(57)【要約】本発明は、式（Ｉ）及び（ＩＩ）の非晶質酸化物及びその製造方法に関し、更に、非晶質酸化物を含む電界効果型トランジスター、製品及びマイクロエレクトロニクス装置に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物。
【請求項２】
Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｘは０．２５未満である、請求項１記載の酸化物。
【請求項３】
Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｘは０．２５未満である、請求項１記載の酸化物。
【請求項４】
式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物の製造方法であって、
元素Ａを含む気体源と、元素Ｂを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを基板上に供給して、元素Ａを含む気体源と、元素Ｂを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを反応させて、非晶質酸化物を生成させるステップを含む、非晶質酸化物の製造方法。
【請求項５】
前記元素Ａ、Ｂ及びＭは、化学量論に達するのに十分な量で存在し、前記酸素を含有する気体源は、元素Ａ、Ｂ及びＭが完全に酸化されるのに十分な量の酸素を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記酸素含有源を含む気体源中の酸素は、酸素原子、酸素イオン、準安定酸素、酸素分子イオン、準安定酸素分子、化合物酸素分子イオン、化合物準安定酸素、化合物酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記酸素を含む気体源は、Ｏ２又はＮ２Ｏを含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記生成させるステップは、リアクター中で行われるリモートプラズマ化学蒸着であり、該リモートプラズマ化学蒸着は、酸素を含む気体源に高周波プラズマ励起又はマイクロ波プラズマ励起を施すステップを含み、前記酸素を含む気体源は、更に希ガス元素を含み、酸素含有気体源は、元素Ａを含む気体源、元素Ｂを含む気体源及び元素Ｍを含む気体源に対して、上流において、リアクター中に注入される、請求項４記載の方法。
【請求項９】
Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｘは０．２５未満である、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｘは０．２５未満である、請求項４記載の方法。
【請求項１１】
第一表面を有する集積回路基板と、
前記基板の前記第一表面において間隔を置いて配置されているソース領域及びドレイン領域と、
前記基板上の前記第一表面において間隔を置いて配置されている前記ソース領域とドレイン領域との間にあるゲート絶縁層と
を含んでなる電界効果型トランジスターであって、
前記ゲート絶縁層は、式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物を含む、電界効果型トランジスター。
【請求項１２】
前記基板は、ＩＩＩ−Ｖ族の二元合金、ＩＩＩ−Ｖ族の四元合金、ＩＩＩ族の窒化物合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１１記載の電界効果型トランジスター。
【請求項１３】
前記基板は、（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ及びこれらの組合せからなる群から選択されるＩＩＩ−Ｖ族の二元合金を含む、請求項１１記載の電界効果型トランジスター。
【請求項１４】
Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｘは０．２５未満である、請求項１１記載の電界効果型トランジスター。
【請求項１５】
Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｘは０．２５未満である、請求項１１記載の電界効果型トランジスター。
【請求項１６】
請求項１記載の非晶質酸化物を含む、マイクロエレクトロニクス装置。
【請求項１７】
前記マイクロエレクトロニクス装置は、ベース層及び該ベース層の上に位置する界面層を含む、請求項１６記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項１８】
式（Ｉ）で表される非晶質酸化物は、前記界面層中に存在する、請求項１７記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項１９】
式（Ｉ）で表される非晶質酸化物は、ベース層中に存在する、請求項１７記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項２０】
前記ベース層は、式（ＩＩＩ）：
Ｄ（ＡｌＯ２）Ｚ（ＩＩＩ）
