Niederenergie‐IBAD: Zusammenhang zwischen Prozeßparametern und Schichteigenschaften bei ionenstrahlunterstützten Aufdampf‐und Sputtertechniken

Mittels ionenstrahlunterstütztem Aufdampfen und Aufsputtern (IBAD)wurden binäre Nitridschichten mit Al, Cr und Ti als Metallkomponente deponiert und hinsichtlich ihrer Eigenschaften in Abhängigkeit von den Depositionsparametern Charakterisiert. Beim ionenstrahlunterstützten Aufdampfen konnten durch Variation des Flußratenverhältnisses zwischen den schichtbildenden Metallatomen und den aus der Ionenquelle extrahierten Stickstoffionen die Schichtzusammensetzung und die chemischen Phasenverhältnisse kontrolliert eingestellt werden. Ausführliche Untersuchungen an den TiN‐Schichten zeigen, daß auch Textur, Eigenspannungen, mittlere Korngröße und Morphologie der Schichten in weiten Grenzen manipuliert werden können. Ausgehend vom Energieeintrag pro schichtbildendem Teilchen werden die Ergebnisse anhand eines erweiterten Strukturzonenmodells diskutiert. Weiter lassen sich die strukturellen Schichteigenschaften und die Depositionsparameter mit der Härte und der Haftfestigkeit der Schichten quantitativ korrelieren. Durch dynamische Prozeßführung in der Anfangsphase des Schichtwachstums konnte eine deutliche Verbesserung der Haftung von TiN auf Werkzeugstahl erzielt werden. Für die Deposition von TiN mit einer Zweistrahlanordung, bei der ein Ionenstrahlbündel auf ein Ti‐Target und ein weiteres auf das Substrat mit der aufwachsenden Schicht trifft, ergibt sich ein deutlicher Einfluß der Teilchenenergien und ‐auftreffwinkel auf die Schichttextur und deren Ausrichtung. Betrachtungen zur Minimierung der freien Energie in den Schichten und zum Einfluß von präferentiellen Rücksputtereffekten liefern ein quantitatives Verständnis der Effekte bei der Texturbildung. Bei der Ionenstrahl‐Sputterdeposition ohne simultanem Substratbeschuß werden Textur und Schichtspannungen durch die vom Sputtertarget kommenden energiereichen Rückstreuteilchen bestimmt.