【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，具体涉及一种金属钴薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、随着芯片制造工艺的不断进步，到了10nm以下的尺寸范围，特征尺寸效应开始变得明显。在这种情况下，金属导线尺寸的缩小会导致铜等传统互连材料的电阻增加，信号传输速度下降，信号延迟增加，而钴具有晶粒细小、晶界较少、电阻低、扩散性弱，在小尺寸芯片制造中能够更好地保持互连结构的稳定性和电学性能。然而，现有的钴薄膜在制备工艺中存在一些问题，如：采用化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)生长方式制备的co薄膜的片内均匀性较差；采用原子层沉积(atomic layer deposition，ald)方式制备钴薄膜则花费时间太长。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本申请提供一种金属钴薄膜及其制备方法。
2、为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，本申请提供一种金属钴薄膜的制备方法，包括：所述方法应用于沉积设备的内腔体中，所述内腔体中放置有衬底，所述方法是采用cvd与ald同时进行的方式使钴源和反应气体发生反应，在衬底上沉积金属钴薄膜。
4、在本申请的一种实施方式中，所述沉积设备设置有2个或2个以上的平衡载气管路通入内腔体、1个或1个以上的cvd反应气体及其载气管路以及1个或1个以上的ald反应气体及其载气管路经过等离子体发生器通入内腔体，所述平衡载气管路接入钴源时即作为cvd钴源及其载气管路或ald钴源及其载气管路，此时，
5、所述方法中，一直保持cvd反应气体及其载气管路、ald反应气体及其载气管路、等离子体发生器、cvd钴源及其载气管路、ald钴源及其载气管路和除cvd钴源及其载气管路和ald钴源及其载气管路之外的其余平衡载气管路处于打开状态，与此同时，ald钴源及其载气管路和ald反应气体及其载气管路根据ald循环的需要进行开启或关闭ald钴源和ald反应气体，所述ald循环包括：ald钴源脉冲、ald钴源的载气吹扫、ald反应气体脉冲、ald反应气体的载气吹扫。
6、在本申请的一种实施方式中，所述的沉积设备还设置有惰性气体管路经等离子体发生器通入内腔体，所述惰性气体管路、所述cvd反应气体及其载气管路、ald反应气体及其载气管路、cvd钴源及其载气管路、ald钴源及其载气管路和其余平衡载气管路的输出端口径均相同；在此条件下， cvd钴源与ald钴源的载气和其余平衡载气的气体流量相等，cvd钴源与ald钴源的流量相等，cvd反应气体和ald反应气体的载气流量相等，cvd反应气体与ald反应气体的流量相等。
7、在本申请的一种实施方式中，所述惰性气体管路用于对衬底表面进行等离子体预处理。
8、在本申请的一种实施方式中，所述的制备方法还包括对金属钴薄膜进行退火处理。
9、在本申请的一种实施方式中，所述cvd与ald任选其一先后开始或同时开始，任选其一先后关闭或同时关闭。
10、在本申请的一种实施方式中，所述cvd与ald的同时开始和同时关闭，在cvd期间完成ald沉积的循环数不少于1次。
11、在本申请的一种实施方式中，所述的cvd钴源和ald钴源为cctba，所述cvd反应气体和ald反应气体为h2，所述cvd反应气体和ald反应气体的载气、其余平衡载气以及惰性气体均为ar。
12、在本申请的一种实施方式中，所述金属钴薄膜的制备过程中，内腔体沉积温度为100℃-200℃，内腔体的腔体压力在cvd和ald的过程中为8torr-12torr；所述cvd反应气体和ald反应气体h2流量分别为5000sccm，cvd反应气体和ald反应气体的载气ar流量分别为1000 sccm，cvd钴源与ald钴源cctba流量分别为0-30 sccm，cvd钴源和ald钴源的载气以及其余平衡载气ar的流量为500 sccm，等离子体发生器功率为1000w，钴源cctba温度为45℃。
13、在本申请的一种实施方式中，所述ald的一个循环的时间为15s，包括：ald钴源脉冲时间为1s，即ald钴源开启时间为1s；ald钴源的载气吹扫时间为4s，即ald钴源关闭时间为4s；ald反应气体脉冲时间为3s，即ald反应气体开启时间为3s；ald反应气体的载气吹扫时间为7s，即ald反应气体关闭时间为7s。