（式中、Ｄは、ＩＩＩＢ又はＩＶＢ族の酸化物であり、ｚは、３又は４である）の酸化物を含む、請求項１７記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項２１】
式（ＩＩＩ）の酸化物は、Ｈｆ（ＡｌＯ２）４、Ｙ（ＡｌＯ２）３及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２０記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項２２】
請求項１記載の式（Ｉ）により表される非晶質酸化物を含む製品。
【請求項２３】
光伝導体、光ダイオード、発光ダイオード、レーザー、センサー、マイクロ機器（ＭＥＭＳ）装置及び金属電極を備えた装置、センサー（アプリケーション）に使用される製品及び触媒（アプリケーション）に使用される製品からなる群から選択される、請求項２２記載の製品。
【請求項２４】
式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある）により表される非晶質酸化物。
【請求項２５】
Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｊは４であり、ｋは１である、請求項２４記載の酸化物。
【請求項２６】
Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｊは３であり、ｋは１である、請求項２４記載の酸化物。
【請求項２７】
式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある）により表される非晶質酸化物の製造方法であって、
前記製造方法は、アルミニウムを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを基板上に供給して、アルミニウムを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを反応させて、非晶質酸化物を生成させるステップを含む、非晶質酸化物の製造方法。
【請求項２８】
元素アルミニウム及びＭは、化学量論に達するのに十分な量で存在し、酸素を含む気体源は、元素アルミニウム及びＭが完全に酸化されるのに十分な量の酸素を含む、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
酸素含有源を含む気体源中の酸素は、酸素原子、酸素イオン、準安定酸素、酸素分子イオン、準安定酸素分子、化合物酸素分子イオン、化合物準安定酸素、化合物酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
前記酸素を含む気体源は、Ｏ２又はＮ２Ｏを含む、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
前記生成させるステップは、リアクター中で行われるリモートプラズマ化学蒸着であり、該リモートプラズマ化学蒸着は、酸素を含む気体源に高周波プラズマ励起又はマイクロ波プラズマ励起を施すステップを含み、該酸素を含む気体源は、更に希ガス元素を含み、かつ酸素含有気体源は、アルミニウムを含む気体源及び元素Ｍを含む気体源に対して、上流において、リアクター中に注入される、請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｊは４であり、ｋは１である、請求項２７記載の方法。
【請求項３３】
Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｊは３であり、ｋは１である、請求項２７記載の方法。
【請求項３４】
第一表面を有する集積回路基板と、
前記基板の前記第一表面において間隔を置いて配置されているソース領域及びドレイン領域と、
前記基板上の前記第一表面において間隔を置いて配置されている前記ソース領域とドレイン領域との間にあるゲート絶縁層と
を含んでなる電界効果型トランジスターであって、
前記ゲート絶縁層は、式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある）により表される非晶質酸化物を含む、電界効果型トランジスター。
【請求項３５】
前記基板は、ＩＩＩ−Ｖ族の二元合金、ＩＩＩ−Ｖ族の四元合金、ＩＩＩ族の窒化物合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項３４記載の電界効果型トランジスター。
【請求項３６】
前記基板は、（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ及びこれらの組合せからなる群から選択されるＩＩＩ−Ｖ族の二元合金を含む、請求項３４記載の電界効果型トランジスター。
【請求項３７】
Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｊは４であり、ｋは１である、請求項３４記載の電界効果型トランジスター。
【請求項３８】
Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｊは３であり、ｋは１である、請求項３４記載の電界効果型トランジスター。
