CN108022714B - 一种软磁薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软磁薄膜及其制备方法。本发明的软磁薄膜，包括堆叠设置的多组层结构，每组层结构包括软磁材料层及位于软磁材料层上方的介质层，每组层结构还包括第一粘结层和/或第二粘结层，第一粘结层和第二粘结层用于增强层结构的粘附性；其中，第一粘结层位于软磁材料层和介质层之间，和/或，第二粘结层位于介质层之上。本发明的软磁薄膜的制备方法，包括循环制备层结构的步骤，以形成堆叠设置的多组层结构，制备层结构的步骤包括：S1：溅射软磁材料层；S2：溅射介质层；在S1和S2之间还包括S3：在软磁材料层上溅射第一粘结层；和/或，在S2之后还包括S4：在介质层上溅射第二粘结层。

Description

一种软磁薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种软磁薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，信息处理速度和传输频率也越来越高。对于相应设备（如手机）而言，其包含的电子元器件越来越向着高频化、薄膜化、微型化、集成化等方向发展。虽然随着技术的发展，集成电路制造工艺已可以显著缩小处理器尺寸，但仍有一些核心元器件如集成电感、噪声抑制器等在高频化、微型化、集成化等方面面临诸多困难，为了解决此问题，具有高磁化强度、高磁导率、高共振频率及高电阻率的软磁薄膜材料引起人们越来越多的关注。

镍铁合金和镍作为软磁材料，在弱、中磁场下具有良好的软磁特性，被广泛研究。软磁材料薄膜一般为多层结构，各层结构包括软磁材料层和介质层，即各软磁材料层之间用介质层隔离，介质层一般采用反应方式制得。

目前，通常利用磁控溅射设备制备软磁薄膜，在磁控溅射设备上备有软磁材料靶材和介质靶材，分别用于沉积软磁材料层和介质层。在第一工艺腔室中，通入工艺气体，溅射过程中离化的工艺气体离子轰击软磁材料靶材，从而在晶片上沉积软磁材料层。在第二工艺腔室中，溅射介质层，当溅射形成的介质层为SiO₂时，使用Si靶，通入的反应气体为Ar气和O₂，在溅射过程中，Ar离子将Si粒子从靶材上轰击下来，腔室中通入的O₂将Si粒子氧化成SiO₂。

具体的，当采用磁控溅射设备在晶片上沉积镍铁合金层和SiO₂的堆叠膜层时，按照如下步骤进行：1、将晶片传送至第一工艺腔中，溅射镍铁合金膜层；2、将晶片传送至SiO₂工艺腔中，溅射SiO₂膜层。重复步骤1～2，溅射镍铁合金和SiO₂，直至沉积至所需要的厚度。

然而，现有的软磁薄膜在制备过程中存在以下缺陷：软磁材料层和介质层直接接触，两者之间的粘附性较差，容易发生剥落。

其中，软磁材料层和介质层之间粘附性较差的原因包括：

（1）软磁材料层和介质层的热膨胀系数不同，在溅射软磁材料层和介质层时，均存在从高温到低温冷却的过程，冷却后软磁材料层体积变化与介质层体积变化相差较大，导致膜层内产生较大的应力，使得软磁材料层和介质层之间的粘附性较差，从而降低了软磁薄膜的粘附性。

（2）软磁材料层和介质层直接接触，当在软磁材料层上溅射介质层时，容易在软磁材料层上生成金属氧化物，金属氧化物与软磁材料层之间的晶格失配度较大，两者之间的界面能较大，金属氧化物与软磁材料层的粘附性较差，从而降低了软磁薄膜的粘附性。

发明内容

本发明提供了一种软磁薄膜，用以解决软磁薄膜的粘附性差的问题；本发明还提供了一种软磁薄膜的制备方法，用以制备粘附性良好的软磁薄膜。

根据本发明的一方面，提供了一种软磁薄膜，包括堆叠设置的多组层结构，其中，每组所述层结构包括软磁材料层及位于所述软磁材料层上方的介质层，其特征在于，每组所述层结构还包括第一粘结层和/或第二粘结层，所述第一粘结层和第二粘结层用于增强所述层结构的粘附性；其中，

