[发明专利]一种镍铂合金溅射靶材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍铂合金溅射靶材及其制备方法，所述镍铂合金溅射靶材中铂的含量为21～31%原子百分比，镍铂溅射靶材溅射面的（111）面的取向率大于30%，（200）面的取向率小于（111）面且大于20%。所述制备方法包括以下步骤：以4N5镍和铂为原料，配制成铂的含量为21～31%的合金，将合金放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化后置于浇铸模具中进行浇铸获得铸锭；再将铸锭采用温轧轧制形成坯料后再结晶退火，最后加工成型获得靶材。本发明制备获得了成品率高，稳定性好的含铂为21～31原子%的NiPt合金溅射靶材，通过控制晶粒取向改善了靶材的成膜速率和薄膜性能稳定性，获得了沉积速率和膜厚均匀性较好的NiPt薄膜，大大提高了生产效率，极大节约了成本。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，进一步属于合金溅射靶材技术领域，具体涉及用于电子信息产业的晶粒取向可控、铂含量为21～31％的镍铂合金溅射靶材及其制备方法。

背景技术

镍铂合金靶材在电子半导体行业具有重要的应用。比如，镍铂靶材被用于制备肖特基二极管中的势垒层已得到了广泛的应用；镍铂靶材被用于制备互补金属氧化物半导体(CMOS)和大规模集成电路中的硅化物技术也很成熟，并得到了大量应用。随着电子半导体的发展，镍铂靶材将继续发挥重要作用。

在镍铂靶材的应用当中，铂的添加能增强相应的Ni(Pt)Si硅化物薄膜的相结构和热稳定性。随着集成电路的技术节点向亚微米发展，特别是在65纳米以下，铂的添加量不断上升，因此，面临着如何制备具有中、高铂含量的镍铂合金及其靶材的问题。特别地，对于中等铂含量，特别是铂含量为21～31％原子百分比以上的镍铂合金，其加工更为困难和复杂。其主要表现为铸态组织容易产生疏松，热机械加工窗口窄，材料的加工性能差，极易产生开裂，成品率低等。

同时，随着半导体集成电路的细微化，对薄膜膜厚均匀性提出了更高的要求。特别是对于大功率溅射时，以高的溅射速率溅射并保证薄膜的膜厚均匀性有利于提高生产效率并获得所需的薄膜性能。实际应用中发现，大功率溅射时，NiPt靶材的成膜速率往往过高，从而导致薄膜的均匀性变差。其根本原因在于，除了要求所使用的靶材具备高纯度、晶粒尺寸细小的基本特点外，还需对靶材的结构，特别是晶粒取向进行控制并使其分布在一定范围内。而采用普通浇铸方法制备大尺寸铸锭，无法控制铸态组织，降低加工过程中开裂的风险，无法保证含铂为原子百分比21～31％的镍铂合金靶材的成品率。因此，如何通过控制靶材的晶粒取向从而改善靶材的成膜速率和薄膜性能稳定性也是制备镍铂靶材的关键。

如中国专利申请，一种高纯NiPt合金靶材及其制备方法(CN 104726829A，公开日为2015年6月24日)，公开了一种高纯NiPt合金靶材及其制备方法，通过热锻进行开坯，采用冷轧结合再结晶热处理控制合金微观组织的方法来制备镍铂靶材，制备的NiPt合金靶材晶粒细小、均匀，并且溅射面晶粒取向呈随机分布。但是，该发明所公布的靶材溅射面晶粒取向呈随机分布，没有提出通过控制晶粒取向来改善靶材的成膜速率和薄膜结构稳定性的思路。同时，对于中等铂含量，特别是铂含量为21～31％原子百分比以上的镍铂合金来说，合金铸锭在热锻时会产生开裂。因此，采用普通的熔炼+热锻/热轧+冷轧+热处理的工艺，较难制备出铂含量为21～31％原子百分比的镍铂合金靶材。

再如中国专利申请，镍合金溅射靶、Ni合金薄膜及镍硅化物膜(CN 102803550B，公开日为2012年11月28日)，公开了一种镍合金溅射靶，通过在含Pt 5～30原子％的NiPt合金中，添加至少1～5原子％的合金元素来提高靶材的PTF，减少溅射过程中颗粒的产生，改善所制备薄膜的均匀性，但是该发明未涉及到如何通过控制晶粒取向来改善靶材的成膜速率和薄膜结构稳定性以及靶材加工性能等方面的内容。