CN110724920B - 一种Au薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Au薄膜的制备方法，通过控制平面Cr靶和平面Au靶的运动速度，同时调节平面Cr靶和平面Au靶的靶基距，使Cr层和Au薄膜的成膜速度成比例变化，在Cr层和Au薄膜之间形成合金过渡层，并且在此过程中，使Au的功率密度相对于Cr的功率密度线性调整，减少了因Cr和Au的溅射产额差异造成的成膜速度不一致，与采用合金靶镀制过渡层相比，可以实现Cr、Au成分的连续变化，降低异质结构之间热膨胀系数等指标的非连续性，进而提高了Au薄膜结构的稳定性。

Description

一种Au薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及镀膜加工技术领域，尤其涉及一种Au薄膜的制备方法。
背景技术
Au薄膜具有良好的导电性和化学惰性，在半导体、微机电系统、生物传感等领域均有广泛的应用，其电阻率小、化学稳定性高，常用于各类器件的引线、电极等。为了减少Au薄膜与基片材料热膨胀系数的差异，通常采用Cr薄膜作为Au薄膜与基片材料之间的主要过渡层。Cr/Au薄膜异质结构的稳定性对器件的性能有直接影响，在环境应力的作用下，由异质结构界面晶格失配造成的内应力的变化，可能导致薄膜与基片之间的牢固度变差，以及薄膜电阻率、焊接等性能的变化，造成器件失效或性能不稳定，是影响产品良品率的重要因素。
磁控溅射镀膜技术是制备Au薄膜的重要方法，膜层生长速度快、溅射粒子能量高、膜层牢固度较好。目前通常采用在基底上依次溅射Cr、Au，并利用Cr/Au合金靶增加合金过渡层的方法降低Au薄膜的结构不稳定性，但由于溅射的选择性、两种组分的溅射产额比、合金靶的合金组分等均为较固定的参数，合金层在Cr薄膜和Au薄膜之间难以形成两种成分连续的过渡。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的异质结构晶格适配带来的Au薄膜结构稳定性差的问题，提出一种Au薄膜的制备方法，能够有效提高Au薄膜的结构稳定性。
一种Au薄膜的制备方法，包括：
制备基片，并将所述基片固定在基片台上；
安装平面Au靶和平面Cr靶，使得所述平面Cr靶和所述基片表面呈第一预设角度，所述平面Au靶和所述基片表面呈第二预设角度；
输送氩气，控制氩气压力为预设压力，将基片温度加热至预设温度，控制基片台按照预设自转速度旋转；
控制所述平面Cr靶的靶基距为第一靶基距，控制所述平面Au靶的靶基距为第二靶基距，控制平面Cr靶的直流溅射功率密度为预设功率密度，开启平面Cr靶起辉，形成Cr层，之后关闭平面Cr靶；
分别控制所述平面Au靶和平面Cr靶沿各自靶面的法向方向运动，将所述平面Cr靶的靶基距增加至第三预设靶基距，将所述平面Au靶的靶基距减小至第四靶基距，同时开启所述平面Au靶和平面Cr靶起辉，形成CR/Au过渡层，之后关闭所述平面Cr靶；
控制所述平面Au靶继续镀膜，形成Au薄膜，当所述Au薄膜的厚度达到预设厚度之后，关闭所述平面Au靶；
进行膜层熟化处理。
进一步地，所述第一预设角度为25°至30°，所述第二预设角度为25°至30°。
进一步地，所述预设压力为0.5Pa至0.8Pa，所述预设温度为300℃至350℃，预设自转速度为15rpm至18rpm。
进一步地，所述Cr层的厚度为Au薄膜预设厚度的5％至10％。
进一步地，所述第一靶基距为45mm至50mm，第二靶基距为165mm至170mm，预设功率密度为4.4w/cm2至5.2w/cm2。
进一步地，平面Au靶和平面Cr靶沿各自靶面的法向方向运动中，平面Au靶的运动速度为平面Cr靶运动速度的1.2倍；
所述第三预设靶基距为165mm至170mm，所述第四预设靶基距为45mm至50mm，所述平面Cr靶运动速度为4mm/s至6mm/s。
进一步地，形成CR/Au过渡层的过程中，平面Au靶的直流溅射功率密度通过以下公式进行计算：
WAu＝a(dcr-dcr1)/v+WCr；
其中，WAu为平面Au靶的直流溅射功率密度，dCr为平面Cr靶在运动中的实际靶基距，dCr1为第一靶基距，WCr为平面Cr靶的直流溅射功率密度，a为调节系数，其值为0.01w/cm2至0.012w/cm2。
