专利名称：：超高纯NiPt合金和包括该合金的溅射靶的制作方法
技术领域：
：本公开内容一般涉及超高纯NiPt合金，它们的制造方法和包括该合金的溅射靶。本公开内容提供的超高纯NiPt溅射靶在制造高集成密度的半导体器件中特别有用。
背景技术：
："Moore定律"推动了半导体集成电路(IC)工业中采用的新技术的发展，该定律假定大约每隔18个月晶体管的面密度加倍，电子器件最终体积的减小导致更低的成本和增加的利润、更多的功能和更快的器件速度。目前，制造技术正从90nm的特征尺寸，如晶体管栅长和节到节的线宽，到65nm和更小的尺寸过渡。特征尺寸的减小使新材料，如用于晶体管形成和加工的半导体和材料的发展成为必然。最近，人们对各种旨在开发新的半导体材料的方法产生了很多兴趣，这些新的半导体材料提供了通过其中的增加的电子速度和孔穴流动，因此允许制造具有更高运转速度、增强的性能特征和更低功耗的半导体器件，如集成电路(IC)器件。一种在获得更高器件运转速度目标上显示出前景的这种材料，被称为"应变硅(strainedsilicon)"。根据该方法，在松弛的、几微米厚的合金SiGe缓变缓冲层上生长出很薄的、拉伸应变的晶体硅(Si)层，该SiGe缓冲层又是在合适的晶体基片上，如Si晶片或者绝缘体上硅薄膜(silicon-on-insulator,SOI)晶片上形成的。应变Si技术是基于沉积在SiGe缓冲层上时，Si原子以较大的Si和Ge原子晶格常数(间隔)在其中对准的倾向(相对纯Si而言)。Si原子沉积在由间隔更远的原子组成的衬底(SiGe)上的结果是，它们"拉长"以与下面的Si和Ge原子对准，因此，"拉长"或者拉伸变形了沉积的Si层。在这些应变Si层中的电子和空穴比在常规的、具有更小原子间距离的松弛Si层中具有更大的迁移率，即对电子和/或空穴的流动具有更小的阻力。例如，同常规Si中的电子流相比，在应变Si中的电子流可快达大约70%。用这样的应变Si层形成的晶体管器件(如，CMOS器件)显示出其运转速度大大地快于用常规Si形成的等同器件。然而，目前没有可用于晶体管源的应变晶格半导体材料和应变区的稳定的、低电阻率的触头材料。具体而言，被典型用作90nm(和以上)特征尺寸的触头的Co-基和Ti-基硅化物不适合用于65nm和以下的特征尺寸。由于Co-基和Ti-基硅化物的不适合，已经发展了NiPt-硅化物触头技术，用于制造形成于应变晶格半导体衬底上的特征尺寸为65nm和更小的晶体管。然而，目前现有的实践/技术不能提供超高纯NiPt合金材料，该材料是在制造高性能的、特征尺寸为65nm和更小的应变半导体IC器件中用于NiPt沉积的溅射靶所必需的。从90nm的特征尺寸过渡到65nm和更小，如45nm和更小的另一个最近方法涉及使用高k介质栅氧化物材料和金属-硅化物触点金属化，如铪氧化物基高k介质材料和NiSi触点金属化。在这方面，同早期的金属硅化物如CoSi2和TiSi2相比，NiSi提供了几个优点，包括低电阻率、硅化过程中降低的Si耗和在较低的工艺温度下形成。目前有前景的利用MSi的制造方案，其被称为"FUSI"("完全硅化(fbllysilicided)"栅的縮写)，涉及在栅极形成(gatepatterning)和硅化前进行源极/漏极("S/D")硅化。然而，在FUSI和其它高k栅极氧化物工艺方案中使用NiSi以降低特征尺寸带来了在工艺集成温度下热稳定性差和高扩散率引起的挑战。鉴于上述，需要适合于在FUSI和其它制造方案中被用作硅化栅极触点金属化的、改进的Ni基材料以制造下一代半导体IC器件，也需要在制造高性能的、特征尺寸为65nm和更小的应变半导体IC器件中适合用作溅射靶的超高纯NiPt合金材料及其改进的制造技术。
