1. Zwischenkolloquium des BMBF Projektes PU2000 IMAUF
Abscheidung von AlN-Schichten mit Hilfe industrieller Beschichtungsprozesse
P. Pesch1, S. Kolozsvari1, C. Ziebert2
1Technologiezentrum
für Oberflächentechnik Rheinbreitbach GmbH
2Institut
für Materialforschung I, Forschungszentrum Karlsruhe
Am TZO wurde in einer
Beschichtungsanlage von Typ CC800/8 der Firma CemeCon mit rotatorischer
Substrathalterung als zweiter Schritt zur Aufskalierung der am IMF I
entwickelten V-C-Al-N-Schichten ein industrieller Beschichtungsprozess zur
reaktiven Abscheidung von Aluminumnitrid (AlN)-Schichten von metallischen
Al-Targets erarbeitet. Der entwickelte DC-Prozess erlaubt die Abscheidung von 2
mm dicken
AlN-Schichten auf runden Stahlproben (Werkstoffnummer: 1.2379) und auf (100)
orientierten Si-Referenzproben in Ar/N2-Atmosphäre bei einer
Leistung von 3 kW und einer Substrattemperatur von 400 °C. Für die Optimierung
der AlN-Schichten wurden folgende Parametervariationen durchgeführt: Variation
der Biasspannung von -80 V bis -200 V in 30 V-Schritten und Variation des Ar/N2-Verhältnisses
von 0,12 bis 0,2. Die hergestellten Probenserien wurden mit Mikrohärtemessung;
Ball-on-Disk-Tribometer-Messung zur Reibwertbestimmung; Profilometer-Messung
sowie Kalottenschliff zur Schichtdickenbestimmung und Scratchtest zur
Bestimmung der kritischen Last des Versagens untersucht.
Dabei
ergaben sich bei höheren N2-Flüssen Schwierigkeiten mit der
Prozessstabilität infolge einer Targetvergiftung, die zum Erlöschen des Plasmas
aufgrund der deutlich reduzierten elektrischen Leitfähigkeit des Al-Targets und
zur automatischen Schutzabschaltung der Anlage aufgrund der dadurch ausgelösten
Lichtbogen (Arcs) führt. Dieser Effekt begrenzt die mögliche Variation des N2-Gasflusses.
Bei einem Gasfluss von
30 ml/min lief der Prozess zwar stabil, aber es ergaben sich nur Härtewerte
unterhalb von 1000 HV0.0005 und Werte für die kritische Last des Versagens
unterhalb von 10 N. Dagegen lief der Prozess bei einer Erhöhung auf 40 ml/min
nur noch für zwei von sieben Versuchen der Serie stabil. Die bei einer
Substratvorspannung von -110 V erreichte Erhöhung der Härte auf 1300 HV0.0005
und der kritischen Last des Versagens auf 21 N zeigt jedoch, dass der
Optimierung des Gasflusses eine entscheidende Rolle bei der weiteren
Schichtentwicklung zukommt. Eine weitere Optimierungsmöglichkeit wäre der
Übergang von einem DC- zu einem HF-Prozess.