Das Sputtering-Verfahren ist eine vielseitige und weit verbreitete Technik, die jedoch mehrere Einschränkungen aufweist, die ihre Effizienz und Anwendbarkeit beeinträchtigen.
1. Schwierige Kombination mit Lift-Off zur Strukturierung von Schichten
Beim Sputtern handelt es sich um einen diffusen Transportprozess. Das bedeutet, dass die Atome nicht genau auf das Substrat gerichtet sind. Diese Eigenschaft macht es schwierig, den Ort der Abscheidung der Atome vollständig abzuschatten oder einzuschränken, was zu potenziellen Kontaminationsproblemen führt. Die Unfähigkeit, den Ort der Abscheidung genau zu kontrollieren, erschwert die Integration des Sputterns mit Lift-off-Verfahren, die für die Strukturierung von Schichten in der Mikroelektronik und anderen Präzisionsanwendungen entscheidend sind.
2. Herausforderungen bei der aktiven Kontrolle des schichtweisen Wachstums
Im Vergleich zu anderen Abscheidetechniken wie der gepulsten Laserabscheidung weist das Sputtern Einschränkungen bei der aktiven Kontrolle des schichtweisen Wachstums auf. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, die eine präzise und kontrollierte Schichtdicke und -zusammensetzung erfordern. Das Fehlen einer präzisen Kontrolle kann zu Unstimmigkeiten bei den Schichteigenschaften führen, die die Gesamtleistung der Materialien beeinträchtigen.
3. Einbringung von Inertgasen als Verunreinigungen
Während des Sputterns können die im Prozess verwendeten Inertgase in der wachsenden Schicht eingeschlossen oder eingebaut werden und als Verunreinigungen wirken. Diese Verunreinigungen können die Qualität und Leistung der abgeschiedenen Schichten beeinträchtigen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Reinheit entscheidend ist, wie z. B. bei der Halbleiterherstellung.
4. Spezifische Grenzen des Magnetronsputterns
Das Magnetronsputtern, eine häufig verwendete Variante, hat eine Reihe von Nachteilen. Das Ringmagnetfeld, das bei dieser Technik verwendet wird, beschränkt das Plasma auf bestimmte Bereiche, was zu ungleichmäßigem Verschleiß des Targetmaterials und niedrigen Nutzungsraten führt, die oft unter 40 % liegen. Dies führt zu erheblichem Materialabfall und erhöhten Kosten. Darüber hinaus ist es bei dieser Technik schwierig, Hochgeschwindigkeits-Sputtern bei niedrigen Temperaturen für stark magnetische Materialien zu erreichen, da die Anwendung externer Magnetfelder begrenzt ist.
5. Allgemeine Nachteile des Sputterns
Das Sputtern ist mit hohen Investitionskosten, niedrigen Abscheideraten für einige Materialien und der Zersetzung bestimmter Materialien wie organischer Feststoffe unter Ionenbeschuss verbunden. Außerdem werden im Vergleich zu Verdampfungstechniken mehr Verunreinigungen in das Substrat eingebracht, was in erster Linie darauf zurückzuführen ist, dass in einem geringeren Vakuumbereich gearbeitet wird.
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