【請求項３９】
請求２４記載の非晶質酸化物を含む、マイクロエレクトロニクス装置。
【請求項４０】
前記マイクロエレクトロニクス装置は、ベース層及び該ベース層の上に位置する界面層を含む、請求項３９記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項４１】
式（ＩＩ）で表される非晶質酸化物は、前記界面層中に存在する、請求項３９記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項４２】
式（ＩＩ）で表される非晶質酸化物は、ベース層中に存在する、請求項３９記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項４３】
前記ベース層は、式（ＩＩＩ）：
Ｄ（ＡｌＯ２）Ｚ（ＩＩＩ）
（式中、Ｄは、ＩＩＩＢ又はＩＶＢ族の酸化物であり、ｚは、３又は４である）で表される酸化物を含む、請求項３９記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項４４】
式（ＩＩＩ）の酸化物は、Ｈｆ（ＡｌＯ２）４、Ｙ（ＡｌＯ２）３及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４３記載のマイクロエレクトロニクス装置。
【請求項４５】
請求項２４記載の式（ＩＩ）により表される非晶質酸化物を含む製品。
【請求項４６】
光伝導体、光ダイオード、発光ダイオード、レーザー、センサー、マイクロ機器（ＭＥＭＳ）装置及び金属電極を備えた装置、センサー（アプリケーション）に使用される製品及び触媒（アプリケーション）に使用される製品からなる群から選択される、請求項４５記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願についての説明］
本出願は、２００１年６月２６日に提出の米国仮出願（Ｕ．Ｓ．Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）Ｎｏ．６０／２１４２８５の優先権を主張しており、その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、酸化物含有材料、これを含む製品及びその製造方法に関する。
【０００３】
［発明の背景］
装置の寸法は、１９９９年版、１９９９  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｏａｄｍａｐ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｌｉｃ．ｉｔｒｓ．ｎｅｔ）により、基準化されているので、等価ゲート酸化物の厚さ（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｇａｔｅ ｏｘｉｄｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ：ＥＯＴ）は、約１．５ｎｍ以下に減じなければならない。かかる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の厚さにおいて、酸化物を横切る１ボルトの電圧降下についての直接トンネル電流は、典型的には、１Ａ／ｃｍ−２より大きい。そのような電圧降下は、電界効果型トランジスターにおいて、オン状態対オフ状態電流の比を減少させるため、潜在的に不都合である。ＳｉＯ２をぬけるトンネリングによるオフ状態の電流漏れを減じ、かつ１．５ｎｍ以下の物理的厚さのＳｉＯ２誘電体により得られるものと等価であるキャパシタンスを保持する試みのために、代わりとなる高ｋ誘電体（ｈｉｇｈ−ｋ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）が研究されている。例えば、Ｊ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１８（３）（２０００）及びＧ．Ｄ  Ｗｉｌｋ，ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８９，５２４３（２００１）を参照のこと。これらの高ｋの代わりとなる誘電体は、より大きな物理的厚さで装置計測用のＥＯＴの所望のレベルを、潜在的に、提供することができる。従って、トンネル電流を潜在的に減らすための経路が提供される。伝導帯オフセットエネルギー（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ ｅｎｅｒｇｉｅｓ）のような他の因子もトンネル漏れに影響する役割を演じると信じられ、これらのオフセットエネルギーは、一般に、ｋの増加と共に減少する。
【０００４】
