(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路内に固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を作製する方法であって、
基板（１２，１０２，３８１）、基板への供給および処理により、該固体材料の薄膜を形成するために適した前駆体液体とを提供する工程と、
該前駆体液体を該基板に供給する工程と、
該前駆体液体を該基板の表面で処理することにより、該固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を形成する工程とを包含し、
該供給工程に続いて、該前駆体液体の物理的性質を連続的に変更する工程と、
該変更工程に続いて、該基板に、該連続的に変更する物理的性質を有する該前駆体液体の供給を継続する工程とを特徴とする方法。
【請求項２】
前記供給工程と前記供給継続工程との間に、前記基板上の前記前駆体液体を乾燥させる工程をさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記連続的変更工程および供給継続工程が少なくとも１回繰り返されることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記連続的変更工程が、前記供給継続工程と同時に実施されることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記連続的変更工程が、所定時間の間実施されることをさらに特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記物理的性質が粘性であることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記物理的性質が、前記前駆体液体と前記基板との表面張力であることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記物理的性質が濃度であることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記物理的性質が熱容量であることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記物理的性質が気化熱であることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記物理的性質が蒸気圧であることをさらに特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
集積回路内に固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を作製する方法であって、
基板（１２，１０２，３８１）を提供する工程と、
前駆体液体を提供する工程と、
該前駆体液体を該基板の表面で処理することにより、該固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を形成する工程とを包含し、
該前駆体液体を該基板に供給する間に、該前駆体液体の物理的性質を連続的に調節する工程を特徴とする方法。
【請求項１３】
集積回路内に固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を作製する方法であって、
基板（１２，１０２，３８１）を提供する工程と、
前駆体液体を該基板に供給する工程と、
該前駆体液体を該基板に供給する間に、該前駆体液体の物理的性質を連続的に調節する工程と、
該前駆体液体を該基板の表面で処理することにより、該固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を形成する工程とを包含し、
第１の液体および第２の液体を提供する工程と、
該第１の液体を第１の流量制御器（５１５）を通して流し、該第２の液体を第２の流量制御器（５３５）を通して流す工程と、
該第１の液体と該第２の液体とを、該第１の流量制御器および第２の流量制御器により決定した量で混合し、該前駆体液体を生成する工程と
を特徴とし、それにより、該前駆体液体が該基板に供給される間に、該前駆体液体の物理的性質が連続的に調節される、方法。
【請求項１４】
前記第１の流量制御器（５１５）を調節することにより、前記供給工程中に、該第１の流量制御器を通る前記第１の液体の流れを変更する工程をさらに特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記流量制御器のうちの少なくとも１つが容積流量制御器であることをさらに特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記固体材料の薄膜（３０，５０，４８９）が金属酸化物を含むことをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
前記固体材料の薄膜（３０，５０，４８９）が層状超格子材料を含むことをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４９２）が二酸化シリコンを含むことをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４９２）がシリコンガラスを含むことをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記前駆体液体が金属化合物を含むことをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属化合物が、２−エチルヘキサン酸金属塩、および金属２−メトキシエトキシドから構成される群から選択されることをさらに特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記前駆体液体が、アルコキシド、カルボン酸塩、およびそれらの組み合わせから構成される群から選択される化合物を含むことをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記前駆体液体が溶媒を含み、該溶媒が、アルコール、芳香族炭化水素、およびエステルから構成される群から選択されることをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記溶媒が、キシレン、２−メトキシエタノール、ｎ−ブチルアセテート、１，４−ジオクサン、メタノール、およびメチルエチルケトンから構成される群から選択されることをさらに特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記処理工程が、真空にさらす工程、紫外線放射にさらす工程、赤外線放射にさらす工程、電気的にポーリングする工程、乾燥工程、加熱工程、ベーキング工程、急速熱処理工程、およびアニーリング工程から構成される群から選択されるプロセスを包含することをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２６】
前記処理工程が、前記基板を収めた堆積チャンバー５２０内で準大気圧を維持する工程を包含することをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２７】
前記供給工程が、前記前駆体液体の薄膜を前記基板上にスピンコートする工程を包含することをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板を提供する工程が封じた堆積チャンバー（５２０）内に基板を配置する工程を包含し、前記供給工程が、前記前駆体液体のミストを生成する工程、および該ミストを該堆積チャンバー（５２０）に流して、該基板上に該前駆体液体を形成する工程を包含することをさらに特徴とする、請求項１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項２９】
