JP5128738B2 - Eco-friendly Group II and Group IV or Group V spin-on precursors - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バリウムストロンチウムチタン酸塩のようなII族およびIV族またはV族セラミック材料を製造するための改良されたプロセスと、金属−有機物分解方法により作られた装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
酸化物のセラミックであるバリウムストロンチウムチタン酸塩(BST)は高い誘電定数と優秀な強誘電特性および常誘電特性を有する。結果として、BSTはダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、強誘電装置、および常誘電装置として電子産業で、および高い誘電定数材料が使用される他の応用で広く使用されている。
【0003】
米国特許出願第09/300,962号明細書(発明の名称“Voltage Variable Capacitor (Varactor) for High Frequency Power”、1999年4月28日)にはBSTバラクタとその応用が記載されている。BSTバラクタは2−カブロン酸エチル酸塩を使用して作られた。
【0004】
バリウムストロンチウムチタン酸塩の薄膜は高密度のダイナミックランダムアクセスメモリ、モノリシックマイクロ波集積回路のキャパシタ、同調可能なマイクロ波フィルタ、フェイズドアレイアンテナの応用で広く研究されている。
【0005】
2−カブロン酸エチル酸塩からのBSTの薄膜は米国特許第5,514,822 号明細書にも記載されている。
【0006】
金属有機物酸塩(通常はneodeacanoicまたは2−カブロン酸エチルのような脂肪酸)からの薄膜セラミックの合成は先に参照した米国特許出願第09/300,962号明細書と、米国特許出願第08/863,117号明細書(発明の名称“Process for Making Stoichiometric Mixed Metal Oxide Films ”、1997年5月27日)と、Mantese Micheli 、Hamdi 、West、MRS Bulletin、1989年、1173頁と、PCT出願WO 93/12538 (出願人:Symetrix Corporation)と、米国特許第5,434,102 号および第5,439,854 号明細書(H. Watanabe )と、C. M. VestのMaterials Research Society Symposiumの60巻、35−42頁(1986年)に記載されている。
【0007】
金属アルコキシドから金属塩への反応を良好に制御するために、2カブロン酸エチルの無水物の使用が、米国特許第5,721,009 号明細書で説明され請求されており、1998年2月24日に発行されている。
【0008】
多数の前述の参考文献はバリウムストロンチウムチタン酸塩を処理するための改良された合成ルートを与えるが、有害で環境に優しくないキシレンおよびn−ブチルアセテートのような溶剤を使用する。
【0009】
3,6−ジオクサヘプタン酸およびアルミナミネラル( III族前駆材料)から作られる環境に優しいセラミック前駆材料とアルミナ前駆材料は“Aqueous Synthesis of Water-Soluble Alumoxanes : Environmentally Benign Precursors to Alumina and Alumina Based Ceramics ”、Chemical Materials、9巻、No.11 、2418−2433頁(1997年)に記載されている。
【0010】
論文(A. M. Bahl、“Heavy Alkaline Earth Polyether Carboxylates ”、Inorganic Chemistry 、36巻、5413−5415頁(1997年))には金属水酸化物からのバリウムとストロンチウム酸素酸混合物の合成について説明している。その反応は長く、副産物として水を発生し、これは応用によっては望ましくない。本発明はこれらの化合物を生成するために無水物方法を提供する。
【0011】
関連する特許明細書“Polyether Acid Anhydride Useful for Improved Non-Toxic Solvent Soluble Group IV and V Metal Acid Salt Complexes ”には、3,6−ジオクサヘプタン酸のチタニウム塩が記載されており、1999年5月7日の米国特許出願第09/307,589号明細書を参照する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、有毒ではない溶剤により、BSTフィルムのような改良された品質II族およびIV族またはV族の金属酸化物フィルムを与える必要性が存在する。
【0013】
本発明は、これらの金属の酸化物の薄膜を製造するのに有効なバリウムストロンチウムチタン酸塩(BST)のような改良されたII族およびIV族またはV族金属スピン−オン前駆材料を合成し、処理し、テストすることに目的とする。BSTはDRAM、強誘電および常誘電、および高い誘電定数材料が使用される他の応用で広く使用されている酸化物セラミックである。本発明は無害で環境に優しい溶剤で融和性で可溶性のスピンオン前駆材料を与える。さらに、このスピンオン前駆材料は生成されるBSTの薄膜において非常に改良された電気的性能特性を与えることが示されている。
