[发明专利]减轻由于金属氧化物陶瓷的移动物质扩散造成的金属氧化物陶瓷退化

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于集成电路(ICs)的金属氧化物陶瓷膜。更具体说，本发明涉及减轻或避免由于来自金属氧化陶瓷膜的移动物质的过量损失造成的该膜退化。

技术背景

现已开发出了金属氧化物陶瓷材料在ICs中的应用。例如，由于作为铁电体或能够转变成铁电体的金属氧化物陶瓷具有高的剩余极化(2Pr)和可靠的长期存储特性，所以这些材料非常有用。

已开发出用例如溶凝胶、化学汽相淀积(CVD)、溅射或脉冲激光淀积(PLD)等各种技术，在衬底上淀积铁电膜。例如，Budd等人在Birt.Ceram.Soc.Proc.36，p107(1985)、Berierley等人在Ferroelectrics，91，p181(1989)、Takayama等人在J.Appl.Phys.，65，p1666(1998)、Morimoto等人在J.Jap.Appl.Phys.318.9296(1992)、及共同待审的美国专利申请USSNO8/975087(题为LowTemperature CVD Process using B-Diketinate Bismuth Precursorfor the Preparation of Bismuth Ceramic Thin Films forIntegration into Ferroelectric Memory Devices)、USSNO9/107861(题为Amorphously Deposited metal Oxide Ceramic Films)中介绍过这些技术，这里引入这些文献作参考。

金属氧化物陶瓷经常要在较高温下用淀积后热处理进行处理，以便形成具有希望的电特性的材料。例如，某些Bi基氧化物陶瓷，如钛酸锶铋(SBT)要通过“铁退火”进行热处理。铁退火将所淀积的膜变成铁电相。所淀积的膜变成铁电相后，铁电退火继续，生长膜的晶粒尺寸(例如大于约180nm)，以实现良好的剩余极化。也可以淀积其它类型的金属氧化物作为铁电体。例如钛酸铅锆(PZT)经常在较高温度下例如高于500℃淀积，以形成具有铁电钙钛矿相的淀积膜。尽管PZT作为铁电体被淀积，但常常还需要淀积后热处理，以改善其电特性。

一般说，金属氧化物陶瓷包括移动物质。淀积后热处理的高温会引起移动物质从金属氧化物陶瓷层向外扩散。从金属氧化物陶瓷层扩散出的大量移动物质称作“过量移动物质”。移动物质可以是原子、分子或化合物等形式。过量移动物质的扩散会造成金属氧化物陶瓷具有不正确的化学计量。这会对电特性造成不良影响，例如剩余极化(2Pr)和漏电流，是由于它们与材料的组分非常相关。

此外，过量移动物质的扩散会对产量有不良影响。在淀积后热处理期间，过量移动物质容易迁移穿过下电极，并进入IC的其它区域。这会造成短路和/或改变其他器件区例如扩散区的电特性。

从上述讨论可以明白，希望避免过量移动物质从金属氧化物陶瓷层扩散引起的不良效应。

发明内容

本发明涉及金属氧化物陶瓷膜和它们在ICs中的应用。更具体说，本发明涉及减轻由于过量移动物质的扩散造成的金属氧化物陶瓷退化。

根据本发明的一个方面，可以减轻由于过量移动物质的扩散造成的金属氧化物陶瓷退化。在一个实施例中，在金属氧化物陶瓷下提供补偿层。补偿层包括所说移动物质，以补偿由于淀积后热处理期间扩散造成的金属氧化物陶瓷中过量移动物质的损失。来自补偿层的移动物质迁移到金属氧化物瓷中，以补充移动物质，从而确保金属氧化物包括正确或希望的化学计量，实现良好的电特性。

在另一实施例中，补偿层包括在淀积后热处理期间有助于在金属氧化物陶瓷层中形成希望的相的材料。在金属氧化物陶瓷层形成希望的相，可以减轻由于移动物质的扩散造成的金属氧化物陶瓷退化。在一个实施例中，在淀积后热处理期间，补偿层有助于在金属氧化物陶瓷层形成铁电相。

在再一实施例中，选择金属氧化物陶瓷的化学计量或组分，在不对材料的电特性产生不良影响的情况下，减轻或减少移动物质的扩散。另外，可以控制金属氧化物陶瓷的淀积参数，减少过量移动物质从金属氧化物陶瓷的扩散。在一个实施例中，减小氧化剂与前体的比例，以减少移动物质的扩散。

本发明另一方面，减少过量移动物质穿过下电极扩散进入衬底。在一个实施例中，在金属氧化物陶瓷下提供阻挡层。在淀积后热处理期间，阻挡层与移动物质反应。反应消耗了移动物质，防止了其扩散穿过该电极。阻挡层还可用作补偿层，有助于在金属氧化物陶瓷中形成希望的相。