集積回路内に固体材料の薄膜（３０，５０，２３６，４８９，４９２）を作製する装置であって、
堆積チャンバー（５２０）と、
該堆積チャンバー（５２０）と流体連通状態にある排気装置（５２３）と
を含み、
第１の液体供給源（５１４）と、
第２の液体供給源（５３４）と、
ミスト発生器（５４４）と、
該第１の液体供給源（５１４）と該ミスト発生器（５４４）との間に接続される第１の容積流量制御器（５１５）と、
該第２の液体供給源（５３４）と該ミスト発生器（５４４）との間に接続される第２の容積流量制御器（５３５）と、
該ミスト発生器（５４４）は、該堆積チャンバー（５２０）と流体連通状態にあることとを特徴とし、
該容積流量制御器と該ミスト発生器との間の混合チャンバーをさらに特徴とし、
該第１の液体が溶媒であり、該第２の液体が、アルコキシド、カルボン酸塩、およびそれらの組み合わせから構成される群から選択される化合物を含むことをさらに特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、集積回路の製造、特に、前駆体液体の物理的性質の調節により集積回路を製造する間、材料の堆積を改善する方法に関する。
【０００２】
（２．問題の提示）
集積回路の製造は、材料薄膜が回路の様々な構成要素を形成するために、連続して堆積、パターニング、エッチングする一連の数多くの工程を必要とする。従って、材料を集積回路で利用するには、高品質の材料薄膜を作成する必要がある。品質は巨視的な観点から高くなければならないだけでなく、集積回路の個々の構成要素は微視的であるため、微視的なレベルで吟味される場合、膜も高品質でなければならない。
【０００３】
集積回路製造に関連する１つの問題は、いくつかの材料、特に、複合材料（例えば、層状超格子材料）の高品質な薄膜を作成することが困難なことである。これらの材料を作製する公知の最良の方法はしばしば、複雑で非効率であり、または信頼性がない。また、種々の材料の堆積方法は異なり、この統一性に欠けることが、製造プロセス全体で障害が生じ、非効率となる。
【０００４】
一般的な方法の１つのカテゴリーに、液体堆積があり、液体堆積で堆積される材料の前駆体液体が下部基板（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に塗布される。前駆体は、溶媒中に溶解して堆積される材料の単純な溶液であり得る。より典型的には、前駆体は１種以上の化学的前駆体溶液であり、この化学的前駆体種は、前駆体液体が塗布された後、基板上で反応する。前駆体溶液のコーティングが施された後、通常、所望の材料の固体層を形成するために処理される。
【０００５】
一般に、堆積した材料の固体層の品質は、他にも原因はあるが、前駆体の液体コーティングの性質に依存する。集積回路製造に影響を与える液体コーティングの多くの特性のうちの一部は、液体コーティングする材料または化学的前駆体種の濃度、液体コーティングの厚さ、および、液体コーティングにより基礎となる基板のカバレッジを含む。例えば、通常、上部（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）固体層による基板の最良のステップカバレッジが所望される。加えて、堆積した材料の固体層にとって下部基板のくぼみおよび段差の全てを埋めること、および一様に滑らかで平坦な表面を提供することがしばしば重要である。現在の製造プロセスにおいて、最良のステップカバレッジと滑らかで平坦な表面との組合せは、固体膜の形成後の化学的機械的研磨（「ＣＭＰ」）プロセスを用いるとことにより達成される。このことが製造プロセスにおける問題の基点となり得る。なぜならば、ＣＭＰ工程は、製造プロセスを複雑なもの、かつ高価なものとするだけでなく、パーティクルを形成する原因となる。ＣＭＰプロセスで形成されたパーティクルを完全に取り除くことは難しく、集積回路をひどく低下させ得る。現在の製造プロセスに関連した問題は、いくつかの別の実用的な堆積方法が、ある固体材料の堆積層に使用できないため、続くＣＭＰプロセスが克服できない問題を引き起こす。
【０００６】
供給された前駆体液体コーティングおよびそれにより形成された固体材料層の品質はまた、堆積方法および条件によって影響を受ける。例えば、ミスト化堆積法は、前駆体液体のコーティングを供給するために用いられ、ミストの流量およびミストの粒子サイズは、液体コーティングの品質に影響を与える。同時に、前駆体液体の物理的性質は、基板上に所望の品質の液体コーティングを供給するために所与の堆積装置の効果に影響を与える。現在の製造方法における問題は、別の実用的な堆積方法が、ある材料の層を堆積するために使用され得ない。なぜならば、前駆体液体の品質は、所与のタイプの堆積装置で動作するのには適切でないからである。
１９９４年５月３１日、ＭｃＭｉｌｌａｎらに付与された米国特許第５，３１６，５７９号に、集積回路の薄膜を形成するために前駆体の細かい（ｆｉｎｅ）ミストを発生するための方法および装置が開示されている。ＭｃＭｉｌｌａｎらは、搬送ガス（ｃａｒｒｉｅｒ  ｇａｓ）の流れに液体前駆体源を流すこと、およびミスト発生器にガスおよび液体を流し込む前にガスおよび液体を混合することを教示する。ＭｃＭｉｌｌａｎらは、堆積プロセスの間、液体前駆体混合物の物理的性質を変えることを教示していない。１９９０年８月７日、Ｍｉｌｌｅｒらに付与された米国特許第４，９４６，７１０号は、ゾルゲル前駆体を調整するための、および強誘電体薄膜を製造するための方法を教示している。Ｍｉｌｌｅｒらは、薄膜堆積プロセスの間、前駆体液体の物理的性質を変えることを教示していない。１９９７年５月１日に公開されたＰＣＴ公開番号ＷＯ９７／１６０５５は、電子基板部品に関して、重合可能な材料（例えば、樹脂）からなる保護コーティングを堆積するための方法を開示している。ここで、コーティング材料は、好適には、少なくとも２つの材料を混合することから始まり、第３の材料のバレエビル（ｂａｌｌｅｔ  ｂｉｌｌ）の量が、粘性を変えるために混合を始めたものに加えられる。堆積に関与するＷＯ９７／１６０５５は、湿度、機械的衝撃および振動に備えて電子基板を保護するための保護コーティングを開示している。ＷＯ９７／１６０５５は、薄膜キャパシタ内の誘電体材料薄膜または中間層誘電体（ＩＬＤ）のような集積回路における固体材料薄膜の製造に関する情報および教示を提供していない。
【０００７】
（３．問題の解決方法）
本発明は、選択的かつ体系的に前駆体液体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｌｉｑｕｉｄ）の物理的性質を調節して、１つ以上の従来の集積回路処理工程に取って代わることで、問題を解決する。１つの好適な実施形態において、粘性または他の関連物理的性質が選択されるため、前駆体が基板のくぼみを埋めると同時に、滑らかで平坦な表面を提供する。これによって、ＣＭＰプロセスの必要性をなくす。別の実施形態において、第１の粘性または他の関連物理的性質を有する第１の前駆体に続いて、第２の粘性または他の関連物理的性質を有する第２の前駆体が堆積される。この実施形態において、好適には第１および第２の前駆体は、同じ所定材料を基本的に形成する前駆体である。
【０００８】
本発明はまた、固体材料薄膜の製造方法を提供することにより、上記問題を解決し、液体前駆体（ｌｉｑｕｉｄ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）の物理的性質は、基板に前駆体を堆積する工程の間に変化する。この物理的性質は、この工程において、または引き続き変化され得る。この液体前駆体は、変化する工程の間、または元の前駆体と変化した前駆体の両方が供給された後においてのみ乾燥され得る。
【０００９】
本発明はまた、固体材料薄膜を形成する装置を提供することにより、上記問題を解決する。この装置は、２つの液体供給源を備え、この２つの液体を連続的に混合する手段を備え、液体を堆積する工程の直前の様態が制御される。
【００１０】
本発明は、平坦な薄膜表面を有する固体材料薄膜の製造方法を提供する。この製造方法は、平坦でない領域を含む基板表面を有する基板を提供する工程、固体材料層を形成する（５センチポイズ以下の粘性を有する）前駆体液体を塗布する工程、平坦な薄膜表面を有する固体材料薄膜を形成するために基板上の前駆体液体を処理する工程を含む。好適には、粘性は２センチポイズを越えず、最も好適には、粘性は１センチポイズ〜２センチポイズである。好適には、固体材料薄膜は、金属酸化物（例えば、層状超格子材料、シリコン酸化物、またはシリコンガラス）を含む。好適には、前駆体液体は、アルコキシド、カルボン酸塩およびその組合せからなる群から選択される化合物である。好適には、前駆体は金属化合物を含み、好適には、その金属化合物は、２−エチルヘキサン酸金属塩（ｍｅｔａｌ  ２−ｅｔｈｙｌｈｅｘａｎｏａｔｅ）および金属２−メトキシエトキシド（ｍｅｔａｌ  ２−ｍｅｔｈｏｘｙｅｔｈｏｘｉｄｅ）からなる群から選択される。好適には、前駆体液体は溶媒を含み、かつ、溶媒はアルコール、芳香族炭化水素、エステルからなる群から選択される。好適には、供給工程は、基板上に前駆体液体の薄膜をスピンコートする工程を含む。代替的に、基板を提供する工程は、封じた堆積チャンバーの内部に基板を配置する工程を含む。供給工程は、前駆体液体のミストを生成する工程、基板上に前駆体液体を形成するために堆積チャンバーを通じてミストの流れを供給する工程を含む。
【００１１】
本発明はまた、固体材料薄膜の製造方法を提供する。この方法は、基板に提供される固体材料薄膜を形成するために基板と適切な前駆体液体とを提供し、処理する工程、基板に前駆体液体を供給する工程、供給工程の後に前駆体液体の物理的性質を変化する工程、変化工程の後に物理的性質が変化した前駆体液体を基板に供給し続ける工程、および、固体材料薄膜を形成するために基板表面上の前駆体液体を処理する工程を含む。好適には、この方法は、供給工程と供給し続ける工程との間に基板上の前駆体液体を乾燥する工程をさらに含む。好適には、変化工程および供給し続ける工程は、少なくとも一度は繰り返される。好適には、変化工程は、供給し続ける工程と同時に行われる。好適には、変化工程は、所定時間の間連続して行われる。好適には、物理的性質は、粘性、前駆体液体と基板表面との間の表面張力、濃度、熱容量、気化熱または蒸気圧である。
【００１２】
さらなる局面において、本発明はまた、固体材料薄膜の製造方法を提供する。この方法は、基板を提供する工程、前駆体液体を提供する工程、基板に前駆体液体を供給する間、前駆体液体の物理的性質を調節する工程、および、固体材料薄膜を形成するために基板表面上の前駆体液体を処理する工程を含む。
【００１３】
別の局面において、本発明は固体材料薄膜の製造方法を提供する。この方法は、基板、第１の液体および第２の液体を提供する工程、第１の流量制御器を流れる第１の液体および第２の流量制御器を流れる第２の液体の流れを供給する工程、第１および第２の流量制御器によって決定された量で前駆体液体を形成するために基板表面の第１の液体と第２の液体を混合する工程、基板に前駆体を供給する工程、固体材料薄膜を形成するために基板表面上の前駆体液体を処理する工程を含む。好適には、この方法は、供給工程の間、第１の流量制御器を流れる、第１の液体の流れを変化する第１の流量制御器を調節する工程をさらに含む。好適には、流量制御器の少なくとも１つは、容積流量（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｆｌｏｗｒａｔｅ）制御器である。好適には、固体材料薄膜は、金属酸化物（例えば、層状超格子材料、シリコン酸化物、シリコンガラス）を含む。好適には、前駆体は、上記のあらゆる化合物および溶媒を含む。好適には、処理工程は、真空にさらす工程、紫外線（ＵＶ）および／または赤外線（ＩＲ）放射にさらす工程、電気的にポーリングする工程、乾燥工程、加熱工程、ベーキング工程、急速熱処理工程およびアニーリング工程からなる群から選択されるプロセスを含む。
【００１４】
本発明はまた、固体材料薄膜の製造装置を提供する。この装置は、第１の液体供給源、第２の液体供給源およびミスト発生器を含み、第１の液体供給源とミスト発生器との間に接続された第１の容積流量制御器、および第２の液体供給源とミスト発生器との間に接続された第２の容積流量制御器を含み、ミスト発生器と流体連通状態にある堆積チャンバーを含み、かつ堆積チャンバーと流体連通状態にある排気装置を含む。好適には、この装置は、容積流量制御器とミスト発生器との間に混合チャンバーをさらに含む。好適には、第１の液体は溶媒であり、第２の液体はアルコキシド、カルボン酸塩およびその組合せからなる群から選択される。
【００１５】
本発明は、堆積パラメータを比較的単純に変化することで、複雑な従来の集積製造プロセスに取って代わることができるだけでなく、結果として集積回路材料の電気的性質が向上する。好適には、本発明によって作製された薄膜基板の平面度の変量は、パターニング工程前では、層の厚さ全体の５％以下である。最も好適には、平面度の変量は、全体の厚さの３％以下であり、本発明の通常的な使用においては、厚さ全体の１％以下の変量のものがよく使用される。本発明の多くの他の特徴、目的および利点が、以下の説明を添付の図面と共に読むことにより明らかとなる。
【００１６】
（好適な実施形態の詳細な説明）
（１．概要）
ミスト堆積プロセスにおいて、固体材料の前駆体液体が調整され、液体からミストが生じ、このミストは基板上にミストの液体コーティングを形成するために基板に堆積されるように、堆積チャンバー内の至る所に流れる。続いて、コーティングおよび基板は、ＵＶまたはＩＲ硬化（ｃｕｒｉｎｇ）、真空蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｖａｃｕｕｍ）、ベーキングのようなプロセスによって処理され、その後、所望の固体材料層を形成するためにアニーリングされる。基本的なミスト堆積装置（ａｐｐａｒａｔｉ）およびプロセスが、１９９５年１０月１０日、ＭｃＭｉｌｌａｎらに付与された米国特許第５，４５６，９４５号、１９９８年６月２日、ＭｃＭｉｌｌａｎらに付与された米国特許第５，７５９，９２３号、ならびに、米国特許出願シリアル番号０８／９７１，７９９号およびその他多くの公開に詳細に説明されている。そのため、これらについては、本発明を説明するのに十分な説明のみ本明細書で説明する。
【００１７】
従来技術と同様に、本開示において、用語「基板」は、図１〜７の層１４のような、別の固体材料層が堆積され得る、１つのまたは多くの材料層を含む場合（ｗｈｅｒｅ）の一般的な意味（ｓｅｎｓｅ）で用いられ、かつ他の層が形成される、ウエハ１２（シリコン、ガリウムヒ素、ガラス、ルビーまたは当該技術で公知なその他の材料から一般に形成される）に関する場合の特別な意味でも用いられる。そうでない場合では、本明細書において、薄膜材料が堆積される任意の集積回路を意味することを示す。
【００１８】
「上（ａｂｏｖｅ）」、「上端（ｔｏｐ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下端（ｂｏｔｔｏｍ）」および「下部（ｌｏｗｅｒ）」のような方向付けの用語は、本明細書中、図１、９および１１の基板１２、１０２３８１にそれぞれ対応することを意味する。すなわち、第２の素子が第１の素子の「上（ａｂｏｖｅ）」にある場合とは、基板１２、１０２または３８１からより離れていることを意味し、第１の素子が別の素子の「下（ｂｅｌｏｗ）」にある場合とは、他の素子よりも基板１２、１０２または３８１により近接していることを意味する。本明細書中、基板１０２の長寸法の方を、「水平の」面とみなされる平面と定義し、この平面に垂直方向を「垂直」とみなす。
【００１９】
前駆体液体溶液は、好適には、アルコキシド化学反応、カルボン酸化学反応、または他の液体（ｗｅｔ）化学反応技術を用いて各素子用の前駆体を調整することによって得られ、一般的な溶媒となる。好適な溶媒は、キシレン、ｎ−ブチルアセテート、ｎ−オクタン、および２−メトキシエタノールである。一般的な溶媒の状態にある溶液は、好適には、完全な堆積プロセス用の単独ソースとして用いられる。しかしながら、本発明はまた、同時に複数の前駆体源（ｓｏｕｒｃｅ）を用いることを考慮する。特に、他の源は、同時に、最終的に所望な固体材料をドーピングまたは修正するために用いられ得る。例えば、別の源は、ボロンでシリコンガラスをドーピングするために用いられ得る。
【００２０】
金属酸化物化合物を含む固体材料において、前駆体液体は、一般的に、溶媒中に金属化合物を含む。例えば、ゾル−ゲル前駆体処方（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ）（一般には、アルコール溶媒中の金属−アルコキシドからなる）、時にＭＯＤ処方と呼ばれる有機金属前駆体処方（一般に、溶媒中の金属または金属化合物、その組合せとともに、２−エチルヘキサン酸等のカルボン酸を反応して形成された金属−カルボン酸塩を含む）、およびその他多くの前駆体処方を含む。好適な溶媒は、メチルエチルケトン、イソプロパノール、メタノール、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、キシレン、ｎ−ブチルアセテート、ヘキサメチル−ジシラザン（ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）（ＨＭＤＳ）、オクタン、２−メトキシエタノール、およびエタノールを含む。イニシエータ（例えば、メチルエチルケトン（ＭＥＫ））は、ミスト工程の直前に加えられ得る。溶媒、イニシエータおよび金属化合物の特別例のより完全なリストが、１９９７年３月２５日、ＭｃＭｉｌｌａｎらに付与された米国特許第５，６１４，２５２号に記載されている。
【００２１】
用語「物理的性質」は、巨視的に測定され得るあらゆる特性を意味し、例えば、粘性、濡れ特性（すなわち、前駆体が塗布される基板を濡らすのにどれほど有効であるか）、表面張力、濃度、熱容量、気化熱、蒸気圧等のような材料の物理状態を特徴づける。微視的な測定によって決定され得るだけの特性（例えば、化合物の化学量論）は含まない。
【００２２】
用語「平坦である」は、表面がその厚さの５％以内で平らであることを意味する。すなわち、平坦な層では、層表面の平面度の任意の変量（例えば、凹凸）は、層全体の厚さの５％以下である。従って、用語「平坦でない」は、層表面に、層の厚さの５％より大きな量で、隆起したまたは陥没した、少なくとも１つの盛り上がりまたはへこみがあることを意味する。
【００２３】
用語「薄膜」は、本明細書中、集積回路で用いられる適切な厚さの薄膜を意味する。このような薄膜は、厚さが１ミクロン未満であり、一般に、２０ナノメートル（ｎｍ）〜５０ｎｍの範囲である。この用語と同じ用語（すなわち、本質的に巨視的な分野（例えば、光学）で用いられる「薄膜」）を区別することが重要であり、ここでの「薄膜」は、１ミクロンを越える（通常、２〜１００ミクロンの）膜を意味する。このような巨視的な「薄膜」は、集積回路の「薄膜」よりも数百〜数千倍も厚く、集積回路にとって致命的であるが、光学および他の巨視的分野では問題とならない、空隙、欠陥およびその他の不完全部分を一般に生成するプロセスと完全に異なるプロセスによって形成される。
【００２４】
本明細書中で用いられる用語「ミスト」は、明らかな滴、または液体粒子、および／またはガスを媒介した（ｃａｒｒｉｅｄ）固体粒子と定義される。用語「ミスト」は、エアゾールを含み、このエアゾールは、一般に、コロイド状の固体粒子の懸濁液またはガス中の液体粒子と定義される。用語ミストはまた、霧、およびガス中の前駆体液体の他の霧状懸濁液を含む。ガス中の懸濁に適用する上記のこのような用語または他の用語は、一般的な使用から生じてきたため、その定義は正確でなく、一致せず、別の発明者らによって異なった意味として使用され得る。例えば、技術的な意味で用いられる場合の「蒸気」は、完全にガス化した物質を意味し、この意味において、本明細書中での「ミスト」の定義には含まれない。しかしながら、「蒸気」は、時に、霧を意味するための技術的でない意味で用いられ、この場合において、本明細書中での「ミスト」の定義には含まれる。一般に、用語エアゾールは、Ｐａｒｋｅｒ  Ｃ．Ｒｅｉｓｔによる「Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９８３年）のテキストに含まれる全ての懸濁液を含むことを意図する。本明細書中で用いられる用語「ミスト」は、用語エアゾールよりももっと広い意味であることを意図し、用語エアゾールのもとで含まれ得ない懸濁液、蒸気または霧を含む。
【００２５】
ミスト粒子の「電気加速（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）」または「帯電（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）」のどちらかに関する場合の用語「電気的な（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）」は、本明細書中、静電原理または電磁原理のどちらか、またはその両方に基づいたこのような局面を含むことを意図する。
【００２６】
従来技術と比較される本発明の有用性が、図１〜７を参照して示される。図１は、集積回路の部分１０の一般化した製造方法の中間状態の断面図を示す。図１に示されるように、層１４が部分１０の基礎となる基板１２の上に形成され、続いて、層１６が層１４の上に形成される。層１６はパターニングされ、開口部１８を形成するためにエッチングされる。好適には、層１４は金属（例えば、プラチナ）であり、層１６は絶縁体（例えば、塗布酸化膜（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）（ＳＯＧ））である。図２は、部分１０と同様の部分１５を示し、層２０が層１６の上と開口部１８内とに形成される。層２０を形成するために用いられる従来技術の方法では、層２０を開口部１８と一体にしてしまい、層はくぼんだ領域２６を有する。従来技術の方法は、比較的高い粘性値（例えば、７〜８センチポイズ）を有する層２０用の前駆体液体を用いる。そのため、図２に示すような平坦でない表面を形成する。対照的に、図３および４は、部分１０の製造においてさらに進んだ段階を示し、平坦な薄膜表面３１を有する薄膜層３０が、比較的低い粘性値（例えば、１〜２センチポイズ）を有する前駆体液体を用いる本発明による方法により形成される。
【００２７】
本発明によれば、１工程プロセス、複数工程プロセス、または連続的に変化するプロセスのいずれかが、図４に示される集積回路部分１０を作製するために用いられ得る。好適には、２つの工程を利用する複数工程プロセスが用いられる。この２工程プロセスにおいて、第１の前駆体が開口部１８内を埋める層２７を形成するために堆積される。この第１の前駆体は、５センチポイズ以下（好適には、３センチポイズ未満、最も好適には、２センチポイズ以下）の粘性値を有する。好適には、層２７は乾燥され、続いて、第２の前駆体が層２８を形成するために堆積される。この第２の前駆体は、好適には、本質的に、層２７の材料と同じ材料を形成するために処方され（ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ）るが、その粘性は５センチポイズより高い粘性（好適には、７センチポイズ以上）に調節される。図３において、第１の層２７は、ぴったり開口部１８のみを埋め、表面１９上に分布していないことを示す。しかしながら、本発明はまた、層２７を形成するために用いられる前駆体のわずかな量が表面１９をつなぎ合わせ、乾燥後、所望とする所与の材料の極薄膜２７だけが表面１９に残ると考慮する。どのような場合においても、層２８を堆積し、乾燥した後は、所望とする所与の厚さの範囲内の、所望とする所与の材料の乾燥膜が、集積回路部分１０を覆う。続いて、乾燥膜２７および２８は、薄膜層３０を形成するためにアニーリングされる。このアニーリングプロセスにおいて、２つの膜２７と２８とが、所望とする所与の材料から最終的な薄膜３０を形成するために融合する。図３の工程での１工程プロセスが除去され、５センチポイズ以下（好適には、３センチポイズ未満、最も好適には、２センチポイズ以下）の粘性を有する前駆体が、１つの堆積工程において、層３０を形成するために堆積され、続いて、乾燥され、アニーリングされる。両方の実施形態において、本発明の方法は、開口部１８に対応する層３０のあらゆるくぼみを除去する、または著しく減少することができる。図４の層３０は、図２の層２０と同じ集積回路機能を提供する。典型的に、層３０は、層２０と同じ固体材料を含むか、集積回路の同じ機能を提供するが、異なる材料であり得る。最も重要な点は、層３０を形成するために用いられる前駆体液体の粘性またはその他の（１つまたは複数の）物理的性質が、層３０が開口部１８を完全に埋めることができるように選択されたことである。
【００２８】
本発明の特徴は、良好な結果が異なる物理的性質を有する前駆体を使用する間の乾燥工程を行うことなしに得ることが可能であることに見られる。特に、前駆体の物理的性質は、ある性質から別の性質へ連続的にかつ徐々に進行する様態で変化され得る。例えば、開口部２７が埋められるにつれ、連続的に堆積される間、粘性は約２センチポイズ〜約７センチポイズに徐々に変化し得る。このとき、増加した粘性の前駆体が層２７上部を含む基板にくっつき、累積する。層２７および２８の両方の堆積後、層２７および２８は、層３０を形成するために乾燥され、アニーリングされる。本発明は、２工程プロセスとそれに連続するプロセス（例えば、３つ以上の別々の工程）との間の他の複数の工程が用いられ得る。
【００２９】
図５は、集積回路の部分４０の断面図であり、この集積回路では、層２０がパターニングされ、エッチングされた後、層４１で覆われている。層２０は、本発明の方法を用いて堆積するのに影響を受けにくい固体材料を含み得る。例えば、層２０は、ターゲットのスパッタリングによってのみ実際に形成され得る金属電極または局部的に相互接続する層を含み得る。結果として、図２におけるようなくぼみ２６が、図５の層２０の表面を特徴付ける。層４１が堆積された後、従来技術の方法を用いて、層４１が層２０の形状と同じになり、隆起した領域４２と４４、およびくぼんだ領域４６とが結果として生じる。対照的に、薄膜層５０が図５の同じ層２０を覆うように本発明により堆積された場合、薄膜５０の結果として生じた表面５１が実質的に平面であること、図６の隆起した領域４２と４４、およびくぼんだ領域４６とが除去されるか、著しく減少されることを、図７は示す。また、図６および７は、層５０を形成するための２工程プロセスを示し、このプロセスにおいて、層４８が低い粘性の前駆体で形成され、層４９がより高い粘性の前駆体で形成された後、層５０がアニーリングプロセスにおいて形成される。上述の議論と同様に、図６の工程は除去され、層５０も１工程堆積プロセスにより形成され得る。代替的に、３つ以上の工程を利用する連続的に変化するプロセスまたは複数工程のプロセスが用いられ得る。
【００３０】
前駆体液体を塗布する間、塗布する後、またはその両方において、液体コーティング工程が、基板上に固体材料の薄い層３０、５０を形成するために処理される。この状況において、「処理される」とは、真空にさらす工程、ＵＶおよび／またはＩＲ放射にさらす工程、電気的にポーリングする工程、乾燥工程、ベーキング工程およびアニーリング工程を含む加熱工程のいずれか１つまたは任意の組合せを意味する。より好適な実施形態において、ＵＶ放射が、任意に、堆積の間、前駆体溶液に照射される。ＵＶ照射はまた、好適には、堆積後にも照射される。堆積後、液体コーティング工程は、好適には、その後に続いてベーキングされ、アニーリングされる間、真空にさらされる。本発明を実現する好適なプロセスは、基板上に直接ミスト化した前駆体液体を堆積する工程、所望の固体材料の部分を形成しない前駆体に含まれる有機物が解離する工程、および主に液体コーティングが基板上になされた後、溶媒、および有機物または他にフラグメントを取り除く工程を含む。しかしながら、本発明の別の局面はまた、最終的に所望な化学的化合物または媒介化合物が液体コーティングが塗布される前に、溶媒または有機物から分離され、最終的に所望な化学的化合物または媒介化合物が基板上に堆積されるプロセスを考慮する。両方の局面において、好適には、１つ以上の前駆体接合材（ｂｏｎｄ）が、最終的な固体層を貫通する。所望の固体材料層３０、５０の形成後、集積回路が完成に向けられる。このことは、一般に、層３０、５０のパターニング工程を含む。
【００３１】
上述の議論では、材料３０、５０は、好適には、複合化合物であり、この複合化合物は、少なくとも２つの金属を含む化合物として定義される。このような化合物の例として、層状超格材料およびＡＢＯ３型ペロブスカイトがある。好適には、層３０、５０は、集積回路の活性素子（ａｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の部分を形成する。集積回路に電子素子が適用される場合の用語「活性」は、何らかの電子的刺激に応答してその状態が変わる素子を意味する。これは、どの素子も高品質で再現可能な品質である必要はない完成前の集積回路から取り除かれた、または回路の一部を単に分離するために提供するまたは回路用の実装（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）素子として作用する素子と、品質は高く、再現可能でなければならない電子回路の重要な機能を形成する素子とを区別する。
【００３２】
（２．詳細な説明）
図８には、従来技術を用いて製造された例示的な不揮発性強誘電体ランダムアクセスメモリ（「ＦｅＲＡＭ」）セルまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）セル１００の断面図が示されている。図９は、本発明によって製造されたＦｅＲＡＭまたはＤＲＡＭセル２００を示す。ＭＯＳＦＥＴおよびメモリキャパシタ素子を含む集積回路を製造する一般的な加工工程は、１９９５年１１月１４日、Ｍｉｈａｒａらに付与された米国特許第５，４６６，６２９号、および１９９５年１１月２１日、Ｙｏｓｈｉｍｏｒｉらに付与された米国特許第５，４６８，６８４号に説明されている。一般的な製造方法は、他の文献でも説明されてきた。従って、図８〜１１の回路素子は、本明細書中、容易に同一視される。明確にするために、図８〜１１に示される同一の素子は、同じ参照符号として同一視される。
【００３３】
図８において、フィールド酸化膜領域１０４が、シリコン基板１０２の表面に形成される。ソース領域１０６およびドレイン領域１０８が、シリコン基板１０２内に互いに離れて形成される。ゲート絶縁層１１０が、ソース領域１０６とドレイン領域１０８との間のシリコン基板１０２上に形成される。さらに、ゲート電極１１２が、ゲート絶縁層１１０の上に形成される。ソース領域１０６、ドレイン領域１０８、ゲート絶縁層１１０およびゲート電極１１２とを合わせて、ＭＯＳＦＥＴ１１４を形成する。
【００３４】