【0014】
本発明の目的は、毒性が低く、容易に取扱うことのできる前駆材料および溶液から改良された電子装置を形成することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明にしたがって、金属酸塩錯体が提供され、それは(1)少なくとも1つのII族イオンを含む第1の金属と、IV族およびV族イオンからなるグループから選択された少なくとも1つの第2の金属と、(2)ポリエーテル酸とを含んでいる。金属酸塩錯体は(1)少なくとも1つの第1の金属および少なくとも1つの第2の金属イオンと、(2)少なくとも1つのポリエーテル酸およびポリエーテル酸無水物とを結合することにより生成される。水および/またはアルコールおよび/または他の有極性溶媒中のこれらの金属酸塩錯体も与えられ、金属酸化物フィルムの形成に有効である。
【0016】
特に、本発明によれば、II族−IV族(またはV族)酸化物を使用してアクティブ装置として電子装置を製造する方法が与えられ、その方法は、
(a)基板を設け、
(b)基板上に下部電極を形成し、
(c)下部電極上にII族−IV族(またはV族)金属イオンのポリエーテル酸塩を含む溶液を付着し、
(d)溶液から酸化物フィルムを形成し、
(e)酸化物フィルム上に上部電極を形成するステップを含んでいる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明は改良された電気性能の高誘電定数材料および、電圧可変誘電体材料等を与える。記載された材料は従来技術よりも非常に無害の溶液で可溶性で、処理可能/適合性である。
【0018】
本発明は、II族およびIV族またはV族イオンの金属塩の使用、特に、改良された品質のBSTフィルムを生成するために3,6−ジオクサヘプタン酸を有するバリウム、ストロンチウム、チタニウムの使用に関する。使用される溶液は2−プロパノールと水であり、これらは従来技術で使用されたキシレンおよびn−ブチルアセテートよりもはるかに無害である。
【0019】
II族イオンの例はバリウムとストロンチウムであり、IV族イオンの例はチタニウムとジルコニウムであり、V族イオンの例はバナジウムとタンタルとニオブである。これらのイオンは結合されて強誘電特性を有する酸化物フィルムを形成する。BSTはこのような酸化物フィルムの1例である。他の例はバリウムストロンチウムニオブ酸塩とストロンチウムニオブ酸塩を含んでいる。
【0020】
VHFパワー変換器が、アクティブアレイおよび高速度プロセッサのような需要価格と、高パワーで高周波数電子システムの性能要件とを満たすために開発され特許された。パワー変換器を調節するための強誘電体可変キャパシタの使用は回路の複雑性、価格、重量を著しく減少し、装置システムの性能を改良する。本発明はこのバラクタと、さらに前述の米国特許出願第09/300,962号明細書に記載されている従来技術よりも優れており、無害な溶液で処理可能で適応性の優れた薄膜バリウムストロンチウムチタン酸塩材料を提供する。
【0021】
本発明はこれらおよびその他の製品の製造に有効な有害性の少ない溶液と調和できる改良された材料を提供する。
【0022】
高い誘電定数と常誘電性および強誘電性のために、BSTは電子産業では普及した材料である。本発明はBST薄膜の製造のための新しい有害性の低い方法を提供する。
【0023】
要約すると、改良された薄膜材料は全ての脂肪酸の類似物(例えば2−カブロン酸エチルまたはネオデカノン酸)と比較して、3,6−ジオクサヘプタン酸(さらに広く他のポリエーテル酸)のバリウム、ストロンチウム、チタニウム金属塩を使用して与えられる。これらの前駆材料は非常に有害性の低い溶液を使用して可溶であり、処理されることができる。
【0024】
バリウムストロンチウムチタン酸塩の薄膜の製造において(先に参照した米国特許出願第09/307,589号明細書に記載されている)チタニウムポリエーテル酸塩の使用をバリウムおよびストロンチウム前駆材料の無水物合成と共に以下説明する。改良された性能のBST薄膜を与えるために、無害の溶媒中におけるこれらの混合物の処理を最後に説明する。
【0025】
本発明は、セラミックおよび金属酸化物の薄膜用の改良された金属酸化物前駆材料の製造を可能にする。これは前駆材料の塩としてのポリエーテル酸(1例は3,6−ジオクサヘプタン酸)の使用を、金属酸化物の形成へ拡張し、これはII族の金属からなるグループから選択された少なくとも1つの金属と、IV族およびV族の金属からなるグループから選択された少なくとも1つの第2の金属とを含んでいる。ポリエーテル酸の他の例には、3,6,9−トリオクサヘプタン酸、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸を含んでいる。本発明の実施に有効なポリエーテル酸は以下の式を有し、
CH3 O(CH2 CH2 O)n CH2 COOH
ここでnは0乃至2である。
【0026】
要約すると、改良された薄膜材料は、全ての脂肪酸の類似物(例えば2−カブロン酸エチル酸またはネオデカノン酸)と比較して、3,6−ジオクサヘプタン酸(さらに広く他のポリエーテル酸)の金属塩を使用して作られる。
【0027】
ポリエーテル酸金属酸塩錯体を与えるための通常の合成ルートを以下説明する。
