直流、射頻磁控濺射制備Al2O3薄膜工藝探索及其性能的研究.pdf

1、精密加工與制造技術(shù)的不斷發(fā)展，要求薄膜傳感器具有微小化、高靈敏度、高分辨率、耐高溫等能在惡劣環(huán)境下正常工作的特性。而制備表面質(zhì)量高、絕緣性好、抗損傷性強(qiáng)的傳感器基底絕緣膜又是獲得薄膜傳感器優(yōu)良性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文利用直流磁控濺射和射頻磁控濺射技術(shù)，進(jìn)行某傳感器基底Al2O3薄膜絕緣層的制備工藝及性能研究，對(duì)于指導(dǎo)薄膜傳感器工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用的快速發(fā)展，具有十分重要的理論意義及較好的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　文中在對(duì)薄膜傳感器絕緣膜的性能

2、要求、磁控濺射鍍膜原理研究分析的基礎(chǔ)上，首先以載玻片和硅片為基底，分別對(duì)直流和射頻條件下在基底上沉積Al2O3薄膜開(kāi)展研究，通過(guò)單因素試驗(yàn)，研究直流和射頻下濺射靶功率、O2流量、工作氣壓、負(fù)偏壓、本底真空等工藝參數(shù)的變化對(duì)沉積速率、表面粗糙度、表面形貌和物相結(jié)構(gòu)等的影響規(guī)律情況。
　　研究結(jié)果表明:在一定工藝參數(shù)范圍內(nèi)，直流沉積薄膜時(shí)，Al2O3薄膜的沉積速率和薄膜表面粗糙度隨著濺射靶功率的增加不斷增大;Al2O3薄膜的沉積速率隨

3、著O2流量增加不斷下降，薄膜表面粗糙度先降低后保持不變;隨著反應(yīng)腔工作氣壓的增大，Al2O3薄膜的沉積速率先增大后減小，在1.0Pa時(shí)達(dá)到最大速率，薄膜表面粗糙度先減小后保持不變;Al2O3薄膜的沉積速率隨著加載的負(fù)偏壓增加不斷降低;隨著本底真空度的提高，Al2O3薄膜的沉積速率不斷增大。采用射頻方法時(shí)，Al2O3薄膜的沉積速率和薄膜表面粗糙度隨著濺射靶功率的增加不斷增大;O2流量增加時(shí)Al2O3薄膜的沉積速率不斷下降，薄膜表面粗糙度先

4、降低后保持不變;隨著反應(yīng)腔工作氣壓的增大，Al2O3薄膜的沉積速率先保持不變后不斷減小，Al2O3薄膜表面粗糙度先增大后保持不變;Al2O3薄膜的沉積速率隨著本底真空度提高不斷增大。O2流量為0.8sccm、1.0sccm、1.2sccm時(shí)直流和射頻制備的薄膜均呈透明狀且表面均勻致密，常溫下不同O2流量制備的Al2O3薄膜均為非晶態(tài)。
　　在單因素試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，繼續(xù)深入研究直流、射頻方法下，濺射靶功率、O2流量、工

5、作氣壓的綜合變化對(duì)Al2O3薄膜濺射沉積速率的影響，并對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差與方差分析。獲取了較優(yōu)的直流、射頻薄膜制備工藝參數(shù)并進(jìn)行薄膜的制備，對(duì)制備薄膜的沉積時(shí)間、薄膜表面粗糙度、薄膜的復(fù)合硬度進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)比分析，選定了優(yōu)化后的直流濺射工藝參數(shù)并實(shí)施Al2O3薄膜的制備。通過(guò)對(duì)制備的薄膜進(jìn)行掃描電鏡觀測(cè)和能譜檢測(cè)，驗(yàn)證了所選工藝參數(shù)的合理性。對(duì)常溫下不銹鋼基底上制備的Al2O3薄膜進(jìn)行退火處理，測(cè)試分析退火溫度對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)影響，結(jié)果

6、表明:與常溫制備薄膜相比，退火溫度800℃時(shí)出現(xiàn)γ-Al2O3晶體結(jié)構(gòu)，奧氏體相消失，退火溫度1000℃時(shí)出現(xiàn)α-Al2O3晶體結(jié)構(gòu)和金屬間化合物AlFe。
　　利用薄膜傳感器的結(jié)構(gòu)要求與傳感器薄膜的性能要求探索了制備Al2O3絕緣膜的工藝方法，得出了濺射靶功率、O2流量、工作氣壓、負(fù)偏壓和本底真空度等因素對(duì)直流和射頻濺射沉積薄膜性能等的影響規(guī)律，改進(jìn)并優(yōu)化了Al2O3薄膜制備工藝，結(jié)合退火工藝得出了退火溫度對(duì)Al2O3薄膜晶體結(jié)