通过使用助剂来制造铁电固体层的方法技术

除了包含有需蒸镀固体层元素的原始气体（Ｐ）之外，还向反应腔（１０；２０）的反应室导入至少一种助剂（Ｈ），如此来构造所述的助剂（Ｈ），使得其包含有具备偶极矩的分子，且这些分子具有如下特性，即它们在沉积处理期间可以利用垂直于基片表面的偶极矩而短时地积聚该基片表面上，以便由此来预给定所述生长固体层的晶体结构。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种如权利要求1的前序部分所述的、通过在基片上进行气相淀积(化学蒸镀，CVD)来制造铁电或顺电固体层的方法。另外在MOS晶体管中，铁电层可以替代门板氧化物层而构成半导体表面的门电极和沟道部分之间的绝缘层，由此可以制造出非易失的存储晶体管。在铁电存储电容或存储晶体管的实际应用中，譬如可以采用已知的锶铋钮酸盐组合物SrBi2Ta2O9(SBT)和SrBi2(Ta，Nb)2O9(SBTN)作为铁电材料，或者也可以采用Pb(Zr，Ti)O3(PZT，锆钛酸铅)或Bi4Ti3O12(BTO)。作为顺电材料，譬如(Ba，Sr)TiO3(BST)组合物形式的锶钡钛酸盐是已知的。在最高的排列密度下，对于作为铁电存储元件的上述应用，需要利用足够高的淀积速度和极好的层厚均匀性及化学计量来在一个大晶片上淀积所述的铁电或顺电材料。从原理上讲，利用由气相(也即CVD处理)、尤其是-在有金属参与的情况下-由金属有机的CVD(MOCVD)处理所形成的蒸镀可以满足该要求。在过去不久曾鉴别和评价过上述材料的母体。对于顺电BST，这譬如是可以在氧化空气中被热活化地进行淀积的Ti(ipro)2(thd)2(ipro＝异丙氧基，thd＝2.2，6.6-四甲基-庚烷-3.5-双酮)、Ba(thd)2和Sr(thd)2。对于铁电层SBT，这譬如是可以在氧化空气中被热活化地进行淀积的Sr(thd)2、Bi(thd)3和Ta(ipro)4(thd)。为了获得理想的顺电或铁电材料特性，需要通过正确的化学计量和合适的原子平面排布来淀积所述的薄膜，由此譬如在SBT情况下利用合适的化学计量、晶核大小和有利的[100]及[110]取向来构造奥利维乐斯(Aurivillius)相。对于所述的CVD处理，在一个蒸发器中使金属有机化合物变成气相，然后通过分配板(孔板)与载运气体氩、氧一起被导往反应腔。所述的母体到达被加热至高温的晶片上，以便提供淀积所需的活化能量。随后，反应产物和没有分解的基团随着气流被传送到反应器的外部区域，并从那儿将它们抽出去。在该时间点，反应器内壁上也会发生其它的气相反应。通过评估所述的处理，在BST淀积和SBT淀积中都会存在一些问题。在BST情况下，晶片上的均匀性不够。从中心到边缘为逐渐减小的层厚，而且化学计量也是变化的。此外，晶体取向的相对频度也是变化的。对于SBT，首先是可以在反应器中制造出铁电层。但如果在另一几何形状(此处的主要区别在于所述分配板和基片之间具有更小的间距)的反应器内进行所述的处理，则所述层的可极化性很小。该任务由具有权利要求1所述特征的方法来实现。本专利技术的主要思想在于，当利用气相蒸镀(CVD)在基片上制造晶体的铁电或顺电固体层时，除了包含有需蒸镀固体层元素的原始气体之外，还向反应室导入至少一种助剂，并且如此来构造所述的助剂，使得其包含有具备偶极矩的分子，且这些分子具有如下特性，即它们在淀积处理期间可以利用垂直于基片表面的偶极矩而短时地积聚该基片表面上，以便由此预给定所述生长层的晶体结构。本专利技术所基于的是由仿真计算和实验所获得的如下知识，即在淀积处理过程中，正如其在过去所实现的一样，这类极性分子对于为稍后的铁电层生长出具有正确预定取向的层来说具有重要的作用。已经发现，在各个反应中会以母体的分解产物形式产生诸如水或甲醇等极性分子，且这些极性分子利用其偶极矩以被吸附物的形式垂直地对准表面，由此来影响稍后铁电层的预定取向，并因此影响其可极化性。对于由母体的表面反应而在空闲的表面位置所释放的尤其为基团的分子，它们首先经受进一步的反应，也就是说可选择地在气相状态和在较外部的反应器壁上进行反应。然后，在该二次反应中所形成的具有偶极矩的分子-尤其是基团-便因浓度的差异而逆着气流扩散到晶片上，并占据反应的表面位置。由于该极性分子能以上述方式影响所述层的生长，但沿着所述的晶片没有恒定的厚度，所以在生长过程中会产生不均匀。因此，在淀积SBT层时首先尝试在处理中抑制该极性分子的作用。这是通过如下方式实现的，即缩小所述分配板和晶片之间的间隔。在该情形下，所述的反应产物几乎被完全抽出，且不会在所述的表面上导致任何值得一提的反扩散和积聚。但结果表明，虽然所述的层在空间上是均匀的且具有恒定的层厚，但它不具备铁电性能。因此很显然，该极性分子对于制造具有铁电性能的层是必要的。