1.ポリエーテル酸と脱水剤とを結合することにより対応するポリエーテル酸からポリエーテル酸無水物を生成し、
2.金属とポリエーテル酸とを反応することにより、II族の金属の金属酸塩錯体を生成し、
3.ポリエーテル酸の無水物と金属アルコキシドの混合物を同時にまたは逐次的に結合することによってIV族とV族の金属の金属酸塩錯体を生成する。幾つかの例では、対応するポリエーテル酸を混合物中に含むことも望ましい。
【0028】
第1の反応に使用する脱水剤は有機物酸を対応する無水物へ変換するために使用される任意の既知の脱水剤を含んでいてもよい。その例にはジシクロヘキシルカルボジイミドと無水酢酸が含まれている。
【0029】
第2の反応では、II族の金属はII族の金属酸塩錯体を生成するためポリエーテル酸(自由酸)と単に反応される。
【0030】
第3の反応で使用される金属アルコキシドはその金属の任意の既知のアルコキシドを含んでいてもよい。IV族の金属アルコキシドは以下の式を有し、
(R−O)4 −Me(IV)
V族アルコキシドは以下の式により与えられ、
(R−O)5 −Me(V)
ここでRは、置換されるか置換されない直鎖または枝分かれしたアルキル(C1 乃至C8 )およびアリールであり、Me(IV)はチタニウムとジルコニウムからなるグループから選択され、Me(V)はバナジウム、タンタル、ニオブからなるグループから選択される。
【0031】
[ストロンチウム(II)−3,6−ジオクサヘプタン塩の無水合成]
2プロパノール(45グラム)中で加熱され(穏やかに再流動)よく撹拌した3,6−ジオクサヘプタン酸(34.1グラム、0.254 モル)の混合物は幾らかの分量のストロンチウム金属(樹枝状のStrem Cat.No.38-0074、10.08 グラム、0.115 モル)に慎重に付加された。水素の放出は金属の付加速度により制御されることができる。反応混合物は、金属の全体量が付加され溶解された後に付加的な時間再流動することを可能にされた。水性白色クリア溶剤は88.6グラムの重量であり、11.34 %で1.29mモル/gのストロンチウム溶剤を与える。
【0032】
[バリウム(II)−3,6−ジオクサヘプタン塩の無水合成]
この溶解はストロンチウム溶液と同一方法で作られた。バリウムはストロンチウムよりも非常に速く溶解した。
【0033】
[バリウムおよびストロンチウム−3,6−ジオクサヘプタン塩とチタニウム(IV)−3,6−ジオクサヘプタン塩を処理可能で無害の溶媒を含んだ前駆材料からバリウムストロンチウムチタン酸塩の薄膜へ形成]
BST前駆材料溶剤は、関連する米国特許出願第09/307,589号明細書に記載されているように1.29m モル/gのストロンチウム(II)−3,6−ジオクサヘプタン塩溶剤8.44グラムと、1.07m モル/gのバリウム(II)−3,6−ジオクサヘプタン塩溶剤10.22 グラムと、1.726mモル/gのチタニウム(IV)−3,6−ジオクサヘプタン塩溶剤12.82 グラムとを結合することにより作られた。これはさらに次に説明する薄膜BSTキャパシタ/バラクタを作るために使用されるBST前駆材料溶液を与えるために2−プロパノールを23.6グラム付加することにより希釈された。
【0034】
[説明したBST前駆材料をBST薄膜へ処理]
1.下部電極の蒸着を含む基板処理
通常の20ミルの厚さのシリコンウェハは5000オングストロームの濡れた熱酸化物(シリコン)を有するように処理された。25オングストロームの厚さのTa接着層が基板へ電子ビーム蒸着され、それに続いて1800オングストロームの厚さのPt層が蒸着された。電極のシートの抵抗性は0.73オーム/平方であった。Ta層を酸化し、Pt層を安定するために電極は30分間、650℃で酸素で予備アニールされた。
【0035】
2.電極の形成された基板上へのバリウムストロンチウムチタン酸塩の薄膜の付着および焼成
ウェハは3乃至5Krpmで30秒間のスピン被覆を使用して前述のBST溶剤で被覆された。被覆後、ウェハはゆっくりと320℃のホットプレート上で温度を下げられ、4分間焼成される。
【0036】
スピン被覆とホットプレートの焼成後、ウェハは700℃の流動O2 により小さい管炉で燃焼される。
【0037】
燃焼後、ウェハは亀裂および接触故障の兆候を示さなかった。誘電体フィルムのSEM解析は、表面がなめらかであることを示した。厚さ測定は約1100乃至1700オングストロームであることを示した。
【0038】
3.上部電極の形成
1000オングストロームのPt上部電極は、直径約10、15、20、40、80、160ミルの変化する上部電極サイズでシャドウマスクを使用して付着された。スタックは電気試験前に2時間700℃でアニールされた。
【0039】
4.初期の電気試験
本発明にしたがって先に作られた装置は先に参照した米国特許出願第09/300,962号明細書に記載されている従来技術にしたがって形成された装置と比較された。両装置は同一の寸法、即ち約5×10-4cm2 に製造された。BST層の厚さは本発明の装置では1,200オングストロームであり、従来技術の装置では約6,400オングストロームであった。
【0040】
装置は解析プローバ上で試験された。上部電極にはプローブチップが直接的に接触され、下部電極はスクラッチによってBST層を経て第2のプローブチップと接触された。I−V特性は−3.5v乃至+3.5vにわたってHP 4145B半導体パラメータ解析装置を使用して測定された。C−V特性は広範囲のバイアス電圧にわたって35mVの変調電圧を使用して100KHzでHP 4275A LCR計を使用して測定された。典型的な直径10ミルのシャドウマスクキャパシタでは、キャパシタンスは0vの1.69pFから6.5vの0.75pFまでの範囲で変化した。
