CN109972104B - 一种弥补Co靶材质量缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，属于磁性材料技术领域，包括以下步骤：首先选用市面上常见的高透磁率的Co靶材，并对Co靶材表面进行清洗；其次将清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，最后磁控溅射沉积制得高镀膜质量、高剩磁比的5‑10nm厚的Co薄膜。本发明通过在Co薄膜沉积过程中在基片位置平行于膜面处施加600～1000Oe的均匀磁场；在磁控溅射沉积过程中Co原子被前述平行施加的均匀磁场磁化，从而使得沉积后的Co薄膜具有较好的磁性，操作简单，极大地降低了生产成本，利于规模化连续化的工业生产。

Description

一种弥补Co靶材质量缺陷的方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，尤其是涉及一种弥补Co靶材质量缺陷的方法。
背景技术
镀膜靶材及溅射技术的快速发展，一方面极大地满足了各种新型电子元器件发展的需求，另一方面为其规模应用及产业化时代打开了全新的局面；而半导体技术的飞速进步，使得溅射靶材在各领域的应用都呈现上升的态势，即在大规模集成电路制造业、半导体芯片行业、平板显示行业、信息存储产业、薄膜太阳能电池制造、表面改性及高档装饰等行业中，溅射靶材均具有广泛的应用前景。
铁磁性稀有贵金属Co及其合金溅射靶材是支撑集成电路、分立器件等先进元器件制造的重要材料，且Co薄膜以其良好的电、磁性能，特殊的晶体结构而广泛应用于磁记录材料、巨磁电阻或用于微磁器件中。尤其是靶材制备工艺如轧制工艺、热处理工艺等对靶材的质量有重要影响。
由于现有制作铁磁性稀有贵金属Co及其合金溅射靶材的工艺复杂，往往使得靶材的织构、晶粒度和透磁率不同，从而导致即使在同样的磁控溅射工艺条件下制备，所制备的Co薄膜磁性能较差，从而影响磁控溅射Co薄膜的质量，目前是通过调整靶材的织构、晶粒度和透磁率来提高磁控溅射Co薄膜的磁性能，不仅需要针对不同的靶材制备工艺进行适应性调节，而且还需要针对磁控溅射的工艺参数进行相应的调节，调节过程异常复杂，不利于工业化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题：现有提高磁控溅射Co薄膜的磁性能的技术需要针对不同的靶材制备工艺进行适应性调节，而且还需要针对磁控溅射的工艺参数进行相应的调节，调节过程异常复杂，不利于工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明提供一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的高透磁率的Co靶材，并对Co靶材表面进行清洗；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，磁控溅射沉积制得高镀膜质量、高剩磁比的5-10nm厚的Co薄膜。
优选地，所述S1中高透磁率的Co靶材是透磁率为69.13％-82.41％的Co靶材。
优选地，所述S1中Co靶材的直径为45-55mm，厚度为2-4mm。
优选地，所述S1中Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm。
优选地，所述S1中对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干。
优选地，所述S2中施加均匀磁场的磁场强度为600-1000Oe。
优选地，所述S2中施加均匀磁场的磁场强度为630-730Oe。
优选地，所述S2中施加均匀磁场的磁场强度为680Oe。
优选地，所述S2中高镀膜质量、高剩磁比的Co薄膜为薄膜剩磁比99.2％-99.7％的Co薄膜。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
针对现有技术中的不足，本发明创造性地提出简单易行地弥补Co靶材质量缺陷方法：对于有一定缺陷的Co靶材，即透磁率偏高的Co靶材，可在Co薄膜沉积过程中在基片位置平行于膜面处施加600～1000Oe的均匀磁场；由于在磁控溅射沉积过程中Co原子被前述平行施加的均匀磁场磁化，从而使得沉积后的Co薄膜具有较好的磁性。
附图说明
图1是本发明一种弥补Co靶材质量缺陷的方法的Co靶材沉积薄膜的磁滞回线；其中：图a为实施例1的在溅射过程中引入680Oe的均匀诱导磁场时靶材透磁率为82.41％的1#Co靶材沉积薄膜的磁滞回线，图b为实施例2的在溅射过程中引入680Oe的均匀诱导磁场时靶材透磁率为69.13％的2#Co靶材沉积薄膜的磁滞回线。
图2是一种未弥补Co靶材质量缺陷的Co靶材沉积薄膜的磁滞回线；其中：图a为对比例1的在溅射过程中不引入均匀诱导磁场时靶材透磁率为82.41％的1#Co靶材沉积薄膜的磁滞回线，图b为对比例2的在溅射过程中不引入均匀诱导磁场时靶材透磁率为69.13％的2#Co靶材沉积薄膜的磁滞回线。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明要解决的技术问题是现有提高磁控溅射Co薄膜的磁性能的技术需要针对不同的靶材制备工艺进行适应性调节，而且还需要针对磁控溅射的工艺参数进行相应的调节，调节过程异常复杂，不利于工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明提供一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的高透磁率的Co靶材，并对Co靶材表面进行清洗；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，磁控溅射沉积制得高镀膜质量、高剩磁比的5-10nm厚的Co薄膜。
具体弥补Co靶材质量缺陷的方法结合以下实施例进行说明：
实施例1
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为82.41％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为680Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.4％的8nm厚的Co薄膜，如图1a所示。
对比例1
一种未弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为82.41％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比81.2％的8nm厚的Co薄膜，如图2a所示。
