用于低温沉积钌的组合物和方法技术

本发明专利技术涉及用于沉积钌的组合物和方法。将包含四氧化钌RuO4的组合物用作前体溶液608，以通过ALD、等离子体增强沉积和/或CVD来涂覆基片400。可使用定期的等离子致密化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于与制造装置如用于数据存储驱动器的薄膜磁头有关的各个步骤中作为镀覆种子(plating seed)的共形钌(conformal ruthenium)的低温沉积。
技术介绍
最近，已引入垂直磁记录(PMR)以保持消费者、行业以及企业应用日益增长的数据存储需求所要求的硬盘驱动器(HDD)区域记录密度的40%的增长率。PMR的引入已要求对薄膜磁头的结构的若干变化如梯形写入极以及包封所述写入极的前/尾/侧屏蔽件。梯形写入极对于写入极相对于介质上的磁道的偏度具有更大的抗干扰性，而包封所述写入极的屏蔽件使写入邻近数据位时的道间干扰和道内干扰最小化。一种制造梯形写入极的方法是将梯形沟道蚀刻到厚氧化铝层中，然后通过镀敷方法用具有高饱和磁化的磁性材料填充所述梯形极。为了实现具有磁性材料的沟道的无空隙填充并同时保持期望的磁性质(如高饱和磁化、低易磁化轴/难磁化轴矫顽力、低各向异性、高频响应以及低剩余磁化)，顺沟道里面排列并覆盖氧化铝的顶面的镀覆种子是必需的。已知钌非常适于镀敷高力矩磁性材料如Coi7^CoNiFe JeCo等。除了充当良好的镀敷种子外，镀敷在Ru上的高力矩材料还具有对于磁头的有效作用不可缺少的良好的磁性质。一种用软磁性屏蔽件包封写入极的方法是通过同样作为镀敷种子的中间非磁性间隔层将软磁性屏蔽件镀敷在写入极的顶部和侧面之上。同样，Ru非常适于镀敷软的高力矩磁性材料如NiFe、NiFeCo等。对于这些应用，要求在整个基质表面都具有优异的厚度控制和均勻性的均勻地涂覆在3-D写入极结构的沟道内部或暴露的表面的钌的共形层(conformal layer)。在已知的沉积技术中，原子层沉积(ALD)和共形化学气相沉积(共形CVD)是用于提供共形Ru沉积的仅有的行业上可行的方法。这些方法要求升高的温度和基质加热。然而，为了防止在沉积期间对薄膜磁头结构的损坏，必须满足低于约200°C (也许甚至低至170°C)的沉积温度的约束条件。对于共形钌的低温沉积，需要改善的组合物和方法。
技术实现思路
在一个实施方案中，化学组合物包括第一和第二溶剂，以及在所述第一和第二溶剂中的浓度为1. O重量％至1. 7重量％的四氧化钌(RuO4)。在另一个实施方案中，方法包括将第一溶剂和第二溶剂以具有第一溶剂比第二溶剂的第一比例的第一混合物的形式置于容器中。将该容器中的第一溶剂和第二溶剂蒸发以形成蒸气，并将蒸气从容器中释放。随蒸气从容器中释放，测定保留在容器中的第二混合物中的第一溶剂比第二溶剂的第二比例。在测定第二比例后，测定加入保留在容器中的第二混合物并在容器中近似地重建第一比例的一定体积的第三混合物中第一溶剂比第二溶剂的第三比例。在另一个实施方案中，方法包括获得包含RuO4、第一溶剂、以及以30体积％至70 体积％的比例与第一溶剂组合的第二溶剂的混合物，将混合物放入与沉积系统成流体连通的容器中。进行沉积方法，其将包含第一溶剂、第二溶剂和RuO4的蒸气从容器提供至沉积系统，以及以比第二溶剂高的速度从容器中的混合物消耗第一溶剂。使用包含RuO4、第一溶剂与以大于30体积％至70体积％的第二比例与第一溶剂组合的第二溶剂补充容器。附图说明图1是本方法的一个实施方案的工序流程图。图2是显示图1的实施方案的附加步骤的流程图。图3是显示图1的实施方案的附加步骤的流程图。图4是说明图1-3的方法沉积的材料的结构的示意图。图4A是使用图1-3的流程图的方法形成的梯形写入极的ABS(气垫面)视图。图5是用于钌的共形沉积的工艺模块的通用示意图。图6是说明图5的工艺模块的另一方面的示意图。图7是显示图5的工艺模块的室体和多区喷头(showerhead)的透视图。图8是将处于图7的加工室内的卡盘的截面示意图。