高功率脉冲磁控溅射等离子体特性调控及其对Cu薄膜结构性能的影响
发布时间：2021-07-08 20:49
铜（Cu）由于其低电阻率、高化学稳定性和优异的抗电迁移性,常被用于Si基半导体器件表面金属化。目前,磁控溅射技术广泛应用于Cu金属化领域,尤其是Cu膜的制备方面,但由于溅射过程中靶材粒子离化率较低,薄膜沉积过程中常存在“阴影效应”,导致薄膜易出现局部脱落,组织、结构及性能不均匀等问题,大大限制了产品质量和使用寿命。作为新一代的PVD技术,高功率脉冲磁控溅射技术（HPPMS）较高的离化率为薄膜的结构、性质的调控提供了无限可能。所以本研究针对Cu薄膜应用中存在的问题,提出使用高功率脉冲磁控溅射技术,制备性能优异的Cu薄膜。但在HPPMS脉冲放电过程中,等离子特性的复杂多变也为该技术的应用增加了难度。所以研究也旨在实现高功率脉冲磁控溅射技术中等离子特性的调控,并探究了溅射等离子特性对金属薄膜结构及性能的影响。研究中,首先通过等离子发射光谱对比了靶表面、靶前（距靶1 cm）及基片前（距靶10 cm）的等离子组分及离化率的不同,并探究了峰值功率和平均功率对等离子特性及薄膜性能的影响。研究结果表明:HPPMS溅射时,靶表面的等离子组分中,以Ti离子和Ti原子为主,但气体粒子（Ar离子及Ar原子）相...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
共振吸收光谱法检测HPPMS放电过程中主要粒子绝对密度随时间变化图
[48]，且设备较大，成本较高，不易于安装。图1-3 多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[48]图1-4 无栅式磁场石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[59]图1-3为多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图。相对于质谱仪，多栅式石英微天平（G-QCM）更为小巧简单，也是一种常用的离化率测量装置，其主要由一个栅网能量分析器（GEA）加一个石英分析天平（QCM）[48, 49, 60]构成。该方法的主要原理是采用两层栅网筛选电子和离子，第一层加负电压排除电子的干扰，第二层加一定大小的正电压阻挡离子。当第二层栅网上所加的正电压高于等离子体电位时，金属离子就会被排斥，此时仅中性原子参与成膜，薄膜沉积速率记为Rn；当第二层栅网上所加的电压低于等离子体电位时，金属离子和中性原子都会参与成膜，薄膜沉积速率记为Rt。利用QCM测量两次的沉积速率Rn和Rt，最终可计算出离化率， =1-Rn/Rt。近年
图1-3 多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[48]图1-4 无栅式磁场石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[59]图1-3为多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图。相对于质谱仪，多栅式石英微天平（G-QCM）更为小巧简单，也是一种常用的离化率测量装置，其主要由一个栅网能量分析器（GEA）加一个石英分析天平（QCM）[48, 49, 60]构成。该方法的主要原理是采用两层栅网筛选电子和离子，第一层加负电压排除电子的干扰，第二层加一定大小的正电压阻挡离子。当第二层栅网上所加的正电压高于等离子体电位时，金属离子就会被排斥，此时仅中性原子参与成膜，薄膜沉积速率记为Rn；当第二层栅网上所加的电压低于等离子体电位时，金属离子和中性原子都会参与成膜，薄膜沉积速率记为Rt。利用QCM测量两次的沉积速率Rn和Rt，最终可计算出离化率， =1-Rn/Rt。近年
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射铜膜与基底结合强度的分析研究[J]. 李佳君,刘浩,左永刚,白旸,袁禾蔚,何其宇,姜龙,郭辉,孙振路,陈广超. 材料研究学报. 2016(08)
[2]Effect of Wafer Size on the Film Internal Stress Measurement by Wafer Curvature Method[J]. 江帆,CHEN Shang,冷永祥,HUANG Nan. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2016(01)
[3]高功率脉冲磁控溅射研究进展[J]. 暴一品,李刘合,刘峻曦,张骁. 原子核物理评论. 2015(S1)
[4]复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性[J]. 李小婵,柯培玲,许辉,张栋,汪爱英. 真空. 2015(01)
[5]Influence of Substrate Negative Bias on Structure and Properties of TiN Coatings Prepared by Hybrid HIPIMS Method[J]. Zhenyu Wang,Dong Zhang,Peiling Ke,Xincai Liu,Aiying Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
[6]不同靶材料的高功率脉冲磁控溅射放电行为[J]. 吴忠振,田修波,潘锋,付劲裕,朱剑豪. 金属学报. 2014(10)
[7]高功率脉冲磁控溅射的阶段性放电特征[J]. 吴忠振,田修波,李春伟,Ricky K.Y.Fu,潘锋,朱剑豪. 物理学报. 2014(17)
