Модель процесса реактивного магнетронного распыления двухкомпонентной составной мишени

В статье предложена модель для прогнозирования содержания металлических составляющих пленок сложных оксидов, наносимых методом реактивного магнетронного распыления двухкомпонентной составной мишени в среде Ar/O₂ рабочих газов. В модели учитывались коэффициенты распыления и ионно-электронной эмиссии распыляемых металлов и их оксидов, распределение плотности ионного тока на мишени и скорости химической реакции образования оксидов этих металлов. Для верификации предложенной модели проведены исследования элементного состава пленок оксида титана-алюминия, нанесенных магнетронным распылением Ti-Al составной мишени в среде Ar и Ar/O₂ рабочих газов. Установлено, что модель адекватно описывает изменение содержания металлов в нанесенных пленках при изменении потока кислорода в камеру. Погрешность моделирования – не более 10 %, что позволяет применять модель для прогнозирования содержания металлов в пленке при реактивном распылении двухкомпонентных составных мишеней.

1. Robertson J., Wallace R. M. (2015) High-K Materials and Metal Gates for CMOS Applications. Materials Science and Engineering R. (88), 1-41. https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.11.001.

2. Madhuri K. V. (2014) Transition Metal Oxides and their Composite Thin Films. Advanced Research in Engineering Sciences “ARES” Journal. 2 (3), 2-13.

3. Nakano J., Miyazaki H., Kimura T., Goto T., Zhang S. (2004) Thermal Conductivity of Yttria-Stabilized Zirconia Thin Films Prepared by Magnetron Sputtering. J. Ceram. Soc. of Jap. 112, S908-S911. https://doi.org/10.14852/jcersjsuppl.112.0.S908.0.

4. Golosov D. A., Melnikov S. N., Dostanko A. P. (2012) Calculation of the Elemental Composition of Thin Films Deposited by Magnetron Sputtering of Mosaic Targets. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 48 (1), 52-59.

5. Depla D., Mahieu S. (ed.) (2008) Reactive Sputter Deposition. Springer Publ.

6. Berg S., Blom H. O., Larsson T., Nender C. (1987) Modeling of Reactive Sputtering of Compound Materials. J. Vac. Sci. Technol. A. 5 (2), 202-207. https://doi.org/10.1116/1.574104.

7. Barankova H., Berg S., Nender C., Carlsson P. (1995) Hysteresis Effects in the Sputtering Process Using Two Reactive Gases. Thin Solid Films.260 (2), 181-186. https://doi.org/10.1016/0040-6090(94)06501-2.

8. Dreer S., Krismer R., Wilhartitz P. (1999) Multidimensional Optimisation of Process Parameters by Experimental Design for the Deposition of Aluminium and Silicon Oxynitride Films with Predictable Composition. Surface and Coatings Technology. 114 (1), 29-38. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00017-1.

9. Moradi M., Nender C., Berg S., Blom H. O., Belkind A., Orban Z. (1991) Modeling of Multicomponent Reactive Sputtering. J. Vac. Sci. Technol. A. 9 (3), 619-624. https://doi.org/10.1116/1.577376.

10. Martin N., Rousselot C. (1999) Modelling of Reactive Sputtering Processes Involving Two Separated Metallic Targets. Surface and Coatings Technology. 114 (2-3), 235-249. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00051-1.

11. Laegreid N., Wehner G. K. (1961) Sputtering Yields of Metals for Ar+ and Ne+ Ions with Energies from 50 to 600 eV. J. Appl. Phys. 32 (3), 365-369. https://doi.org/10.1063/1.1736012.

12. Goeckner M. J., Goree J. A., Sheridan T. E. (1991) Monte Carlo Simulation of Ions in a Magnetron Plasma. IEEE Trans. Plasma. Sci. 19 (2), 301-308. https://doi.org/10.1109/27.106828.