发明内容本公开内容的优点是制造超高纯NiPt合金的方法。本公开内容的另一个优点是超高纯NiPt合金。本公开内容的另一个优点是包括具有均匀粒径分布的超高纯NiPt合金的溅射耙。本公开内容的其它优点和特征将在下面的公开内容中阐明，并且其部分内容对本领域的普通技术人员在审査了下面内容后将变得显;而易见或者可以从本公开内容的实施学到。如所附权利要求具体指出，这些优点可以实现和获得。根据本公开内容的方面，通过制造超高纯度至少大约4N5的NiPt合金的改进方法，部分实现上述和其它优点，包括步骤(a)在熔炉中高温加热预定量的较低纯度的Ni和Pt以形成NiPt'合金熔体，熔炉由在高温下对熔体惰性的材料构成；和(b)转移熔体到具有脱模剂涂敷表面的腔的铸模中，该脱模剂不使熔体受杂质元素污染。根据本公开内容的实施方式，步骤(a)包括在从大约1455到大约1650。C的温度下加热以形成NiPt合金熔体；加热预定量的较低纯度的Ni和Pt，Ni:Pt的原子比例在大约99:1到大约20:80的范围；在由氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)构成的熔炉中通过包括真空感应熔炼(vacuuminductionmelting,VIM)的工艺形成熔体；以及通过除去在熔体上面形成的含有杂质的炉渣和/或通过从熔体蒸发杂质纯化NiPt合金熔体。根据本公开内容的实施方式，步骤(b)包括不用中间包直接转移所述熔体到铸模；铸模由石墨构成并且具有用Al203脱模剂涂敷的腔。根据本公开内容的实施方式，所述方法进一步包括步骤(c)从铸模中取出凝固的NiPt合金锭；和(d)对锭进行热机械轧制处理以减小NiPt合金的厚度和颗粒大小，其中，步骤(d)包括水平方向和横向的交替轧制和在水平方向轧制过程中预热NiPt合金。本公开内容的另一个方面是通过上述工艺制造的4N5超高纯NiPt合金。本公开内容的另一个方面是4N5超高纯NiPt合金，其具有Si浓度<1ppm，B浓度0.2ppm，Ca浓度〈0.05ppm，Al浓度O.lppm和总杂质浓度<50ppm，其中Ni:Pt的原子比例在大约99:1到大约20:80的范围，并且颗粒大小在大约200到大约300的范围。本公开内容的另一个方面是包括上述4N5超高纯NiPt合金的改进溅射靶。从以下详述，本公开内容的其它优点对本领域的技术人员将显而易见，其中仅仅通过例举考虑用于实现本公开内容的最佳方式，只展示和描述了本公开内容的优选实施方式。将会意识到，本公开内容能够实现其它和不同的实施方式，并且在不偏离其精神的前提下，能够在各明显的方面对它的几个细节进行修改。因此，附图和说明被认为是说明性的而非限定性的。当结合下面的附图阅读时，可以最好地理解对本公开内容实施方式的以下具体描述，其中图1(A)和1(B)是显微照相，它们分别显示了根据常规(现有的)实践形成的、水平方向轧制的、颗粒大小在400-500pm范围的NiPt合金的晶粒结构和根据本公开内容形成的、横向轧制的、颗粒大小在200-300ium范围的NiPt合金的晶粒结构。具体实施例方式本公开内容解决和克服与现有实践/技术不能提供超高纯NiPt合金材料相关的问题，这些超高纯NiPt合金材料是用于制造特征尺寸为65nm和更小的高性能IC半导体器件的溅射靶所必需的，这些器件包括在应变的半导体衬底上形成的器件和/或具有包括Ni-硅化物触点金属化和高k栅极氧化层的栅结构的器件。简述之，根据本公开内容的关键特征，Ni:Pt的原子比例在大约99:1到大约20:80的超高纯NiPt合金(即4N5纯度和更高纯度的NiPt合金)，其适合用于制造溅射靶等，用于制造上述的高性能半导体IC器件，通过下述方法形成，该方法包括真空感应熔炼(VIM)杂质较少的原材料(如，3NNi和3N5Pt)，接着通过浇铸/模铸形成锭，然后对锭进行热机械处理，如横向热轧制，以减小其厚度和颗粒大小，以及在最终形成的溅射靶表面提供均匀的颗粒大小分布。根据本公开内容，利用熔炼和浇铸/模铸工艺，避免由熔炼工艺造成的污染。最终的NiPt合金具有很低的B和Si杂质水平，二者都大大低于起始(原)材料的水平，也基本减少了许多其它杂质元素的水平。更详细地说，应确定/注意的是，一定量的B、Al、Si、Ca和其它元素被引入到常规工艺方法形成的NiPt锭中。具体地说，B被鉴定出来自于石墨铸模使用的BN脱模剂，其中BN可以与熔化的Ni反应。结果，根据本工艺方法，使用替代的脱模剂，如八1203，以保护石墨铸模。也应确定/注意的是，在常规工艺方法形成的NiPt锭中发现的痕量Al、Ca和Si来自用于熔化组分原材料(一种或多种)的A1203熔炉。