所述第一粘结层位于所述软磁材料层和介质层之间，和/或，所述第二粘结层位于所述介质层之上。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和所述第二粘结层的热膨胀系数小于所述软磁材料层的热膨胀系数，且大于所述介质层的热膨胀系数。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述软磁材料层为镍铁合金层或镍层。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述镍铁合金层用质量百分比计的80%镍和20%铁组成的镍铁合金溅射制成。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和/或第二粘结层为固体单质，所述介质层为所述固体单质的氧化物或氮化物。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和/或第二粘结层为Si层，所述介质层为SiO₂层。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和/或第二粘结层为Si层，所述介质层为Si₃N₄层。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和/或第二粘结层为Ti层，所述介质层为TiO₂层。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为Ti层，所述介质层为TiN层。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，所述第一粘结层和/或第二粘结层为Ta层，所述介质层为TaN层。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，每层所述第一粘结层和/或每层第二粘结层的厚度为1-10nm。

可选地，根据本发明的软磁薄膜，每层所述介质层的厚度为1-100nm。

根据本发明的另一方面，提供了一种软磁薄膜的制备方法，包括循环制备层结构的步骤，以形成堆叠设置的多组层结构，所述制备层结构的步骤包括：

S1：溅射软磁材料层；

S2：溅射介质层；

其中，在所述S1和所述S2之间还包括S3：在所述软磁材料层上溅射第一粘结层；和/或，

在所述S2之后还包括S4：在所述介质层上溅射第二粘结层。

可选地，根据本发明的制备方法，

所述软磁材料层为镍铁合金层；

所述介质层为二氧化硅层；以及

所述第一粘结层和/或第二粘结层为硅层。

可选地，根据本发明的制备方法，

在所述S3和/或S4中，溅射工艺气体的流量范围为0.1～200sccm。

可选地，根据本发明的制备方法，

在所述S3和/或S4中，

靶材与直流电源电连接，所述直流电源输出的溅射功率范围为1～3000W，溅射时长范围为1～100s。

根据本发明的软磁薄膜，在各组层结构中包括第一粘结层和/或第二粘结层，提高了软磁材料层和介质层之间的粘附性，从而提高了软磁薄膜的粘附性，使其不易发生剥离。

根据本发明的软磁薄膜，第一粘结层和第二粘结层的热膨胀系数小于软磁材料层的热膨胀系数且大于介质层的热膨胀系数。因此，当溅射软磁薄膜时，从高温到低温冷却后，第一粘结层和/或第二粘结层的体积变化与软磁材料层的体积变化差异较小，第一粘结层和/或第二粘结层与软磁材料层之间的内应力较小；第一粘结层和/或第二粘结层与介质层的体积变化差异也较小，第一粘结层和/或第二粘结层与介质层之间的内应力也较小；因此提高了每组层结构内部的粘附性，从而提高了软磁薄膜的粘附性，使其不易发生剥离。

根据本发明的软磁薄膜，粘结层为固体单质，介质层为该固体单质对应的氧化物或氮化物，粘结层和介质层之间的晶格失配度非常小，粘结层与介质层之间的界面能很小，粘结层和介质层之间的粘附良好；且软磁材料层与介质层之间不直接接触，避免了在介质层溅射时，在软磁材料层上生成金属氧化物，且粘结层与软磁材料层的失配度也较小，软磁材料层与粘结层之间的界面能很小，粘结层和软磁材料层之间的粘附性良好；因此，提高了每组层结构内部的粘附性，从而提高了软磁薄膜的粘附性，使其不易发生剥离。

根据本发明的软磁薄膜的制备方法，得到了包括粘结层的软磁薄膜，得到的软磁薄膜具有良好的粘附性，不易发生剥离。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的软磁薄膜的一组层结构的示意图；

