射频磁控溅射制备TaN薄膜及其性能研究

发布时间：2017-03-20 11:09

  本文关键词：射频磁控溅射制备TaN薄膜及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氮化钽薄膜具备很多过渡金属氮化物薄膜不具备的很多优良性能,尤其是TaN薄膜具有高热稳定性、低电阻率、高熔点、界面稳定、高硬度等特点,而被广泛用作微电子领域集成电路中的金属和半导体或者介质之间的防扩散层。高密度集成电路在运行时,需要把产生的热量很快散发掉,以减少热噪声和避免降低CPU运行速度。计算机芯片(IC)及其集成电路散热效果与所用材料和薄膜的热扩散系数直接相关。另外当TaN薄膜用作防扩散层时候,通常要求具有较小的表面粗糙度,这样就可以减小与电路了之间的摩擦损耗。然而在已经开展的实验研究中,对于TaN薄膜表面粗糙度的研究报道很少,对于TaN薄膜热扩散系数的研究几乎没有。因此制备出高质量的TaN薄膜,并且研究其表面粗糙度和热扩散系数具有很重要的现实意义。本文采用射频磁控溅射法,采用直接轰击TaN靶材的方式在Si02基底沉积TaN薄膜。采用控制变量法研究了溅射功率、压强、基底温度等工艺参数对于TaN薄膜沉积速率、结构、表面粗糙度和热扩散系数的影响。研究发现：1：沉积速率随着溅射功率和基底温度的增加而增加,当溅射压强为1.0Pa时沉积速率最大,增大或者减小压强都会降低溅射速率。2：TaN薄膜的结构和表面粗糙度对工艺参数比较敏感。当溅射功率为200W、溅射压强为1.0Pa、衬底温度为300℃时可以获得结构和表面粗糙度都比较理想的TaN薄膜。3：工艺参数主要通过影响TaN薄膜的结构和厚度对热扩散系数产生影响,厚度越大,结晶效果越好的薄膜热扩散系数越大。4：与传统反应溅射相比,使用直接溅射TaN靶材的方法制备的TaN薄膜具有(111)方向的择优生长,这有利于增大薄膜的热扩散系数
【关键词】：射频磁控溅射 TaN薄膜 直接轰击 表面粗糙度 热扩散系数
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 TaN的结构与应用10-13
• 1.2.1 TaN的结构10-11
• 1.2.2 TaN薄膜的应用11-13
• 1.3 TaN薄膜的制备方法13-17
• 1.3.1 溅射法13-14
• 1.3.2 化学气相沉积法(CVD)14-15
• 1.3.3 原子层沉积法(ALD)15-16
• 1.3.4 离子束辅助沉积(IBAD)16-17
• 1.4 材料的传热机理17-20
• 1.4.1 物质热传递概述17
• 1.4.2 分子导热机理17
• 1.4.3 电子导热机理17-18
• 1.4.4 声子导热机理18-19
• 1.4.5 光子导热机理19-20
• 1.5 TaN薄膜的国内外研究进展20-21
• 1.6 课题的目的、意义和内容21-22
• 第2章 TaN薄膜的制备及表征方法22-39
• 2.1 样品制备22-30
• 2.1.1 直流溅射原理22-23
• 2.1.2 射频磁控溅射原理23-24
• 2.1.3 辉光放电24-26
• 2.1.4 溅射产额及其影响因素26-30
• 2.2 实验装置及操作流程30-33
• 2.2.1 实验装置30-31
• 2.2.2 靶材与基底选择31
• 2.2.3 基本研究路线31-32
• 2.2.4 实验主要工艺参数32
• 2.2.5 实验具体操作流程32-33
• 2.3 实验表征33-39
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)33-34
• 2.3.2 原子力显微镜(AFM)34-35
• 2.3.3 薄膜激光热导仪35-39
• 第3章 沉积参数对TaN薄膜性能的影响39-59
• 3.1 溅射功率对于TaN薄膜性能的影响39-46
• 3.1.1 溅射功率对于TaN薄膜沉积速率的影响40-41
• 3.1.2 溅射功率对TaN薄膜结构的影响41-42
• 3.1.3 溅射功率对TaN薄膜表面粗糙度的影响42-44
• 3.1.4 溅射功率对TaN薄膜热扩散系数的影响44-46
• 3.2 溅射压强对于TaN薄膜性能的影响46-52
• 3.2.1 溅射压强对TaN薄膜沉积速率的影响47-48
• 3.2.2 溅射压强对TaN薄膜结构的影响48-49
• 3.2.3 溅射压强对TaN薄膜表面粗糙度的影响49-51
• 3.2.4 溅射压强对TaN薄膜热扩散系数的影响51-52
• 3.3 基底温度对TaN薄膜性能的影响52-59
• 3.3.1 基底温度对TaN薄膜沉积速率的影响53-54
• 3.3.2 基底温度对TaN薄膜结构的影响54-55
• 3.3.3 基底温度对TaN薄膜表面粗糙度的影响55-57
• 3.3.4 基底温度对TaN薄膜热扩散系数的影响57-59
• 第4章 总结与展望59-61
• 4.1 总结59-60
• 4.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表论文66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张盼盼;丁龙先;张帅拓;;工艺参数对磁控溅射制备TiO_2薄膜结晶性的影响[J];表面技术;2015年05期

2 张光耀;高原;张焱;王成磊;韦文竹;陆小会;;磁控溅射功率对引线支架表面沉积W组织及性能的影响[J];表面技术;2014年06期

3 熊晓晨;燕怒;韩晓琪;;轴承钢磁控溅射TiN涂层工艺参数对其性能的影响[J];表面技术;2014年01期

4 牛忠彩;何智兵;何小珊;韦建军;贾晓琴;杜凯;;工作压强对辉光放电聚合物薄膜化学结构与表面形貌的影响[J];真空科学与技术学报;2013年10期

5 刘汉法;类成新;张化福;;溅射压强对柔性PET衬底ZnO薄膜性能的影响[J];光电子.激光;2012年04期

6 王华;燕红;许积文;江民红;杨玲;;溅射压强和退火气氛对Mg_(0.2)Zn_(0.8)O∶Al紫外透明导电薄膜结构与性能的影响[J];人工晶体学报;2011年06期

7 刘学杰;叶勇;赵艳飞;马琴芳;;Ta原子在TaN(001)表面上绕岛迁移的第一原理计算[J];表面技术;2011年02期

8 高亮;杨建广;陈胜龙;杨济豪;吴玉山;;沉积法制备TaN薄膜的研究现状及其应用[J];材料导报;2010年13期

9 刘星;马国佳;孙刚;段玉平;刘顺华;;不同工艺对TaN薄膜摩擦磨损性能影响研究[J];稀有金属材料与工程;2010年S1期

10 王超杰;蒋洪川;张万里;向阳;司旭;;氮流量对TaN薄膜微结构及性能的影响[J];功能材料与器件学报;2010年01期

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1 李佳青;氮化钽金属薄膜干法刻蚀的研究[D];复旦大学;2011年

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