专利名称：溅射沉积薄膜的均匀固溶体合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及溅射部件，例如物理气相沉积靶；以及制造溅射部件的方法。本发明还涉及溅射沉积薄膜。
背景技术：
物理气相沉积方法通常用于形成材料薄膜。图1显示了示例性物理气相沉积装置10的一部分的示意图。装置10包括具有结合其上的溅射靶14的支承板12。半导体材料晶片16设在装置10中并设置成与靶14间隔开。靶14的表面15是溅射面。在操作中，溅射材料18离开靶14的表面15，并在晶片16上形成涂层(或薄膜)17。
在图2和3分别以侧剖视图和顶视图显示了图1的支承板/靶组件。支承板12和靶14在界面连接在一起。该界面可包括支承板和靶之间的扩散结合，或者钎焊结合。
图1-3所示的支承板/靶组件是示例性的结构，应当理解，下文介绍的本发明可用于除图1-3所示外的其它靶组件中。例如，本发明可用于单件式的靶组件中(其中单件式是指由单件材料加工或制造而成的靶，未与支承板结合)。还应当理解，物理气相沉积过程，溅射可从除了靶以外的其它部件的表面产生(例如线圈)。为了阐明本说明书和后附权利要求，用语″溅射部件″是指在物理气相沉积过程期间从其表面溅射材料的任何部件。
在电子器件的制造过程中、例如在与半导体结构有关的集成电路的制造过程中，常采用金属作为溅射靶材料。金属在特定应用中采取合金的形式。金属例如可用于形成微电子器件中的触点和互连件，以及用于形成抗反射涂层、刻蚀阻挡层、铜扩散的隔离层、金属门电极等等。
金属材料的溅射沉积过程采用合金代替纯元素具有许多优点。例如，合金化元素可减少沉积导电膜过程中的电迁移效应(示例性合金是Al-Cux)。合金可提供靶材料的物理和机械强度(示例性合金是Ti-Zrx)。合金可在微电子电路中形成钝化层(示例性合金是Cu-Alx)。合金可降低靶材料的磁效应(示例性合金是Ni-Vx)。合金允许采用金属的特定电性能以便用作晶体管器件的门电极，例如，互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件的门电极。另外，合金可通过保持晶粒尺寸较小来减少飞弧。出于说明目的，用来表示成分的下标(即x，y和z)大于零，但并不限于特定值，除非具体示出。
常用的合金化技术在形成合适的溅射靶结构方面取得了一些成功。然而，会在溅射靶材料中形成次生相或沉淀，其限制了材料用于各种应用的适用性，或者抑制了用溅射靶材料实现所需要的性能。另外，主要的靶组成材料与次生相之间的不同侵蚀速率可在靶的溅射面上形成锐利的边界或突出的沉淀，导致飞弧和/或导致在形成于半导体晶片上的溅射沉积薄膜产生不合要求的缺陷。
发明内容
本发明涉及元素金属的单相固溶体合金的形成和使用。该合金可用于溅射靶和其它溅射部件。在特定方面，合金元素可在合金元素的整个成分范围内形成完全系列的固溶体。在其它应用中，合金元素可在元素的各种成分的较宽范围内形成系列固溶体，溅射部件或其它结构由合适的合金成分形成，使得该结构的形成和使用期间存在合金元素之间的固溶体。根据本发明形成的溅射部件优选只具有单相，因此在部件中未形成次级有序结构或其它次生相结构。次级有序结构通常不会在固态点与室温之间的温度下存在于本发明的溅射部件中。尤其希望从本发明的溅射部件中彻底消除沉淀相。
本发明的单相合金与多相合金相比具有改进的性能。例如，本发明的固溶体合金中的固溶强化可提高合金的机械性能。本发明的单相合金可形成高强度的溅射靶，其与具有次生相的溅射靶相比更能抑制回复和晶粒长大。另外，包括单相合金的溅射材料可具有连续范围的物理和机械性能，这是通过使组成元素比例在形成固溶体成分的整个范围内分级来实现的。
这种材料的一个示例性应用是允许集成电路器件的晶体管门电路具有一定范围的功函数。消除靶溅射面上的次生相可减少，以及在特定情况下消除，溅射操作中沿着溅射面随机的或过早的飞弧。在本发明的靶材料(或其它溅射部件)中采用单相合金还可降低靶材料(或其它溅射部件)的扩散特性，以及降低来自靶材料(或其它溅射部件)的溅射沉积薄膜的扩散特性。
本发明的一个示例性溅射部件由单相组成，其对应于两种或多种元素形式的元素的固溶体。指出这些元素为元素形式以表明这些元素未包含在化合物中。例如，如果镍说明具有元素形式，这表明镍不是以镍化合物的形式存在(示例性的镍化合物包括镍硅化物和镍铝化物)。
在一个方面中，本发明涉及形成单相固溶体混合金属材料的方法。固溶体可包括基本元素和一种或多种添加元素，或者可具有两种或多种具等量原子的元素。为了说明本发明公开和以下的权利要求，具有作为材料中主要元素的第一元素M的材料可称为具有基本元素。换句话说，M基材料具有主要元素M。″主要元素″定义为比材料中任何其它元素的浓度都要高的元素。主要元素可以是材料中占支配多数的元素，但也可以少于材料的50％。例如，第一元素M可以是材料的主要元素，其中元素M仅占30％，只要材料中所含的其它元素的浓度未大于或等于30％。
存在于固溶体材料中的第一元素M还可以在原子数量上等于或小于一种或多种添加元素Q。在本文中，Q可代表二元成分中的单一元素，或者在另外的成分中可以是固溶体内的两种或多种元素的组合。因此MQ可以是二元合金，或者可以是三元的或更多元的合金。
在形成固溶体混合金属锭的示例性工艺中，这种锭可通过将第一金属卤化物(M-卤化物)和至少一种其它金属卤化物(Q-卤化物)的混合物与还原剂发生化合以产生混合金属产物来形成。该混合金属产物然后熔化形成熔化的混合金属(M-Q)材料。熔化的混合金属材料冷却形成包含M-Q固溶体的混合金属锭。该锭包括钛和至少一种其它金属。该锭具有纯M和至少99.95％的至少一个其它金属Q。
在另一方面中，本发明涉及电解形成混合金属固溶体材料的方法。第一元素M和至少一种其它金属Q的混合物电沉积成为混合金属(M-Q)产物。该混合金属产物熔化形成熔化的混合金属材料。该熔化的混合金属材料可冷却形成单相固溶体混合金属锭。该锭包括M和至少一种其它金属Q。该锭可具有纯净M和至少一个其它的至少为99.95％的金属Q。
在另一方面中，本发明涉及形成单相固溶体混合金属材料的碘化物转移法。包含第一元素M的混合物设置到带有碘气和加热衬底的反应装置中。M与碘气反应形成碘化物，其随后转移至加热衬底。衬底的热量分解碘化物并形成包含M的混合金属产物。该混合金属产物可熔化形成熔化的混合金属(M-Q)材料，其随后冷却成固溶体混合金属锭。
下面参考附图来介绍本发明的优选实施例。
图1是现有技术的物理气相沉积装置一部分的示意图；图2显示了图1所示的现有技术的靶/支承板结构的示意性侧剖视图，该结构对应于可从Honeywell International Inc.公司得到的ENDURATM装置的结构；图3是图2所示现有技术的靶/支承板结构的顶视图；图4是显示了本发明的方法的流程图；
图5是显示了本发明的示例性还原工艺的流程图；图6是本发明的电解工艺使用的装置的示意性剖视图；图7是本发明的碘化物工艺的示意性剖视图；图8是本发明的熔化和锭成形工艺的框图。
具体实施例方式
本发明包括溅射部件(例如溅射靶)，其包含、基本上包括或包括两种或多种元素形式的元素的固溶体。在特定方面中，溅射部件所用的元素可全部属于元素周期表的同一族。然而应当理解，本发明的其他方面还涉及从周期表的不同族中选出的至少一部分元素。本说明所用的所有元素族数字标号采用国际理论化学和应用化学联合会(IUPAC)的当前版本下的数字系统(1-18)。
溅射部件基本上或完全地由单相构成是有利的，至少因为(1)导致部件的机械强度提高；(2)在溅射期间减轻、甚至消除，部件表面的过早飞弧；和(3)减少与部件内的和部件的溅射沉积薄膜的扩散有关的问题。
在特定方面，溅射部件的表面的至少99原子％是单相的(例如图1所示溅射靶14的表面15)。单相对应于两种或多种元素形式的元素的固溶体。在另一方面，至少99.9％的溅射面由单相组成；优选整个溅射面由单相组成。一般来说，溅射部件在部件整个体积具有单一成分，因此，溅射部件的整个体积的99原子％可以是单相，在特定方面，99.9％为单相，在另一方面，溅射部件的整个体积可以由单相组成。换一种方式，溅射部件(例如图1的靶14)可以具有总质量，总质量可理解为溅射部件的全部。希望总质量的至少99原子％是上述的单相，在其它方面，希望至少99.9％的总质量是单相，在另外的方面，希望总质量只包括单相。
应当理解，由少于100％的单相组成的溅射部件的应用中，有少量的次级材料包含于靶中。这种次级材料可以几个百万分比浓度来提供，以改进靶的或者靶的溅射沉积薄膜的特定性能。例如，低浓度的材料可作为掺杂剂包含在物理气相沉积靶中，其最终用于调节溅射沉积薄膜的各种物理性能(示例性的物理性能包括薄膜相对特定材料扩散的隔离性能，以及薄膜的电性能)。
溅射部件的单相结合的元素可以是金属元素，并可选自周期表的1族，在特定方面只可从周期表的1族中选出。例如，元素可包括Cs和Rb。
在其它方面，溅射部件的单相中的元素包括选自周期表的11族的至少两种元素，在特定的方面，元素只选自周期表的11族。例如，元素M和Q可包括Ag和Cu。
或者，溅射部件中的单相可包括周期表的族4的两种或多种元素，在特定的方面，可包括只选自周期表的族4的元素。例如，溅射部件可包括Zr和Hf。应当注意，钛排除于本发明的特定溅射部件之外。还应当注意，钛可包含在一些溅射部件、合金和薄膜中；特别是在部件的成分、合金或薄膜包括三种或多种元素的情况下。
溅射部件的单相中的两种或多种元素M和Q可包括选自周期表5族的至少两种元素，在特定的方面，元素只选自周期表的5族。例如，元素M和Q可选自Ta、Nb和V。
溅射部件的单相中的两种或多种元素可包括选自周期表的6族的至少两种元素，在特定的方面，元素只选自周期表的6族。因此，元素M和Q可选自Cr、Mo和W。
在其它方面中，溅射部件的单相中的两种或多种元素可包括选自周期表的8、9和10族的至少两种元素，在特定的方面，元素只选自周期表的8、9和10族。(注意到，8、9和10族对应于前IUPAC规范下的单个VIIIB族)。因此，溅射部件所用的固溶体可选自Fe/Os，Fe/Ru，Co/Ir，Co/Rh，Ir/Rh，Ni/Pd，Ni/Pt，Co/Ni和Pd/Pt(固溶体采用固溶体成分介绍，该只列出成分的方法没有特定的化学定量关系的表示)。当然，所介绍的固溶体只是可由8、9和10族的两种或多种元素形成的全部固溶体的一小部分。即使所述各固溶体只包含两种元素，也可以理解，溅射部件所用的固溶体还可包含3种或多种元素。
如上所述，本发明的溅射部件包括周期表的不同族的元素的混合物。例如，本发明的溅射部件的单相固溶体可包括Cu/Ni，Ta/Mo，Ta/W或Cr/Fe。
以上列出的部分成分在元素M和Q的所述混合物的所有可能范围内都具有固相，而其它成分只在元素M和Q的所述混合物的一些范围内具有固相。例如，Co/Ni成分在相图的部分范围是单相，类似地，Ni/Pd，Ni/Pt，Cu/Ni和Cr/Fe在相图的部分范围是固溶体。出于本发明的目的，溅射部件的元素的相对浓度最好选择成，可使元素在部件形成过程中在部件内形成单相固溶体，并在部件操作过程中保持单相。可能希望单相也存在于部件的溅射沉积薄膜中。
在一个示例性方面，本发明包括溅射部件，其包括溅射面。溅射面的至少99原子％是单相，其对应于两种或多种元素形式的元素的固溶体。固溶体含有第一元素M和一种或多种添加元素Q。在特定情况下，M和Q包括的至少一种元素选自同一族的元素，或选自族组8，9和10。在Q为2种或多种元素的情况下，Q包括的所有元素可来自同一族或族组8，9和10。或者，Q可包括来自不同族的元素。
在某些情况下，溅射面的至少99.9原子％可由单相组成，在某些方面，整个溅射面由单相组成。
溅射部件可以是物理气相沉积靶的形式。物理气相沉积靶可具有总体积，总体积的至少99原子％可由单相组成，至少99.9原子％的总体积可由单相组成，或者整个总体积由单相组成。
本发明包括单相固溶体溅射部件的溅射沉积薄膜。沉积薄膜还可包括单相固溶体，并可在某些情况下中包含与原始部件相同百分比的固溶体材料。
溅射部件的两种或多种元素可包括选自周期表1族的至少两种元素，并可只包括从周期表1族选出的元素。两种或多种元素可包括Cs和Rb。本发明可包括溅射部件的溅射沉积薄膜，溅射部件包括选自周期表1族的至少两种元素。
溅射部件的两种或多种元素可包括选自周期表11族的至少两种元素，并可只包括从周期表11族选出的元素。两种或多种元素可包括Ag和Cu。本发明可包括来自溅射部件的溅射沉积薄膜，溅射部件包括选自周期表的11族的至少两种元素。
溅射部件的两种或多种元素可包括选自周期表4族的至少两种元素，并可只包括从周期表4族选出的元素。两种或多种元素可包括Zr和Hf。本发明可包括来自溅射部件的溅射沉积薄膜，溅射部件包括选自周期表4族的至少两种元素。
溅射部件的两种或多种元素可包括选自周期表5族的至少两种元素，并可只包括从周期表5族选出的元素。两种或多种元素可包括选自Ta，Nb和V的元素。本发明可包括来自溅射部件的溅射沉积薄膜，溅射部件包括选自周期表5族的至少两种元素。
溅射部件的两种或多种元素可包括选自周期表6族的至少两种元素，并可只包括从周期表6族选出的元素。本发明可包括来自溅射部件的溅射沉积薄膜，溅射部件包括选自周期表6族的至少两种元素。
溅射部件的两种或多种元素可包括选自周期表8，9和10族的至少两种元素，并可只包括从周期表的8，9和10族选出的元素。两种或多种元素可选自Fe/Os，Fe/Ru，Co/Ir，Co/Rh，Ir/Rh，Ni/Pd，Ni/Pt，Co/Ni和Pd/Pt。本发明可包括来自溅射部件的溅射沉积薄膜，溅射部件包括选自周期表的8，9和10族的至少两种元素。
作为其它示例，溅射部件可包括、基本包括固溶体，或由固溶体组成，固溶体选自Cu/Ni，Ta/Mo，Ta/W和Cr/Fe。薄膜可由包括、基本包括Cu/Ni，Ta/Mo，Ta/W或Cr/Fe的靶来形成。
本发明包括形成混合金属材料的方法，在特定应用中涉及形成上述金属固溶体混合物的锭的新方法。在特定实施例中，包含M和Q的混合金属原料由还原工艺、电解工艺或碘化物法中的一种或多种形成，这种原料随后熔化形成均匀的熔融金属混合物。熔融混合物随后冷却，形成包含M和Q固溶体的混合金属锭。锭随后形成固溶体混合金属成分合乎要求的材料。例如，锭可用来形成溅射靶。注意到，各种还原工艺、电解工艺或碘化物法在美国专利No.6063254和6024847；和美国专利申请No.08/994733已经介绍过。美国No.6063254、6024847和美国专利申请No.08/994733均参考引用于本文中。
在特定的应用中，锭中的混合金属可以是M基材料(即第一元素M是混合金属中的主要元素)，在其它应用中，混合金属的大部分不是单一元素。金属混合物可以是上述二元成分或者更多元成分，元素比例最好是位于适于形成固溶体的范围内。包含等量原子的2种或多种元素的M基混合物或混合物最终可用来形成溅射靶。
本发明的固溶体溅射靶的示例性用途是在半导体衬底上溅射沉积薄膜。在特定例子中，沉积薄膜可包括固溶体，可基本上由固溶体组成，或由固溶体组成。薄膜可用作阻挡层，阻挡金属从含金属的部件迁移至半导体衬底的其它有关部件。具体地，薄膜可设在含金属的部件与半导体衬底的其它部件之间，可用于阻挡金属从含金属的部件迁移至半导体衬底的其它有关部件。
为了帮助解释后后面的权利要求，用语″半导体衬底″和“半导体基体”定义为表示包括半导体材料的任何结构，这些半导体材料包括但不限于，块状半导体材料如半导体晶片(单件或包括其它材料的组件)，和半导体材料层(单件或包括其它材料的组件形式)。用语″衬底″是指任何支撑结构，包括但不限于上述半导体结构。示例性半导体材料是硅，例如单晶硅。
特别有用的阻挡层是包括、基本上包括如TixHfyNz或TaxVyNz的层，这类层可由包括、基本上包括TixHfy和/或TaxVy(其中x，y和z并不限于任何特定值)的溅射靶形成。
可由本发明的单相固溶体靶形成的其它有用层或薄膜可包括ZrxHfyNz和/或TaxMoyNz的阻挡层(其中x，y和z并不限于任何特定的值，并且各自大于零)。这种层可由包括、基本上包括ZrxHfy和TaxMoy的溅射靶形成。本发明的包含上述成分的单相固溶体靶还可用来形成导电层和绝缘保护层(例如氮化物层)。具有特定功函数的门电路材料可通过改变本发明的单相靶中的M和Q的比例(和/或Q包含的元素的比例)来形成。这种组成元素之比的调节技术还可用来设计靶，以实现沉积薄膜或层所需的物理、机械和/或热性能，包括电阻率、机械强度和热膨胀系数。
本发明的方法显示于图4的流程图中。在起始步骤20，提供金属元素的混合物。混合物一般包括第一金属M和一种或多种添加元素Q，在特定实施例中可排除钛和锆。在混合物步骤20中元素可以是元素形式，或者以分子成分的形式提供。例如，M可以元素M或M卤化物(即MClx)的形式提供。
为还原工艺22、电解工艺24或碘化物法26中的一种或多种提供混合步骤20。在图4的示意图中，还原工艺22显示出通过虚线箭头连接至电解工艺24，电解工艺24又显示出通过虚线箭头连接至碘化物法26。虚线箭头显示工艺22，24和26可选择性地相互顺序地连接。例如，来自步骤20的材料可提供至还原工艺22，随后顺序地从还原工艺22提供至电解工艺24，并顺序地从电解工艺24提供至碘化物法26。
或者，步骤20的材料可提供至还原工艺22，然后不经过电解工艺24或碘化物法26的处理。另外，尽管工艺22，24和26之间的箭头显示为在特定方向上前进，然而应当理解，通过虚线箭头连接的工艺可与所示反向地连接。例如，来自电解工艺24的材料可提供至还原工艺22，而非图中所示的从还原工艺22流动至电解工艺24。然而，所示流动是优选的流向，因为电解工艺通常用来在还原工艺之后进一步提纯材料，碘化物法被视为可在电解工艺24或还原工艺22所实现的提纯以外进行另外提纯的工艺。
在材料经过工艺22，24和26中一个或多个之后，材料被视为产物。该产物接受步骤28的处理，该步骤包括熔化产物，并随后冷却熔融材料以形成锭。锭可具有所含元素的混合物，这种混合物反映了步骤20的成分中的金属元素的原始混合物的至少一部分。但是，步骤28的锭形成的最终成分具有与步骤20的混合物不同的化学计量关系，相比一种金属材料，工艺22，24和26的动力学和/或热力学对另一种金属材料更有利，。
所述步骤22，24，26和28的工艺在图5-8进行更详细地介绍。首先参见图5，步骤22的还原工艺进一步显示。所示工艺形成了包括或基本上包括MQ合金的混合金属材料。首先，混合MClx和QClx和还原剂(例如钠或镁金属)。所产生的放热反应形成了M和Q的合金。合金内的M和Q的相对比例与所用MClx和QClx之比大致成比例。因此，M基二元合金可通过使用更高比例的MClx和QClx来形成，包括两种以上元素的M基合金的形成可通过使MClx相对Q包括的任何一种元素的氯化物有更高的百分比。尽管通过金属氯化物作为还原剂的实施例介绍了本发明，然而可以理解，除了金属氯化物，其它的金属卤化物也可使用。
用于图5所示还原工艺中的还原剂通常采取气态或液态形式。例如，还原剂可包括熔化的钠，QClx和MClx可以是气态形式。因此，发生在还原工艺的反应可概括成下面的反应(1)和(2)，其中S是固相；l是液相，g是气相。
(1)(2)M(s)和Q(s)可形成混合金属海绵体。这种海绵体随后可熔化并冷却形成锭，或者可用作图4的电解工艺24或碘化物法26的原料。
如果所形成的合金是M基合金，则图4的工艺所产生的材料中的总体Q金属含量可以是任意值，只要Q包括的一种元素不等于或未超过M的含量。在特定方面，Q的含量处于0.001％至50％的范围，例如0.001％至10％的范围。在特定的实施例中，材料中总体Q金属含量可以为至少0.01％，在其它实施例中可以至少0.1％，在其它实施例中可以至少1％，在其它实施例中可以至少2％。混合金属材料中Q的量提供到具有足够浓度，使得Q在提纯至5N5的材料中以大于5ppm的浓度存在，在提纯至4N5的材料中以大于50ppm的浓度存在，在提纯至3N5的材料中以大于500ppm的浓度存在，或者在提纯至3N的材料中以大于千分之一的浓度存在。
如果在图4所示的步骤28中混合金属材料随后被熔化并用来形成锭，并且在还原工艺和熔化工艺之间未出现中间工艺的情况下进行熔化，则已形成的锭中Q的相对比例与图5的还原工艺所形成的混合金属产物中的相对比例相同。
如果形成的合金不是M基合金，则Q所包含的至少一种添加元素与M在原子数量上相等。Q所包含的添加元素可以在原子数目上小于或等于M存在于合金中。
在特定实施例中，图5的还原工艺可形成包括M和Q的合金，如图所示。在这种工艺中，材料可以为M基，其中除了M以外仅有的其它金属是Q所包含的元素。
接下来参见图6，更详细地介绍了图4的电解工艺24。具体地，图6显示了可用于本发明的电解过程的装置50。装置50包括熔炉52。阳极54和阴极56设在熔炉52中。金属原料58设在阳极54上。金属原料58可包括M和一种或多种添加金属Q。在特定的实施例中，金属原料可包括选自单个周期表的1，4，5，6或11族的两种或多种元素。在可选实施例中，金属原料可包括选自周期表的8，9和10族组的两种或多种元素中。在其它实施例中，金属原料可包括选自周期表的不同族的一种或多种元素。示例性原料包含来自不同族的金属，包括由组合Cu/Ni，Ta/Mo，Ta/W或Cr/Fe中的一种所构成的原料。
电解质60设在阳极和阴极之间。电解质可包括盐，如氯化钠或氯化镁，其因熔炉52保持的温度而处于熔融的状态。
操作中，阳极54和阴极56之间加上电压，电解的金属从混合物58转移至阴极56，在阴极56形成混合金属产物62。尽管介绍混合物58设置在阳极54上，然而应当理解，阳极54可认为是与混合物58电连接，并且可认为混合物58在电解转移反应中可有效地作为″阳极″。混合金属产物62的成分可以由施加给装置50的电压部分地确定。因此，装置50可用来相对设在阳极54的材料58来提纯混合金属产物。
本发明的一个方面是在阴极56形成混合金属产物。例如，如果主要元素是M，则阴极56的材料将优选包括M以外的至少0.001％的其它元素。设在阴极56的元素的数量和类型可通过装置50所用的电压和初始材料58来确定。具体地，如果采用了M2+/M转换的还原电位的±0.7伏电压限度，与采用了M2+/M转换的还原电位的±0.5伏电压限度相比，产物62可结合更多数量的元素。主要元素的还原电位的电压限度优选不超过±0.7伏，以避免添加过多的杂质至产物62。
接下来参见图7，图中示意性地显示了用于图4的步骤26的碘化物法。具体地，图7显示了包括反应室102的装置100。原料106在反应室102中，加热衬底104延伸到反应室102中。原料106包括至少2种不同的金属，例如可包括主要金属M。碘气108设在反应室102中。操作中，碘气108将金属从原料106迁移至加热衬底104。金属然后沉积在衬底104上以形成产物110。参考反应式(3)-(5)来介绍金属从原料106迁移至加热衬底104，具体地，针对形成示例性金属来介绍。
(3)(4)(5)因此，金属M被转化成碘化物，碘化物随后在加热衬底104上分解以沉积出M材料110。上述反应仅仅是示例性的反应，可以理解装置100中金属迁移的化学反应，除了以上所介绍的之外，或代替所介绍的，可包括其它反应。
从原料106至产物110的材料转移速率取决于原料106和衬底104之间的温度差，碘的浓度，特定金属与碘反应形成碘化物的反应动力学，以及特定金属碘化物分解形成金属元素的反应动力学。因此，如果原料106包括元素的混合物，则产物110可包括具有与初始原料106不同的化学计量值的混合物，例如可因为不同金属碘化物的碘化物形成动力学存在差异、和/或不同金属碘化物的碘化物分解动力学差异所造成的。
原料106可包括选自周期表的单个1，4，5，6或11族的两种或多种元素。在可选实施例中，金属原料106可包括选自周期表的8，9和10族组的两种或多种元素。在其它实施例中，金属原料可包括选自周期表不同族的一种或多种元素。包含来自不同族的金属的示例性原料包括由组合Cu/Ni，Ta/Mo，Ta/W或Cr/Fe中的一个所构成的原料。
同样，产物110可包括选自周期表的单个1，4，5，6或11族的两种或多种元素。在可选实施例中，产物110可包括选自周期表的8，9和10族组的两种或多种元素。在其它实施例中，产物110可包括选自周期表不同族的一种或多种元素。包含来自不同族的金属的示例性产物包括由组合Cu/Ni，Ta/Mo，Ta/W或Cr/Fe中的一个所构成的产物。
图8是框图，介绍了用于图4的步骤28的处理过程的系统。具体地，图8显示了系统150，其包括进料口154、冷却炉膛156和模子158。在操作中，供应的材料通过进料口154倾注进来并通过真空熔炼(例如通过电子束枪)熔化，以形成供应材料中的元素的均匀熔融混合物。熔融混合物随后注入冷却炉膛156中，然后流入模子158。模子158可以具有锭包壳的形式。因此，流入模子158中的材料可冷却和形成锭。锭最好具有单相固溶体成分，其中的元素是初始存在于供应材料中。
装置150的供应材料可以是图4的还原工艺步骤22、图4的电解工艺步骤24、或者图4的碘化物法步骤26的产物。无论如何，原料优选包括金属的混合物，例如具有至少0.001％的非M金属的M基材料；或者具有等量原子的M和Q所包括的至少一种元素的成分，(成分中的添加元素不高于M的原子％)。如果供应材料是M基的，则锭中其它金属Q的含量可以是任意值，只要Q所包括的一种元素不等于或超过M含量。在特定示例中，锭中的Q含量可以在0.001％至50％的范围，例如从0.001％至10％的范围内。Q含量可以为至少0.01％，在特定实施例中可以为至少0.1％。或者，如果锭中的材料是非单一元素基材料，则Q所包括的至少一种金属将等于M数量，Q所包括的任何其它元素将以小于或等于M数量存在。
