錫薄膜の堆積速度に対するアーク源電流の影響

- Jun 21, 2018-


堆積速度は、TiN膜の性能に大きな影響を及ぼす。 高い堆積速度で調製されたフィルムは、より良好な硬度および結合強度でより緻密であり、より低い堆積速度で調製された薄膜はより緩やかである。 堆積速度とアーク源電流は大きな関係があり、研究はTiN膜の堆積速度がカソード電流密度に比例することを示しており、その計算式は次のとおりである。

 

R = Jm /eρ

 

式中、薄膜のR堆積速度; J-カソード電流密度; TiNのm分子量; 電子電子電荷; ρ - TiNの理論密度

 

図4は、この研究における走査電子顕微鏡法によって測定されたアーク源電流の変化に伴う膜厚の変化図である。 アークソース電流が増加するにつれて、堆積速度およびTiN膜層の厚さが増加し、式と完全に一致することが分かる。 アークソース電流が40Aの場合、成膜速度は非常に遅く、TiN成膜速度は625nm / hである。 アークソース電流を100Aに増加させると、TiN膜の堆積速度は同じ条件下で1857nm / hに達する。

 

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図4アークソース電流によるTiN膜の厚さ変化

 

図5アークソース電流による真空チャンバ温度の変化

 


さらに、アーク源電流が増加すると、目標表面温度と真空チャンバ温度の両方が上昇します(図5)。 一方では、より多くのTiがターゲットから蒸発するので、より多くのTi粒子がイオン化し、イオン化されたNと相互作用してTiN膜を形成する。 一方、基板(試料)表面においては、温度上昇により粒子拡散工程が容易になり、成膜速度が速くなる。 同時に、化学反応の観点から、真空チャンバの温度が上昇するため、TiとNとがTiNに結合しやすくなり、多量のNイオンが反応し、その結果、真空チャンバーの真空度では疎なプラズマ中で基板の表面への粒子の障害が弱まり、基板(試料)の表面に到達して膜中に堆積するパーティクルが多くなり、増加する。