[发明专利]层状超晶格材料和ABO3型金属氧化物的制备方法和在不暴露于氧气下制备包括这些材料的电元件的方法

说明书

                        发明背景

1.技术领域

本发明涉及制备层状超晶格材料和ABO₃型金属氧化物的方法，更确切地，涉及可以在高温下，不暴露在氧气中的条件下提供高极化强度和低疲劳性的铁电集成电路元件和低漏电流高介电常数的集成电路元件的制备方法。

2.技术背景

30多年来已知，如果可以制备利用铁电材料极化性能的存储器，那么这样的存储器是非挥发性的，具有高的密度，以及具有许多其它优点。例如，参见授权给William D.Miller等的美国专利5,046,043。同样已知高介电常数材料代替常规存储器例如DRAM’s的二氧化硅可以获得更致密的存储器。例如，参见NEC公司的欧洲专利申请序列号0 415 751 A1。因此，多年来进行了大量的研究以获得具有适合的铁电性能和适合的高介电常数性能的材料。然而，直至最近，还没有人发现一种具有使它适合于制备实用的铁电存储器或具有适当高的介电常数的介电存储器的铁电性能或高介电常数性能的材料。所有具有适当高的极化性的铁电材料易疲劳，并且大多数具有适当高的介电常数的介电材料具有非常高的漏电流性。

1996年5月21日授权的美国专利5,519,234公开了层状超晶格材料，例如钽酸锶铋，与现有技术中最好的材料相比在铁电应用中具有优良的性能，并具有高介电常数与低漏电流率。1995年7月18日授权的美国专利5434,102和1995年11月21日授权的5,468,684描述了将这些物质集成到实用集成电路中的方法。1996年4月16日授权的美国专利5,508,226公开了其中使用约700℃的低温退火的制备层状超晶格材料的方法。

上述专利中描述的制备层状超晶格材料的方法和所有的其它现有技术均包括高温氧气退火，例如在高于600℃的温度下在氧气中退火。根据所有的与制备层状超晶格材料有关的现有技术，需要在氧气中进行高温退火来获得在集成电路中使用这些材料时所需的高极化性和其它电性能。例如，参见美国专利5,508,226。根据现有技术，这是因为在这些专利中使用的层状超晶格材料均是复合氧化物，并且需要氧气以确保在制备过程中不会产生氧空位缺陷。

虽然采用氧气中高温退火的制备方法制备用于集成电路的具有优良电性能的层状超晶格材料，但是它们对许多常规集成电路材料具有明显有害作用。例如，材料如在集成电路中通常作为导电体的聚硅酮和钛在这样的退火中氧化并且成为绝缘体。这在它们不希望的区域中形成薄电容器，在高温下暴露在氧气中也可以在集成电路中使用的许多材料中产生缺陷。

现有技术试图通过使层状超晶格材料与晶体管和其它敏感性常规集成电路元件分离的装置结构来避免高温氧气退火的这些有害作用。例如，1995年11月21日授权的美国专利5,468,684将层状超晶格材料电容器布置在远离导电体的厚保护涂层上。然而，这导致集成电路不如相反情况下的致密。其它现有技术使用阻挡层，试图避免破坏敏感集成电路元件，但是阻挡层也易于被高温氧化退火破坏。因此，非常希望具有一种层状超晶格材料制备方法，其用于制备高质量的电装置而无需使用高温氧气退火。

3.技术方案

本发明提供一种制备层状超晶格材料和ABO₃型金属氧化物化合物的薄膜的方法，该方法包括：提供基底和前体，该前体含有在加热该前体时自发形成材料之一的有效量的金属部分；将前体涂覆在基底上以形成前体膜；并且在600℃至900℃的温度下，在无氧气氛中加热前体膜以便在基底上形成金属氧化物的固体薄膜。优选，加热步骤包括在500至850℃的温度下快速热处理前体。优选，气氛包括氮，快速热处理的温度约是650℃，快速热处理进行约30秒。优选，加热步骤包括在约700℃至900℃，在惰性气氛中退火。优选，退火步骤包括在氮气气氛中，在约800℃的温度下退火约30分钟。优选基底包括第一电极，并且该方法进一步包括在退火步骤之后，在金属氧化物上形成第二电极以形成电容器，随后在300至900℃下在无氧气氛中进行第二退火。优选第二退火的温度约是800℃，并且在氮气气氛中进行。或者，第二退火在氧气中在600℃进行。优选，金属氧化物包括层状超晶格材料，更优选是钽酸锶铋。优选该方法进一步包括在包括氧气的气氛下，在200℃至最高达500℃的温度下快速热处理前体膜的步骤。优选，该方法也包括在140至320℃的温度下，在空气中干燥前体膜的步骤。优选，该材料形成集成电路存储器的一部分。优选存储器是选自DRAMs和铁电FETs的存储器。