ＢＰＳＧ（ボロン、リンが添加されたシリコンガラス（Ｂｏｒｏ−ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ））からなる第１の中間層誘電体層（ＩＬＤ）１１６が、シリコン基板１０２およびフィールド酸化膜領域１０４の上に形成される。接着層１１８が誘電体層１１６の上に形成される。接着層１１８は、例えば、チタンから作製され、典型的に、２０ｎｍの厚さを有する。チタンのような接着層は、回路の下にくる層または上にくる層を調節するために電極の接着を高める。
【００３５】
図８に示されるように、プラチナから作製され、２００ｎｍの厚さを有する下部電極層１２２が、接着層１１８の上に堆積される。誘電体薄膜１２４が、下部電極１２２の上に形成される。好適には、誘電体薄膜１２４は、層状超格子材料を含む。プラチナから作製され、２００ｎｍの厚さを有する上部電極層１２６が、薄膜１２４の上に形成される。薄膜１２４を挟む電極層１２２および１２６とを合わせて、メモリキャパシタ１２８を形成する。
【００３６】
導電性拡散障壁層１３０が、上部電極層１２６の上に堆積される。拡散障壁層１３０は、２０〜２００ｎｍ（好適には、２０〜５０ｎｍ）の範囲の厚さを有する。層１３０はまた、接着層を意味し得るが、含まれなくてもよい。層１１８、１２２、１２４、１２６および１３０は、メモリキャパシタ１２８を形成するために、２つのパターニングプロセス工程だけでパターニングされる。
【００３７】
ＮＳＧ（添加されていないシリコンガラス）からなる第２のＩＬＤ１３６が、ＩＬＤ１１６とメモリキャパシタ１２８とを覆うために、従来技術の方法を用いて堆積される。ＰＳＧ（リンが添加されたシリコンガラス（Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ））膜またはＢＰＳＧはまた、層１３６でも使用され得る。図８に示されるように、ＩＬＤ１３６は、一般に、ＩＬＤ１３６が形成された基板表面の形状と同じになる。そのため、ＩＬＤ１３６の表面は、メモリキャパシタ１２８を形成するためにパターニングされた層の堆積に対応して隆起した領域を有する。
【００３８】
ＩＬＤ１３６が、ＭＯＳＦＥＴ１１４および強誘電体メモリキャパシタ１２８と電気的に接触するための配線ホール１４２、１４４、１４６および１４８を形成するためにパターニングされる。金属配線層が、典型的に、スパッタリング方を用いて堆積され、局部的相互接続（ＬＩ）層のＬＩ１５２、１５４、１５６および１５８を形成するためにエッチングされる。ＬＩ１５２、１５４、１５６および１５８を形成するために堆積された金属配線層は、好適には、５００〜９００ｎｍの厚さを有するＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｔｉを含む。これら局部的相互接続の形状および相対垂直位置（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｖｅｒｔｉｖａｌ  ｌｏｃａｔｉｏｎｓ）はまた、それらが付与された基板の形状とも同じである。
【００３９】
図９には、図８のＩＬＤ１３６に対応するＩＬＤ２３６が、本発明により堆積された。結果として、ＩＬＤ２３６用の前駆体の液体コーティング工程では、ＩＬＤ１１６および累積したキャパシタ１２８の形状とはかけ離れている。代わりに、液体コーティング工程は、基板表面に存在した開口部およびくぼみを完全に埋める傾向にある。このことにより、ＩＬＤ２３６は、パターニングまたはエッチングされる前に、実質的に滑らかで平坦な表面２３５を有する。好適には、ＩＬＤ２３６の表面２３５の平面度の変量は、パターニング工程前では、層の厚さ全体の５％以下である。最も好適には、平面度の変量は、全体の厚さの３％以下であり、本発明の通常的な使用においては、厚さ全体の１％以下の変量のものがしばしば使用される。図１〜７に関する上述の議論と同様に、ＩＬＤ２３６は、１工程または２工程プロセスのどちらかにより形成され得る。図９のメモリセル２００は、本発明の方法を用いて処理されたウエハ表面に凹凸領域のある数多くの集積回路セル２１０のうちの１つだけであることに注意されなければならない。ＩＬＤ２３６は実質的に平坦であるため、ＬＩ２５２、２５４、２５６および２５８を形成するために堆積された金属配線層も平坦である。ＬＩ層は、典型的にスパッタリング堆積され、ＬＩ層が堆積される基板に適合する傾向にあるため、ロングスルースパッタリング（ＬＴＳ）または平行スパッタリングがホールを埋めるように用いられるが、ホール２４２、２４４、２４６および２４８に対応するくぼんだ領域を示す。それにもかかわらず、集積回路２１０の一部である上面２５７は、１つの平面に実質的に存在する。
【００４０】
図１０および１１により、キャパシタの金属酸化物誘電体層を堆積するために本発明の方法を用いる有用性が示されている。従来技術を示す図１０において、ＦｅＲＡＭまたはＤＲＡＭセル３８０は、シリコン基板３８１上に形成され、フィールド酸化膜領域３８２、電気的に相互接続した２つの電子デバイス（トランジスタ３８３およびメモリキャパシタ３８４）を含む。トランジスタ３８３は、ソース３８５、ドレイン３８６およびゲート３８７を含む。キャパシタ３８４は、第１の電極３８８、金属酸化物誘電体薄膜層３８９および第２の電極３９０を含む。ＩＬＤ３９１は、トランジスタ３８３のドレイン３８６がキャパシタ３８４の第１の電極３８８と接続されていることを除いて、デバイス３８３と３８４とを分離している。ＩＬＤ３９２は、ＩＬＤ３９１とメモリキャパシタ３８４とを覆うように形成される。
【００４１】
電極３８８の１つのまたは複数の層は、典型的に、スパッタリング堆積されるので、電極３８８の形状は、常に実際に、ドレイン３８６への開口部に対応するくぼんだ領域３９３を有する。金属酸化物材料が、誘電体層３８９を形成するために、従来技術の方法を用いて電極３８８の上に堆積された場合、誘電体層３８９の形状もまた、電極３８８のくぼんだ領域と対応する、くぼんだ領域を有する。同様に、電極３９０およびＩＬＤ３９２は、下にくぼんだ領域を反映するくぼんだ領域３９６を示す。従来技術において、これらのくぼんだ領域を除去するための唯一の方法は、所望な厚さよりもずっと厚い１つの層を作製するためのものであり、くぼんだ領域を平坦化するためにＣＭＰプロセスを用が用いられた。
【００４２】
一方、図１１には、金属酸化物誘電体層４８９が、本発明の方法を用いて電極３８８の上に堆積される。その結果として、誘電体層４８９の上面４８８は、滑らかで平坦である。従って、電極４９０およびＩＬＤ４９２はまた、上記の電極３８８のくぼんだ領域３９３を滑らかにし、平坦化する。その上、ＩＬＤ４９２が本発明によって堆積される場合、その表面４９３は一様に平坦で、ＭＯＳＦＥＴ３８３の上には（メモリキャパシタ４８４よりも小さい）くぼんだ領域がない。その結果として、ＬＩ４９４および４９５の上面は、配線ホール４９６および４９７に対応するわずかなくぼみを有し得るが、実質的に平坦である。また、層４９８また、上記で議論されたように、１工程プロセス、２つ以上の工程を利用する複数工程プロセスまたは連続的に変化するプロセスのいずれかによって形成され得る。
【００４３】
図１２は、本発明による集積回路を形成するためのより好適なミスト堆積装置およびプロセスのブロック図を示す。この装置５００は、第１の液体供給源（すなわち、加圧リザーバ５１４）、第２の液体供給源（すなわち、加圧リザーバ５３４）、ガスシステム５７２、容積流量制御器５１５および５３５、混合器５４０、ミスト発生器５４４、堆積チャンバーシステム５２０、紫外線および赤外線加熱システム５２２、基板加熱器５１８、排気システム５２３およびミスト電気加速電源５５９および５６４を含む。
【００４４】
