스퍼터링 Cu 박막의 접착력 향상에 대해서

 스퍼터방식으로 만들어진 구리 박막은 접착력에 문제가 발생하면서 떨어지는 경우가 종종 있습니다.
 여러가지 원인이 있을 수 있지만, 구리 박막 자체의 접착력이 약한 경우와, 불순물의 영향으로 접착력이 떨어지는 경우, 여러층으로 박막을 제조하는 경우 써멀 스트레스로 인해 떨어지는 경우등이 있습니다.

 스퍼터 방식으로 구리 박막을 제조 할 경우에는 모든 박막이 그렇지만, 최소한의 시간으로 빠르게 증착하는 것이 중요합니다.
 하지만, 빠르게 증착속도를 일정하게 유지하는 것이 생각 만큼은 쉽지 않습니다. 빠른 증착속도를 유지하기 위해서는 여러가지를 고려해야 합니다.

 스퍼터에서 증착속도를 높이기 위해서는 공정압력을 최대한 낮추고, 공정 파워는 증가 시켜 주어야 합니다.

 몇몇 참고 실험의 결과를 보면,

" 구리 박막의 접착력은 아르곤 압력, DC 전원 전압 산소 플라즈마 전처리 및 어닐링 처리와 같은 증착 조건의 변화에 의해 크게 향상된다. 스퍼터 dc 전압이 500V에서 640V로 증가함에 따라, 필름상의 임계 접착력은 420mN에서 900mN으로 증가 하였다. 아르곤 압력이 5mTorr에서 30mTorr로 증가함에 따라 접착력은 860mN에서 660mN으로 약간 감소했다. 막 증착 후의 어닐링 후 공정은 또한 향상된 접착력을 제공 하였다. "

 증착 속도를 높이는 방향이 접착력을 강화하는 것에 부합합니다.

 하나 더 주목해 볼만한 것은 접착력을 증가 시키기 위해, 표면 개질을 먼저 해주고, 후처리로 열처리를 해주면 더욱 개선 할 수 있다는 점입니다.

 결국, 스퍼터링 방식에서 구리 박막의 접착력을 향상 시키기 위해서는 플라즈마 크리닝을 해주고, 구리박막을 증착 한 후, 어닐링 공정이 필요하다는 것입니다.

 클러스터 방식의 장비로 이런 공정이 모두 가능하다면 큰 문제는 없을 것입니다.
 그러나, 단일 스퍼터 시스템이라면, 로드락 챔버를 구성하여 히터와 크리닝 장치를 로드락에 구성하여, 전처리와 후처리를 동시에 해주면 가능하지 않을까 생각합니다.

Discoloration of aluminum film due to outgassing in sputtering process

One of the problems that arise when aluminum is deposited with a sputter system is that it causes discoloration in thin films over a certain thickness.

  When the composition of the discolored thin film is checked, aluminum oxide is confirmed. This leads to suspicion of chamber leakage, and it takes a lot of time to check for leaks in chambers that are not leaked.
  Of course, there may be leaks in the sputter chamber. However, when there is a leak, the thin film is usually formed as an iridescent light. The thickness of the thin film is not constant, and the reproducibility and composition of the thin film produced are unstable.

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If a thin film of oxide is formed in the thin film even in the absence of leakage, the outgassing of the chamber should be suspected.
  The discoloration of the film due to outgassing usually begins to be identified when it reaches a certain thickness. The thickness that begins to be identified expands to an increasingly thinner area, and ultimately becomes visible in very thin films.
  When this phenomenon occurs, the ROR test result usually shows the result of E-4 or higher, and the limit vacuum of the chamber also takes a lot of time, so that it can be judged that a complex problem occurs.

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In order to reduce the effect of outgassing, it is advisable to increase the deposition rate as much as possible by depositing aluminum thin film by sputtering.

  And, the limit vacuum degree and the process pressure should be minimized. This is also related to the deposition rate and it is advisable to finish the process before the temperature of the chamber is raised.

How much power is required for Ni sputtering?

For example, based on 6 inch sputter gun.

Target thickness is 2 mm.

The distance between the magnet and the target surface is 5 mm.

O.P 5 mTorr.

DC Power 1000 W, about Ampere 2.1 A, Voltage 450 V.