專利名稱：一種金屬納米晶薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米電子器件及納米加工技術領域，尤其涉及一種金屬納 米晶薄膜的制備方法。
背景技術：
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，因而其性質既不同于單個原子、分子，又不同于普通的顆粒材料，顯示出獨特的量子尺寸效應、表面與界面效應、量子隧穿效應等特性，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)在電學性能、光學性能、磁學性能、機械性能、熱學性能、 化學性能等方面。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，而且大多采用化學方法合成。申請?zhí)枮?5112713.6的中國發(fā)明專利公開了一種采用化學方法制備尺 寸可控納米級銀粉的方法；申請?zhí)枮?00410011178.2的中國發(fā)明專利公開 了一種采用化學方法合成尺寸可控的樹枝狀化合物保護的金納米晶；申請 號為200510037955.5的中國發(fā)明專利公開了一種采用化學方法制備高致 密納米金屬薄膜或塊體材料的方法；申請?zhí)枮?3137139.6的中國發(fā)明專利 公開了一種采用化學方法制備立方體銀納米晶顆粒薄膜的方法；申請?zhí)枮?03121554.8的中國發(fā)明專利公開了一種采用機械加工方法生產納米晶金 屬線材或帶材的方法；申請?zhí)枮?3111176.5的中國發(fā)明專利公開了一種采 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用
發(fā)明內容
(一) 要解決的技術問題 針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，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用。(二) 技術方案為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(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金屬薄膜、金屬硅化物薄膜或金屬合金薄膜。所述單質金屬為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間為5至90秒。(三) 有益效果 從上述技術方案可以看出，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 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 體存儲器件。 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) 明的廣泛推廣和應用。


圖1為本發(fā)明提供的制備金屬納米晶薄膜總體技術方案的實現(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)明提供的對淀積的金屬薄膜進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)明第一個實施例制備的Ni納米晶薄膜的掃描電子顯微鏡照片；圖5為依照本發(fā)明第二個實施例制備的WSi2納米晶薄膜的掃描電子 顯微鏡照片；圖6為依照本發(fā)明第三個實施例制備的WTi納米晶薄膜的掃描電子顯 微鏡照片。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。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方案的實現(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。與本步驟對應的工藝流程如圖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金屬薄膜、金屬硅
化物薄膜或金屬合金薄膜等。當金屬薄膜為單質金屬薄膜時，單質金屬為Ni、 Fe、 Co、 Mn、 Cr、 W、 Ge、 Al、 Cu、 Au、 Ag或Pt。當金屬薄膜為金屬硅化物薄膜時，金屬硅化物為WSi2或TaSi2。當金屬薄膜為金屬合金薄膜時，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。 與本步驟對應的工藝流程如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的對淀積的金屬薄膜進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，快速退火的時間一般為5至90秒。基于圖l所示的制備金屬納米晶薄膜總體技術方案的實現(xiàn)流程圖，以 下結合具體的實施例對本發(fā)明制備金屬納米晶薄膜的方法進一步詳細說明。實施例一利用熱氧化在Si襯底上生長一層Si02絕緣介質，然后利用磁控濺射在 Si02絕緣介質上生長一層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 實施例制備的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。實施例二利用熱氧化在Si襯底上生長一層Si02絕緣介質，然后利用磁控濺射在 SiO2絕緣介質上生長一層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 二個實施例制備的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。 實施例三利用熱氧化在Si襯底上生長一層Si02絕緣介質，然后利用磁控濺射 在Si02絕緣介質上生長一層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)明第三個實施例制備的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。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行 了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而 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，所做的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
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、 根據權利要求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、 根據權利要求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、 根據權利要求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、共濺射或反應濺射，所述 蒸發(fā)包括熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。
5、 根據權利要求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、 根據權利要求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金屬薄膜、金屬硅化物薄膜或金屬合金薄 膜。
7、 根據權利要求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、 根據權利要求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、 根據權利要求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、 根據權利要求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間為5至90秒。
全文摘要
本發(fā)明公開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體存儲器件。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)明的廣泛推廣和應用。
文檔編號C23C14/54GK101122006SQ20061010956
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權日2006年8月10日
發(fā)明者明 劉, 李志剛, 陳寶欽, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所