镍铂合金靶材及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104018120 A(43)申请公布日 2014.09.03

(21)申请号 201410286746.3(22)申请日 2014.06.24

(71)申请人昆山海普电子材料有限公司

地址215311 江苏省苏州市昆山市巴城镇学

院路828号浦东软件园2栋12A(72)发明人邵玲 王广欣 赵学义

(74)专利代理机构苏州创元专利商标事务所有

限公司 32103

代理人孙仿卫 汪青(51)Int.Cl.

C22C 19/03(2006.01)

C23C 14/14(2006.01)C23C 14/34(2006.01)C22F 1/10(2006.01)C22C 1/02(2006.01)

(54)发明名称

镍铂合金靶材及其制备方法(57)摘要

本发明涉及镍铂合金靶材的制备方法，包括依次进行的如下步骤：采用镍和铂作为原料，原料在坩埚中进行高温熔炼成镍铂合金锭；采用真空电子束将镍铂合金锭熔炼成高纯镍铂合金锭；对高纯镍铂合金锭进行径向热锻和退火处理；对高纯镍铂合金锭进行纵向墩粗和退火处理；对高纯镍铂合金锭进行热轧、冷轧和再结晶退火处理，形成镍铂合金靶坯；对镍铂合金靶坯进行机械加工，形成镍铂合金靶材。本发明通过高温熔炼、真空电子束熔炼、径向热锻和退火处理、纵向墩粗和退火处理、热轧冷轧和再结晶退火处理等步骤，获得了成分均匀、纯度高、晶粒细小、氧含量低的镍铂合金靶材。这样的靶材利于获得厚度均匀、颗粒少的高质量的薄膜。

权利要求书1页 说明书5页 附图1页权利要求书1页 说明书5页 附图1页

CN 104018120 ACN 104018120 A

权 利 要 求 书

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1. 一种镍铂合金靶材的制备方法，其特征在于：包括依次进行的如下步骤：（1）、采用纯度大于等于99.99%的镍和纯度大于等于99.95%的铂作为原料，所述原料中铂含量为1 at.%~20 at.%，所述原料在坩埚中进行真空感应熔炼成镍铂合金锭；

（2）、在真空度为0.3~4Pa条件下，采用真空电子束将所述的镍铂合金锭熔炼成高纯镍铂合金锭；所述的高纯镍铂合金锭的纯度大于等于99.995%，氧含量低于50ppm；

（3）、在950℃~1150℃下对所述的高纯镍铂合金锭进行径向热锻，然后将进行径向热锻后的高纯镍铂合金锭进行退火处理；

（4）、在950℃~1150℃下对步骤（3）处理后的高纯镍铂合金锭进行纵向墩粗，然后将进行纵向墩粗后的高纯镍铂合金锭进行退火处理；

（5）、在600℃~800℃下对步骤（4）处理后的高纯镍铂合金锭进行热轧，然后在10℃~40℃下对热轧后的高纯镍铂合金锭进行冷轧，然后在600℃~700℃下对冷轧后的高纯镍铂合金锭进行再结晶退火处理，形成晶粒尺寸小于100μm的镍铂合金靶坯；

（6）、对所述的镍铂合金靶坯进行机械加工，形成所述的镍铂合金靶材。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述坩埚为石墨坩埚，所述的镍为通过电解法制备得到的电解镍。

3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，采用所述的真空电子束将所述的镍铂合金锭滴熔成直径为250~350mm的所述的高纯镍铂合金锭。

4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，进行所述的径向热锻前，对所述的高纯镍铂合金锭进行预热处理，预热的方式为将所述的高纯镍铂合金锭加热到950℃~1150℃。

5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的退火处理的方法为将径向热锻后的所述的高纯镍铂合金锭升温到950℃~1150℃，保温2~3小时，然后自然冷却到10℃~40℃；步骤（3）中，所述的径向热锻后的高纯镍铂合金锭的直径为100~200mm。

6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，进行所述的纵向墩粗前，先将经步骤（3）处理后的高纯镍铂合金锭截成厚度为100~200mm的短节，然后对所述的短节进行预热处理，预热的方式为将所述的短节加热到950℃~1150℃，然后对预热后的短节进行纵向墩粗，纵向墩粗后的短节的厚度为40~80mm。

