提高CoSi的製作方法
2023-04-28 02:34:31 1
專利名稱：提高CoSi的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高薄膜性能的方法，具體是一種提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法。用於材料製備技術領域。
背景技術：
難熔金屬矽化物廣泛應用於大規模集成電路中作互聯材料，歐姆接觸材料和肖特基接觸材料。其中，CoSi2具有15-20μΩcm的低電阻、晶格常數與Si接近晶格失配率小等特點而成為最受關注的材料。多晶CoSi2薄膜的熱穩定性較低，高溫退火時會形成熱蝕溝，並且長大形成結塊，從而大大提高薄膜的電阻率，從而阻礙薄膜的應用和推廣。人們發明了各種方法提高CoSi2薄膜的熱穩定性。比如，在薄膜表面覆蓋Ti層，Ti層的存在將會有效降低薄膜晶界的擴散，從而延緩熱蝕溝的形成，提高薄膜的熱穩定性。
經對現有技術的文獻檢索發現，Tung在《Applied physics letters》(美國應用物理快報)72(1998)2538上發表的「0xygen and the thermal stability of thin CoSi2layers(氧氣和CoSi2薄膜的熱穩定性)」一文，該文中採用在氧氣氛中熱處理，以在薄膜表面形成薄SiO2層降低晶界擴散，從而提高薄膜的熱穩定性。晶界擴散是CoSi2薄膜熱蝕溝形成的主要原因，而晶粒長大則是結塊現象的主要原因。在上面提到的方法中，主要以延緩晶界擴散來提高薄膜的熱穩定性，因此還不能完全滿足提高熱穩定性的需要。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的上述不足和缺陷，提供一種提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，從延緩擴散和防止長大兩個方面出發，使其有效的提高了薄膜的熱穩定性，僅僅稍微提高了薄膜的電阻率，使薄膜具有更廣泛的應用前景。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明通過共濺射製備具有CoSi2成分的非晶薄膜，並且通過共濺射在薄膜中添加少量(例如5％原子比)的CoSi2中的元素Zr，採用退火使非晶薄膜晶化。因為元素不溶於薄膜不溶於晶化相中，所以Zr形核時均勻地分布在晶化相的周圍。Zr與Si或者Co原子具有比較強相互作用，它在晶界分布，將會有效地阻礙晶界擴散，從而提高薄膜形成熱蝕溝地溫度；Zr具有與Co和Si不同的原子半徑，大小原子的搭配將會在晶界形成緊湊結構，從而阻礙原子擴散，提高薄膜的熱穩定性。同時，850℃退火，部分Zr將會形成微小而彌散的矽化物分布在晶界上，阻礙晶粒長大，從而減少薄膜的結塊現象。
所述的濺射，濺射的靶材製備按照質量比Co45.54％，Si43.32％，Zr11.12％配置靶材成分。首先在電弧熔煉爐中熔煉成塊狀合金。爐內真空度為10-5Pa，氬氣保護狀態。然後，把融化後的塊狀合金轉入真空中頻爐繼續熔煉。中頻爐的真空度為10-3Pa，氬氣保護。熔液爐內澆注成直徑為符合規格的圓柱鑄件。隨爐冷卻至室溫後，經過線切割加工成符合濺射儀要求的濺射靶材。
所述的濺射，濺射所使用的基片準備使用具有(100)取向的拋光矽單晶片作為基底。矽基片使用前經過分析純丙酮清洗，然後在1∶50HF稀溶液中浸泡去氧處理，在去離子水中漂洗後放入濺射儀中。基片的清洗工作對薄膜在基片上的附著性有重要的影響。
所述的薄膜，是指靶材和基底裝入磁控濺射儀，濺射儀的背底真空度優於10-4Pa，工作氣體為氬氣，工作氣壓為1Pa，濺射功率450W，基底溫度50℃，濺射速率9nm/min，薄膜的厚度1μm。濺射制膜前，在基片和靶材之間覆蓋擋板，靶材經過5分鐘預濺射清洗。然後移開擋板，開始濺射製備薄膜。
所述的薄膜，其後續處理濺射態薄膜成分與靶材成分接近，薄膜濺射態呈非晶態。在10-3Pa真空中進行850℃10分鐘退火處理，薄膜轉變成以CoSi2為主體，含有少量ZrSi2的薄膜。
本發明具有突出的實質性特點和顯著進步，本發明添加5％Zr的薄膜與在相同情況下製備的不添加Zr進行對比，其濺射態和在900℃退火後的表面形貌不添加Zr的薄膜900℃退火後明顯粗糙，而添加5％Zr的薄膜900℃退火的形貌與濺射態接近，表明其添加5％Zr的薄膜具有良好高溫熱穩定性。添加5％Zr的薄膜850℃處理後電阻率為29μΩcm。Zr的添加提高了薄膜的熱穩定性但是僅僅稍微提高了薄膜的電阻率(不添加Zr的薄膜電阻為20μΩcm)。
具體實施例方式