上記の概要で示されたように、ミスト堆積プロセスにおいて、基板が、前処理による堆積のためにまず準備される。ここで、「前処理」とは、好適には、ＵＶ放射にさらすことを含むが、ＩＲ放射にさらすこと、１５０℃〜９００℃の温度でのベーキングおよび／または真空にさらすことも含み得る。材料の前駆体液体（例えば、酸化物ＩＬＤ層または金属酸化物誘電体層）が調整され、ミストがその前駆体液体から発生し、そのミストは、基板上に液体コーティングを形成するために基板上に堆積される堆積チャンバーを通じて流れる。続いて、液体コーティングおよび基板が、ＵＶまたはＩＲ硬化（ｃｕｒｉｎｇ）、真空蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、および／またはベーキングによって処理され、その後、所望の固体材料層を形成するためにアニーリングされる。このシステムを通り抜ける前駆体液体の流れが、以下のように、簡単に説明される。
【００４５】
プロセスを開始するために、第１の液体が加圧リザーバ５１４に入れられ、第２の液体が加圧リザーバ５３４に入れられる。第１および第２の液体は、前駆体液体、溶媒、または上記で議論されたイニシエータのいずれかであり得る。堆積チャンバーシステム５２０は、約７０Ｔｏｒｒ未満の低気圧の不完全真空状態にポンプダウンされる。ガスシステム５７２は、十分な圧力で、容積流量制御器５１５および５３５それぞれを介してリザーバから流れを供給するために、加圧リザーバ５１４および５３４それぞれにライン５７４および５７６それぞれを介して、加圧ガス（好適には、乾燥窒素または不活性ガス）を供給する。加圧リザーバ５１４および５３４は、ライン５８２および５８４のそれぞれを介して、容積流量制御器５１５および５３５のそれぞれに接続され、容積流量制御器５１５および５３５のそれぞれは、ライン５８６および５８８それぞれを介して前駆体混合器５４０に接続される。前駆体混合器５４０は、ライン５８９を介して、ミスト発生器５４４に接続される。ガスライン５７８は、ガス供給源５７２とミスト発生器５４４との間に接続される。
【００４６】
流量制御技術において公知なように、容積流量制御器５１５および５３５は、選択された量の液体を正確に通過させる電子デバイスである。バルブとは異なり、容積流量制御器を通る液体の流れは、流量ラインの圧力、液体の粘性、または流量に影響を与え得る他の多くのパラメータに依存しない。容積流量制御器５１５および５３５は、選択された流量の２％以内に液体の流れを自動的に制御することが可能である。好適には、容積流量制御器５１５および５３５はともに、ＥＳＴＥＣ（日本の会社）によって製造され、Ｈｏｒｉｂａ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａによって米国で流通したモデル番号ＬＶ４１０の制御器である。この容積流量制御器は、約０．０５ｃｃｍ（立方センチメータ／分）〜本質的に１ｃｃｍまでミスト発生器５４４中の前駆体の流れを制御可能である。容積流量制御器５１５および５３５は、混合器５４０およびミスト発生器５４４に対するおよびミスト発生器中の第１および第２の液体の流れを微妙に調節することが可能で、かつ、同じ流れが後の動作で繰り返すことも可能である。容積流量制御器５１５および５３５を使用することは、繰り返し可能な堆積速度、繰り返し可能な粘性、繰り返し可能な濡れ特性および接着特性、および前駆体の他の物理的性質を得るのに大変重要である。
【００４７】
ミスト発生器５４４は、液体からミストを発生するのに適切ないくつかの方法例えば、超音波ミスト化およびベンチュリミスト化（ｖｅｎｔｕｒｉ  ｍｉｓｔｉｎｇ）のうちの１つを使用し得る。好適には、ベンチュリミスト発生器が用いられる。加圧ガスは、ライン５７８で自動的に制御されて、ミスト発生器５４４にガスライン５７８を通って流れる。好適には、この圧力は、４０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（２．７６×１０５Ｐａ）〜８０ｐｓｉ（５．５２×１０５Ｐａ）の間で、最も好適には、約６０ｐｓｉ（４．１４×１０５Ｐａ）である。好適には、このガスは、不活性ガスの混合物、例えば、乾燥窒素、容易にイオン化するガス、好適には酸素または二酸化炭素、および最も好適には酸素である。酸素は、ミストの帯電を増すために供給される。酸素は容易にイオン化し、室温のガスにおいて、ガス粒子は連続して衝突するため、液体ミスト滴に電荷を移動させる助けとなる。好適には、ガスは、体積で１％〜１５％の酸素であり、最も好適には、５％〜１０％である。好適な実施形態のプロセスにおいて、９５％の乾燥窒素と５％の酸素との混合ガスが用いられた。
【００４８】
堆積プロセスを開始するために、容積流量制御器５１５および５３５は、混合器５４０に、つづいてミスト発生器５４４に、所望の前駆体を供給するために調節される。例えば、１つの好適な実施形態において、アルコキシカルボキシレート（ａｌｋｏｘｙｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ）ストロンチウムビスマスタンタレート（ＳＢＴ）前駆体が第１の液体として供給され、ＴＨＦが第２の液体として供給され、流量制御器５１５および５３５を調節することにより、十分なＴＨＦが、約２センチポイズの粘性でミスト発生器５４４に前駆体を提供するために、混合器５４０内のＳＴＢ前駆体と混合される。ヘキサンおよび／またはペンタンも、ＴＨＦの代わりに使用され得る。ミストは、ミスト発生器５４４で発生され、導管５４９を介して堆積チャンバーシステム５２０内を流れる。堆積は、ほぼ大気圧で行われる。この圧力は、自動的に制御される。好適には、ミスト発生器５４４を通るライン５８９から、このシステムを通るガス／ミストの流れは、３リットル／分〜８リットル／分の間で、好適には約５リットル／分である。
【００４９】
電源ライン５５７は、好適にはコロナ放電を用いて、ミストを帯電するために、発電機５５９からミスト発生器５４４に通じている。ミスト発生器５４４に印加された電圧は、発電機５５９によって自動的に制御される。帯電粒子は、電気ケーブル５６６を介して電源５６４から印加された電圧により、堆積チャンバーシステム５２０内で加速される。加速電圧は、自動的に制御される。さらなる酸素または二酸化炭素はまた、ミストを帯電するのに必要な場合、追加され得る。
【００５０】
図３および４を参照して議論された２工程プロセスに対応する好適な実施形態において、十分な堆積が開口部１８を埋めるために行われた後、堆積は流量制御器５１５および５３５を止め、ミスト発生器５４４内の前駆体を排出することにより、一時的に停止される。層２７を形成するために、堆積した前駆体は、元の位置で低真空にさらされて乾燥され、好適には、熱源としてＵＶおよび／またはＩＲ放射を用いて、１分〜３分の間、約１５０℃で、続いて、３分〜５分の間、ほぼ２６０℃で硬化（ｃｕｒｉｎｇ）される。「元の位置」とは、このプロセスの間、基板が堆積チャンバーから取り除かれないことを意味する。続いて、流量制御器５１５が供給している間、流量制御器５３５は停止している状態にあり、ひとたびミストがミストの排出（ｍｉｓｔ  ｄｕｍｐ）へうまく流れ始めると、このミストは、もう１度、層２８を堆積するために堆積チャンバー５２０に向けて送り出される。第１の液体の適切な厚さの層が堆積された後、堆積が再度中止され、層２８は、既に述べたように、元の位置で乾燥することにより形成される。
【００５１】
