利用改进的雾和雾流的雾化前体沉积设备和方法技术

一基片（５）位于一沉积室（２）中，该基片界定一基片平面。用超声波或文丘里设备把一包含稀释剂的液态前体（６４）雾化成胶态雾，该稀释剂把所述液态前体溶液的表面张力减小到每厘米１０－４０达因。该雾生成后安置在一缓冲室中，经一系统过滤成０．０１μｍ，然后流入在该基片与挡板之间的沉积室中，在该基片上沉积成一液态层。该液体经干燥在该基片上形成一金属氧化物固态薄膜，该薄膜然后制成集成电路中的一电元件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用改进的雾和雾流的雾化前体沉积设备和方法专利技术背景1、专利
本专利技术涉及集成电路中薄膜电元件的制作材料和方法，特别涉及在雾化沉积设备中用来沉积薄膜的液态前体溶液。2、现有技术如所公知，集成电路中的电元件由各薄膜层构成，这些薄膜层由布线层连接、由绝缘层隔开。硅玻璃之类的简单薄膜材料和化合物使用液态沉积工艺形成。复杂化合物、即含有两种元素以上的化合物在现有技术中总是使用真空喷涂(即电子束、D.C.、R.F.、离子束等)、激光烧蚀、包括有机金属化学气相沉积(MOCVD)在内的化学反应气相沉积和使用溶胶-凝胶(醇盐)或羧酸盐的涂液法之类工艺形成。但是，这些方法中没有一种方法能生成其特性可完全满意地使用在集成电路中的金属氧化物。在喷涂除外的所有这些现有工艺中，所生成的薄膜存在重大物理缺陷，例如开裂、剥落等。现有工艺、特别是喷涂根本无法可靠、重复生成理想配比在集成电路所要求的容差范围内的金属氧化物。某些工艺、例如MOCVD对人有害或有毒。大多数工艺需要会破坏集成电路的高温、造成待覆盖基片的很差的“阶梯覆盖”，例如现有技术造成薄膜在基片上任何不连续的边界处稍稍过度沉积。在现有液相沉积工艺中，厚度无法控制在制作集成电路所要求的精度范围内。因此，迄今为止，除了一个或两-->个成本较高的特殊应用场合、例如在期望寿命不长的铁电集成电路中使用喷涂的钛酸铅锆，集成电路中不使用金属氧化物或其他复杂材料。McMillan等人的美国专利5,456,945使用超声波转换器在沉积室中生成雾或气溶胶，从而对现有技术作出重大改进。在沉积室中，在一基片支架与一挡板之间施加一DC电压，造成气溶胶粒子极化。用流率不变的载气、例如氩把气溶胶传送到集成电路基片或晶片上，以进行液态薄膜的沉积。这些液态薄膜经干燥、退火，生成集成电路的薄膜。当在5,456,945专利所述雾化沉积设备中处理前体时，对液相前体的选择影响到阶梯覆盖、液态薄膜沉积率和最终薄膜的形态。使用某些液态前体溶液造成没有材料按要求沉积。有的溶液的阶梯覆盖很差，而有的溶液阶梯覆盖虽好，但薄膜形态很差。因此要求工作在雾化沉积设备中的液态前体溶液既能提供良好的阶梯覆盖，又能提供良好的薄膜形态。还要求确定用来设计和开发在雾化沉积设备中合适工作的前体溶液的各参数。方案为克服上述问题、对现有技术作出改进，本专利技术提供一种用于雾化沉积设备的液态前体溶液中的助溶剂系统。液态前体在雾化沉积设备中经处理生成的金属氧化物薄膜具有良好阶梯覆盖和良好薄膜形态，从而可用于集成电路。此外，该助溶系统提高了薄膜沉积率。本专利技术方法和设备使用一种液态前体溶液生成金属化合物。该溶液在雾化沉积设备中经处理生成具有良好阶梯覆盖和良好形态的薄膜。该液态前体包括一金属有机部份，该金属有机部份包括至少一种-->金属有机化合物。该金属有机部份中的金属总有效含量在液态前体溶液薄膜的退火过程中生成固体金属化合物。例如，该有金属有机部份可含有在氧退火中生成钛酸钡锶(BST)的钡、锶和钛金属。对于这些金属所得BST的与液态前体溶液对应的理想配比小于这些金属在退火过程中的任何挥发损耗。该金属有机部份与一助溶系统混合。该助溶系统包括对所述金属有机部份增溶的第一溶剂和把液态前体溶液的表面张力减小到每厘米10-40达因的一稀释剂。表面张力的范围最好为14-34、更好为16-26。这些表面张力值为在使用环境温度下的测量值。该环境温度最好约为20℃。