專利名稱：：超高純NiPt合金和包括該合金的濺射靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本公開內(nèi)容一般涉及超高純NiPt合金，它們的制造方法和包括該合金的濺射靶。本公開內(nèi)容提供的超高純NiPt濺射靶在制造高集成密度的半導(dǎo)體器件中特別有用。
背景技術(shù)：
："Moore定律"推動了半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)中采用的新技術(shù)的發(fā)展，該定律假定大約每隔18個月晶體管的面密度加倍，電子器件最終體積的減小導(dǎo)致更低的成本和增加的利潤、更多的功能和更快的器件速度。目前，制造技術(shù)正從90nm的特征尺寸，如晶體管柵長和節(jié)到節(jié)的線寬，到65nm和更小的尺寸過渡。特征尺寸的減小使新材料，如用于晶體管形成和加工的半導(dǎo)體和材料的發(fā)展成為必然。最近，人們對各種旨在開發(fā)新的半導(dǎo)體材料的方法產(chǎn)生了很多興趣，這些新的半導(dǎo)體材料提供了通過其中的增加的電子速度和孔穴流動，因此允許制造具有更高運(yùn)轉(zhuǎn)速度、增強(qiáng)的性能特征和更低功耗的半導(dǎo)體器件，如集成電路(IC)器件。一種在獲得更高器件運(yùn)轉(zhuǎn)速度目標(biāo)上顯示出前景的這種材料，被稱為"應(yīng)變硅(strainedsilicon)"。根據(jù)該方法，在松弛的、幾微米厚的合金SiGe緩變緩沖層上生長出很薄的、拉伸應(yīng)變的晶體硅(Si)層，該SiGe緩沖層又是在合適的晶體基片上，如Si晶片或者絕緣體上硅薄膜(silicon-on-insulator,SOI)晶片上形成的。應(yīng)變Si技術(shù)是基于沉積在SiGe緩沖層上時，Si原子以較大的Si和Ge原子晶格常數(shù)(間隔)在其中對準(zhǔn)的傾向(相對純Si而言)。Si原子沉積在由間隔更遠(yuǎn)的原子組成的襯底(SiGe)上的結(jié)果是，它們"拉長"以與下面的Si和Ge原子對準(zhǔn)，因此，"拉長"或者拉伸變形了沉積的Si層。在這些應(yīng)變Si層中的電子和空穴比在常規(guī)的、具有更小原子間距離的松弛Si層中具有更大的遷移率，即對電子和/或空穴的流動具有更小的阻力。例如，同常規(guī)Si中的電子流相比，在應(yīng)變Si中的電子流可快達(dá)大約70%。用這樣的應(yīng)變Si層形成的晶體管器件(如，CMOS器件)顯示出其運(yùn)轉(zhuǎn)速度大大地快于用常規(guī)Si形成的等同器件。然而，目前沒有可用于晶體管源的應(yīng)變晶格半導(dǎo)體材料和應(yīng)變區(qū)的穩(wěn)定的、低電阻率的觸頭材料。具體而言，被典型用作90nm(和以上)特征尺寸的觸頭的Co-基和Ti-基硅化物不適合用于65nm和以下的特征尺寸。由于Co-基和Ti-基硅化物的不適合，已經(jīng)發(fā)展了NiPt-硅化物觸頭技術(shù)，用于制造形成于應(yīng)變晶格半導(dǎo)體襯底上的特征尺寸為65nm和更小的晶體管。然而，目前現(xiàn)有的實踐/技術(shù)不能提供超高純NiPt合金材料，該材料是在制造高性能的、特征尺寸為65nm和更小的應(yīng)變半導(dǎo)體IC器件中用于NiPt沉積的濺射靶所必需的。從90nm的特征尺寸過渡到65nm和更小，如45nm和更小的另一個最近方法涉及使用高k介質(zhì)柵氧化物材料和金屬-硅化物觸點金屬化，如鉿氧化物基高k介質(zhì)材料和NiSi觸點金屬化。在這方面，同早期的金屬硅化物如CoSi2和TiSi2相比，NiSi提供了幾個優(yōu)點，包括低電阻率、硅化過程中降低的Si耗和在較低的工藝溫度下形成。目前有前景的利用MSi的制造方案，其被稱為"FUSI"("完全硅化(fbllysilicided)"柵的縮寫)，涉及在柵極形成(gatepatterning)和硅化前進(jìn)行源極/漏極("S/D")硅化。然而，在FUSI和其它高k柵極氧化物工藝方案中使用NiSi以降低特征尺寸帶來了在工藝集成溫度下熱穩(wěn)定性差和高擴(kuò)散率引起的挑戰(zhàn)。