【0041】
図1のaおよびbは、本発明にしたがって形成された装置と、米国特許出願第09/300,962号明細書に記載されているような従来技術により形成された装置のI−V特性の比較を示している。比較によって、本発明にしたがって作られた1200オングストロームの厚さのキャパシタの漏洩特性が、約5倍厚い従来技術のキャパシタと比較して非常に改良されたことを示している。さらに、全ての他のパラメータが同一であれば薄いフィルムは典型的に厚いフィルムよりも漏洩が大きいことは当業者により認識されよう。
【0042】
図2のaおよびbは、本発明にしたがって形成された装置と、米国特許出願第09/300,962号明細書に記載されているような従来技術により形成された装置のC−V特性の比較を示している。両特性図は与えられた電圧の関数としてキャパシタンスの予測された変化を示している。
【0043】
以上、本発明のVHFパワー変換器で使用される薄膜の低電圧で切換え可能なBSTバラクタについて説明した。本発明は米国特許出願第09/300,962号明細書の装置と比較して改良された装置を与え、溶液前駆材料の処理は無害で環境にやさしい溶液で行われる。
【0044】
[産業上の応用]
チタン酸バリウムストロンチウム薄膜の形成方法は、装置のアクティブ部分としてこの材料を使用して電子装置の製造において使用されることが期待される。
【0045】
以上、改良されたチタン酸バリウムストロンチウムフィルムを形成するプロセスを説明した。明白な特性の種々の変更および変形が行われてもよく、全てのこのような変更および変形が特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲内に入るものと考えられることは当業者に容易に明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】電流密度(アンペア/cm2 )と電圧(V)の座標における、本発明にしたがって処理された改良された1200オングストロームの薄膜キャパシタのI−V特性図と、それに類似しているが従来技術のプロセスにより処理された6400オングストロームの薄膜キャパシタのI−V特性図。
【図2】キャパシタンス(ファラド)と電圧(V)の座標における、本発明にしたがって処理された改良された1200オングストロームの薄膜キャパシタのC−V特性図と、それに類似しているが従来技術のプロセスにより処理された6400オングストロームの薄膜キャパシタのI−V特性図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improved process for producing Group II and Group IV or Group V ceramic materials, such as barium strontium titanate, and an apparatus made by a metal-organic decomposition method.
[0002]
[Prior art]
Barium strontium titanate (BST), an oxide ceramic, has a high dielectric constant and excellent ferroelectric and paraelectric properties. As a result, BST is widely used in the electronics industry as dynamic random access memory (DRAM), ferroelectric devices, and paraelectric devices, and in other applications where high dielectric constant materials are used.
[0003]
US patent application Ser. No. 09 / 300,962 (invention name “Voltage Variable Capacitor (Varactor) for High Frequency Power”, April 28, 1999) describes a BST varactor and its application. BST varactors were made using 2-cabronate ethylate.
[0004]
Barium strontium titanate thin films have been extensively studied in applications of high-density dynamic random access memories, monolithic microwave integrated circuit capacitors, tunable microwave filters, and phased array antennas.
[0005]
A thin film of BST from 2-cabronate ethylate is also described in US Pat. No. 5,514,822.