图2为本发明实施例2提供的软磁薄膜的一组层结构的示意图；

图3为本发明实施例3提供的软磁薄膜的一组层结构的示意图；

图4为本发明实施例4提供的制备软磁薄膜的流程图；

图5为本发明实施例5提供的制备软磁薄膜的流程图；

图6为本发明实施例6提供的制备软磁薄膜的流程图；

图7为本发明实施例4-6的软磁薄膜制备方法所使用的磁控溅射设备的结构示意图。

其中，附图标记为：

反应腔体1、真空泵系统2、气体源3、基台4、晶片5、靶材6、绝缘材料7、去离子水8、磁控管9、软磁材料层11、第一粘结层12、介质层13、第二粘结层14。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种软磁薄膜，该软磁薄膜形成在晶片表面，包括堆叠设置的多组层结构，每组层结构包括软磁材料层和介质层，介质层位于软磁材料层上方；每组层结构还包括第一粘结层和/或第二粘结层，第一粘结层和第二粘结层用于增强层结构的粘附性；第一粘结层位于软磁材料层和介质层之间，和/或，第二粘结层位于介质层之上。

也就是说，在软磁薄膜的每组层结构中，可以只包括一个粘结层，该粘结层为第一粘结层，第一粘结层位于软磁材料层和介质层之间；或者，每组层结构包括一个粘结层，该粘结层为第二粘结层，第二粘结层位于介质层上；或者，在软磁薄膜的每组层结构中还可以包括两个粘结层，即第一粘结层和第二粘结层，第一粘结层位于软磁材料层和介质层之间，且第二粘结层位于介质层上。

需要说明的是，软磁薄膜的层结构的数量不限，可以根据晶片的应用场景和应用领域确定。

本发明通过在软磁薄膜的各组层结构内增加第一粘结层和/或第二粘结层，将第一粘结层设置在软磁材料层和介质层之间且将第二粘结层设置在介质层上，或者，仅将第二粘结层设置在介质层上，或者，仅将第一粘结层设置在软磁材料层和介质层之间；使软磁材料层与第一粘结层和/或第二粘结层直接接触，提高了每组层结构内的粘附性，从而提高软磁薄膜的粘附性，避免软磁薄膜的膜层剥落。

以下分别结合实施例1-3，对本发明软磁薄膜的每组层结构进行详细说明。

实施例1

实施例1提供一种软磁薄膜，该软磁薄膜包括堆叠设置的多组层结构，且如图1所示，每组层结构依次包括：软磁材料层11、第一粘结层12和介质层13。

即软磁材料层11、第一粘结层12和介质层13在晶片上表面由下至上依次设置，具体的，可以通过溅射方式依次形成于晶片的上表面。

也就是说，每组层结构的软磁材料层11位于与该组层结构下方相邻的另一组层结构的介质层的上方；该组层结构的介质层13位于与该组层结构上方相邻的另一组层结构的软磁材料层的下方。

在软磁材料层11和介质层13的溅射过程中，均会有从高温到低温的冷却过程，在冷却过程中，由于热膨胀系数不同，导致冷却后二者的体积变化不同，其中软磁材料层11的体积变化大，介质层13的体积变化小，当软磁材料层11和介质层13直接接触时，软磁材料层11和介质层13之间会产生较大的内应力，软磁材料层11和介质层13之间的粘附性较差，从而使软磁薄膜的粘附性较差，增加软磁薄膜膜层剥落的风险。

因此，在本发明实施例1中，第一粘结层12的热膨胀系数小于软磁材料层11的热膨胀系数，且大于介质层13的热膨胀系数。

因此，当溅射软磁薄膜时，从高温到低温冷却后，第一粘结层的体积变化与软磁材料层的体积变化差异较小，第一粘结层与软磁材料层之间的内应力较小；第一粘结层与介质层的体积变化差异也较小，第一粘结层与介质层之间的内应力也较小；因此提高了每组层结构内部的粘附性，从而提高了软磁薄膜的粘附性，使其不易发生剥离。

软磁材料层11选用镍铁合金层或镍层，镍铁合金优选Ni₈₀Fe₂₀合金。Ni₈₀Fe₂₀合金即为用以质量百分比计的80%镍和20%铁组成的镍铁合金。在软磁材料层选用Ni₈₀Fe₂₀时，软磁薄膜的粘附性及其它相关性能优良。

