Diese Arbeit bietet eine eingehende Untersuchung der Herstellung piezoelektrischer AlN-Dünnschichten mittels RF-Magnetron-Sputtern. Das Hauptziel ist die Nutzung etablierten Wissens aus dem DC-Sputtern und dessen Anpassung an eine RF-Konfiguration, die sich für die Abscheidung isolierender Targets eignet. Die Forschung umfasst die Prozessstabilisierung, die Optimierung der Abscheidungsparameter und ein umfassendes Verständnis dafür, wie variierende Abscheidungsbedingungen die wichtigsten Filmeigenschaften beeinflussen, darunter die kristalline Textur, Eigenspannungen und die dielektrische Verlusttangente.Die anfänglichen experimentellen Phasen befassten sich mit dem Problem der Prozessinstabilitäten, die sich in starker Lichtbogenbildung am Waferhalter manifestierten. Dieses Problem wurde durch die Vorkonditionierung des Halters mit einer inerten Goldschicht effektiv behoben, wodurch Oberflächenoxidation verhindert wurde. Anschließend wurde ein Random-Forest-Regressionsmodell zur präzisen Vorhersage der Abscheideraten eingesetzt. Darüber hinaus wurde ein DSD verwendet, um die einflussreichsten Variablen zu isolieren, wobei RF-Leistung, Kammerdruck und Target-Substrat-Abstand als die signifikantesten Parameter für den Abscheidungsprozess identifiziert wurden.OFAT-Experimente zeigten einen trend, der im Widerspruch zu konventionellen kinetischen Modellen steht: Sowohl die kristalline Qualität als auch die dielektrischen Eigenschaften der AlN-Filme verbesserten sich mit erhöhtem Kammerdruck und größerem Targetabstand. Filme, die unter niedrigem Druck (2 μbar) und kurzen Abständen (45 mm) abgeschieden wurden, wiesen hohe Druckspannungen und eine suboptimale c-Achsen-Orientierung auf. Die zugrunde liegende theoretische Analyse legt nahe, dass dieses Phänomen auf das asymmetrische Design des RF-Magnetron-Systems zurückzuführen ist, welches eine hohe DC-Selbstvorspannung erzeugt und zu einem zerstörerischen Ionenbeschuss führt. Folglich war ein „thermalisiertes“ Abscheidungsregime, erreicht durch höhere Drücke und Targetabstände, erforderlich, um Gitterschäden zu mindern. Obwohl funktionelle AlN-Filme erfolgreich synthetisiert wurden, ist anzumerken, dass der RF-Prozess mit dem aktuellen Aufbau im Vergleich zum optimierten DC-Prozess des Instituts erhöhte dielektrische Verluste aufweist, was hauptsächlich auf das exzessive Energieregime während der Abscheidung zurückzuführen ist.
Elias Alexander Zatloukal (Thu,) studied this question.