[发明专利]一种高纯钴溅射靶材的制备方法、高纯钴溅射靶材及应用

说明书

本发明涉及溅射靶材技术领域，具体涉及一种高纯钴溅射靶材的制备方法、高纯钴溅射靶材及应用。所述方法包括以下步骤：(1)基体预处理：选择靶材基体，对基体表面进行加工处理，控制基体表面粗糙度在0.1μm以下；(2)高纯钴沉积：采用化学气相沉积法将高纯钴沉积到基体上，沉积时基体的温度保持在200‑400℃，得到高纯钴溅射靶材。本发明采用气相沉淀法直接在基体表面沉积，一步法直接得到高纯度钴溅射靶材，反应过程均匀，产品一致性好；金属钴直接沉积到背板上，靶材内应力小，透磁均匀性高，有利于保证钴靶材产品质量，且生产成本低。得到的钴靶PTF比传统的冷热轧制加退火的工艺要高，同时组织均匀，具有更好的磁控溅射性能。

技术领域

本发明涉及溅射靶材技术领域，具体涉及一种高纯钴溅射靶材的制备方法、高纯钴溅射靶材及应用。

背景技术

随着半导体集成电路先进技术的不断发展，配线宽度已经进入深纳米阶段。当制程低至7nm及以下时，由于Co电阻率低、抗电迁移性能优异，可替代Cu作为内连线材料，替代W作为通孔材料。另外，高纯Co靶也应用在3D NAND、DRAM等集成电路存储芯片领域。因此，高纯Co靶成为7nm及以下先进芯片制程用关键核心材料之一。由于高纯Co靶具有铁磁性，而7nm用Co靶对其纯度、磁性能及均匀性提出了更高的要求，这是靶材制备难点之一。焊接方面，由于高纯Co的马氏体相变温度较低，高温焊接会降低靶材的透磁性能，较低的焊接温度又很难保证结合性能，所以，靶材焊合率是其难点之二。

钴常温下是一种密排六方金属，熔点约1495℃，在高温下是面心立方结构，当冷却至约421℃时，面心立方将转变成密排六方结构。面心立方各个不同方向的性能存在一些差异，但是差异并不是太大，因此磁晶各向异性相对较弱，磁导率也较高。但对于密排六方而言，C轴方向的原子排布与其它方位的原子排布差异较大，因此该方向的性能与其它晶向的明显不同，研究显示C轴方向为易磁化方向，磁场容易从该方向穿过，而垂直于其方向磁场不容易通过。因此，在制作靶材时，应当使易磁化的C轴尽可能的垂直于靶面，这样磁场更容易从靶面穿过，提高了磁场穿透的能力，即透磁率。

当前一些专利仅仅是从加工工艺上的改进来制备钴靶，如国内专利201110430577.2，201110431047.X，无论是采用粉末冶金还是塑性加工工艺制备的靶材，只关注晶粒细小均匀，而并无涉及材料的晶体结构对性能的影响，更没有提及如何控制晶体学取向，只能制备出低PTF的钴靶。在实际使用中，往往不能使用或通过减薄靶材本身提高PTF，造成成本很高。国内专利CN200310124552.5较好的分析了晶体学取向对钴靶PTF的影响，但其控制方法的核心是在加工时引入高达100A/m的强磁场，如此强的磁场在实际生产中往往难以达到，不便于生产。

而国外专利US6652668B1通过在轧制后用液氮急速冷却增加应力来提高钴靶的透磁率，这种靶材制备成本高，靶材纯度收到熔炼技术限制，同时提高PTF的幅度有限。US6585866B2通过数道冷轧来提高透磁率，由于钴的塑性有限，需要多道次的退火，增加了工艺步骤，同时PTF提高的幅度也很有限，靶材透磁率波动偏大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高纯钴溅射靶材的制备方法、高纯钴溅射靶材及应用，具体包括以下内容：

一种高纯钴溅射靶材的制备方法，包括以下步骤：

(1)基体预处理：选择靶材基体，对基体表面进行加工处理，控制基体表面粗糙度在0.1μm以下；控制基体表面的粗糙度，在后续沉积操作时，高纯钴更容易在基体表面沉积，结合更加牢固。

(2)高纯钴沉积：采用化学气相沉积法将高纯钴沉积到经过步骤(1)处理后的基体上，沉积时基体的温度保持在200-400℃，得到高纯钴溅射靶材。具体的，此步骤的基体温度可以时200℃、220℃、250℃、300℃、320℃、350℃、或400℃等。

优选的，所述步骤(1)中选择铜或铝合金材料作为靶材的基体。