而且，在低于大约160(TC的熔化温度下稳定的Al203基瑢炉，当经受用于形成熔化的NiPt的高温时不稳定，结果，"203颗粒可能流到熔体或者逸出其结合材料颗粒(Si)。因此，根据形成超高纯NiPt合金的本工艺方法，常规的Al203基熔炉被由下述材料构成的熔炉替换，该材料在用于形成NiPt熔体的上述温度条件下对熔化的NiPt基本为惰性，如氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)。应进一步确定/注意的是，Al、Ca和Si杂质/污染物质的另一个可能的来源是常规用于引导熔化的NiPt注流从熔炉到浇铸模的中间包。因此，根据本公开内容，通过选择/使用模腔允许将NiPt熔体从熔炉直接转移到铸模中而无需中间包，因而，消除了来自中间包的可能污染。本公幵的方法具有提供超高纯(如4N5)NiPt合金的能力，这种合金含有浓度大大降低的Si、B、Ca和Al，和大大降低的总杂质水平和均匀分布的细颗粒大小。这种能力现在通过引用本公开方法的以下说明性的而非限定性的实施例加以说明。实施例将Ni/Pt的原子比例为95:5的3N5纯度Ni方块和3NPt粒放在YSZ熔炉中并在大约1600"C的温度下进行真空感应熔炼(VIM)大约1-1.5小时以形成NiPt合金熔体。通过流出在顶部形成的任何炉渣和/或在真空气氛下蒸发杂质，纯化熔体。然后，不使用中间包，将熔体浇注入内衬A1203脱模剂的石墨铸模中并凝固成NiPt合金锭。下面的表I给出了根据常规方法和本方法形成的由NiPt合金构成的靶的全元素辉光放电质谱(GDMS)研究结果，其中列标题"客户期望规格"指的是半导体IC制造商对于NiPt溅射靶的杂质水平的规格，其它的列标题"常规(现有)工艺"和"本工艺"分别指根据上述常规方法和根据本公开的方法制造的NiPt合金溅射靶的杂质含量。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表I数据可以显而易见的是高浓度的Si、B、Ca和Al可以存在于常规制造的溅射靶中，其总杂质水平超过1000ppm，而在通过本公开方法形成的超高纯NiPt合金中，Si、B、Ca和Al的浓度大大低于根据通过常规方法形成的NiPt合金，并且在某些情况下这些元素的浓度低于客户期望的规格。例如，与在常规制备的NiPt合金中的Si浓度〈200ppm相比，其Si浓度〈lppm，与客户规格<1ppm相当；与在常规制备的合金中的B浓度<100ppm相比，其B浓度<0.2ppm，与客户规格<0.2ppm相当；与在常规制备的合金中的Ca浓度<10ppm相比，Ca浓度<0.05ppm，好于客户规格<0.5ppm;和与在常规制备的合金中的A1浓度〈50ppm相比，Al浓度〈0.1ppm，好于客户规格<0.5ppm。通过本工艺生产的NiPt合金中的总杂质浓度〈50ppm，与客户期望规格值相当，大大地低于通过常规(现有)方法生产的NiPt合金的<1000ppm。本方法论因此满足用于制造溅射靶的4N5超高纯NiPt合金的要求，这些溅射靶适合于制造高性能的半导体IC器件。接着，将形成的超高纯NiPt锭进行比常规工艺更剧烈的热机械轧制过程，以获得比现有方法所提供的厚度和颗粒大小更多减小和更均匀的颗粒大小分布，其剧烈的轧制过程包括水平向和横向的交替轧制，在水平向轧制过程中伴随加热。涉及水平向轧制的现有热轧制工艺在2000-3000°F的温度范围能够提供大约60%的总厚度减少量，与其相比，根据本方法的横向轧制在2000-3000°F范围的相当温度下提供大约75%的总厚度减少量。本方法提供的增加的厚度减少量迫使更多的颗粒在高变形温度下进行动态重结晶。显微照片，如图1(A)和1(B)所示，表明颗粒大小从根据现有的水平向轧制工艺进行热轧制时的400-500pm范围减小到根据橫向轧制工艺进行热轧制时的200-300pm范围。而且，当根据横向轧制工艺进行热轧制时，颗粒大小更加均匀地分布在轧板的表面，并且根据本方法形成的NiPt合金的维氏硬度大于根据常规方法生产的NiPt合金。例如，对Ni-5at.。/。Pt合金，根据本方法形成的合金的维氏硬度Hv在150-370的范围，而根据常规方法生产的合金的维氏硬度Hv在100-370的范围。