鑒于上述，需要適合于在FUSI和其它制造方案中被用作硅化柵極觸點金屬化的、改進(jìn)的Ni基材料以制造下一代半導(dǎo)體IC器件，也需要在制造高性能的、特征尺寸為65nm和更小的應(yīng)變半導(dǎo)體IC器件中適合用作濺射靶的超高純NiPt合金材料及其改進(jìn)的制造技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本公開內(nèi)容的優(yōu)點是制造超高純NiPt合金的方法。本公開內(nèi)容的另一個優(yōu)點是超高純NiPt合金。本公開內(nèi)容的另一個優(yōu)點是包括具有均勻粒徑分布的超高純NiPt合金的濺射耙。本公開內(nèi)容的其它優(yōu)點和特征將在下面的公開內(nèi)容中闡明，并且其部分內(nèi)容對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在審査了下面內(nèi)容后將變得顯;而易見或者可以從本公開內(nèi)容的實施學(xué)到。如所附權(quán)利要求具體指出，這些優(yōu)點可以實現(xiàn)和獲得。根據(jù)本公開內(nèi)容的方面，通過制造超高純度至少大約4N5的NiPt合金的改進(jìn)方法，部分實現(xiàn)上述和其它優(yōu)點，包括步驟(a)在熔爐中高溫加熱預(yù)定量的較低純度的Ni和Pt以形成NiPt'合金熔體，熔爐由在高溫下對熔體惰性的材料構(gòu)成；和(b)轉(zhuǎn)移熔體到具有脫模劑涂敷表面的腔的鑄模中，該脫模劑不使熔體受雜質(zhì)元素污染。根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，步驟(a)包括在從大約1455到大約1650。C的溫度下加熱以形成NiPt合金熔體；加熱預(yù)定量的較低純度的Ni和Pt，Ni:Pt的原子比例在大約99:1到大約20:80的范圍；在由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)構(gòu)成的熔爐中通過包括真空感應(yīng)熔煉(vacuuminductionmelting,VIM)的工藝形成熔體；以及通過除去在熔體上面形成的含有雜質(zhì)的爐渣和/或通過從熔體蒸發(fā)雜質(zhì)純化NiPt合金熔體。根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，步驟(b)包括不用中間包直接轉(zhuǎn)移所述熔體到鑄模；鑄模由石墨構(gòu)成并且具有用Al203脫模劑涂敷的腔。根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式，所述方法進(jìn)一步包括步驟(c)從鑄模中取出凝固的NiPt合金錠；和(d)對錠進(jìn)行熱機(jī)械軋制處理以減小NiPt合金的厚度和顆粒大小，其中，步驟(d)包括水平方向和橫向的交替軋制和在水平方向軋制過程中預(yù)熱NiPt合金。本公開內(nèi)容的另一個方面是通過上述工藝制造的4N5超高純NiPt合金。本公開內(nèi)容的另一個方面是4N5超高純NiPt合金，其具有Si濃度<1ppm，B濃度0.2ppm，Ca濃度〈0.05ppm，Al濃度O.lppm和總雜質(zhì)濃度<50ppm，其中Ni:Pt的原子比例在大約99:1到大約20:80的范圍，并且顆粒大小在大約200到大約300的范圍。本公開內(nèi)容的另一個方面是包括上述4N5超高純NiPt合金的改進(jìn)濺射靶。從以下詳述，本公開內(nèi)容的其它優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，其中僅僅通過例舉考慮用于實現(xiàn)本公開內(nèi)容的最佳方式，只展示和描述了本公開內(nèi)容的優(yōu)選實施方式。將會意識到，本公開內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)其它和不同的實施方式，并且在不偏離其精神的前提下，能夠在各明顯的方面對它的幾個細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。因此，附圖和說明被認(rèn)為是說明性的而非限定性的。當(dāng)結(jié)合下面的附圖閱讀時，可以最好地理解對本公開內(nèi)容實施方式的以下具體描述，其中圖1(A)和1(B)是顯微照相，它們分別顯示了根據(jù)常規(guī)(現(xiàn)有的)實踐形成的、水平方向軋制的、顆粒大小在400-500pm范圍的NiPt合金的晶粒結(jié)構(gòu)和根據(jù)本公開內(nèi)容形成的、橫向軋制的、顆粒大小在200-300ium范圍的NiPt合金的晶粒結(jié)構(gòu)。