金属薄膜生长中物理参量及界面结构的椭偏光谱实时监控研究

金属薄膜在集成电路和太阳电池等领域都有重要应用，如作为互连线的Al-Si-Cu系合金，GaAs-A1GaAs等超晶格薄膜和作为电极的Ti/Pd/Ag金属膜电极等等，其中解决金属薄膜的界面结构层物理问题是应用的关键，而这与金属薄膜生长机制有关。本申请项目提出采用椭圆偏振光谱和透射光谱相结合对金属薄膜生长进行实时监控，研究金属薄膜生长时的椭偏光谱及透射光谱参数变化规律与膜界面结构层信息如界面态密度与缺陷分布等的相关性；研究金属薄膜界面结构层对电接触的影响和形成机理及监控；研究金属薄膜生长实时监控最佳方法和相关硬件设计加工及软件程序。具体研究Al-Si-Cu系等金属合金薄膜和Ti/Pd/Ag等多层金属薄膜从岛状→沟状→连续状初期生长过程的椭偏光谱及透射光谱参数变化规律与膜界面结构层信息如界面态密度、缺陷种类及分布、欧姆接触或整流接触、折射率分布、消光糸数分布等的关联性，由此制备出优质金属薄膜。

本课题在硬件上自制了真空室内小型椭圆偏振光谱实时监控系统。该系统采用了光纤光谱仪作为样品反射光谱和透射光谱的探测系统, 并且将该系统封装在密封盒。为克服真空设备不可避免的振动给监控系统带来的测量误差, 本课题工作创新点之一是：将样品台和上述实时监控系统等设计成一体化结构。. 本课题在在软件上根据金属薄膜光学理论建立了椭圆偏振光谱实时监控系统测得的薄膜椭偏光谱参数(Ψ(λ),Δ(λ))与金属薄膜光学光谱参数(n(λ),k(λ),d(λ))之间的关系，在此基础上根据金属生长的特点编写了相应的理想模型下的计算软件和修正模型下的计算软件。这种计算有正演计算即由金属薄膜光学光谱参数(n(λ),k(λ),d(λ))计算薄膜椭偏光谱参数(Ψ(λ),Δ(λ))和反演计算即由薄膜椭偏光谱参数(Ψ(λ),Δ(λ))计算金属薄膜光学光谱参数(n(λ),k(λ),d(λ))，反演计算需要采用寻优计算理论，我们采用统计试验法和单纯形法相结合进行反演寻优计算。.本课题在上述硬软件工作的基础上系统地研究金属薄膜的生长规律即研究了AlCu(3%Cu)膜, AlCuSi(3%Cu0.3%Si)膜, Ti钛膜，Pd钯膜，Ag银膜，Au金膜,TiPd复合多层膜，TiPdAg复合多层膜，铟锡氧化物透明导电膜ITO膜，掺铝氧化锌透明导电膜AZO膜，ITO和Au复合多层膜，AZO和AlCu(3%Cu)复合多层膜等金属薄膜及其复合多层膜的生长规律。研究表明： .单层金属薄膜生长一般表现出分散颗粒→颗粒随机组合→岛状颗粒→长大成群→数个岛状颗粒连接→沟壑形成→沟壑边缘向外扩张→连成一片形成薄膜。但各金属薄膜生长有各自生长特点，如钛金属颗粒与硅结合比较牢，这是因为岛状颗粒比较稳定。 .本课题研究发现：金属薄膜生长从颗粒到岛状等最后到连续膜时其椭圆偏振光谱参数(Ψ(λ),Δ(λ))变化很大，因此，可以通过椭圆偏振光谱来监控金属薄膜生长初期的过程如可通过加温等工艺形成连续膜的过程。另外在金属薄膜连续膜生长过程中出现异常，也可以在实时监控系统测得的薄膜椭偏光谱参数(Ψ(λ),Δ(λ))中立刻反映出了，如金属靶溅射过程中常出现的金属靶中毒。因此，本实时监控可以在线测知金属薄膜质量。.本课题研究成果如下：研制出真空室内小型椭圆偏振光谱实时监控系统和相关计算软件；研究了单层金属薄膜和复合多层金属薄膜生长规律；探索了金

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