專利名稱：提高CoSi的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(wěn)定性的方法。用于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
難熔金屬硅化物廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路中作互聯(lián)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(shù)與Si接近晶格失配率小等特點(diǎn)而成為最受關(guān)注的材料。多晶CoSi2薄膜的熱穩(wěn)定性較低，高溫退火時會形成熱蝕溝，并且長大形成結(jié)塊，從而大大提高薄膜的電阻率，從而阻礙薄膜的應(yīng)用和推廣。人們發(fā)明了各種方法提高CoSi2薄膜的熱穩(wěn)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(kuò)散，從而延緩熱蝕溝的形成，提高薄膜的熱穩(wěn)定性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Tung在《Applied physics letters》(美國應(yīng)用物理快報(bào))72(1998)2538上發(fā)表的“0xygen and the thermal stability of thin CoSi2layers(氧氣和CoSi2薄膜的熱穩(wěn)定性)”一文，該文中采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(kuò)散，從而提高薄膜的熱穩(wěn)定性。晶界擴(kuò)散是CoSi2薄膜熱蝕溝形成的主要原因，而晶粒長大則是結(jié)塊現(xiàn)象的主要原因。在上面提到的方法中，主要以延緩晶界擴(kuò)散來提高薄膜的熱穩(wěn)定性，因此還不能完全滿足提高熱穩(wěn)定性的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足和缺陷，提供一種提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，從延緩擴(kuò)散和防止長大兩個方面出發(fā)，使其有效的提高了薄膜的熱穩(wěn)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(yīng)用前景。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過共濺射制備具有CoSi2成分的非晶薄膜，并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，采用退火使非晶薄膜晶化。因?yàn)樵夭蝗苡诒∧げ蝗苡诰Щ嘀校訸r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(qiáng)相互作用，它在晶界分布，將會有效地阻礙晶界擴(kuò)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(jié)構(gòu)，從而阻礙原子擴(kuò)散，提高薄膜的熱穩(wěn)定性。同時，850℃退火，部分Zr將會形成微小而彌散的硅化物分布在晶界上，阻礙晶粒長大，從而減少薄膜的結(jié)塊現(xiàn)象。
所述的濺射，濺射的靶材制備按照質(zhì)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(nèi)真空度為10-5Pa，氬氣保護(hù)狀態(tài)。然后，把融化后的塊狀合金轉(zhuǎn)入真空中頻爐繼續(xù)熔煉。中頻爐的真空度為10-3Pa，氬氣保護(hù)。熔液爐內(nèi)澆注成直徑為符合規(guī)格的圓柱鑄件。隨爐冷卻至室溫后，經(jīng)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(zhǔn)備使用具有(100)取向的拋光硅單晶片作為基底。硅基片使用前經(jīng)過分析純丙酮清洗，然后在1∶50HF稀溶液中浸泡去氧處理，在去離子水中漂洗后放入濺射儀中。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(yōu)于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(jīng)過5分鐘預(yù)濺射清洗。然后移開擋板，開始濺射制備薄膜。
所述的薄膜，其后續(xù)處理濺射態(tài)薄膜成分與靶材成分接近，薄膜濺射態(tài)呈非晶態(tài)。在10-3Pa真空中進(jìn)行850℃10分鐘退火處理，薄膜轉(zhuǎn)變成以CoSi2為主體，含有少量ZrSi2的薄膜。