7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的退火处理的方法为将纵向墩粗后的所述的高纯镍铂合金锭升温到950℃~1150℃，保温2~3小时，然后自然冷却到10℃~40℃。

8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，在进行所述的热轧之前，对步骤（4）处理后的所述的高纯镍铂合金锭进行预热处理，预热的方式为将所述的高纯镍铂合金锭加热到600℃~800℃。

9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述的再结晶退火的具体方法为将冷轧后的所述的高纯镍铂合金锭升温到600℃~700℃，保温1~2小时，然后冷却至10℃~40℃；步骤（5）中，所述的热轧后的高纯镍铂合金锭的厚度为15~25mm；冷轧后的高纯镍铂合金锭的直径为460~500mm，厚度为10~14mm。

10. 根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的镍铂合金靶材，其特征在于：所述的镍铂合金靶材的纯度大于等于99.995%，氧含量低于50ppm，晶粒尺寸小于100 μm。

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说 明 书

镍铂合金靶材及其制备方法

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技术领域

[0001]

本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及镍铂合金靶材及其制备方法。

背景技术

在半导体器件中，例如在Field-Effect-Transistor（缩写FET），即场效应晶体管

中，NiSi是一种重要且频繁使用的接触材料，但也常常是造成半导体器件缺陷的原因。这些缺陷以在掩蔽垫片（masking spacer）边缘形成的NiSi和在FET结点（junction）方向形成的NiSi的形式出现。在自65nm后的几乎所有技术节点都观察到了这些所谓的侵占缺陷。已知在形成NiSi的过程中添加一定量的Pt可以减少或消除侵占缺陷。Ni-5at.%Pt成功地应用于65nm技术，而Ni-10at.%Pt应用于45nm技术。随着半导体器件线宽的进一步减少，很有可能需要更高Pt含量的NiPt来制备Ni（Pt）Si接触薄膜。[0003] 在形成的含铂的Ni（Pt）Si薄膜中，Pt有向薄膜上下两个表面偏析的现象。在下表面（即和Si接触的界面）偏析的Pt有减少或消除侵占缺陷的作用，而在上表面偏析的Pt则会造成Ni（Pt）Si薄膜的阻抗增加。为了减小Ni（Pt）Si硅化物整体的阻抗，IBM的专利（US20120153359 A1）采用两个步骤制造Ni（Pt）Si薄膜。第一步溅射沉积带Pt含量较高的NiPt，第二步溅射沉积Pt含量较低的NiPt甚至不含Pt的纯Ni。这样形成的Ni（Pt）Si薄膜上表面的Pt含量低，有助于减小Ni（Pt）Si硅化物整体的阻抗；而下表面的Pt含量高，利于减少或消除侵占缺陷。因此在新的技术节点里，有可能采用不同Pt含量的NiPt溅射靶材来制备Ni（Pt）Si接触薄膜。[0004] 针对不同Pt含量（1-20at.%Pt）的NiPt溅射靶材， Heraeus的专利（US20090028741 A1）公开了一种NiPt靶材的制备方法。该方法制得的NiPt靶材晶粒尺寸在200-300μm之间，氧含量约100ppm。众所周知，使用成分均匀、晶粒细小、氧含量低的溅射靶材利于获得厚度均匀、颗粒少的高质量薄膜。因此有必要制造成分均匀无偏析、晶粒更为细小、氧含量更低的NiPt溅射靶材。

[0002]

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种镍铂合金靶材的制备方法，制得成分均匀、纯度高、晶粒细小、氧含量低的镍铂合金靶材。[0006] 为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种镍铂合金靶材的制备方法，包括依次进行的如下步骤：（1）、采用纯度大于等于99.99%的镍和纯度大于等于99.95%的铂作为原料，所述原料中铂含量为1 at.%~20 at.%，所述原料在坩埚中进行真空感应熔炼成镍铂合金锭；

（2）、在真空度为0.3~4Pa条件下，采用真空电子束将所述的镍铂合金锭熔炼成高纯镍铂合金锭；所述的高纯镍铂合金锭的纯度大于99.995%，氧含量低于50ppm；（3）、在950℃~1150℃下对所述的高纯镍铂合金锭进行径向热锻，然后将进行径向热锻后的高纯镍铂合金锭进行退火处理；

