具有晶粒尺寸差异的Cu/Ta纳米多层膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种通过磁控溅射技术制备不同晶粒尺寸金属纳米多层膜的方法。本发明的Cu/Ta纳米多层膜由Cu层和Ta层交替组成，两层厚度之比为1∶1，调制波长为5-140nm，总厚度为1μm。其中Cu层晶粒尺寸与膜层厚度相当；Ta层晶粒尺寸约为膜厚的1/4。Cu层和Ta层具有明显晶粒尺寸差异。本发明所述的Cu/Ta纳米多层膜硬度，比传统多层膜材料增加了35％；拉伸延展性也超过了5％，远高于传统多层膜材料。本发明所述的Cu/Ta纳米多层膜在硬度和塑性上达到力学性能最优化。本发明制备的不同晶粒尺寸金属纳米多层膜可在超大规模集成电路器件、各类精密仪器的保护涂层和功能涂层等方面得到广泛应用。

主权项

具有晶粒尺寸差异的Cu/Ta纳米多层膜的制备方法，其特征在于，在基体上通过双靶直流磁控溅射交替沉积Cu层和Ta层制备成Cu/Ta纳米多层，具体步骤为：单晶Si(100)和聚酰亚胺作为溅射沉积的基体，首先将基体做清洁处理后放入双靶直流磁控溅射设备的可旋转基体支撑架上，使用纯度均为99.99％的Cu靶和Ta靶作为溅射靶材，将真空室的气压抽至3×10-4Pa，通入气流速度为10-40sccm的Ar气至真空室，并将溅射压强为0.3-0.35Pa.在室温环境下溅射，负偏压为100V，基体与靶材的距离为5-8cm，溅射开始时，首先将基体旋转到Cu靶前，开始制备Cu层，Cu靶直流磁控溅射功率为20-30W，基体在Cu靶前的停留时间为21-83秒，然后将基体旋转到Ta靶前开始制备Ta层，Ta靶直流磁控溅射功率为30-50W，基体在Ta靶前的停留时间为47-143秒，通过交替重复沉积Cu层和Ta层如上步骤，可以制备出Cu层和Ta层具有晶粒尺寸差异的Cu/Ta纳米多层膜。