專利名稱：一種金屬納米晶薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米電子器件及納米加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬納 米晶薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
納米晶材料由于平均粒徑微小、表面原子多、比表面積大、表面能高，因而其性質(zhì)既不同于單個(gè)原子、分子，又不同于普通的顆粒材料，顯示出獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)等特性，從而表現(xiàn) 出與常規(guī)晶體材料截然不同的性能。這主要體現(xiàn)在電學(xué)性能、光學(xué)性能、磁學(xué)性能、機(jī)械性能、熱學(xué)性能、 化學(xué)性能等方面。在各種納米晶材料中，硅納米晶薄膜與部分金屬納米晶 薄膜非常適合于制備高性能存儲(chǔ)器件。目前制備的金屬納米晶材料大多為粉末，而且大多采用化學(xué)方法合成。申請(qǐng)?zhí)枮?5112713.6的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種采用化學(xué)方法制備尺 寸可控納米級(jí)銀粉的方法；申請(qǐng)?zhí)枮?00410011178.2的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi) 了一種采用化學(xué)方法合成尺寸可控的樹(shù)枝狀化合物保護(hù)的金納米晶；申請(qǐng) 號(hào)為200510037955.5的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種采用化學(xué)方法制備高致 密納米金屬薄膜或塊體材料的方法；申請(qǐng)?zhí)枮?3137139.6的中國(guó)發(fā)明專利 公開(kāi)了一種采用化學(xué)方法制備立方體銀納米晶顆粒薄膜的方法；申請(qǐng)?zhí)枮?03121554.8的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)納米晶金 屬線材或帶材的方法；申請(qǐng)?zhí)枮?3111176.5的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種采 用濺射法沉積難熔金屬碳化物納米晶的方法。利用上述方法制備金屬納米晶材料一般都存在制備工藝復(fù)雜、制備成 本高、制備效率低、材料種類單一、與傳統(tǒng)的硅平面工藝的兼容性差，不 利于在器件制備的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種金屬納米晶薄膜的制備方法，以簡(jiǎn)化制備工藝、降低制備成本、提高制備效率， 并提高與傳統(tǒng)的硅平面工藝的兼容性，有利于在器件制備的應(yīng)用。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種金屬納米晶薄膜的制備方法，該方法包括A、 在絕緣襯底上淀積一層金屬薄膜；B、 在惰性氣體中高溫快速退火，形成分離的金屬納米晶薄膜。步驟A中所述絕緣襯底為平整、潔凈的Si02、 Si;N4或八1203絕緣襯底。步驟A中所述淀積的方法為濺射或蒸發(fā)。所述濺射包括磁控濺射、射頻濺射、直流濺射、共濺射或反應(yīng)濺射， 所述蒸發(fā)包括熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。步驟A中所述金屬薄膜的厚度為2至3nm。步驟A中所述金屬薄膜為單質(zhì)金屬薄膜、金屬硅化物薄膜或金屬合金薄膜。所述單質(zhì)金屬為Ni、 Fe、 Co、 Mn、 Cr、 W、 Ge、 Al、 Cu、 Au、 Ag 或Pt，所述金屬硅化物為WSi2或TaSi2，所述金屬合金為NiFe或WTi。 步驟B中所述惰性氣體為N2、 Ar、 He。 步驟B中所述高溫快速退火的溫度為700'C至1600°C。 步驟B中所述快速退火的時(shí)間為5至90秒。(三) 有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明制備的金屬納米晶薄膜，具有很好的電荷俘獲和存儲(chǔ) 特性，能夠與傳統(tǒng)的硅平面工藝兼容，非常適合于適于制作高性能的半導(dǎo) 體存儲(chǔ)器件。 2、利用本發(fā)明提供的制備金屬納米晶薄膜的方法，大大簡(jiǎn)化了制備 工藝，降低了制備成本，提高了工藝穩(wěn)定性和制備效率，非常有利于本發(fā) 明的廣泛推廣和應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明提供的制備金屬納米晶薄膜總體技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2為本發(fā)明提供的在絕緣襯底上淀積金屬薄膜的示意圖；圖3為本發(fā)明提供的對(duì)淀積的金屬薄膜進(jìn)行高溫快速退火形成金屬納米晶薄膜的示意圖；圖4為依照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例制備的Ni納米晶薄膜的掃描電子顯微鏡照片；圖5為依照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例制備的WSi2納米晶薄膜的掃描電子 顯微鏡照片；圖6為依照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例制備的WTi納米晶薄膜的掃描電子顯 微鏡照片。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的制備金屬納米晶薄膜總體技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)流程圖，該方法包括以下步驟步驟101:在絕緣襯底上淀積一層金屬薄膜。與本步驟對(duì)應(yīng)的工藝流程如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的在絕緣襯底上淀積金屬薄膜的示意圖。圖2中，l表示絕緣襯底，2表示金屬薄膜。 在本步驟中，絕緣襯底為平整、潔凈的SiCb、 Si3N4或A1203等絕緣襯 底。淀積的方法為濺射或蒸發(fā)，其中，濺射包括磁控濺射、射頻濺射、直 流濺射、共濺射或反應(yīng)濺射等；蒸發(fā)包括熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。金屬薄膜的厚度為2至3nm。金屬薄膜可以為單質(zhì)金屬薄膜、金屬硅
