CN104178739A - 一种带有铜合金背板的镍铂合金靶材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有铜合金背板的镍铂合金靶材的制备方法，包括依次进行的步骤如下：对铂含量在5~20at.%之间的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯的表面进行机械加工，然后进行化学清洗；将铜合金板坯和镍铂合金靶材坯料依次装入包套容器中，然后将包套容器封焊，并在包套容器上焊接一个出气管；通过出气管对包套容器抽真空，然后将出气管焊死；然后进行热等静压处理；然后去除包套容器，并对焊接成一体的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯进行机加工，从而获得带有铜合金背板的镍铂合金靶材。本发明的技术方案的优点是用工艺简单的热等静压技术，通过原子之间的扩散进行焊接，通过扩散焊接获得的有铜合金背板的镍铂合金靶材适用于高功率溅射镀膜。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及一种带有铜合金背板的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。
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。
针对市场对不同Pt含量的NiPt溅射靶材的需求，本发明采用晶粒尺寸＜100μm的镍铂合金靶材坯料与铜合金板坯进行扩散焊接，制得成分均匀、晶粒细小、氧含量低、结合强度高和结合后弯曲变形小的的溅射靶材。用扩散焊接方法制得的有铜合金背板的镍铂合金靶材适用于高功率溅射镀膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于高功率溅射镀膜的带有铜合金背板的镍铂合金靶材的制备方法。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述制备方法制得的带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种带有铜合金背板的镍铂合金靶材的制备方法，包括依次进行的步骤如下：
（1）、对铂含量在5~20at.%之间的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯的表面进行机械加工，然后进行化学清洗；
（2）、将经过步骤（1）处理后的铜合金板坯和镍铂合金靶材坯料依次装入包套容器中，然后将所述的包套容器封焊，并在所述的包套容器上焊接一个出气管；
（3）、通过所述的出气管对所述的包套容器抽真空，然后将所述的出气管焊死；
（4）、然后进行热等静压处理；
（5）、热等静压处理后去除所述的包套容器，并对焊接成一体的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯进行机加工，从而获得所述的带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
优选地，步骤（1）中，所述的铂含量在5~20at.%之间的镍铂合金靶材坯料的晶粒尺寸小于100μm。
优选地，步骤（1）中，所述的机械加工后的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯之间的粘接面的光洁度为0.5~2μm。
优选地，步骤（1）中，使用有机清洗溶剂进行所述的化学清洗。
更优选地，所述的有机清洗溶剂为异丁醇、异丙醇、混丙醇中的任一种。
最优选地，所述的有机清洗溶剂为异丙醇。
优选地，所述的铜合金板坯的直径大于所述的镍铂合金靶材坯料的直径。
优选地，所述的包套容器的材质为不锈钢、碳钢或钛。
优选地，步骤（4）中，升温至575℃~800℃，充入氩气至100~200Mpa下进行所述的热等静压处理，保温保压时间为5~7小时。
一种采用上述制备方法制得的带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
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：
本发明的技术方案的优点是用工艺简单的热等静压技术，通过原子之间的扩散进行焊接，通过扩散焊接获得的有铜合金背板的镍铂合金靶材适用于高功率溅射镀膜。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
发明人专心研究和多次的实践改进得到最优的焊接镍铂合金靶材坯料与铜合金背板的方法，其工艺流程如图1所示。
实施例1
主要包括以下步骤：
（1）、提供成分均匀、晶粒细小、氧含量低、晶粒尺寸＜100μm、厚度为10mm的铂含量为5at.%的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯，对镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯的表面进行机械加工使之光亮，尤其使两者的接触面光洁度达到0.5μm，以便两者紧密的贴合，防止焊接过程中形成突起或者凹槽等缺陷。然后用异丙醇进行化学清洗，去除表面的可溶性杂质，利于镍和铜或镍铂和铜原子间的有效扩散，同样可以防止焊接过程中的缺陷形成。
（2）、将经过步骤（1）处理后的铜合金板坯和直径较小的镍铂合金靶材坯料依次装入包套容器中，要求各坯料之间紧密结合，保证在任意一个方向上，坯料之间的间隙之和不大于1mm，并且任意一侧包套内壁跟与之相邻的坯料之间的间隙不大于1.5mm，包套容器采用不锈钢制成，然后用氩弧焊机或等离子焊机将包套容器封焊，并在包套容器上焊接一个出气管。
（3）、通过出气管对包套容器抽真空，然后将出气管焊死。
（4）、然后放入热等静压炉中进行热等静压处理，升温至575℃，充入氩气至200Mpa，然后保温保压6小时。
（5）、热等静压处理后去除包套容器，并对焊接成一体的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯进行机加工，从而获得带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
利用超声波c扫描（c-scan）检测焊接粘接率，该由镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯所组成的靶材组件其焊接粘接率>99%，靶材组件的缺陷率<0.3%；测试其抗拉伸强度，其扩散焊接的平均强度>100MPa，结果表明，采用本发明所述热等静压扩散焊接方法所取得的靶材组件焊接性能十分可靠。
实施例2
主要包括以下步骤：
（1）、提供成分均匀、晶粒细小、氧含量低、晶粒尺寸＜100μm、厚度为10mm的铂含量为15at.%的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯，对镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯的表面进行机械加工使之光亮，尤其使两者的接触面光洁度达到1.5μm，以便两者紧密的贴合，防止焊接过程中形成突起或者凹槽等缺陷。然后用异丙醇进行化学清洗，去除表面的可溶性杂质，利于镍和铜或镍铂和铜原子间的有效扩散，同样可以防止焊接过程中的缺陷形成。
（2）、将经过步骤（1）处理后的铜合金板坯和直径较小的镍铂合金靶材坯料依次装入包套容器中，要求各坯料之间紧密结合，保证在任意一个方向上，坯料之间的间隙之和不大于1mm，并且任意一侧包套内壁跟与之相邻的坯料之间的间隙不大于1.5mm，包套容器采用不锈钢制成，然后用氩弧焊机或等离子焊机将包套容器封焊，并在包套容器上焊接一个出气管。
（3）、通过出气管对包套容器抽真空，然后将出气管焊死。
（4）、然后放入热等静压炉中进行热等静压处理，升温至650℃，充入氩气至150Mpa，然后保温保压5小时。
（5）、热等静压处理后去除包套容器，并对焊接成一体的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯进行机加工，从而获得带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
利用超声波c扫描（c-scan）检测焊接粘接率，该由镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯所组成的靶材组件其焊接粘接率>99%，靶材组件的缺陷率<0.3%；测试其抗拉伸强度，其扩散焊接的平均强度>100MPa，结果表明，采用本发明所述热等静压扩散焊接方法所取得的靶材组件焊接性能十分可靠。
实施例3
主要包括以下步骤：
（1）、提供成分均匀、晶粒细小、氧含量低、晶粒尺寸＜100μm、厚度为10mm的铂含量为20at.%的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯，对镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯的表面进行机械加工使之光亮，尤其使两者的接触面光洁度达到2μm，以便两者紧密的贴合，防止焊接过程中形成突起或者凹槽等缺陷。然后用异丙醇进行化学清洗，去除表面的可溶性杂质，利于镍和铜或镍铂和铜原子间的有效扩散，同样可以防止焊接过程中的缺陷形成。
（2）、将经过步骤（1）处理后的铜合金板坯和直径较小的镍铂合金靶材坯料依次装入包套容器中，要求各坯料之间紧密结合，保证在任意一个方向上，坯料之间的间隙之和不大于1mm，并且任意一侧包套内壁跟与之相邻的坯料之间的间隙不大于1.5mm，包套容器采用不锈钢制成，然后用氩弧焊机或等离子焊机将包套容器封焊，并在包套容器上焊接一个出气管。
（3）、通过出气管对包套容器抽真空，然后将出气管焊死。
（4）、然后放入热等静压炉中进行热等静压处理，升温至800℃，充入氩气至200Mpa，然后保温保压7小时。
（5）、热等静压处理后去除包套容器，并对焊接成一体的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯进行机加工，从而获得带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
利用超声波c扫描（c-scan）检测焊接粘接率，该由镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯所组成的靶材组件其焊接粘接率>99%，靶材组件的缺陷率<0.3%；测试其抗拉伸强度，其扩散焊接的平均强度>100MPa，结果表明，采用本发明所述热等静压扩散焊接方法所取得的靶材组件焊接性能十分可靠。
Claims (10)
1. 一种带有铜合金背板的镍铂合金靶材的制备方法，其特征在于：包括依次进行的步骤如下：
（1）、对铂含量在5~20at.%之间的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯的表面进行机械加工，然后进行化学清洗；
（2）、将经过步骤（1）处理后的铜合金板坯和镍铂合金靶材坯料依次装入包套容器中，然后将所述的包套容器封焊，并在所述的包套容器上焊接一个出气管；
（3）、通过所述的出气管对所述的包套容器抽真空，然后将所述的出气管焊死；
（4）、然后进行热等静压处理；
（5）、热等静压处理后去除所述的包套容器，并对焊接成一体的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯进行机加工，从而获得所述的带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的铂含量在5~20at.%之间的镍铂合金靶材坯料的晶粒尺寸小于100μm。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的机械加工后的镍铂合金靶材坯料和铜合金板坯之间的粘接面的光洁度为0.5~2μm。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，使用有机清洗溶剂进行所述的化学清洗。
5. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的有机清洗溶剂为异丁醇、异丙醇、混丙醇中的任一种。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的有机清洗溶剂为异丙醇。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的铜合金板坯的直径大于所述的镍铂合金靶材坯料的直径。
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的包套容器的材质为不锈钢、碳钢或钛。
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，升温至575℃~800℃，充入氩气至100~200Mpa下进行所述的热等静压处理，保温保压时间为5~7小时。
10. 一种采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制得的带有铜合金背板的镍铂合金靶材。
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