第一粘结层12为固体单质，介质层13为该固体单质的氧化物或氮化物。

其中，当第一粘结层12为Si层时，介质层13为SiO₂层或Si₃N₄层。

当软磁材料层11为Ni₈₀Fe₂₀合金，第一粘结层12为Si层，介质层13为SiO₂层时，首先Ni₈₀Fe₂₀合金和Si的晶格失配度小，Ni₈₀Fe₂₀合金和Si之间的界面能低，所以两者之间的粘附性好；SiO₂和Si之间的晶体结构相同，两者之间的晶格适配度非常小，界面能很低，SiO₂和Si之间的粘附性非常好；因此增强层结构内的粘附性，从而增强软磁薄膜的粘附性，防止其发生剥落。其次，与SiO₂相比，Si具有更大的热膨胀系数，Si的热膨胀系数与Ni₈₀Fe₂₀合金更接近；当溅射软磁薄膜时，从高温到低温冷却后，Si层的体积变化与Ni₈₀Fe₂₀合金层的体积变化差异较小，Si层与Ni₈₀Fe₂₀合金层之间的内应力较小；Si层与SiO₂层的体积变化差异也较小，Si层与SiO₂层之间的内应力也较小；因此提高了每组层结构内部的粘附性，从而提高了软磁薄膜的粘附性，使其不易发生剥离。

当第一粘结层12为Ti层时，介质层13可以为TiO₂层或TiN；当第一粘结层12为Ta层时，介质层13可以为TaN层。

本发明实施例的第一粘结层12选用固体单质制成，介质层13选用相应的固体单质的氧化物或氮化物制成，相应的固体单质的氧化物或氮化物为绝缘体，这样，第一粘结层12与介质层13的晶体结构相同，晶格的失配度小，两者之的界面能低，从而使介质层13与第一粘结层12之间的粘附性较高；另外，第一粘结层12与软磁材料层之间的失配度也较小，两者之间的界面能较低，从而使介质层13和第一粘结层12之间的粘附性较高；且由于第一粘结层12的存在，避免了在溅射介质层时在软磁材料层生成金属氧化物；因此提高了每组层结构内部的粘附性，从而提高了软磁薄膜的粘附性，使其不易发生剥离。

软磁材料层11每层的厚度优选30～150nm，进一步优选50-120nm，更进一步优选100nm，软磁材料层11的厚度还可以优选40、60nm、70nm、80nm、90nm、110nm、130nm和140nm。

第一粘结层12的厚度优选1-10nm，进一步优选1-5nm，更进一步优选2nm，另外，第一粘结层12的厚度还可以优选3nm、4nm、6nm、7nm、8nm和9nm。

介质层13的厚度优选1-100nm，进一步优选3-12nm，更进一步优选10nm；介质层13的厚度还可以优选2nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、12nm、15nm和20nm。

在实施例1中，通过设置第一粘结层12，能够增强本组层结构内的软磁材料层11和介质层13之间的粘附性，从而提高整个软磁薄膜的粘附性。

实施例2

实施例2提供一种软磁薄膜，实施例2的软磁薄膜与实施例1的软磁薄膜的区别在于，不包括第一粘结层，而是包括第二粘结层。在实施例1中，第一粘结层12位于软磁材料层11和介质层13之间，而在实施例2中，如图2所示，第二粘结层14位于介质层13上。

也就是说，每组层结构的软磁材料层11位于与该组层结构下方相邻的另一组层结构的第二粘结层14的上方，该组层结构的第二粘结层14位于与该组层结构上方相邻的另一组层结构的软磁材料层11的下方。

在实施例2中，通过设置第二粘结层14，能够增强本组层结构内的介质层13和与位于本组层结构上方相邻的另一组层结构的软磁材料层11之间粘附性，从而增强软磁薄膜的粘附性。

实施例2的第二粘结层14的性质和特性与实施例1中的第一粘结层12相同，软磁薄膜的其他结构及各层材料组成也与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

实施例3提供一种软磁薄膜，实施例3的软磁薄膜与实施例1、2的软磁薄膜的区别在于，每组层结构既包括第一粘结层又包括第二粘结层。

在实施例3中，如图3所示，每组层结构依次包括：软磁材料层11、第一粘结层12、介质层13和第二粘结层14，第一粘结层12位于软磁材料层11和介质层13之间，第二粘结层14位于介质层13上。

也就是说，每组层结构的软磁材料层11位于与该组层结构下方相邻的另一组层结构的第二粘结层14的上方，该组层结构的第二粘结层14位于与该组层结构上方相邻的另一组层结构的软磁材料层11的下方。