14、在本申请的一种实施方式中，所述沉积设备的内腔体内设置有可拆卸的喷淋组件，所述喷淋组件包括柱状侧壁以及与柱状侧壁两端连接的第一面板和第二面板，所述柱状侧壁具有厚度，所述柱状侧壁内分散设置有2个或2个以上的通气管路，所述通气管路的一端开口位于所述柱状侧壁靠近第二面板一端，所述柱状侧壁靠近第一面板一端设置有辐射状的钴源递送通道，所述钴源递送通道用于通入cvd钴源及其载气、ald钴源及其载气以及其余平衡载气，所述第一面板被钴源递送通道分割为多个扇形区域，扇形区域包括多个阵列分布的通孔；所述钴源递送通道的辐射中心设置为开口朝向第二面板的气体混合区，所述钴源递送通道一端与气体混合区相通；所述钴源递送通道的另一端与所述通气管路的另一端开口连通；所述第二面板包括沿圆周方向和径向方向设置的多个喷淋孔，所述第二面板远离所述第一面板一端安装有衬底支撑架；当所述喷淋组件安装在内腔体内时，cvd钴源及其载气管路、ald钴源及其载气管路、以及其余平衡载气管路的输出端与通气管路的一端开口对应连接；
15、所述的金属钴薄膜的制备方法中，所述cvd反应气体及其载气和ald反应气体及其载气经通孔流向第一面板和第二面板之间的区域，cvd钻源及其载气和ald钴源及其载气在气体混合区汇集后，扩散并与在第一面板和第二面板之间区域的cvd反应气体及其载气和ald反应气体及其载气混合后，经喷淋孔流向衬底。
16、在本申请的一种实施方式中，所述喷淋孔的孔径小于所述通孔的孔径。
17、第二方面，本申请提供以上任一所述的方法制备得到的金属钴薄膜。
18、第三方面，本申请提供一种包含所述金属钴薄膜的复合薄膜，包括复合衬底和薄膜层，薄膜层为金属钴薄膜，复合衬底包括衬底层和附着于衬底层上的隔离层，在所述隔离层上镀膜形成薄膜层。
19、衬底层的材料可选自硅、绝缘层上硅(silicon on insulator，soi)、石英、蓝宝石或碳化硅。
20、在本申请的一种实施方式中，所述衬底层的材料为硅。
21、在本申请中，对衬底层的厚度不进行限定，可以根据产品结构以及所使用衬底的尺寸而具体选择。
22、在本申请的一种实施方式中，隔离层的材料可选自二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。
23、在本申请的一种实施方式中，隔离层的材料为二氧化硅。
24、与现有技术相比，本申请的有益效果为：
25、本申请提供一种金属钴薄膜及其制备方法，通过将cvd方式和ald方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，包括：所述方法应用于沉积设备的内腔体中，所述内腔体中放置有衬底，所述方法是采用CVD与ALD同时进行的方式使钴源和反应气体发生反应，在衬底上沉积金属钴薄膜。
2.根据权利要求1所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述沉积设备设置有2个或2个以上的平衡载气管路通入内腔体、1个或1个以上的CVD反应气体及其载气管路以及1个或1个以上的ALD反应气体及其载气管路经过等离子体发生器通入内腔体，所述平衡载气管路接入钴源时即作为CVD钴源及其载气管路或ALD钴源及其载气管路，此时，平衡载气作为CVD钴源或ALD钴源的载气；
3.根据权利要求2所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述沉积设备还设置有惰性气体管路经等离子体发生器通入内腔体，所述惰性气体管路、CVD反应气体及其载气管路、ALD反应气体及其载气管路、CVD钴源及其载气管路、ALD钴源及其载气管路和其余平衡载气管路的输出端口径均相同；在此条件下， CVD钴源与ALD钴源的载气和其余平衡载气的气体流量相等，CVD钴源与ALD钴源的流量相等，CVD反应气体和ALD反
4.根据权利要求3所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体管路用于对衬底表面进行等离子体预处理。
5.根据权利要求1所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法还包括对金属钴薄膜进行退火处理。
6.根据权利要求1所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述CVD的过程与ALD的过程同时开始和同时关闭，在CVD期间完成ALD沉积的ALD循环数不少于1次。
7.根据权利要求3所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述的CVD钴源和ALD钴源为CCTBA，所述CVD反应气体和ALD反应气体为H2，所述CVD反应气体和ALD反应气体的载气、其余平衡载气以及惰性气体均为Ar。
