一种钴铁合金靶材、磁导电层、磁电容单元、磁电容器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种钴铁合金靶材，用于磁控溅射渡膜，其为原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁混合制成的合金。本发明专利技术还公开了由所述钴铁合金靶材制成磁导电层、磁电容单元以及磁电容器件。其由于钴的存在，由本发明专利技术所述钴铁合金靶材具有较佳的耐磨性能、切削性能和耐热性能，用于磁控溅射渡膜，制得的多层纳米级薄膜磁化一次就能保持良好磁性，而且在高温下也能保有良好磁性，用于半导体磁能存储电容器中，可使磁电容器件的储存电能量从10

A cobalt-iron alloy target, a magneto-conductive layer, a magneto-capacitive unit, a magneto-capacitive device and a preparation method thereof

The invention discloses a cobalt-iron alloy target used for magnetron sputtering transition film, which is an alloy made of cobalt and iron with atomic ratio of 6.5-8.5:3.5-1.5. The invention also discloses a magneto-conductive layer, a magneto-capacitive unit and a magneto-capacitive device made of the cobalt-iron alloy target. Because of the existence of cobalt, the cobalt-iron alloy target has better wear resistance, cutting performance and heat resistance, and can be used for magnetron sputtering transition film. The multi-layer nano-scale film can maintain good magnetism at one time, and also can retain good magnetism at high temperature. When used in semiconductor magnetic energy storage capacitors, the stored electric energy of magnetic capacitors can be reduced from 10.

