@phdthesis{Wrehde2009,
  author    = {Stefan Wrehde},
  title     = {Untersuchungen zur reaktiven Abscheidung von TiNx und TiOx in einem DC-Magnetronplasma},
  journal    = {Investigations on the reactive deposition of TiNx and TiOx in a DC-magnetron plasma},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-000717-9},
  year      = {2009},
  abstract  = {In dieser Arbeit wurden Experimente an einem DC-Magnetron-Beschichtungsplasma zur (reaktiven) Abscheidung von Ti, TiNx und TiOx-Schichten durchgef{\"u}hrt. Das Ziel war es, durch Korrelation von Messungen des Ionen- und des Energieeinstroms auf das Substrat w{\"a}hrend des Beschichtungsvorgangs mit Analysen der abgeschiedenen Schichten Aussagen {\"u}ber die Zusammenh{\"a}nge von Abscheidebedingungen und Schichteigenschaften zu treffen. Von besonderem Interesse waren hierbei die Unterschiede zwischen den beiden Betriebsmodi des eingesetzten Magnetrons (balanced mode und unbalanced mode), da sich {\"u}ber diesen Parameter der Ioneneinstrom auf das Substrat signifikant beeinflussen l{\"a}sst, sowie der Einfluss hochenergetischer negativ geladener Ionen, die beim Einsatz von Sauerstoff im Gegensatz zu dem von Stickstoff als Reaktivgas auftreten. Die Maxima der mittels energieaufgel{\"o}ster Massenspektrometrie gemessenen Energieverteilungen aller Ionenspezies liegen im unbalanced mode im Vergleich zum balanced mode bei um etwa 0,2...1 eV h{\"o}herer Energie. Der im Wesentlichen von den einfach positiv geladenen Argonionen und bei hohem Reaktivgasfluss den molekularen Reaktivgasionen getragene Gesamtioneneinstrom auf das Substrat ist im unbalanced mode deutlich h{\"o}her als im balanced mode. Der mit Hilfe einer Thermosonde gemessene Energieeinstrom auf das Substrat steigt linear mit der Entladungsleistung an. Im unbalanced mode ist er, bedingt durch den h{\"o}heren Gesamtioneneinstrom auf das Substrat und die gr{\"o}{\"s}ere mittlere Energie aller Ionenspezies, um mehr als eine Gr{\"o}{\"s}enordnung h{\"o}her als im balanced mode. Eine Abh{\"a}ngigkeit des Energieeinstroms vom Reaktivgasfluss wurde nicht beobachtet. Die r{\"o}ntgenreflektometrisch gemessenen Beschichtungsraten steigen {\"u}ber der Entladungsleistung linear an und sind im unbalanced mode trotz geringerer Sputterraten am Target um ca. 10...20 \% h{\"o}her als im balanced mode. Die Begr{\"u}ndung hierf{\"u}r liefert der im unbalanced mode deutlich h{\"o}here Energieeinstrom auf das Substrat. Durch diesen erh{\"o}hten Energieeintrag in die aufwachsenden Schichten steht im unbalanced mode mehr Energie f{\"u}r Prozesse an der Oberfl{\"a}che, wie die Oberfl{\"a}chendiffusion, zur Verf{\"u}gung. Die somit verbesserte laterale Mobilit{\"a}t der Teilchen an der Oberfl{\"a}che f{\"u}hrt dazu, dass diese besser in die wachsende Kristallstruktur eingebaut werden k{\"o}nnen. Damit ergibt sich letztendlich im unbalanced mode trotz des geringeren Teilcheneinstroms in allen untersuchten Plasmen eine h{\"o}here Abscheiderate von Titan auf dem Substrat. Der Energieeinstrom auf das Substrat ist demnach durch seinen signifikanten Einfluss auf die laterale Mobilit{\"a}t der aufwachsenden Teilchen ein bestimmender Parameter f{\"u}r das Schichtwachstum. Die durch die Beimischung von Reaktivgas zum Plasma auftretende Targetnitrierung bzw. –oxidation verursacht ein deutliches Absinken der Sputterraten am Target und damit der Beschichtungsraten {\"u}ber dem Reaktivgasfluss. Messungen der chemischen Zusammensetzungen der Schichten mittels R{\"o}ntgenphotoelektronenspektroskopie zeigen, dass die Menge des in die Schichten eingebauten Reaktivgases {\"u}ber dessen Konzentration im Beschichtungsplasma zu kontrollieren ist. Im Argon-Stickstoff-Plasma sind die Werte der aus den r{\"o}ntgenreflektometrisch erhaltenen Dichten bei den im unbalanced mode abgeschiedenen Schichten deutlich h{\"o}her als bei den im balanced mode abgeschiedenen. Untersuchungen mittels R{\"o}ntgendiffraktometrie zeigen f{\"u}r diese Schichten auch h{\"o}here makroskopische Spannungen. Offenbar f{\"u}hrt der gr{\"o}{\"s}ere Energieeinstrom hier zu lokalen Temperaturunterschieden, aus denen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat beim Abk{\"u}hlen makroskopische Schichtspannungen resultieren. Insgesamt werden im Argon-Stickstoff-Plasma im unbalanced mode des Magnetrons kompaktere Schichten mit weniger L{\"u}cken abgeschieden als unter denselben Bedingungen im balanced mode. Im Argon-Sauerstoff-Plasma wird dieser positive Effekt des h{\"o}heren Energieeintrags in die aufwachsenden Schichten durch den im unbalanced mode deutlich h{\"o}heren Beschuss des Substrats mit hochenergetischen negativ geladenen Sauerstoffionen mehr als aufgehoben. Dadurch kommt es in diesem Betriebsmodus des Magnetrons zu einer erh{\"o}hten L{\"u}ckenbildung in den aufwachsenden Schichten, die somit geringere makroskopische Spannungen und geringere mittlere Dichten aufweisen als die im balanced mode abgeschiedenen. Die Summe dieser Ergebnisse zeigt, dass die Eigenschaften der im hier untersuchten DC-Magnetronplasma abgeschiedenen Schichten ma{\"s}geblich von der Zusammensetzung des Beschichtungsplasmas und insbesondere von der Art und der Energie der auf das Substrat auftreffenden Ionen abh{\"a}ngen.},
  language  = {de}
}