RF磁控溅射工艺对TiNi(1-x)Cux金金薄膜组织形貌影响.pdfVIP

RF磁控赣射工艺对TiN如脚cu。金金薄膜组织形貌的影响 李亚东 崔太奎· 骆苏华 苏州大学材料科学研究中心、测试中心f江苏省苏州市十梓街1号．21s0061 ·全北国立大学(韩国全北道全州市德津区德津洞1街664．14号，561756) 摘要 本文研究了RF磁控溅射工艺对TiNif卜。F啦台金薄膜组织形貌的影响规律。结果 表明，在基片未加热的条件下溅射薄膜组织为非晶态．并呈柱状形貌。经65扯720 ℃，3mins退火处理后。薄膜均发生晶化。同时表明，溅射功率和工作气压对薄膜组 织形貌有很大影响。薄膜的柱状单胞直径、厚度和生长速度均随溅射功率的增长而 ■■乎} 增长。但当溅射功率～定时．工作气压增加使柱状单胞直径、薄膜厚度和薄膜的生 长速度显著减小。研究认为fuP磁控溉射过程中．沉积原子的活性及其沉积速率是影 响薄膜组织形貌的主要原因。 组织形貌 关键词：RF碰控溅射T甜if【柚c‰台金薄膜 一、前言 近十年来“Nj台佥薄膜在微电子机械系统(Mj啪Elcc嫡cMccll卸jcalsyst咖， 简称MEMs)．如微型机械、微型机器人等领域中的应用已受到材料专家们的关注 【1]。为此，人们采用磁控溅射(sp嘣e血g)、激光蒸发(18scr曲lation)等镀膜技术 在各种基片表面制各了T甜冶金薄膜【2q】。这种薄膜由于具有适当的电阻率，故可 以通过电阻加热的方法来使其产生位移，实现驱动功能。用其制造的MBMs具有结 构简单、使用方便和工作可靠等优点。∞N“．xlc‰合金因具有相变滞后小，相变点 受成分影响小等优点．更适合用于MBMS制造．过去的研究表明【5】，溅射工艺及退 火处理工艺对面NkI刊C吨台金薄膜的成分和组织性能有很大影响．然而，溅射工艺 对薄膜组织形貌的研究尚不多见，为此，本文在这方面进行了探讨。 =、实验方法 at％ 本研究采用IuF磁控溅射技术制备TlNn。1c吨台金薄膜。靶成分为Tj．50．64 Ni、Ti-46．80a‘．％N．-3．65缸．％Cu两种，尺寸为中50×2mm。溅射功率为100Ⅵ心50w， 初始真空为2×lo．zmtom工作气压为5～80mtorr。基片选用(100)硅片，溅射过程 中不对基片进行加热．靶与基片间距为58mm，预溅射时间为15ⅡIiD．溅射时问为60 ≮00m．m，最终薄膜厚度为l一10岬。薄膜形貌、成分和组织结构分别采用Hbclli ．s650型扫描电镜、能谱仪和xRD税察分折获得．薄膜厚度采用横截面法观察测量。 基片温度采用铜-康铜热电偶测量获得． 三、实验蛄果及讨论 研究结果表明，在基片不进行加热的条件下Ti_50．64札争州i、Tj啪．80吐％ Ni-3．65at％cu台金薄膜组织为非晶态，并呈柱状形貌垂直生长。在其它条件相同的 w 条件下，柱状单胞直径及薄膜厚度均随溅射功率的增加而增大．当溅射功率从100 增至250 w时．柱状单胞直径从0．066 pm增至O．40岬．增长至原来的6倍以上；薄膜 厚度从2．0岫增至5．33um，增长至原来的2倍以上；薄膜的生长速度从g．9nm，min 增至23．7Ⅻ咖in．可以认为柱状单胞直径及薄膜厚度的增长受控机理有所差异。柱 状单胞直径的增长不但受原子沉积速率影响，而且还受沉积原子扩散系数控制{而 薄膜厚度的增长主要受原子沉积速率和时间控制。进一步的研究结果表明。当溉射 功率为200w、工作气压从20叫orr增到80mtorr时，拄状单胞直径、薄膜厚度和薄膜 的生长速度分别从027岬、3．67Hm和16nm加_m降至O．10岬、1．25扯∞和5．6眦岫．m。 即工作气压增高3倍时，柱状单胞直径、薄膜厚度均减小至原来的三分子之一．这是 136 因