[0006]
Synthesis of thin film ceramics from metal organic acid salts (usually fatty acids such as neodeacanoic or ethyl 2-cabronate) is described in previously referenced US patent application Ser. No. 09 / 300,962 and US patent application Ser. No. 08 / 863,117. Description (Invention name “Process for Making Stoichiometric Mixed Metal Oxide Films”, May 27, 1997), Mantese Micheli, Hamdi, West, MRS Bulletin, 1989, page 1173, PCT application WO 93/12538 ( Applicant: Symetrix Corporation), US Pat. Nos. 5,434,102 and 5,439,854 (H. Watanabe) and CM Vest, Materials Research Society Symposium 60, 35-42 (1986). .
[0007]
In order to better control the reaction from metal alkoxide to metal salt, the use of anhydride of ethyl 2-caburonate is described and claimed in US Pat. No. 5,721,009 and issued on Feb. 24, 1998. Has been.
[0008]
A number of the aforementioned references provide improved synthetic routes for treating barium strontium titanates, but use solvents such as xylene and n-butyl acetate which are harmful and environmentally friendly.
[0009]
Environmentally friendly ceramic precursors and alumina precursors made from 3,6-dioxaheptanoic acid and alumina minerals (group III precursors) are “Aqueous Synthesis of Water-Soluble Alumoxanes: Environmentally Benign Precursors to Aluminum and Aluminum Based Ceramics” , Chemical Materials, Vol. 9, No. 11, pages 2418-2433 (1997).
[0010]
The paper (AM Bahl, “Heavy Alkaline Earth Polyether Carboxylates”, Inorganic Chemistry, 36, 5413-5415 (1997)) describes the synthesis of barium and strontium oxyacid mixtures from metal hydroxides. The reaction is long and generates water as a by-product, which is undesirable for some applications. The present invention provides an anhydride method to produce these compounds.
[0011]
The related patent specification “Polyether Acid Anhydride Useful for Improved Non-Toxic Solvent Soluble Group IV and V Metal Acid Salt Complexes” describes titanium salts of 3,6-dioxaheptanoic acid, May 1999. Reference is made to US patent application Ser. No. 09 / 307,589, 7 dated.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is a need to provide improved quality Group II and Group IV or Group V metal oxide films such as BST films with non-toxic solvents.
[0013]
The present invention synthesizes improved Group II and Group IV or Group V metal spin-on precursors such as barium strontium titanate (BST) that are effective in producing thin films of oxides of these metals. The purpose is to process and test. BST is an oxide ceramic widely used in DRAM, ferroelectric and paraelectric, and other applications where high dielectric constant materials are used. The present invention provides a harmless and environmentally friendly solvent compatible and soluble spin-on precursor. In addition, this spin-on precursor material has been shown to provide very improved electrical performance characteristics in the resulting BST thin films.
[0014]
It is an object of the present invention to form an improved electronic device from precursor materials and solutions that are low in toxicity and easy to handle.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In accordance with the present invention, a metalate complex is provided, which comprises (1) a first metal comprising at least one Group II ion and at least one second selected from the group consisting of Group IV and Group V ions. A metal and (2) a polyether acid. The metalate complex is formed by combining (1) at least one first metal and at least one second metal ion with (2) at least one polyether acid and polyether acid anhydride. . These metalate complexes in water and / or alcohol and / or other polar solvents are also provided and are effective in forming metal oxide films.
[0016]
In particular, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing an electronic device as an active device using a Group II-IV (or Group V) oxide, the method comprising:
(A) providing a substrate;
(B) forming a lower electrode on the substrate;
(C) depositing a solution containing a polyether salt of a group II-group IV (or group V) metal ion on the lower electrode;
(D) forming an oxide film from the solution;
(E) forming a top electrode on the oxide film.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides improved electrical performance high dielectric constant materials, voltage variable dielectric materials, and the like. The described materials are soluble in a much more harmless solution than the prior art and are processable / compatible.
[0018]
The present invention uses metal salts of Group II and Group IV or Group V ions, particularly the use of barium, strontium, titanium with 3,6-dioxaheptanoic acid to produce improved quality BST films. About. The solutions used are 2-propanol and water, which are much more harmless than xylene and n-butyl acetate used in the prior art.
[0019]
Examples of group II ions are barium and strontium, examples of group IV ions are titanium and zirconium, and examples of group V ions are vanadium, tantalum and niobium. These ions combine to form an oxide film with ferroelectric properties. BST is an example of such an oxide film. Other examples include barium strontium niobate and strontium niobate.
[0020]
VHF power converters have been developed and patented to meet demand prices such as active arrays and high speed processors and the performance requirements of high power, high frequency electronic systems. The use of ferroelectric variable capacitors to adjust power converters significantly reduces circuit complexity, cost and weight and improves device system performance. The present invention is superior to the varactor and the prior art described in the aforementioned US patent application Ser. No. 09 / 300,962, and is a thin film barium strontium titanate that can be treated with a harmless solution and has excellent adaptability Provide salt material.
[0021]
The present invention provides improved materials that can be harmonized with less harmful solutions useful in the manufacture of these and other products.
[0022]
Due to its high dielectric constant and paraelectric and ferroelectric properties, BST is a popular material in the electronics industry. The present invention provides a new, less harmful method for the production of BST thin films.
[0023]
In summary, the improved thin film material is a barium of 3,6-dioxaheptanoic acid (and more widely other polyether acids) compared to all fatty acid analogs (eg ethyl 2-cabronate or neodecanoic acid). , Strontium, given using titanium metal salts. These precursor materials are soluble and can be processed using very low toxicity solutions.
[0024]
The use of titanium polyetherate (as described in previously referenced US patent application Ser. No. 09 / 307,589) in the manufacture of thin films of barium strontium titanate, along with the anhydride synthesis of barium and strontium precursors explain. The treatment of these mixtures in a non-hazardous solvent is finally described to give improved performance BST thin films.
[0025]
The present invention enables the production of improved metal oxide precursors for ceramic and metal oxide thin films. This extended the use of polyether acids (one example is 3,6-dioxaheptanoic acid) as a precursor salt to the formation of metal oxides, which were selected from the group consisting of Group II metals At least one metal and at least one second metal selected from the group consisting of Group IV and Group V metals. Other examples of polyether acids include 3,6,9-trioxaheptanoic acid, methoxyacetic acid, ethoxyacetic acid. A polyether acid useful in the practice of the present invention has the following formula:
CH 3 O (CH 2 CH 2 O) n CH 2 COOH
Here, n is 0 to 2.
[0026]
In summary, the improved thin film material has 3,6-dioxaheptanoic acid (and more widely other polyether acids) compared to all fatty acid analogs (eg, 2-cabronate ethyl acid or neodecanoic acid). Made using a metal salt.
[0027]
A typical synthetic route to give polyether acid metalate complexes is described below.
1. Producing a polyether acid anhydride from the corresponding polyether acid by combining the polyether acid with a dehydrating agent;
2. By reacting a metal with a polyether acid, a metal salt complex of a Group II metal is produced,
3. Group IV and V metal metallate complexes are formed by simultaneously or sequentially combining a mixture of an anhydride of polyether acid and a metal alkoxide. In some instances, it may also be desirable to include the corresponding polyether acid in the mixture.
[0028]
The dehydrating agent used in the first reaction may include any known dehydrating agent used to convert organic acids to the corresponding anhydrides. Examples include dicyclohexylcarbodiimide and acetic anhydride.
[0029]
In the second reaction, the Group II metal is simply reacted with a polyether acid (free acid) to form a Group II metalate complex.
[0030]
The metal alkoxide used in the third reaction may include any known alkoxide of the metal. Group IV metal alkoxides have the following formula:
(RO) 4 -Me (IV)
The group V alkoxide is given by the following formula:
(RO) 5 -Me (V)
Wherein R is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl (C 1 -C 8 ) and aryl, Me (IV) is selected from the group consisting of titanium and zirconium, and Me (V) is vanadium. , Tantalum, and niobium.
[0031]
[Anhydrous synthesis of strontium (II) -3,6-dioxaheptane salt]
A mixture of 3,6-dioxaheptanoic acid (34.1 grams, 0.254 moles) heated in 2 propanol (45 grams) (gently reflowed) and well agitated is some amount of strontium metal (dendritic Strem Cat No. 38-0074, 10.08 grams, 0.115 moles). Hydrogen release can be controlled by the rate of metal addition. The reaction mixture was allowed to reflow for an additional time after the entire amount of metal was added and dissolved. The aqueous white clear solvent weighs 88.6 grams, giving 11.34% 1.29 mmol / g strontium solvent.
[0032]
[Anhydrous synthesis of barium (II) -3,6-dioxaheptane salt]
This dissolution was made in the same way as the strontium solution. Barium dissolved much faster than strontium.
[0033]
[Formation of barium and strontium-3,6-dioxaheptane salt and titanium (IV) -3,6-dioxaheptane salt from a precursor material containing a harmless solvent capable of processing to a thin film of barium strontium titanate]
The BST precursor solvent was 8.44 grams of 1.29 mmol / g strontium (II) -3,6-dioxaheptane salt solvent as described in related US patent application Ser. No. 09 / 307,589, 1.07 Combining 10.22 grams of barium (II) -3,6-dioxaheptane salt solvent in mmol / g and 12.82 grams of 1.726 mmol / g titanium (IV) -3,6-dioxaheptane salt solvent. Made by. This was further diluted by adding 23.6 grams of 2-propanol to give the BST precursor solution used to make the thin film BST capacitor / varactor described below.
