Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.203-203
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2010
Nano-crystalline Si thin films were deposited on polymer and glass by inductively coupled plasma (ICP) - assisted RF magnetron sputtering at low temperature in an argon and hydrogen atmosphere. Internal ICP coil was installed to increase hydrogen atoms dissociated by the induced magnetic field near the inlet of the working gases. The microstructure of deposited films was investigated with XRD, Raman spectroscopy and TEM. The crystalline volume fraction of the deposited films on polymer was about 70% at magnetron RF power of 600W and ICP RF power of 500W. Crystalline volume fraction was decreased slightly with increasing magnetron RF power due to thermal damage by ion bombardment. The diffraction peak consists of two peaks at $28.18^{\circ}$ and $47.10^{\circ}\;2{\theta}$ at magnetron RF power of 600W and ICP RF power of 500W, which correspond to the (111), (220) planes of crystalline Si, respectively. As magnetron power increase, (220) peak disappeared and a dominant diffraction plane was (111). In case of deposited films on glass, the diffraction peak consists of three peaks, which correspond to the (111), (220) and (311). As the substrate temperature increase, dominant diffraction plane was (220) and the thickness of incubation (amorphous) layer was decreased.
MgO thin films were deposited by internal ICP-assisted reactive-magnetron sputtering with bipolar pulse bias on a substrate to suppress random arcs. Mg is reactively sputtered by a bipolar pulsed DC power of 100 kHz into ICP generated by a dielectrically shielded internal antenna. At a mass flow ratio of $Ar/O_2$ = 10 : 2 and an ICP/sputter power ratio of 1 : 1, optimal film properties were obtained (a powder-like crystal orientation distribution and a RMS surface roughness of approximately 0.42 nm). A bipolar pulse substrate bias at a proper frequency (~a few kHz) prevented random arc events. The crystalline preferred orientations varied between the (111), (200) and (220) orientations. By optimizing the plasma conditions, films having similar bulk crystallinity characteristics (JCPDS data) were successfully obtained.
Niobium nitride coatings have many potential thin film applications due to their chemical inertness, good mechanical properties, temperature stability and superconducting properties. In this study, $NbN_x$ coatings were prepared by inductively coupled plasma (ICP) assisted DC magnetron sputtering method on the surface of AISI 304 austenitic stainless steels. Effects of target power were studied on mechanical and chemical properties of the coatings. The coating structure was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The coating hardness was measured by micro-knoop hardness tester. The coating thickness was measured using a 3D profiler and wear characteristics were estimated using a ball-on-disk wear tester. The thickness of the $NbN_x$ coatings increased linearly from 300 nm to 2000 nm as the Nb target power increased, and it showed over $HK_{0.005}$ 4000 hardness above Nb target power of 300 W. Hexagonal ${\delta}^{\prime}$-NbN phase and cubic ${\delta}$-NbN phase were observed in the coating films and the hardness of the NbNx coatings was higher when these two peaks were mixed. The corrosion resistance increased with the increase of the Nb target power.
Process analysis was carried out during deposition of MgO by inductively coupled plasma assisted reactive magnetron sputtering in Ar and $O_2$ ambient. At the initiation of Mg sputtering with bipolar pulsed dc power in Ar ambient, total pressure showed sharp increase and then slow fall. To analyse partial pressure change, QMS was used in downstream region, where the total pressure was maintained as low as $10^{-5}$ Torr during plasma processing, good for ion source and quadrupole operation. At base pressure, the major impurity was $H_2O$ and the second major impurity was $CO/N_2$ about 10%. During sputtering of Mg in Ar, $H_2$ soared up to 10.7% of Ar and remained as the major impurity during all the later process time. When $O_2$ was mixed with Ar, the partial pressure of Ar decreased in proportion to $O_2$ flow rate and that of $H_2$ dropped down to 2%. It was understood as Mg target surface was oxidized to stop $H_2$ emission by Ar ion sputtering. With ICP turned on, the major impurity $H_2$ was converted into $H_2O$ consuming $O_2$ and C was also oxidized to evolve CO and $CO_2$.
NbN coatings were prepared by ICP (inductively coupled plasma) assisted magnetron sputtering from a Nb metal target in $Ar+N_2$ atmosphere at various ICP powers. Effect of ICP on the microstructure, crystalline structure and mechanical properties of NbN coatings was investigated by field emission electron microscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and nanoindentation measurements. The results show that ICP power has a significant influence on coating microstructure, structure and mechanical properties of NbN coatings. With the increasing of ICP power, coating microstructure evolves from the columnar structure of DC process to a highly dense one. Crystalline structure of NbN coatings were changed from cubic ${\delta}$-NbN to hexagonal ${\beta}-Nb_2N$ with increase of ICP power. The maximum nano hardness of 25.4 GPa with Ra roughness of 0.5 nm was obtained from the NbN coating sputtered at ICP power of 200 W.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.95-95
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2012
스터퍼링 기술이 1852년 Grove에 의해서 최초 발견되어 1979년 Chapin에 의해서 planar magnetron cathode 개발로 진공코팅기술의 새로운 영역을 열게 되어 현재까지 디스플레이, 반도체, 태양전지, 광학산업 및 전자부품 등 나노 산업에 필수적으로 적용되고 있다. 스퍼터링 입자는 운동량 전달에 의한 것으로 운동량을 갖는 나노 스퍼터링 입자는 기판에 대한 박막의 부착력이 우수하고 대면적에 균일하고 재현성 있게 성막되는 특징을 갖고 있다. 마그네트론 스퍼터링 기술이 산업에 응용되면서 주로 4분야에서 많은 연구, 개발이 되어져 왔다. 첫째는 타겟의 고순도 및 고밀도화와 더불어 가격이 고가로 됨에 따라 타겟 사용효율의 향상이다. 플라즈마를 발생시키는 캐소드의 자기회로를 1차원, 2차원 및 회전운동을 통해서 사용효율을 향상시키고 있다. 둘째는 기판에 대해서 박막특성이 균일하도록 코팅하는 것이다. 디스플레이에서는 글래스 기판이 대면적으로 됨에 따라서 핸들링이 어려워져 여러 개의 캐소드 자기회로를 선형적으로 이동시켜 박막두께분포를 최적화하며 반응성 가스를 사용해서 균일한 특성의 박막을 제작하는 경우에는 가스분사관과 배기펌프계의 기하학적 위치 및 가스 유동학적 해석이 필요하다. 셋째는 스퍼터링 입자의 이온화로 의한 박막의 특성향상과 반도체 trench의 높은 aspect ratio hole을 채우는 것이다. 이온화 방법으로는 inductively coupled plasma (ICP), microwave amplified (MA), high power impulse (HIPI), hollow cathode magnetron (HCM), self-sustained sputtering 등이 사용되어져 왔으며 최근에는(neutral beam-assisted sputtering (NBAS)에 의한 박막특성향상 방법이 발표되고 있다. 넷째는 플라즈마 및 박막두께 시뮬레이션에 대해서 많은 발표가 되고 있다. 본 발표에서는 상기의 4 분야를 포함한 향후 개발방향에 대해서 소개할 예정이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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