1999029925A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6468160B2 (en) * 1999-04-08 2002-10-22 Nintendo Of America, Inc. Security system for video game system with hard disk drive and internet access capability
US6348705B1 (en) * 1999-12-22 2002-02-19 Advanced Technology Materials, Inc. Low temperature process for high density thin film integrated capacitors and amorphously frustrated ferroelectric materials therefor
US6440755B1 (en) * 2001-07-30 2002-08-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for increasing fracture toughness and reducing brittleness of ferroelectric polymer
US20040023416A1 (en) * 2002-08-05 2004-02-05 Gilbert Stephen R. Method for forming a paraelectric semiconductor device
US20050019960A1 (en) * 2003-07-25 2005-01-27 Moon-Sook Lee Method and apparatus for forming a ferroelectric layer
KR100682931B1 (ko) * 2005-02-15 2007-02-15 삼성전자주식회사 비정질 유전막 및 그 제조 방법
KR20140080118A (ko) * 2012-12-20 2014-06-30 삼성전기주식회사 유전체 조성물
CN108479759B (zh) * 2018-04-24 2021-02-02 吉林建筑大学 一种可见光响应型镧掺杂钨酸铋催化剂及其制备方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8802942D0 (en) * 1988-02-09 1988-03-09 Aron Vecht & Co Ltd Methods & apparatus for depositing thin films
US5648114A (en) 1991-12-13 1997-07-15 Symetrix Corporation Chemical vapor deposition process for fabricating layered superlattice materials
US5478610A (en) 1994-09-02 1995-12-26 Ceram Incorporated Metalorganic chemical vapor deposition of layered structure oxides
US5527567A (en) 1994-09-02 1996-06-18 Ceram Incorporated Metalorganic chemical vapor deposition of layered structure oxides
US5679815A (en) * 1994-09-16 1997-10-21 Advanced Technology Materials, Inc. Tantalum and niobium reagents useful in chemical vapor deposition processes, and process for depositing coatings using the same
JP3116768B2 (ja) 1995-04-06 2000-12-11 ソニー株式会社 ビスマス層状化合物の製法
JPH08339716A (ja) 1995-04-10 1996-12-24 Kojundo Chem Lab Co Ltd ビスマス層状強誘電体薄膜の製造方法
JP3480624B2 (ja) 1995-06-09 2003-12-22 シャープ株式会社 強誘電体薄膜被覆基板、その製造方法、及びキャパシタ構造素子
JP3133922B2 (ja) 1995-06-09 2001-02-13 シャープ株式会社 強誘電体薄膜被覆基板、その製造方法、及びキャパシタ構造素子
JP3593757B2 (ja) 1995-08-25 2004-11-24 株式会社高純度化学研究所 チタン酸ビスマス強誘電体薄膜の製造方法
JPH0977592A (ja) 1995-09-14 1997-03-25 Kojundo Chem Lab Co Ltd ビスマス層状強誘電体薄膜の製造方法
JP3612839B2 (ja) * 1996-02-13 2005-01-19 三菱電機株式会社 高誘電率薄膜構造、高誘電率薄膜形成方法および高誘電率薄膜形成装置
JP3435966B2 (ja) * 1996-03-13 2003-08-11 株式会社日立製作所 強誘電体素子とその製造方法
US5902639A (en) * 1997-03-31 1999-05-11 Advanced Technology Materials, Inc Method of forming bismuth-containing films by using bismuth amide compounds

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001511849A (ja) 2001-08-14
WO1999029925A1 (en) 1999-06-17
EP0963458A1 (en) 1999-12-15
DE69823174D1 (de) 2004-05-19
KR100651290B1 (ko) 2006-11-28
EP0963458B1 (en) 2004-04-14
US6180420B1 (en) 2001-01-30
DE69823174T2 (de) 2005-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0990059B1 (en) Low temperature chemical vapor deposition process for forming bismuth-containing ceramic thin films useful in ferroelectric memory devices
TWI398543B (zh) 使用β-二酮亞胺金屬化合物之原子層沉積系統及方法
KR101179774B1 (ko) 기판 상에 금속 함유층을 형성하기 위한 기상 증착법
EP1042529B1 (en) Method for selectively depositing bismuth based ferroelectric films
US5656329A (en) Chemical vapor deposition of metal oxide films through ester elimination reactions
US6177135B1 (en) Low temperature CVD processes for preparing ferroelectric films using Bi amides
KR100444204B1 (ko) Ｂｉ 알콕사이드를 사용하여 강유전체 박막을 준비하는 저온 ＣＶＤ 방법
US7005303B2 (en) Low temperature chemical vapor deposition process for forming bismuth-containing ceramic thin films useful in ferroelectric memory devices
US6348705B1 (en) Low temperature process for high density thin film integrated capacitors and amorphously frustrated ferroelectric materials therefor
KR100651290B1 (ko) 비스무트 카복시레이트를 이용한 저온 ｃｖｄ 프로세스
KR100651289B1 (ko) 비스무트 아미드를 이용한 저온 ｃｖｄ 프로세스
TW575679B (en) Low temperature CVD processes for preparing ferroelectric films using Bi aryls
KR20030039661A (ko) 금속 산화물 필름 증착용 전구체 화합물 및 이를 사용한필름 증착방법
KR20020005782A (ko) 산화금속 박막 증착용 전구체 화합물 및 그를 이용한 박막증착 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee