อิทธิพลของกำลังไฟฟ้าและความดันแก๊สที่มีต่ออัตราการตกสะสมของฟิล์มโลหะ ในระบบดีซีแมกนีตรอน สปัตเตอริง

Abstract

          งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาอิทธิพลของกำลังไฟฟ้าและความดันแก๊สที่มีต่ออัตราการตกสะสมของฟิล์ม โลหะทองแดง อะลูมิเนียมและไทเทเนียมในระบบดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริง ด้วยเทคนิคควอตซ์คริสตัลไมโครบาลานซ์ กำหนดช่วงกำลังไฟฟ้าย่าน 10 ถึง 200 วัตต์ และช่วงความดันแก๊สอาร์กอนย่าน 5 ถึง 30 มิลลิทอร์พบว่าอัตราการตกสะสมของทองแดงมีค่าสูงสุดเมื่อเทียบกับอะลูมิเนียมและไทเทเนียมตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่าอัตราการตกสะสมของฟิล์มโลหะมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับกำลังไฟฟ้าและมีความสัมพันธ์แบบถดถอยกับความดันแก๊ส จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่พิจารณาถึงปรากฏการณ์สปัตเตอริงบริเวณผิวเป้าเผยให้เห็นว่า ค่าสปัตเตอริงยิลด์ของวัสดุเป้ามีอิทธิพล โดยตรงกับอัตราการตกสะสมของฟิล์มบาง ในขณะที่การพิจารณาฟลักซ์และพลังงานของไอออนที่ระดมชนผิวเป้าทำให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า และอัตราการตกสะสมของฟิล์ม นอกจากนี้ การลดลงของอัตราการตกสะสมเมื่อเพิ่มความดันแก๊สสามารถอธิบายได้จากการชนกันระหว่างอะตอมโลหะที่หลุดจากผิวเป้าและอะตอมแก๊สอาร์กอนที่อยู่ระหว่างทาง           The effect of discharge power and pressure on deposition rate of Cu, Al, and Ti films in dc magnetron sputtering has been investigated using the quartz crystal microbalance technique. The investigated range of the discharge power is 10-200 W, while the argon pressure is in the range of 5-30 m Torr. The measurements show that the deposition rate of Cu is higher than that of Al and Ti. Furthermore, the deposition rate tends to increase with discharge power but decreases with argon pressure. In order to interpret the results, a mathematical model has been proposed taking into account sputtering at the target surface and collisions in a gas phase. The calculations using the model agree well with the measurements. It is found that the sputtering yield of the target as well as the flux and energy of the sputtering particles are crucial to determine the deposition rate. Furthermore, the decrease of deposition rate as the pressure increases can be explained in terms of collisions between sputtered and gas particles.