專利名稱：鐵電體薄膜、金屬薄膜或氧化物薄膜、其制造方法和制造裝置以及使用薄膜的電子或電氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如鐵電體薄膜、金屬薄膜或氧化物薄膜的薄膜以及使用薄膜的電子或電氣裝置，更具體地涉及鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜及其制造方法，尤其是涉及優(yōu)選地用于諸如電容器、非易失性存儲(chǔ)器等鐵電體裝置的鐵電體薄膜、其制造方法和制造裝置、以及鐵電體裝置。
這里，作為鐵電體裝置可以是例如包括鐵電體薄膜、金屬薄膜或氧化物導(dǎo)電薄膜的半導(dǎo)體集成電路、半導(dǎo)體元件、TFT驅(qū)動(dòng)顯示裝置、液晶顯示裝置、有機(jī)EL顯示裝置、場(chǎng)發(fā)射顯示終端、等離子體顯示終端等。
背景技術(shù)：
近來(lái)，隨著沉積技術(shù)的發(fā)展，對(duì)使用鐵電體薄膜的非易失性存儲(chǔ)器單元的應(yīng)用研究也有積極的進(jìn)展。非易失性存儲(chǔ)器單元是一個(gè)非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(鐵電體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；FeRAM)單元，它通過利用鐵電體薄膜的快速極性反向和剩余極化強(qiáng)度能夠進(jìn)行快速重寫。鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)氧化物可以列舉為構(gòu)成這種存儲(chǔ)器的材料。鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)氧化物引起注意是因?yàn)闆]有觀察到疲勞現(xiàn)象，即沒有觀察到由于反復(fù)重寫導(dǎo)致剩余極化強(qiáng)度的減小，剩余極化強(qiáng)度的減小是目前一直使用的PZT(其結(jié)構(gòu)式為PbZr1-xTixO3的復(fù)合物)型材料最大的缺點(diǎn)。
制造薄膜技術(shù)的發(fā)展必然將這種鐵電體材料應(yīng)用到電子裝置，此外，鐵電體的整體性質(zhì)需要以薄膜形式實(shí)現(xiàn)。
因此，需要使用薄膜沉積技術(shù)，它能夠獲得薄膜形式所必需的各種特性，例如化學(xué)計(jì)量混合比、結(jié)晶形狀、晶體結(jié)構(gòu)、晶體取向等。使用這些材料的鐵電體薄膜實(shí)際上可以通過諸如MOD(金屬有機(jī)分解)方法或溶膠凝膠工藝的旋涂方法來(lái)獲得并且顯示了良好的鐵電體特性。旋涂方法具有高生產(chǎn)能力、良好的成分控制性，并且也具有制造裝置成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
但是，也存在著與當(dāng)前的硅器件工藝(例如FeRAM-LSI)匹配性較差的問題，因?yàn)檫@種制造薄膜的方法在階段覆蓋性(具有使表面差別光滑的作用)方面較普通，薄膜的針孔密度較高，耐壓較低并且易于毀壞。
隨后，化學(xué)汽相生長(zhǎng)方法即CVD(化學(xué)汽相沉積)方法的發(fā)展強(qiáng)烈需要將這些材料施加到高度集成的存儲(chǔ)器上，這種方法在階段覆蓋性方面具有良好的微型性、薄膜質(zhì)量、均勻性、防止顆?；约疤幚硭俣鹊取?br> 實(shí)際上，很少有報(bào)道涉及采用CVD方法來(lái)制造鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜，下面的一些文獻(xiàn)以及未經(jīng)審查的出版物涉及采用CVD方法形成SrBi2Ta2O9薄膜，該薄膜是鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜中的一種。
1.“通過化學(xué)汽相沉積生成的用于非易失性存儲(chǔ)器的SrBi2Ta2O9薄膜的性能”作者為C.Isobe，H.Yamoto，H.Yagi等1997年3月第9屆集成鐵電體國(guó)際研討會(huì)2.日本專利公報(bào)1996-325019，日本專利公報(bào)1997-1428443.日本專利公報(bào)1999-43328，353944.S.B.Desu
但是，在S.B.Desu和其它的研究中，剩余極化強(qiáng)度值是2Pr＝8.3μC/cm2，它是鐵電體薄膜極化狀態(tài)的指數(shù)，與通過旋涂方法制造的薄膜通常獲得的值(2Pr＝15～25μC/cm2)相比要小得多。而且，沉積速度是3nm/min，與實(shí)際水平(10到20nm/min)十分不同。此外，對(duì)于日本專利公報(bào)1996-325019，盡管沉積速度是15到20nm/min，這是一個(gè)能夠達(dá)到實(shí)際水平的值，但剩余極化強(qiáng)度值是2Pr＝10-11μC/cm2，也小于通過旋涂方法制造的薄膜通常獲得的值。而且，在通過CVD方法沉積之后需要在氧氣氛圍中在800℃高溫下熱處理60分鐘以獲得極化特性，十分昂貴并且不適合微細(xì)加工的鉑薄膜被用作能夠經(jīng)受熱處理的電極材料。如果采用鉑電極是必需的，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)必須進(jìn)行微細(xì)加工的FeRAM-LSI(例如0.13μm rule 256Mb FeRAM-LSI)。
因此，使通過CVD方法制造的鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜中不能獲得足夠的剩余極化強(qiáng)度特性的主要因素不被認(rèn)為是能夠滿意地給出剩余極化強(qiáng)度特性的薄膜最好組成。即，給出良好剩余極化強(qiáng)度特性的薄膜組成范圍被局限于例如由鍶(Sr)、鉍(Bi)、鉭(Ta)和氧(O)組成的氧化物，它是鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體中的一種，盡管被認(rèn)為其最佳組成是除化學(xué)計(jì)量組成(SrBi2Ta2O9)之外的一個(gè)組成范圍。此外，因?yàn)榘ù罅?30到40at％)不純凈的碳。
現(xiàn)有技術(shù)將被詳細(xì)描述。
通常是通過旋涂方法來(lái)制造SrBi2Ta2O9鐵電體薄膜。
盡管使用很有前途的MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積)方法的可能性已經(jīng)被證實(shí)，但它還沒有被引入批量生產(chǎn)中，這種方法是在1996年公開的。
形成鐵電體薄膜原料包括例如三種有機(jī)金屬絡(luò)合物Sr(DPM)2，Bi(C6H5)3，Ta(OC2H5)5，它們分別熔融在THF(四氫呋喃)、己烷和其它溶劑中并用作原料溶液。
近來(lái)，Sr(Ta(OEt)6)2和Bi(OtAm)3能夠熔融在己烷和其它溶劑中并用作原料溶液。
注意，DPM是雙(二苯基膦)甲烷(bis(diphenylphosphino)methane)的縮寫。
表1顯示了每種材料的特性表1用于形成鐵電體薄膜的典型原料的特性

通過由汽相反應(yīng)形成薄膜的現(xiàn)有CVD方法不能形成鐵電體薄膜，因?yàn)殍F電體薄膜的原料在常溫下是固態(tài)，汽化壓力也較低，如表1所示。
因此，提出一種快速(flash)CVD方法，其中，薄膜通過采用汽化器使在溶劑中溶解有原料的溶液瞬時(shí)汽化由CVD方法形成薄膜。
這里，描述形成鐵電體薄膜的一個(gè)示例，它類似于通過采用常溫下是固態(tài)并具有低汽化壓力的材料形成電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜和氧化物導(dǎo)電薄膜的情況。
顯示在

圖16中的相應(yīng)方法作為有關(guān)汽化器的工藝是目前已知的。圖16(a)顯示的稱作金屬過濾器型，該方法引入加熱到預(yù)定溫度的原料溶液并使加熱到預(yù)定溫度的原料溶液汽化到金屬過濾器中，金屬過濾器用來(lái)增加大氣源氣體與SrBi2Ta2O9鐵電體薄膜原料溶液之間的接觸區(qū)域。
但是，在該工藝中，由于汽化數(shù)小時(shí)金屬過濾器被阻塞，因此它不能經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的使用。本發(fā)明人認(rèn)為這是由于溶液從較低汽化溫度被加熱和汽化而造成的。
圖16(b)顯示了一種方法，其中，原料溶液通過施加30kgf/cm2的壓力從10μm的小孔排出并通過膨脹而汽化。
但是，在該方法中仍然存在使用數(shù)小時(shí)后導(dǎo)致小孔阻塞以及不能長(zhǎng)時(shí)間使用的問題。
此外，還導(dǎo)致了對(duì)于反應(yīng)不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的原料供應(yīng)，因?yàn)楫?dāng)原料溶液是例如Sr(DPM)2/THF、Bi(C6H5)3/THF、Ta(OC2H5)5/THF的有機(jī)金屬絡(luò)合物的混合溶液并且該混合溶液通過加熱汽化時(shí)，具有最高汽化壓力的溶劑(在此情況下是THF)立即汽化，有機(jī)金屬絡(luò)合物沉積并粘附在加熱面上。就顯示在圖16中的所有方法而言，能夠汽化或者改變呈液態(tài)或者霧態(tài)的溶劑的卡路里能量將增加。
此外，在MOCVD方法中，為了獲得良好的薄膜均勻性，需要獲得原料溶液均勻分散在其中的汽化氣體。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種要求不能夠被執(zhí)行。
本發(fā)明人單獨(dú)地提供如下技術(shù)以便該要求能夠被執(zhí)行。
即，如圖15所示，用于MOCVD的汽化器包括(1)分散部，它包括形成在內(nèi)部的氣體通道、將加壓運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口、將原料溶液供給到氣體通道的裝置、將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口、用于冷卻氣體通道的裝置、以及防止輻射熱的噴射部件，防止輻射熱的噴射部件被冷卻以便熱能不通過來(lái)自汽化部的輻射熱被施加到位于分散部中的原料氣體；(2)用于加熱和汽化從分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，汽化部包括其一端與MOCVD反應(yīng)管連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管，以及用于加熱汽化管的加熱裝置。
