Reaktives Sputtern ist eine spezielle Form des Plasmasputterns, die zur Abscheidung dünner Schichten auf Substraten verwendet wird.
Bei diesem Verfahren werden die gesputterten Partikel eines Zielmaterials einer chemischen Reaktion mit einem reaktiven Gas unterzogen, um einen Verbundfilm auf dem Substrat zu bilden.
Diese Methode eignet sich besonders für die Herstellung von Schichten aus Verbindungen, die sich mit herkömmlichen Sputterverfahren in der Regel langsamer bilden.
5 wichtige Punkte erklärt: Was ist reaktives Sputtern?
1. Überblick über den Prozess
Beim reaktiven Sputtern wird das Zielmaterial (in der Regel ein Metall wie Aluminium oder Gold) in einer Vakuumkammer zerstäubt, 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.
2. Chemische Reaktion
Die chemische Reaktion findet statt, wenn die Metallteilchen des Targets mit dem reaktiven Gas in der Kammer reagieren.
Wenn beispielsweise Sauerstoff verwendet wird, können die Metallteilchen beim Auftreffen auf das Substrat Metalloxide bilden.
Diese Reaktion ist für die Bildung des Verbundfilms entscheidend und wird durch die Partialdrücke der inerten und reaktiven Gase in der Kammer gesteuert.
3. Einfluss des reaktiven Gases
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 Abscheidungsgeschwindigkeiten auszugleichen, um die gewünschte Schichtzusammensetzung und -eigenschaften zu erreichen.
Das Berg-Modell hilft beispielsweise dabei, die Auswirkungen der Zugabe von reaktivem Gas auf den Sputterprozess zu verstehen und vorherzusagen.
4. Kontrolle und Optimierung
Die Zusammensetzung der Schicht kann durch Variation des relativen Drucks von Inert- und Reaktivgas eingestellt 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 Durchflussraten, um einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten.
5. Vorteile und Anwendungen
Der Vorteil des reaktiven Sputterns liegt in der Fähigkeit, schnell zusammengesetzte Schichten zu bilden, was besonders in Branchen nützlich ist, die dünne Schichten mit spezifischen chemischen Zusammensetzungen benötigen, wie z. B. Elektronik, Optik und Schutzbeschichtungen.
Die Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der Schicht genau zu steuern, macht das reaktive Sputtern zu einer wertvollen Technik in diesen Bereichen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das reaktive Sputtern die Prinzipien des konventionellen Sputterns und der chemischen Gasphasenabscheidung zur effizienten Herstellung dünner Schichten aus Verbindungen kombiniert und damit eine vielseitige und kontrollierbare Methode für verschiedene industrielle Anwendungen bietet.
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