tan薄膜的残余应力研究

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1、哈尔滨工程大学本科生毕业论文摘要本文以TaN薄膜中的残余应力为主要研究对象，分别从实验和理论上对薄膜中的残余应力进行了分析。所研究TaN薄膜由物理气相沉积的方法制得，制备过程中以不同参数为变量，如反应气体流量、基体温度、功率、工作压力等。使用扫描电镜观察了薄膜的组织形貌，用能谱仪测量了薄膜的成分，用X射线衍射仪标定了薄膜的相结构，用X射线应力测量仪测量了薄膜在不同工艺下的残余应力，并从量子力学角度分析残余应力产生的原因。结果表明：随着氮气流量的增加，薄膜的晶粒变细，薄膜中氮含量升高，相转变为单一的面心立方TaN，残余应力升高；基体温度升高，残余应力增大；工作压力增加，残余应

2、力升高；此外，溅射功率的改变导致薄膜厚度的改变，进而引起薄膜中残余应力改变。当氮气流量2sccm，基体温度25℃，功率150W，工作压力0.3Pa时，沉积得到的TaN薄膜残余应力最小。关键词：TaN薄膜；残余应力；物理气相沉积；相分析哈尔滨工程大学本科生毕业论文ABSTRACTInthispaper,theTaNfilmswerepreparedbyphysicalvapordeposition(PVD).TheresidualstressinTaNfilmswasdeterminedbyX-raydiffractionmethodsandtheinfluencesoffi

3、lmdepositionparameters,suchasreactivegasflux,substratetemperature,powerandworkingpressure,ontheresidualstresswereinvestigated.Themechanismofresidualstressformationwasdiscussedbyquantummechanicstheory.Themicrostructures,compositionsandphaseswerealsostudiedbymeansofscanningelectronmicroscope

4、(SEM),energydispersespectroscopy(EDS)andX-raydiffraction(XRD),respectively.ResultsshowthattheTaNfilmsdepositedonhighernitrogengasfluxhavefinergrains,highernitrogencontent,singlefcc-TaNphasestructureandhigherresidualstress.Withtheincreaseofthefilmdepositiontemperaturetheresidualstressinthef

5、ilmincreases.Theresidualstressinthesefilmsdepositedonthehigherworkpressureisalsohigher.Inaddition,thesputteringpoweraffectsthefilmthicknessandsequentiallyinfluencestheresidualstressinthefilm.ThefollowingdepositionconditionsmaybeinfavorofpreparingtheTaNfilmwithlowestresidualstress:nitrogeng

6、asfluxof2sccm,substratetemperatureof25℃,powerof150W,workingpressureof0.3Pa.Keywords：TaNfilms；residualstress；physicalvapordeposition；phaseanalysis哈尔滨工程大学本科生毕业论文目录第1章绪论11.1概述11.2物理气相沉积21.2.1物理气相沉积（PVD）概述21.2.2溅射技术31.2.3磁控溅射51.3钽系薄膜的性能及应用71.3.1钽的基本性能71.3.2氮化钽的性能与应用71.4薄膜残余应力81.4.1薄膜残余应力的产生91.

7、4.2残余应力测定原理101.4.3薄膜残余应力的测定方法141.5本毕业设计的内容16第2章TaN薄膜的制备及表征方法172.1实验设备及材料172.1.1实验设备172.1.2实验材料172.2薄膜的制备过程172.2.1薄膜制备条件172.2.2基片前处理172.2.3溅射182.3薄膜的表征192.3.1物相（XRD）的测定19哈尔滨工程大学本科生毕业论文2.3.2组织形貌观察（SEM）202.3.3残余应力测试212.6本章小结23第3章实验结果及分析243.1反应气体流量的影响243.1.1薄膜组织形貌