因此，汽化器以一種方式構(gòu)成，使得熱能不通過來(lái)自汽化部的輻射熱被施加到位于分散部中的原料氣體。
由于這種技術(shù)的用于MOCVD的汽化器很少阻塞，與現(xiàn)有技術(shù)相比，它能夠長(zhǎng)期使用并且能夠向反應(yīng)部穩(wěn)定地供給材料。
而且，就本技術(shù)而言，提前加熱的氧氣的入口已經(jīng)被設(shè)置在汽化部的下游。
但是，即使使用這種技術(shù)，在氣體通道中仍然可以看到晶體沉積從而導(dǎo)致阻塞。
而且，大量的碳(30到40at％)包括在所形成的薄膜中。需要在薄膜沉積之后在高溫下退火(例如在氧氣氛圍下在800℃下進(jìn)行60分鐘)以去除碳。
此外，當(dāng)進(jìn)行沉積時(shí)，會(huì)導(dǎo)致組成比的較大差別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的要提供具有最好組成范圍的鐵電體薄膜，其中，在能夠獲得良好剩余極化強(qiáng)度特性的同時(shí)，具有高穩(wěn)定性的鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供鐵電體薄膜的制造方法和制造裝置，能夠用于制造最佳組成的鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜，即使進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚鲨F電體薄膜也具有令人滿意的精度和可重復(fù)性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種汽化器，該汽化器能夠長(zhǎng)期使用而不會(huì)阻塞，并且能夠向反應(yīng)部穩(wěn)定地供給原料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種汽化器、沉積裝置、其它不同裝置和汽化方法，即使在沉積狀態(tài)也能夠顯著地減少碳含量、并精確地控制薄膜的組成比。
本發(fā)明的另一目的是提供一種汽化器和汽化方法，通過它們可以獲得具有均勻分散的原料溶液的汽化氣體。
本發(fā)明的主題分別如下。
一種層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜，包括碳、鍶(Sr)、鉍(Bi)、鉭(Ta)和鈮(Nb)中的至少鉭、以及氧(O)，其組成式為SrBiyTa2O9±d或SrxBiy(Ta，Nb)2O9±d，假定0.90≤x＜1.00，1.70＜y≤3.20，和0≤d≤1.00，并且碳含量是5at％或更少。
一種鐵電體薄膜的制造方法，包括步驟用于霧化溶液的分散步驟，所述溶液在溶劑中分散或者溶解有包括至少鍶(Sr)、鉍(Bi)和鉭(Ta)的相應(yīng)元素的有機(jī)金屬絡(luò)合物；使溶液在汽化室中汽化的汽化步驟；氣體混合步驟，用于使包括汽化的有機(jī)金屬絡(luò)合物的運(yùn)載氣體和諸如氧氣、臭氧氣體的氧化氣體以預(yù)定速率混合；薄膜形成步驟，通過使包括混合的有機(jī)金屬絡(luò)合物的運(yùn)載氣體與氧化氣體在反應(yīng)室中在預(yù)定壓力范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)以發(fā)生分解作用、并將它沉積到在預(yù)定溫度范圍內(nèi)被加熱的基片上來(lái)形成氧化物薄膜；以及熱處理步驟，通過對(duì)形成在基片上的氧化物薄膜進(jìn)行預(yù)定溫度范圍的熱處理、并且實(shí)施進(jìn)行組成控制的結(jié)晶過程來(lái)形成所需的鉍型層狀結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜。
一種鐵電體裝置，其特征在于，具有鐵電體薄膜。
一種通過采用沉積裝置形成的薄膜，所述沉積裝置包括設(shè)置有位于氣體出口外側(cè)帶有小孔的防輻射部件的汽化器，所述汽化器具有(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和用于冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括霧化的原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置。
一種通過采用包括汽化器的沉積裝置形成的薄膜，所述汽化器具有(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將加壓運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；和將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中(3)所述分散部由以下構(gòu)成具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體；和其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；其中所述桿具有位于其外周汽化器側(cè)的一個(gè)或者多個(gè)凹槽并且被插入在所述中空部分中，其內(nèi)徑呈錐形向著汽化器側(cè)擴(kuò)張；以及(4)安裝在氣體出口外側(cè)的防輻射部件，防輻射部件具有位于氣體出口側(cè)并且向著汽化器側(cè)內(nèi)徑擴(kuò)張的小孔。
所述的薄膜其特征在于，所述桿的表面是進(jìn)行電解磨光或者復(fù)合電解磨光的表面。
一種通過采用具有汽化器的沉積裝置形成的薄膜，所述汽化器包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中氧化氣體可以從氣體入口加到所述運(yùn)載氣體或者氧化氣體可以從主氧氣供給口引入。
一種通過采用具有汽化器的沉積裝置形成的薄膜，所述汽化器包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中具有小孔的防輻射部件安裝在所述氣體出口外側(cè)；并且運(yùn)載氣體和氧化氣體可以從所述氣體入口引入。
一種通過采用具有分散器的沉積裝置形成的薄膜，所述分散器包括用于供給原料溶液的多個(gè)通道；用于將從多個(gè)溶液通道供給的多種原料溶液混合的混合部；其一端與混合部連通并具有汽化部側(cè)的出口的供給通道；氣體通道，所述氣體通道布置成在供給通道中將運(yùn)載氣體或者運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來(lái)自混合部的混合原料溶液；以及冷卻供給通道的冷卻裝置。
一種通過采用沉積裝置形成的薄膜，所述沉積裝置包括分散器，所述分散器具有
用于供給原料溶液的多個(gè)溶液通道；用于將從多個(gè)溶液通道供給的多種原料溶液混合的混合部；其一端與混合部連通并具有汽化部側(cè)的出口的供給通道；氣體通道，所述氣體通道布置成在供給通道中將運(yùn)載氣體或者運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來(lái)自混合部的混合原料溶液；和冷卻供給通道的冷卻裝置；以及汽化器，所述汽化器具有位于氣體出口外側(cè)的具有小孔的防輻射部件；和主氧氣供給口，用于在分散噴射部件的直接鄰近處引入氧化氣體；以及所述汽化器還具有用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部；其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述分散器的氣體出口連接的汽化管；和用于加熱汽化管的加熱裝置。
一種采用沉積方法沉積的薄膜，所述沉積方法包括汽化方法，所述汽化方法包括如下步驟將原料溶液引入氣體通道；通過將運(yùn)載氣體噴射到引入的原料溶液使原料溶液受到剪切作用/霧化，以獲得原料薄霧；以及將原料薄霧供給到汽化部以使它汽化；其中運(yùn)載氣體被制成包括氧氣。
附圖描述圖1是一個(gè)橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的主要部件；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的總體橫截面圖；圖3是MOCVD的系統(tǒng)流程圖；圖4是儲(chǔ)備箱的主視圖；圖5是一個(gè)橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的主要部件；圖6是一個(gè)橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的主要部件；圖7(a)和(b)是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器氣體通道的變型的橫截面圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的橫截面圖。
圖9是用于根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的桿，(a)是側(cè)視圖，(b)是沿著X-X的橫截面圖，和(c)是沿著Y-Y的橫截面圖；圖10是顯示圖9(a)的變型的側(cè)視圖；圖11是顯示第六實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖12是顯示第八實(shí)施例的側(cè)向橫截面圖；圖13是顯示第八實(shí)施例的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的概念圖；圖14是顯示第九實(shí)施例的橫截面圖；圖15是顯示最接近的現(xiàn)有技術(shù)的橫截面圖；圖16(a)和(b)是顯示現(xiàn)有技術(shù)的用于MOCVD的汽化器的橫截面圖；圖17顯示了SBT薄膜的結(jié)晶特性；
圖18顯示了結(jié)晶SBT薄膜的極化特性；圖19是汽化器的詳細(xì)圖；圖20是汽化器的總圖；圖21是采用汽化器的SBT薄膜CVD裝置的示例；圖22顯示了試制裝備有鐵電體薄膜的集成電路FeRAM-LSI的示例；圖23顯示了試制裝備有電介質(zhì)薄膜的集成電路DRAM-LSI的示例；圖24顯示了CVDPZT薄膜的極化特性；以及圖25顯示了CVDPZT薄膜的XRD評(píng)價(jià)。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器。