在实施例3中，通过设置第一粘结层12和第二粘结层14，不但能够增强本组层结构内的软磁材料层11和介质层13之间的粘附性，而且还能够增强本组层结构内的介质层13和与位于本组层结构上方相邻的另一组层结构的软磁材料层11之间粘附性。

实施例3的第二粘结层14、第一粘结层12的性质和特性与实施例1中的第一粘结层12相同，软磁薄膜的其他结构及各层材料组成也与实施例1相同，在此不再赘述。

本发明还提供一种软磁薄膜的制备方法，包括循环制备层结构的步骤，以形成堆叠设置的多组层结构。如图4-6所示，制备层结构的步骤包括：

S1：溅射软磁材料层；

S2：溅射介质层；

其中，在S1和S2之间还包括S3：在软磁材料层上溅射第一粘结层；和/或，

在S2之后还包括S4：在介质层上溅射第二粘结层。

优选的，软磁材料层为镍铁合金层，介质层为二氧化硅层，第一粘结层和/或第二粘结层为硅层。

优选的，在S3和/或S4中，溅射工艺气体的流量范围为1-200sccm。在本发明实施例中，工艺气体为氩气。

在S3和/或S4中，靶材与直流电源电连接，直流电源输出的溅射功率范围为1～3000W，溅射时长范围为1-100s。

其中在S3和/或S4中，同时控制溅射功率的范围和溅射时长来控制粘结层的溅射厚度。若需要溅射的粘结层的厚度固定，那么在较低的溅射功率时，则溅射时间相应增长，在较高的溅射功率时，则溅射时间相应缩短。

以下通过实施例4-6对软磁薄膜的制备方法进行详细说明。且在实施例4～6中制备得到的软磁薄膜层结构中，软磁材料层为Ni₈₀Fe₂₀合金层、第一粘结和第二粘结层为Si层、介质层为SiO₂层。

实施例4～6的制备过程均在磁控溅射设备中进行。磁控溅射设备包括第一工艺腔室和第二工艺腔室的结构。如图7所示，工艺腔室具有圆环型反应腔体1，真空泵系统2可对反应腔体进行抽气而达到约10-8Torr的背底真空度。连接到腔体的气体源3可供给溅射反应气体（如氩气、氮气、氧气等）。基台4用于承载晶片5，靶材6被密封在真空腔体上。绝缘材料7与靶材6之间充满了去离子水8。溅射时，DC电源会施加偏压至靶材6，使其相对于接地的腔体成为负压，以致氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材6。当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材6表面并沉积在晶片5上。磁控管9设置在靶材6的背部并浸没在去离子水中，包括具有相反极性的内外磁极，可在靶材6表面形成一定的磁场分布，该磁场分布可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子与要电离的气体碰撞的机会，获得高密度的等离子体区，大幅度的提高溅射沉积速率。

实施例4

本发明软磁薄膜的制备方法包括：循环制备层结构的步骤，用以形成堆叠的多组层结构。

如图4所示制备层结构包括以下步骤：首先进行S1：溅射软磁材料层；然后进行S3：在软磁材料层上溅射第一层粘结层；最后进行S2：溅射介质层；至此层结构的制备完成。

具体地，在S1步骤：溅射软磁材料层将晶片传送至磁控溅射设备的第一工艺腔室，在晶片的表面溅射软磁材料层11。

其中，溅射软磁材料层的步骤（S1）可以分为以下四个阶段：进气阶段（GAS-IN）、启辉阶段（DC-IN）、溅射阶段（DC-DEP）和结束阶段（END）。

软磁材料层为Ni₈₀Fe₂₀合金层时，上述四个阶段优选工艺参数如表1所示：

表1

需要说明的是，在溅射软磁材料层的步骤（S1）中，在DC-IN阶段和DC-DEP阶段，加载的直流功率优选1～2000W，进一步地优选500～1500W，更进一步优选900W。在GAS-IN阶段、DC-IN阶段和DC-DEP阶段，工艺气体的流量优选0.1～200sccm，进一步地优选1～100sccm，更进一步优选5sccm、10sccm、20sccm、30sccm、40sccm、60sccm和80sccm，工艺气体优选Ar气。