[0034]
[Processing of the described BST precursor material into a BST thin film]
1. Substrate processing including bottom electrode deposition A conventional 20 mil thick silicon wafer was processed to have 5000 angstroms of wet thermal oxide (silicon). A 25 Å thick Ta adhesion layer was electron beam deposited onto the substrate followed by a 1800 Å thick Pt layer. The resistance of the electrode sheet was 0.73 ohm / square. The electrode was pre-annealed with oxygen at 650 ° C. for 30 minutes to oxidize the Ta layer and stabilize the Pt layer.
[0035]
2. Deposition of the barium strontium titanate thin film on the electrode-formed substrate and the fired wafer were coated with the aforementioned BST solvent using spin coating at 3-5 Krpm for 30 seconds. After coating, the wafer is slowly lowered on a 320 ° C. hot plate and baked for 4 minutes.
[0036]
After spin coating and hot plate firing, the wafer is burned in a smaller tube furnace to 700 ° C. fluidized O 2 .
[0037]
After burning, the wafer showed no signs of cracking and contact failure. SEM analysis of the dielectric film showed that the surface was smooth. Thickness measurement showed about 1100-1700 angstroms.
[0038]
3. Top Electrode Formation A 1000 Angstrom Pt top electrode was deposited using a shadow mask with varying top electrode sizes of about 10, 15, 20, 40, 80, 160 mils in diameter. The stack was annealed at 700 ° C. for 2 hours before electrical testing.
[0039]
4). Initial Electrical Testing Devices previously made in accordance with the present invention were compared to devices made in accordance with the prior art described in previously referenced US patent application Ser. No. 09 / 300,962. Both devices were manufactured to the same dimensions, ie about 5 × 10 −4 cm 2 . The thickness of the BST layer was 1,200 Å for the device of the present invention and about 6,400 Å for the prior art device.
[0040]
The instrument was tested on an analysis prober. The probe tip was directly contacted with the upper electrode, and the lower electrode was contacted with the second probe tip via the BST layer by scratch. The IV characteristics were measured using an HP 4145B semiconductor parameter analyzer from -3.5v to + 3.5v. CV characteristics were measured using an HP 4275A LCR meter at 100 KHz using a 35 mV modulation voltage over a wide range of bias voltages. For a typical 10 mil diameter shadow mask capacitor, the capacitance ranged from 1.69 pF at 0 v to 0.75 pF at 6.5 v.
[0041]
FIGS. 1a and 1b show a comparison of the IV characteristics of a device formed according to the present invention and a device formed according to the prior art as described in US patent application Ser. No. 09 / 300,962. Show. The comparison shows that the leakage characteristics of a 1200 Å thick capacitor made in accordance with the present invention is greatly improved compared to a prior art capacitor that is about five times thicker. Furthermore, those skilled in the art will recognize that thin films typically leak more than thick films if all other parameters are the same.
[0042]
FIGS. 2a and 2b compare the CV characteristics of a device formed in accordance with the present invention and a device formed by the prior art as described in US patent application Ser. No. 09 / 300,962. Show. Both characteristic diagrams show the expected change in capacitance as a function of a given voltage.
[0043]
The BST varactor that can be switched at a low voltage of the thin film used in the VHF power converter of the present invention has been described above. The present invention provides an improved apparatus compared to the apparatus of US patent application Ser. No. 09 / 300,962, where the processing of the solution precursor material is performed in a harmless and environmentally friendly solution.
[0044]
[Industrial application]
The method of forming barium strontium titanate thin films is expected to be used in the manufacture of electronic devices using this material as the active part of the device.
[0045]
Thus, a process for forming an improved barium strontium titanate film has been described. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications in the obvious characteristics may be made and all such changes and modifications are considered to fall within the scope of the claimed invention. It will be readily apparent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is similar to the IV characteristic diagram of an improved 1200 angstrom thin film capacitor processed according to the present invention in current density (Amps / cm 2 ) and voltage (V) coordinates. IV characteristic diagram of a 6400 angstrom thin film capacitor processed by a prior art process.
FIG. 2 is a CV characterization of an improved 1200 angstrom thin film capacitor processed in accordance with the present invention in capacitance (farad) and voltage (V) coordinates, and a similar but prior art process. IV characteristics of a 6400 angstrom thin film capacitor processed by
Claims (13)
(1)前記ポリエーテル酸と反応するII族金属から選択された少なくとも1つの第1の金属と、
(2)(a)IV族とV族の金属からなるグループから選択された少なくとも1つの第2の金属と(b)ポリエーテル酸無水物とを含んでいる少なくとも1つの金属アルコキシドとを結合することを特徴とする、金属酸塩錯体の調製方法。 Selected from the group consisting of a first metal comprising at least one group II ion generated from a polyether acid and a group IV and group V ion generated from the reaction of a metal alkoxide and a polyether anhydride. In a method of preparing an oxide film forming metalate complex having ferroelectric properties comprising at least one second metal ,
(1) at least one first metal selected from Group II metals that react with the polyether acid;
(2) Binding (a) at least one second metal selected from the group consisting of Group IV and Group V metals and (b) at least one metal alkoxide containing a polyether anhydride. characterized in that a process for preparing gold Shokusanshio complex.
