フィルムの成長

- Jan 06, 2018-

すべての薄膜堆積プロセスは、3つのステップからなる。


1.フィルム形成種の生成

2.源から基質へのこれらの種の輸送

3.基板上での凝縮およびステッチング


PVDでは、第1のステップは蒸発またはスパッタリングであり、第2のステップは、プロセス圧力が非常に低く、圧力が高い場合には衝突の可能性が低い場合や流れの輸送がある場合に見通し輸送を意味する。 輸送のタイプは、第3ステップにおけるフィルムの実際の成長に影響を及ぼす。


原子が基板表面に到達して吸着されると、原子は脱着されるか、またはエネルギーの良い好ましい場所に付着するまで表面上を拡散する。 この表面拡散は、原子が表面に到達したときにどのようなエネルギーを有するか、および例えば加熱またはイオン衝撃によって追加のエネルギーによって基板が供給されるかどうかに依存する。 原子のエネルギーは堆積チャンバ内の圧力に依存し、高圧は衝突時のエネルギー損失によるエネルギーを減少させる。 表面のイオン衝撃は、プラズマに基づく方法で可能であり、プラズマに対する基板の負のバイアス電圧によって制御することができる。


原子が表面の別の膜原子に付着すると、低移動度の対が生成され、これにより、別の原子がそれらに付着する確率が高くなります。 臨界数の原子または臨界核サイズでは、核が形成される。 これらの核は結晶島に成長し、互いに合流して最終的に連続したフィルムを形成する。 プロセスパラメータに依存して、膜の成長は異なる微細構造を与える様々な方法で継続する。 フィルムは、レイヤーごと、または3Dアイランドで、またはこれらの2つの成長モードの組み合わせで成長することができます。


PVDでは、膜成長はしばしば柱状であり、すなわち、晶子は、それらの間に多かれ少なかれ発達した粒界を有する柱状に成長する。 粒界はボイドを含み、膜のほとんどの特性を劣化させる可能性があるが、実際の緻密で柱状の膜は、例えば優れたトライボロジー特性を有することができる。 フィルム中の完全な高密度の微細構造がしばしば非常に望ましい。 高密度の微細構造は、成長する膜のイオン衝撃によって促進されるので、そのような膜は、高密度プラズマにおけるPVD法によって堆積されることが多い。


膜の微細構造に対する堆積条件の影響に関するいくつかの膜成長モデルが開発されている。 温度/融解温度比(T / T m)が異なるために異なる成長モード(ゾーン)がダイアグラムで識別される経験的構造ゾーンモデルが一般的に使用される。 そのようなモデルの広範なレビューは1977年にJohn A. Thorntonによって出版され、ここでこれについて簡単にまとめています。 MovchanとDemchishinは次のように分類した。ゾーン1は、T / Tm <> ゾーン2は、0.3 <> ゾーン3は、0.5 <> このゾーンの構造および特性はバルク材料に近い。 Thorntonはプロセスガス圧力の影響が図の第2の軸に加えられる拡張モデルを提案している。 この図では、ゾーン1とゾーン2との間で第4のゾーン(ゾーンT、遷移)を識別することができる。ゾーンT構造は、ボイド粒界を有さずに緻密で繊維状である。


blob.png