硫属元素化物溅射靶及其制备方法技术

在一个实施方案中，物理气相沉积设备包括相变材料溅射靶，该相变材料溅射靶包括主基质和至少一个附加相。该主基质包含来自元素周期表的第VI族的除氧以外的至少一种元素和来自元素周期表的第IV族或第V族的一种或多种元素。该附加相基本上均匀地分散在主基质中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硫属元素化物溅射靶及其制备方法相关申请的引用本申请要求2016年8月22日提交的美国临时专利申请序列号62/378,031的优先权，其全部公开内容通过引用明确并入本文。
本专利技术涉及含有硫属元素化物的溅射靶。更具体地，本专利技术涉及一种溅射靶，其包含含有硫属元素化物化合物或具有一个或多个附加相的元素的初级基质。还提供了制备它们的方法。
技术介绍
物理气相沉积(“PVD”)方法广泛用于在各种基材上形成薄膜材料。在称为溅射的一种PVD工艺中，通过用诸如等离子体的气体离子轰击从溅射靶的表面喷射原子。因此，溅射靶是沉积在基材上的材料源。相变材料正在成为用于非易失性存储设备的有希望的材料。相变材料以其无定形相和结晶相存储信息，并且可通过向材料施加电压来快速可逆地改变。许多相变材料包含来自元素周期表的第VI族的至少一种元素(即硫属元素化物)和来自元素周期表的第IV族或第V族的一种或多种元素的组合。通常，相变材料的元素具有不同的熔点和高蒸气压。这对制造相变材料同时保持高金属纯度、低氧含量和所需的化合物化学计量提出了挑战。如果相变材料包含一种或多种具有高熔点的元素，则尤其如此。硫属元素化物溅射靶可用于半导体存储器应用中以在基材上形成硫属元素化物材料的薄膜。形成硫属元素化物溅射靶的一种当前方法涉及固结单种元素粉末以获得所需的组成。该方法倾向于产生高氧含量。另外，由于最低熔化成分所施加的限制因素，密度可能受到影响。用于形成硫属元素化物溅射靶的另一种方法利用密封的石英管作为反应器来合成和固化整个组合物。该方法昂贵且难以扩展。此外，由于形成了抵抗固结的金属间化合物，所得材料倾向于产生多孔溅射靶。
技术实现思路
在一个实施方案中，物理气相沉积设备包括相变材料溅射靶，该相变材料溅射靶包括主基质和基本上均匀地分散在主基质中的至少一个附加相。主基质包含来自元素周期表的第VI族的除氧以外的至少一种元素和来自元素周期表的第IV族或第V族的一种或多种元素。合适的附加相可以是化合物或元素材料。还提供了制备相变材料溅射靶的方法。虽然公开了多个实施方案，但是本领域技术人员从以下示出并描述了本专利技术的示例性实施方案的具体实施方式中将理解本专利技术的其他实施方案。因此，附图和具体实施方式本质上被认为是示例性的而非限制性的。附图说明图1是示例性物理气相沉积装置的一部分的示意图。图2是示例性GeSeAs材料的温度与探针位置的曲线图。图3和图4是实施例1的扫描电子显微镜图像。图5和图6是实施例2的扫描电子显微镜图像。图7是实施例2的平均尺寸分布图。图8是来自实施例2的能量色散x射线(EDS)的图像。图9是实施例4的扫描电子显微镜图像。具体实施方式本公开涉及相变材料溅射靶及其制备方法。图1中示出了示例性物理气相沉积装置10的一部分的示意图。物理气相沉积(“PVD”)装置10包括背板12，背板12具有例如利用环氧树脂、铟粘合剂或其他类型的焊料粘合剂与其结合的溅射靶14。半导体材料晶片18位于装置10内并且被设置成与靶14间隔开。溅射靶14的表面16是溅射表面。在操作中，溅射材料22从溅射靶14的溅射表面16移位，并在晶片18上形成涂层(或薄膜)20。在一些实施方案中，溅射靶14可在没有背板12的PVD装置10中使用。该配置称为单片配置。在一些实施方案中，溅射靶14是由包含初级合金材料和至少一种附加相的合金化合物形成的相变溅射靶。初级合金材料包含来自元素周期表的第VI族的至少一种元素(即硫属元素化物)和来自元素周期表的第IV族或第V族的一种或多种元素。第VI族的合适元素包括硫(S)、硒(Se)、碲(Te)和钋(Po)。第IV族和第V族的合适元素包括锗(Ge)、砷(As)、锡(Sn)和锑(Sb)。在一些实施方案中，初级合金材料可表现出玻璃化转变行为。溅射靶14包括至少一个附加相。附加相可以是化合物或元素材料。合适的附加相可以是化合物诸如GeSe或元素诸如硅(Si)。在一些实施方案中，溅射靶14可包括附加相和附加元素材料。例如，溅射靶14可包括Si和GeSe。在一些实施方案中，溅射靶14可由硒、锗、砷和硅组成或基本上由硒、锗、砷和硅组成，或者可由锗、砷、碲和硅组成或基本上由锗、砷、碲和硅组成，其中此类列表不表示元素的经验比率。也可能存在痕量杂质。在一些实施方案中，第VI族元素可代表合金化合物的主要成分。