金属硅化物拥有优异的高温抗氧化性以及优良的导电、导热性
，已宽泛利用于半导体造作中作为良好的接触资料[1-2]。随着金属硅化物的不休发展
，主导的硅化物已从钛、钴硅化物逐步发展到低电阻、低耗硅量以及低形成温度的镍硅化物。钻研批注
，高温下NiSi相易转化成NiSi2不变相
，导致界面粗糙
，电阻升高[3]。增长肯定量的铂能提高NiSi的高温不变性
，改善NiSi界面描摹
，使之适应于精密的接触与互连工艺[4-5]。

目前造备镍铂硅化物薄膜的主流步骤是首先在半导体衬底的硅区域形成离子注入层
，再在其上造备一层硅表延层
，随后选取磁控溅射法在硅表延层的表表溅射一层NiPt薄膜
，最后通过退火处置形成镍铂硅化物薄膜。

1、镍铂硅化物薄膜在半导体造作中的利用

1.1在肖特基二极管造作中的利用

镍铂硅化物薄膜在半导体器件中的一个典型利用就是肖特基二极管。肖特基二极管是一种利用金属与N型半导体接触形成势垒
，从而拥有整流个性的金属-半导体器件
，宽泛利用于开关电源、变频器、驱动器等电路中。随着肖特基二极管工艺不休发展
，金属硅化物-硅接触已取代了传统的金属-硅接触
，预防了表表缺点与沾污
，降低了表表态的影响
，提高了器件的正向个性、反向耐压、反向能量冲击、耐高温、抗静电、抗销毁能力[6]。镍铂硅化物是目前较为梦想的肖特基势垒接触资料
，一方面镍铂合金作为势垒金属
，拥有优良的高温不变性；另一方面能够通过合金成分配比的扭转实现势垒凹凸的调整。图1为一种肖特基二极管芯片示意图
，其中势垒层3的厚度约莫为80nm[7]。势垒层的造备步骤 是通过磁控溅射在N型硅半导体衬底上溅射镍铂合金层
，并且460~480℃领域内真空退火30min左右形成NiPtSi-Si势垒层。通；贡匾ι銷iV、TiW等扩散反对层
，反对金属间的互扩散
，提高器件的抗委顿机能。

由于肖特基势垒对界面元素的敏感依赖性
，界面成分的散布变动将会对肖特基势垒高度产生影响。例如
，Thomas等人[8]发现NiPtSi-nSi势垒高度介于NiSi-nSi(势垒高度0.65eV)与PtSi-nSi(势垒高度0.85eV)之间
，且NiPtSi-nSi势垒高度ΦB随Ni-Pt合金薄膜中Pt含量的增长而增长
，并揣度势垒高度ΦB很可能与界面Pt含量有关(如图2所示)
，其中 Pt含量的误差棒对应凭据相应沉积参数与成分散布推算出的薄膜中的铂含量差距。Xu[9-10]等通过理论推算证了然镍铂合金表层铂原子浓度将显著影响其功函数
，因而随界面Pt含量的增长
，合金功函数增长
，导致势垒高度增长。

人们通过对镍铂合金成分配比的调整
，节造势垒层的势垒高度
，开发了一系列分歧势垒高度的肖特基二极管
，如低势垒高度的肖特基二极管
，可利用于低激励混频器
，同时也是热成像系统的最重要器件[11]。

1.2在半导体集成电路中的利用

镍铂硅化物还宽泛用于超大规模集成电路(VLSI)微电子器件中源、漏、栅极与金属电极间的接触[12-13]。目前
，Ni-5%Pt(摩尔分数)已成功利用于65nm技术
，Ni-10%Pt(摩尔分数)利用于45nm技术。随着半导体器件线宽的进一步削减
，很有可能必要进一步提高镍铂合金中的Pt含量来造备NiPtSi接触薄膜
，其原因重要是合金中Pt含量的增长可能 提高薄膜的高温不变性并且改善界面描摹、削减侵占缺点[14]。通常磁控溅射于相应硅器件表表的镍铂合金薄膜层厚度仅10nm左右
，形成镍铂硅化物所选取的步骤为一步或多步急剧热处置
，温度领域为400~600℃
，功夫30~60s。