结合表1和图7，在进行溅射软磁材料层的步骤（S1）时，首先进行进气阶段：先将晶片5传送至磁控溅射设备第一工艺腔室内的基台4上，将基台4上升至工艺位置，用压环将晶片5压在基台4上，加载5sccm的工艺气体（Ar气）和20sccm的背吹气体（Ar气），维持5s；然后进入启辉阶段：维持工艺Ar气和背吹Ar气的流量不变，在靶材6（靶材6为Ni₈₀Fe₂₀）上加载900W的直流功率，并维持1s；之后进入软磁材料层的溅射阶段：继续维持背吹Ar气的流量和直流功率不变，将工艺Ar气的流量由5sccm降至1sccm，并维持100s；最后进入结束阶段：关闭工艺Ar气，关闭DC功率，并维持1s；至此100nm的软磁材料层沉积完成。

需要说明的是，软磁材料层的厚度、上述各个阶段的工艺参数的取值可以根据实际需要进行调整，不限于表1给出的数值。

具体地，在S3步骤，将晶片传送至磁控溅射设备的第二工艺腔室，在软磁材料层11上溅射用于增强层结构的粘附性的第一粘结层12。

其中，溅射第一粘结层12的步骤（S3）包括：进气阶段（GAS-IN）、启辉阶段（DC-IN）和溅射阶段（DC-DEP）。

溅射第一粘结层12为Si层，在上述各阶段中的优选参数如表2所示：

表2

需要说明的是，在第一粘结层12的步骤（S3）中，溅射工艺气体的流量范围优选1-200sccm，进一步地优选1～100sccm，更进一步地优选10sccm、20sccm、30sccm、40sccm、50sccm和60sccm，在本发明实施例中，工艺气体为氩气。靶材与直流电电连接，直流电源输出的溅射功率范围优选1～3000W，进一步地优选100～2000W，更进一步地优选300W、500W、700W、800W、1200W、1300W、1500W和1700W，溅射时长范围为1-100s，进一步优选20～80s，更进一步优选30s、40s、50s、60s和70s。在溅射第一粘结层的步骤中，同时控制溅射功率的范围和溅射时长来控制粘结层的溅射厚度。若需要溅射的粘结层的厚度固定，那么在较低的溅射功率时，则溅射时间相应增长，在较高的溅射功率时，则溅射时间相应缩短。

结合表2和图7所示，在溅射第一粘结层12的步骤（S3）中，首先进行进气阶段：软磁材料层11溅射完成后，将晶片5传送至第二工艺腔室，然后将基台4上升至工艺位置，用压环将晶片5压在基台4上，加载10sccm的工艺Ar气和12sccm的背吹Ar气，并维持5s；然后进行启辉阶段：维持工艺Ar气和背吹Ar气的流量不变，在靶材6（靶材为Si）上加载500W的DC功率，并维持1s；最后进行溅射阶段，继续维持工艺Ar气和背吹Ar气的流量不变，将DC功率由500W增加至1500W；至此，完成了2nm的Si层溅射。

需要说明的是，第一粘结层12的厚度优选1-10nm，进一步优选1-5nm，更进一步优选2nm，另外，第一粘结层12的厚度还可以优选3nm、4nm、6nm、7nm、8nm和9nm。

可以根据实际需要通过控制DC功率和反应时长控制第一粘结层12的厚度。

具体地，在S2步骤，将晶片传送至磁控溅射设备的第二工艺腔室，在第一粘结层12上11溅射介质层13。

其中，溅射介质层13的步骤（S2）包括：进气阶段（GAS-IN）、启辉阶段（DC-IN）、溅射阶段（DC-DEP）和结束阶段（END）。溅射介质层13的步骤（S2）之所以包括结束阶段（END）是因为介质层13为每个层结构的最上方的膜层。

溅射的介质层13为SiO₂层，在溅射的介质层的上述各阶段中的优选参数如表3所示：

表3

结合表3和图7所示，在溅射介质层步骤（S2）中，首先进行进气阶段：维持10sccm的工艺Ar气和12sccm的背吹Ar气，同时通入20sccm的介质层反应气体（可以为O₂或N₂，本发明实施例中以O₂为例进行说明），并维持5s；然后进入启辉阶段，维持工艺Ar气、背吹Ar气和介质层反应O₂的流量不变，在Si靶材上加载500W的DC功率，并维持1s；之后进入溅射阶段：继续维持工艺Ar气、背吹Ar气和介质层反应O₂的流量不变，将DC功率由500W增加至1500W，并维持50s，在此阶段将完成10nm的SiO₂的溅射；最后进入结束阶段：关闭DC功率、以及工艺Ar气、背吹Ar气和介质层反应O₂，并保持1s。