上記の図３および４に関して議論された連続的に変化するプロセスの例と同様に、開口部１８が埋められた後、堆積は中止されないが、その代わりに、流速制御器５３５が徐々に閉じ、それにより、粘性が約１〜２センチポイズから約７〜８センチポイズに増加する。好適には、加熱システム５２２からのＵＶ放射が、堆積プロセス全体の間、付与される。続いて、層２７および２８の堆積が完全になされた後、堆積チャンバーシステム５２０へのミストの流れを停止し、基板上の液体コーティングは、好適には、元の位置で加熱システム５２２のＵＶおよび／またはＩＲランプにより、硬化され（ｃｕｒｅｄ）、ベーキングされる。好適には、最初の乾燥工程は、真空でベーキングすることなしに行われる。このことは重要である。なぜならば、堆積された固体材料層の電子的品質は、乾燥工程の前に、真空でベーキングされ、混入物（ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ）の液体コーティングをさらすことにより、損なわれるためである。基板はまた、堆積チャンバーから取れ除かれ得、真空でベーキングすることなしにアニーリングステーション（ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｓｔａｔｉｏｎ）に移される。追加の基板が、真空でベーキングすることなしに、堆積チャンバーシステム５２０内に配置され得、かつ堆積チャンバーシステム５２０から取り除かれ得る。
【００５２】
上記の説明において、２つの加圧リザーバ５１４および５３４と、２つの容積流量制御器５１５および５３５とにおいて、２つの液体が使用された。本発明による３以上のそれぞれが、使用され得る。すなわち、本発明の装置は、複数の液体源および複数の容積流量制御器が用いられることを考慮する。
【００５３】
上記のプロセスはまた、堆積の間、前駆体の堆積速度を変更する（好適には、最も小さいくぼみを埋めるために始めは遅い速度、より小さいくぼみが埋められた後はより速い速度）ために用いられてきた。このプロセスは、製造プロセスを単純化する。そのため、くぼみを埋めるためにいくつもの処理工程と層を平坦化するための処理工程とを行わなくてすむ。このプロセスはまた、前駆体によって示された（ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ）間の表面張力を変化するために、およびそれにより、前駆体が基板を濡らすのにどのように影響するのかが、第２の液体としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）とともに使用されてきた。好適には、第１の液体およびＭＥＫの約５０／５０の組合せが開始時に使用され、それにより、前駆体が基板ウェルをよく濡らし、続いて、ＭＥＫは徐々に減少してゼロとなり、そのため、堆積速度が増加する。このプロセスは、いくつかの場合において、個々の接着層の必要性を排除することにより、製造プロセスを単純化する。
【００５４】
ところで、前駆体の粘性は、集積回路製造プロセスを単純化するために調節され得ることが示され、前駆体の他の物理的性質も集積回路製造プロセスを改良するために調節され得ることが明らかとなった。例えば、表面張力、濃度、熱容量、気化熱および蒸気圧の全ては、前駆体、溶媒および／または上記で議論された液体を使用するイニシエータを調節することにより、調節され得る。これら全ての性質は、個々の始めの金属前駆体、溶媒、および／またはイニシエータのいずれかに対して別々に調節され得るか、または概して最終の前駆体に対して調節され得る。上記の物理的性質はそれぞれ、前駆体の性能、堆積に対する前駆体の反応、乾燥工程、ベーキング工程、アニーリング工程、形成された最終の固体に影響を与える。従って、これらのプロセスの要素は、前駆体液体になされる調節により制御され得、有効となるように使用され得る。
【００５５】
ミスト化堆積プロセスにおいて、選択された物理的性質（特に、粘性）の前駆体液体を利用して集積回路デバイスを製造する新規の方法が説明されてきた。この新規の方法は、液体前駆体から形成され得る集積回路で使用される実質的に固体材料のあらゆるタイプの層を製造するのに有用である。この新規の方法は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ内のゲート誘電体層、中間層誘電体層、シリコン酸化物絶縁体、およびＤＲＡＭおよびＦｅＲＡＭ内のキャパシタ誘電体を形成するために使用され得る。本明細書内で図面により示され、かつ説明された特別な実施形態は、例示のためのものであり、上記の特許請求の範囲に記載される本発明を制限するものではないと解釈されるべきだと理解されなければならない。さらに、説明された特定の実施形態の様々な使用および改変が、本発明の概念を逸脱することなく、当業者によってなされ得ることが明らかである。例えば、集積回路製造における前駆体液体の物理的性質を選択的に選ぶことの使用に対する利点が開示されてきたからには、この方法は、薄膜応用において、これまで開示されたものよりも有利に使用され得る。上記に説明された液体堆積プロセスとは異なる他の液体堆積プロセスが、固体材料層を形成するために使用され得る。上記から、様々な処方が使用され得ることが明らかである。さらに、前駆体、プロセスおよび基板は、説明されたプロセスおよびデバイスに関する改変を提供するために、従来のプロセスと組合され得る。陳述された処理工程は、ある場合には、異った序列で実行され得、等価な構造およびプロセスが、説明された種々の構造およびプロセス用に置換され得ることは明らかである。その結果として、本発明は、記載された前駆体、前駆体形成プロセス、電子デバイス、および電子デバイス製造方法および装置に提示されおよび／または有された新規の特徴および特徴の新規の組合せのいずれも包括すると解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明により製造された集積回路部分の中間状態の断面図を示す。
【図２】図２は、従来技術の集積回路部分の断面図を示す。従来のプロセスでは、図１に示されたような部分的に形成された集積回路に追加の層が堆積されているため、層表面領域を低下させる原因となる。
【図３】図３は、図１の集積回路部分の本発明による製造プロセスにおいて、さらに進行した段階の断面図を示す。
【図４】図４は、図１の集積回路部分の本発明による製造プロセスにおいて、さらに進行した段階の断面図を示す。
【図５】図５は、従来技術の集積回路部分の断面図を示す。従来技術では、下側の層がパターニングされ、エッチングされた後、従来のプロセスで上側の層で覆われるため、上側の層が下側の層と同じ形状となり隆起した領域とくぼんだ領域とを有する。
【図６】図６は、図５の従来技術の集積回路と同じ下側の層を有する、本発明による製造プロセスの別の実施形態において、さらに進行した段階の断面図を示す。しかし、この段階では、上側の層が本発明による方法を用いて形成されるため、上側の層は、実質的に平坦な表面を有する。
【図７】図７は、図５の従来技術の集積回路と同じ下側の層を有する、本発明による製造プロセスの別の実施形態において、さらに進行した段階の断面図を示す。しかし、この段階では、上側の層が本発明による方法を用いて形成されるため、上側の層は、実質的に平坦な表面を有する。
【図８】図８は、従来技術を用いて製造された例示的な不揮発性強誘電体ランダムアクセスメモリ（「ＦｅＲＡＭ」）セルまたはダイナミックランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）セルを示す従来技術の集積回路部分の断面図を示す。
【図９】図９は、本発明によって製造されたＦｅＲＡＭまたはＤＲＡＭセルの断面図を示す。
【図１０】図１０は、キャパシタの金属酸化物誘電体層が従来技術を用いて形成され、その結果、金属酸化物層内およびその上部にくぼんだ領域が生じた、従来技術のＦｅＲＡＭまたはＤＲＡＭセルの断面図を示す。
【図１１】図１１は、キャパシタの金属酸化物誘電体層および上部中間層誘電体層（ＩＬＤ）が本発明の方法を用いて堆積され、その結果、滑らかで平坦な形状となった、ＦｅＲＡＭまたはＤＲＡＭ集積回路部分の断面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明による液体源堆積システムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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