[发明专利]一种金属多层膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属多层膜的制备方法，先将单晶硅片依次由丙酮和乙醇超声清洗，吹干后放入超高真空磁控溅射设备基片台上，准备镀膜；采用直流磁控溅射法，将金属靶材放在真空室靶台上，在本底真空度为1.0×10^‑5～2.5×10^‑5Pa的条件下，通入氩气，调节真空度为5～7Pa，进行预溅射；将真空度调至0.5～1Pa，进行镀膜，先镀Cu层，功率为65～80W，然后Ag层，功率为30～50W，Ag膜与Cu膜的沉积速率为0.2nm/s，依次交替沉积，得到Cu/Ag多层膜。本发明操作简单，条件易于控制，重复性好，制得的多层膜层界清晰、厚度均匀、表面光滑平整，具有优良的电学和力学性能，适用于微电子行业。

技术领域

本发明涉及一种金属多层膜的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

电子和半导体技术中越来越多使用薄膜材料，如金属、合金、半导体和绝缘材料的薄膜用于制作导体、记忆装置中的磁性元件、电阻、电容器电极、射线探测器、晶体管和各种光学覆层。在宇航工业中，薄膜用做空间飞行器的控温涂层等。

金属多层膜是由两种或两种以上金属交替沉积而成，并最终形成层间界明显并且组分周期性变化的薄膜材料，交替周期数用Λ表示，不同金属膜厚比称为调制比R。随着集成电路工艺进入亚微米及纳米尺度阶段，对薄膜材料的综合性能的要求越来越高，例如，微机电系统的互联材料一般要求具备高强度和高电导率，但是通常来说，薄膜材料中的高强度与高电导率是相互冲突的。当前关于Cu/Ag多层膜的研究主要集中在强化机制上面，而多层膜中强度的提高依赖于界面与晶界等对位错的阻挡，传统的提高金属强度的方法还有加工硬化、固溶强化和晶粒细化等，而这些加工变形使晶粒达到纳米尺度，而界面和晶界对电子的散射作用则是使电阻率升高的主要因素，这些加工过程中会产生大量晶界、缺陷或第二相粒子，这样会破坏晶格的对称性，造成电子的散射，降低材料的电导率，不能满足微机电系统中互联材料的需求。

因此，如何制备得到高强度、高电导率的金属多层膜是目前急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种金属多层膜的制备方法，该工艺操作简单，条件易于控制，重复性好，制得的多层膜层界清晰、厚度均匀、表面光滑平整，具有优良的电学和力学性能。

技术方案

本发明人研究发现，对于纳米金属多层膜，其电子散射机制可能敏感地依赖于膜内大量晶界、异质界面及其协同作用，加之多层膜特有的结构参量也会增加微结构的变异性，导致金属多层膜的电子输运行为变得与金属块体材料大相近庭，因此，金属单层膜的调制周期和调制比对金属多层膜的力学性能和电学性能都有很大影响。本发明人选择金属Cu、Ag金属作为研究对象，通过交替沉积并最终形成显著共格界面特征的调制纳米金属多层膜，采用直流磁控溅射技术来制备调制纳米金属多层膜，通过控制工艺参数，使之具有大量的外延界面和孪晶界面，外延界面和孪晶界面不同于非共格界面，对电子的散射比较小，因此具有良好的导电性，外延界面和孪晶界面同样能够阻碍位错的运动，因而具有较高的硬度。具体方案如下：

一种金属多层膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将厚度为2mm的单晶硅片衬底依次由丙酮和乙醇超声清洗，吹干后，放入超高真空磁控溅射设备基片台上，准备镀膜；

(2)采用直流磁控溅射法，将金属靶材放在真空室靶台上，在本底真空度为1.0×10^-5～2.5×10^-5Pa的条件下，通入氩气，调节真空室真空度为5.0～7.0Pa，然后开始气辉，预溅射15～30min；