进一步地，所述膜层熟化处理，包括：
关闭氩气输送，待腔室真空度优于8×10-4Pa之后，使形成的膜层在腔室内熟化60min至80min，之后关闭加热，待温度降至50℃以下时，停止基片台自转。
本发明提供的Au薄膜的制备方法，至少包括如下有益效果：
(1)通过控制平面Cr靶和平面Au靶的运动速度，同时调节平面Cr靶和平面Au靶的靶基距，使Cr层和Au薄膜的成膜速度成比例变化，在Cr层和Au薄膜之间形成合金过渡层，并且在此过程中，使Au的功率密度相对于Cr的功率密度线性调整，减少了因Cr和Au的溅射产额差异造成的成膜速度不一致，与采用合金靶镀制过渡层相比，可以实现Cr、Au成分的连续变化，降低异质结构之间热膨胀系数等指标的非连续性，进而提高了Au薄膜结构的稳定性；
(2)通过薄膜镀制过程结束之后的进一步熟化，可以减少薄膜微观结构缺陷，使过渡层的连续成分变化更加均匀，进一步提高Au薄膜结构的稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的Au薄膜的制备方法一种实施例的流程图。
图2为本发明提供的Au薄膜的制备装置一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1和图2，本实施例提供一种Au薄膜的制备方法，包括：
步骤S101，制备基片202，并将基片202固定在基片台201上；
步骤S102，安装平面Au靶203和平面Cr靶204，使得平面Cr靶204和所述基片表面呈第一预设角度，平面Au靶203和所述基片表面呈第二预设角度；
步骤S103，输送氩气，控制氩气压力为预设压力，将基片温度加热至预设温度，控制基片台201按照预设自转速度旋转；
步骤S104，控制平面Cr靶204的靶基距为第一靶基距，控制平面Au靶203的靶基距为第二靶基距，控制平面Cr靶204的直流溅射功率密度为预设功率密度，开启平面Cr靶起辉，形成Cr层，之后关闭平面Cr靶；
步骤S105，分别控制平面Au靶203和平面Cr靶204沿各自靶面的法向方向运动，将平面Cr靶204的靶基距增加至第三预设靶基距，将平面Au靶203的靶基距减小至第四靶基距，同时开启平面Au靶203和平面Cr靶204起辉，形成CR/Au过渡层，之后关闭平面Cr靶204；
步骤S106,控制平面Au靶203继续镀膜，形成Au薄膜，当Au薄膜的厚度达到预设厚度之后，关闭平面Au靶203；
步骤S107，进行膜层熟化处理。
具体地，首先执行步骤S101，制备基片202后将基片202固定在基片台201上，基片台保持水平，基片台201可旋转。
执行步骤S102，安装平面Au靶203和平面Cr靶204，使得平面Cr靶204和基片202表面呈第一预设角度，平面Au靶203和基片202表面呈第二预设角度；作为一种优选的实施方式，第一预设角度为25°至30°，第二预设角度为25°至30°，更优选地，第一预设角度和第二预设角度均为25°。
执行步骤S103，整个装置位于真空的腔室内，为腔室输送氩气，控制氩气压力为预设压力，将基片202温度加热至预设温度，控制基片台201按照预设自转速度旋转；作为一种优选的实施方式，预设压力为0.5Pa至0.8Pa，所述预设温度为300℃至350℃，预设自转速度为15rpm至18rpm。
执行步骤S104，控制平面Cr靶204的靶基距为第一靶基距，第一靶基距为45mm至50mm，控制平面Au靶203的靶基距为第二靶基距，第二靶基距为165mm至170mm，控制平面Cr靶204的直流溅射功率密度为预设功率密度，预设功率密度为4.4w/cm2至5.2w/cm2，开启平面Cr靶起辉，形成Cr层，Cr层的厚度为Au薄膜预设厚度的5％至10％，之后关闭平面Cr靶。
执行步骤S105,分别控制平面Au靶203和平面Cr靶204沿各自靶面的法向方向运动，其中，平面Au靶203的运动速度为平面Cr靶204运动速度的1.2倍，平面Cr靶204运动速度为4mm/s至6mm/s；将平面Cr靶204的靶基距增加至第三预设靶基距，将平面Au靶203的靶基距减小至第四靶基距，第三预设靶基距为165mm至170mm，第四预设靶基距为45mm至50mm，同时开启平面Au靶203和平面Cr靶204起辉，形成CR/Au过渡层，之后关闭平面Cr靶204，形成CR/Au过渡层的过程中，平面Au靶的直流溅射功率密度通过以下公式进行计算：
