专利名称：合金靶材磁控溅射法制备CoSi的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备CoSi2薄膜的方法，具体是一种合金靶材磁控溅射法制备CoSi2薄膜的方法。用于材料制备技术领域。
背景技术：
难熔金属硅化物广泛应用于大规模集成电路中作互联材料，欧姆接触材料和肖特基接触材料。其中，CoSi2具有15-20μΩcm的低电阻、晶格常数与Si接近晶格失配率小等特点而成为最受关注的材料。CoSi2薄膜制备方法有多种。通过分子束外延(MBE)或者快速退火Co/Ti/Si多层膜的固相外延法可以在Si(100)基底上制备质量良好的单晶外延膜。这些方法通过700℃快速退火，使Co元素与基底的Si元素扩散反应制备得到具有良好导电性的CoSi2薄膜。也可以通过退火共沉积法制备的CoSi2非晶薄膜来制备CoSi2薄膜。在不能应用固相反应法的场合，例如基底不是硅的时候，共溅射法制备薄膜具有应用前景。另外，在多晶硅硅化物结构中，可以采用WSi2或TiSi2作为导电材料，这些薄膜一般采用合金靶材利用溅射法制备薄膜。CoSi2薄膜作为良好导电性及低应力水平的材料，在多晶硅硅化物结构有望应用。
经对现有技术的文献检索发现，J.Y.Shim在《Thin Solid Films》(薄固体膜)(292(1997)31-39)上发表的“Silicide formation in cobalt/amorphous silicon，amorphous Co-Si and bias-induced Co-Si films”(钴/非晶硅双层膜、非晶钴硅膜以及偏压钴硅膜中的硅化物形成)，该文中提出采用双靶共溅射制备CoSi2薄膜，薄膜溅射态呈非晶态，需要经过热处理退火才能得到晶化薄膜。文中着重非晶钴硅薄膜的非晶晶化相变研究，对形成后的CoSi2薄膜的性能并没有进行报道。
在对现有技术的文献以CoSi2合金为靶材，采用单靶材利用磁控溅射法制备薄膜技术主题的进一步检索中，尚未发现相关报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述不足和缺陷，提供一种合金靶材磁控溅射法制备CoSi2薄膜的方法，使其制备出来的薄膜继承了其它方法优点——薄膜具有良好的导电率，同时，与其它方法相比还具有降低应力，提高界面平整性，提高生产效率的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法如下首先把Co和Si按照CoSi2化学计量比成分配比，通过真空熔炼制备合金，利用线切割制备符合溅射仪要求的合金靶材，充分利用熔炼炉的电磁搅拌作用，使靶材具有均匀的成分，并且具有立方CaF2结构；然后把靶材装入溅射仪中，在清洗过的基底(例如Si)上制备薄膜，薄膜与靶材成分接近，通过调整功率和溅射速度以及后续处理，制备得到CoSi2薄膜。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体步骤如下(1)、靶材制备纯钴和纯硅按照CoSi2化学计量比配置。首先在电弧熔炼炉中熔炼成块状合金。炉内真空度为10-5Pa，氩气保护状态。然后，把融化后的块状合金转入真空中频炉继续熔炼。中频炉的真空度为10-3Pa，氩气保护。熔液炉内浇注成直径为符合规格的圆柱铸件。随炉冷却至室温后，经过线切割加工成符合溅射仪要求的溅射靶材(厚度5mm，直径76mm)。靶材在使用前需要经过150℃3小时烘干油污、砂纸打磨以及丙酮清洗这些工序。
(2)、基片准备基片种类的选择依据研究和工作的对象而确定(比如GaAs以及单质或者多晶Si基底)。通常使用具有(100)和(111)取向的抛光硅单晶片作为基底。硅基片使用前经过分析纯丙酮清洗，然后在1∶50的HF稀溶液中浸泡几分钟去氧处理，在去离子水中漂洗后放入溅射仪中。玻璃和多晶硅基片等其它基片都需要经过抛光以及分析纯丙酮清洗这些工序。基片的清洗工作对薄膜在基片上的附着性有重要的影响。
(3)、溅射制备薄膜靶材和基底装入相应的溅射仪(如ANELVA SPC-350)。溅射仪的背底真空度优于10-3Pa。工作气体为氩气，工作气压为10-1Pa。调节溅射功率(50-300W)，基底温度(30-400℃)等因素控制溅射速率(20-60nm/min)以及薄膜的厚度(100-1000nm)。溅射制膜前，在基片和靶材之间覆盖挡板，靶材经过5分钟预溅射清洗。然后移开挡板，开始溅射制备薄膜。
(4)、薄膜后续处理溅射态薄膜具有与CoSi2成分很接近的成分。在ANELVA SPC-350溅射系统中，薄膜溅射态已经晶化，由于含有较多的缺陷，薄膜的初始电阻率为54μΩcm，在氩气保护或者空气气氛中经过600℃1-5分钟退火，薄膜的电阻率达到20μΩcm，与反应法制备薄膜的电阻率基本一致。