近年来
，人们选取原子探针层析技术(APT)
，钻研分歧Pt含量镍铂合金薄膜经急剧热处置后的相形成以及Pt原子散布情况[15-16]。硅化过程选取分歧处置工艺
，界面处可能形成θ-Ni2Si、NiSi以及δ-Ni2Si相
，Pt原子在其中的固溶度顺次递减。尤其是Pt原子由于在δ-Ni2Si相中固溶度较幼而产生偏析集中在上表表
，只有少部门鄙人表表(即与硅接触内表表)。其中向下表表即NiPtSi/Si内表表偏析的Pt原子有利于解除侵占缺点
，而在上表表则会造成NiPtSi薄膜的阻抗增长[17]
，有钻研在半导体衬底掺杂As、B、S、In等
，通过元素偏析降低肖特基势垒从而降低接触电阻[16,18-19]。而为了减幼镍铂硅化物整体的阻抗
，IBM的专利选取两步骤造作NiPtSi薄膜：第一步溅射沉积Pt含量较高的镍铂合金薄膜
，第二步溅射沉积Pt含量较低的镍铂合金薄膜甚至不含Pt的纯镍薄膜。这样形成的镍铂硅化物薄膜上表表的Pt含量低
，有助于减幼镍铂硅化物整体的阻抗；而下表表的Pt含量高
，利于削减或解除侵占缺点[20]。因而在新的技术节点里
，有可能顺次选取分歧Pt含量的镍铂合金溅射靶材来造备拥有梯度结构的镍铂硅化物接触薄膜。

2、镍铂合金结构与性质钻研

对镍铂合金结构与性质的钻研
，是造备高质量镍铂合金靶材的基础。镍和铂能以任何混合比例形成不变的面心立方结构固溶体
，并且在相应成分、温度领域内存在类似于Cu-Au系统类似的有序无序转变
，Ni-Pt系统相晶体结构数据如表1所示
，镍铂合金相图如图3所示[21]。

满足肯定原子配比的镍铂合金在相应临界温度以下形成L12Ni3Pt、L10NiPt、L12NiPt3三种有序相
，前两者的临界温度别离是580、645℃。然而齐全有序必要在较低温度下长功夫退火处置能力得到(等原子比镍铂合金在610℃退火54天或者在更低温度400℃退火长达135天能力获得齐全有序)[22]
，通过理论推算以及尝试钻研
，钻研者们还对镍铂合金的热不变性、有序转改观力学、有序参数等进行了钻研[22-25]。

关于镍铂合金的磁学性质的钻研
，也是一向以来人们不休争论钻研的热点
，且对镍铂靶材的质量有着沉要意思。Ni与Pt同属过渡族金属
，其中Ni阐发为铁磁性
，Pt阐发为顺磁性
，Ni-Pt合金的磁性源于未被电子填满的Ni3d与Pt5d电子轨路相互作用
，合金中Ni的磁矩极度脆弱
，易受近邻原子影响
，面心立方结构中1个Ni原子近邻至少得有6个Ni原子能力维吃熹磁性
，因而随Pt含量的增长
，Ni-Pt合金磁性减弱
，由铁磁性向顺磁性转变
，磁性转变的临界成分约为42.5%Ni(摩尔分数)
，然而在临界成分左近如等原子比镍铂合金
，决定其磁性的重要成分为晶体结构。钻研批注
，无序状态的镍铂合金呈铁磁性
，而有序状态的L10NiPt呈顺磁性[26]
，这是由于L10NiPt相产生四方畸变使Ni原子之间间距增大
，导致局域磁矩隐没。另表
，在0%~31%Pt(摩尔分数)领域内
，随着含量的增长
，居里转变温度满足Tc=354.3-9.413XPt线性降低[27]。

3、镍铂合金靶材的造备步骤

靶材造备步骤重要为熔炼法和粉末冶金法[28]
，镍铂合金靶材的传统造备的步骤是粉末冶金法
，将高纯Ni粉与Pt粉烧结成合金块体再进行后续加工
，此步骤相迸宗熔炼法可使镍铂合金获得更好的可加工性
，但致密度难以满足要求并且造备过程中易混入杂质
，尤其是气体杂质混入将引起溅射过程中异常放电景象[29]。目前通常使用真空熔炼法来造备镍 铂合金靶材
，真空熔炼法蕴含真空感应熔炼和真空电子束熔炼等步骤
，为了获得杂质含量低(尤其气体成分)、高致密且成吩旖均的合金铸锭
，熔炼后的铸锭必要一次或屡次精辟
，以真空电子束熔炼为例
，熔体中鼓和蒸气压较高的杂质元素如Cu、Mg、Al等被迅速挥发到气相中并被抽真空带到炉体表
，在反复精辟中逐步达到提纯的主张。同时
，精辟也避 免了气体在铸锭凝固初期形核
，并在随后陆续冷却过程中长大而形成疏松、气孔、缩孔等铸造缺点[30]。

真空熔炼所获得的铸锭还必要进一步塑性加工、热处置和机械加工
，与铜背板焊合
，经超声检测、洗濯真空包装等步骤
，能力获得合格的靶材产品
，具体流程如图4所示。

为了获得高质量的镍铂合金靶材
，除了纯度、致密度满足要求之表
，组织均匀、晶粒尺寸及晶粒取向也是影响最终镀膜质量的关键成分。镍铂合金靶材微观组织结构重要由塑性加工与热处置相结合的伎俩来节造。通常先将镍铂合金铸锭热锻成块或者选取热轧的方式解除铸态组织
，达到减幼变形抗力并且达到细化晶粒的成效
，再选取屡次冷轧与真空热处置相结合的方式来节造合金微观组织结构。镍铂合金靶材最终均匀晶粒尺寸可节造在20~200?m之间
，晶粒取向随机散布[31]。