具體實施例方式本公開內(nèi)容解決和克服與現(xiàn)有實踐/技術(shù)不能提供超高純NiPt合金材料相關(guān)的問題，這些超高純NiPt合金材料是用于制造特征尺寸為65nm和更小的高性能IC半導(dǎo)體器件的濺射靶所必需的，這些器件包括在應(yīng)變的半導(dǎo)體襯底上形成的器件和/或具有包括Ni-硅化物觸點金屬化和高k柵極氧化層的柵結(jié)構(gòu)的器件。簡述之，根據(jù)本公開內(nèi)容的關(guān)鍵特征，Ni:Pt的原子比例在大約99:1到大約20:80的超高純NiPt合金(即4N5純度和更高純度的NiPt合金)，其適合用于制造濺射靶等，用于制造上述的高性能半導(dǎo)體IC器件，通過下述方法形成，該方法包括真空感應(yīng)熔煉(VIM)雜質(zhì)較少的原材料(如，3NNi和3N5Pt)，接著通過澆鑄/模鑄形成錠，然后對錠進(jìn)行熱機(jī)械處理，如橫向熱軋制，以減小其厚度和顆粒大小，以及在最終形成的濺射靶表面提供均勻的顆粒大小分布。根據(jù)本公開內(nèi)容，利用熔煉和澆鑄/模鑄工藝，避免由熔煉工藝造成的污染。最終的NiPt合金具有很低的B和Si雜質(zhì)水平，二者都大大低于起始(原)材料的水平，也基本減少了許多其它雜質(zhì)元素的水平。更詳細(xì)地說，應(yīng)確定/注意的是，一定量的B、Al、Si、Ca和其它元素被引入到常規(guī)工藝方法形成的NiPt錠中。具體地說，B被鑒定出來自于石墨鑄模使用的BN脫模劑，其中BN可以與熔化的Ni反應(yīng)。結(jié)果，根據(jù)本工藝方法，使用替代的脫模劑，如八1203，以保護(hù)石墨鑄模。也應(yīng)確定/注意的是，在常規(guī)工藝方法形成的NiPt錠中發(fā)現(xiàn)的痕量Al、Ca和Si來自用于熔化組分原材料(一種或多種)的A1203熔爐。而且，在低于大約160(TC的熔化溫度下穩(wěn)定的Al203基瑢爐，當(dāng)經(jīng)受用于形成熔化的NiPt的高溫時不穩(wěn)定，結(jié)果，"203顆?？赡芰鞯饺垠w或者逸出其結(jié)合材料顆粒(Si)。因此，根據(jù)形成超高純NiPt合金的本工藝方法，常規(guī)的Al203基熔爐被由下述材料構(gòu)成的熔爐替換，該材料在用于形成NiPt熔體的上述溫度條件下對熔化的NiPt基本為惰性，如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)。應(yīng)進(jìn)一步確定/注意的是，Al、Ca和Si雜質(zhì)/污染物質(zhì)的另一個可能的來源是常規(guī)用于引導(dǎo)熔化的NiPt注流從熔爐到澆鑄模的中間包。因此，根據(jù)本公開內(nèi)容，通過選擇/使用模腔允許將NiPt熔體從熔爐直接轉(zhuǎn)移到鑄模中而無需中間包，因而，消除了來自中間包的可能污染。本公幵的方法具有提供超高純(如4N5)NiPt合金的能力，這種合金含有濃度大大降低的Si、B、Ca和Al，和大大降低的總雜質(zhì)水平和均勻分布的細(xì)顆粒大小。這種能力現(xiàn)在通過引用本公開方法的以下說明性的而非限定性的實施例加以說明。實施例將Ni/Pt的原子比例為95:5的3N5純度Ni方塊和3NPt粒放在YSZ熔爐中并在大約1600"C的溫度下進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉(VIM)大約1-1.5小時以形成NiPt合金熔體。通過流出在頂部形成的任何爐渣和/或在真空氣氛下蒸發(fā)雜質(zhì)，純化熔體。然后，不使用中間包，將熔體澆注入內(nèi)襯A1203脫模劑的石墨鑄模中并凝固成NiPt合金錠。下面的表I給出了根據(jù)常規(guī)方法和本方法形成的由NiPt合金構(gòu)成的靶的全元素輝光放電質(zhì)譜(GDMS)研究結(jié)果，其中列標(biāo)題"客戶期望規(guī)格"指的是半導(dǎo)體IC制造商對于NiPt濺射靶的雜質(zhì)水平的規(guī)格，其它的列標(biāo)題"常規(guī)(現(xiàn)有)工藝"和"本工藝"分別指根據(jù)上述常規(guī)方法和根據(jù)本公開的方法制造的NiPt合金濺射靶的雜質(zhì)含量。