Das Plasma beim Sputtern wird durch einen Prozess namens Gasionisierung erzeugt, bei dem ein Niederdruck-Inertgas, in der Regel Argon, in eine Vakuumkammer eingeleitet wird. Anschließend wird eine Hochspannung an das Gas angelegt, wodurch die Atome ionisiert werden und ein Plasma entsteht. Die erforderliche Spannung hängt von dem verwendeten Gas und dem Gasdruck ab, wobei Argon in der Regel etwa 15,8 Elektronenvolt (eV) für die Ionisierung benötigt.
Die Erzeugung eines Plasmas ist für den Sputterprozess von entscheidender Bedeutung, da es den Beschuss des Zielmaterials mit Gas-Ionen ermöglicht. Wenn das Plasma in der Nähe des Targetmaterials erzeugt wird, stoßen die Gasionen mit der Oberfläche des Targets zusammen, lösen Atome von der Oberfläche und schleudern sie in die Gasphase. Diese ausgestoßenen Atome wandern dann durch das Niederdruck-Sputtergas und erreichen das Substrat, wo sie kondensieren und einen dünnen Film bilden.
Die Effizienz des Sputterprozesses, die durch die Anzahl der pro einfallendem Ion ausgestoßenen Zielatome gekennzeichnet ist, wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter die Masse der Ionen, der Einfallswinkel, die Zielatome und die Energie der einfallenden Ionen. Die Sputterausbeute, die bei verschiedenen Sputterbedingungen und Targetmaterialien variiert, ist ein Schlüsselparameter, der die Effektivität des Prozesses bestimmt.
Beim Magnetronsputtern, einer speziellen Art der Plasmadampfabscheidung (PVD), wird ein Plasma erzeugt, und positiv geladene Ionen aus dem Plasma werden durch ein elektrisches Feld auf eine negativ geladene Elektrode oder ein "Target" beschleunigt. Die positiven Ionen, die durch Potenziale von einigen Hundert bis einigen Tausend Elektronenvolt beschleunigt werden, treffen mit ausreichender Kraft auf das Target, um Atome zu lösen und auszustoßen. Diese Atome werden in einer kosinusförmigen Sichtlinienverteilung von der Oberfläche des Targets ausgestoßen und kondensieren auf Oberflächen, die sich in der Nähe der Magnetron-Sputterkathode befinden.
Die Sputterrate, d. h. die Anzahl der von der Oberfläche eines Targets gesputterten Monolagen pro Sekunde, wird durch die Sputterausbeute, das Molgewicht des Targets, die Materialdichte und die Ionenstromdichte bestimmt. Diese Rate kann durch Regulierung verschiedener Sputterbedingungen wie der angelegten Leistung/Spannung, des Sputtergasdrucks und des Abstands zwischen dem Substrat und dem Target gesteuert werden, wodurch die Eigenschaften der abgeschiedenen Dünnschicht, einschließlich ihrer Zusammensetzung und Dicke, beeinflusst werden.
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