該實(shí)施例包括分散部8和汽化部22。分散部8包括形成在構(gòu)成分散部的分散部本體1內(nèi)部的氣體通道2，將加壓運(yùn)載氣體3引入氣體通道2的氣體入口4、將原料溶液5供給到通過氣體通道2的運(yùn)載氣體并使原料溶液5霧化的裝置(原料供給孔)6、將包括霧化的原料溶液5的運(yùn)載氣體(原料氣體)送到汽化部22的氣體出口7、以及冷卻在氣體通道2中流動(dòng)的運(yùn)載氣體的裝置(冷卻水)18。用于加熱和汽化從分散部8送來(lái)的原料溶液分散在其中的運(yùn)載氣體的汽化部22包括其一端與MOCVD反應(yīng)管連接、另一端與分散部8的氣體出口7連接的汽化管20，以及用于加熱汽化管20的加熱裝置(加熱器)21，其中具有小孔101的防輻射部件102設(shè)置在氣體出口7外側(cè)。
氣體通道的橫截面積優(yōu)選地是從0.10到0.5mm2。
如果氣體通道的橫截面積小于0.10mm2，該過程是非常困難的。當(dāng)氣體通道的橫截面超過0.5mm2時(shí)，對(duì)大量高壓運(yùn)載氣體流的需要將導(dǎo)致運(yùn)載氣體的加速。當(dāng)使用大量流動(dòng)的運(yùn)載氣體時(shí)，需要更大能力的大型真空泵以保持反應(yīng)室處于減壓狀態(tài)(例如1.0托)。合適的流動(dòng)即氣體通道面積為0.10到0.5mm2是優(yōu)選的以獲得工業(yè)實(shí)用性，因?yàn)殡y于采用排氣能力超過10,000升/分鐘(在1.0托)的真空泵。
氣體入口4安裝在氣體通道2的一端。運(yùn)載氣體(例如氮?dú)?、氬氣和氦?源與氣體入口4連接。
原料供給孔6安裝在側(cè)部上近似位于分散部本體1中部并且與氣體通道2連通，以便將原料溶液5引入到氣體通道2中、并且將原料溶液5分散到流過氣體通道2的運(yùn)載氣體中，使其成為原料氣體。
通向汽化部22中的汽化管20的氣體出口7安裝在氣體通道2的一端。
冷卻水18流動(dòng)的空間11形成在分散部本體1中，在氣體通道2中流動(dòng)的運(yùn)載氣體通過在空間11中流動(dòng)的冷卻水18而被冷卻。或者通過設(shè)置珀耳帖效應(yīng)元件代替該空間來(lái)冷卻運(yùn)載氣體。只有溶劑在氣體通道2中汽化，而不會(huì)導(dǎo)致原料溶液的溶劑和有機(jī)金屬絡(luò)合物在氣體通道2中同時(shí)汽化，氣體通道2通過汽化部22的加熱器21受到熱影響。這里，通過冷卻在氣體通道2中流動(dòng)、原料溶液分散在其中的運(yùn)載氣體可以防止溶劑被單獨(dú)地汽化。尤其是，冷卻原料供給孔6的下游側(cè)是重要的，并且至少原料供給孔6的下游側(cè)被冷卻。冷卻溫度是低于溶劑沸點(diǎn)的溫度。例如，對(duì)于THF它低于67℃或者更低。尤其是，在氣體出口7的溫度非常重要。
此外，在這個(gè)實(shí)施例中，具有小孔101的防輻射部件102設(shè)置在氣體出口7外側(cè)。標(biāo)號(hào)103，104表示諸如O形環(huán)的密封材料。防輻射部件102可以是例如由特氟隆、不銹鋼、陶瓷等組成。根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中由于穿過氣體出口7的輻射熱，氣體通道2中的氣體通過汽化部中的熱量變得過熱。因此，即使通過冷卻水18被冷卻，氣體中的低熔點(diǎn)成分沉積在氣體出口7附近。
防輻射部件是一個(gè)用于防止輻射熱擴(kuò)散到氣體中的部件。因此，優(yōu)選地將小孔101的橫截面積減小到小于氣體通道2的橫截面積。減小到1/2或者更小是優(yōu)選的，減小到1/3或者更小是更優(yōu)選的。
而且，通過冷卻分散部即使長(zhǎng)期使用也不會(huì)導(dǎo)致碳化物在氣體通道中(尤其是氣體出口)發(fā)生堵塞。
分散部本體1在分散部本體1的下游側(cè)連接到汽化管20上。分散部本體1與汽化管20之間的連接通過接頭24來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且這部分是連接部23。
圖2是一個(gè)總圖。汽化部22包括汽化管20和加熱裝置(加熱器)21。加熱器21是一個(gè)加熱并汽化原料溶液分散在其中、并且在汽化管20中流動(dòng)的運(yùn)載氣體的加熱器。在現(xiàn)有技術(shù)中，加熱器21是通過將圓柱形加熱器或者覆套式電阻加熱器固定在汽化管20的外周邊上而形成的。這是因?yàn)椴捎镁哂写鬅崛萘康囊后w或者氣體作為熱媒的方法是最好的，以便加熱而獲得沿著汽化管縱向方向的均勻溫度。
優(yōu)選地采用諸如SUS316L的不銹鋼作為汽化管20。汽化管20的尺寸僅僅可以被常規(guī)地確定到汽化氣體的溫度被充分加熱的一個(gè)長(zhǎng)度。例如，當(dāng)SrBi2Ta2O9原料溶液0.04ccm被汽化時(shí)，可以使用的汽化管尺寸是外徑為3/4英寸并且長(zhǎng)度為幾百毫米。
盡管汽化管20的下游側(cè)邊緣與MOCVD裝置的反應(yīng)管連接，在該實(shí)施例中氧氣供給口25安裝在汽化管20上作為氧氣供給裝置，使得被加熱到預(yù)定溫度的氧氣與運(yùn)載氣體混合。
首先，描述原料溶液向汽化管的供給。
如圖3所示，儲(chǔ)備箱32a，32b，32c和32d分別通過質(zhì)量流量控制器30a，30b，30c和30d以及閥31a，31b，31c和31d原料供給孔6連接。
而且，每個(gè)儲(chǔ)備箱32a，32b，32c和32d與運(yùn)載氣體罐33連接。
圖4顯示了儲(chǔ)備箱的細(xì)節(jié)。
儲(chǔ)備箱裝有原料溶液，并且例如1.0到3.0kgf/cm2的運(yùn)載氣體(例如惰性氣體氬氣、氦氣、氖氣)被送到相應(yīng)儲(chǔ)備箱(由SUS制造、內(nèi)容積為300cc)。由于儲(chǔ)備箱內(nèi)部通過運(yùn)載氣體被加壓，原料溶液在與溶液接觸的管中被向上推動(dòng)，并且在壓力作用下被輸送到質(zhì)量流量控制器(由STEC制造，最大流量為0.2cc/min)，在這里流量被控制，并且從汽化器原料供給口29輸送到原料供給孔6。
它通過在質(zhì)量流量控制器中控制到恒定流量的運(yùn)載氣體被輸送到反應(yīng)部。同時(shí)，在質(zhì)量流量控制器(由STEC制造，最大流量為2L/min)中被控制到固定流量的氧氣(氧化劑)也被輸送到反應(yīng)部。
由于液態(tài)或者固態(tài)有機(jī)金屬絡(luò)合物已經(jīng)在常溫下溶解在諸如THF的溶劑中，通過THF溶劑的汽化原料溶液沉積有機(jī)金屬絡(luò)合物并且最終變成固態(tài)。因此，假定的結(jié)果是，與儲(chǔ)備溶液接觸的管道內(nèi)部或者管道的其它部分將出現(xiàn)堵塞。因此，僅僅需要在沉積工作結(jié)束之后用THF或者其它溶劑來(lái)清洗管道內(nèi)部或者汽化器內(nèi)部以控制管道的堵塞，并且安裝清洗管線。清洗是在從容器出口側(cè)到汽化器的一部分上進(jìn)行的，包括原料容器更換工作，并且用溶劑沖洗與每個(gè)工作相配的部分。
閥31b，31c和31d被打開，運(yùn)載氣體被強(qiáng)制給入到儲(chǔ)備箱32b，32c和32d中。至于原料溶液，它被強(qiáng)制給入到質(zhì)量流量控制器(由STEC制造，最大流量為0.2cc/min)，在這里流量被控制，并且原料溶液被輸送到汽化器原料供給孔6。
另一方面，運(yùn)載氣體從汽化器的氣體入口被引入。優(yōu)選地將供給口側(cè)的最大壓力設(shè)定為3kgf/cm2或更小，此時(shí)能夠通過的最大流量為大約1200cc/min，并且氣體通道2的通道流速達(dá)到每秒一百幾十米。
當(dāng)原料溶液從原料供給孔6被引入到在汽化器的氣體通道2中流動(dòng)的運(yùn)載氣體時(shí)，原料溶液受到高速流動(dòng)的運(yùn)載氣體的剪切作用并且霧化成極其細(xì)小的微粒。結(jié)果，原料溶液以極其細(xì)小的微粒狀態(tài)分散在運(yùn)載氣體中。原料溶液以極其細(xì)小的微粒狀態(tài)分散在其中的運(yùn)載氣體(原料氣體)被霧化、保持高速進(jìn)入汽化部22中并且被排出。氣體通道和原料供給孔形成的角度被優(yōu)化。當(dāng)氣體通道和原料溶液入口形成銳角(30度)時(shí)，溶液被氣體所吸引。如果是90度或者更大，溶液被氣體所推動(dòng)。最佳角度是由溶液的粘度和流量決定的。當(dāng)溶液的粘度和流量較大時(shí)，通過該角度更加尖銳可以使溶液平滑地流動(dòng)。當(dāng)采用己烷作為溶劑形成SBT膜時(shí)，大約84度是優(yōu)選的，因?yàn)檎扯群土髁慷驾^小。
被控制到恒定流量的三種原料溶液經(jīng)過每個(gè)原料供給口29從原料供給孔6流入氣體通道2，在被排入汽化部22之前隨著變成高速氣流的運(yùn)載氣體在氣體通道中移動(dòng)。對(duì)于分散部8，由于原料溶液被來(lái)自汽化部22的熱量加熱并且促進(jìn)了諸如THF的溶劑的汽化，從原料供給口29到原料供給孔6的部分以及部分氣體通道2通過水或者其它方式被冷卻。
以細(xì)小微粒狀態(tài)分散在從分散部8排出的運(yùn)載氣體中的原料溶液在就要到達(dá)MOCVD的反應(yīng)管之前通過與來(lái)自氧氣供給口25且被加熱到預(yù)定溫度的氧氣混合而變成混合氣體，當(dāng)在被加熱器21加熱到預(yù)定溫度的汽化管20中輸送時(shí)有助于汽化，并且流入反應(yīng)管中。在該實(shí)施例中，通過分析汽化氣體而不是沉積的反應(yīng)方式來(lái)對(duì)它進(jìn)行評(píng)價(jià)。
真空泵(未示出)排出口42連接，反應(yīng)管44中諸如水分的雜質(zhì)通過減壓運(yùn)行大約20分鐘而被除去，然后關(guān)閉排出口下游的閥40。
冷卻水以大約400cc/min流入汽化管。另一方面，3kgf/cm2的運(yùn)載氣體以495cc/min流動(dòng)，反應(yīng)管44的內(nèi)部填充有充足的運(yùn)載氣體，此后打開閥40。氣體出口7的溫度低于67℃。
汽化管20的內(nèi)部被加熱到200℃，從反應(yīng)管44到氣體容器(gas pack)46的部分以及氣體容器被加熱到100℃，并且反應(yīng)管44的內(nèi)部被加熱到300至600℃。
儲(chǔ)備箱被其中的運(yùn)載氣體加壓，并且通過質(zhì)量流量控制器使預(yù)定的液體流動(dòng)。
Sr(DPM)2、Bi(C6H5)3、Ta(OC2H5)5和THF分別以0.04cc/min、0.08cc/min、0.08cc/min和0.2cc/min的流量流動(dòng)。
二十分鐘后打開位于氣體容器46前方的閥，反應(yīng)產(chǎn)物被收集在氣體容器46中，并且通過汽相色譜分析檢驗(yàn)所檢測(cè)的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物是否一致。結(jié)果，在該實(shí)施例中所檢測(cè)的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物非常一致。
