Instituto Nacional de Tecnología Industrial - Octubre 2000


Materiales
Precompetitivo
Investigación Aplicada

Estudio por microscopía de fuerza atómica
de películas delgadas depositadas por PVD
(phisical vapor deposition) sobre Si (100)
Corengia, P. (1); Ybarra, G. (2); Mendive, C. (1); Egidi, D. (1); Fraigi, L. (3), Quinteiro, M. (1); Moina, C. (2).

(1) Centro de Inv estigación y Desarrollo en Mecánica (CEMEC),
(2) Centro de Investigación y Desarrollo en Electrodeposición y Procesos Superficiales (CIEPS),
(3) Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones, Electrónica e Informática (CITEI).

Las películas delgadas presentan un gran interés debido a un amplio rango de aplicaciones en tribología, mecánica,
química, microelectrónica y óptica, entre otras. Para obtener películas delgadas eficientes es necesario conocer y
entender las relaciones entre sus propiedades estructurales (cristalografía, defectos, topografía, etc), el tipo de
materiales utilizado y la tecnología de deposición aplicada.
En microelectrónica las películas delgadas conductoras son de fundamental importancia en la fabricación de contactos
sobre semiconductores, tecnología de MOS (metal-óxido-semiconductor), sensores y microsistemas, etc. Dado que
estas películas son en realidad nanoestructuras, sus propiedades fisicoquímicas son fundamentalmente dependientes
del tamaño de los nanocristales que las componen.
En este trabajo se presentan los resultados del estudio de la influencia de los parámetros de deposición en la
topografía y tamaño cristalino de películas de Al, aplicadas por PVD (DC-magnetron sputtering) sobre obleas de n-Si
(100).
Los depósitos se obtuvieron bajo un plasma de Ar. Durante el proceso, el sustrato no fue calefaccionado ni sometido a
potencial de referencia (Vs = 0). Los parámetros de proceso (presión, tiempo y potencia) fueron modificados con el
objeto de estudiar su influencia en la evolución topográfica de las películas. Esta caracterización se realizó por
microscopía de fuerza atómica (AFM).
A partir de los espesores obtenidos, se determinaron las velocidades de deposición a diferentes potencias y se
encontró una relación de proporcionalidad directa en ambos casos entre espesor-tiempo y espesor-potencia. Se
midieron espesores mayores a una presión de Ar de 5x10-3 mbar que a 5x10-2 mbar. Esto se debe posiblemente a un
incremento en la frecuencia de colisiones entre el argón y el metal, sumado a una disminución en el rendimiento del
sputtering (átomos eyectados por ion incidente), ya que los iones generados son desacelerados por colisiones
inelásticas y llegan al cátodo con menor energía.
El estudio topográfico demostró que las películas, obtenidas a una presión de descarga PAr = 5x10-3 mbar presentan
una superficie de mayor rugosidad (RMS: 4,49nm) respecto a las obtenidas a PAr = 5x10-2 (RMS: 2,69) (Fig. 1). Este
aumento de rugosidad se explica por la reducida movilidad de los adátomos en la superficie del film a altas presiones
en la etapa de crecimiento de la película, junto con un efecto de "self-shadowing" causado por la incidencia no normal
de los átomos.

Fig. 1. Imágenes AFM de películas delgadas de Al sobre sustrato de n-Si (100):
a) Presión de Descarga: 5x10-2 mbar, Potencia: 400W, Corriente: 1,34A, Tensión: 304V, tiempo:130 seg.;
b) Presión de Descarga: 5x10-3 mbar, Potencia: 400W, Corriente: 1,34A, Tensión: 304V, tiempo:130 seg.