Ir/SiN/Si（100）薄膜的生长、表征和微加工研究

摘要

金属铱是面心立方结构晶体，原子序数是77，原子重量为192.2。金属铱拥有很多显著特性：1.比任何一种面心立方结构的金属都要硬；2.高抗拉伸强度和高熔点；3.高的化学稳定性和优异的抗氧化性；4.较高的电导率。该金属的独特性能奠定了其广泛的应用。 本文首先对金属铱这种特殊的难熔金属的发现做了简单的历史回顾，并全面概述了金属铱膜的性能、特点、制备方法和发展现状。金属铱提炼于金属铂溶于王水后的残留物质，呈银白色。由于块体的金属铱比较脆，较难加工，使得薄膜技术应用于该贵金属，从而扩大了金属铱的应用领域。金属铱薄膜与块体金属一样具有优异的特性。两类主要的制膜技术：化学气相沉积和物理气相沉积，都可用于制备金属铱膜。其中常见的是金属有机物化学气相沉积、电子束蒸发、脉冲激光沉积和磁控溅射。 本文选用超高真空磁控溅射方法制备金属铱膜。该磁控溅射的直流功率为65W，腔体压力为2×10-7Pa，基片为700℃。在打开基片挡板之前，金属铱靶先预溅射3min，以稳定溅射速率和保证沉积纯度，所得膜厚为100nm。本文采用的基片为Si3N4/Si(100)，其中Si3N4膜是采用低压化学气相沉积技术生长在Si(100)基片上，膜厚为100nm。该Si3N4具有无定形结构，可在今后的器件加工中起到腐蚀中止层的作用，同时具有改善铱膜表面平滑度的功能，所得铱膜更为密实。 本文采用多种测试手段对该金属铱膜进行了形貌、结构和性能分析。从原子力显微镜照片上看出，该金属铱膜的表面较为平整光滑，在1μm×1μm面积上均方根粗糙度为0.64nm。X射线衍射分析得到金属铱的一系列峰，分别代表Ir(111)，Ir(200)，Ir(220)，Ir(311)晶面，从强度比上观察，Ir(111)晶面取向占优。透射电镜结果与X射线衍射结果一致，该铱膜为多晶结构。由于X射线衍射谱上还发现有Ir的硅化物，透射电镜结果中也发现有非铱的晶相存在，可能是高温沉积导致基片与金属铱发生反应，生成铱的硅化物，因此需要深入研究。电性能是设计和加工金属铱薄膜器件的重要参数。运用四探针法测出该金属铱膜的电阻率为14.4x10-6Ωcm，高于块体电阻率(5.4×10-6Ωcm)。电阻率升高的原因初步估计为：薄膜厚度、细小的晶粒和缺陷密度变化使电子平均自由通路减少，另外，粗糙表面使导电离子发生散射和薄膜中的杂质，也都可能使电阻率升高。深入研究金属铱膜的电阻率变化，对加工金属铱膜感应器件起到重要作用。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1金属铱的研究背景

1.2铱薄膜

1.2.1金属有机化学气相沉积(MOCVD)

1.2.2物理气相沉积(PVD)

1.2.3离子束辅助电子束蒸发

1.2.4脉冲激光沉积(PLD)

1.2.5磁控溅射

第2章 实验

2.1磁控溅射沉积金属铱薄膜

2.1.1薄膜生长的模式

2.1.2磁控溅射的原理和设备介绍

2.2薄膜表面的表征(原子力显微镜)

2.3结构表征

2.3.1 X射线衍射分析(XRD)

2.3.2透射电镜测试分析(TEM)

2.4电性能

第3章 结果和讨论

3.1铱膜的沉积和图案的微加工

3.2表面分析(原子力显微镜)

3.3结构表征

3.3.1 X射线衍射分析(XRD)

3.3.2透射电子显微镜分析(TEM)

3.4电阻率测量

第4章 结论

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间所发表的论文