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微波沉積難熔金屬及化合物介紹
2010-09-25  閱讀

來源:張敬祎 高秀敏 黃富育于慶先 孫四通  作者:張敬祎 高秀敏 黃富育于慶先 孫四通

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       微波沉積難熔金屬及化合物介紹       張敬祎 高秀敏 黃富育 (青島環(huán)友等離子技術(shù)研究所)于慶先 孫四通 (青島科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院)  

       當(dāng)前半導(dǎo)體芯片的制造的特征尺寸已經(jīng)達(dá)到納米級,光伏電池的轉(zhuǎn)化率要想達(dá)到30%硅系材料已經(jīng)不能夠滿足需要,這迫使我們提高鍍膜技術(shù),研發(fā)新的設(shè)備。為此我們研制了微波等離子濺射臺沉積難熔金屬及化合物,簡介如下:以銅、鎳、鈦等制造對靶,進(jìn)行800~1200V的Ar交流離子轟擊濺射出金屬氣氛,2450MHz的微波將其等離子化并輸運到基片(100~300℃)表面,在60V偏壓下沉積。雖然輝光放電濺射的粒子細(xì)膩,可是效率較低,主要原因是部分離子返回靶面;而微波等離子體的優(yōu)點在于離化率高達(dá)20%,它沖刷靶面可將濺射和返回的金屬離子帶走并保持等離子態(tài)直達(dá)基片;在負(fù)偏壓的導(dǎo)引下微波等離子體的轟擊可以高質(zhì)量地清洗基片;這樣就可以獲得結(jié)晶細(xì)膩與基片結(jié)合力牢固的鍍膜,并能夠深入到寬度僅為數(shù)十納米的刻蝕槽底。從該設(shè)備工藝效果來看,在玻璃襯底上直接鍍銅,結(jié)合的非常牢固,銅色厚重而均勻;硅片沉積鎳膜呈銀白色,反光能力很強;濺射率低的鈦需要在轟擊氣氛中加入氫,除去表面氧化鈦鈍化膜后,濺射率得到提高,只是鈦的吸氫、吐氫過程轟擊電流不穩(wěn),需要特別注意。鈦不能夠用化學(xué)法沉積,結(jié)合力牢固的等離子沉積很有意義。如果使用多組不同金屬對靶就可以獲得合金膜,合金成分可以按照靶面積、濺射率及輸入功率共同確定,不必使用合金靶。高熔點金屬靶不必水冷,插入靶座即可轟擊放電;采用內(nèi)調(diào)諧系統(tǒng),微波泄漏率僅為微瓦級,(國際標(biāo)準(zhǔn)為毫瓦級),安裝更換基片極為方便,有效面積為Φ200,基片z*高加熱溫度700℃,可以對基片原位退火。視鏡能夠觀察靶與襯底的輝光顏色,不泄漏微波,使用合適的儀表可以控制溫度及沉積速度?! ?br />        沉積金屬化合物時本設(shè)備可以克服“靶中毒”。當(dāng)鈦靶在Ar和N2轟擊下表面生成金黃色的TiN,造成基片無法鍍膜時,靶電壓會自動提高500V以上,靶電流降為0.1A。此時施加更高的電壓用Ar強化轟擊靶可以擊碎絕緣層,消除靶中毒,使靶電流電壓恢復(fù)正常,鈦的濺射和TiN的沉積同時進(jìn)行;因為只要在微波輻照下氣體就可以電離,設(shè)備的反應(yīng)氣體可以與Ar分別輸入,入口接近基片的氮氣即使逆擴散到靶面生成少量的TiN,也不會停留,高離化率的微波等離子體的強沖刷會將其帶走,有效避免靶中毒的發(fā)生。如果使用的高電壓在濺射開始時就加在對靶上,靶中毒根本不會發(fā)生,其值被稱為“不生殼電壓”;值得注意的是在該閾值下反應(yīng)氣體也不能夠無限制的增加,一旦發(fā)生高電壓下的靶中毒將更難克服。該方法在使用笑氣時再一次被證明,只是含氮的氧化鈦透明膜的“不生殼電壓”略高,原因在于氧與鈦的結(jié)合力更強??朔税兄卸揪涂梢灾苯邮褂眉兘饘僮靼校瑢崿F(xiàn)應(yīng)用極為廣闊的“反應(yīng)濺射”。不再使用制造困難的陶瓷靶,可以簡化工藝、設(shè)備,大大節(jié)能和降低成本。