铜薄膜的直流磁控溅射制备与表征

第3期2008年6月

文章编号:1003 8213(2008)03 0021 04

微细加工技术

MICROFABRICATIONTECHNOLOGY

! 3Jun ,2008

铜薄膜的直流磁控溅射制备与表征

高 丽1,花银群1,陈瑞芳2

(1 江苏大学材料科学与工程学院,镇江212013;2 江苏大学机械工程学院,镇江212013)

根据薄膜的形成机理,用直流磁控溅射方法制备出了表面结构平滑、致密的Cu薄膜。实验中,采用纯度>99 9%的铜靶,工作气压保持在2 7Pa不变,玻璃衬底温度随环境温度变化。用X

摘要:

射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究了薄膜的织构、晶粒尺寸和表面形貌。结果表明,随着溅射功率增大,薄膜织构减弱;溅射功率增大和溅射时间增加均可使薄膜的晶粒尺寸增大,在溅射功率 100W时获得的薄膜晶粒细小,有裂纹缺陷;溅射功率为150W,溅射时间为30min时,薄膜表面结构平滑、致密,晶粒尺寸相对较大。须进一步改进工艺参数,如衬底温度等,从而制备出表面结构平滑、致密、晶粒细小的薄膜。

关 键 词:Cu薄膜;磁控溅射;织构中图分类号:TN304 055 文献标识码:A

1 引言

铜(Cu)膜的制备技术除了应用于对传统的金属表面处理之外,近年来在微电子领域也得到越来越广泛的应用。在超大规模集成电路的设计制造中,随着集成度和工作频率的不断提高,对多层布线中的内连线和地线的热稳定性、机械强度等要求也越来越高。而在集成技术领域,随着集成度的增加和线宽的减少,为了进一步减少连线的电阻率,也有研究者正在探索用Cu代替传统的Al做连线。和铝相比,铜具有电阻率低、导热性好、热膨胀系数小和熔点高等性能,有利于提高电路的工作频率和抗电迁徙能[1],被认为是最有希望成为超大规模集成电路等元器件使用的金属化材料。

本文采用磁控溅射方法来制备Cu薄膜,研究了溅射工艺条件对样品的结构、晶粒尺寸和表面形貌等的影响。

收稿日期:2008 02 01;修订日期:2008 02 28 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50451004)

2 实验方法

2 1 实验设备

实验采用JGP560CVI型超高真空多功能磁控溅射设备。该设备具有5台靶,是带有进样室的超高真空多功能磁控溅射镀膜设备,它可在超高真空背景下充入高纯氩气,然后采用磁控溅射方式制备

各种金属膜、介质膜、半导体膜,而且还可以较好地溅射铁磁材料(Fe,Co,Ni),制备磁性薄膜。在镀膜工艺条件下,采用微机控制样品转盘和靶极挡板,既可以制备单层膜,又可以制备各种多层膜。该设备采用带有空气锁的双室结构,即由主溅射室(镀膜室)、进样室(反溅室)和磁性进样机构组成,具体如图1所示。2 2 实验材料

实验用的无氧铜靶的直径为60mm,厚度为3mm,纯度为99 9%。用1mm厚的载玻片作为基片,尺寸为1cm 1cm。镀膜前,先将基片放置于干

作者简介:高丽(1982-),女,江苏如东人,硕士,研究方向:激光与材料纳米化;花银群(1963-),男,江苏东台人,教授,博士生导师,博士,研究方向:激光表面及加工技术、微纳米制备技术;陈瑞芳(1968-),女,湖南长沙市人,副教授,在读博士研究生,