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说 明 书

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（4）、在950℃~1150℃下对步骤（3）处理后的高纯镍铂合金锭进行纵向墩粗，然后将进行纵向墩粗后的高纯镍铂合金锭进行退火处理；

（5）、在600℃~800℃下对步骤（4）处理后的高纯镍铂合金锭进行热轧，然后在10℃~40℃下对热轧后的高纯镍铂合金锭进行冷轧，然后在600℃~700℃下对冷轧后的高纯镍铂合金锭进行再结晶退火处理，形成晶粒尺寸小于100μm的镍铂合金靶坯；

（6）、对所述的镍铂合金靶坯进行机械加工，形成所述的镍铂合金靶材。[0007] 优选地，步骤（1）中，所述坩埚为石墨坩埚，所述的镍为通过电解法制备得到的电解镍。

[0008] 优选地，步骤（2）中，采用所述的真空电子束将所述的镍铂合金锭滴熔成直径为250~350mm的所述的高纯镍铂合金锭。[0009] 优选地，步骤（3）中，进行所述的径向热锻前，对所述的高纯镍铂合金锭进行预热处理，预热的方式为将所述的高纯镍铂合金锭加热到950℃~1150℃。[0010] 优选地，步骤（3）中，所述的退火处理的方法为将径向热锻后的所述的高纯镍铂合金锭升温到950℃~1150℃，保温2~3小时，然后自然冷却到10℃~40℃；步骤（3）中，所述的径向热锻后的高纯镍铂合金锭的直径为100~200mm。[0011] 优选地，步骤（4）中，进行所述的纵向墩粗前，先将经步骤（3）处理后的高纯镍铂合金锭截成厚度为100~200mm的短节，然后对所述的短节进行预热处理，预热的方式为将所述的短节加热到950℃~1150℃，然后对预热后的短节进行纵向墩粗，纵向墩粗后的短节的厚度为40~80mm。[0012] 优选地，步骤（4）中，所述的退火处理的方法为将纵向墩粗后的所述的高纯镍铂合金锭升温到950℃~1150℃，保温2~3小时，然后自然冷却到10℃~40℃。优选地，步骤（5）中，在进行所述的热轧之前，对步骤（4）处理后的所述的高纯镍铂合金锭进行预热处理，预热的方式为将所述的高纯镍铂合金锭加热到600℃~800℃。[0014] 优选地，步骤（5）中，所述的再结晶退火的具体方法为将冷轧后的所述的高纯镍铂合金锭升温到600℃~700℃，保温1~2小时，然后冷却至10℃~40℃。[0015] 优选地，步骤（5）中，所述的热轧后的高纯镍铂合金锭的厚度为15~25mm；冷轧后的高纯镍铂合金锭的直径为460~500mm，厚度为10~14mm。[0016] 优选地，步骤（6）中，对所述的镍铂合金靶坯进行机械加工后，与背板焊接，形成所述的镍铂合金靶材。

[0017] 上述制备方法制得的镍铂合金靶材的纯度大于等于99.995%，氧含量低于50ppm，晶粒尺寸小于100 μm。

[0018] 由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明采用真空感应熔炼，利用电磁感应的搅拌作用获得成分均匀的镍铂合金锭，然后在真空度更高的真空电子束熔炼的条件下，将一些低熔点杂质通过挥发而除去，从而获得纯度更高、氧含量更低的高纯镍铂合金锭。另外，本发明通过径向热锻和退火处理、纵向墩粗和退火处理、热轧冷轧和再结晶退火处理等步骤，获得了晶粒更为细小的镍铂合金靶坯。这样的靶材利于获得厚度均匀、颗粒少的高质量的薄膜。

[0013]

附图说明

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说 明 书

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附图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式[0020] 实施例1

发明人专心研究和多次的实践改进得到最优的制作镍铂合金靶材的方法，其工艺流程如图1所示，其中主要包括以下步骤：

步骤（1）、按原料中铂含量为5at.%称取纯度为99.99%的电解镍和纯度为99.95%的铂粉，将电解镍和铂粉分散放入石墨坩埚，采用真空感应熔炼的方法熔炼出镍铂合金锭。[0021] 步骤（2）、在真空度为4Pa条件下，采用真空电子束将镍铂合金锭滴熔（drip melting）成直径为300mm的高纯Ni-5at.%Pt合金锭；高纯Ni-5at.%Pt合金锭的纯度大于99.995%，氧含量低于50ppm。[0022] 步骤（3）、进行径向热锻前，对Ni-5at.%Pt合金锭进行预热处理，预热的方式为将高纯镍铂合金锭加热到950℃；然后在950℃下利用空气锤对高纯镍铂合金锭进行圆周方向的击打（即径向热锻），使得高纯Ni-5at.%Pt合金锭的横截面积减小，高度增大，径向热锻后的锭子直径为150mm，然后将进行径向热锻后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭进行退火处理，退火处理的方法为将径向热锻后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭升温到950℃，保温3小时，然后自然冷却到室温；

本步骤中，由于在径向热锻之前进行预热处理的温度大于镍铂合金的再结晶温度，所以，本步骤中进行的锻造为热锻，热锻的优点是改变金属锭的铸态结构，在热锻过程中经过再结晶，粗大的铸态组织变成细小晶粒的新组织，并减少铸态结构的缺陷，提高金属的塑性。

[0023] 步骤（4）、进行纵向墩粗前，先将经步骤（3）处理后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭截成厚度为150mm的短节，然后对短节进行预热处理，预热的方式为将短节升温到950℃，然后在950℃下利用液压锻机对预热后的短节进行纵向墩粗，使得短节的横截面积增大，厚度减小，纵向墩粗后的短节的厚度为50mm，然后将进行纵向墩粗后的短节进行退火处理，退火处理的方法为将纵向墩粗后的短节升温到950℃，保温3小时，然后自然冷却到室温。[0024] 步骤（5）、在进行热轧之前，对步骤（4）处理后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭进行预热处理，预热的方式为将高纯Ni-5at.%Pt合金锭加热到800℃，然后在800℃下进行热轧，然后在室温下对热轧后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭进行冷轧，轧制方式为圆对圆轧制，热轧后厚度约为20mm，冷轧后直径约为480mm，厚度约为12mm，然后对冷轧后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭进行再结晶退火处理，再结晶退火的具体方法为将冷轧后的高纯Ni-5at.%Pt合金锭升温到700℃，保温2小时，然后冷却至室温，形成晶粒尺寸为90~100 μm的Ni-5at.%Pt合金靶坯。

[0025] 步骤（6）、将Ni-5at.%Pt合金靶坯机械加工成直径为450mm，厚度为10mm的圆盘状靶坯，然后与背板焊接，形成Ni-5at.%Pt的镍铂合金靶材。该靶材的纯度为99.995%，氧含量为50ppm，晶粒尺寸为90~100 μm。[0026] 实施例2

镍铂合金靶材的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）、按原料中铂含量为10at.%称取纯度为99.99%的电解镍和纯度为99.95%的

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说 明 书

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铂粉，将电解镍和铂粉分散放入石墨坩埚，采用真空感应熔炼的方法熔炼出Ni-10at.%Pt合金锭。

[0027] 步骤（2）、在真空度为4Pa条件下，采用真空电子束将Ni-10at.%Pt合金锭滴熔（drip melting）成直径为300mm的高纯镍铂合金锭；高纯Ni-10at.%Pt合金锭的纯度大于99.995%，氧含量低于50ppm。步骤（3）、进行径向热锻前，对高纯Ni-10at.%Pt合金锭进行预热处理，预热的方式为将高纯Ni-10at.%Pt合金锭加热到1000℃；然后在1000℃下利用空气锤对高纯Ni-10at.%Pt合金锭进行圆周方向的击打（即径向热锻），使得高纯Ni-10at.%Pt合金锭的横截面积减小，高度增大，径向热锻后的锭子直径为150mm，然后将进行径向热锻后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭进行退火处理，退火处理的方法为将径向热锻后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭升温到1000℃，保温2.5小时，然后自然冷却到室温；

步骤（4）、进行纵向墩粗前，先将经步骤（3）处理后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭截成厚度为150mm的短节，然后对短节进行预热处理，预热的方式为将短节升温到1000℃，然后在1000℃下利用液压锻机对预热后的短节进行纵向墩粗，使得短节的横截面积增大，厚度减小，纵向墩粗后的短节的厚度为50mm，然后将进行纵向墩粗后的短节进行退火处理，退火处理的方法为将纵向墩粗后的短节升温到1000℃，保温2.5小时，然后自然冷却到室温。[0029] 步骤（5）、在进行热轧之前，对步骤（4）处理后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭进行预热处理，预热的方式为将高纯Ni-10at.%Pt合金锭加热到700℃，然后在700℃下进行热轧，然后在室温下对热轧后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭进行冷轧，轧制方式为圆对圆轧制，热轧后厚度约为20mm，冷轧后直径约为480mm，厚度约为12mm，然后对冷轧后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭进行再结晶退火处理，再结晶退火的具体方法为将冷轧后的高纯Ni-10at.%Pt合金锭升温到650℃，保温2小时，然后冷却至室温，形成晶粒尺寸为80~95μm的Ni-10at.%Pt合金靶坯。[0030] 步骤（6）、将Ni-10at.%Pt合金靶坯机械加工成直径为450mm，厚度为10mm的圆盘状靶坯，然后与背板焊接，形成Ni-10at.%Pt的镍铂合金靶材。该靶材的纯度为99.995%，氧含量为50ppm，晶粒尺寸为80~95μm。[0031] 实施例3

镍铂合金靶材的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）、按原料中铂含量为20 at.%称取纯度为99.99%的电解镍和纯度为99.95%的铂粉，将电解镍和铂粉分散放入石墨坩埚，采用真空感应熔炼的方法熔炼出Ni-20 at.%Pt合金锭。

[0028]

步骤（2）、在真空度为3Pa条件下，采用真空电子束将Ni-20 at.%Pt合金锭滴熔

（drip melting）成直径为300mm的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭；高纯Ni-20 at.%Pt合金锭的纯度大于99.995%，氧含量低于50ppm。[0033] 步骤（3）、进行径向热锻前，对高纯Ni-20 at.%Pt合金锭进行预热处理，预热的方式为将高纯Ni-20 at.%Pt合金锭加热到1150℃；然后在1150℃下利用空气锤对高纯Ni-20 at.%Pt合金锭进行圆周方向的击打（即径向热锻），使得高纯Ni-20 at.%Pt合金锭的横截面积减小，高度增大，径向热锻后的锭子直径为150mm，然后将进行径向热锻后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭进行退火处理，退火处理的方法为将径向热锻后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭

[0032]

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说 明 书

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升温到1150℃，保温2小时，然后自然冷却到室温；

步骤（4）、进行纵向墩粗前，先将经步骤（3）处理后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭截成厚度为150mm的短节，然后对短节进行预热处理，预热的方式为将短节升温到1150℃，然后在1150℃下利用液压锻机对预热后的短节进行纵向墩粗，使得短节的横截面积增大，厚度减小，纵向墩粗后的短节的厚度为50mm，然后将进行纵向墩粗后的短节进行退火处理，退火处理的方法为将纵向墩粗后的短节升温到1150℃，保温2小时，然后自然冷却到室温。[0034] 步骤（5）、在进行热轧之前，对步骤（4）处理后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭进行预热处理，预热的方式为将高纯Ni-20 at.%Pt合金锭加热到600℃，然后在600℃下进行热轧，然后在室温下对热轧后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭进行冷轧，轧制方式为圆对圆轧制，热轧后厚度约为20mm，冷轧后直径约为480mm，厚度约为12mm，然后对冷轧后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭进行再结晶退火处理，再结晶退火的具体方法为将冷轧后的高纯Ni-20 at.%Pt合金锭升温到600℃，保温2小时，然后冷却至室温，形成晶粒尺寸为80~90μm的Ni-20 at.%Pt合金靶坯。[0035] 步骤（6）、将Ni-20 at.%Pt合金靶坯机械加工成直径为450mm，厚度为10mm的圆盘状靶坯，然后与背板焊接，形成Ni-20at.%Pt的镍铂合金靶材。该靶材的纯度为99.995%，氧含量为50ppm，晶粒尺寸为80~90μm。

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说 明 书 附 图

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图1

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