旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜及合金薄膜的方法技术

本申请属于磁控溅射技术领域，公开了旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜及合金薄膜的方法。制备纳米多层薄膜的方法包括：在基片上沉积过渡金属层；将沉积有过渡金属层的基片置于配置有旋转式柱靶的磁控溅射镀膜机内，旋转式柱靶设置于匀速转动的靶台中心，利用所述旋转式柱靶上设置的若干种金属靶片交替并周期性地对基片表面进行溅射；旋转式柱靶旋转N个周期，在基片的表面通过溅射沉积形成N组膜对；N组膜对即为纳米多层薄膜。该方法中通过旋转式柱靶的旋转速率来控制纳米多层薄膜的厚度，通过各金属靶片的覆盖面积比例来控制合金薄膜的合金成分配比。然后对纳米多层薄膜进行共晶热处理，得到合金薄膜。这样使得合金薄膜的合金化更加充分。的合金化更加充分。的合金化更加充分。

【技术实现步骤摘要】
旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜及合金薄膜的方法


[0001]本申请属于磁控溅射
，具体地涉及利用旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜及合金薄膜的方法。

技术介绍

[0002]合金薄膜例如金锡薄膜、铜锡薄膜、银锡薄膜是常用的用于封装焊接的材料，广泛应用于激光二极管、LED器件封装和IC及功率半导体器件等领域。现有合金薄膜的制备主要有以下几种方法∶(1)分层蒸镀，即在基板上通过蒸镀的方式沉积多层金属层，然后进行热处理；(2)分层电镀，即采用湿法电镀的方式，在基板上通过电镀的方式沉积多层金属层，然后进行热处理；(3)分层溅射，用荷能粒子同时轰击多种金属靶面，将其原子等粒子溅出的粒子沉积在阳极基片上即可获得混合金属层，然后进行热处理；为了获得均匀的膜层通常需要设计较大尺寸的平面靶材，然而大尺寸的平面靶材会导致材料利用率低。
[0003]上述制备合金薄膜的方法存在沉积效率低、多层金属层厚度不均匀、多层金属层厚度控制不稳定、合金薄膜厚度无法精确控制、合金化不完全、合金薄膜成分配比偏差大、靶材浪费严重、合金薄膜制备成本较高的缺陷。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的多层薄膜厚度不均匀，以及合金薄膜合金化不完全、成分配比偏差大的问题，本申请提供旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜的方法。该方法包括以下步骤：S01：在基片上沉积过渡金属层；S02：将沉积有过渡金属层的基片置于配置有旋转式柱靶的磁控溅射镀膜机内，旋转式柱靶设置于匀速转动的靶台中心，利用所述旋转式柱靶上设置的若干种金属靶片交替并周期性地对基片表面进行溅射；旋转式柱靶每旋转一个周期，基片表面对应形成一组由若干种金属靶片交替溅射所形成的由若干种金属层组成的膜对；旋转式柱靶旋转N个周期，在基片的表面通过溅射沉积形成N组膜对；N组膜对即为纳米多层薄膜。本实施方法中，N为自然数。过渡金属层用于增强纳米多层薄膜与基片的结合力。将用于制备多层薄膜的若干种金属靶片例如：第一金属靶片、第二金属靶片等设置于旋转式柱靶上，旋转式柱靶旋转时利用若干种金属靶片交替并周期性地对基片表面进行溅射；旋转式柱靶每旋转一个周期，基片表面就形成一组由若干种金属靶片依次溅射沉积的若干种金属层膜对，通过控制旋转式柱靶旋转速度控制若干种金属层厚度为纳米尺度。本方法中由于若干种金属层的厚度均匀，且为纳米尺度，使得各种金属层之间界面连续均匀接触。
[0005]进一步的，步骤S02中所述若干种金属靶片中的任意一种金属靶片覆盖面积S
n
与该金属靶片在旋转式柱靶旋转一个周期内通过溅射形成的该金属层的厚度d
n
以及该金属
层中金属的质量m
n
满足：m
n
=d
n
×
S
j
×
ρ
n
；d
n
=v
n
×
T
×
(S
n
/S
b
)；其中，S
j
为基片表面积，ρ
n
为金属的密度，v
n
为金属靶片的溅射速率，T为旋转式柱靶的旋转周期，S
b
为旋转式柱靶的母线绕旋转式柱靶中轴线旋转一周的面积。式中，S
n
/S
b
的含义为金属靶片覆盖面积S
n
占其整个旋转式柱靶侧壁面积的比例。式中的n为下标，仅用于对不同对象的物理量进行区分，例如为区分第一金属靶片、第二金属靶片的覆盖面积S
n
可将其表示为S1、S2；若用于制备合金的若干种金属靶片具体为金靶片、锡靶片，为区分旋转式柱靶旋转一个周期内分别通过金靶片、锡靶片溅射形成的金层、锡层的厚度d
n
可将其表示为d1、d2。本申请中金属靶片的溅射速率的定义为单位时间内基片表面沉积金属层的厚度。由于金属层中金属的质量m
n
与其对应金属靶片覆盖面积S
n
相关，因此可以通过若干种金属靶片覆盖面积比例来控制最终形成的合金薄膜的成分配比。