需要说明的是，介质层的厚度、上述各个阶段的工艺参数的取值可以根据实际需要进行调整，不限于表3给出的数值。

通过循环执行S1、S3和S2多次，可以在晶片表面得到包括堆叠设置的多组图1对应层结构的软磁薄膜。

实施例5

实施例5提供一种软磁薄膜的制备方法，其与实施例4的软磁薄膜制备方法的区别在于，不执行S3，而是在S2之后执行S4：在介质层上溅射第二层粘结层。

以下结合图5和图7，详细说明软磁薄膜的制备流程。

软磁薄膜的制备方法包括：循环制备层结构的步骤，用以形成堆叠设置的多组层结构。结合图5和图2所示，制备层结构包括以下步骤：

首先进行步骤S1：溅射软磁材料层；然后进行步骤S2：溅射介质层；最后进行步骤S4：在介质层上溅射第二层粘结层。

其中，步骤S1具体为，将晶片传送至磁控溅射设备的第一工艺腔室，在晶片的表面溅射软磁材料层11。

步骤S2具体为，将晶片传送至磁控溅射设备的第二工艺腔室，并在软磁材料层11上溅射介质层13。

步骤S4具体为，在介质层13上溅射用于增强层结构的粘附性的第二粘结层14。

其中步骤S1的工艺参数同实施例4中的工艺参数设置；步骤S2的具体工艺参数和过程同实施例4，但是不执行结束阶段；步骤S4的具体工艺参数和过程同实施例4的步骤S3，但是由于在本实施例中第二粘结为每个层结构的最上方膜层，因此包括结束阶段，在结束阶段中关闭工艺气体和背吹气体并保持至少1s。

通过循环执行S1、S2和S4，可以在晶片表面得到包括堆叠设置的多组实施例2（图2）对应层结构的软磁薄膜。

实施例6

实施例6提供一种软磁薄膜的制备方法，该制备方法与实施例4的制备方法的区别在于，在实施例4的步骤S2之后增加溅射第二粘结层S4的步骤。

以下结合图6和图7，详细说明软磁薄膜的制备流程。

软磁薄膜的制备方法包括：循环制备层结构的步骤，用以形成堆叠设置的多组层结构。制备层结构包括以下步骤：首先进行步骤S1溅射软磁材料层；然后进行步骤S3：在软磁材料层上溅射第一层粘结层；之后进行步骤S2：溅射介质层；最后进行步骤S4：在介质层上溅射第二层粘结层；至此完成一个层结构的制备。

步骤S1具体为：将晶片传送至磁控溅射设备的第一工艺腔室，在晶片的表面溅射软磁材料层11。

步骤S3具体为：将晶片传送至磁控溅射设备的第二工艺腔室，在软磁材料层11上溅射用于增强层结构的粘附性的第一粘结层12。

步骤S2具体为，在第一粘结层12上溅射介质层13。

步骤S4具体为，在介质层13上溅射用于增强层结构的粘附性的第二粘结层14。

需要说明的是，S1的具体实现方式与实施例4中的S1的具体实现方式相同；S3的具体实现方式与实施例4中的S3的具体实现方式相同；S2的具体实现方式与实施例5中的S2的具体实现方式相同；S4的具体实现方式与实施例5中的S4的具体实现方式相同。

即，在实施例6中，软磁材料层为Ni₈₀Fe₂₀、第一粘结层和第二粘结层为Si层、介质层为SiO₂层，各步骤优选的工艺参数如表4所示：

表4

通过循环依次执行S1、S3、S2和S4，在晶片表面得到包括堆叠设置的多组层结构的软磁薄膜。

申请人为了证明根据本发明的制备方法得到的软磁薄膜具有良好的粘附性，设置了比较例，将比较例得到的软磁薄膜与本申请的软磁薄膜的性能进行比较。

其中，本申请的薄膜为实施例6中得到的软磁薄膜，该软磁薄膜的软磁材料为Ni₈₀Fe₂₀层，第一粘结层和第二粘结层为Si层，介质层为SiO₂层，且该软磁薄膜的厚度为3000nm，制备过程采用表1和表4中的工艺参数。