实施例2
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为69.13％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为680Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.2％的8nm厚的Co薄膜，如图1b所示。
对比例2
一种未弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为69.13％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比86.7％的8nm厚的Co薄膜，如图2b所示。
实施例1和对比例1针对的是透磁率为82.41％的1#Co靶材，实施例1的溅射过程中引入诱导磁场时靶材沉积薄膜的磁滞回线如图1a所示，对比例1的溅射过程未中引入诱导磁场时靶材沉积薄膜的磁滞回线如图2a所示，实施例1和对比例1的区别仅在于溅射过程是否引入诱导磁场，对比可知，实施例1的引入诱导磁场的靶材沉积薄膜的磁滞回线优于对比例1的未引入诱导磁场的靶材沉积薄膜的磁滞回线；而实施例2和对比例2针对的是透磁率为69.13％的2#Co靶材，实施例2的溅射过程中引入诱导磁场时靶材沉积薄膜的磁滞回线如图1b所示，对比例2的溅射过程未中引入诱导磁场时靶材沉积薄膜的磁滞回线如图2b所示，实施例2和对比例2的区别也是仅在于溅射过程是否引入诱导磁场，对比可知，实施例2的引入诱导磁场的靶材沉积薄膜的磁滞回线优于对比例2的未引入诱导磁场的靶材沉积薄膜的磁滞回线。实施例1-2所分别制备的1#、2#Co靶材沉积薄膜的剩磁比均接近100％，从而使得不同透磁率的Co靶材溅射成膜的质量均得到大大提高。具体情况如下表1所示。
表1实施例1-2和对比例1-2Co靶材的基本规格及相同镀膜工艺条件下制备薄膜的剩磁比
Figure BDA0001985985040000051
实施例3
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为82.41％的Co靶材，Co靶材的直径为45mm，厚度为2mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为600Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.3％的5nm厚的Co薄膜。
实施例4
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为82.41％的Co靶材，Co靶材的直径为55mm，厚度为4mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为1000Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.7％的10nm厚的Co薄膜。
实施例5
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为82.41％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为630Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.3％的8nm厚的Co薄膜。
实施例6
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为82.41％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为730Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.6％的10nm厚的Co薄膜。
实施例7
一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的透磁率为75.36％的Co靶材，Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm；并对Co靶材表面进行清洗，其中的对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，施加均匀磁场的磁场强度为730Oe，磁控溅射沉积制得薄膜剩磁比99.4％的5nm厚的Co薄膜。
综上可见，本发明创造性地提出简单易行地弥补Co靶材质量缺陷方法：对于有一定缺陷的Co靶材，即透磁率偏高的Co靶材，可在Co薄膜沉积过程中在基片位置平行于膜面处施加600～1000Oe的均匀磁场；由于在磁控溅射沉积过程中Co原子被前述平行施加的均匀磁场磁化，从而使得沉积后的Co薄膜具有较好的磁性，操作简单，极大地降低了生产成本，利于规模化连续化的工业生产。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种弥补Co靶材质量缺陷的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、选用市面上常见的高透磁率的Co靶材，并对Co靶材表面进行清洗；
S2、将S1清洗后的Co靶材放入磁控溅射仪中溅射，溅射过程中在磁控溅射仪内的基片位置平行于膜面处施加均匀磁场，磁控溅射沉积制得高镀膜质量、高剩磁比的5-10nm厚的Co薄膜；
所述S1中高透磁率的Co靶材是透磁率为69.13％-82.41％的Co靶材；
所述S1中Co靶材的直径为45-55mm，厚度为2-4mm；
所述S2中施加均匀磁场的磁场强度为600-1000Oe。
2.根据权利要求1所述弥补Co靶材质量缺陷的方法，其特征在于，所述S1中Co靶材的直径为50.8mm，厚度为3mm。
3.根据权利要求1所述弥补Co靶材质量缺陷的方法，其特征在于，所述S1中对Co靶材表面进行清洗包括先用丙酮酒精或其他化学试剂超声清洗，再用去离子水超声清洗，最后通过氮气吹干或者烘箱烘干。
4.根据权利要求1所述弥补Co靶材质量缺陷的方法，其特征在于，所述S2中施加均匀磁场的磁场强度为630-730Oe。
5.根据权利要求4所述弥补Co靶材质量缺陷的方法，其特征在于，所述S2中施加均匀磁场的磁场强度为680Oe。
6.根据权利要求1所述弥补Co靶材质量缺陷的方法，其特征在于，所述S2中高镀膜质量、高剩磁比的Co薄膜为薄膜剩磁比99.2％-99.7％的Co薄膜。
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