[0006]优选的，该旋转式柱靶包括：内衬管，内衬管为空心圆柱状，若干种金属靶片贴附于内衬管的外侧壁，且若干种金属靶片在内衬管中轴线法平面上的投影均不存在相互重合区域。这样的设计可以确保若干种金属靶片在溅射时不发生共溅射。
[0007]更为具体的，以两种金属形成的合金薄膜为例，第一金属靶片与第二金属靶片均为矩形条状薄片，第一金属靶片与第二金属靶片拼接围成空心圆柱并贴附于内衬管外侧壁。将第一金属靶片与第二金属靶片两个边界拼接并围成一个空心圆柱，可以提高第一金属靶片与第二金属靶片的材料利用率。本实施方式中拼接式旋转柱靶存在拼接缝隙，容易导致靶材在溅射过程中产生电弧放电，降低薄膜质量。为此将第一金属靶片绕成圆周包裹在内衬管的外侧壁，第二金属靶片贴附于第一金属靶片的外侧壁，且第二金属靶片沿内衬管轴线方向长度不小于第一金属靶片沿内衬管轴线方向长度。由于第二金属靶片对第一金属靶片形成了局部遮挡，因此在旋转式柱靶旋转时，能保证第二金属靶片及第一金属靶片交替对沉积有过渡金属层的基片表面进行溅射。此外，该方式可避免拼接缝隙产生的电弧放电。
[0008]进一步的，该合金薄膜为金锡薄膜；所述若干种金属靶片包括第一金属靶片与第二金属靶片，其中，第一金属靶片材质为锡，第二金属靶片材质为金；所述基片选自氮化铝热沉、氧化铝热沉、碳化硅热沉、金刚石铜、单晶金刚石热沉之一。所述金锡薄膜成分包括Au75Sn25、Au77Sn23、Au80Sn20之一。
[0009]所述过渡金属层由基片表面向外依次为Ti/Pt/Au层或Ni/Pt/Au层，过渡金属层的厚度介于300nm～400nm。
[0010]对第二金属靶片内侧和第一金属靶片外侧壁进行喷细砂处理，然后再使用环氧树脂金导电胶将第二金属靶片贴附于第一金属靶片外侧壁。环氧树脂金导电胶具有优越的导电性能，同时还具有良好的粘接功能，通过喷细砂处理是通过砂料撞击靶面，使靶材表面产生粗糙度，加强了环氧树脂金导电胶和金属靶片之间的机械嵌合作用，进而提升了它们之间的摩擦力和结合性。
[0011]进一步的，所述环氧树脂金导电胶中掺杂单晶金刚石颗粒。通过掺杂少量的单晶金刚石颗粒来提升环氧树脂金导电胶的导热性。
[0012]本申请提供一种旋转式柱靶分层溅射制备合金薄膜的方法，该方法中对上述方法
得到的纳米多层薄膜进行共晶热处理，该纳米多层薄膜发生共晶融合，得到合金薄膜。
[0013]有益效果本申请提出旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜的方法，利用若干种金属靶片交替并周期性地对基片表面进行溅射，调整旋转式柱靶的旋转速率来控制纳米多层薄膜的厚度。该方法极大地提高了靶材的利用率，且在制备过程中各金属层厚度均匀、溅射的每层金属层的厚度都可达纳米尺度，后续共晶热处理中相邻金属层间原子可以良好的互扩散，可以使共晶合金成分更均匀，合金化更加充分。此外，根据合金薄膜中若干种金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：在基片上沉积过渡金属层；S02：将沉积有过渡金属层的基片置于配置有旋转式柱靶的磁控溅射镀膜机内，旋转式柱靶设置于匀速转动的靶台中心，利用所述旋转式柱靶上设置的若干种金属靶片交替并周期性地对基片表面进行溅射，旋转式柱靶每旋转一个周期，基片表面对应形成一组由若干种金属靶片交替溅射所形成的由若干种金属层组成的膜对，旋转式柱靶旋转N个周期，在基片的表面通过溅射沉积形成N组膜对，N组膜对即为纳米多层薄膜。2.根据权利要求1所述的旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜的方法，其特征在于：步骤S02中所述若干种金属靶片中的任意一种金属靶片的覆盖面积S
n
与所述金属靶片在旋转式柱靶旋转一个周期内通过溅射形成的金属层的厚度d
n
以及所述金属层中金属的质量m
n
满足如下关系：m
n
=d
n
×
S
j
×
ρ
n
；d
n
=v
n
×
T
×
(S
n
/S
b
)；其中，S
j
为基片表面积，ρ
n
为金属的密度，v
n
为金属靶片的溅射速率，T为旋转式柱靶的旋转周期，S
b
为旋转式柱靶的母线绕旋转式柱靶中轴线旋转一周的面积。3.根据权利要求1所述的旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜的方法，其特征在于，所述步骤S02中的旋转式柱靶包括：内衬管，所述内衬管呈空心圆柱状，若干种金属靶片贴附于所述内衬管的外侧壁，且若干种金属靶片在内衬管中轴线法平面上的投影均不存在相互重合区域。4.根据权利要求3所述的旋转式柱靶分层溅射制备纳米多层薄膜的方法，其特征在于，所述旋转式柱靶包括：均为矩形条状薄片的第一金属靶片与第二金属靶片，且第一金属靶片与第二金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘远志，靳世旭，刘鑫，薛波，邓敏航，许文天，
申请(专利权)人：苏州博志金钻科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：