最近、幾つかの研究において、酸化アルミニウムに焦点が当たっている。Ｋｌｅｉｎ  ｅｔ  ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７５，４００１（１９９９）は、ＣＶＤ成長方法を用いる酸化アルミニウムの析出を提案している。この文献は、核共鳴プロファイリング（ＮＲＰ）及びＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定されるように、酸化アルミニウムとケイ素との間の界面に存在するケイ酸塩層を提案している。Ｇｕｓｅｖ  ｅｔ  ａｌ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６，１７６（２０００）は、原子層ＣＶＤ（ＡＬＣＶＤ）を提案しており、そこで酸化アルミニウム層の物理的及び電気的特性の両方が研究されている。Ｇｕｓｅｙ  ｅｔ  ａｌ．は、ＮＲＰ、中エネルギーイオン散乱（ＭＥＩＳ）及び高分解能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して、界面層を形成せずに、水素末端のケイ素の上に酸化アルミニウムを析出させることができると提案している。
【０００５】
材料として酸化アルミニウムを用いた、厚さ０．９６ｎｍの等価ゲート酸化物を備えたトランジスターは、Ｃｈｉｎ  ｅｔ  ａｌ．Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ＶＬＳＩ  Ｓｙｍｐ，１６（２０００）により提案されている。Ｃｈｉｎ  ｅｔ  ａｌ．は、これらの装置が、３１０ｃｍ−２以上のＤｉｔ値及び正のフラットバンドシフト（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｆｌａｔ ｂａｎｄ ｓｈｉｆｔ）を有し、負の固定チャージ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｉｘｅｄ ｃｈａｒｇｅ）を示すことを提案している。Ｂｕｃｈａｎａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．Ｉｎｔｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔ，２２３（２０００）は、ＡＬＣＶＤ  Ａｌ２Ｏ３により形成される、ゲート長０．０８μｍのｎＭＯＳＦＥＴを提案している。この文献は、厚さが１．３ｎｍの等価酸化物を備えた装置用の負の固定チャージも提案している。
【０００６】
前述にもかかわらず、直接トンネル電流を減じる可能性を有する半導体装置に使用できる酸化物の材料への需要が、当技術に残っている。
【０００７】
［発明の要約］
本発明は、従来技術の不適切な点に取り組んでいる。一つの態様で、本発明は、式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物を提供する。
【０００８】
他の態様で、本発明は、式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表ＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある］により表される非晶質酸化物を提供する。
【０００９】
もう一つの態様では、本発明は、式（Ｉ）及び式（ＩＩ）により表される非晶質酸化物の製造方法を提供し、これは、以下に詳細に記載される。
【００１０】
更にもう一つの態様で、本発明は、電界効果型トランジスターを提供する。電界効果型トランジスターは、第一表面と、前記第一表面において間隔を置いて配置されているソース領域及びドレイン領域と、前記第一表面において間隔を置いて配置されている前記ソース領域とドレイン領域との間にゲート絶縁層とを有する集積回路基板を含む。ゲート絶縁層は、下記に記載の式（Ｉ）又は式（ＩＩ）により表される任意の非晶質酸化物を含む。
【００１１】
本発明のこれら及び他の態様及び利点は、下記に記す。
【００１２】
［有利な態様の詳細な記述］
本発明は、ここに記載の以下の態様に関連して、詳細に記載する。これらの態様が、本発明を説明するためにのみ役立ち、本発明の範囲を限定するものではないことは、認識されるであろう。図中、同じ番号は、終始、同一の部材を指す。更に、用語「上（オン）」は、構造が実際に隣接構造に接触することを意味するか又は実際に接触はしないが隣接構造に極めて近接することを意味する。
【００１３】
一つの態様で、本発明は、式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物を提供する。
【００１４】
式（Ｉ）により表される酸化物を包含する一つの態様では、Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｘは０．２５未満である。
【００１５】
式（Ｉ）により表される酸化物を包含する他の態様では、Ａはアルミニウム（Ａｌ）であり、Ｂはタンタル（Ｔａ）であり、Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｘは０．２５未満である。
【００１６】
他の態様では、本発明は、式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある）により表される非晶質酸化物を提供する。
【００１７】
式（ＩＩ）により表される酸化物に関する一つの態様では、Ｍはハフニウム（Ｈｆ）又はジルコニウム（Ｚｒ）から選択され、ｎは１であり、ｍは２であり、ｊは４であり、ｋは１である。
