双极HiPIMS调控生长高致密性铜薄膜

引言

正如前文“双极HiPIMS调控薄膜生长过程中的离子能量”中我们讲到对于HiPIMS放电在负向脉冲放电完成后加一定正向脉冲，可以提高HiPIMS放电后的等离子体电势，从而加速到达基底的离子的能量，提高薄膜生长速率与质量。那对于成膜速率和质量到底如何，相比直流磁控溅射和常规HiPIMS放电结果是怎样的？在此，我们用溅射镀Cu膜来进行实验验证。

点睛

1）采用含有正向脉冲的双极性HiPIMS发现可以提高Cu膜的沉积速率；

2）采用含有正向脉冲的双极性HiPIMS制备的薄膜有更高的致密性。

内容

实验采用的双极性HiPIMS放电电压波形如图1(a)所示，在完成负脉冲电压放电后，加一定的正电压，来达到提高基底附近区域的等离子体电势，进而提高飞向基底的离子能量。因此可以看到相对于传统HIPIMS，有正向电压下的沉积速率有明显提高，如图1(b)所示。同样我们也可以观察到，当离子能量提高后，我们可以获得更加致密的薄膜。如图1(c)所示，扫描电镜下相比DCMS放电下的Cu膜比较酥松，传统HiPIMS可以明显地提高薄膜致密性，更少的酥松孔洞，如图1(d)所示 。而双极性HiPIMS可进一步减小孔洞数量来获得更高致密度的Cu薄膜如图1(e)。

图1.(a)HiPIMS电压,(b)Cu膜沉积速率(c-e)不同条件下的Cu膜扫描电镜图。

延伸

1)在对比结果中我们其实看到双极性HiPIMS下沉积的Cu膜均匀性也有所提高。

2)不仅是Cu薄膜，双极HiPIMS也可以改善其他类型的沉积薄膜如Ti,DLC等。

3)对于镀膜工艺结果，双极HiPIMS下薄膜致密性提高，意味着薄膜中的残余应力减小，是否也会改善其他的性能，如弹性模量的提高，更耐腐蚀？