例如，第VI族元素可以按合金化合物的重量计约45重量％至约80重量％的量存在。在一些实施方案中，来自第IV族或第V族的每种元素可以合金化合物的约5重量％至约50重量％的量存在。合金化合物可在二元化合物至五元化合物的范围内。在一些实施方案中，合金化合物可含有多于五种组分(即，可具有比季化合物更高的序列)。表1中提供了用于溅射靶14的合金化合物的示例性组成范围。表1：示例性组合物Ge(重量％)As(重量％)Te(重量％)Se(重量％)Si(重量％)实施例15-1520-40-45-650-10实施例25-2020-4045-65-0-10实施例320-500-200-2545-800-10在一些实施方案中，合金化合物可包括本体或主基质，其可以是单相或近单相合金。本体基质可含有一种或多种均匀或基本均匀分布的附加相。在一些实施方案中，附加相的均匀表征由均匀或基本上均匀的元素组成指示。例如，在一些实施方案中，在溅射靶14的溅射表面上进行的FEI测量表明原子元素组成的变化小于1％。例如，来自靶坯的中心、中半径和边缘的样品表明原子元素组成的变化小于1％。在一些实施方案中，具有附加相的基本均匀分布的溅射靶的特征在于收集样品的相尺寸和数量。在相对中心到边缘偏差小于10％的范围内，相的总和是均匀的，并且在相对中心到边缘偏差小于10％的范围内，各个相是均匀的。在一些实施方案中，相的平均尺寸在小于5％的相对中心到边缘偏差内是均匀的。表2中提供了具有基本上均匀分布的附加相的示例性溅射靶。表2在一些实施方案中，一个或多个附加相可具有约200微米至小于10微米诸如至约1微米的平均直径或尺寸。在一些实施方案中，一个或多个附加相可具有小于约40微米诸如约40微米至约1微米的平均尺寸。元素材料形式的附加相的平均当量直径可使用常用的减小方法调节，包括粉碎、研磨、球磨和喷射研磨，然后加入到本体基质中。可通过标准泰勒筛或其他方法筛分颗粒以获得所需的平均直径或尺寸分布。在一些实施方案中，硅第二相可具有约40微米至小于10微米的平均直径或尺寸。使用超细制造的粉末可实现任何第二相的极细分散。溅射靶14可具有低氧含量。一种用于确定氧含量的合适方法是通过气相色谱法。在一些实施方案中，氧含量可小于2000份/百万份(ppm)、小于1000ppm、小于300ppm或小于100ppm。在一些实施方案中，氧含量可为约2000ppm至约5ppm，或约1000ppm至约5pm，或约300ppm至约5ppm，或约5ppm至约100ppm。溅射靶14可具有高纯度。用于确定纯度的合适方法包括电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)和辉光放电质谱法(GDMS)。在一些实施方案中，溅射靶14可满足4N纯度或99.99％纯度。在另外的实施方案中，溅射靶14可满足4N5纯度或99.995％纯度。在一些实施方案中，溅射靶14可具有至少99.9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物理气相沉积设备，包括相变材料溅射靶，所述相变材料溅射靶包括：主基质，所述主基质包含来自元素周期表的第VI族的除氧以外的至少一种元素和来自元素周期表的第IV族或第V族的一种或多种元素；以及基本上均匀地分散在所述主基质中的至少一个附加相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.22 US 62/378,031;2017.08.07 US 15/670,4871.一种物理气相沉积设备，包括相变材料溅射靶，所述相变材料溅射靶包括：主基质，所述主基质包含来自元素周期表的第VI族的除氧以外的至少一种元素和来自元素周期表的第IV族或第V族的一种或多种元素；以及基本上均匀地分散在所述主基质中的至少一个附加相。2.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其中所述相变材料溅射靶在所述主基质和所述附加相之间不含间隙。3.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其中每个附加相是化合物或元素材料。4.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其中所述溅射靶具有至少95％的理论值密度。5.根据权利要求1所述的物理气相沉积设备，其中所述溅射靶在溅射表面上的原子元素组成的变化小于1％。6.一种形成相变材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·R·品特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US