結合本發明的內容提供以下實施例(1)、靶材製備按照質量比Co45.54％，Si43.32％，Zr11.12％(原子比分別為Co31.7％，Si63.3％Zr5％)配置靶材成分。首先在電弧熔煉爐中熔煉成塊狀合金。爐內真空度為10-5Pa，氬氣保護狀態。然後，把融化後的塊狀合金轉入真空中頻爐繼續熔煉。中頻爐的真空度為10-3Pa，氬氣保護。熔液爐內澆注成直徑為符合規格的圓柱鑄件。隨爐冷卻至室溫後，經過線切割加工成符合濺射儀要求的濺射靶材(厚度5mm，直徑76mm)。靶材在使用前需要經過150℃、3小時烘乾油汙、砂紙打磨以及丙酮清洗。
(2)、基片準備使用具有(100)取向的拋光矽單晶片作為基底。矽基片使用前經過分析純丙酮清洗，然後在1∶50的HF稀溶液中浸泡幾分鐘去氧處理，在去離子水中漂洗後放入濺射儀中。
(3)、濺射製備薄膜靶材和基底裝入CEVP-1000C磁控濺射儀。濺射儀的背底真空度優於10-4Pa。工作氣體為氬氣，工作氣壓為1Pa，濺射功率450W，基底溫度50℃，濺射速率9nm/min，薄膜的厚度1μm。濺射制膜前，在基片和靶材之間覆蓋擋板，靶材經過5分鐘預濺射清洗。然後移開擋板，開始濺射製備薄膜。
(4)、薄膜後續處理濺射態薄膜成分與靶材成分接近，薄膜濺射態呈非晶態。在10-3Pa真空中進行850℃10分鐘退火處理，薄膜轉變成以CoSi2為主體，含有少量ZrSi2的薄膜。
完全轉變成CoSi2以後的薄膜900℃退火十分鐘，通過原子力顯微鏡觀察形貌，並求出其表面粗糙度Ra來衡量薄膜的熱穩定性。不添加Zr的薄膜900℃退火後粗糙度Ra為5.051nm，而添加5％Zr的薄膜900℃退火後粗糙度Ra為2.246nm，表明其添加5％Zr的薄膜具有更好的熱穩定性。
權利要求
1.一種提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，其特徵在於，通過共濺射製備具有CoSi2成分的非晶薄膜，並且通過共濺射在薄膜中添加元素Zr，利用Zr不溶於CoSi2薄膜的特點，採用退火使非晶薄膜晶化，非晶態薄膜結晶後，Zr將會分布在晶粒周圍，從而降低晶界擴散，提高薄膜的熱穩定性；同時，高溫下退火，部分Zr形成細小的ZrSi2彌散分布在晶界上，阻礙薄膜晶粒長大，阻礙結塊現象的形成，從而也提高薄膜的熱穩定性。
2.根據權利要求1所述的提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，其特徵是，所述的濺射，濺射的靶材製備按質量百分比Co45.54％，Si43.32％，Zr11.12％配製靶材，首先在電弧熔煉爐中熔煉成塊狀合金，爐內真空度為10-5Pa，氬氣保護狀態，然後，把融化後的塊狀合金轉入真空中頻爐繼續熔煉，中頻爐的真空度為10-3Pa，氬氣保護，熔液爐內澆注成直徑為圓柱鑄件，隨爐冷卻至室溫後，經過線切割加工成符合濺射儀要求的濺射靶材。
3.根據權利要求1或者2所述的提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，其特徵是，所述的濺射，濺射所使用的基片準備使用具有(100)取向的拋光矽單晶片作為基底，矽基片使用前經過分析純丙酮清洗，然後在1∶50的HF稀溶液中浸泡去氧處理，在去離子水中漂洗後放入濺射儀中。
4.根據權利要求1所述的提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，其特徵是，所述的薄膜，是指靶材和基底裝入磁控濺射儀，濺射儀的背底真空度優於10-4Pa，工作氣體為氬氣，工作氣壓為1Pa，濺射功率450W，基底溫度50℃，濺射速率9nm/min，薄膜的厚度1μm，濺射制膜前，在基片和靶材之間覆蓋擋板，靶材經過5分鐘預濺射清洗，然後移開擋板，開始濺射製備薄膜。
5.根據權利要求1或者4所述的提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，其特徵是，所述的薄膜，其後續處理濺射態薄膜成分與靶材成分接近，薄膜濺射態呈非晶態，在10-3Pa真空中進行850℃10分鐘退火處理，薄膜轉變成以CoSi2為主體，含有少量ZrSi2的薄膜。
6.根據權利要求2所述的提高CoSi2薄膜熱穩定性的方法，其特徵是，靶材在使用前需要經過150℃3小時烘乾油汙、砂紙打磨以及丙酮清洗。
全文摘要
一種提高CoSi
文檔編號H01L21/3205GK1617301SQ20041008929
公開日2005年5月18日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者程凡雄, 姜傳海, 董顯平, 吳建生 申請人:上海交通大學