【００１８】
式（ＩＩ）により表される酸化物に関するもう一つの態様では、Ｍはイットリウム（Ｙ）又はランタン（Ｌａ）から選択され、ｎは２であり、ｍは３であり、ｊは３であり、ｋは１である。
【００１９】
本発明の新規の材料は、結合特性、従って電気的及び光学的特性を有すると考えられており、潜在的に薄膜ケイ酸塩の特性に類似する。更に、この新規の種類の材料は、慣用のケイ酸塩合金で実現できない電位特性を提供し、そのため、マイクロエレクトロニクス及び他の技術に新規に適用されるようになった。
【００２０】
本発明は、新規非晶質酸化物を提案する。式（Ｉ）の非晶質酸化物では、その開示内容を引用することにより本明細書の一部をなすものとする１９９９年１１月５日に提出の出願番号０９／４３４６０７（‘６０７出願）に記載されているように、ケイ酸塩のＳｉＯ２二成分が、ＩＩＩＡ−ＶＡ族又はＢ族に類似の網目構造、例えば、ＡｌＰＯ４又はＡｌＴａＯ４により置換されている。理論と結び付ける意図はないが、これらの二元合金と、Ａｌ２Ｏ３より更にイオン性である付加的金属酸化物とを合金にすることにより、金属陽イオンを導入し、ホスト酸化物の網目組織ＡｌＯ２１−及び（Ｐ又はＴａ）Ｏ２１＋を遮断し、または変性して、ＳｉＯ２−を主成分とするケイ酸塩に定性的に類似する結合を提供すると考えられる。１．６より大きい電気陰性度を有するＩＩＩ族の他の金属原子、例えばＧａも、Ａｌの代わりに用いることができ、Ｔａは、ＶＡ又はＢ族の他の元素、例えばＡｓ、Ｓｂ及びＮｂ等で置換することができる。
【００２１】
式（ＩＩ）の非晶質酸化物は、化学量論的又はほぼ化学量論的にアルミン酸塩に相当し、網目組織成分は、よりイオン性である金属酸化物、例えば、Ｚｒ（Ｈｆ）Ｏ２又はＹ（Ｌａ）２Ｏ３と合金を形成することにより、著しく減らすことができると考えられる。理論により制限するつもりはないが、これらの構造のための有理数は天然に存在する大変な数のアルミノケイ酸塩鉱物種から誘導されると考えられる。ＡｌＯ２１−基を補償するのに要する陽イオンの数は、これらの基の数により決定することができる。例えば、２族の代表的な酸化物は、Ｚｒ（Ｈｆ）（ＡｌＯ２）４及びＹ（Ｌａ）（ＡｌＯ２）３を含む。これらは、混合酸化物として記載することもでき、例えばＺｒ（Ｈｆ）Ｏ２（Ａｌ２Ｏ３）２及びＹ（Ｌａ）２Ｏ３（Ａｌ２Ｏ３）３である。これらの材料は、元素又は化合物半導体との中性又は帯電結合配置を提供するようにあつらえることができる。
【００２２】
前記に加えて、本発明は、本発明の非晶質酸化物を生成させる方法にも関する。更に詳細には、一つの態様で、本発明は、式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物を製造する方法を提供する。この方法は、元素Ａを含む気体源と、元素Ｂを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを基板の上に供給して、元素Ａを含む気体源と、元素Ｂを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを反応させて、式（Ｉ）で表される非晶質酸化物を生成させることを含む。
【００２３】
一つの供給源当たり一つ以上の元素を含有する気体源（例えば、混合気体源）は、本発明に包含されている。有利な態様では、元素Ａ、Ｂ及びＭが、化学量論に達するために必要な量で供給される。即ち、これらの構成酸化物の化学量論に達するのに要する、網目組織イオン及び網目組織変性剤イオンの割合で薄膜を生成させる。有利には、酸素を含む気体源は、元素Ａ、Ｂ及びＭが完全に酸化されるのに十分な量の酸素を含有する。一つの態様では、供給するステップは、蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）として実施される。
【００２４】
式（Ｉ）で表される非晶質酸化物を生成させる前記方法の気体源中に存在する酸素は、多数の種から選択することができる。種は、例として、これに限定されはしないが、酸素原子、酸素イオン、準安定酸素、酸素分子イオン、準安定酸素分子、化合物酸素分子イオン、化合物準安定酸素、化合物酸素ラジカル及びこれらの混合物を含む。有利な態様では、酸素を含む気体源は、Ｏ２又はＮ２Ｏを含む。非晶質酸化物形成が、不均衡な化学的環境内で行われるのは特に有利である。
【００２５】
式（Ｉ）で表される非晶質酸化物を生成させる方法の生成させるステップ（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ｓｔｅｐ）は、種々の技術により行うことができる。一つの有利な態様では、生成させるステップは、リアクター中で行われるリモートプラズマ化学蒸着（ｒｅｍｏｔｅ−ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）であり、該リモートプラズマ化学蒸着は、酸素を含む気体源に高周波プラズマ励起又はマイクロ波プラズマ励起を施すことを含む。酸素を含む気体源は、更に希ガス元素を含み、酸素含有気体源は、元素Ａを含む気体源、元素Ｂを含む気体源及び元素Ｍを含む気体源に対して、上流において、リアクター中に注入される。
