HiPIMS脉冲宽度对铜膜结构和性能的影响

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 等离子体物理学的物理学
• 薄膜沉积的情况

背景情况:

• 高功率脉冲磁铁子喷射 (HiPIMS) 与直流喷射相比,具有优势,包括更高的峰值功率密度和电离率.
• 了解脉冲宽度的影响对于优化HiPIMS过程至关重要.
• 铜 (Cu) 薄膜在微电子和其他应用中至关重要,需要高质量的性能.

研究的目的:

• 研究HiPIMS中不同脉冲宽度对喷射等离子体特征的影响.
• 分析由此产生的微观结构和沉积的Cu薄膜的特性.
• 使用HiPIMS. 确定最佳脉冲宽度,以制备高质量的Cu薄膜.

主要方法:

• 利用了高功率脉冲磁铁子喷射 (HiPIMS),可以控制脉冲宽度的变化.
• 在喷射过程中监测电流波形和等离子体发射光谱.
• 描述了沉积的Cu薄膜的结构和电气性能,包括粘合强度,电阻,粒径和表面粗度.

主要成果:

• 延长的脉冲宽度将喷射转移到自喷射 (SS) 阶段,增加了喷射离子数量.
• 用较长脉冲宽度沉积的Cu薄膜表现出增强的结合强度和降低的电阻.
• 微结构分析揭示了较大的粒度和较低的表面粗度,脉冲宽度较长,过渡到200微秒以上的分支结构.

结论:

• 在HiPIMS中,较长的脉冲宽度显著提高了与较短的脉冲相比,沉积的Cu薄膜的质量.
• 在较长的脉冲宽度下,向分支微结构的过渡有效地降低了界面电阻,进一步降低了电阻.
• 具有优化长脉冲宽度的HiPIMS技术为生产高性能Cu薄膜提供了一种可行的方法.