大气压感应耦合等离子体在聚酰亚胺上制备铜薄膜机理研究

Cu film deposition is one of the critical problems in the development of micro electronics and photoelectron technology, whose preparation technology is significant for the development of the industry. Using atmospheric inductively coupled plasma (ICP) technology, the project is to deposite Cu thin film on polyimide. We will study the plasma jet properties in different plasma gas and with mixed Cu micro powder; By analyzing the key prapameters (active components, temperature, density, and velocity) of plasma jet, and considering micro-morphology, structure chemical form，adhesive property and adhesive force of Cu film, we will research the motion state and physical-chemical behavior, illuminate the cladding mechanism of Cu powder in plasma jet, and announce the discipline of Cu state transition and film forming. The prospective research results have important scientific value and significance in the preparation Cu film on polyimide.

铜薄膜是微电子和光电子行业的重要材料，其制备技术对于该行业的发展具有重要的意义。本项目拟采用大气压感应耦合等离子体射流技术，在聚酰亚胺上熔覆铜薄膜。研究不同工作介质（Ar、Ar/H2）以及混合铜粉后等离子体射流的特性；通过分析等离子体射流关键参数（活性粒子成分、温度、密度和射流速度等），并结合铜薄膜微观形貌、结构、化学形态、附着特性和附着力的表征，研究铜粉颗粒在等离子体射流中的运动状态及物理化学行为，阐明铜粉在等离子体射流作用下的熔覆机理，揭示成膜过程中铜粉状态转化及成膜的规律。预期研究结果对于聚酰亚胺上铜薄膜的制备具有重要的科学意义和应用价值。

聚酰亚胺(PI)已广泛应用于电子封装和微电子工业，包括粒子屏障、钝化和应力缓冲层、多层互连的层间介质，以及连接电位涂层膜。然而，这种普通的薄膜技术代价昂贵且耗时。因此，有必要开发一种快速、经济的工艺。目前，为了提高铜膜的沉积速率和质量，我们正在开发一种无电极等离子喷涂技术，在我们的最新作品中，在低温的条件下，将微铜粉用于纯金属镀层中，用于聚酰亚胺的纯金属镀层。.在此基础上，对大气压感应耦合等离子体特性进行了实验和数值研究。本文介绍了射频驱动的大气压感应耦合等离子体。我们分析了射频驱动的感应耦合等离子体射流的电特性，ICCD摄像机的实验观测，以及光学发射光谱(OES)对等离子体的诊断。我们在LTE等离子体和非LTE等离子体上对气体温度进行了光谱诊断。另外，在LTE常压等离子体数值模拟的基础上，介绍了Ar APPJ中非平衡等离子体的双温数值模拟。对数值模拟结果和实验数据进行了比较分析。.第一步，为了防止沉积铜膜的氧化，我们研究了将H2加入Ar等离子体对膜特性的影响。第二步，我们在空气中沉积了铜薄膜，以测试金属和聚酰亚胺的界面和基底损伤。在第三步，为了避免空气中沉积铜膜的氧化，我们在大气压力下保持了在N2气氛中的APPJ沉积。我们发现，通过在Ar APPJ中加入少量的H2气体，在N2气氛中沉积，Cu膜的质量得到了明显的改善。产生的铜薄膜的微观结构由α-step台阶仪,场发射扫描电子显微镜(FESEM),能量色散谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、x射线光电子能谱(XPS能谱)和四探针测量进行表征。因此，在低温条件下，应用APPJ作为快速金属镀层的热源。所有的等离子体特性和Cu膜的结果都将使我们对改进过程的机理和可能性有更深入的了解。