CN102465274A - 一种提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法 - Google Patents

一种提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法 Download PDF

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吕旭东
王磊
华志强
李弢
袁学韬
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Abstract

本发明涉及一种提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，在磁控溅射工艺制备金属薄膜时，预先将基底进行离子注入后，再进行磁控溅射镀膜，得到所需导电金属薄膜。本发明还公开了采用上述方法制备金属薄膜的方法，包括将基底表面用丙酮清洗后，氮气吹干；使用MEVVA源对基底进行离子注入，离子注入能量为10kev～100kev，注入浓度为1016～5x1017/cm3；取出经过离子注入后的基底，进行磁控溅射，磁控溅射过程中气压为0.1pa～10pa，溅射时间为10～20分钟，基底温度为室温至300℃，得到金属薄膜。本发明方法大大提高了金属导电层与基底的结合力，可大幅度增加以该方法为基础制备出来的精密电子线路等器件的寿命。

Description

一种提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法
技术领域
本发明涉及一种提高金属薄膜与基底结合力的方法，特别涉及一种提高用于磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，属于薄膜技术领域。本发明的方法可以明显提高薄膜与基底结合力且不影响金属薄膜电阻，适用领域广泛，如精细电子线路，表面反光涂层，传感器等。
背景技术
近年来，随着电子产品的不断发展，轻、薄、短、小已经成为发展的方向，对电路设计的要求也越来越高，高密度精细化成为电路板的发展趋势。为了满足上述要求，可以采用磁控溅射技术在绝缘基底上制备导电金属层(如铜，银，铝等)，然后利用掩膜刻蚀的方法形成电路，制备出的电路图案具有边缘清晰，表面平整，厚度均匀等优点。但是在某些特殊基底上(如云母，有机聚合物薄膜)制备电路图案时，由于基底表面十分光滑，制备出的导电金属层与基底的结合力较差，由于受热膨胀，电子轰击等过程，在长时间使用后，导电金属层会发生脱落现象，导致电路板失效，严重时影响整个设备的安全运行。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，其特征在于：在磁控溅射工艺制备金属薄膜时，预先将基底进行离子注入后，再进行磁控溅射镀膜，得到所需导电金属薄膜。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述的离子注入中，注入离子为与所镀金属薄膜的金属元素相同的元素离子，注入浓度为1016～5×1017/cm3。
离子注入有两方面作用：
1、基底过于平滑是造成膜基结合力不好的一个原因。通过离子轰击基底表面，与原始基底相比，表面粗糙度增加，使得膜基结合力增强。
2、注入的金属离子在基底中相当于打入了很多钉子，并且这些钉子可以作为薄膜生长的形核点，后续磁控溅射沉积在基底表面的金属元素以这些形核点生长，在注入离子的钉扎作用下，膜基结合力得到增强。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述基底为云母或有机聚合物薄膜等。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述金属薄膜的厚度为100nm～10μm。
本发明的另一目的是提供一种通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，在该方法中采用了上述提高金属薄膜与基底结合力的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，包括以下步骤：
(1)将基底表面用丙酮或酒精清洗后，氮气吹干；
(2)使用MEVVA源(金属蒸汽真空弧离子源)对基底进行离子注入，离子注入能量为10kev～100kev，注入浓度为1016～5x1017/cm3；
(3)取出经过离子注入后的基底，进行磁控溅射，磁控溅射过程中气压为0.1pa～10pa，溅射时间为10～20分钟，基底温度为室温至300℃，得到金属薄膜。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述基底为云母或有机聚合物薄膜等。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(2)中，注入离子为与所镀金属薄膜的金属元素相同的元素离子，离子注入源所用靶材为高纯金属，纯度在99.99％以上。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)中，磁控溅射所用靶材为高纯金属，纯度在99.99％以上。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述金属薄膜的厚度为100nm～10μm。
本发明的优点：
1、本发明不引入其他元素或粘合剂等物质，对表面金属导电层电阻没有影响。
2、本发明不影响基底表面的平整光洁，可以保证后续制备金属导电层的厚度均匀性。
3、本发明提高了金属导电层与基底的结合力，可以大大增加以该方法为基础制备出来的精密电子线路等器件的寿命。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1是云母基底经表面离子注入处理后，制备的银薄膜表面形貌。
图2是聚酰亚胺基底经表面离子注入处理后，制备的铜薄膜表面形貌。
具体实施方式
实施例1
1、首先将50×50mm的云母基片用丙酮清洗，然后用氮气吹干。
2、将基片放入离子注入设备中，使用MEVVA源(金属蒸汽真空弧离子源)对基片进行离子注入，离子注入源所用靶材为纯度在99.99％以上的纯银靶。离子注入能量选用30kev，注入浓度为1017/cm3。
3、取出经过离子注入后的基片，进行磁控溅射。磁控溅射靶材同样为纯度在99.99％以上的纯银靶。磁控溅射过程中气压为1pa，溅射时间15分钟，基底加热温度为100℃。最后得到表面平整光亮，厚度为7μm的银薄膜。如图1所示，为云母基底经表面离子注入处理后，制备的银薄膜表面形貌。
通过美国UMT显微力学划痕试验仪测试，膜基结合强度为6N，而未经离子注入处理时，结合力强度为2N。
实施例2
1、首先将50×50mm的云母基片用丙酮清洗，然后用氮气吹干。
2、将基片放入离子注入设备中，使用MEVVA源(金属蒸汽真空弧离子源)对基片进行离子注入，离子注入源所用靶材为纯度在99.99％以上的纯银靶。离子注入能量选用100kev，注入浓度为5×1017/cm3。
3、取出经过离子注入后的基片，进行磁控溅射。磁控溅射过程中气压为10pa，溅射时间10分钟，基底温度为室温。磁控溅射靶材同样为纯度在99.99％以上的纯银靶。最后得到表面平整光亮，厚度为6μm的银薄膜。
通过美国UMT显微力学划痕试验仪测试，膜基结合强度为6N，而未经离子注入处理时，结合力强度为2N。
实施例3
1、首先将50×50mm的聚酰亚胺基片用酒精清洗，然后用氮气吹干。
2、将基片放入离子注入设备中，使用MEVVA源(金属蒸汽真空弧离子源)对基片进行离子注入，离子注入源所用靶材为纯度在99.99％以上的纯铜靶。离子注入能量选用50kev，注入浓度为1×1016/cm3。
3、取出经过离子注入后的基片，进行磁控溅射。磁控溅射过程中气压为0.1pa，溅射时间20分钟，基底加热温度为300℃。磁控溅射靶材同样为纯度在99.99％以上的纯铜靶。最后得到表面平整光亮，厚度为10μm的铜薄膜。如图2所示，为聚酰亚胺基底经表面离子注入处理后，制备的铜薄膜表面形貌。
通过美国UMT显微力学划痕试验仪测试，膜基结合强度为9N，而未经离子注入处理时，结合力强度为4N。
实施例4
1、首先将50×50mm的聚酰亚胺基片用酒精清洗，然后用氮气吹干。
2、将基片放入离子注入设备中，使用MEVVA源(金属蒸汽真空弧离子源)对基片进行离子注入，离子注入源所用靶材为纯度在99.99％以上的纯铜靶。离子注入能量选用10kev，注入浓度为5×1016/cm3。
3、取出经过离子注入后的基片，进行磁控溅射。磁控溅射过程中气压为0.2pa，溅射时间10分钟，基底加热温度为150℃。磁控溅射靶材同样为纯度在99.99％以上的纯铜靶。最后得到表面平整光亮，厚度为4μm的银薄膜。
通过美国UMT显微力学划痕试验仪测试，膜基结合强度为8N，而未经离子注入处理时，结合力强度为4N。