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表I數(shù)據(jù)可以顯而易見的是高濃度的Si、B、Ca和Al可以存在于常規(guī)制造的濺射靶中，其總雜質(zhì)水平超過1000ppm，而在通過本公開方法形成的超高純NiPt合金中，Si、B、Ca和Al的濃度大大低于根據(jù)通過常規(guī)方法形成的NiPt合金，并且在某些情況下這些元素的濃度低于客戶期望的規(guī)格。例如，與在常規(guī)制備的NiPt合金中的Si濃度〈200ppm相比，其Si濃度〈lppm，與客戶規(guī)格<1ppm相當(dāng)；與在常規(guī)制備的合金中的B濃度<100ppm相比，其B濃度<0.2ppm，與客戶規(guī)格<0.2ppm相當(dāng)；與在常規(guī)制備的合金中的Ca濃度<10ppm相比，Ca濃度<0.05ppm，好于客戶規(guī)格<0.5ppm;和與在常規(guī)制備的合金中的A1濃度〈50ppm相比，Al濃度〈0.1ppm，好于客戶規(guī)格<0.5ppm。通過本工藝生產(chǎn)的NiPt合金中的總雜質(zhì)濃度〈50ppm，與客戶期望規(guī)格值相當(dāng)，大大地低于通過常規(guī)(現(xiàn)有)方法生產(chǎn)的NiPt合金的<1000ppm。本方法論因此滿足用于制造濺射靶的4N5超高純NiPt合金的要求，這些濺射靶適合于制造高性能的半導(dǎo)體IC器件。接著，將形成的超高純NiPt錠進(jìn)行比常規(guī)工藝更劇烈的熱機(jī)械軋制過程，以獲得比現(xiàn)有方法所提供的厚度和顆粒大小更多減小和更均勻的顆粒大小分布，其劇烈的軋制過程包括水平向和橫向的交替軋制，在水平向軋制過程中伴隨加熱。涉及水平向軋制的現(xiàn)有熱軋制工藝在2000-3000°F的溫度范圍能夠提供大約60%的總厚度減少量，與其相比，根據(jù)本方法的橫向軋制在2000-3000°F范圍的相當(dāng)溫度下提供大約75%的總厚度減少量。本方法提供的增加的厚度減少量迫使更多的顆粒在高變形溫度下進(jìn)行動態(tài)重結(jié)晶。顯微照片，如圖1(A)和1(B)所示，表明顆粒大小從根據(jù)現(xiàn)有的水平向軋制工藝進(jìn)行熱軋制時的400-500pm范圍減小到根據(jù)橫向軋制工藝進(jìn)行熱軋制時的200-300pm范圍。而且，當(dāng)根據(jù)橫向軋制工藝進(jìn)行熱軋制時，顆粒大小更加均勻地分布在軋板的表面，并且根據(jù)本方法形成的NiPt合金的維氏硬度大于根據(jù)常規(guī)方法生產(chǎn)的NiPt合金。例如，對Ni-5at.。/。Pt合金，根據(jù)本方法形成的合金的維氏硬度Hv在150-370的范圍，而根據(jù)常規(guī)方法生產(chǎn)的合金的維氏硬度Hv在100-370的范圍。通過橫向熱軋制工藝形成的最終軋板可被切割成期望大小和以常規(guī)方式被安裝到墊板上用作濺射靶?？傊纬蒒iPt合金和濺射靶的常規(guī)技術(shù)相比，根據(jù)本公開內(nèi)容的工藝方法提供的顯著優(yōu)點包括1.大大地減少了Si、B、Ca和Al的水平；2.總的雜質(zhì)水平很好地在滿足4N5超高純度的要求之內(nèi)；3.減小了顆粒大小并具有均勻的顆粒大小分布；4.增加了維氏硬度；5.將較低級別的Ni和Pt熔化條鑄為超高純NiPt合金的能力；和6.容易實現(xiàn)的熔化/澆鑄工藝方法不需要專門的設(shè)備或者投資，其熔化/澆鑄工藝的成本大大地低于粉末冶金法，尤其是對具有高Pt含量的合金。上述提出了許多具體的細(xì)節(jié)，如具體的材料、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)物、工藝等，以更好地理解本公開內(nèi)容。然而，無需借助具體提出的細(xì)節(jié)就能實現(xiàn)本公開內(nèi)容。在其它情況下，為了不必要地模糊本公開內(nèi)容，沒有詳細(xì)地描述公知的工藝材料和技術(shù)。只有本公開內(nèi)容的優(yōu)選實施方式和僅僅幾個通用性的實施例在本公幵內(nèi)容中被展示和描述。應(yīng)該理解，本公開內(nèi)容能夠用于各其它結(jié)合和環(huán)境中，并且可以在本文表達(dá)的公開概念的范圍內(nèi)進(jìn)行變化或者修改。