【００２６】
他の態様で、本発明は、式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある）により表される非晶質酸化物の製造方法を提供する。この方法は、アルミニウムを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを基板の上に供給して、アルミニウムを含む気体源と、元素Ｍを含む気体源と、酸素を含む気体源とを反応させて、式（ＩＩ）により表される非晶質酸化物を生成させることを含む。
【００２７】
有利な態様では、式（ＩＩ）により表される非晶質酸化物を生成させる方法は、有利には、元素アルミニウム及びＭが、化学量論に達するのに十分な量で存在するようにして実施される。但し、用語「化学量論（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）」は、明細書中に定義されている。有利には、酸素を含む気体源は、元素アルミニウム及びＭが完全に酸化されるのに十分な量の酸素を含有する。
【００２８】
有利な態様で、式（ＩＩ）で表される非晶質酸化物を生成させる方法に使用される酸素は、多数の種から選択することができる。有利には、気体源中の酸素は、酸素原子、酸素イオン、準安定酸素、酸素分子イオン、準安定酸素分子、化合物酸素分子イオン、化合物準安定酸素、化合物酸素ラジカル及びこれらの混合物からなる群から選択される。有利な態様では、酸素を含む気体源は、Ｏ２又はＮ２Ｏを含む。前記混合物を使用することもできる。式（ＩＩ）で表される非晶質酸化物の形成が、平衡でない化学的環境内で行われるのは特に有利である。
【００２９】
式（ＩＩ）で表される非晶質酸化物を生成させる方法の生成させるステップは、種々の技術により行うことができる。一つの有利な態様では、生成させるステップは、リアクター中で行われるリモートプラズマ化学蒸着である。有利には、該リモートプラズマ化学蒸着は、酸素を含む気体源に高周波プラズマ励起又はマイクロ波プラズマ励起を施すことを含む。酸素を含む気体源は、更に希ガス元素を含み、酸素含有気体源は、アルミニウムを含む気体源及び元素Ｍを含む気体源に対して、上流において、リアクター内に注入される。
【００３０】
前記方法で適用可能な任意の元素を含む種々の気体源を、本発明の目的のために使用することができる。このような元素を含む気体源の例は、アルコキシド化合物、有機金属化合物、無機化合物及びこれらの混合物を含むが、これらに限定されない。有利には、アルコキシド化合物は、エトキシド、プロポキシド及びブトキシドからなる群から選択される。元素がアルミニウムの場合は、気体源がトリメチルアルミニウムを含むことが好ましい。元素を含む他の気体源を使用することもできる。例えば、金属と酸素の結合を含む他の有機金属と一緒に用いて、所望の二成分酸化物、例えばジケトネート類を製造できるものを含む有機金属源気体を使用することができる。元素の他の無機物源、例えばハロゲン化物及び硝酸塩を使用することもできる。特に、生成させるステップが、物理蒸着又はプラズマ化学蒸着工程を含む態様において、元素を含む気体源は、これらの元素を含む各液体源の蒸発により誘導することができる。
【００３１】
本発明の方法に使用される元素を含む気体源は、更に、他の成分、例えば不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）又は他の希ガス並びにこれらの混合物）を含んでもよい。
【００３２】
前記で示唆されたように、多数の生成させる技術が、本発明の式（Ｉ）及び（ＩＩ）で表される非晶質酸化物を製造するのに使用することができる。これらの技術の例は、‘６０７出願に記載されたものを含むが、これに限定はされない。例となる技術は、レーザー補助化学蒸着、直接又はリモートプラズマ化学蒸着、電子サイクロトロン共鳴化学蒸着及び反応性物理蒸着を含むが、これらに限定はされない。一つの態様では、リモートプラズマ化学蒸着が使用される。種々の反応性物理蒸着、例えば熱蒸発、電子ビーム蒸発、平行板高周波（ｒｆ）スパッタリング、直流（ｄｃ）スパッタリング、高周波（ｒｆ）マグネトロンスパッタリング、及び直流（ｄｃ）マグネトロンスパッタリングを使用することができる。反応性物理蒸着が、原子層吸収工程の形で起こることもある。本発明は、しばしば、リモートプラズマ化学蒸着（即ち、ＲＥＣＶＤ）により実施される。
【００３３】