比较例中的制备条件与上述其它条件相同，不同点仅在于没有第一粘结层和第二粘结层，仅为Ni₈₀Fe₂₀层和SiO₂层的交替设置。

将上述对比例中的软磁薄膜，与实施例6中采用优选参数得到的上述软磁薄膜进行了应力测试，并对其外观进行了观测，对比结果如表5所示：

表5

	软磁薄膜的内应力	外观
			比较例	434MPa	膜层发生脱落
实施例	309MPa	膜层表面良好，未发生脱落。

通过表5的结果可以看出，对比例制备得到的软磁薄膜的内应力为434MPa，实施例得到的软磁薄膜的内应力为309MPa，实施例得到的膜层的内应力得到了明显降低；且从外观来看，对比例中的膜层发生脱落，实施例得到的膜层未发生脱落，由此可见实施例得到的软磁薄膜由于增加了粘结层，极大的增强了软磁薄膜的粘附性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种软磁薄膜，包括堆叠设置的多组层结构，其中，每组所述层结构包括软磁材料层及位于所述软磁材料层上方的介质层，其特征在于，每组所述层结构还包括第一粘结层和/或第二粘结层，所述第一粘结层和所述第二粘结层用于增强所述层结构的粘附性；其中，

所述第一粘结层位于该组层结构内的所述软磁材料层和介质层之间，和/或，

所述第二粘结层位于该组层结构内的所述介质层之上，以使该组层结构的所述第二粘结层位于与该组层结构上方相邻的另一组层结构的所述软磁材料层的下方；并且，

所述第一粘结层和所述第二粘结层的热膨胀系数小于所述软磁材料层的热膨胀系数，且大于所述介质层的热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的软磁薄膜，其特征在于，所述软磁材料层为镍铁合金层或镍层。

3.如权利要求2所述的软磁薄膜，其特征在于，所述镍铁合金层用以质量百分比计的80％镍和20％铁组成的镍铁合金溅射制成。

4.如权利要求1所述的软磁薄膜，其特征在于，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为固体单质，所述介质层为所述固体单质的氧化物或氮化物。

5.如权利要求4所述的软磁薄膜，其特征在于，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为Si层，所述介质层为SiO₂层。

6.如权利要求4所述的软磁薄膜，其特征在于，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为Si层，所述介质层为Si₃N₄层。

7.如权利要求4所述的软磁薄膜，其特征在于，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为Ti层，所述介质层为TiO₂层。

8.如权利要求4所述的软磁薄膜，其特征在于，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为Ti层，所述介质层为TiN层。

9.如权利要求4所述的软磁薄膜，其特征在于，所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为Ta层，所述介质层为TaN层。

10.如权利要求1所述的软磁薄膜，其特征在于，每层所述第一粘结层和/或每层所述第二粘结层的厚度为1-10nm。

11.如权利要求1所述的软磁薄膜，其特征在于，每层所述介质层的厚度为1-100nm。

12.一种软磁薄膜的制备方法，包括循环制备层结构的步骤，以形成堆叠设置的多组层结构，其特征在于，所述制备层结构的步骤包括：

S1：溅射软磁材料层；

S2：溅射介质层；

其中，在所述S1和所述S2之间还包括S3：在所述软磁材料层上溅射第一粘结层；和/或，

在所述S2之后还包括S4：在所述介质层上溅射第二粘结层；并且，

所述第一粘结层和所述第二粘结层的热膨胀系数小于所述软磁材料层的热膨胀系数，且大于所述介质层的热膨胀系数。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，

所述软磁材料层为镍铁合金层；

所述介质层为二氧化硅层；以及

所述第一粘结层和/或所述第二粘结层为硅层。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述S3和/或S4中，溅射工艺气体的流量范围为0.1～200sccm。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述S3和/或S4中，

靶材与直流电源电连接，所述直流电源输出的溅射功率范围为1～3000W，溅射时长范围为1～100s。

Images