而且，測(cè)量了粘附在氣體出口7外表面?zhèn)鹊奶蓟锏牧俊＝Y(jié)果，碳化物的粘附量非常低，并且小于采用如圖14所示裝置的情況。
通常，在混合物或者金屬溶解變成溶入溶劑的薄膜原料以獲得原料溶液的情況下，原料溶液變成液/液狀態(tài)(完全的溶劑液體)，而金屬變成絡(luò)合物。但是，本發(fā)明人仔細(xì)地檢驗(yàn)了原料溶液并且發(fā)現(xiàn)，金屬絡(luò)合物不一定分成分子狀態(tài)，而是在某些情況下金屬絡(luò)合物可以尺寸為1到100nm的微粒存在于溶劑中，并且在另一些情況下，金屬絡(luò)合物可以部分地以固/液狀態(tài)存在?？梢韵胂?，當(dāng)原料溶液處于這種狀態(tài)時(shí)，尤其容易導(dǎo)致在汽化過程中的堵塞。但是，在使用本發(fā)明的汽化器的情況下，即使原料溶液處于這種狀態(tài)也不會(huì)導(dǎo)致堵塞。
而且，細(xì)小微粒容易在重力作用下沉淀到溶液底部，原料溶液存在于溶液底部。因而，在防止堵塞方面，需要通過加熱底部(在溶劑汽化點(diǎn)之下直到最后)使細(xì)小微粒在存放溶液中產(chǎn)生對(duì)流和均勻擴(kuò)散。而且，優(yōu)選地是加熱底部并且冷卻容器頂部的側(cè)部。當(dāng)然，它們應(yīng)當(dāng)在低于溶劑汽化溫度的溫度下被加熱。
(第二實(shí)施例)圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器。
在該實(shí)施例中，冷卻水通道106繞著防輻射部件102的外周邊形成，并且冷卻裝置50繞著連接部23的外周邊安裝，防輻射部件102被冷卻。
而且，繞著小孔101的出口形成有凹部107。
其它方面與第一實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，所檢測(cè)的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物的一致性比在第一實(shí)施例中更好。
而且，作為測(cè)量在分散部本體1的氣體出口7側(cè)的外表面上的碳化物的粘附量的結(jié)果，碳化物的粘附量大約是第一實(shí)施例情況下的1/3。
(第三實(shí)施例)圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器。
在該實(shí)施例中，錐形部51形成在防輻射部件102上。由于錐形部51，使得在相關(guān)部分的死區(qū)消失，可以防止原料的停滯。
其它方面與第二實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，所檢測(cè)的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物的一致性比在第二實(shí)施例中更好。
而且，作為測(cè)量在分散部本體1的氣體出口7側(cè)的外表面上的碳化物的粘附量的結(jié)果，碳化物的粘附量幾乎為零。
(第四實(shí)施例)圖7顯示了有關(guān)氣體通道的變型實(shí)施例。
凹槽70形成在桿10的表面上，在圖7(a)中桿10的外徑制成基本上與在分散部本體1內(nèi)部所開的孔的內(nèi)徑相同。因此，僅僅通過將桿10放置在孔中就可將桿10設(shè)置在孔中而不會(huì)有偏差。而且不必使用螺釘。凹槽70作為氣體通道。
注意的是，多個(gè)凹槽70可以與桿10的縱向中心軸線平行地或者螺旋形地形成在桿10的表面上。螺旋形凹槽可以使原料氣體更加均勻。
圖7(b)顯示了在桿10的末端部分形成混合部的示例。末端部分的最大直徑制成幾乎與在分散部本體1內(nèi)部所開的孔的內(nèi)徑相同。由桿的末端部分和孔的內(nèi)面形成的空間作為氣體通道。
顯然，可以通過采用圓形橫截面的桿和在孔中形成凹部來(lái)形成氣體通道，盡管顯示在圖7(a)和圖7(b)中的示例顯示了對(duì)桿10的表面進(jìn)行的加工處理。優(yōu)選地設(shè)定桿具有例如JIS規(guī)定的大約H7×h6到JS7。
(第五實(shí)施例)將參照?qǐng)D8描述第五實(shí)施例。
根據(jù)該實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器包括分散部8和汽化部22。分散部8包括形成在內(nèi)部的氣體通道，將加壓運(yùn)載氣體3引入氣體通道的氣體入口4、將原料溶液5a，5b供給到氣體通道2的裝置、以及將包括原料溶液5a，5b的運(yùn)載氣體送到汽化部22的氣體出口7。用于加熱和汽化從分散部8送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部22包括其一端與MOCVD裝置的反應(yīng)部連接、另一端與氣體出口7連接的汽化管20，以及用于加熱汽化管20的加熱裝置。其中，分散部8包括具有圓柱形中空部分的分散部本體1、以及外徑小于圓柱形中空部分內(nèi)徑的桿10。桿10具有一個(gè)或者多個(gè)位于桿10外周上的螺旋凹槽60，并且桿10被插入在圓柱形中空部分中。防輻射部件101安裝在氣體出口7外側(cè)，防輻射部件101具有小孔101并且具有向著汽化部22一側(cè)呈錐形擴(kuò)張的內(nèi)徑。
當(dāng)原料溶液5被供給到高速氣體3在其中流動(dòng)的氣體通道時(shí)，原料溶液受到剪切作用并且被霧化。即，液態(tài)的原料溶液通過運(yùn)載氣體的高速流動(dòng)受到剪切作用，并且成為微粒。成為微粒的原料溶液以微粒狀態(tài)分散在運(yùn)載氣體中。這方面與第一實(shí)施例相同。
以下條件優(yōu)選地用于執(zhí)行最佳的剪切作用和霧化。
優(yōu)選地以0.005到2cc/min、0.005到0.02c/min，更優(yōu)選地以0.1到0.3cc/min供給原料溶液5。當(dāng)有兩種或者多種原料溶液(包含溶劑)被同時(shí)供給時(shí)，它涉及它們的總量。
而且，優(yōu)選地以10到200m/sec，更優(yōu)選地以100到200m/sec供給運(yùn)載氣體。
顯然，原料溶液的流量與運(yùn)載氣體的流量是相關(guān)的，氣體通道的橫截面積和形狀應(yīng)選擇成獲得最佳的剪切作用和霧化，使得可以獲得極其細(xì)小的微粒薄霧。
在該實(shí)施例中，螺旋凹槽60繞著桿10的外周形成，并且在分散部本體1與桿10之間存在間隙空間。結(jié)果，包括變成霧化狀態(tài)的原料溶液的運(yùn)載氣體作為直行氣流在間隙空間中直接前行，同時(shí)沿著螺旋凹槽60形成旋轉(zhuǎn)氣流。
因而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，霧化成直行氣流和旋轉(zhuǎn)氣流相伴狀態(tài)的原料溶液被均勻分散在運(yùn)載氣體中。直行氣流和旋轉(zhuǎn)氣流相伴時(shí)可以獲得均勻分散的原因不是非常清楚，但可以作如下假定。通過存在旋轉(zhuǎn)氣流，離心力作用于氣流，從而導(dǎo)致二次流。通過二次流促進(jìn)了原料與運(yùn)載氣體的混合。即，通過旋轉(zhuǎn)氣流的離心作用在與氣流的垂直方向產(chǎn)生二次導(dǎo)流，結(jié)果，似乎是霧化的原料溶液被更加均勻地分散在運(yùn)載氣體中。
以下將更加詳細(xì)地描述該實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，作為示例它用于向氣體通道供給四種原料溶液5a，5b，5c和5d(5a，5b和5c是有機(jī)金屬原料，5d是諸如THF的溶劑原料)。
在該實(shí)施例中，為了混合包括變成薄霧和極其細(xì)小微粒的原料溶液的運(yùn)載氣體(稱作“原料氣體”)，一沒有螺旋凹槽的部件安裝在與桿10的原料供給孔6對(duì)應(yīng)的部分的下游。該部件就是預(yù)混合部65。在預(yù)混合部65中，三種有機(jī)金屬的原料氣體混合到一定程度，并且在其下游的螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)域中變成完全混合的原料氣體。至于預(yù)混合部65的長(zhǎng)度，優(yōu)選地是5到20mm，更優(yōu)選地是8到15mm以獲得均勻混合的原料氣體。在該范圍之外，其中三種有機(jī)金屬原料氣體中的僅僅一種比另外兩種有機(jī)金屬原料氣體更稠密的混合原料氣體可以被送到汽化部22。
在該實(shí)施例中，平行部件67和錐形部件58安裝在桿10的上游側(cè)的邊緣66。分散部本體1的圓柱形中空部分設(shè)置有內(nèi)徑與桿10的平行部件67的外徑相同的平行部件，以及與桿10的錐形部件相同的錐形部件，分別對(duì)應(yīng)于平行部件67和錐形部件58。因此，如果桿10從圖中左上側(cè)插入，桿10將保持在分散部本體1的中空部分中。
與第一實(shí)施例不同，即使采用比3kgf/cm2更高壓力的運(yùn)載氣體，也能夠防止桿10移動(dòng)，因?yàn)樵谠搶?shí)施例中設(shè)置的錐形部件能夠保持住桿10。即，如果采用圖8所示的保持技術(shù)，運(yùn)載氣體能夠以3kgf/cm2或更高壓力流動(dòng)。結(jié)果，可以減小氣體通道的橫截面積，并且以更小量供給更高速運(yùn)載氣體。即，也可以50到300mm/sec的速度供給高速運(yùn)載氣體。如果采用這種保持技術(shù)，它也類似地適用于先前其它實(shí)施例。
如圖9(b)所示，凹槽67a，67b，67c和67d作為氣體通道形成在在桿10與原料供給孔6相對(duì)應(yīng)的部分上，每個(gè)凹槽67a，67b，67c和67d的深度優(yōu)選地為0.005到0.1mm。如果深度小于0.005mm，模制凹槽變得困難。而且，更優(yōu)選地是0.01到0.05mm。通過凹槽深度在該范圍內(nèi)就不會(huì)產(chǎn)生堵塞。而且，容易獲得高速氣流。
示于圖1的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和其它結(jié)構(gòu)也可用于桿10的維持和氣體通道的形成。
凹槽60的數(shù)目可以是圖9(a)所示的單個(gè)，但也可以如圖10所示的兩個(gè)或者多個(gè)。而且，當(dāng)形成有兩個(gè)或者多個(gè)凹槽時(shí)它們可以交叉。當(dāng)它們交叉時(shí)可以獲得更加均勻分散的原料氣體。但是，每個(gè)凹槽的橫截面積設(shè)定為使得氣體流速為10m/sec或者更高。
螺旋凹槽的尺寸和形狀不必特別限定，并且提出如圖9(c)所示尺寸和形狀作為一個(gè)示例。
在該實(shí)施例中，如圖8所示，氣體通道通過冷卻水18被冷卻。
而且，在該實(shí)施例中，擴(kuò)張部件69獨(dú)立地安裝在汽化部22的入口側(cè)，并且縱向防輻射部件102布置在擴(kuò)張部件中。小孔101形成在防輻射部件的氣體出口7一側(cè)，其內(nèi)徑向著汽化部一側(cè)呈錐形擴(kuò)張。