WAu＝a(dcr-dcr1)/v+WCr；
其中，WAu为平面Au靶的直流溅射功率密度，dCr为平面Cr靶在运动中的实际靶基距，dCr1为第一靶基距，WCr为平面Cr靶的直流溅射功率密度，a为调节系数，其值为0.01w/cm2至0.012w/cm2。
执行步骤S106，控制平面Au靶203继续镀膜，形成Au薄膜，控制镀膜时间，当所述Au薄膜的厚度达到预设厚度之后，关闭平面Au靶203。
执行步骤S107，关闭氩气输送，待腔室真空度优于8×10-4Pa之后，使形成的膜层在腔室内熟化60min至80min，之后关闭加热，待温度降至50℃以下时，停止基片台自转，至此，完成镀膜。
本实施例提供的Au薄膜的制备方法，至少包括如下有益效果：
(1)通过控制平面Cr靶和平面Au靶的运动速度，同时调节平面Cr靶和平面Au靶的靶基距，使Cr层和Au薄膜的成膜速度成比例变化，在Cr层和Au薄膜之间形成合金过渡层，并且在此过程中，使Au的功率密度相对于Cr的功率密度线性调整，减少了因Cr和Au的溅射产额差异造成的成膜速度不一致，与采用合金靶镀制过渡层相比，可以实现Cr、Au成分的连续变化，降低异质结构之间热膨胀系数等指标的非连续性，进而提高了Au薄膜结构的稳定性；
(2)通过薄膜镀制过程结束之后的进一步熟化，可以减少薄膜微观结构缺陷，使过渡层的连续成分变化更加均匀，进一步提高Au薄膜结构的稳定性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种Au薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
制备基片，并将所述基片固定在基片台上；
安装平面Au靶和平面Cr靶，使得所述平面Cr靶和所述基片表面呈第一预设角度，所述平面Au靶和所述基片表面呈第二预设角度；
输送氩气，控制氩气压力为预设压力，将基片温度加热至预设温度，控制基片台按照预设自转速度旋转；
控制所述平面Cr靶的靶基距为第一靶基距，控制所述平面Au靶的靶基距为第二靶基距，控制平面Cr靶的直流溅射功率密度为预设功率密度，开启平面Cr靶起辉，形成Cr层，之后关闭平面Cr靶；
分别控制所述平面Au靶和平面Cr靶沿各自靶面的法向方向运动，将所述平面Cr靶的靶基距增加至第三预设靶基距，将所述平面Au靶的靶基距减小至第四靶基距，同时开启所述平面Au靶和平面Cr靶起辉，形成Cr/Au过渡层，之后关闭所述平面Cr靶；
控制所述平面Au靶继续镀膜，形成Au薄膜，当所述Au薄膜的厚度达到预设厚度之后，关闭所述平面Au靶；
进行膜层熟化处理。
2.根据权利要求1所述的Au薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一预设角度为25°至30°，所述第二预设角度为25°至30°。
3.根据权利要求1所述的Au薄膜的制备方法，其特征在于，所述预设压力为0.5Pa至0.8Pa，所述预设温度为300℃至350℃，预设自转速度为15rpm至18rpm。
4.根据权利要求1所述的Au薄膜的制备方法，其特征在于，所述Cr层的厚度为Au薄膜预设厚度的5%至10%。
5.根据权利要求1所述的Au薄膜的制备方法，其特征在于，所述第一靶基距为45mm至50mm，第二靶基距为165mm至170mm，预设功率密度为4.4w/cm²至5.2w/cm²。
6.根据权利要求5所述的Au薄膜的制备方法，其特征在于，平面Au靶和平面Cr靶沿各自靶面的法向方向运动中，平面Au靶的运动速度为平面Cr靶运动速度的1.2倍；
所述第三预设靶基距为165mm至170mm，所述第四预设靶基距为45mm至50mm，所述平面Cr靶运动速度为4mm/s至6mm/s。
7.根据权利要求5所述的Au薄膜的制备方法，其特征在于，所述膜层熟化处理，包括：
关闭氩气输送，待腔室真空度优于0.0008Pa之后，使形成的膜层在腔室内熟化60min至80min，之后关闭加热，待温度降至50℃以下时，停止基片台自转。
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