(a)前記少なくとも1つのII族金属の第1の金属酸塩を形成するために前記第1の金属と前記ポリエーテル酸を反応させ、
(b)前記少なくとも1つのIV族またはV族金属の第2の金属酸塩を形成するために少なくとも1つの前記第2の金属を含む金属アルコキシドと前記ポリエーテル酸のポリエーテル無水物を結合させ、
(c)前記金属酸塩錯体を形成するために前記第1の金属酸塩と前記第2の金属酸塩とを結合することを特徴とする、金属酸塩錯体の調製方法。 Selected from the group consisting of a first metal comprising at least one group II ion generated from a polyether acid and a group IV and group V ion generated from the reaction of a metal alkoxide and a polyether anhydride. In a method of preparing an oxide film forming metalate complex having ferroelectric properties comprising at least one second metal ,
(A) reacting the first metal with the polyether acid to form a first metal acid salt of the at least one Group II metal;
(B) combining a polyether anhydride of the polyether acid with a metal alkoxide containing at least one second metal to form a second metal acid salt of the at least one group IV or group V metal. ,
(C) A method for preparing a metal acid salt complex, comprising combining the first metal acid salt and the second metal acid salt to form the metal acid salt complex.
(R−O)4 −Me(IV)により与えられ、
前記V族アルコキシドは以下の式、即ち、
(R−O)5 −Me(V)により与えられ、
ここでRは置換されるか置換されない直鎖または枝分かれしたアルキル(C1 乃至C8 )およびアリールであり、Me(IV)はチタニウムとジルコニウムからなるグループから選択され、Me(V)はバナジウム、タンタル、ニオブからなるグループから選択される請求項4記載の調製方法。The Group II metal is selected from the group consisting of barium and strontium, and the Group IV alkoxide is represented by the following formula:
(RO) 4- Me (IV)
The group V alkoxide has the following formula:
(RO) 5 -Me (V)
Wherein R is a substituted or unsubstituted linear or branched alkyl (C 1 -C 8 ) and aryl, Me (IV) is selected from the group consisting of titanium and zirconium, Me (V) is vanadium, The preparation method according to claim 4, which is selected from the group consisting of tantalum and niobium.
ポリエーテル酸から生成された少なくとも1つのII族イオンを含む第1の金属と、金属アルコキシドとポリエーテル酸無水物との反応から生成されたIV族とV族のイオンからなるグループから選択された少なくとも1つの第2の金属とを含む強誘電特性を有する酸化物フィルム形成用金属酸塩錯体を使用し、
(a)基板を設け、
(b)前記基板上に下部電極を形成し、
(c)前記下部電極上に少なくとも1つの前記第1の金属および前記少なくとも第2の金属の前記ポリエーテル酸塩を含む溶液を付着させ、
(d)前記第1の金属と、前記第2の金属との酸化物フィルムを前記溶液から形成し、
(e)前記酸化物フィルム上に上部電極を形成するステップを含んでいることを特徴とする電子装置の製造方法。Basically, an electron comprising an active portion comprising a first metal comprising at least one group II ion and at least one second metal selected from the group consisting of group IV and group V ions. In a method of manufacturing a device,
Selected from the group consisting of a first metal comprising at least one group II ion generated from a polyether acid and a group IV and group V ion generated from the reaction of a metal alkoxide and a polyether anhydride. Using an oxide film-forming metalate complex having ferroelectric properties comprising at least one second metal ;
(A) providing a substrate;
(B) forming a lower electrode on the substrate;
(C) depositing a solution comprising at least one of the first metal and the polyether salt of the at least second metal on the lower electrode;
(D) forming an oxide film of the first metal and the second metal from the solution;
(E) A method for manufacturing an electronic device, comprising the step of forming an upper electrode on the oxide film.
(b)所定の長さの時間中第1の上昇された温度で焼成され、
(c)所定の長さの時間中流動酸素中で第2の上昇された温度で加熱される請求項8記載の方法。The solution is (a) spin coated on the substrate;
(B) calcined at a first elevated temperature for a predetermined length of time;
9. The method of claim 8 , wherein (c) heating is performed at a second elevated temperature in flowing oxygen for a predetermined length of time.
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