Beim Sputtern werden in erster Linie Gase verwendet, um die Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat zu erleichtern. Die Wahl des Gases hängt von den gewünschten Materialeigenschaften und der Art des Zielmaterials ab. Inerte Gase wie Argon, Neon, Krypton und Xenon werden üblicherweise verwendet, da sie nicht reaktiv sind, während reaktive Gase wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Acetylen und Methan zur Abscheidung bestimmter Verbindungen wie Oxide, Nitride und Karbide eingesetzt werden.
Inerte Gase:
- Argon (Ar): Argon ist aufgrund seiner hohen Zerstäubungsrate, seiner Inertheit, seines niedrigen Preises und seiner Verfügbarkeit in hoher Reinheit das am häufigsten verwendete Gas beim Sputtern. Es eignet sich für eine breite Palette von Anwendungen und Materialien.
- Neon (Ne): Neon wird für die Zerstäubung leichter Elemente bevorzugt, da sein Atomgewicht diesen Elementen sehr ähnlich ist und eine effiziente Impulsübertragung gewährleistet.
- Krypton (Kr) und Xenon (Xe): Diese Gase werden für die Zerstäubung schwerer Elemente verwendet. Ihr höheres Atomgewicht im Vergleich zu Argon sorgt für eine effizientere Impulsübertragung, die für das effektive Sputtern von schwereren Zielmaterialien entscheidend ist.
Reaktive Gase:
- Sauerstoff (O2): Wird für die Abscheidung von Oxidschichten wie Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumdioxid (SiO2), Titandioxid (TiO2) und anderen verwendet. Der Sauerstoff reagiert mit dem Zielmaterial und bildet das gewünschte Oxid auf dem Substrat.
- Stickstoff (N2): Hilft bei der Abscheidung von Nitridschichten wie Titannitrid (TiN), Zirkoniumnitrid (ZrN) und anderen. Stickstoff reagiert mit dem Zielmaterial und bildet Nitride.
- Kohlendioxid (CO2): Wird für die Abscheidung von Oxidschichten verwendet, wobei Kohlendioxid mit dem Zielmaterial reagiert und Oxide bildet.
- Acetylen (C2H2) und Methan (CH4): Diese Gase werden für die Abscheidung von Metall-DLC-Schichten (diamantartiger Kohlenstoff), hydriertem Karbid und Karbonnitrid verwendet. Sie reagieren mit dem Zielmaterial, um diese komplexen Verbindungen zu bilden.
Kombination von Gasen:
Bei vielen Sputterverfahren wird eine Kombination aus inerten und reaktiven Gasen verwendet. So wird beispielsweise Argon häufig in Verbindung mit Sauerstoff oder Stickstoff verwendet, um die chemischen Reaktionen während des Sputterns zu steuern. Dadurch lassen sich die Zusammensetzung und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten genau steuern.Prozesskontrolle:
Die Wahl des Gases und seines Drucks in der Sputterkammer wirkt sich erheblich auf die Energie und die Verteilung der auf das Target auftreffenden Teilchen aus und beeinflusst so die Geschwindigkeit und Qualität der Schichtabscheidung. Experten können diese Parameter genau einstellen, um die gewünschte Mikrostruktur und die gewünschten Eigenschaften der Schicht zu erzielen.