该金属有机部份、该第一溶剂和该稀释剂形成一均质化合物。可用作稀释剂或表面张力减小剂的合适材料一般为低分子量极化碳氢化合物，例如叔丁基醇、正丁二胺、二乙胺、乙醚和异戊烷。甲醇特别可与2-甲氧基乙醇溶剂一起使用。甲基·乙基酮特别可与二甲苯、辛烷和其他非极化溶剂一起使用。也可使用氨气之类的无机化合物。稀释剂不得在溶液中反应，但如溶液在消耗前没有根本的改变，容许轻度反应。最好是，稀释剂在空气中的表面张力为稀释剂加入其中的液态前体溶液的表面张力的75％或以下。这一要求意味着，稀释剂在20℃下的表面张力通常小于每厘米20达因。稀释剂如要使用在雾化沉积设备中，其在大气压下的沸点应大于60℃。当稀释剂的体积百分比占溶液中所有溶剂的60％时，可用这些溶液生成形态良好的薄膜。本专利技术雾或气溶胶为液体粒子在一气体中的悬浮体。该雾或气溶胶中的粒子由液体前体溶液构成。粒子的大小一般在胶态大小范围-->内，即，在至少一个单一维度上为1nm-1μm。在该大小范围内，粒子的表面积比体积大得多，从而表现出不寻常的现象，即粒子不因重力从溶液中沉淀出来，且常常小到足以穿过过滤膜片。胶态大小对气溶胶的形成无关紧要。这些粒子必须沉积在集成电路基片、例如硅晶片上，在基片上生成液态前体溶液薄膜。一雾化沉积设备用来雾化液态前体。优选的雾化沉积设备包括超声波或文丘里装置，文丘里装置使用公知的汽车汽化器原理雾化该液体。这些装置需要根据粒子大小的经验测量值进行手工调节。下述方程(1)描述由一超声波雾发生器中的超声波转换器生成的粒子的直径：(1)D=12*πRa2*γρ3]]>其中，D为粒子直径，Fa为超声波转换器生成的超声波的频率，γ为液态前体溶液的表面张力，ρ为液态前体溶液的密度。超声波能量的强度对粒子直径没有影响，除非液态前体溶液因超声波能量过多、转换成热量而开始沸腾。超声波能量的强度影响到所生成的雾的体积，但一般不影响到粒子直径。从方程(1)显然可见，如液态前体溶液的表面张力或密度落在生成胶态粒子的范围之外，会生成在胶态范围之外的粒子。主要的问题是粒子过大，因为这些粒子会形成液坑或液珠而弄湿基片，从而降低薄膜质量。按照方程(1)，通过调节液态前体溶液的表面张力γ或密度ρ可改进粒子直径D。表面张力的减小或密度的增加可形成更小粒子。碳-->氢化合物溶液的密度的增加一般造成粘度的增加以及表面张力的相应增加。因此，密度的增加一般为表面张力的相应增加克服或超过。另一方面，可通过加入表面张力减小剂减小粒子大小。稀释剂或表面张力减小剂的作用的一部分可被溶液密度的相应减小抵销。(2)γ=γ1X1+γ2X2-βX1X2其中，γ为所改变的溶液表面张力(达因/厘米)，γ1为第一溶液的表面张力(达因/厘米)，γ2为第二溶液的表面张力(达因/厘米)，X1为用在总溶液中的摩尔百分比表示的第一溶液的浓度，X2为用在总溶液中的摩尔百分比表示的第二溶液的浓度，β为根据经验得出的随温度而变的常数。也可通过加热溶液来减小表面张力。可用超声波加热溶液。加热溶液所造成的一个问题是，加热过度会造成溶液沸腾，结果较轻溶剂和表面张力减小剂发生分馏。按照方程(2)，最佳的表面张力减小剂的沸点较低。较轻溶液成分的蒸馏是十分有害的，因为这些成分会凝结在雾化沉积设备上。这一凝结由于凝结材料的滴落而造成该设备无法工作。使用该液体前体的一雾化沉积设备中有一面积与基片大致相同的挡板。在这里，大致相同的面积的意思是，挡板在基片平面中的面积与基片面积只相差10％或以下。挡板的光洁度容差为所述挡板与所述基片之间的平均距离的5％。如使用面积和容差不在这些参数范围内的挡板，所沉积薄膜的厚度均匀性就会下降。