本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明添加5％Zr的薄膜與在相同情況下制備的不添加Zr進(jìn)行對比，其濺射態(tài)和在900℃退火后的表面形貌不添加Zr的薄膜900℃退火后明顯粗糙，而添加5％Zr的薄膜900℃退火的形貌與濺射態(tài)接近，表明其添加5％Zr的薄膜具有良好高溫?zé)岱€(wěn)定性。添加5％Zr的薄膜850℃處理后電阻率為29μΩcm。Zr的添加提高了薄膜的熱穩(wěn)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(shí)施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例(1)、靶材制備按照質(zhì)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(nèi)真空度為10-5Pa，氬氣保護(hù)狀態(tài)。然后，把融化后的塊狀合金轉(zhuǎn)入真空中頻爐繼續(xù)熔煉。中頻爐的真空度為10-3Pa，氬氣保護(hù)。熔液爐內(nèi)澆注成直徑為符合規(guī)格的圓柱鑄件。隨爐冷卻至室溫后，經(jīng)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(jīng)過150℃、3小時烘干油污、砂紙打磨以及丙酮清洗。
(2)、基片準(zhǔn)備使用具有(100)取向的拋光硅單晶片作為基底。硅基片使用前經(jīng)過分析純丙酮清洗，然后在1∶50的HF稀溶液中浸泡幾分鐘去氧處理，在去離子水中漂洗后放入濺射儀中。
(3)、濺射制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(yōu)于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(jīng)過5分鐘預(yù)濺射清洗。然后移開擋板，開始濺射制備薄膜。
(4)、薄膜后續(xù)處理濺射態(tài)薄膜成分與靶材成分接近，薄膜濺射態(tài)呈非晶態(tài)。在10-3Pa真空中進(jìn)行850℃10分鐘退火處理，薄膜轉(zhuǎn)變成以CoSi2為主體，含有少量ZrSi2的薄膜。
完全轉(zhuǎn)變成CoSi2以后的薄膜900℃退火十分鐘，通過原子力顯微鏡觀察形貌，并求出其表面粗糙度Ra來衡量薄膜的熱穩(wěn)定性。不添加Zr的薄膜900℃退火后粗糙度Ra為5.051nm，而添加5％Zr的薄膜900℃退火后粗糙度Ra為2.246nm，表明其添加5％Zr的薄膜具有更好的熱穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于，通過共濺射制備具有CoSi2成分的非晶薄膜，并且通過共濺射在薄膜中添加元素Zr，利用Zr不溶于CoSi2薄膜的特點(diǎn)，采用退火使非晶薄膜晶化，非晶態(tài)薄膜結(jié)晶后，Zr將會分布在晶粒周圍，從而降低晶界擴(kuò)散，提高薄膜的熱穩(wěn)定性；同時，高溫下退火，部分Zr形成細(xì)小的ZrSi2彌散分布在晶界上，阻礙薄膜晶粒長大，阻礙結(jié)塊現(xiàn)象的形成，從而也提高薄膜的熱穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，其特征是，所述的濺射，濺射的靶材制備按質(zhì)量百分比Co45.54％，Si43.32％，Zr11.12％配制靶材，首先在電弧熔煉爐中熔煉成塊狀合金，爐內(nèi)真空度為10-5Pa，氬氣保護(hù)狀態(tài)，然后，把融化后的塊狀合金轉(zhuǎn)入真空中頻爐繼續(xù)熔煉，中頻爐的真空度為10-3Pa，氬氣保護(hù)，熔液爐內(nèi)澆注成直徑為圓柱鑄件，隨爐冷卻至室溫后，經(jīng)過線切割加工成符合濺射儀要求的濺射靶材。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，其特征是，所述的濺射，濺射所使用的基片準(zhǔn)備使用具有(100)取向的拋光硅單晶片作為基底，硅基片使用前經(jīng)過分析純丙酮清洗，然后在1∶50的HF稀溶液中浸泡去氧處理，在去離子水中漂洗后放入濺射儀中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，其特征是，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(yōu)于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(jīng)過5分鐘預(yù)濺射清洗，然后移開擋板，開始濺射制備薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，其特征是，所述的薄膜，其后續(xù)處理濺射態(tài)薄膜成分與靶材成分接近，薄膜濺射態(tài)呈非晶態(tài)，在10-3Pa真空中進(jìn)行850℃10分鐘退火處理，薄膜轉(zhuǎn)變成以CoSi2為主體，含有少量ZrSi2的薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高CoSi2薄膜熱穩(wěn)定性的方法，其特征是，靶材在使用前需要經(jīng)過150℃3小時烘干油污、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(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者程凡雄, 姜傳海, 董顯平, 吳建生 申請人:上海交通大學(xué)