有機金屬化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的建立及單晶硅-100-上銅薄膜的成長.pdf

1、該工作主要是自行設(shè)計、組建、調(diào)試了一套MOCVD系統(tǒng),并且對整套裝置進行了三次較大的改進,第一次主要集中在輸送線路的改進;第二次主要是添加一套四極桿質(zhì)譜檢測系統(tǒng);第三次主要是系統(tǒng)真空系統(tǒng)的優(yōu)化以及反應(yīng)室、試片基座的改進.以Cu(hfac)<,2>為反應(yīng)前趨物進行了有關(guān)研究,首先對CVD薄膜沉積的反應(yīng)條件進行了優(yōu)化,實驗結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)溫度為350℃、反應(yīng)壓力為3torr、沉積面向下、沉積面經(jīng)過2﹪的HF溶液處理的Si基材最利于銅薄膜的生

2、長,反應(yīng)7min后,Si基材上已鍍上一層致密的銅薄膜,從而證明了該裝置的良好性.借助AFM、SEM對銅核的成長機理進行了研究,結(jié)果表明,反應(yīng)初期,Si基材上銅核的成長為Volmer-Weber型(島狀型),反應(yīng)后期則為Strauski-Krastanov型(先層狀后島狀型).前趨物在反應(yīng)室和氫氣反應(yīng),部分生成物——銅,沉積在Si基材上易于成核處,隨著反應(yīng)的進行,先沉積的銅核成為晶種,后面生成的銅核易沉積在它上面,為了降低整體的能量,它們

3、傾向于形成一個較大得原子團,即形成島狀銅核;而到了反應(yīng)后期,島狀銅核之間的縫隙不斷有原子來填充,這樣使得島狀銅核彼此連接,形成銅薄膜;當(dāng)層裝薄膜基本成長后,在生成的薄膜上,又會有新的島狀銅核的生成.利用XPS對實驗的反應(yīng)機理進行了研究,得出了反應(yīng)初期的反應(yīng)機理.由樣品的Cu<,2p>譜、O<,1s>譜、F<,1s>譜、Si<,2p>譜可推論出,在圖譜中所出現(xiàn)的C=O、CH及CF<,3>/CF<,2>可能為Cu(hfac),并且H會與基材

4、表面的SiO<,2>反應(yīng),生成OH基,當(dāng)Cu(hfac)<,2>在高溫下裂解成Cu(hfac)及H(hfac)后,OH基和H(hfac)作用生成HO-hfac脫附,使原來的SiO<,2>表面還原成Si,反應(yīng)初期就有Cu(hfac)殘留于Si基材表面上,與該研究所觀察到的現(xiàn)象相符,而且可以看出SiO<,2>隨著反應(yīng)時間的增加而減少,OH隨著實驗反應(yīng)時間增加而增大,反應(yīng)進行一段時間,Si表面的O原子反應(yīng)完全,則發(fā)生Cu(hfac)<,2>的