为此，本专利技术得出如下结论在反应室内，向所使用的由金属有机母体和载运气体组成的混合气中有目的地、以低浓度掺入具有偶极矩的分子，利用这些分子可以有助于需生长层所需的取向。尤其在淀积文章开头所述的、利用钙钛矿(Perowskit)结构进行结晶的材料时，本专利技术能在所述的钙钛矿结构中实现理想的取向。因此，所述的极性分子可以在基片表面的所有侧进行控制，而不是象目前一样只由反应器的外部区通过扩散来控制。对于超越诸如气相中的组分、温度和压力等迄今物理量的处理，可以通过输入的助剂量来形成进一步的控制可能性。然而，本专利技术不仅可以应用于具有钙钛矿结构的铁电层，而且通常还可以应用于依赖于晶体结构某一取向和/或层序列的所有固体层。其间被吸附的极性分子的作用就如同一个不断改变其形态的虚拟构架，因为该极性分子只是短暂地被吸附的，以便在其直接的外围环境内作用于需生长的层的正确取向，并接着又扩散为气相。在本专利技术的第一实施方式中，预先确定好助剂的类型，然后优选地通过合适的输入口把该助剂从诸如储备容器或其类似物等外部供给源中输送到反应室内。该助剂譬如可以是水或甲醇；在该两种情形下，相应的水分子或甲醇分子具有一个偶极矩。在有金属有机母体参与的大多数反应中，上述二次反应也会以分解产物的形式附带地产生水。因此，根据本专利技术的第二实施方式，还可以把从反应腔内抽取的淀积过程反应产物在另一位置重新输入到反应腔中。于是在该情形下，所述的助剂基本上是通过从所述反应腔内抽取的反应产物构成的。该第二实施方式通常可以应用于如下所有情形，即在该情形中已知存在其分子具有偶极矩的反应产物。本专利技术的方法优选地在一个装有尤其为孔板的分配板的反应腔内进行，通过反应器壁内的进气孔从所述反应腔的一侧导入淀积处理的原始气体、所述助剂和必要时的载运气体，而且在所述反应腔的另一侧固定所述的基片。在与反应腔的所述进气孔相对的反应器壁上有一个与泵相连的出气孔，利用该泵来从反应腔中抽出所述的反应产物。对于本专利技术的第一实施方式，用于助剂的进气孔被连接在外部的储备容器上，而对于本专利技术的第二实施方式，该进气孔则被连接在基片下游的、位于所述反应器壁内的出气孔上，利用该出气孔传导所述的反应产物，由此把反应产物重新输入到位于所述分配板一侧的反应腔内。在所述采用的反应器方案中，气相淀积的条件主要取决于分配板至基片的间距。当该间隔较大时便会出现前文所讲述的情况，其中由于反扩散或其类似作用而会沿着基片安置某一厚度的反应产物。在该情形下，所输入的助剂和所述的反应产物会形成厚度叠加，由此在生长时可能产生不均匀。因此，在本专利技术的一种优选应用方式中，如此来执行所述的气相淀积，使得反应产物不会产生值得一提的反扩散，这样，主要或完全由所述输入的助剂来提供对所述层的生长产生正面影响的分子。由此可以确保这类分子的厚度在空间上沿着所述的基片保持恒定。这可以通过如下方式来实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过气相蒸镀（ＣＶＤ）在基片（３；２３）上制造晶体固体层的方法，其特征在于：－除了包含有需蒸镀固体层元素的原始气体（Ｐ）之外，还向反应室导入至少一种助剂（Ｈ），－如此来构造所述的助剂（Ｈ），使得其包含有具备偶极矩的分子，且这些分 子具有如下特性，即它们在淀积处理期间可以利用垂直于基片表面的偶极矩而短时地积聚该基片表面上，以便由此预给定所述固体层的晶体结构。

【技术特征摘要】
DE 2000-8-24 10041698.51.通过气相蒸镀(CVD)在基片(3；23)上制造晶体固体层的方法，其特征在于-除了包含有需蒸镀固体层元素的原始气体(P)之外，还向反应室导入至少一种助剂(H)，-如此来构造所述的助剂(H)，使得其包含有具备偶极矩的分子，且这些分子具有如下特性，即它们在淀积处理期间可以利用垂直于基片表面的偶极矩而短时地积聚该基片表面上，以便由此预给定所述固体层的晶体结构。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于-从诸如储备容器等外部供给源中输入所述的助剂(H)。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于-所述的助剂(H)主要由从所述反应室(1；21)中抽取的气相淀积反应产物组成。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于-所述的固体层为尤其具有钙钛矿结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：A凯施，A施皮策尔，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]