4、镍铂合金靶材发展趋向

超高纯、高利用率与优良的溅射沉积均匀性是高质量靶材所钻营的良好个性
，因而在靶材根基造备步骤的基础上
，必要不休优化工艺提高靶材质量
，具体地
，从高纯化、提高磁透率(PTF)以及组织结构节造等方面提高靶材质量
，将成为镍铂合金靶材造备工艺的发展趋向。

4.1高纯化

半导体用溅射靶材对证量要求极度高
，尤其是对靶材化学纯度的节造
，原因是杂质的存在将严沉影响靶材及相应薄膜的质量
，引起溅射时异常放电等景象[32]。目前
，国内表镍铂合金靶材在纯度方面的差距显著
，国内所出产的镍铂合金靶材能达到4N级
，而日本有关靶材厂家造备的镍铂靶能够达到5N以上。

4.2提高磁透率

提高镍铂合金磁透率(PTF)对提高靶材利用率有着沉要意思。镍含量较高的镍铂合金靶材拥有较强的磁性
，磁控溅射时磁场很容易被靶材所分流
，从而削减穿越至表表的磁力线
，使起辉或维持放电相对难题
，同时也会导致好比沉积膜厚不均匀等问题
，固然削减靶材厚度(通常<3mm)能够提高磁透率
，但靶材的使用寿命短、利用率低。提高磁透率的步骤重要有增长合金元素、扭转靶材表形设计或者在溅射时使操作温度高于靶材的居里温度等。

4.3组织结构节造

靶材的组织结构节造也与溅射沉积均匀性有亲昵关系[33]。通常溅射靶材晶粒尺寸必要节造在200?m以下
，并且晶粒尺寸越藐幼均匀
，溅射镀膜的厚度散布越均匀
，溅射速度也越快。另表
，晶体织构节造对于溅射靶材极度沉要
，分歧处置工艺的靶材有着分歧的织构
，对于镍以及一些面心立方金属
，<200>取向的织构对于均匀镀膜与耽搁靶材寿命极度有利
，而大量<111>以及<113>取向织构的存在却极度不利
，原因很可能是大量<111>、<113>取向织构的存在
，将导致磁力线分流而不是垂直于工件与靶材空间
，此时即便靶材拥有较高的磁透率（>45%)和藐幼的晶粒尺寸（<100?m）
，其镀膜均匀性以及靶材寿命都难以满足必要[34]。镍铂合金靶材的晶体织构以及织构节造工艺钻研并未有文件和专利报路
，镍铂合金靶材的晶体织构与靶材溅射机能的关联性钻研以及织构节造等方面将是成为镍铂合金溅射靶材新的研发趋向。

5、结语

镍铂硅化物作为良好的接触资料宽泛利用于半导体造作中
，镍铂合金溅射靶材成为保障半导体器件机能和发展半导体技术的关键资料
，其不休增长的需要量为中国贵金属靶材造作业的发展提供了机缘和挑战。

1)分歧Pt含量的镍铂合金溅射靶材在导体造作工艺中阐扬了沉要作用
，尤其是通过镍铂合金溅射靶材成分配比调节肖特基势垒高度以及在新的技术节点里
，顺次选取分歧Pt含量的镍铂合金溅射靶材来造备拥有梯度结构的镍铂硅化物接触薄膜从而降低接触电阻。

2)满足肯定原子配比的镍铂合金在相应临界温度以下形成L12Ni3Pt、L10NiPt、L12NiPt3三种有序相。Ni-Pt合金磁性随Pt含量增长由铁磁性向顺磁性转变
，磁性转变的临界成分约为42.5%Ni(摩尔分数)。

3)镍铂合金溅射靶材的造备步骤重要选取真空熔炼法
，并通过塑性加工与热处置相结合的方式来节造靶材微观组织结构。针对分歧成分镍铂合金的结构与性质
，溅射靶材造备必要有关造备步骤以及工艺参数的调整。

4)高纯化、靶材组织结构节造以及提高磁透率(PTF)将成为镍铂合金靶材造备工艺的发展趋向。提高靶材纯度到5N以上
，晶粒大幼均匀且均匀晶粒尺寸节造在200?m以下
，是目前镍铂靶材工艺优化的指标
，另表
，镍铂合金靶材的晶体织构与靶材溅射机能的关联性钻研以及织构节造等方面也将是镍铂合金溅射靶材新的研发趋向。

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