脈沖二極濺射銅薄膜沉積技術研究.pdf

1、本文為解決磁控濺射技術靶材利用率低及結構靈活性不足的缺點,參考近年來高功率脈沖磁控濺射技術的發(fā)展及所取得的成果,提出并研究了脈沖二極濺射薄膜沉積技術。
　　通過對靶電流曲線的測量和分析研究了脈沖輝光放電的發(fā)展過程及各電源脈沖參數(shù)、氣壓、靶基距等參數(shù)對放電過程的影響;利用朗繆爾探針測得了脈沖過程中不同時刻等離子體密度,并研究了不同氣壓及不同位置條件下的等離子體密度的變化過程;利用掃描電鏡觀察并測量了沉積銅薄膜的表面形貌和沉積速率,并

2、利用納米壓痕儀測量了沉積薄膜的硬度和結合力,研究了各試驗參數(shù)對沉積速率及薄膜質量的影響機制。
　　對靶電流曲線的研究表明,脈沖輝光放電是由啟動階段和后續(xù)的穩(wěn)定階段組成的,放電的啟動速度隨靶電壓和氣壓的升高而加快,在電壓和氣壓都很高的情況下,會由于金屬離子自濺射放電的啟動而使電流在穩(wěn)定前出現(xiàn)小幅的下降。電壓和氣壓對靶電流有很大的影響,靶基距和幾何結構幾乎不影響放電電流的大小。
　　等離子體密度在脈沖上升階段相比靶電流有明顯的滯

3、后現(xiàn)象,脈沖結束后,等離子體密度也不會立刻下降,而是會在原水平維持一段時間再下降,維持時間還會隨氣壓的升高而延長。對比距靶不同位置測得的等離子體密度曲線,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的不同步現(xiàn)象。
　　對薄膜沉積速率和表面形貌的研究表明,沉積速率主要受到被濺射原子總量、原子初始能量及遷移至基片前的平均碰撞次數(shù)控制,而薄膜表面質量則主要受基片溫度、沉積原子殘余能量及沉積速率的影響。
　　脈沖二極濺射技術的峰值靶電流密度可高達102mA/cm2