碳掺杂对TiN镀层沉积过程的影响研究文献综述

 2021-09-25 20:22:02

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文献综述

引言

1.1磁控溅射技术的简介及发展

法拉第在1853年做气体放电实验中有发现金属沉积在放电管玻璃内壁上的现象[1]。60年代初，WesternElectric公司和贝尔实验室利用溅射方法生产集成电路钽膜，开始了溅射技术（Sputtering）在工业上的应用。研究溅射现象的Hivpe（l1926）和Townes（1944）等提出了经典热蒸发理论，认为溅射现象是由高能量入射粒子的轰击使靶表面局部受热产生高温，导致靶原子蒸发的一种能量转移过程；但是经过Tetz（1942）和Wehner（1954）等人大量的研究后，人们开始认识到，溅射过程实际上是一种物理过程，其过程是由动量转移机制控制的。目前人们将Sigmund级联碰撞理论作为解释溅射现象的理论基础[2]。溅射镀膜最早出现的是二极直流溅射，它的装置比较简单，但是二极直流溅射的沉积速率较低；为了维持放电，不能在气压低于1Pa下进行；不能溅射绝缘靶材等缺点限制了其应用。为了扩展溅射镀膜的应用，研究出了增加辅助电极的三极溅射和四极溅射，能够增加气体的离化率，在降低工作气压时仍能保持等离子体的密度，能够提高沉积速率[3]。但这两种技术并不能解决基体温升过高的问题。磁控溅射技术是在二极溅射的基础上发展起来的，在靶材表面形成与电场正交的磁场，解决了等离子体离化率低，二极溅射沉积速率低等问题，成为镀膜行业主要方法之一。近年来，磁控溅射技术发展很快，具有代表性的方法有平衡磁控溅射、非平衡磁控溅射、反应磁控溅射和脉冲磁控溅射等。

1.2脉冲磁控溅射

脉冲磁控溅射即采用脉冲电源代替传统直流电源的磁控溅射技术。脉冲磁控溅射能够有效的防止电弧产生，消除薄膜的缺陷，同时能够提高溅射速率，降低薄膜沉积温度。脉冲一般有单相脉冲和双向脉冲两种。单向脉冲在正电压段其电压为零，在负电压段产生溅射，由于零电压段对靶表面电荷的中和作用不明显，因此，单向脉冲适用于溅射低电阻材料的反应溅射，如氮化物等。双向脉冲在单个周期内存在负电压和正电压两个阶段。在负电压段，靶材表面产生溅射并存在电荷积累现象；在正电压段，电源向靶材施加约几十伏特的正电压来吸引电子，中和阴极表面积累的正电荷，防止发生弧光放电，因此可以直接溅射氧化物靶材，避免阴极表面的闪弧，沉积薄膜的结构和性能优良，具有较高的沉积速率。电源可以是单极或双极模式，通过控制电源脉冲的宽度来防止闪弧现象的发生。

1.3高功率脉冲磁控溅射技术

高功率脉冲磁控溅射技术是近年来发展的一种离子化物理气相沉积新技术，采用高功率脉冲供电模式为磁控溅射阴极提供高达2.8kWcm-2的峰值功率密度，可在基体获达3.4Acm-2的电流密度，靶材粒子离化率达100％，同时利用5~400Hz的低脉冲频率和1％~30％的低占空比，保证平均功率与传统磁控溅射相当，使磁控溅射阴极不会因过热而增加其冷却要求。高功率脉冲磁控溅射技术作为一种新的磁控溅射技术，已成为国际研究的热点，有关高功率脉冲放电、等离子体特性、薄膜及其工艺等方面的研究进展十分迅速。[8]

2.镀膜的制备技术

2.1磁控溅射镀膜原理

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