通过横向热轧制工艺形成的最终轧板可被切割成期望大小和以常规方式被安装到垫板上用作溅射靶。总之，同形成NiPt合金和溅射靶的常规技术相比，根据本公开内容的工艺方法提供的显著优点包括1.大大地减少了Si、B、Ca和Al的水平；2.总的杂质水平很好地在满足4N5超高纯度的要求之内；3.减小了颗粒大小并具有均匀的颗粒大小分布；4.增加了维氏硬度；5.将较低级别的Ni和Pt熔化條铸为超高纯NiPt合金的能力；和6.容易实现的熔化/浇铸工艺方法不需要专门的设备或者投资，其熔化/浇铸工艺的成本大大地低于粉末冶金法，尤其是对具有高Pt含量的合金。上述提出了许多具体的细节，如具体的材料、结构、反应物、工艺等，以更好地理解本公开内容。然而，无需借助具体提出的细节就能实现本公开内容。在其它情况下，为了不必要地模糊本公开内容，没有详细地描述公知的工艺材料和技术。只有本公开内容的优选实施方式和仅仅几个通用性的实施例在本公幵内容中被展示和描述。应该理解，本公开内容能够用于各其它结合和环境中，并且可以在本文表达的公开概念的范围内进行变化或者修改。权利要求1.制造至少4N5纯度的超高纯NiPt合金的方法，包括步骤(a)在熔炉中高温加热预定量的较低纯度的Ni和Pt以形成NiPt合金熔体，所述熔炉由在所述高温下对所述熔体惰性的材料构成；和(b)转移所述熔体到具有脱模剂涂敷表面的腔的铸模中，该脱模剂不使所述熔体受杂质元素污染。2.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)包括在从大约1455到大约1650。C的温度下加热，以形成所述NiPt合金熔体。3.根据权利要求l的方法，其中步骤(a)包括加热预定量的较低纯度的Ni和Pt，其Ni:Pt的原子比例在大约99:1到大约20:80的范围。4.根据权利要求l的方法，其中步骤(a)包括真空感应熔炼(VIM)。5.根据权利要求l的方法，其中步骤(a)包括在由氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)构成的熔炉中形成所述NiPt合金熔体。6.根据权利要求l的方法，其中步骤(a)包括通过除去在所述熔体上面形成的含有杂质的炉渣而纯化所述NiPt合金熔体。7.根据权利要求l的方法，其中步骤(a)包括通过从所述熔体蒸发杂质，纯化所述NiPt合金熔体。8.根据权利要求1的方法，其中步骤(b)包括不用中间包直接转移所述熔体到所述铸模。9.根据权利要求l的方法，其中-步骤(b)包括直接转移所述熔体到由石墨构成并具有用八1203脱模剂涂敷的腔的铸模。10.根据权利要求1的方法，进一步包括步骤(C)从所述铸模取出凝固的NiPt合金锭；和(d)将所述锭进行热机械轧制，以减小所述NiPt合金的厚度和颗粒大小。11.根据权利要求10的方法，其中步骤(d)包括水平向和横向的交替轧制。12.根据权利要求11的方法，其中步骤(d)包括在所述水平向轧制过程中预热所述NiPt合金。13.—种4N5超高纯NiPt合金，其通过根据权利要求12的方法制造。14.一种4N5超高纯NiPt合金，其具有Si浓度<1ppm，B浓度<0.2ppm，Ca浓度<0.05ppm，Al浓度O.lppm，和总的杂质浓度<50ppm。15.根据权利要求14的NiPt合金，其Ni:Pt的原子比例在大约99:1到大约20:80的范围。16.根据权利要求14的NiPt合金，其颗粒大小为大约200到大约300jLim。17.—种溅射靶，其包括权利要求16所述的4N5超高纯NiPt合金。全文摘要制造具有至少大约4N5超高纯度并且适合用作溅射靶的NiPt合金的方法，包括步骤在熔炉中高温加热预定量的较低纯度的Ni和Pt以形成NiPt合金熔体，该熔炉由在高温时对熔体惰性的材料构成；和将熔体转移到具有脱模剂涂敷表面的腔的铸模中，该脱模剂不使熔体受杂质元素污染。形成的NiPt合金具有很低浓度的杂质元素并且将其进行横向热轧以减小厚度和颗粒大小。文档编号C23C14/34GK101353732SQ20071016802公开日2009年1月28日申请日期2007年11月2日优先权日2007年7月23日发明者B·孔克尔,C·德林顿,D·朗,J·惠,李辛华申请人:贺利氏有限公司