Einfluss der Prozessparameter auf Struktur und Wachstumsmorphologie von Ti-TiN-Al(Cu) Multilagenschichten

Abstract

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit den Einflüssen von ausgewählten Prozessparametern auf die Struktur und die Wachstumsmorphologie von Multilagenschichten aus Titan, Titannitrid und einer Aluminium-Kupfer-Legierung (0,5 Massenprozent Kupfer). Es wurden zwei getrennte Probenserien untersucht. Bei der ersten Probenserie erfolgte nur die Abscheidung der Schichten aus Titan und Titannitrid. In der zweiten Probenserie wurde auf neuen Wafern die komplette Schichtabfolge aufgetragen. Die Untersuchungen erfolgten mit XRR, XRD, TEM und konfokaler optischer Profilometrie. Es zeigte sich, dass bei den Schichten aus Titan und Titannitrid hohe Temperaturen und eine lange Verweildauer im Vakuum einen maßgeblichen Einfluss auf die Vergröberung des Gefüges und die Erhöhung der Oberflächenrauheit haben. Hohe Sputterleistungen begünstigen die Bildung kleinerer Körner. Das Ausbleiben der Reinigung des Titan-Targets nach dem reaktiven Sputtern wirkt sich nur geringfügig aus. Bei den Lagen aus Al(Cu) fördern hohe Temperaturen sowie eine längere Verweildauer die (111)-Orientierung der Kristalle, welche glattere Oberflächenstrukturen bewirken. Bei hohen Sputterleistungen und niedrigen Temperaturen bilden sich durch die geringere Mobilität verstärkt energetisch weniger begünstigte (200)-orientierte Körner, welche aufgrund des pyramidenförmigen Wachstums zu höheren Oberflächenrauheiten führen

The subject of this diploma thesis is the determination of the influence of certain process parameters on the structure and the growth morphology of multilayer coatings of titanium, titanium nitride and an aluminium-copper-alloy (0,5 wt% copper). Two series of samples were examined. In the first sample series only the layers of titanium and titaniumnitride were deposited. The second series consists of the full layer sequence. The examination was conducted with XRR, XRD, TEM and confocal optical profilometry. Higher temperatures and long resting times in vacuum lead to coarsement and the increase of surface roughness. A high sputtering power supports the formation of fine-grained structures. The absence of cleaning the titanium-target after reactive sputtering has only small effects. High temperatures and long resting times during production of the aluminium-copper-layer support the (111)-orientation, leading to smoother surfaces. At high suppering power and low temperatures the low mobility increases the formation of the energetic less preferred (200)-orientation, which leads to higher surface roughness because of the pyramid shaped growth.