擴(kuò)張部件69也是一個(gè)用于防止原料氣體停滯的部件，如第三實(shí)施例所述。當(dāng)然，擴(kuò)張部件69不必獨(dú)立地安裝，也可以采用如圖6所示的整體結(jié)構(gòu)。
擴(kuò)張部件69的擴(kuò)張角θ優(yōu)選地是5到10度。當(dāng)擴(kuò)張角θ在這個(gè)范圍時(shí)，原料氣體可以供給到分散部而不會(huì)破壞旋轉(zhuǎn)氣流。而且，當(dāng)擴(kuò)張角θ在這個(gè)范圍時(shí)，流體阻力最小，存在的死區(qū)最小，以及由于死區(qū)存在導(dǎo)致的渦流最少。擴(kuò)張角θ更優(yōu)選地是6到7度。在圖6所示實(shí)施例中的優(yōu)選擴(kuò)張角θ范圍也是類似。
(第六實(shí)施例)原料溶液和運(yùn)載氣體采用圖8所示裝置在如下條件下被供給，并且檢驗(yàn)原料氣體的均勻性。
引入的原料溶液的量Sr(DPM)20.04cc/minBi(C6H5)30.08cc/minTa(OC2H5)50.08cc/minTHF 0.2cc/min運(yùn)載氣體氮?dú)?0～350m/s圖8所示裝置被用作汽化裝置。但是，使用沒有形成如圖9所示螺旋凹槽的桿作為桿。
原料溶液從原料供給孔6供給，而運(yùn)載氣體速度不同地變化。分別從原料供給孔凹槽67a被供給Sr(DPM)2，凹槽67b被供給Bi(C6H5)3，凹槽67c被供給Ta(OC2H5)5，凹槽67d被供給諸如THF的溶劑。
不進(jìn)行在汽化部的加熱，在氣體出口7收集原料氣體，并且測(cè)量所收集的原料氣體中的原料溶液的微粒直徑。
結(jié)果作為相對(duì)值顯示在圖11中(采用根據(jù)圖12(a)顯示的現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)示例的裝置的情況被設(shè)定為1)。從圖11可以看出，通過將流速設(shè)定到50m/sec或者更高，分散微粒直徑變得更小；通過將流速設(shè)定到100m/sec或者更高，分散微粒直徑還變得更小。但是，即使流速設(shè)定到200m/sec或者更高，分散微粒直徑不再變化。因此，100m/sec到200m/sec是更優(yōu)選的范圍。
(第七實(shí)施例)在該實(shí)施例中，使用形成有螺旋凹槽的桿作為桿。
其它方面與第六實(shí)施例相同。
在第六實(shí)施例中，已經(jīng)供給到凹槽的原料溶液的密度在凹槽延伸部件中較高。即，相應(yīng)地一種原料溶液的密度在其通過的凹槽的每個(gè)延伸部分中高于其它兩種原料溶液Sr(DPM)2的密度在凹槽67a的延伸部分中比其它兩種原料溶液的密度高，Bi(C6H5)3的密度在凹槽67b的延伸部分中比其它兩種原料溶液的密度高，Ta(OC2H5)5的密度在凹槽67c的延伸部分中比其它兩種原料溶液的密度高。
但是，在本實(shí)施例中，已經(jīng)在螺旋凹槽邊緣獲得的混合原料氣體的每種有機(jī)金屬原料在任何部分都是均勻的。
(第八實(shí)施例)圖12和13顯示了第八實(shí)施例。
在現(xiàn)有技術(shù)中如圖12所示，氧氣已經(jīng)僅僅在汽化部22的下游被引入。正如在現(xiàn)有技術(shù)部分所述，大量碳包含在通過現(xiàn)有技術(shù)形成的膜中。而且，在原料中的組成配置與在沉積膜中的組成配置之間存在差別。即，當(dāng)原料被調(diào)節(jié)到化學(xué)計(jì)量混合比的組成比、被汽化和沉積時(shí)，實(shí)際的沉積膜結(jié)果是與化學(xué)計(jì)量混合比有偏差的組成膜。尤其是可以觀察到幾乎不包括鉍(大約是0.1at％)的現(xiàn)象。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，其原因與氧氣被引入的位置相關(guān)。即，已理解的是，如果從氣體入口4引入氧氣，二次氧氣供給口200最接近噴射口，氧氣入口25(第一氧氣供給口)帶有運(yùn)載氣體，如圖20所示，在形成的膜中的組成與原料溶液中的組成之間的組成比差別可以被顯著地最小化。
運(yùn)載氣體和氧氣可以提前混合，并且混合氣體可從氣體入口4引入。
(第九實(shí)施例)該實(shí)施例是形成鐵電體SBT膜的示例。
SBT膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的，然后檢測(cè)其極化特性和其它特性。
更具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，SBT薄膜被形成在一個(gè)基片上，該基片是在氧化硅基體上涂敷200nm的鉑。
具體條件六乙氧基鉭化鍶Sr(Ta(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鉍Bi(O-t-C5H11)30.2mole溶液 (溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物 氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物 氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃空間溫度299℃空間距離30mm噴頭溫度201℃反應(yīng)壓力1托沉積時(shí)間20分鐘結(jié)果SBT膜厚度 大約300nm(沉積速度 大約150nm/min)SBT組成 Sr6.9at％Bi14.1at％Ta14.1at％O 61.4at％C 3.5at％在形成的膜中的組成與原料溶液中的組成之間的組成比差別很小，沉積速度變成大約是現(xiàn)有技術(shù)的五倍?？梢哉f，從氣體入口4與運(yùn)載氣體一起引入少量氧氣是十分有效的。碳的含量低至3.5at％。通過污垢從汽化管下部消失的事實(shí)已經(jīng)證實(shí)控制汽化有機(jī)金屬?gòu)?fù)合物的再冷凝/升華(凝固)的巨大效果，因?yàn)?00cc/min的反應(yīng)物氧氣的溫度在反應(yīng)物氧氣從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器被精確地控制(在216℃)。在已經(jīng)形成SBT薄膜之后，它被放入氧氣氛圍下在550℃進(jìn)行30分鐘的結(jié)晶過程，以形成上部電極，然后通過測(cè)量和鑒定來(lái)發(fā)現(xiàn)其良好的結(jié)晶和極化特性。這顯示在圖17和18中。
如圖2所示，假如諸如氧氣的氧化氣體通過氣體入口4或者最接近噴射口的主氧氣供給口被引入，優(yōu)選地是通過同時(shí)將氧氣引到汽化部下游來(lái)合適地控制氧氣量，以減小組成比的差別并且減少碳含量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，所形成的膜中的碳含量可以減少5％到20％。
參照?qǐng)D20來(lái)描述SBT薄膜的沉積工藝。
閥2打開，閥1關(guān)閉，并且在反應(yīng)室被抽到高度真空幾分鐘之后，晶片從加載閘室(loading lock chamber)運(yùn)送到反應(yīng)室。此時(shí)，
六乙氧基鉭化鍶Sr(Ta(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鉍Bi(O-t-C5H11)30.2mole溶液 (溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)流入汽化器，并且通過閥2和自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥被抽到真空泵。
此時(shí)，壓力計(jì)通過自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥被控制到4托。
在晶片被運(yùn)送幾分鐘之后，如果溫度是穩(wěn)定的，如下氣體流入反應(yīng)室，閥1打開而閥2關(guān)閉以開始沉積。
六乙氧基鉭化鍶Sr(Ta(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鉍Bi(O-t-C5H11)30.2mole溶液 (溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃反應(yīng)室壓力被控制在1托(通過沒有示出才自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥)當(dāng)所需時(shí)間(在這個(gè)情況下20分鐘)過去之后，閥2打開而閥1關(guān)閉以停止沉積。
在反應(yīng)室中的氣體被抽到高度真空以完全去除反應(yīng)物氣體之后一分鐘，將晶片取出放到加載閘室。
由于根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例能夠獲得有機(jī)金屬材料被均勻分散在其中的汽化氣體并且固態(tài)材料被溶解在溶劑中以汽化，因此，能夠以良好重復(fù)性制造高質(zhì)量的鐵電體薄膜。
對(duì)于半導(dǎo)體薄膜、金屬薄膜、和氧化物導(dǎo)體薄膜，通過采用固態(tài)材料也能夠按照上述實(shí)施例所述以良好重復(fù)性制造高質(zhì)量的薄膜。
電介質(zhì)薄膜 SBT，STO和TaOx金屬薄膜Ir，Ru，Cu，Ti，TiN，Ta，TaN和SRO氧化物導(dǎo)體薄膜 Ir，IrOx，Ru和RuOx表2顯示了電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜和氧化物導(dǎo)體薄膜的原料的特性。一個(gè)示例顯示如下。
表2 電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜和氧化物導(dǎo)體薄膜的原料的特性

(第十實(shí)施例)該實(shí)施例顯示了形成SBT薄膜以及用于試制電子裝置的一個(gè)示例。
SBT膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的，然后檢測(cè)其介電常數(shù)和其它特性。具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，SBT薄膜被形成在一個(gè)基片上，該基片是在氧化硅基體上涂敷200nm的鉑。