图8工艺所形成的冷却锭可用来形成溅射靶。包含金属元素固溶体的溅射靶可用于溅射工艺，要求其可形成层或薄膜，包括但不限于，阻挡层、导电层、门电路层和绝缘保护层，这些靶特别适用，因为可对靶进行设计以实现具有所需性能的层，这些性能包括功函数、电阻率、热膨胀系数、机械强度等等。
为了本发明在溅射的应用，可能需要靶包括单相固溶体，固溶体存在于溅射靶中所有元素。本发明的方法可允许形成这种固溶体。具体地，由于本发明的方法熔化混合金属原料，因为本发明的方法可形成固溶体混合金属锭，其金属锭又形成完全具有固溶体混合金属成分的溅射靶。
现有技术尚未开发出一种用来形成包含一种或多种所列元素的成分的固溶体的溅射靶，然而，本发明的方法可形成这种固溶体靶。在特定情况下，本发明的靶可完全具有单相固溶体。
权利要求
1.一种包括溅射面的溅射部件，至少99原子％的所述溅射面包是与元素形式的两种或多种元素的固溶体相对应的单相；所述两种或多种元素选自周期表的1，5，6，8，9和10族。
2.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，至少99.9原子％的所述溅射面是单相。
3.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，整个所述溅射面是单相。
4.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述溅射部件为物理气相沉积靶。
5.根据权利要求4所述的物理气相沉积靶，其特征在于，所述物理气相沉积靶具有总体积，至少99原子％的所述总体积是单相。
6.根据权利要求5所述的物理气相沉积靶，其特征在于，至少99原子％的所述总体积是单相。
7.根据权利要求5所述的物理气相沉积靶，其特征在于，整个所述总体积是单相。
8.权利要求1所述的溅射部件产生的溅射沉积薄膜。
9.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素包括选自周期表的1族的至少两种元素。
10.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素只选自周期表的1族。
11.权利要求10所述的溅射部件产生的溅射沉积薄膜。
12.根据权利要求10所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素包括Cs和Rb。
13.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素包括选自周期表的5族的至少两种元素。
14.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素只选自周期表的5族。
15.权利要求14所述的溅射部件产生的溅射沉积薄膜。
16.根据权利要求14所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素选自Ta，Nb和V。
17.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素包括选自周期表的6族的至少两种元素。
18.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素只选自周期表的6族。
19.权利要求18的所述溅射部件产生的溅射沉积薄膜。
20.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素包括选自周期表的8，9和10族的至少两种元素。
21.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述两种或多种元素只选自周期表的8，9和10族。
22.权利要求21所述的溅射部件产生的溅射沉积薄膜。
23.根据权利要求21所述的溅射部件，其特征在于，所述固溶体是二元组合，其选自Fe/Os，Fe/Ru，Co/Ir，Co/Rh，Ir/Rh，Ni/Pd，Ni/Pt，Co/Ni和Pd/Pt。
24.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述固溶体为Ta/Mo。
25.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述固溶体为Ta/W。
