研究目的
研究铝靶溅射模式和溅射功率对反应式高功率脉冲磁控溅射沉积氮化铝薄膜性能的影响。
研究成果
采用高溅射功率的过渡模式溅射铝靶,是沉积具有致密微观结构、(002)面外织构、低残余应力和低表面粗糙度的氮化铝薄膜的最优方案。该方法能提升等离子体密度与离子-中性粒子比例,从而改善微电子和光电子应用所需的薄膜质量。
研究不足
该研究仅限于特定的沉积参数(例如,脉冲宽度最高达80微秒,氮气流量最高达15标准立方厘米每分钟),且未探究更高功率或不同反应气体。实验未使用衬底加热,这可能会影响薄膜特性。限流电阻的使用可能会对放电特性产生影响。
1:实验设计与方法选择:
采用反应式高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)沉积AlN薄膜,通过调节氮气流量和脉冲宽度控制靶材溅射模式(金属态、过渡态、化合物态)及溅射功率。使用非平衡磁控溅射系统。
2:样品选择与数据来源:
以硅(100)晶圆为衬底,样品制备参数包括不同氮气流量(0至15 sccm)和脉冲宽度(50、60、70、80微秒)。
3:80微秒)。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包含非平衡磁控溅射系统、脉冲电源(HPS-450D)、示波器(TDS-220)、光学发射光谱系统(AvaSpec-2048-7-USB2,AvaLIBS-Specline-AMS)、触针式轮廓仪(Ambios XP-2)、能谱仪、X射线光电子能谱仪(Escalab 250Xi)、X射线衍射仪(X'pert)、原子力显微镜(Multimode 8)、场发射扫描电子显微镜(JSM-7100F)。材料包括铝靶(纯度99.95%)、氮气(纯度99.999%)、氩气(纯度99.999%)及硅晶圆。
4:0)、光学发射光谱系统(AvaSpec-2048-7-USB2,AvaLIBS-Specline-AMS)、触针式轮廓仪(Ambios XP-2)、能谱仪、X射线光电子能谱仪(Escalab 250Xi)、X射线衍射仪(X'pert)、原子力显微镜(Multimode 8)、场发射扫描电子显微镜(JSM-7100F)。材料包括铝靶(纯度95%)、氮气(纯度999%)、氩气(纯度999%)及硅晶圆。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:系统抽真空至本底压强低于8×10?? Pa。通过直流磁控溅射清洁靶材,辉光放电清洗衬底。在施加-50V直流偏压条件下沉积薄膜30分钟(无额外加热)。使用示波器和OES监测靶材放电及等离子体特性,沉积后测量薄膜性能。
5:数据分析方法:
采用晶圆曲率法分析残余应力,EDS分析成分,XPS分析化学键合,XRD分析晶体结构,AFM测量表面粗糙度,FE-SEM观察形貌。
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oscilloscope
TDS-220
Tektronix
To record the target voltage and current waveforms.
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optical emission spectroscopy system
AvaSpec-2048-7-USB2
Avantes
To investigate plasma composition in front of the target and substrate.
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optical emission spectroscopy system
AvaLIBS-Specline-AMS
Avantes
To investigate plasma composition in front of the target and substrate.
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stylus profiler
XP-2
Ambios
To measure film thickness and calculate deposition rate.
-
X-ray photoelectron spectroscopy
Escalab 250Xi
ThermoFisher
To study chemical bonding of the films.
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X-ray diffractometer
X'pert
PANalytical
To explore crystalline structure of the films.
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atomic force microscopy
Multimode 8
Bruker
To measure surface morphologies of the films.
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field emission scanning electron microscope
JSM-7100F
JEOL
To observe microstructures of the films.
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pulsed power supply
HPS-450D
Chengdu Pulsetech Electrical
To sputter the aluminum target in high power pulsed magnetron sputtering.
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