本発明の方法は、かなり多数の温度及び圧力条件のもとで実施することができる。本発明の方法は、例えば好適なリアクター（例えば反応室又は容器）を含む、既知の装置を使用して実施することができる。一つの態様で、元素を含むアルコキシド液体を、リモート高周波励起プラズマから、下流でリアクター中に注入する。有利には、アルコキシドは、室温で液体であるが、リアクター中で使用される温度範囲では、リアクター中に搬送されるのに十分なレベルの蒸気を有する。所望の場合は、マイクロ波プラズマを使用してもよい。態様の一つでは、加工圧は、約２００〜約４００ｍＴｏｒｒの範囲であってよく、その上に酸化物が形成される基板の温度は約２００℃〜約３００℃の範囲である。有利な態様では、Ｓｉと、Ａｌ及び遷移金属、例えばＴａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ等々、の金属有機物との前駆体としてシランを使用することができる。明細書中に記載されるが、限定されはしない、これらを含む酸素源は、Ｈｅで希釈されて、プラズマにより、上流で供給されるのが有利である。シラン及び金属有機物は、有利には、下流で供給される。他の種々な態様では、硝酸塩源を、Ｔｉ、Ｈｆ及びＺｒについて使用することができる。例えばＺｒ（ＮＯ３）４を使用できる。他の技術は、酸化剤としての水及び他の成分用のシラン金属有機物源を使用する原子層蒸着を含むが、これに限定されるものではない。Ｚｒ用気体源の例は、Ｚｒ  ｔ−ブトキシドである。Ｔａ及びＡｌ並びに他の金属用気体源も使用することができる。
【００３４】
他の態様で、本発明は、電界効果型トランジスターに関する。電界効果型トランジスターは、第一表面と、前記第一表面において、間隔を置いて配置されているソース領域及びドレイン領域と、前記間隔を置いて配置されているソース領域とドレイン領域との間にあるゲート絶縁層とを有する集積回路基板を含む。ゲート絶縁層は、式（Ｉ）：
−（ＡＢＯ４）Ｘ（ＭｎＯｍ）１−Ｘ−            （Ｉ）
（式中、Ａは、周期表のＩＩＩＡ族から選択される元素であり、Ｂは、周期表のＶＢ族から選択される元素であり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にあり、ｘは、０〜１の範囲の小数である）により表される非晶質酸化物を含む。電界効果型トランジスターに使用される式（Ｉ）で表された非晶質酸化物は、この式により記載される全ての種を含むが、これに限定はされない。
【００３５】
一つの態様では、式（Ｉ）で表された非晶質酸化物を使用する電界効果型トランジスターは、ＩＩＩ−Ｖ族の二元合金、ＩＩＩ−Ｖ族の四元合金、ＩＩＩ族の窒化物合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む。
【００３６】
他の態様において、前記電界効果型トランジスターの基板は、（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ及びこれらの組合せからなる群から選択されるＩＩＩ−Ｖ族の二元合金を含む。
【００３７】
他の面では、本発明は、また、式（ＩＩ）により表される非晶質酸化物を使用する電界効果型トランジスターを提供する。電界効果型トランジスターは、集積回路基板を含み、この基板は、第一表面と、前記第一表面において前記基板中に間隔を置いて配置されているソース領域及びドレイン領域と、かつ前記基板の上の前記第一の表面において間隔を置いて配置された前記ソース領域とドレイン領域との間にあるゲート絶縁層とを有する。このゲート絶縁層は、式（ＩＩ）：
−（ＡｌＯ２）ｊ（ＭｎＯｍ）ｋ−            （ＩＩ）
（式中、Ａｌは、アルミニウムであり、Ｏは、酸素であり、Ｍは、周期表のＩＩＩＢ族又はＩＶＢ族から選択される元素であり、ｊは、約０．５〜約４．５の範囲にあり、ｋは、約１に等しく、ｎは、約０．５〜約２．５の範囲にあり、ｍは、約１．５〜約３．５の範囲にある）により表される非晶質酸化物を含む。
【００３８】
一つの態様では、式（ＩＩ）の非晶質酸化物を使用する電界効果型トランジスターの基板は、ＩＩＩ−Ｖ族の二元合金、ＩＩＩ−Ｖ族の四元合金、ＩＩＩ族の窒化物合金及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む。
【００３９】
他の態様では、式（ＩＩ）の非晶質酸化物を使用する電界効果型トランジスターの基板は、（Ｇａ，Ａｌ）Ａｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ及びこれらの組合せからなる群から選択されるＩＩＩ−Ｖ族の二元合金を含む。
【００４０】
本発明の新規の非晶質酸化物について提案された例は、一層又は積層型非晶質酸化物を集積化して、Ｓｉ、ＳｉＣ及び他の化合物半導体、例えば、ヒ化物（ＩＩＩ−Ｖ）、アンチモン化合物、窒化物又はリン化物等々を含むＮＭＯＳ、ＰＭＯＳ又はＣＭＯＳを適用するためのゲートスタック（ｇａｔｅ ｓｔａｃｋ）にすることを含むが、これに限定されない。種々の態様で、層を、式（Ｉ）及び式（ＩＩ）で表された非晶質酸化物を含む多数の製品に使用することもできる。製品の例は、他のタイプの装置、例えば光伝導体、光ダイオード、発光ダイオード、レーザー、センサー、マイクロ機器（ＭＥＭＳ）装置の上の不動態化層を含むが、これに限定されない。更に、これらは、例えば、金属電極を備えた装置、例えばスピンバルブ（ｓｐｉｎ−ｖａｌｖｅ）又は金属インターフェイス増幅器にも使用することができる。これらは、センサー及び触媒反応適用で使用される製品に使用することもできる。
【００４１】
本発明の非晶質酸化物を、本明細書中に記載されるが、限定されない種々のマイクロエレクトロニクス装置で使用される種々の積層構造に多数の方法で使用することができる。そのような構造の例は、図に示された１００及び２００を含む。例えば、図１ａに図示された積層構造の一態様では、界面層１０は、適切な材料を複数含んでよく、これらは、例えば、一例として、‘６０７出願に記載される酸化物である（例えば、ＡｌＴａＯ４）。更に、界面層１０は、ここに記載の式（Ｉ）の非晶質酸化物又はここに記載の式（ＩＩ）の非晶質酸化物を含んでよい。前記材料の任意の組合せを界面層１０中に使用することができる。