化物薄膜或金屬合金薄膜等。當(dāng)金屬薄膜為單質(zhì)金屬薄膜時(shí)，單質(zhì)金屬為Ni、 Fe、 Co、 Mn、 Cr、 W、 Ge、 Al、 Cu、 Au、 Ag或Pt。當(dāng)金屬薄膜為金屬硅化物薄膜時(shí)，金屬硅化物為WSi2或TaSi2。當(dāng)金屬薄膜為金屬合金薄膜時(shí)，金屬合金為NiFe或WTi。步驟102:在惰性氣體中高溫快速退火，形成分離的金屬納米晶薄膜。 與本步驟對(duì)應(yīng)的工藝流程如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的對(duì)淀積的金屬薄膜進(jìn)行高溫快速退火形成金屬納米晶薄膜的示意圖。圖3中，1表示絕緣襯底，3表示金屬納米晶顆粒。在本步驟中，惰性氣體可以為N2、 Ar或He等。高溫快速退火的溫度一般為70(TC至1600°C，快速退火的時(shí)間一般為5至90秒?；趫Dl所示的制備金屬納米晶薄膜總體技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)流程圖，以 下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制備金屬納米晶薄膜的方法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一利用熱氧化在Si襯底上生長(zhǎng)一層Si02絕緣介質(zhì)，然后利用磁控濺射在 Si02絕緣介質(zhì)上生長(zhǎng)一層2至3nm厚的Ni金屬薄膜，最后在N2中在800。C下 快速退火30秒，形成Ni納米晶薄膜。如圖4所示，圖4為依照本發(fā)明第一個(gè) 實(shí)施例制備的Ni納米晶薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖4中，Ni納米晶粒 直徑為5至20nm，密度3 X 10"/cm2。實(shí)施例二利用熱氧化在Si襯底上生長(zhǎng)一層Si02絕緣介質(zhì)，然后利用磁控濺射在 SiO2絕緣介質(zhì)上生長(zhǎng)一層2至3nm厚的WSi2金屬薄膜，最后在N2中在1100。C 下快速退火30秒，形成WSi2納米晶薄膜。如圖5所示，圖5為依照本發(fā)明第 二個(gè)實(shí)施例制備的WSi2納米晶薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖5中，WSi2 納米晶粒直徑為10至30nm，密度l X 10"/cm2。 實(shí)施例三利用熱氧化在Si襯底上生長(zhǎng)一層Si02絕緣介質(zhì)，然后利用磁控濺射 在Si02絕緣介質(zhì)上生長(zhǎng)一層2至3nm厚的WTi金屬薄膜，最后在N2中在 80(TC下快速退火30秒，形成WTi納米晶薄膜。如圖6所示，圖6為依照 本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例制備的WTi納米晶薄膜的掃描電子顯微鏡照片。圖6 中，WTi納米晶粒直徑為10至40nm，密度1.5X 10"/cm2。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括A、 在絕緣襯底上淀積一層金屬薄膜；B、 在惰性氣體中高溫快速退火，形成分離的金屬納米晶薄膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于，步驟A中所述絕緣襯底為平整、潔凈的Si02、 Si3N4或Al203絕緣襯底。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 步驟A中所述淀積的方法為濺射或蒸發(fā)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 所述濺射包括磁控濺射、射頻濺射、直流濺射、共濺射或反應(yīng)濺射，所述 蒸發(fā)包括熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 步驟A中所述金屬薄膜的厚度為2至3nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于, 步驟A中所述金屬薄膜為單質(zhì)金屬薄膜、金屬硅化物薄膜或金屬合金薄 膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 所述單質(zhì)金屬為Ni、 Fe、 Co、 Mn、 Cr、 W、 Ge、 Al、 Cu、 Au、 Ag或Pt， 所述金屬硅化物為WSi2或TaSi2，所述金屬合金為NiFe或WTi。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 步驟B中所述惰性氣體為N2、 Ar、 He。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 步驟B中所述高溫快速退火的溫度為700'C至1600°C。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬納米晶薄膜的制備方法，其特征在于， 步驟B中所述快速退火的時(shí)間為5至90秒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬納米晶薄膜的制備方法，該方法包括A.在絕緣襯底上淀積一層金屬薄膜；B.在惰性氣體中高溫快速退火，形成分離的金屬納米晶薄膜。利用本發(fā)明制備的金屬納米晶薄膜，具有很好的電荷俘獲和存儲(chǔ)特性，能夠與傳統(tǒng)的硅平面工藝兼容，非常適合于適于制作高性能的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件。利用本發(fā)明提供的制備金屬納米晶薄膜的方法，大大簡(jiǎn)化了制備工藝，降低了制備成本，提高了工藝穩(wěn)定性和制備效率，非常有利于本發(fā)明的廣泛推廣和應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/54GK101122006SQ20061010956
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者明 劉, 李志剛, 陳寶欽, 龍世兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所