用来制作集成电路的该雾化沉积设备包括：一沉积室；该沉积室中的一基片，该基片界定一基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用雾化沉积设备（１）形成金属氧化物的液态前体溶液（６４），所述液态前体溶液包括一金属有机部份，该金属有机部份包括至少一种金属有机化合物，所述金属有机部份中的金属总有效含量在所述液态前体溶液的薄膜的退火过程中生成一固体合成物 ；以及用来溶解所述金属有机部份的第一溶剂；所述液态前体溶液的特征在于：把所述液态前体溶液的表面张力减小到每厘米１０－４０达因的一稀释剂，所述金属有机部份、所述第一溶剂和所述稀释剂形成一均质混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1998-8-3 09/128,0581、一种通过使用雾化沉积设备(1)形成金属氧化物的液态前体溶液(64)，所述液态前体溶液包括一金属有机部份，该金属有机部份包括至少一种金属有机化合物，所述金属有机部份中的金属总有效含量在所述液态前体溶液的薄膜的退火过程中生成一固体合成物；以及用来溶解所述金属有机部份的第一溶剂；所述液态前体溶液的特征在于：把所述液态前体溶液的表面张力减小到每厘米10-40达因的一稀释剂，所述金属有机部份、所述第一溶剂和所述稀释剂形成一均质混合物。2、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述表面张力的值为每厘米14-34达因。3、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述表面张力的值为每厘米16-26达因。4、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述稀释剂是从包含沸点大于64℃的有机化合物的组中选取的。5、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述稀释剂是从包含在20℃下粘度小于0.7厘泊的有机化合物的组中选取的。6、按权利要求5所述的液态前体溶液，其特征在于，所述稀释剂是从包含在20℃下比重大于0.7的有机化合物的组中选取的。7、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述稀释剂包含甲醇。8、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述稀释剂为甲基乙基酮。9、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述固体合成物是从包含钙钛矿和分层超点阵材料的组中选取的。10、按权利要求1所述的液态前体溶液，其特征在于，所述金属部的所述有效含量按照由所述液态前体溶液得到的所述金属化合物的摩尔数提供摩尔浓度为每升0.1-0.2摩尔的所述液态前体溶液。11、一种在雾化沉积金属有机液态前体中使用的设备(1)，包括：液槽(54)；所述液槽中的液态前体溶液(64)，所述液态前体溶液包括：一金属有机部份，该金属有机部份包括至少一种金属有机化合物，所述金属有机部份中的金属总有效含量在所述液态前体溶液的薄膜的退火过程中生成一固体合成物；以及用来溶解所述金属有机部份的第一溶剂，所述设备的特征在于：把所述液态前体溶液的表面张力减小到每厘米10-40达因的一稀释剂，所述金属有机部份、所述第一溶剂和所述稀释剂形成一均质混合物；生成所述液态前体溶液的雾的装置；以及在一集成电路基片上沉积所述雾、用所述雾生成所述液态前体溶液的相应薄膜的装置。12、按权利要求11所述的设备，其特征在于，所述表面张力的值为每厘米14-34达因。13、按权利要求11所述的设备，其特征在于，所述表面张力的值为每厘米16-26达因。14、按权利要求11所述的设备，其特征在于，所述稀释剂是从包含沸点大于64℃的有机化合物的组中选取的。15、按权利要求11所述的设备，其特征在于，所述稀释剂是从包含在20℃下粘度小于0.7厘泊的有机化合物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林慎一郎，拉里D麦克米伦，卡洛斯A帕兹德阿罗，
申请(专利权)人：塞姆特里克斯公司，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：US[美国]