磁控濺射不同的工藝參數(shù)制作氧化鋁薄膜陶瓷基板的特性影響

時(shí)間：2021-04-26作者：深圳市金瑞欣特種電路技術(shù)有限公司瀏覽：92

      采用磁控濺射法在氧化鋁陶瓷基板上制備了Cu薄膜,利用臺(tái)階測(cè)試儀、XRD以及半導(dǎo)體測(cè)試儀對(duì)薄膜的厚度、結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性進(jìn)行了表征及測(cè)試。結(jié)果表明,當(dāng)濺射電流為0.6 A,氬氣流量為100 cm3/min時(shí),制備出的薄膜結(jié)晶特性良好,具有優(yōu)異的電學(xué)特性。通過(guò)進(jìn)一步深入研究,揭示了工藝參數(shù)影響薄膜性能的物理機(jī)理。
薄膜電路是利用真空鍍膜、紫外光刻、刻蝕以及電鍍工藝,在陶瓷基板上制作導(dǎo)體、無(wú)源器件和絕緣介質(zhì)膜相互交疊的多層互連電路結(jié)構(gòu)。通常薄膜電路制作的流程為激光打孔、清洗基板、基板金屬化、制作圖形(涂膠、曝光和顯影)、電鍍加厚、去光刻膠和濕法刻蝕,如圖1所示。

     其中基板金屬化工藝實(shí)際上就是薄膜的沉積。沉積薄膜較常用的是物理與化學(xué)氣相沉積,化學(xué)氣相沉積主要用于沉積介質(zhì)材料,基板金屬化通常采用物理氣相沉積法。物理氣相沉積主要包括蒸發(fā)沉積和濺射沉積,其中蒸發(fā)沉積成膜均勻性差,成膜密度低,沉積方向性好;而濺射鍍膜成膜均勻性好,薄膜致密,但沉積方向性一般。薄膜的金屬化工藝對(duì)沉積方向性的要求不高,同時(shí)濺射鍍膜的方向性可以通過(guò)增加靶基距來(lái)改善。

      綜合考慮,濺射鍍膜是一種優(yōu)異的基板金屬化工藝。在經(jīng)過(guò)處理后的基板上濺射鍍膜作為制作薄膜電路的第一步,薄膜的特性直接影響著后續(xù)工藝以及制備出薄膜電路的各項(xiàng)特性。所以制備出結(jié)晶良好、致密度高和電學(xué)特性?xún)?yōu)異的金屬薄膜至關(guān)重要。

      金屬銅具有電阻率低、熱膨脹系數(shù)小和熔點(diǎn)高等性能,有利于提高電路的工作頻率和抗電遷徙能。由于具有以上優(yōu)異的特性,金屬銅薄膜的制備技術(shù)除了應(yīng)用于傳統(tǒng)的金屬表面處理之外,近年來(lái)在微電子領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用,被認(rèn)為是較有希望成為**大規(guī)模集成電路等元器件使用的金屬化材料。

       采用磁控濺射法在陶瓷基板上制備出了Cu薄膜,對(duì)薄膜的各項(xiàng)特性進(jìn)行了分析,并且結(jié)合物理機(jī)理進(jìn)行深入探討。實(shí)驗(yàn)采用磁控濺射鍍膜機(jī)。濺射靶材為D60 mm ×5 mm、Cu靶w(Cu) 99.995%。濺射氣體φ(氬氣)99.999%,氣體經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)精確控制后以不同比例通入真空室。基板材料為單面拋光的氧化鋁陶瓷。

       使用前需要對(duì)基板進(jìn)行清洗,將基板先后置于洗滌劑、去離子水、 丙酮和無(wú)水乙醇中超聲清洗15 min,期間用大量去離子水沖洗,較終在干燥箱內(nèi)烘干。將清洗好的基板放入沉積室,對(duì)沉積室進(jìn)行抽真空,沉積室的本底真空度**7.99×10-4Pa。為了提高薄膜與基板間附著力,減小薄膜的熱應(yīng)力,在濺射前需要對(duì)基板進(jìn)行加熱烘烤,烘烤溫度為200 ℃。

       另外在沉積鍍膜前,先用Ar對(duì)基板刻蝕30 s,然后對(duì)靶材預(yù)濺射60 s,以除去基板和靶面的污染物。薄膜制備過(guò)程中工藝參數(shù)的變化:濺射電流0.4~1.0 A,Ar流量50~ 200 cm3/min。
采用AMBIOS TECHNOLOGY臺(tái)階儀測(cè)量薄膜厚度,從而計(jì)算出薄膜沉積速率。利用TTR-Ⅲ型X射線衍射儀表征薄膜結(jié)構(gòu),其**源為Cu Kα,管壓為40 k V,電流為200 m A。采用Agilent半導(dǎo)體測(cè)試儀利用四探針?lè)y(cè)試薄膜的電阻率。
        總結(jié)：利用直流磁控濺射在氧化鋁陶瓷基板上制備了Cu薄膜,不同工藝參數(shù)對(duì)薄膜特性的有不同的影響。薄膜的沉積速率隨濺射電流的增大而增大,隨Ar流量的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)濺射電流為0.6 A,Ar流量為100 cm3/min時(shí),薄膜結(jié)晶特性良好,呈現(xiàn)出明顯的織構(gòu),同時(shí)具有優(yōu)異的電學(xué)特性,能夠滿足薄膜電路對(duì)其特性的要求。


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