图9是图5的工艺模块中使用的补充和鼓泡系统的示意图。图10是显示如说明书所述的安瓿(ampoule)溶剂的体积百分比变化和安瓿压力的图。图11是显示如说明书所述的安瓿溶剂的体积百分比变化的图。 具体实施例方式沉积的钌膜的质量显著地受到RuO4 (四氧化钌)的组成和纯度以及RuO4溶解于其中的至少一种溶剂的影响。可从Air Liquide商购的ToRuS 是包含溶解在两种或更多种溶剂(例如不燃的氟化溶剂)的混合物中的RuO4的化学复合物。本专利技术的各个实施方案的组合物与包含仅0. 4重量％或更低的RuO4的常规ToRuS 掺合物具有明显差异。认为组合物产生含氧量小于Iat. %的镜面的银色低阻膜，其在200°C下具有90%到105%的阶梯覆盖。组合物包含至少1重量％的Ru04。在一个实施方案中，组合物包含1. 0重量％至 1.7重量％如04。在另一个实施方案中，组合物包含1.0重量％至1.2重量％ Ru04。在另一个实施方案中，组合物包含1. 6重量％至1. 7重量％。如由RuO4在至少一种溶剂中的溶解度界限所约束的，在组合物中RuO4的最大含量可大于1. 7重量％。该范围和溶解度的上限也可取决于包含组合物的容器所经受的环境条件例如温度。组合物包含至少两种溶剂，并且在一个实施方案中，在室温下在两种溶剂的混合物中包含浓度小于或等于30体积％的第一溶剂#1 (Si)以及浓度大于或等于70体积％的第二溶剂#2(S2)。适用于该组合物中的示例性的溶剂公开于例如Dussarat等的美国专利第7，544, 389号中，将其全文援引加入本文。在一个实施方案中，组合物的含水量小于lOppm，并且在另一个实施方案中，小于 5ppm。随着组合物中RuO4的浓度增加，能容忍更大的水量。通过例如将组合物在具有对组合物为惰性的表面涂层或衬里的容器中储存，可保持组合物的纯度和稠度，从而防止组合物在储存期间降解。尽管可使用玻璃衬里，但优选在容器内表面上的Si/SiA的共形双层涂层。可将组合物在室温或环境温度下储存，以防止化学物质的可能的缓慢的、长期的分解。可通过将载气例如Ar鼓泡通过包含组合物的安瓿而将前体输送至室。调节安瓿顶部空间中的载气流速和压力以将期望数量和浓度的前体递送至反应器。在被消耗时，组合物可逐步变化，以致溶剂的相对比例由溶剂#1 溶剂#2为30 70变化至约20 80， 这通常是安瓿使用期限终结的信号。可按体积百分比分配相对比例。若使用远程再充填补充安瓿，则再充填罐中的组合物必须使得再充填之后组合物回到初始值30 70。这将进一步参照附图进行描述。 钌膜的质量显著地受到工艺条件的影响。组合物中的活性化合物RuO4是极具反应性的。若未观察到以下条件，则可能获得具有较高的氧(来自RuO4)和氟(来自溶剂)杂质含量的深色/黑色区域，而不是跨越晶片的具有良好厚度和薄层电阻均勻性的纯的光滑的具有银色外观的高度镜面的薄膜。关于工艺条件，可将组合物通过与保持在150°C至220°C下的晶片表面平行且紧密靠近的温度受控的喷头平板而引入。喷头和基片表面之间的间隔通常小于18mm。喷头的紧密靠近确保将RuO4传输到晶片表面，而不在传输期间分解。可将组合物和共反应物吐交替地注射或者以使得气相反应(其将RuO4部分地分解为RuO2)最小化。对于组合物而言，脉冲的持续时间为0.5秒至10秒，对于H2而言，脉冲的持续时间为0. 5秒至10秒。组合物脉冲和H2脉冲可由惰性气体如本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．化学组合物，其包含：第一溶剂；第二溶剂；以及在所述第一溶剂和第二溶剂中的浓度大于１．０重量％的四氧化钌（ＲｕＯ４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·帕兰杰佩，V·V·瓦茨，R·布贝尔，
申请(专利权)人：威科仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：US