Cu-Ge及Cu-Ge-M系功能薄膜的制備與表征.pdf

1、因為Ge在Cu中有較大固溶度(約9%)，所以Cu-Ge二元合金系統(tǒng)具有固溶態(tài)和化合態(tài)兩大成分區(qū)間。Ge具有較大的原子半徑，固溶于Cu中會造成較大的晶格畸變，有望用來提高Cu薄膜的穩(wěn)定性；而Cu-Ge化合物也被報道具有高穩(wěn)定性、強抗氧化能力和良好的光學(xué)性能等。理論上這兩種狀態(tài)都可用于無擴散阻擋層結(jié)構(gòu)的制備（直接用作Cu種籽層），但目前還沒有關(guān)于這兩類薄膜在穩(wěn)定性和電阻率等性能方面的綜合對比研究。
　　本文以 Cu-Ge二元相圖為參考

2、，在較寬的成分區(qū)間內(nèi)，利用磁控濺射法在單晶 Si基體上制備了固溶態(tài)和化合態(tài) Cu（Ge）薄膜。首先通過系列真空退火，研究了薄膜的穩(wěn)定性及電阻率的變化，并進一步對Cu(Ge)固溶態(tài)薄膜進行了成分優(yōu)化，其次從穩(wěn)定性、電阻率及硬度等方面對固溶態(tài)和化合態(tài)薄膜進行了綜合對比。
　　對Cu(Ge)固溶態(tài)薄膜的研究表明：因為Ge在Cu中具有較小的擴散激活能和較大的擴散系數(shù)，單獨添加的Ge會向膜基界面偏聚，導(dǎo)致嚴(yán)重的膜基界面互擴散，并促進發(fā)生 C

3、u-Si反應(yīng)。為了改善這種現(xiàn)象，本文制備了 Cu(Ge-Fe(或 Sn))三元薄膜，利用Ge-Fe(或Sn)之間的負(fù)混合焓產(chǎn)生強相互作用，將Ge穩(wěn)定在Cu晶格中，提高了薄膜穩(wěn)定性。退火400 oC/41h后，晶格畸變最大的Cu99.19Ge0.73Fe0.08和Cu99.22Ge0.69Fe0.09薄膜依然保持較好穩(wěn)定性，電阻率低至2.54~2.80μΩ·cm。對于Cu(Ge-Sn)系薄膜，晶格畸變最大的Cu99.01Ge0.90Sn0

4、.09薄膜中沒有出現(xiàn)Cu-Si反應(yīng)，電阻率維持在2.51μΩ·cm。實驗結(jié)果證實：強相互作用組元Fe、Sn可以阻止Ge向外擴散，同時提高固溶態(tài)Cu(Ge)合金薄膜穩(wěn)定性。添加擴散激活能較大、擴散系數(shù)較小的小原子半徑元素 Fe可以在較寬的成分范圍內(nèi)起到抑制擴散的作用。
　　而Cu-Ge二元化合態(tài)薄膜的研究表明：從固溶態(tài)到ζ相及ε1相的轉(zhuǎn)變是漸變的。與固溶態(tài)薄膜相比，化合態(tài)薄膜的性能沒有明顯優(yōu)勢：硬度僅略有提高；400 oC/1 h退