[8]聚酰亚胺柔性基底上磁控溅射金属铜膜的电学性能研究[J]. 彭琎,陈广琦,宋宜驰,谷坤明,汤皎宁. 物理学报. 2014(13)
[9]凹槽工件表面常规磁控与高功率脉冲磁控溅射沉积钒薄膜的研究(英文)[J]. 李春伟,田修波,刘天伟,秦建伟,杨晶晶,巩春志,杨士勤. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
[10]高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展[J]. 王启民,张小波,张世宏,王成勇,伍尚华. 广东工业大学学报. 2013(04)
本文编号：3272311
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
共振吸收光谱法检测HPPMS放电过程中主要粒子绝对密度随时间变化图
[48]，且设备较大，成本较高，不易于安装。图1-3 多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[48]图1-4 无栅式磁场石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[59]图1-3为多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图。相对于质谱仪，多栅式石英微天平（G-QCM）更为小巧简单，也是一种常用的离化率测量装置，其主要由一个栅网能量分析器（GEA）加一个石英分析天平（QCM）[48, 49, 60]构成。该方法的主要原理是采用两层栅网筛选电子和离子，第一层加负电压排除电子的干扰，第二层加一定大小的正电压阻挡离子。当第二层栅网上所加的正电压高于等离子体电位时，金属离子就会被排斥，此时仅中性原子参与成膜，薄膜沉积速率记为Rn；当第二层栅网上所加的电压低于等离子体电位时，金属离子和中性原子都会参与成膜，薄膜沉积速率记为Rt。利用QCM测量两次的沉积速率Rn和Rt，最终可计算出离化率， =1-Rn/Rt。近年
图1-3 多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[48]图1-4 无栅式磁场石英微天平（G-QCM）分析仪示意图[59]图1-3为多栅式石英微天平（G-QCM）分析仪示意图。相对于质谱仪，多栅式石英微天平（G-QCM）更为小巧简单，也是一种常用的离化率测量装置，其主要由一个栅网能量分析器（GEA）加一个石英分析天平（QCM）[48, 49, 60]构成。该方法的主要原理是采用两层栅网筛选电子和离子，第一层加负电压排除电子的干扰，第二层加一定大小的正电压阻挡离子。当第二层栅网上所加的正电压高于等离子体电位时，金属离子就会被排斥，此时仅中性原子参与成膜，薄膜沉积速率记为Rn；当第二层栅网上所加的电压低于等离子体电位时，金属离子和中性原子都会参与成膜，薄膜沉积速率记为Rt。利用QCM测量两次的沉积速率Rn和Rt，最终可计算出离化率， =1-Rn/Rt。近年
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁控溅射铜膜与基底结合强度的分析研究[J]. 李佳君,刘浩,左永刚,白旸,袁禾蔚,何其宇,姜龙,郭辉,孙振路,陈广超. 材料研究学报. 2016(08)
[2]Effect of Wafer Size on the Film Internal Stress Measurement by Wafer Curvature Method[J]. 江帆,CHEN Shang,冷永祥,HUANG Nan. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2016(01)
[3]高功率脉冲磁控溅射研究进展[J]. 暴一品,李刘合,刘峻曦,张骁. 原子核物理评论. 2015(S1)
[4]复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性[J]. 李小婵,柯培玲,许辉,张栋,汪爱英. 真空. 2015(01)
[5]Influence of Substrate Negative Bias on Structure and Properties of TiN Coatings Prepared by Hybrid HIPIMS Method[J]. Zhenyu Wang,Dong Zhang,Peiling Ke,Xincai Liu,Aiying Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
[6]不同靶材料的高功率脉冲磁控溅射放电行为[J]. 吴忠振,田修波,潘锋,付劲裕,朱剑豪. 金属学报. 2014(10)
[7]高功率脉冲磁控溅射的阶段性放电特征[J]. 吴忠振,田修波,李春伟,Ricky K.Y.Fu,潘锋,朱剑豪. 物理学报. 2014(17)
[8]聚酰亚胺柔性基底上磁控溅射金属铜膜的电学性能研究[J]. 彭琎,陈广琦,宋宜驰,谷坤明,汤皎宁. 物理学报. 2014(13)
[9]凹槽工件表面常规磁控与高功率脉冲磁控溅射沉积钒薄膜的研究(英文)[J]. 李春伟,田修波,刘天伟,秦建伟,杨晶晶,巩春志,杨士勤. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
[10]高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展[J]. 王启民,张小波,张世宏,王成勇,伍尚华. 广东工业大学学报. 2013(04)
本文编号：3272311
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