本发明通过溅射CoSi2合金靶材，制备出具有良好导电性的薄膜。与反应法制备薄膜的1.4GPa相比，所制备的薄膜具有低应力低至600Mpa。由于薄膜不需要通过基底的扩散，故薄膜具有平整的界面。同时与双靶溅射相比，单靶溅射具有能够减少生产环节，提高生产效率。
图1实施例1薄膜溅射态的XRD谱线图2实施例2薄膜溅射态的XRD谱线图3实施例3薄膜溅射态的XRD谱线具体实施方式
结合本发明方法的内容提供以下实施例实施例1(1)靶材制备纯钴和纯硅按照CoSi2化学计量比配置。首先在电弧熔炼炉中熔炼成块状合金。炉内真空度为10-5Pa，氩气保护状态。然后，把融化后的块状合金转入真空中频炉继续熔炼。中频炉的真空度为10-3Pa，氩气保护。熔液炉内浇注成直径为76mm的圆柱铸件，随炉冷却至室温后，经过线切割加工成符合溅射仪要求的溅射靶材(厚度5mm，直径76mm)。靶材150℃3小时烘干油污、砂纸打磨以及丙酮清洗。
(2)基片准备使用(100)取向抛光硅单晶片作为基底。硅基片使用前经过分析纯丙酮超声波清洗，然后在1∶50的HF稀溶液中浸泡3分钟去氧处理，在去离子水中漂洗后放入溅射仪中。
(3)溅射制备薄膜靶材和基底装入相应的溅射仪(ANELVA SPC-350)。溅射制膜前，在基片和靶材之间覆盖挡板，靶材经过5分钟预溅射清洗。然后移开挡板，开始溅射制备薄膜。溅射仪的背底真空度为1×10-3Pa。工作气体为氩气，工作气压为1.6×10-1Pa，溅射功率100W，基底温度30℃，溅射速率20nm/min，薄膜的厚度600nm。薄膜的初始电阻率为54μΩcm。薄膜初始结构经X射线扫描如图1所示，薄膜溅射态已经晶化，与CoSi2标准图谱相比，(111)峰与(220)峰的强度比要大，表明具有较强的(111)取向丝织构。
(4)薄膜后续处理氩气保护600℃3分钟退火，薄膜的电阻率达到20μΩcm。
实施例2重复实施例1中步骤(1)-(4)，改变步骤(3)中的溅射功率为150W，溅射速率为30nm/min，基底温度为250℃，所制备薄膜的结构如图2所示，与图1相比，(111)强度与(220)强度的比更高，说明有更强的(111)织构。后续热处理后薄膜的电阻率与实施例1中的相近。织构增强有利于提高薄膜的机械性能，改善薄膜的耐腐蚀性以及抗电迁移的能力等等。
实施例3重复实施例1中步骤(1)-(4)，改变步骤(3)中的溅射功率为300W，溅射速率为60nm/min，基底温度为400℃，所制备薄膜的结构如图3所示，与图2相比，(111)强度反而下降，表明过高的基底时沉积的薄膜其(111)织构变弱。后续热处理后薄膜的电阻率与实施例1中的相近。
权利要求
1.一种合金靶材磁控溅射法制备CoSi2薄膜的方法，其特征在于，首先把Co和Si按照CoSi2化学计量比成分配比，通过真空熔炼制备合金，利用线切割制备符合溅射仪要求的合金靶材，充分利用熔炼炉的电磁搅拌作用，使靶材具有均匀的成分，并且具有标准的立方CaF2结构，然后把靶材装入溅射仪中，在清洗过的基底上制备薄膜，薄膜与靶材成分接近，通过调整功率和溅射速度以及后续处理，制备得到CoSi2薄膜。
2.根据权利要求1所述的合金靶材磁控溅射法制备CoSi2薄膜的方法，其特征是，以下对方法作进一步的限定，具体步骤如下(1)、靶材制备纯钴和纯硅按照CoSi2化学计量比配置，首先在电弧熔炼炉中熔炼成块状合金，氩气保护状态，然后，把融化后的块状合金转入真空中频炉继续熔炼，氩气保护，熔液炉内浇注成型为圆柱铸件，随炉冷却至室温后，逐渐经过线切割加工成符合溅射仪要求的溅射靶材；(2)、基片准备用作基底的抛光硅单晶片具有(100)和(111)取向，硅基片使用前经过分析纯丙酮清洗，然后在1∶50的HF稀溶液中浸泡去氧处理，在去离子水中漂洗后放入溅射仪中，玻璃和基片都需要经过抛光以及分析纯丙酮清洗工序；(3)、溅射制备薄膜靶材和基底装入相应的溅射仪，溅射仪的背底真空度优于10-3Pa，工作气体为氩气，调节真空室的溅射气压、溅射功率、基底温控制溅射速率、薄膜的厚度以及薄膜溅射态的状态。溅射制膜前，在基片和靶材之间覆盖挡板，靶材经过5分钟预溅射清洗，然后移开挡板，开始溅射制备薄膜；(4)、薄膜后续处理溅射态薄膜具有与CoSi2成分很接近的成分，薄膜溅射态已经晶化，由于含有较多的缺陷，薄膜的初始电阻率为54μΩcm，在氩气保护或者空气气氛中经过600℃1-5分钟退火，薄膜的电阻率达到20μΩcm，与反应法制备薄膜的电阻率基本一致。
3.根据权利要求2所述的合金靶材磁控溅射法制备CoSi2薄膜的方法，其特征是，步骤(1)中，电弧熔炼炉炉内真空度优于10-5Pa，真空中频炉的真空度为10-3Pa，溅射靶材厚度5mm，直径76mm，靶材在使用前需要经过150℃3小时烘干油污、砂纸打磨以及丙酮清洗工序。
全文摘要
一种合金靶材磁控溅射法制备CoSi
文档编号C23C14/35GK1614079SQ20041006658
公开日2005年5月11日 申请日期2004年9月23日 优先权日2004年9月23日
发明者程凡雄, 姜传海, 吴建生, 董显平, 单爱党 申请人:上海交通大学