热处理温度和溅射气压对铜薄膜结构和性能影响的研究

文章编号16720121201205008202热处理温度和溅射气压对铜薄膜结构和性能影响的研究蒋立文，宋建丽，李永堂，杜诗文，郑光锋太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024摘要采用射频磁控溅射镀膜法，在不同溅射气压、不同热处理温度下制备了铜薄膜，并利用扫描电镜SEM和X射线衍射XRD研究了溅射气压和热处理温度对铜薄膜结构和性能的影响。结果表明热处理前铜薄膜的晶粒尺寸较小且大小分布不均；随着热处理温度的提高，薄膜的晶粒尺寸逐渐增大，表面更加平坦化，而晶粒之间的缝隙呈现先增大再减小后增大的趋势，在400QC时晶粒排列最紧密，表面最平坦；随着溅射气压的增高，铜111峰值呈现先增大后减小的趋势，当溅射气压为10PA时铜的抗电迁移性最强。关键词材料实验；铜薄膜；磁控溅射；扫描电镜；X射线衍射中图分类号TG14611文献标识码A0引言随着电子产品的迅速发展，集成电路器件尺寸越来越小，集成化要求越来越高。在超大规模集成电路中单晶硅衬底和多层布线金属互联结构的平坦化的要求也越来越高，而传统的平坦化技术如选择沉积、溅射玻璃SOG、低压CVD、等离子增强CVD、热回流、淀积一腐蚀一淀积等都只能提供局部平坦化。目前，化学机械抛光CHEMICALMECHANICALPOLISHING，简称CMP由于能够有效兼顾加工表面的全局和局部平整度，已经成为超大规模集成电路中使用最广泛的平坦化技术。铜CU作为金属互联线材料由于电阻率低、布线密度高和抗电迁移能力高等优良性能逐步在超大规模电路中取代铝A1；另外，近年来许多功能性电子器件如气体传感器、光电储存器等涉及铜材料的比例也越来越大【L2】。在集成电路中，铜薄膜的抛光成为了一门很重要的技术。铜薄膜的性能又主要受其微观结构的影响如晶粒尺寸的大小和排列等35。本文主要采用磁控溅射仪器制备一定厚度的铜薄膜，并采用真空管式炉热处理，利用扫描电镜SEM和X射线衍射XRD研究溅射气压和热处华大学摩擦学国家重基于铜薄膜的化学机1实验材料、参数和方法11材料和参数铜靶纯度为9999，直径60MM，厚3MM；单晶硅PIO0；靶距70MM；氩气流量20SCCM，纯度99999；本底真空2OXLOPA；溅射气压052PA；溅射功率30W。12实验方法采用FJL56011型超高真空磁控与离子束联合溅射设备制备铜薄膜。首先，为了去除黏附在硅基片上面的灰尘、无机物和有机物等，用丙酮超声清洗5MIN，用去离子水反复冲洗，再用无水乙醇超声清洗5MIN，最后用电热风吹干，并放入相应的卡槽中；其次，对磁控室抽真空至2OX10PA；最后，开始按预定方案镀膜。实验方案分为两组，第一组调整溅射气压为10PA，溅射时问为30MIN，依次制作6件样品，其中5件样品分别采用真空管式炉做2502、300QC、350、4O0、450热处理，并利用SEM观察铜薄膜的表面变化。第二组调整溅射气压依次为05PA、10PA、15PA和20PA，溅射时间为30MIN，得到4件样品，并同时通过真空管式炉做400热处理，然后作XRD实验，扫描角度设为40O80。真空管式炉热处理工艺如下先把样品切割成实验测试试样所需要的大小，放人管式炉中，抽真空至1PA，然后冲入氩气至004MPA。热处理温度分别为250、300、350、4002、450，设定运行程序30MIN上升到指定温度，保温20MIN，之后随炉冷文章编号16720121201205008404高铬钢摩擦磨损性能研究蔡云秀。黄晓明云南机电职业技术学院，云南昆明650203摘要对含碳14WT和含铬15WT的FECCR合金进行了退火处理。借助光学显微镜、扫描电镜、XRD，通过MMU一5G型屏显式材料端面摩擦磨损试验机研究。结果表明，在铸造条件下，基材高铬钢组织由初生奥氏体枝晶和FE，CRC，、FE，CRC合金碳化物组成。在定转速R100RMIN，载荷分别为50N、100N、150N、200N、250N的情况下，随着载荷的逐渐增大，滑动摩擦系数均不断下降，在载荷较小时其下降幅度较明显，随着载荷的增大，下降幅度变化趋于平缓。关键词材料实验；FE一14C一15CR合金；摩擦磨损；性能中图分类号TG1421文献标识码A近年来，随着石油、化工等行业的高速发展，对无缝钢管质量、种类的要求和需求显著增加，无缝钢管穿孔机应用也与日俱增。但由于无缝钢管穿孔机收稿日期20120331作者简介蔡云秀1984一，女，硕士，助教，从事耐磨材料研究用导板在工作过程中承受着炽热钢坯的热负荷冲击、高速磨损以及挤压和冷却水的激冷作用，成为磨损最快的易损件【一。因此，如何提高无缝钢管穿孔机用导板的使用寿命是无缝钢管制造业近年来研究的重要课题。从国内外使用情况来看，高铬镍钢的导板比较理想，但是价格较昂贵。本文降低镍含量，通过WITHAU，AG，CUANDALJSENSORSANDACTUATORSAPHYSIEAL，2006，1252296303212HUCK，HARPERJMECOPPERINTERCONNECTIONSANDRELIABILITYJ】MATERIALSCHEMISTRYANDPHYSICS，1998，5215163】RYUC，KWONKW，LOKEAL，ETA1MICROSTRUCTUREANDRELIABILITYOFCOPPERINTERCONNECTSJ】IEEETRANSACTIONSONTHEELECTRONDEVICES，1999，4661113I1204KNORRDB，TRACYDP，RODBELLKPCORRELATIONOFTEXTUREWITHELECTROMIGRATIONBEHAVIORINA1METALLIZATION【JAPPLIEDPHYSICSLETTERS，1991，59253241324355VANASUPALJ00YC，BESSERPR，ETA1TEXTUREANALYSISOFDAMASCENEFABRICATEDCULINESBYXRAYDIFFRACTIONANDELECTRONBAEKSCATTERDIFFRACTIONANDITSIMPACTONELECTMMIGRATIONPERFORMANCE【IIJOURNALOFAPPLIEDPHYSICS，1999，8552583259INFLUENCEOFHEATTREATMENTTEMPERATUREANDSPUTTERINGPRESSUREONSTRUCTUREANDPROPERTYOFCUFILMSJIANGLIWEN，SONGJIANLI，LIYONGTANG，DUSHIWEN，ZHENGGUANGFENGCOLLEGEOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，TAI