具體條件六乙氧基鉭化鍶Sr(Ti(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鋇Ba(O-t-C5H11)30.2mole溶液 (溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃空間溫度299℃空間距離30mm噴頭溫度201℃反應(yīng)壓力1托沉積時(shí)間1分鐘結(jié)果SBT膜厚度 大約5nm(沉積速度 大約5nrm/min)SBT組成 Ba 50.2at％Sr 25.1at％Ti 24.7at％在已經(jīng)形成SBT薄膜之后，它被放入氧氣氛圍下在650℃進(jìn)行30分鐘的結(jié)晶過程，以形成上部電極，然后在測(cè)量和鑒定后介電常數(shù)顯示為250。
(第十一實(shí)施例)該實(shí)施例是形成金屬Ir薄膜的示例。
金屬Ir薄膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的。具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，金屬Ir薄膜被形成在一個(gè)氧化硅基片上。
具體條件Ir(EtCp)(cod)0.1mole溶液(溶劑己烷)0.5ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物 氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物 氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃
空間溫度290℃空間距離30mm汽化器溫度150℃噴頭溫度180℃反應(yīng)壓力2托沉積時(shí)間5分鐘結(jié)果Ir膜厚度 大約150nm(沉積速度 大約30nm/min)通過增加氧氣到第一運(yùn)載氣體氬氣＝200sccm+氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)，Ir金屬薄膜的沉積厚度與反應(yīng)時(shí)間成線性比例。至于汽化器中的汽化管，部分地改進(jìn)Ir(EtCp)(cod)的氧化反應(yīng)的效果被證實(shí)，類似于SBT薄膜的沉積。
(第十二實(shí)施例)該實(shí)施例是金屬Ru薄膜沉積的示例。
金屬Ru薄膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的，并且鑒定其電特性和其它特性。具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，金屬Ru薄膜被形成在一個(gè)氧化硅基片上。
具體條件Ru(EtCp)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.5mi/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)
反應(yīng)物氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃空間溫度290℃空間距離30mm汽化器溫度150℃噴頭溫度180℃反應(yīng)壓力2托沉積時(shí)間5分鐘結(jié)果Ru膜厚度 大約150nm(沉積速度 大約30nm/min)通過增加氧氣到第一運(yùn)載氣體氬氣＝200sccm+氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)，Ru金屬薄膜的沉積厚度與反應(yīng)時(shí)間成線性比例。至于汽化器中的汽化管，部分地改進(jìn)Ru(EtCp)2的氧化反應(yīng)的效果被證實(shí)，類似于SBT薄膜的沉積。
(第十三實(shí)施例)該實(shí)施例是鐵電體薄膜PZT的沉積示例。
PZT膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的，并且鑒定其極化特性和其它特性。具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，PZT薄膜被形成在一個(gè)基片上，該基片在氧化硅基體上形成200nm的鉑。
PZT薄膜的具體沉積條件Pb(dpm)20.2mole溶液 0.02cc/min(溶劑己烷)Zr(dpm)40.1mole溶液 0.02cc/min(溶劑己烷)
Ti(OiPr)2(dpm)20.1mole溶液 0.02cc/min(溶劑己烷)第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物氧氣溫度216℃ (在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度430℃空間溫度299℃空間距離30mm噴頭溫度201℃反應(yīng)壓力1托沉積時(shí)間10分鐘結(jié)果PZT薄膜厚度 大約150nm(沉積速度 大約150nm/min)PZT組成 Pb 50.5at％Zr 19.4at％Ti 30.1at％在已經(jīng)形成PZT薄膜之后，它在氧氣氛圍下在550℃進(jìn)行30分鐘的結(jié)晶，形成一個(gè)上部電極并且對(duì)其鑒定。結(jié)果，顯示了良好的結(jié)晶特性和極化特性。這顯示在圖17和18中。
(第十四實(shí)施例)該實(shí)施例是作為金屬薄膜示例的Cu薄膜的沉積示例。
Cu薄膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的。具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，CuO薄膜被形成在一個(gè)基片上，該基片在氧化硅基體上形成200nm的鉑。
PZT薄膜的具體沉積條件Cu(DIBM)20.2mole溶液 0.02cc/min(溶劑己烷)第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物 氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度430℃空間溫度299℃空間距離30mm噴頭溫度201℃反應(yīng)壓力1托沉積時(shí)間2分鐘結(jié)果PZT薄膜厚度 大約400nm(沉積速度 大約200nm/min)在已經(jīng)形成CuO薄膜之后，它在氫氣氛圍下在550℃進(jìn)行30分鐘的結(jié)晶，它被還原形成金屬銅。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明能夠獲得不同效果。
1.具有最佳組成以獲得良好剩余極化強(qiáng)度特性并具有鉍型層狀晶體結(jié)構(gòu)的高可靠性鐵電體薄膜可以令人滿意的可控制性和可重復(fù)性制成。
2.在以鉍型層狀結(jié)構(gòu)的鐵電體SrxBiyTa2O9±d作為主相的情況下，可以令人滿意的可控制性和可重復(fù)性制成低雜質(zhì)碳含量(0.2wt％或更小)的薄膜晶體。
3.在沉積上述薄膜之后，通過在氧化氛圍中在400到580℃的溫度下熱處理數(shù)十分鐘，雜質(zhì)碳被減少并且進(jìn)行鈣鈦礦結(jié)晶。
4.當(dāng)合適電極形成在上述薄膜上時(shí)，可獲得良好的強(qiáng)介電特性。
5.由于現(xiàn)有技術(shù)的SBT.CVD薄膜在沉積之后必須在800℃溫度熱處理大約60分鐘，要求即使進(jìn)行上述熱處理也不被氧化的特性，尤其是對(duì)于下部電極。結(jié)果，需要大量地采用鉑。這是昂貴的，而且精細(xì)加工處理是十分困難的。
根據(jù)本發(fā)明，下部電極的防熱和耐氧化標(biāo)準(zhǔn)變得相對(duì)不嚴(yán)格，因?yàn)槟軌蚴钩练e之后的熱處理溫度顯著降低，并且可以采用容易進(jìn)行精細(xì)加工處理的材料(例如RuOx，TiN，TiON等)。
表3用于高/鐵電體、金屬/阻擋層金屬形成的CVD材料

權(quán)利要求
1.一種層狀晶體結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜，包括碳、鍶(Sr)、鉍(Bi)、鉭(Ta)和鈮(Nb)中的至少鉭以及氧(O)，其組成式為SrBiyTa2O9±d或SrxBiy(Ta，Nb)2O9±d(假定0.90≤x＜1.00，1.70＜y≤3.20，和0≤d≤1.00)，并且碳含量是5at％或更少。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵電體薄膜，其特征在于，y是1.80≤y≤3.00，并且碳含量是5at％或更少。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鐵電體薄膜，其特征在于，它是通過快速CVD方法制成的。
4.一種鐵電體薄膜的制造方法，包括步驟用于霧化溶液的分散步驟，所述溶液在溶劑中分散或者溶解有包括至少鍶(Sr)、鉍(Bi)和鉭(Ta)的相應(yīng)元素的有機(jī)金屬絡(luò)合物；使溶液在汽化室中汽化的汽化步驟；氣體混合步驟，用于使包括汽化的有機(jī)金屬絡(luò)合物的運(yùn)載氣體和諸如氧氣、臭氧氣體的氧化氣體以預(yù)定速率混合；薄膜形成步驟，通過使包括混合的有機(jī)金屬絡(luò)合物的運(yùn)載氣體與氧化氣體在反應(yīng)室中在預(yù)定壓力范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)以發(fā)生分解作用、并將它沉積到在預(yù)定溫度范圍內(nèi)被加熱的基片上來(lái)形成氧化物薄膜；以及熱處理步驟，通過對(duì)形成在基片上的氧化物薄膜進(jìn)行預(yù)定溫度范圍的熱處理、并且實(shí)施進(jìn)行組成控制的結(jié)晶過程來(lái)形成所需的鉍型層狀結(jié)構(gòu)的鐵電體薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，所述結(jié)晶熱處理步驟是在溫度為400到580℃的氧化氛圍中進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求4所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，汽化空間的溫度在所述汽化步驟中設(shè)定為在180到240℃的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求4所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，氬氣(Ar)、干氮?dú)?N2)和氦氣中的至少一種被用作所述運(yùn)載氣體。
8.如權(quán)利要求7所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，將氧氣與包括汽化的有機(jī)金屬絡(luò)合物的運(yùn)載氣體的混合比(氧氣/運(yùn)載氣體)設(shè)定為50％到150％。
9.如權(quán)利要求4所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，將所述基片的溫度在所述薄膜形成步驟中設(shè)定為300到580℃的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求4所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，將反應(yīng)室中的壓力在所述薄膜形成步驟中設(shè)定為0.2到12托的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，將反應(yīng)室中的壓力在所述薄膜形成步驟中設(shè)定為0.3到3托的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求4所述的鐵電體薄膜的制造方法，其特征在于，通過在所述熱處理步驟中在400到580℃范圍內(nèi)的溫度下對(duì)氧化物薄膜進(jìn)行熱處理來(lái)形成鐵電體薄膜。
13.一種鐵電體裝置，其特征在于，具有如權(quán)利要求1或2所述的鐵電體薄膜。
14.一種通過采用沉積裝置形成的薄膜，所述沉積裝置包括設(shè)置有位于氣體出口外側(cè)帶有小孔的防輻射部件的汽化器，所述汽化器具有(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和用于冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括霧化的原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的薄膜，其特征在于，它是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
16.如權(quán)利要求14或15所述的薄膜，其特征在于，安裝有用于冷卻所述分散部與所述汽化部相互連接的部分的冷卻裝置。
17.如權(quán)利要求14到16任一所述的薄膜，其特征在于，所述防輻射部件形成為錐形，以從分散部側(cè)向著汽化部側(cè)內(nèi)徑增大。
18.如權(quán)利要求14到17任一所述的薄膜，其特征在于所述分散部包括具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體、以及其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；并且所述桿被插入在所述圓柱形或圓錐形中空部分中。
19.如權(quán)利要求14到18任一所述的薄膜，其特征在于，所述圓錐形中空部分的錐角是0到45度。
20.如權(quán)利要求14到19任一所述的薄膜，其特征在于，所述圓錐形中空部分的錐角是8到20度。
21.如權(quán)利要求14到20任一所述的薄膜，其特征在于所述分散部包括具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體、以及其外徑基本上等于圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑的桿；所述桿具有位于其外周上的一個(gè)或者多個(gè)凹槽；并且所述桿被插入在所述圓柱形或圓錐形中空部分中。
22.如權(quán)利要求21所述的薄膜，其特征在于，所述凹槽是直線凹槽。
23.如權(quán)利要求21所述的薄膜，其特征在于，所述凹槽是螺旋形凹槽。
24.如權(quán)利要求14到23任一所述的薄膜，其特征在于，所述原料溶液是均勻溶液或包括尺寸為1到100nm的細(xì)小微粒的液體。
25.如權(quán)利要求14到24任一所述的薄膜，其特征在于，在所述原料溶液的容器底部安裝加熱裝置。
26.一種通過采用包括汽化器的沉積裝置形成的薄膜，所述汽化器具有(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將加壓運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；和將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中(3)所述分散部由以下構(gòu)成具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體；和其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；其中所述桿具有位于其外周汽化器側(cè)的一個(gè)或者多個(gè)凹槽并且被插入在所述中空部分中，其內(nèi)徑呈錐形向著汽化器側(cè)擴(kuò)張；以及(4)安裝在氣體出口外側(cè)的防輻射部件，防輻射部件具有位于氣體出口側(cè)的小孔和向著汽化器側(cè)擴(kuò)張的內(nèi)徑。
27.如權(quán)利要求26所述的薄膜，其特征在于，它是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
28.如權(quán)利要求26或27所述的薄膜，其特征在于，所述小孔的尺寸使得噴射氣流的速度是亞音速。
29.如權(quán)利要求26到28任一所述的薄膜，其特征在于，所述小孔的橫截面積比所述氣體通道的橫截面積小。
30.如權(quán)利要求26到29任一所述的薄膜，其特征在于，所述小孔的橫截面積是所述氣體通道的橫截面積的1/2或者更小。
31.如權(quán)利要求26到30任一所述的薄膜，其特征在于，所述小孔的橫截面積是所述氣體通道的橫截面積的1/3或者更小。
32.如權(quán)利要求26到31任一所述的薄膜，其特征在于，構(gòu)成所述小孔的材料是具有良好導(dǎo)熱性的材料。
33.如權(quán)利要求26到32任一所述的薄膜，其特征在于，所述小孔的長(zhǎng)度是所述小孔尺寸的五倍或者更長(zhǎng)。
34.如權(quán)利要求26到33任一所述的薄膜，其特征在于，所述小孔的長(zhǎng)度是所述小孔尺寸的十倍或者更長(zhǎng)。
35.如權(quán)利要求26到34任一所述的薄膜，其特征在于，安裝一個(gè)冷卻所述氣體通道的裝置。
36.如權(quán)利要求26到35任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有用于冷卻連接所述分散部和所述汽化部的連接部的冷卻裝置。
37.如權(quán)利要求26到36任一所述的薄膜，其特征在于，所述桿的表面是進(jìn)行電解拋光或者復(fù)合電解磨光的表面。
38.如權(quán)利要求26到37任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有冷卻所述氣體通道的裝置。
39.如權(quán)利要求26到38任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有用于冷卻連接所述分散部和所述汽化部的部分的冷卻裝置。
40.如權(quán)利要求26到39任一所述的薄膜，其特征在于，所述原料溶液是包括完全溶劑液體或尺寸為1到100nm的細(xì)小微粒的液體。
41.如權(quán)利要求26到40任一所述的薄膜，其特征在于，在所述原料溶液的容器底部安裝加熱裝置。
42.一種通過采用具有汽化器的沉積裝置形成的薄膜，所述汽化器包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中氧化氣體可以從氣體入口加到所述運(yùn)載氣體或者氧化氣體可以從主氧氣供給口引入。
42.如權(quán)利要求41所述的薄膜，其特征在于，它是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
43.如權(quán)利要求41或42所述的薄膜，其特征在于，能夠在所述汽化部緊接的附近引入第二運(yùn)載氣體和/或氧化氣體。
44.如權(quán)利要求41到43任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有用于冷卻連接所述分散部和所述汽化部的部分的冷卻裝置。
45.如權(quán)利要求41到44任一所述的薄膜，其特征在于，連接所述分散部和所述汽化部的部分形成一個(gè)錐形部分，其內(nèi)徑從分散部側(cè)向著汽化部側(cè)增大。
46.如權(quán)利要求41到45任一所述的薄膜，其特征在于所述分散部包括具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體、以及其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；并且所述桿被插入在所述圓柱形或圓錐形中空部分中。
47.如權(quán)利要求41到46任一所述的薄膜，其特征在于所述分散部包括具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體、以及其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；所述桿具有位于其外周上的一個(gè)或者多個(gè)凹槽；并且所述桿被插入在所述圓柱形或圓錐形中空部分中。
48.如權(quán)利要求47所述的薄膜，其特征在于，所述凹槽是直線凹槽。
49.如權(quán)利要求47所述的薄膜，其特征在于，所述凹槽是螺旋形凹槽。
50.如權(quán)利要求41到49任一所述的薄膜，其特征在于，在所述凹槽中流動(dòng)的氣體的流速是10m/sec或者更大。
51.如權(quán)利要求41到51任一所述的薄膜，其特征在于，在所述凹槽中流動(dòng)的氣體的流速是15m/sec或者更大。
52.如權(quán)利要求41到51任一所述的薄膜，其特征在于，所述原料溶液是完全溶劑液體或包括尺寸為1到100nm的細(xì)小微粒的液體。
53.如權(quán)利要求41到52任一所述的薄膜，其特征在于，在所述原料溶液的容器底部安裝加熱裝置。
54.如權(quán)利要求41到53任一所述的薄膜，其特征在于，所述氧化氣體是O2、N2O和NO2中的一種或多種。
55.一種通過采用具有汽化器的沉積裝置形成的薄膜，所述汽化器包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中具有小孔的防輻射部件安裝在所述氣體出口外側(cè)；并且運(yùn)載氣體和氧化氣體可以從所述氣體入口引入。
56.如權(quán)利要求55所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
57.如權(quán)利要求55或56所述的薄膜，其特征在于，能夠在所述汽化部緊接的附近引入第二運(yùn)載氣體和/或氧化氣體。
58.如權(quán)利要求55到57任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有用于冷卻連接所述分散部和所述汽化部的部分的冷卻裝置。
59.如權(quán)利要求55到58任一所述的薄膜，其特征在于，連接所述分散部和所述汽化部的部分形成一個(gè)錐形部分，其內(nèi)徑從分散部側(cè)向著汽化部側(cè)增大。
60.如權(quán)利要求55到59任一所述的薄膜，其特征在于所述分散部包括具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體、以及其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；并且所述桿被插入在所述圓柱形或圓錐形中空部分中。
61.如權(quán)利要求55到60任一所述的薄膜，其特征在于，所述原料溶液是完全溶劑液體或包括尺寸為1到100nm的細(xì)小微粒的液體。
62.如權(quán)利要求55到61任一所述的薄膜，其特征在于，在所述原料溶液的容器底部安裝加熱裝置。
63.如權(quán)利要求55到62任一所述的薄膜，其特征在于所述分散部包括具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體、以及其外徑基本上等于圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑的桿；所述桿具有位于其外周上的一個(gè)或者多個(gè)凹槽；并且所述桿被插入在所述圓柱形或圓錐形中空部分中。
64.如權(quán)利要求55所述的薄膜，其特征在于，所述凹槽是形成在所述圓柱形或圓錐形中空部分上的直線凹槽。
65.一種通過采用具有分散器的沉積裝置形成的薄膜，所述分散器包括用于供給原料溶液的多個(gè)通道；用于將從多個(gè)溶液通道供給的多種原料溶液混合的混合部；其一端與混合部連通并具有汽化部側(cè)的出口的供給通道；氣體通道，所述氣體通道布置成在供給通道中將運(yùn)載氣體或者運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來(lái)自混合部的混合原料溶液；以及冷卻供給通道的冷卻裝置。
66.如權(quán)利要求65所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
67.一種通過采用沉積裝置形成的薄膜，所述沉積裝置包括分散器，所述分散器具有用于供給原料溶液的多個(gè)溶液通道；用于將從多個(gè)溶液通道供給的多種原料溶液混合的混合部；其一端與混合部連通并具有汽化部側(cè)的出口的供給通道；氣體通道，所述氣體通道布置成在供給通道中將運(yùn)載氣體或者運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來(lái)自混合部的混合原料溶液；和冷卻供給通道的冷卻裝置；以及汽化器，所述汽化器具有位于氣體出口外側(cè)的具有小孔的防輻射部件；和主氧氣供給口，用于在分散噴射部件的直接鄰近處引入氧化氣體；以及所述汽化器還具有用于加熱和汽化從所述分散部送來(lái)的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部；其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述分散器的氣體出口連接的汽化管；和用于加熱汽化管的加熱裝置。
68.如權(quán)利要求67所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
69.如權(quán)利要求68所述的薄膜，其特征在于，還安裝有用于引入加熱的氧化氣體的第一氧氣供給口，氧化氣體的溫度在所述汽化部中被精確地控制。
70.如權(quán)利要求68或69所述的薄膜，其特征在于，將溫度被精確地控制的加熱氧化氣體的溫度控制到加熱管(汽化管)的溫度±30℃。
71.如權(quán)利要求68到70任一所述的薄膜，其特征在于，將溫度被精確地控制的氧化氣體的溫度控制到加熱管(汽化管)的溫度±10℃。
72.如權(quán)利要求68到71任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有一個(gè)加熱裝置，以使管壁溫度變得均勻。
73.如權(quán)利要求68到72任一所述的薄膜，其特征在于，設(shè)定或控制一個(gè)加熱器，使得汽化管上游的加熱卡路里比下游區(qū)域的加熱卡路里高。
74.如權(quán)利要求68到73任一所述的薄膜，其特征在于，具有將汽化管內(nèi)部的氣體溫度升高到預(yù)定溫度附近的必要長(zhǎng)度。
75.如權(quán)利要求68到74任一所述的薄膜，其特征在于，在運(yùn)載氣體氣體通道與原料溶液進(jìn)入方向之間的角度在30到90度。
76.如權(quán)利要求68到75任一所述的薄膜，其特征在于，所述沉積裝置是CVD裝置。
77.如權(quán)利要求68到75任一所述的薄膜，其特征在于，所述沉積裝置是MOCVD裝置。
78.如權(quán)利要求68到77任一所述的薄膜，其特征在于，具有一個(gè)加熱的噴頭，所述噴頭將加熱和汽化的反應(yīng)氣體均勻分散在大區(qū)域上。
79.如權(quán)利要求78所述的薄膜，其特征在于，安裝有通過采用加熱的高溫氣體(空氣、氬氣等)將所述噴頭均勻加熱到預(yù)定溫度的加熱裝置。
80.如權(quán)利要求16到79任一所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜是SBT薄膜。
81.如權(quán)利要求78到80任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有精確控制噴頭和接受器之間空間的溫度的機(jī)構(gòu)。
82.如權(quán)利要求78到80任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有將噴頭和接受器之間空間的距離控制到任一距離的機(jī)構(gòu)。
83.如權(quán)利要求16到82任一所述的薄膜，其特征在于，安裝有液體質(zhì)量流量控制器以控制原料溶液的流量，同時(shí)還安裝有脫氣裝置以在液體質(zhì)量流量控制器上游側(cè)排氣。
84.如權(quán)利要求83所述的薄膜，其特征在于，安裝有將原料溶液、氦氣壓縮供給容器、液體質(zhì)量流量控制器以及前后管道的溫度控制到預(yù)定溫度的裝置。
85.一種采用沉積方法沉積的薄膜，所述沉積方法包括汽化方法，所述汽化方法包括如下步驟將原料溶液引入氣體通道；通過將運(yùn)載氣體噴射到引入的原料溶液使原料溶液受到剪切作用/霧化，以獲得原料薄霧；以及將原料薄霧供給到汽化部以使它汽化；其中運(yùn)載氣體被制成包括氧氣。
86.如權(quán)利要求85所述的薄膜，其特征在于，所述運(yùn)載氣體的噴射速度是10到200m/s。
87.如權(quán)利要求85或86所述的薄膜，其特征在于，以0.005到2cc/min引入原料溶液。
88.如權(quán)利要求85到87任一所述的薄膜，其特征在于，使運(yùn)載氣體或原料氣體流動(dòng)，從而在原料溶液從其引入的部分下游形成螺旋形氣流和在螺旋形氣流上層相伴流動(dòng)的直行氣流。
89.如權(quán)利要求85到88任一所述的薄膜，其特征在于，在引入原料溶液的部分與所述汽化部之間冷卻原料氣體。
90.如權(quán)利要求85到89任一所述的薄膜，其特征在于，通過采用具有大熱容量的液體或氣體構(gòu)成的熱媒來(lái)均勻加熱汽化管的壁。
91.如權(quán)利要求85到90任一所述的薄膜，其特征在于，通過采用具有低氣體溶解度的氦氣強(qiáng)制進(jìn)給原料溶液。
92.如權(quán)利要求85到91任一所述的薄膜，其特征在于，在已經(jīng)脫去稍微溶解的氣體之后，通過采用液體質(zhì)量流量控制器等精確地控制原料溶液的流量。
93.如權(quán)利要求85到92任一所述的薄膜，其特征在于，將原料溶液、氦氣強(qiáng)制供給容器、液體質(zhì)量流量控制器以及前后管道的溫度控制到預(yù)定溫度。
94.如權(quán)利要求93所述的薄膜，其特征在于，當(dāng)SBT薄膜將形成時(shí)，將其溫度控制在5到20℃的范圍內(nèi)。
95.如權(quán)利要求93或94所述的薄膜，其特征在于，當(dāng)SBT薄膜將形成時(shí)，將其溫度控制在12±1℃的范圍內(nèi)。
96.如權(quán)利要求85到95任一所述的薄膜，其特征在于，將原料溶液、氦氣強(qiáng)制供給容器、液體質(zhì)量流量控制器以及前后管道的溫度控制到預(yù)定溫度。
97.如權(quán)利要求85到96任一所述的薄膜，其特征在于，當(dāng)反應(yīng)物氣體流入反應(yīng)室時(shí)，抑制流量變化；在反應(yīng)等待時(shí)間過程中，繼續(xù)使沉積氣體通過汽化器流到排出側(cè)。
98.如權(quán)利要求85到97任一所述的薄膜，其特征在于，當(dāng)反應(yīng)物氣體流入反應(yīng)室時(shí)，抑制壓力變化和流量變化；在反應(yīng)等待時(shí)間過程中，當(dāng)反應(yīng)物氣體繼續(xù)通過汽化器流到排出側(cè)時(shí)，控制汽化器壓力。
99.如權(quán)利要求85到98任一所述的薄膜，其特征在于，通過采用加熱的噴頭將加熱和汽化的反應(yīng)氣體均勻分散在大區(qū)域上。
100.如權(quán)利要求85到99任一所述的薄膜，其特征在于，通過采用加熱的高溫氣體(空氣、氬氣等)將所述噴頭均勻加熱到預(yù)定溫度。
101.如權(quán)利要求85到100任一所述的薄膜，其特征在于，將噴頭的溫度控制到180到250℃。
102.如權(quán)利要求85到101任一所述的薄膜，其特征在于，將噴頭的溫度控制到200到220℃。
103.如權(quán)利要求85到102任一所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜是電介質(zhì)薄膜、金屬薄膜、或者氧化物導(dǎo)電薄膜。
104.如權(quán)利要求85到103任一所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜是SBT薄膜。
105.一種電氣/電子裝置，其特征在于，具有如權(quán)利要求1到104任一所述的薄膜。
全文摘要
鐵電體薄膜的特征在于，具有包括氧(O)和至少碳、鍶(Sr)、鉍(Bi)、鉭(Ta)和鈮(Nb)的層狀晶體結(jié)構(gòu)，其組成式為SrBi
文檔編號(hào)H01L21/8246GK1488166SQ02803907
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2002年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月18日
發(fā)明者都田昌之, 矢元久良, 楠原昌樹, 梅田優(yōu), 深川滿, 樹, 良 申請(qǐng)人:株式會(huì)社渡邊商行, 都田昌之