Claims (9)

1.一种提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，其特征在于：在磁控溅射工艺制备金属薄膜时，预先将基底进行离子注入后，再进行磁控溅射镀膜，得到所需导电金属薄膜。
2.根据权利要求1所述的提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，其特征在于：所述的离子注入中，注入离子为与所镀金属薄膜的金属元素相同的元素离子，注入浓度为1016～5×1017/cm3。
3.根据权利要求1所述的提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，其特征在于：所述基底为云母或有机聚合物薄膜。
4.根据权利要求1所述的提高磁控溅射工艺制备金属薄膜与基底结合力的方法，其特征在于：所述金属薄膜的厚度为100nm～10μm。
5.一种通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，包括以下步骤：
(1)将基底表面用丙酮或酒精清洗后，氮气吹干；
(2)使用MEVVA源对基底进行离子注入，离子注入能量为10kev～100kev，注入浓度为1016～5x1017/cm3；
(3)取出经过离子注入后的基底，进行磁控溅射，磁控溅射过程中气压为0.1pa～10pa，溅射时间为10～20分钟，基底温度为室温至300℃，得到金属薄膜。
6.根据权利要求5所述的通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，其特征在于：所述基底为云母或有机聚合物薄膜。
7.根据权利要求5所述的通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，其特征在于：步骤(2)中，注入离子为与所镀金属薄膜的金属元素相同的元素离子，离子注入源所用靶材为高纯金属，纯度在99.99％以上。
8.根据权利要求5所述的通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，其特征在于：步骤(3)中，磁控溅射所用靶材为高纯金属，纯度在99.99％以上。
9.根据权利要求5所述的通过磁控溅射工艺制备金属薄膜的方法，其特征在于：所述金属薄膜的厚度为100nm～10μm。
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