Sputter Deposition of Multifunctional Thin Films

Titel in Übersetzung: Magnetron Dampfphasenabscheidung von multifunktionalen dünnen Schichten

Martin Rausch

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

345 Downloads (Pure)

Abstract

Dünne Schichten, welche mittels Magnetronkathodenzerstäubung synthetisiert wurden, werden in einer Reihe verschiedener Anwendungen eingesetzt. Mo-basierte Schichten werden für Display- und Mikroelektronik-Anwendungen genutzt, während NiW-basierte Schichten für elektrochrome Fenster verwendet werden. In Bezug auf Prozessstabilität und Abscheideverhalten verschiedener Schichtsysteme im industriellen Maßstab gibt es jedoch aus wissenschaftlicher Sicht einige offene Fragen zu klären. In der vorliegenden Arbeit galt daher ein wesentliches Augenmerk der Prozessstabilität eines planaren Mo Targets im industriellen Maßstab. Systematisch wurde der Einfluss der Erosionsgrabentiefe des Targets auf verschiedene Schichteigenschaften untersucht, wobei ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Targetnutzungsdauer und Schichteigenschaften gefunden wurde. Die Änderung der Schichtqualität konnte auf einen wechselnden Beitrag der Energie der reflektierten Ar Atome auf den Gesamtenergieeintrag in die Schicht zurückgeführt werden. Ar Atome, welche von einer nicht erodierten Oberfläche reflektiert werden, tragen zu einem hohen Energieeintrag in die Schicht bei. Bildet sich ein Erosionsgraben aus, so ändert sich der Reflektionswinkel der Neutralteilchen, was zu einer Abnahme des Energieeintrages in die Schicht führt. Mit zunehmender Targeterosion nähert sich die Targetoberfläche an die hinter dem Target angebrachten Magnete an, was zu einem Anstieg an Ladungsträgern im Plasma und zu einer Erhöhung im Beschichtungsstrom führt. Dadurch bombardieren mehr Ar+ Ionen das Target, was zu einer erhöhten Anzahl an reflektierten Neutralteilchen führt. Dadurch erhöht sich der Energieeintrag in die Schicht wieder; dieses Ergebnis unterstreicht den Einfluss der reflektierten Neutralteilchen auf das Schichtwachstum und auf die Schichteigenschaften. Die Untersuchung des Abscheideverhaltens von MoAlTi und NiW Schichten von Rohrtargets im industriellen Maßstab erlaubte ähnliche Rückschlüsse. In beiden Fällen wurden reflektierte Ar Neutralteilchen als Hauptursache für das selektive Wiederverdampfen von Al und Ni aus der aufwachsenden Schicht identifiziert. Weil der Einfluss von reflektierten Ar Neutralteilchen auf das Schichtwachstum vom jeweiligen Beschichtungsdruck abhängt, erlaubt es dieser Effekt bis zu einem gewissen Grad, die elementare Zusammensetzung der Schichten individuell zu verändern. In Bezug auf die laterale Verteilung der Elemente zeigten die beiden Systeme MoAlTi und NiW jedoch gegensätzliches Verhalten, nachdem das „leichte“ Element Al gegenüber dem Target verarmt, das „leichte“ Element Ni jedoch angereichert wurde. Massenspektrometer-Messungen und Monte-Carlo Simulationen erlaubten, zwei Mechanismen zu identifizieren, die zu den beobachteten Effekten führen, nämlich ein Streuprozess-dominierter und ein Emissions-dominierter Mechanismus. Wenn die Masse des Targetelements kleiner als die Masse des Arbeitsgases ist, werden die verdampften Elemente vornehmlich gestreut, was zu einer Verarmung dieser gegenüber dem Target führt. Wenn die Masse des Targetelements größer als die Masse des Arbeitsgases ist, werden die Emissionscharakteristika der verdampften Atome konserviert und es kommt zur Anreicherung jenes Elementes gegenüber dem Target, welches näher zur Targetnormalen verdampft wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegende Arbeit den Einfluss von reflektierten Ar Neutralteilchen auf das Schichtwachstum von Einzelelement- und Multielementschichten unterstreicht, welcher nicht nur Mikrostruktur und damit verbundene Schichteigenschaften wie Eigenspannung und elektrischen Widerstand beeinflusst, sondern auch die elementare Schichtzusammensetzung. Die vorliegende Arbeit trägt daher zu einem besseren Verständnis der Magnetronkathodenzerstäubung sowohl für die industrielle Anwendung als auch für die akademische Forschung bei und ermöglicht dadurch eine effektivere Prozesskon
Titel in ÜbersetzungMagnetron Dampfphasenabscheidung von multifunktionalen dünnen Schichten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Cordill, Megan J., Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Mitterer, Christian, Betreuer (intern)
  • Schneider, Jochen M., Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Daniel, Rostislav, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Magnetron Dampfphasenabscheidung
  • Dünnschichtabscheidung
  • Schichtwachstum
  • Plasma
  • Massenspektrometer
  • Multielement Target

Dieses zitieren