26.根据权利要求1所述的溅射部件，其特征在于，所述固溶体为Cr/Fe。
27.一种包括单相固溶体的溅射部件，所述单相固溶体包含元素Cu和元素Ni。
28.一种形成混合金属产物的方法，包括电解沉积出包含第一金属和至少一种其它金属的混合物的混合金属产物，所述第一金属和一种或多种所述至少一种其它金属选自周期表的1，5，6，8，9，10和11族；所述混合金属产物具有至少99.95％的纯度并包括0.05％以上的所述至少一种其它金属。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一金属和所述至少一种其它金属的一种或多种选自周期表的同一族。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一金属和所述至少一种其它金属包括选自周期表的同一族的元素。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一金属和一种或多种所述至少一种其它金属选自周期表的8，9和10族。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一金属和所述至少一种其它金属包括选自周期表的8，9和10族的元素。
33.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，元素的所述混合物选自Ta/Mo，Ta/W，Cu/Ni和Cr/Fe。
34.一种形成混合金属产物的方法，包括提供第一金属和至少一种其它金属的混合物至带有碘气和加热衬底的反应装置中；所述至少一种其它金属的一种或多种和所述第一金属同样选自元素周期表的1，4，5，6，8，9，10和11族，其中所述混合物不包括Ti或Zr；使所述第一金属和所述至少一种其它金属与所述碘气反应，以形成第一金属碘化物和所述至少一种其它金属碘化物；将所述第一金属碘化物和所述至少一种其它金属碘化物转移至所述加热衬底，并利用所述衬底的热量分解所述碘化物并生成包括所述第一金属和所述至少一种其它金属的混合金属产物；其中所述混合金属产物具有至少99.95％的纯度；所述混合金属产物包括0.05％以上的所述至少一种其它金属。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述第一金属和一种或多种所述至少一种其它金属选自周期表的同一族。
36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，元素的所述混合物选自Ta/Mo，Ta/W，Cu/Ni和Cr/Fe。
37.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述第一金属和一种或多种所述至少一种其它金属选自周期表的8，9和10族。
38.一种形成混合金属产物的方法，包括使第一金属卤化物和第二金属卤化物的混合物与还原剂发生化合，生成包括第一和第二金属的混合金属产物；所述第一金属和第二金属选自周期表的1，5，6，8，9，10和11族；所述混合金属产物具有至少99.95％的纯度并包括0.05％以上的所述至少一种添加金属。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一和第二金属选自Ta/Mo，Ta/W，Cu/Ni和Cr/Fe。
40.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一和第二金属选自周期表的同一族。
41.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述第一和第二金属选自周期表的8，9和10族。
全文摘要
本发明包括设有溅射面的溅射部件。至少99原子％的溅射面是单相，单相对应于两种或多种元素形式的元素的固溶体相。另外，溅射部件的总体积也由单相组成，其与两种或多种元素形式的元素的固溶体相对应。本发明还涉及采用还原工艺，电解工艺和碘化物法中的一个或多个形成混合金属材料的方法。
文档编号C23C14/34GK1777703SQ03825515
公开日2006年5月24日 申请日期2003年9月26日 优先权日2002年10月8日
发明者M·E·汤马士, 李逸亨 申请人:霍尼韦尔国际公司