Magnetronsputtern ist ein Verfahren zur physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), mit dem dünne Schichten auf Substrate aufgebracht werden.
Das Verfahren beinhaltet die Ionisierung eines Zielmaterials in einer Vakuumkammer unter Verwendung eines Magnetfelds zur Erzeugung eines Plasmas.
Dieses Plasma bewirkt, dass das Zielmaterial zerstäubt oder verdampft und sich auf dem Substrat ablagert.
Zu den wichtigsten Komponenten einer Magnetron-Sputteranlage gehören eine Vakuumkammer, ein Targetmaterial, ein Substrathalter, ein Magnetron und eine Stromversorgung.
Wie wird Magnetronsputtern durchgeführt? - Die 6 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Aufbau der Vakuumkammer
Der Prozess beginnt mit der Evakuierung der Vakuumkammer auf ein Hochvakuum, um mögliche Verunreinigungen zu vermeiden und den Partialdruck der Hintergrundgase zu verringern.
Dies ist entscheidend für die Reinheit und Qualität der Dünnschichtabscheidung.
2. Einleiten des Sputtergases
Sobald der Basisdruck erreicht ist, wird ein Inertgas, in der Regel Argon, in die Kammer eingeleitet.
Der Druck wird mit Hilfe eines Druckregelsystems im Milli-Torr-Bereich gehalten.
Argon wird aufgrund seiner Inertheit und seiner Fähigkeit, unter Plasmabedingungen effizient Ionen zu bilden, gewählt.
3. Plasmaerzeugung
Zwischen der Kathode (Targetmaterial) und der Anode wird eine Hochspannung angelegt, die die Plasmaerzeugung einleitet.
Das Plasma besteht aus Argon-Gasatomen, Argon-Ionen und freien Elektronen.
Das von den Magneten hinter dem Targetmaterial erzeugte Magnetfeld bringt die freien Elektronen in eine spiralförmige Bewegung, wodurch ihre Wechselwirkung mit den Argonatomen verstärkt und die Ionisierungsrate erhöht wird.
4. Sputtering-Prozess
Die ionisierten Argon-Ionen werden von dem negativ geladenen Targetmaterial angezogen.
Wenn diese Ionen mit dem Target zusammenstoßen, stoßen sie Atome von der Targetoberfläche ab.
Dieser Vorgang wird als Sputtern bezeichnet.
Die ausgestoßenen Atome wandern dann durch das Plasma und lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
5. Aufbau des Magnetrons
Das Design des Magnetrons ist entscheidend für die Effizienz und Gleichmäßigkeit des Sputterprozesses.
Zu den wichtigsten Überlegungen gehören die Größe des Targets, die Konfiguration des Magnetrons (z. B. ein kreisförmiges, planares Magnetron) und die Berechnung der Magnetfeldstärke.
Die Magnetfeldstärke wird mit einer Formel berechnet, die die Permeabilität des freien Raums, die Magnetisierung des Magneten, die Anzahl der Magnete, den Abstand zwischen Target und Magneten und die Dicke der Magnete berücksichtigt.
6. Verbesserung der Plasma-Effizienz
Ein geschlossenes Magnetfeld über der Oberfläche des Targets erhöht die Effizienz der Plasmaerzeugung, indem es die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen zwischen Elektronen und Argonatomen in der Nähe der Oberfläche des Targets erhöht.
Dies führt zu einer Kaskade von Sekundärelektronen, was die Plasmaproduktion und -dichte weiter erhöht.
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