Reaktives Sputtern ist eine spezielle Form des Plasmasputterns zur Abscheidung dünner Schichten auf Substraten, bei der die gesputterten Partikel eines Zielmaterials eine chemische Reaktion mit einem reaktiven Gas eingehen, um eine Verbundschicht auf dem Substrat zu bilden. Dieses Verfahren ist besonders nützlich für die Herstellung von Schichten aus Verbindungen, die sich mit herkömmlichen Sputterverfahren in der Regel langsamer bilden.
Ausführliche Erläuterung:
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Prozess-Übersicht:
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Beim reaktiven Sputtern wird das Zielmaterial (in der Regel ein Metall wie Aluminium oder Gold) in einer Vakuumkammer gesputtert, die ein reaktives Gas wie Sauerstoff oder Stickstoff enthält. Die gesputterten Partikel reagieren mit diesem Gas und bilden eine Verbindung, die dann auf dem Substrat abgeschieden wird. Dies unterscheidet sich vom herkömmlichen Sputtern, bei dem das Zielmaterial als reines Element abgeschieden wird.Chemische Reaktion:
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Die chemische Reaktion findet statt, wenn die Metallpartikel des Targets mit dem reaktiven Gas in der Kammer reagieren. Wenn beispielsweise Sauerstoff verwendet wird, können die Metallpartikel beim Auftreffen auf das Substrat Metalloxide bilden. Diese Reaktion ist entscheidend für die Bildung des Verbundfilms und wird durch die Partialdrücke der inerten und reaktiven Gase in der Kammer gesteuert.
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Einfluss des reaktiven Gases:
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Die Einführung eines reaktiven Gases beeinflusst den Abscheidungsprozess erheblich und führt häufig zu einer komplexeren Steuerung der Parameter. Diese Komplexität ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Reaktionsgeschwindigkeiten und die Abscheideraten auszubalancieren, um die gewünschte Schichtzusammensetzung und -eigenschaften zu erreichen. Das Berg-Modell hilft zum Beispiel dabei, die Auswirkungen der Zugabe von Reaktivgas auf den Sputterprozess zu verstehen und vorherzusagen.Kontrolle und Optimierung:
Die Zusammensetzung der Schicht kann durch Variation des relativen Drucks der Inert- und Reaktivgase angepasst werden. Diese Einstellung ist entscheidend für die Optimierung der funktionellen Eigenschaften der Schicht, wie z. B. die Spannung bei Siliziumnitrid (SiNx) oder der Brechungsindex bei Siliziumoxid (SiOx). Das Verfahren weist häufig ein hystereseähnliches Verhalten auf und erfordert eine sorgfältige Kontrolle der Gasdrücke und Durchflussmengen, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.
Vorteile und Anwendungen:
