微电子电极组合件的制作方法

本发明涉及具有衬底上布置的电极的微电子电极组合件，其中电极包括由第一电极材料所组成的薄电极层。具体实施方式这种类型的电极组合件是按照各种各样的配置从实践已知的。取决于预期功能性或用途，已开发具有不同性质的许多半导体组件，其能够包括各种材料或由各种材料来组成。通常，这里的电极应当具有最高可能的电导率、应当占用小的空间并且应当能够廉价和可靠地接合到另外的层或者微电子组件。为了使用这种类型的电极组合件来产生电容器或变抗器，电极层能够包括例如铂层(其上沉积由适当介电材料所组成的功能层)，其介电性质能够在操作期间被影响和修改。在这个功能层上，又布置另外的第二电极，其同样能够包括铂。这种类型的电容器能够使用常规生产方法廉价地产生。由于功能层的多晶结构，缺陷和晶粒边界(其对功能层的功能性具有不利影响)不可避免地在界面处并且在功能层的内部中形成。因此，功能层一般必须足够厚，以允许可靠机能并且因而允许电容器或变抗器的可靠操作。增加功能层的层厚度常常与上升的生产成本和较为不利的功能性质(例如切换时间和能量效率)关联。因此认为，本发明的一个目的是提供上述类型的电极组合件，其中具有有利性质的功能层能够布置在电极层(其由电极材料所组成)上，并且能够可靠地接合到电极层(其由电极材料所组成)。按照本发明，这个目的通过一种电极组合件来实现，该电极组合件具有：由第一电极材料所组成的电极层，其中电极材料在与含氧化合物相接触时氧化，并且包括具有钙钛矿或钙钛矿衍生晶体结构的固态晶格，并且其中电极包括背向衬底的功能表面(在该功能表面上能够布置另外的层)；以及具有由分隔层材料所组成的分隔层(其覆盖电极的功能表面)，其中分隔层阻止功能表面的区域中的电极材料的氧化，该氧化将修改电极的性质。调查已经显示，这种的电极材料对电极组合件具有特别有利的性质。电极材料呈现非常高的导电率和非常低的表面粗糙度。由于钙钛矿或钙钛矿衍生晶体晶格结构，同等晶体晶格结构的形成在其上布置的功能层中得到促进。有可能产生由第一电极材料和分隔层所组成的层以及使用常规外延方法布置在其上的功能层两者。优选地，在这种情况下，电极材料和分隔层材料以及相应层厚度按照如下方式预先确定：使得分隔层能够按照晶格匹配方式布置或沉积在电极层上，以使得分隔层的空间晶格结构通过电极层的空间晶格结构预先确定。由于当前识别为特别适合的电极材料在与含氧化合物相接触时非常迅速地氧化并且电极层的组成和性质将因而从外层开始修改，以使得电极的有利性质将受到不利影响并且其恰当机能将置于风险之中，所以提供分隔层，其覆盖电极的功能表面，并且通过其阻止功能表面的区域中的电极材料的氧化，该氧化将修改电极的性质。分隔层能够是非常薄的，仅具有数纳米的厚度。此外，分隔层能够包括适当晶体晶格结构，以允许布置在其上的功能层(其同样具有适当晶体晶格结构，并且其能够通过外延方法来产生)的形成。适当电极材料一般在与空气相接触时以及在与包括含氧化合物的其他材料或涂层相接触时立即氧化，并且因此在电极的功能表面已覆盖有分隔层之后，尚未完成电极组合件能够在无需任何特殊措施(例如真空)的情况下被储存和处理。这使得按照本发明产生电极组合件显著地更为简单，从而使明显成本节省能够实现。优选地提供有，电绝缘功能层布置在分隔层上，并且第二电极布置在电绝缘功能层上。这样，例如能够产生具有相应层构造的非常低的厚度以及具有用于其操作的非常有利的性质的电容器或变抗器。功能层能够实际上具有任何电或磁性质，以便允许不同性质和功能按照电极组合件的要求和预计用途来获得。此外，由于能够使单独层非常薄，所以对单独层仅需要少量相应材料，并且因此促进单独材料层和总体微电子部件或者微电子电极组合件的快速且廉价的生产。已经显示，按照本发明，如果电绝缘层具有可修改介电性质，则能够产生具有有利性质的变抗器。与已知和常规产生的变抗器形成对照，具有由特别适当介电材料所组成的非常薄的功能层的变抗器来采用按照本发明的电极组合件的配置是可能的。尤其是通过如下事实来促进功能层的生产和有利配置：分隔层具有分隔层固态晶格，并且功能层具有功能层固态晶格，其中分隔层固态晶格的晶格结构与功能层固态晶格的晶格结构匹配，使得功能层能够外延沉积在分隔层上。按照同样的方式，分隔层固态晶格能够与电极层(其由电极材料所组成)的晶格结构匹配，使得分隔层能够外延沉积在电极层上，并且分隔层的所产生晶格结构与电极层的晶格结构匹配，或者通过电极层的晶格结构预先确定。按照本发明概念的实施例，提供有第一电极材料是钙钛矿氧化物、钙钛矿氧氮化物或者钙钛矿基ruddlesden-popper结构。已经显示，这种类型的电极材料具有特别有利性质，并且尤其是甚至采用特别低的层厚度也具有高电导率。除了钙钛矿氧化物或氧氮化物之外，还能够使用具有钙钛矿基ruddlesden-popper结构的其他材料，通过其预先确定电极材料的同等有利性质。按照本发明的钙钛矿基ruddlesden-popper结构包括具有与具有氯化钠结构的层交替的钙钛矿结构的层的多层构造。优选地提供有，第一电极材料是具有经验式a1±xb1±yo3±z或a1+nbn(o1-ana)3n+1的化合物，其中a是元素ca、sr或ba其中之一或者这些元素的混合物，其中b是元素v、nb、ta、cr、mo或w其中之一或者这些元素的混合物，并且其中数值x、y、z和a每个能够取0与1之间的值，以及数值n能够取1与∞之间的值。按照本发明的具有ruddlesden-popper结构的电极材料能够包括具有经验式an+1bo3n+1的化合物，其中a能够是以上表示为a的元素其中之一，并且b能够是以上表示为b的元素其中之一，以及其中下标n还表示ruddlesden-popper结构中的钙钛矿层的数量。这种类型的电极材料(其不是钙钛矿氧化物或者氧氮化物，而是仅具有钙钛矿基ruddlesden-popper结构)同样能够用来产生按照本发明的电极组合件，并且在给定适当材料选择的情况下具有同等有利性质。特别优选地提供有，第一电极材料包括化合物srmoo3、srmoo3-anabamoo3、srvo3、srnbo3或sr2moo4其中之一。上述电极材料不仅具有供用作衬底上的电极的良好性质，而且还促进由有利介电材料所组成并且具有有利性质的功能层的形成和粘合。按照本发明概念的有利实施例，提供有电极材料具有小于100µωm并且优选地小于30µωm的电阻率。电导体材料一般被认为是电阻率小于1000µωm的材料。相比之下，按照本发明的优选电极材料具有显著更低的电阻率。具有这种低电阻率的电极材料准许电极材料的高电导率以及电极组合件到另外的电组件(例如电极的电源)的有利电连接。按照本发明，提供有分隔层是钙钛矿氧化物，并且包括具有经验式a1±xb1±yo3±z的化合物，其中a是元素ca、sr或ba其中之一或者这些元素的混合物并且b是元素ti、zr或hf其中之一或者这些元素的混合物，或者其中a是元素la、pr、dy、tb、sm、nd或gd其中之一或者这些元素的混合物并且b是元素sc或y其中之一或者这些元素的混合物，以及其中数值x、y和z每个能够取0与1之间的值。按照本发明概念的特别有利实施例，提供有分隔层包括化合物srtio3、srzro3、dysco3、gdsco3或srhfo3其中之一。已经显示，通过使用这种类型的化合物，具有数纳米的非常低的层厚度的分隔层能够足以阻止由第一电极材料所组成的层与来自环境或者来自其上布置的功能层的氧或者氧化合物的不合需要反应。因此，例如，由srtio3所组成的、具有仅为五个或者大约五个晶体晶格单位或者数纳米的厚度的分隔层足以保护第一电极材料。同时，分隔层具有晶体晶格结构，其与第一电极材料的晶体晶格结构以及适当功能层的晶体晶格结构两者匹配，并且促进或允许第一电极材料和功能材料的有利组合。使用金属氧化物以及具体来说是具有钼的金属氧化物来产生衬底上的第一电极导致特别有利的性质。因此，例如，作为衬底材料的具有氧化态6的钼的金属氧化物能够与作为第一电极材料的具有氧化态4的钼的金属氧化物相组合。衬底材料具有非常高的电绝缘效果，而第一电极材料具有非常高的电导率。晶体晶格结构相互匹配。对于按照本发明的电极组合件作为电容器或变抗器的使用，使功能层作为具有经验式baxsr1-xti1±yo3±z(例如ba0.5sr0.5tio3)的化合物是特别有利的，其中数值x、y和z每个能够取0与1之间的值。如果电极材料的功函数和/或分隔层材料的电子亲和力相对于功能层的功能材料的电子亲和力显示尽可能大的差(特别是大于1ev的差)，则按照本发明的电极组合件与另外的电组件联合并且作为功能电元件能够具有特别有利的性质。由于电极与功能层之间的按照本发明的电位差，在小电压降或者具体来说是电场的情况下，能够创建电子势垒，从而促进对应低泄漏电流。从电极到功能层的过渡区域中的尽可能大的(例如0.5ev或1ev的)差引起带电粒子的耗尽区的创建，其能够在按照本发明的电极组合件用于电部件中时促成不合需要的泄漏电流的减小。如果电极材料的功函数相对于功能材料的电子亲和力已经显示充分大的差，则选择作为分隔层材料的材料能够是具有与功能材料的电子亲和力至少大致对应的电子亲和力的材料，以便支持有效电子势垒。但是，如果电极材料的功函数大致对应于功能材料的电子亲和力，并且因此最初将没有获得有效电子势垒，则具有与电极材料的功函数以及与功能材料的电子亲和力显著不同的电子亲和力的适当分隔层材料的选择能够引起电子势垒的创建，例如以便减小泄漏电流。按照本发明，提供有电极组合件形成变抗器。使用上述材料，有可能产生具有特别有利性质(例如诸如总体电极组合件的以及单独层、并且具体来说是功能层的低厚度)的变抗器。变抗器能够使用低控制电压来操作(其中仅具有在操作期间发生的低电损耗)，并且能够非常有效地操作变抗器。还有可能使用薄铁电层作为功能层，以便形成铁电存储器单元。此外，按照本发明的电极组合件作为场效应晶体管的使用表示被认为是有利的本发明的另一种可能利用。下面将更详细描述本发明概念的示范实施例(其在图中作为举例示出)。单个图示出按照本发明的电极组合件1。在由gdsco3所组成的衬底2的表面上，布置第一电极3。第一电极3包括第一电极材料srmoo3的层(其具有钙钛矿晶体晶格结构)。第一电极3具有背向衬底2的非常低的表面粗糙度的功能表面4。在第一电极3的功能表面4上，沉积由srtio3所组成的仅数纳米厚的分隔层5。分隔层5阻止功能表面4的区域中的第一电极3的第一电极材料的氧化。在第一电极3的功能表面4(其由分隔层5所覆盖)上，布置由ba0.5sr0.5tio3所组成的功能层6。功能层6相应地包括介电材料，其介电性质能够通过施加适当控制电压按照定标方式来影响和修改。在功能层6上，布置由适当金属(例如银、金或铂)所组成的第二电极7。使用示范实施例中作为举例所图示的电极组合件1，形成具有特别有利性质的变抗器。第一电极3、分隔层5和功能层6的单独层能够使用适当外延方法来产生，使得单独层每个具有有序晶体晶格结构。单独层的上述材料包含在化学势(电负性)方面具有甚至对非常低的层厚度也使热动态势的分隔能够实现的性质的元素。另外，这些材料在结构上非常相似或者具有实际上相同的晶体结构，并且因而允许单独层进行一层在另一层之上地外延高纹理沉积。因此，通过外延或者通过层的高度纹理化和主要相同定向的晶粒排列，采用材料的适当选择和组合、合适合成条件并且采用分隔层的充分低厚度，功能单元(第一电极3、分隔层5和功能层6)仅给出有利性质连同第一电极层3和功能层6的无限制功能性。以上描述的示范实施例中所述的材料仅表示适当电极材料和功能材料的示范示例。具有第一电极3的第一电极材料srmoo3、具有由ba0.5sr0.5tio3所组成的功能层6并且具有用于结合的任何金属电极的这种类型的层构造给出可调谐板电容器，其电容能够使用静态偏置电压或控制电压预先确定。使用这个电极材料的优点来自以下事实：它允许功能层6外延增长，这使得有可能实现非常薄的功能层，并且因此有利地实现低控制电压、结构的取向，并且因此实现控制的有利促进和功能层中的低缺陷密度，以及因此实现低泄漏电流。相比之下，常规变抗器具有较为不利的性质，因为功能层采取多晶形式。分隔层5在这里具有关键重要性。在没有适当分隔层的情况下将相同材料用于第一电极3和功能层6所产生的变抗器变抗器将没有任何显著变抗器性质，而是将按照不良导通或绝缘方式运转。采用由例如srtio3所组成的分隔层5，能够产生具有有利性质的按照本发明的变抗器。与相邻层匹配的分隔层5的沉积条件使电极材料和功能材料能够在空间和功能上分隔，使得两种材料各自保留其相应性质。对于能够作为变抗器(变抗器1)所配置和操作的图中作为举例所图示的电极组合件，多个相关性质被测量，其在下面与来自paratekmicrowave,inc.的市场上可买到的“parascan™”stptic变抗器的数据表的数据进行比较：parascan™变抗器1电容1.20pf5pf处于20v的泄漏电流100na<100na调谐范围处于100khz的2v至20v3.5/15/1处于900mhz的质量因数6580处于1800mhz的质量因数4550已经显示，与具有常规构造(其中金属电极与多晶介电材料相组合)的同等变抗器相比，按照本发明所配置的变抗器1在每种情况下对预计用途具有更好性质。按照本发明的变抗器的有利性质通过具有功能层6的外延增长介电材料的氧化下电极3显著促进。这样，与常规变抗器相比，能够获得实质上更薄的功能层6，其电容能够通过将电压施加到两个电极3和7来控制。另外的第二示范实施例实质上对应于以上描述的示范实施例。在电极材料srmoo3的功函数与用于功能层6的功能材料ba0.5sr0.5tio3的电子亲和力之间，存在大约0.2-0.6ev的电子势垒。在第二示范实施例中，化合物srzro3代替分隔层材料srtio3被用于分隔层5。srzro3具有比功能材料ba0.5sr0.5tio3显著更高的电子亲和力，使得电极3与功能层6之间的电子势垒通过分隔层材料srzro3的有利选择来促进和增强。已经显示，相对这个背景，具有经验式srxo3的化合物的使用是有利的，其中x用来指代从元素ti、zr或hf其中的任何选择或这些元素的混合物。第三示范实施例涉及变抗器1，该变抗器1具有由电极材料srmoo3所组成的电极3，具有由分隔层材料srtio3所组成的分隔层5并且具有由功能材料ba0.5sr0.5tio3所组成的功能层6。通过使用外延生产方法，电极3、分隔层5和功能层6的晶格结构相互匹配。因此，小于100nm厚并且因而非常薄的功能层6能够沉积在分隔层5上，这仍然使预期功能性能够实现。在按照第三示范实施例以实验方式产生的变抗器1中，通过小于3.5v的最大控制电压，实现了大于3/1的调谐性，使得用于第一示范实施例的上表中所给出的调谐范围不是根据3/1的调谐性而是具体相对小于3.5v的控制电压(其是为此目的所需的，而不是20v)来修改，并且对许多应用得到改进。因此，电子数据处理设备的许多组件能够提供有3.5v与5v之间的工作电压，使得按照第三示范实施例的变抗器1能够用作移动电子装置(例如诸如智能电话或智能手表)中的可调谐部件，而无需对移动电子装置中使用的工作电压寄予高费用独立需求。当前第1页12