【技术实现步骤摘要】
一种钴铁合金靶材、磁导电层、磁电容单元、磁电容器件及其制备方法
本专利技术属于电容器
，涉及一种钴铁合金靶材、磁导电层、磁电容单元、磁电容器件及其制备方法。
技术介绍
在半导体器件领域，从IBM以“铜”取代“铝”作为导线材料后，已经过了二十年的摩尔定律式的快速发展。如今，以半导体为根基的第三次产业革命浪潮在人工智能和大数据的助力下不断引爆，但是进入7纳米工艺以下，半导体技术难度快速窜升，包括英特尔的10纳米延迟多年尚未问世，也透露摩尔定律推前的难度大增，摩尔定律也濒临极限。在“后摩尔定律”时代中，为了延续该定律产业下的经济效益，半导体产业各个环节无不施展全力探索前行，晶体管架构的改变、EUV光刻机的诞生、以往不被看好的封装技术也跃升成为主流技术，而材料更是关键环节，只有不断更新材料方才能使半导体器件的品质上一个阶梯。半导体面临近二十年来最重要的材料变革。我们探索到在半导体产业用“钴”取代“铜”的优越性，短短数年，人们经历了FinFET、EUV光刻机的研发成功，而半导体产业的下一个闪光点就是由新材料“钴”逐渐终结“钨”和“铜”的时代已经到来。钴是磁化一次就能保持良好磁性的少数金属材料之一。在热作用下，失去磁性的温度叫居里点，铁的居里点为769，镍为358，钴可高达1150。含有60％左右钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍以上。在外力振动下，一般磁性钢要失去差不多1/3的磁性，而钴钢仅失去2％-3.5％的磁性。因而钴在高性能磁性材料上的优势就明显高于铁氧体磁性材料和石墨烯。“钴”材料预计将在5纳米、3纳米中扮演主流角色，“钴”材引领未来半导体产业的时代即将到来。无源磁能电容器是半导体产业技术与材料的一次重大革命、正在完善商用化，具有划时代的意义！但是现有技术中，将钴应用到磁能电容器中仍是技术难题。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种钴铁合金靶材，用于磁控溅射渡膜，其特征在于，其为原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁混合制成的合金，纯度≥95％，即钴和铁的总质量分数≥95％。采用本专利技术的钴铁合金靶材通过磁控溅射渡膜，可在基片上沉积纳米级磁性膜，作为磁导电层，可应用于无源磁能电容器的制作。本专利技术的第二目的在于提供一种磁导电层，其特征在于，其由多层纳米级磁性膜组成，所述磁性膜由原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁沉积而成。优选的，所述磁导电层采用本专利技术所述的钴铁合金靶材通过磁控溅射渡膜而成。优选的，各层所述磁性膜的厚度为5～25nm。本专利技术的第三目的在于提供一种磁电容单元，其由上到下依次包括：顶电极层/磁导电层/绝缘层/磁导电层/底电极层，其特征在于，所述磁导电层由多层纳米级磁性膜组成，所述磁性膜由原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁沉积而成。优选的，所述磁导电层采用本专利技术所述的钴铁合金靶材通过磁控溅射渡膜而成。优选的，各层所述磁性膜厚度为5～25nm。优选的，所述顶电极层和所述底电极层均由多层纳米级的Ru沉积膜和Ta沉积膜交替组成，所述顶电极层和所述底电极层相互对称磁极相反。优选的，所述绝缘层为氧化硅或氧化镁。本专利技术的一些较佳实施例中，所述磁电容单元中各层组成及厚度如下：优选的，所述磁电容单元长为1.0～1.6μm，宽为0.8～1.0μm。本专利技术的第四目的在于提供一种磁电容器件，其特征在于，其包括Si衬底和分布在所述Si衬底上面的若干所述的磁电容单元。优选的，各所述磁电容单元长为1.0～1.6μm，宽为0.8～1.0μm；所述磁电容单元之间的间距为0.4～0.6μm。优选的，本专利技术的磁电容器件还包括金属连线层和保护层，具体设计参照现有常规的磁电容器件设计即可。进一步的，所述金属连线层为Al96～98％Si1～2％Cu1～2％，采用本领域现有标准金属连线层的沉积方法即可实现；进一步的，所述保护层为氧化硅或氮化硅，采用现有标准的等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)即可实现。本专利技术的第五目的在于提供一种制作所述的磁电容器件的方法，其特征在于，其制作工艺包括：a)磁性多层膜的沉积：以由多层纳米级的Ru沉积膜和Ta沉积膜交替组成的底电极层和顶电极层分别作为基片，采用所述的钴铁合金靶材磁控溅射沉积形成磁性多层膜；b)磁电容底电极和顶电极的光刻和刻蚀：将步骤a制得的整个磁导多层膜通过光刻和刻蚀分割成若干微米级的底电极层单元和顶电极层单元；c)绝缘层的沉积、光刻和刻蚀。较佳的，所示方法还包括步骤：d)金属连线层的沉积、光刻和刻蚀；e)保护层的沉积、光刻和刻蚀。其中，绝缘层、金属连线层和保护层的布置可采用现有磁电容器件的标准设计，步骤c～e可采用本领域标准方法即可。绝缘层和保护层沉积时，可采用本领域标准的等离子体增强化学气相沉积法。本专利技术的积极进步效果：1、本专利技术关键在于以原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁混合制成的合金靶材，其由于钴的存在，具有较佳的耐磨性能、切削性能和耐热性能，用于磁控溅射渡膜，制得的多层纳米级薄膜磁化一次就能保持良好磁性，而且在高温下也能保有良好磁性，用于半导体磁能存储电容器中，可使磁电容器件的储存电能量由原来的104～105增加109～1012以上。2、钴与其它金属晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，这种合金熔结在零件表面，可使零件的寿命提高3-7倍。3、本专利技术的磁电容器件可一次充电激活、由磁电转换成自生源、无需经常往复充电。4、本专利技术的磁电容器件可提供超大功率电流、启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，不受室外温度的影响、节能环保，半导体磁电容器件式电容/电池完全有望替代传统的电容和电池类产品。5、本专利技术的磁电容器件可用作手机、电脑等电子产品的驱动电源，也可作为机电设备类产品、汽车等的启动电源，技术终极目标一旦攻克、将可替代现有各类储能装置，有望引发能源技术革命，我们目前正处于中期研发阶段。附图说明图1位本专利技术磁电容单元的结构示意图；图2位本专利技术磁电容芯片的制作工艺流程图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1一种钴铁合金靶材，用于磁控溅射渡膜，其为原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁混合制成的合金。该钴铁合金靶材可通过以下步骤制备：将纯的Co和Fe原料按原子比7:3转换成相应质量比CoFe＝70.47～29.53。去除原料杂质后由真空熔炼炉熔炼而成，后期经过光谱检测等一系列品质把控钴铁原子比例为：6.5～8.5：3.5～1.5且纯度不低于95％(钴铁总含量≥95％)，确定其相应产品性能后，由FANUC数控加工中心精细处理后制成。实施例2一种磁导电层，其由多层纳米级磁性膜组成，其中各层纳米级磁性膜是采用实施例1的钴铁合金靶材通过磁控溅射镀膜沉积而成，各层纳米级磁性膜厚度为5～25nm。优选的，总厚度控制为150～250nm。实施例3一种磁电容单元，如图1所示，其由上至下依次包括：顶电极层1、磁导电层2、绝缘层3、磁导电层4、底电极层5，磁导电层2和4结构同实施例2的磁导电层。各层组成及厚度如下。较佳的，磁电容单元长为1.0～1.6μm，宽为0.8～1.0μm。实施例4一种磁电容器件，其包括Si衬底6和分布在Si衬底6上面的实施例3的磁电容单元。表1和表2示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴铁合金靶材，用于磁控溅射渡膜，其特征在于，其为原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁混合制成的合金，纯度≥95％。

【技术特征摘要】
1.一种钴铁合金靶材，用于磁控溅射渡膜，其特征在于，其为原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁混合制成的合金，纯度≥95％。2.一种磁导电层，其特征在于，其由多层纳米级磁性膜组成，所述磁性膜由原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁沉积而成。3.如权利要求2所述的磁导电层，其特征在于，各层所述磁性膜的厚度为5～25nm。4.一种磁电容单元，其由上到下依次包括：顶电极层/磁导电层/绝缘层/磁导电层/底电极层，其特征在于，所述磁导电层由多层纳米级磁性膜组成，所述磁性膜由原子比例为6.5～8.5：3.5～1.5的钴和铁沉积而成。5.如权利要求4所述的磁电容单元，其特征在于，所述顶电极层和所述底电极层均由多层纳米级的Ru沉积膜和Ta沉积膜交替组成，所述顶电极层和所述底电极层相互对称磁极相反。6.如权利要求4所述的磁电容单元，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广琼，燕俊羽，高湛勋，
申请(专利权)人：朱广琼，燕俊羽，高湛勋，
类型：发明
国别省市：上海,31