雙靶磁控濺射共沉積Cu-W薄膜及結構與性能研究.pdf

1、Cu-W薄膜具有高導熱導電性及低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，廣泛應用于微電子及電子器件領域。但銅和鎢互不固溶、浸潤性差，常規(guī)方法很難制得Cu-W固溶體。本實驗采用雙靶聚焦磁控濺射共沉積，制得Cu-W亞穩(wěn)態(tài)固溶體薄膜。
　　 首先，通過實驗得到薄膜中W的原子含量隨W與Cu濺射功率比的變化曲線。通過EDS、XRD、SEM、TEM等測試，發(fā)現(xiàn)Cu-W薄膜由Cu固溶于W或W固溶于Cu的亞穩(wěn)固溶體組成，且隨著W含量的增加，Cu-W薄膜依次形成fc

2、c結構的Cu基亞穩(wěn)固溶體、fcc和bcc結構固溶體的雙相區(qū)以及bcc結構的W基亞穩(wěn)固溶體，且其晶粒尺寸隨著溶質原子濃度的增加而減小。分析得到Cu-W薄膜亞穩(wěn)固溶體的形成是由于濺射出的原子動能足以克服Cu、W固溶所需的混合熱，以及濺射過程中粒子的納米化和成膜過程中引入的大量缺陷造成的。此外，研究了不同成分Cu-W薄膜形核生長過程中的結構，發(fā)現(xiàn)在Cu-W薄膜形核和生長初期，W呈晶態(tài)，而Cu呈非晶態(tài)，這樣有利于克服Cu和W的正混合熱，在隨后的

3、生長過程中，由于濺射粒子的轟擊作用，Cu逐漸晶化，與W形成亞穩(wěn)固溶體。
　　 其次，討論了成分對Cu-W薄膜粘結性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)，兩相區(qū)樣品的粘結性能最優(yōu)。通過界面處理工藝對W基Cu-W薄膜粘結性能的研究發(fā)現(xiàn)，襯底表面未經離子束清洗的樣品粘結性能最差，采用離子束輔助轟擊對襯底表面注入W粒子，可顯著提高Cu-W薄膜的粘結強度，其臨界載荷比經離子束清洗表面處理的樣品大1倍以上。離子束輔助轟擊W粒子注入能顯著提高W基Cu-W薄膜的

4、粘結強度，是因為在中能Ar＋離子的輔助轟擊下，W原子可以注入到Fe襯底表層并與Fe原子交織在一起，在膜基界面形成原子尺度上的微觀機械結合和擴散結合。同時混合層由于含有大量的W原子，其熱膨脹性能將更接近于W或以W為基的Cu-W薄膜，也有利于粘結強度的提高。
　　 最后，研究了Cu-W薄膜的電性能和熱性能。在電性能方面，由于溶質原子的加入使晶格產生了畸變，因此Cu-W薄膜的電阻率隨著溶質原子濃度的增加而增大。在熱性能發(fā)面，Cu-W薄