Realizzazione di film sottili in rame mediante magnetron sputtering

Attualmente lo Sputtering è una tra le tecniche PVD (Physical Vapor Deposition) più largamente utilizzate per la realizzazione di film sottili. Il primo metodo di deposizione PVD, ideato nel 1912, fu applicato su metalli bassofondenti; il metallo, contenuto in un crogiolo riscaldato, venne portato allo stato di vapore e successivamente ricondensato sotto forma di film sottile sul substrato. Pur essendo stati ideati circa cento anni fa, i primi metodi di deposizione furono impiegati a livello commerciale non prima degli anni 30, quando lo sviluppo della tecnologia, in particolare quella del medio e alto vuoto (1÷10-7 mbar) fu tale da poterli supportare a livello industriale. Negli anni 70 furono introdotti i sistemi di confinamento del plasma: tramite opportuni magneti fu possibile ottimizzare il processo di erosione del target, aumentando significativamente il tasso di deposizione; si cominciò quindi a parlare di “Magnetron Sputtering”. Oggetto di questa tesi è la realizzazione di film sottili in rame mediante Magnetron Sputtering su alcune tipologie di substrati. Nel capitolo 1 si analizza il meccanismo di Sputtering, per mezzo del quale è possibile depositare atomi del materiale sorgente (target) su un opportuno substrato, sotto forma di film sottile. Si valutano inoltre i parametri caratteristici dei plasmi utilizzati nelle tecniche industriali di deposizione di film sottili e si analizzano gli aspetti fondamentali della configurazione Magnetron, la quale può essere distinta in “Magnetron bilanciata” e Magnetron sbilanciata”. Nel capitolo 2 si analizza l’influenza dei principali parametri di sputtering (pressione dell’Argon, temperatura e tensione di polarizzazione del substrato, potenza di alimentazione, parametri geometrici del sistema) sul processo di formazione dei film sottili (dimensione dei grani, morfologia della microstruttura, cristallinità, ecc). Si presentano inoltre alcune possibili tecniche di pulizia dei substrati, volte a minimizzare il grado di contaminazione superficiale, al fine di ottimizzare il processo di deposizione stesso. Nel capitolo 3 si descrivono le tecniche che tipicamente vengono utilizzate per la determinazione delle proprietà meccaniche dei film sottili; si analizzano inoltre gli effetti delle variabili di Sputtering sugli stress residui, i quali possono indurre a fenomeni di spaccatura, frattura, delaminazione, perdita di adesione film-substrato, ecc. Nel capitolo 4 si approfondiscono alcune tra le principali tecniche analitiche di caratterizzazione dei film sottili, volte a determinare le proprietà fondamentali dei film stessi: profilometro, microscopia elettronica a scansione (SEM), diffrazione a raggi X (XRD), microscopio a forza atomica (AFM). Nel capitolo 5 si descrivono: il sistema Magnetron e le apparecchiature utilizzate, le operazioni preliminari alle deposizioni (preparazione del porta campioni e pulizia substrati) ed infine si riportano i risultati sperimentali ottenuti