磁控濺射制備Cu-ZrW2O8梯度薄膜工藝研究.pdf

1、ZrW2O8作為一種重要的負(fù)熱膨脹材料,在很大溫度范圍(0.3～1050 K)內(nèi),具有較大的各向同性負(fù)熱膨脹系數(shù)(-8.9×10-6 K-1)。當(dāng)ZrW2O8與Cu基體復(fù)合,實(shí)現(xiàn)功能梯度化,可以有效減小復(fù)合材料的整體熱膨脹系數(shù),解決微電子工業(yè)中Si與Cu互連間的熱膨脹系數(shù)不匹配問(wèn)題,提高熱導(dǎo)率,應(yīng)用于微電子元件、精密光學(xué)儀器、集成電路板等領(lǐng)域。目前,關(guān)于Cu／ZrW2O8梯度薄膜的研究報(bào)道較少,所以本文重點(diǎn)研究了Cu／ZrW2O8梯度薄

2、膜的制備工藝。
　　 本文采用磁控濺射法制備Cu／ZrW2O8梯度薄膜。采用n(ZrO2):n(WO3)=1:2.2、n(ZrO2):n(WO3)=1:2.5的復(fù)合氧化物靶材、純ZrW2O8靶材三種不同靶材,與Cu靶材同時(shí)濺射制備了Cu／ZrW2O8梯度薄膜,考察了不同靶材對(duì)梯度薄膜成分和表面形貌的影響,尋求最佳靶材配比。重點(diǎn)研究了單晶Si,石英和玻璃三種基片、同時(shí)濺射和交替濺射兩種濺射方式、1,3,5不同層數(shù)對(duì)制備Cu／ZrW

3、2O8梯度薄膜的成分、表面和三維形貌、膜基結(jié)合力和熱應(yīng)力的影響。
　　 使用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)對(duì)薄膜的組成和表面形貌進(jìn)行表征；使用原子力顯微鏡(AFM)觀察薄膜的三維形貌和測(cè)量薄膜的粗糙度；使用WS-2000型劃痕儀測(cè)量薄膜與基片的結(jié)合力；使用X-ray350型應(yīng)力測(cè)試儀測(cè)量薄膜的熱應(yīng)力。
　　 研究結(jié)果表明:沉積態(tài)薄膜為非晶態(tài)鎢酸鋯和銅的復(fù)合薄膜。采用n(ZrO2):n(

4、WO3)=1:2.2的復(fù)合氧化物靶材制備的Cu／ZrW2O8梯度薄膜成分最為理想,為Cu和立方ZrW2O8復(fù)合薄膜,且表面形貌最佳；單晶Si基片上制備的Cu／ZrW2O8梯度薄膜結(jié)晶度最好、表面形貌最為平坦,粗糙度最小、膜基結(jié)合力最大；同時(shí)濺射制備的梯度薄膜比交替濺射制備薄膜均勻性好,三維形貌也更為理想,膜基結(jié)合力更大；在Ar2氣氛中750℃退火處理3 min后的薄膜結(jié)晶度良好,5層膜中首次出現(xiàn)棒狀ZrW2O8晶粒,且5層膜的表面和三維