銅（Cu）由于其低電阻率、高化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗電遷移性,常被用于Si基半導體器件表面金屬化。目前,磁控濺射技術廣泛應用于Cu金屬化領域,尤其是Cu膜的制備方面,但由于濺射過程中靶材粒子離化率較低,薄膜沉積過程中常存在“陰影效應”,導致薄膜易出現(xiàn)局部脫落,組織、結構及性能不均勻等問題,大大限制了產品質量和使用壽命。作為新一代的PVD技術,高功率脈沖磁控濺射技術（HPPMS）較高的離化率為薄膜的結構、性質的調控提供了無限可能。所以本研究針對Cu薄膜應用中存在的問題,提出使用高功率脈沖磁控濺射技術,制備性能優(yōu)異的Cu薄膜。但在HPPMS脈沖放電過程中,等離子特性的復雜多變也為該技術的應用增加了難度。所以研究也旨在實現(xiàn)高功率脈沖磁控濺射技術中等離子特性的調控,并探究了濺射等離子特性對金屬薄膜結構及性能的影響。研究中,首先通過等離子發(fā)射光譜對比了靶表面、靶前（距靶1 cm）及基片前（距靶10 cm）的等離子組分及離化率的不同,并探究了峰值功率和平均功率對等離子特性及薄膜性能的影響。研究結果表明:HPPMS濺射時,靶表面的等離子組分中,以Ti離子和Ti原子為主,但氣體粒子（Ar離子及Ar原子）相... 

【文章來源】：西南交通大學四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

共振吸收光譜法檢測HPPMS放電過程中主要粒子絕對密度隨時間變化圖

[48]，且設備較大，成本較高，不易于安裝。圖1-3 多柵式石英微天平（G-QCM）分析儀示意圖[48]圖1-4 無柵式磁場石英微天平（G-QCM）分析儀示意圖[59]圖1-3為多柵式石英微天平（G-QCM）分析儀示意圖。相對于質譜儀，多柵式石英微天平（G-QCM）更為小巧簡單，也是一種常用的離化率測量裝置，其主要由一個柵網能量分析器（GEA）加一個石英分析天平（QCM）[48, 49, 60]構成。該方法的主要原理是采用兩層柵網篩選電子和離子，第一層加負電壓排除電子的干擾，第二層加一定大小的正電壓阻擋離子。當?shù)诙䦟訓啪W上所加的正電壓高于等離子體電位時，金屬離子就會被排斥，此時僅中性原子參與成膜，薄膜沉積速率記為Rn；當?shù)诙䦟訓啪W上所加的電壓低于等離子體電位時，金屬離子和中性原子都會參與成膜，薄膜沉積速率記為Rt。利用QCM測量兩次的沉積速率Rn和Rt，最終可計算出離化率， =1-Rn/Rt。近年

圖1-3 多柵式石英微天平（G-QCM）分析儀示意圖[48]圖1-4 無柵式磁場石英微天平（G-QCM）分析儀示意圖[59]圖1-3為多柵式石英微天平（G-QCM）分析儀示意圖。相對于質譜儀，多柵式石英微天平（G-QCM）更為小巧簡單，也是一種常用的離化率測量裝置，其主要由一個柵網能量分析器（GEA）加一個石英分析天平（QCM）[48, 49, 60]構成。該方法的主要原理是采用兩層柵網篩選電子和離子，第一層加負電壓排除電子的干擾，第二層加一定大小的正電壓阻擋離子。當?shù)诙䦟訓啪W上所加的正電壓高于等離子體電位時，金屬離子就會被排斥，此時僅中性原子參與成膜，薄膜沉積速率記為Rn；當?shù)诙䦟訓啪W上所加的電壓低于等離子體電位時，金屬離子和中性原子都會參與成膜，薄膜沉積速率記為Rt。利用QCM測量兩次的沉積速率Rn和Rt，最終可計算出離化率， =1-Rn/Rt。近年

【參考文獻】：
期刊論文
[1]磁控濺射銅膜與基底結合強度的分析研究[J]. 李佳君,劉浩,左永剛,白旸,袁禾蔚,何其宇,姜龍,郭輝,孫振路,陳廣超.  材料研究學報. 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]高功率脈沖磁控濺射研究進展[J]. 暴一品,李劉合,劉峻曦,張驍.  原子核物理評論. 2015(S1)
[4]復合高功率脈沖磁控濺射放電等離子體特性[J]. 李小嬋,柯培玲,許輝,張棟,汪愛英.  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脈沖磁控濺射放電行為[J]. 吳忠振,田修波,潘鋒,付勁裕,朱劍豪.  金屬學報. 2014(10)
[7]高功率脈沖磁控濺射的階段性放電特征[J]. 吳忠振,田修波,李春偉,Ricky K.Y.Fu,潘鋒,朱劍豪.  物理學報. 2014(17)
[8]聚酰亞胺柔性基底上磁控濺射金屬銅膜的電學性能研究[J]. 彭琎,陳廣琦,宋宜馳,谷坤明,湯皎寧.  物理學報. 2014(13)
[9]凹槽工件表面常規(guī)磁控與高功率脈沖磁控濺射沉積釩薄膜的研究(英文)[J]. 李春偉,田修波,劉天偉,秦建偉,楊晶晶,鞏春志,楊士勤.  稀有金屬材料與工程. 2013(12)
[10]高功率脈沖磁控濺射技術沉積硬質涂層研究進展[J]. 王啟民,張小波,張世宏,王成勇,伍尚華.  廣東工業(yè)大學學報. 2013(04)



本文編號：3272311