[发明专利]一种镍铂合金溅射靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金熔铸及加工领域，具体涉及一种镍铂合金溅射靶材及其制备方法。

背景技术

溅射靶材的透磁率(PTF，Pass Through Flux)指的是透过靶材的磁场与施加磁场的比例。非磁性靶材的PTF为100％，意味着没有施加磁场被靶材所分流。磁性靶材的PTF值一般在0到100％之间，通常大多工业生产的材料其PTF在10％至95％之间。PTF的测量方法有很多种，其中具有代表性的是美国材料和试验协会所规定的标准ASTMF-1761-00及F-2086-01。

磁控溅射是薄膜制备中常用的方法，在这种方法中，靶材作为阴极，其背后装有永磁体或电磁铁，磁铁施加的磁场穿过靶材，与溅射腔体中的溅射气体(Ar)碰撞，在靶材的表面形成等离子体层，这些被离子化的离子在磁场的作用下不断的撞击靶材的表面，将靶材原子击出靶材表面并沉积于放置于靶材前的基体上，同时在基体上形成薄膜。

但是，磁控溅射的一个缺点是并不适用于铁磁性材料，铁磁性材料由于具有较强的磁性，磁控溅射设备施加的磁场很容易被靶材所分流，从而减少穿越至表面的磁力线。因此，诸如Fe、Co、Ni等材料，并不适合磁控溅射，因为会使起辉或维持放电相对困难，同时也会导致比如沉积膜厚不均匀等问题。这个限制可以使用极薄的靶材(约1.5～3mm)来解决，这种厚度通常还不足以将大部分磁力线所分流，但是这么薄的靶材成本高且使用寿命短。因此，若要使铁磁性靶材用磁控溅射，靶材的厚度成为一个障碍。

通常，靶材的PTF达到30％以上才可以起辉，较高的PTF容许使用较厚的溅射靶材，同时可以提高靶材的溅射效率和利用率。同时，增加PTF可以使辉光更为稳定，沉积的薄膜也因此具有更好的薄膜均匀性。在使用低PTF靶材的时候存在的另一个问题是加速溅蚀现象。随着靶材局部剖面的减少(即形成溅蚀沟)，使磁力线在溅蚀沟位置增加，造成PTF的局部增加，这会改变辉光的行为，引起溅射气体在这个区域离子化几率加大，也就是有较高的溅射速率发生于这个区域，最终，这个溅蚀沟变得非常窄，导致靶材利用率下降，这种现象在使用较薄的靶材时更为明显，同时加速溅蚀的发生也会造成薄膜沉积速率在局部区域的升高，从而影响薄膜整体的均匀性。此外，靶材整体PTF的均匀性对薄膜的均匀性也有较大的影响。

磁控溅射被广泛应用于电子工业，特别是磁记录和半导体行业中。镍和镍合金靶材是半导体行业最常见的靶材，比如，用镍或镍铂合金靶材制备的NiSi薄膜已经取代Co的硅化物成为主流的硅化物，被广泛应用于微电子工业的互连和接触等领域。但是在镍或镍铂合金溅射靶材，尤其是低铂含量的镍铂靶材的使用过程中也存在一些问题。首先，由于镍和镍铂合金的铁磁性，通常靶材的厚度受到了限制，通常镍靶材的厚度小于5mm，很多情况下小于3mm，这种厚度带来的问题是靶材的使用寿命较低且成本较高。其次，镍和镍铂合金靶材的PTF通常较低，以纯镍为例，通常其PTF在5％至20％之间，这么低的PTF值根本无法起辉。低PTF对镍铂合金，尤其是铂含量较低(原子百分比小于5％)的镍合金来说也同样存在，即使通过加工方法使靶材的PTF大于30％，且溅射时能正常起辉，其利用率通常都在20％以下。同时，低PTF引起的溅蚀沟现象在镍和低铂含量镍铂合金中尤为明显，溅蚀沟的存在导致镍和镍镍铂合金靶材局部溅射速率的异常，导致所制备的薄膜均匀度变差，大大影响了所制备产品的良品率。

提高靶材的PTF的方法有很多种。比如，美国发明专利US4299678提供了一种方法，在溅射时使操作温度高于靶材的居里温度。但是这种方法操作起来比较困难。再如，添加合金元素来提高靶材的PTF，但是对于特定的合金靶材来说，单纯为了提高PTF而添加合金元素，不仅会改变靶材的成分，也会改变靶材的性能。此外，还有通过靶材外形设计或对磁控溅射的靶头的改变来改善PTF，比如，中国发明专利200810010809.7公布了一种通过在平面靶的溅射面或者背面表面加工溅射环来提高靶材利用率的方法，但是这种方法成本昂贵，并无实际效益。