[发明专利]提高铜膜抗氧化性能的等离子浸没离子注入方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种材料表面改性技术领域的方法，特别是一种提高铜膜抗氧化性能的等离子浸没离子注入方法。

背景技术

铜具有优异的导电性能(块体材料的电阻率为1.69μΩ·cm，因此被广泛用作导电材料，尤其是铜膜，已被广泛应用于电子行业，如用于超大规模集成电路和用作薄膜晶体管等。但是铜膜在室温下即易氧化生成氧化铜或氧化亚铜，而用于电子元件或电子线路时，会因通过电流而发生升温现象，使铜膜的氧化现象更为严重，铜的氧化最终会影响铜电子元件的导电性能，使电子元件或电路失效；另外，铜氧化后表面颜色发生明显变化，且其氧化产物因疏松而易与基体发生剥离现象，严重影响铜电子元件的使用寿命。由此可知，铜膜的氧化制约了其在电子行业中的更广泛应用。因此，提高铜膜的抗氧化性能对电子行业有重要的现实意义和经济意义。

经对现有技术文献的检索发现，中国发明专利号：ZL 200510126140.4，专利名称：“改善电镀薄膜均匀性的电镀方法”，公开了一种改善铜膜均匀性的电镀方法，用以提高半导体基板的开口和基板表面上的电镀铜膜质量。其主要工艺为利用反向电流进行除镀步骤，于短时间内移除部分铜与过量累积的促进剂，使接着进行的再电镀步骤可得到均匀的上表面。

另外，中国发明专利号：ZL 95100364.X，专利名称：“在陶瓷基材上涂覆铜膜的方法”中，公开报道一种在陶瓷基材上涂覆铜膜的工艺方法，具体工艺为先在陶瓷基材上形成含铜的底涂层，然后在氧化气氛中将此底涂层进行热处理，然后在还原溶液中将此氧化铜层还原为铜层，最后在此铜层上形成附加铜层，即得铜膜。

上述两项技术都提出了铜膜制备工艺，但其制备工艺较为繁复，且在铜膜制备过程中均须采用溶液，容易造成环境污染，使后续生产成本增加，而且制备所得的铜膜没有采取其他后续工艺处理，由此所得的铜膜在使用环境中很容易发生氧化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种提高铜膜抗氧化性能的等离子浸没离子注入方法。本发明采用磁控溅射方法沉积铜膜，并用等离子浸没离子注入方法对其进行表面改性，通过调节占空比参数，使铜膜抗氧化性能实现不同程度的提高，具有重要的理论意义和实用价值。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明包括如下步骤：

步骤一：取普通玻璃基片若干，将其先后置于去离子水和有机溶剂中超声清洗，烘干备用。

步骤一中所述的有机溶剂依次为无水丙酮和无水乙醇。

步骤二：将清洗后的玻璃基片固定在磁控溅射设备样品台上，采用沉积工艺制备铜膜。

步骤二中所述的铜膜所用靶材为纯铜，纯度为99.995％。

步骤二中所述的沉积工艺，是指：沉积预处理为溅射清洗，清洗所选气体为Ar，时间长为5min；本底真空度为4×10^-3Pa，工作气压为4×10^-1Pa，Ar流量为20SCCM，膜厚为800-900nm；

步骤三：将沉积所得均匀薄膜取出并放置于等离子浸没离子注入设备样品台上，利用金属棒作为靶源，进行离子注入处理，将所得铜膜置于加热炉氧化。

步骤三所述的离子注入处理，是指：本低真空度为5×10^-4Pa，工作气压为1×10^-2Pa，注入元素为Al，工件负偏压为-25kV～-40kV，离子注入剂量为1×10¹⁷～3×10¹⁷ions-cm^-2；脉冲占空比为0.05～0.70。

所述的置于加热炉氧化，氧化气氛为空气，氧化温度为200℃，保温时间为0.5h；

所述的氧化包括三个具体步骤：

(1)将放有铜膜的加热炉从室温升至200℃，其升温速率为20℃-min^-1；

(2)加热炉在200℃保温1h；

(3)将加热炉自然冷却至室温。

本发明用磁控溅射工艺方法制备铜膜，较易获得表面平整的膜层。采用Al元素对铜膜进行离子注入表面改性，是因为与铜相比，铝更易与氧结合，且氧化铝膜层远较铜氧化物层致密，可以阻止氧的进一步深入；另外，本发明旨在提高电子行业应用铜膜的抗氧化性能，Al的导电性仅次于铜，从理论上讲，Al元素的注入应对铜膜的导电性能影响不大。

本发明制备铜膜，具有以下优点：

(1)采用高纯铜靶材，并在真空环境中进行沉积，可保证铜膜的高纯度；

(2)沉积过程中无须出现电镀或化学镀所需溶液，具有高度的环保性；