8.根据权利要求7所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属钴薄膜的制备过程中，内腔体沉积温度为100℃-200℃，内腔体的腔体压力在CVD和ALD的过程中为8torr-12torr；所述CVD反应气体和ALD反应气体H2流量分别为5000sccm，CVD反应气体和ALD反应气体的载气Ar流量分别为1000 sccm，CVD钴源与ALD钴源CCTBA流量分别为0-30 sccm，CVD钴源和ALD钴源的载气以及其余平衡载气Ar的流量分别为500 sccm，等离子体发生器功率为1000W，钴源CCTBA温度为45℃。
9.根据权利要求8所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述ALD的一个循环的时间为15s，包括：ALD钴源脉冲时间为1s，即ALD钴源开启时间为1s；ALD钴源的载气吹扫时间为4s，即ALD钴源关闭时间为4s；ALD反应气体脉冲时间为3s，即ALD反应气体开启时间为3s；ALD反应气体的载气吹扫时间为7s，即ALD反应气体关闭时间为7s。
10.根据权利要求2所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，
11.根据权利要求10所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述喷淋孔（210）的孔径小于所述通孔（111）的孔径。
12.权利要求1至11任一项权利要求所述的方法制备得到的金属钴薄膜。
13.一种包含权利要求12所述的金属钴薄膜的复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜包括复合衬底和薄膜层，所述薄膜层为金属钴薄膜；所述复合衬底包括衬底层和附着于衬底层上的隔离层；在所述隔离层上镀膜形成薄膜层。
...【技术特征摘要】
1.一种金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，包括：所述方法应用于沉积设备的内腔体中，所述内腔体中放置有衬底，所述方法是采用cvd与ald同时进行的方式使钴源和反应气体发生反应，在衬底上沉积金属钴薄膜。
2.根据权利要求1所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述沉积设备设置有2个或2个以上的平衡载气管路通入内腔体、1个或1个以上的cvd反应气体及其载气管路以及1个或1个以上的ald反应气体及其载气管路经过等离子体发生器通入内腔体，所述平衡载气管路接入钴源时即作为cvd钴源及其载气管路或ald钴源及其载气管路，此时，平衡载气作为cvd钴源或ald钴源的载气；
3.根据权利要求2所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述沉积设备还设置有惰性气体管路经等离子体发生器通入内腔体，所述惰性气体管路、cvd反应气体及其载气管路、ald反应气体及其载气管路、cvd钴源及其载气管路、ald钴源及其载气管路和其余平衡载气管路的输出端口径均相同；在此条件下， cvd钴源与ald钴源的载气和其余平衡载气的气体流量相等，cvd钴源与ald钴源的流量相等，cvd反应气体和ald反应气体的载气流量相等，cvd反应气体与ald反应气体的流量相等。
4.根据权利要求3所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体管路用于对衬底表面进行等离子体预处理。
5.根据权利要求1所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法还包括对金属钴薄膜进行退火处理。
6.根据权利要求1所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述cvd的过程与ald的过程同时开始和同时关闭，在cvd期间完成ald沉积的ald循环数不少于1次。
7.根据权利要求3所述的金属钴薄膜的制备方法，其特征在于，所述的cv...
【专利技术属性】
技术研发人员：张博，时秋伟，
申请(专利权)人：南京原磊纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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