權(quán)利要求1.制造至少4N5純度的超高純NiPt合金的方法，包括步驟(a)在熔爐中高溫加熱預(yù)定量的較低純度的Ni和Pt以形成NiPt合金熔體，所述熔爐由在所述高溫下對所述熔體惰性的材料構(gòu)成；和(b)轉(zhuǎn)移所述熔體到具有脫模劑涂敷表面的腔的鑄模中，該脫模劑不使所述熔體受雜質(zhì)元素污染。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)包括在從大約1455到大約1650。C的溫度下加熱，以形成所述NiPt合金熔體。3.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中步驟(a)包括加熱預(yù)定量的較低純度的Ni和Pt，其Ni:Pt的原子比例在大約99:1到大約20:80的范圍。4.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中步驟(a)包括真空感應(yīng)熔煉(VIM)。5.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中步驟(a)包括在由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)構(gòu)成的熔爐中形成所述NiPt合金熔體。6.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中步驟(a)包括通過除去在所述熔體上面形成的含有雜質(zhì)的爐渣而純化所述NiPt合金熔體。7.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中步驟(a)包括通過從所述熔體蒸發(fā)雜質(zhì)，純化所述NiPt合金熔體。8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(b)包括不用中間包直接轉(zhuǎn)移所述熔體到所述鑄模。9.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中-步驟(b)包括直接轉(zhuǎn)移所述熔體到由石墨構(gòu)成并具有用八1203脫模劑涂敷的腔的鑄模。10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括步驟(C)從所述鑄模取出凝固的NiPt合金錠；和(d)將所述錠進(jìn)行熱機(jī)械軋制，以減小所述NiPt合金的厚度和顆粒大小。11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中步驟(d)包括水平向和橫向的交替軋制。12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中步驟(d)包括在所述水平向軋制過程中預(yù)熱所述NiPt合金。13.—種4N5超高純NiPt合金，其通過根據(jù)權(quán)利要求12的方法制造。14.一種4N5超高純NiPt合金，其具有Si濃度<1ppm，B濃度<0.2ppm，Ca濃度<0.05ppm，Al濃度O.lppm，和總的雜質(zhì)濃度<50ppm。15.根據(jù)權(quán)利要求14的NiPt合金，其Ni:Pt的原子比例在大約99:1到大約20:80的范圍。16.根據(jù)權(quán)利要求14的NiPt合金，其顆粒大小為大約200到大約300jLim。17.—種濺射靶，其包括權(quán)利要求16所述的4N5超高純NiPt合金。全文摘要制造具有至少大約4N5超高純度并且適合用作濺射靶的NiPt合金的方法，包括步驟在熔爐中高溫加熱預(yù)定量的較低純度的Ni和Pt以形成NiPt合金熔體，該熔爐由在高溫時對熔體惰性的材料構(gòu)成；和將熔體轉(zhuǎn)移到具有脫模劑涂敷表面的腔的鑄模中，該脫模劑不使熔體受雜質(zhì)元素污染。形成的NiPt合金具有很低濃度的雜質(zhì)元素并且將其進(jìn)行橫向熱軋以減小厚度和顆粒大小。文檔編號C23C14/34GK101353732SQ20071016802公開日2009年1月28日申請日期2007年11月2日優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日發(fā)明者B·孔克爾,C·德林頓,D·朗,J·惠,李辛華申請人:賀利氏有限公司