【００４２】
図１ａに関して、界面層１０の上に存在するのは、ベース層２０である。ベース層２０は、ここに記載の式（Ｉ）の非晶質酸化物、ここに記載の式（ＩＩ）の非晶質酸化物又は、これら２つの材料の組み合わせ、並びに‘６０７出願に記載の任意の酸化物を含んでよい。他の態様では、ベース層２０は、式（ＩＩＩ）：
Ｄ（ＡｌＯ２）Ｚ（ＩＩＩ）
（式中、Ｄは、ＩＩＩＢ又はＩＶＢ族の酸化物であり、ｚは、整数、有利には３又は４である）の酸化物を含んでよい。有利な態様では、式（ＩＩＩ）の酸化物は、Ｈｆ（ＡｌＯ２）４、Ｙ（ＡｌＯ２）３及びこれらの組合せから選択することができる。前記の開示された酸化物の任意の組合せは、ベース層２０並びに他のものに利用することができる。
【００４３】
更に、図１ｂに示されるように、表面／界面層３０を、ベース層２０の上に用いることができる。一つの態様では、層３０は、窒素を含んでもよい。他の態様では、層３０は、かなり多数の酸化物、例えば、本明細書中に記載の２族（即ちＩＩ族）の酸化物（例えば、Ｚｒ（Ｈｆ）（ＡｌＯ２）４又はＹ（Ｌａ）（ＡｌＯ２）３）、‘６０７出願に記載される酸化物（例えば、ＴｉＡｌＯ４）等々をそれのみで、又は窒素と組み合わせて含んでもよい。種々の態様では、金属は、表面／界面層３０の上にある。従って、種々の酸化物に使用される元素は、接触金属に適合するように選択してよい。前記材料の任意の組合せを、層３０に使用することができる。
【００４４】
新規で並外れた特徴の一つは、選択的に帯電された網目組織の群からなる、巨視的には中性の共有ランダム網目構造が、中性ＳｉＯ２網目組織形成基を有する慣用のケイ酸塩のように、他の金属イオンの添加により調整された特性を有しうることの認知である。第二の新規で並外れた特徴は、これらの構成により、界面での中性又は帯電性網状結合を提供しうる成分を有する網目組織の識別である。これらの物質の開示は、新規の潜在的オプションを装置に組み込むことを可能にする。最も注目すべきなのは、元素及び化合物半導体界面でのバンドベンディング（ｂａｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ）の性質を制御する能力である。表面変性は、センサー及び／又は触媒作用適用に独特の機会を与えもする。本発明の新規物質は、マイクロエレクトロニクス又は光学的適用用のゲート誘電体又は不動態化層として、元素又は化合物半導体を備えた装置中に組み込まれる。これらは、回転バルブ装置及び金属インターフェイス増幅器に金属として使用することもできる。最後に、これらは、センシング（検知）及び接触反応で適用するための表面変性への道を提供する。
【００４５】
本発明は、前記態様に関し、詳細に記述された。態様は、単に本発明を説明するために記載されており、クレームにより定義される本発明を限定するものではないことが認識されよう。
【００４６】
本発明は、明細書及び図に記載される種々の態様に関し、記載された。これらの態様は説明の目的のためにのみ記載され、前記クレームに記載される発明の範囲を限定するものではないことは認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ〜１ｂ】
本発明の非晶質酸化物を用いる、マイクロエレクトロニクス装置に使用するための層を図示する。
【国際公開パンフレット】
2004501857.tif 000002
2004501857.tif 000003
2004501857.tif 000004
2004501857.tif 000005
2004501857.tif 000006
2004501857.tif 000007
2004501857.tif 000008
2004501857.tif 000009
2004501857.tif 000010
2004501857.tif 000011
2004501857.tif 000012
2004501857.tif 000013
2004501857.tif 000014
2004501857.tif 000015
2004501857.tif 000016
2004501857.tif 000017
2004501857.tif 000018
2004501857.tif 000019
2004501857.tif 000020
2004501857.tif 000021
2004501857.tif 000022
2004501857.tif 000023
2004501857.tif 000024
2004501857.tif 000025
2004501857.tif 000026
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501857.tif 000027
【国際調査報告】
2004501857.tif 000028
2004501857.tif 000029
2004501857.tif 000030