The effect of target materials on metal ionization flux fraction in high power impulse magnetron sputtering process

Abstract

In this work, we studied about influential of power and pressure gas on metal ionization flux fraction of metallic thin films in DC and high power impulse magnetron sputtering (HiPIMs) systems. Metallic targets are copper, aluminum, titanium, silicon and zinc which they were measured metal ionization flux fraction by magnetically enchanced quartz crystal probe at range of the averaged power 0 to 300 W and pressure gas 5 to 30 mTorr. We found that metal ionization flux fraction in HiPIMs mode is significantly higher than DC mode. And metal ionization flux fraction only up to power by increasing a very simple allometric function. Moreover, experimental results of silicon and zinc target presented very low metal ionization flux fraction and deposition rate because of arcing of zinc target and trickness of silicon.

ในการวิจัยนี้ได้ศึกษาทฤษฎีและแนวคิดของระบบไฮพาวเวอร์อิมพัลส์แมกนีตรอนสปัตเตอริงและดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริงด้วยหัววัดสัดส่วนการแตกตัวของฟลักซ์ไอออนโลหะเพื่อตรวจวัดสัดส่วนการแตกตัวของฟลักซ์ไอออนโลหะที่เปลี่ยนไปของเป้าทองแดง อะลูมิเนียม ไทเทเนียม ซิลิกอน และสังกะสี ภายใต้กำลังไฟฟ้าเฉลี่ย 0 ถึง 300 วัตต์และความดัน 5 ถึง 30 มิลลิทอร์ โดยผลการเปรียบเทียบกับแบบจำลองกลไกการเคลื่อนที่ของอนุภาคพบว่าอัตราเคลือบในระบบไฮพิมส์มีความสัมพันธ์กับกำลังไฟฟ้าตามฟังก์ชั่นอโลมาทริกและมีความสัมพันธ์แบบถดถอยกับความดันแก๊ส ส่วนปริมาณสัดส่วนการแตกตัวของฟลักซ์ไอออนโลหะมีความสัมพันธ์กับกำลังไฟฟ้าตามฟังก์ชั่นอโลมาทริกเช่นเดียวกับอัตราเคลือบแต่กลับไม่มีความสัมพันธ์กับความดันแก๊ส และยังพบว่าสัดส่วนการแตกตัวของฟลักซ์ไอออนโลหะในระบบดีซีแมกนีตรอนสปัตเตอริงมีปริมาณเรียงลำดับตามค่าระดับพลังงานไอออไนเซชันของเป้าสารแต่ละชนิด นอกจากนี้จากเป้าสารทั้ง 5 ชนิดมีเพียงเป้าทองแดง ไทเทเนียม และอะลูมิเนียมเท่านั้นที่สามารถสรุปและเปรียบเทียบผลได้แน่ชัด เนื่องมาจากเกิดการอาร์คที่เป้าสังกะสีและความหนาของเป้าซิลิกอนที่ใช้ทำให้กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยและอัตราเคลือบที่วัดได้มีค่าต่ำเกินกว่าจะนำมาพิจารณาได้