雙極HiPIMS調控生長高致密性銅薄膜

引言

正如前文“雙極HiPIMS調控薄膜生長過程中的離子能量”中我們講到對于HiPIMS放電在負向脈沖放電完成后加一定正向脈沖，可以提高HiPIMS放電后的等離子體電勢，從而加速到達基底的離子的能量，提高薄膜生長速率與質量。那對于成膜速率和質量到底如何，相比直流磁控濺射和常規HiPIMS放電結果是怎樣的？在此，我們用濺射鍍Cu膜來進行實驗驗證。

點睛

1）采用含有正向脈沖的雙極性HiPIMS發現可以提高Cu膜的沉積速率；

2）采用含有正向脈沖的雙極性HiPIMS制備的薄膜有更高的致密性。

內容

實驗采用的雙極性HiPIMS放電電壓波形如圖1(a)所示，在完成負脈沖電壓放電后，加一定的正電壓，來達到提高基底附近區域的等離子體電勢，進而提高飛向基底的離子能量。因此可以看到相對于傳統HIPIMS，有正向電壓下的沉積速率有明顯提高，如圖1(b)所示。同樣我們也可以觀察到，當離子能量提高后，我們可以獲得更加致密的薄膜。如圖1(c)所示，掃描電鏡下相比DCMS放電下的Cu膜比較酥松，傳統HiPIMS可以明顯地提高薄膜致密性，更少的酥松孔洞，如圖1(d)所示 。而雙極性HiPIMS可進一步減小孔洞數量來獲得更高致密度的Cu薄膜如圖1(e)。

圖1.(a)HiPIMS電壓,(b)Cu膜沉積速率(c-e)不同條件下的Cu膜掃描電鏡圖。

延伸

1)在對比結果中我們其實看到雙極性HiPIMS下沉積的Cu膜均勻性也有所提高。

2)不僅是Cu薄膜，雙極HiPIMS也可以改善其他類型的沉積薄膜如Ti,DLC等。

3)對于鍍膜工藝結果，雙極HiPIMS下薄膜致密性提高，意味著薄膜中的殘余應力減小，是否也會改善其他的性能，如彈性模量的提高，更耐腐蝕？