Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) ist ein Verfahren zur Abscheidung dünner Materialschichten auf einem Substrat durch den Übergang von Materialien aus ihrer kondensierten Phase in die Gasphase. Bei diesem Verfahren werden Atome, Ionen oder Moleküle einer Beschichtungsart physikalisch auf ein Substrat aufgebracht, was in der Regel zu Beschichtungen aus reinen Metallen, Metalllegierungen und Keramik mit einer Dicke von 1 bis 10 µm führt.
Das PVD-Verfahren kann durch verschiedene Dünnschichtabscheidungstechniken erreicht werden, die alle gemeinsam haben, dass die Atome durch physikalische Mittel aus einer Quelle entfernt werden. Ein solches Verfahren ist die Sputterdeposition, bei der die Atome durch Impulsaustausch aus einer festen oder flüssigen Quelle freigesetzt werden. Es gibt drei Haupttypen von PVD-Verfahren, die in einer Kammer mit kontrollierter Atmosphäre und reduziertem Druck (0,1 bis 1 N/m²) durchgeführt werden. Diese Verfahren können für die direkte Abscheidung eines Materials oder für eine reaktive" Anwendung verwendet werden, bei der eine chemische Reaktion in der Dampf-/Plasma-Phase zwischen Atomen des Beschichtungsmaterials und reaktiven" Gasen stattfindet.
Bei allen PVD-Verfahren liegt das Material, aus dem die dünne Schicht hergestellt werden soll, zunächst in fester Form vor und befindet sich normalerweise irgendwo in der Prozesskammer, z. B. am Target beim Sputtern. Das Material wird mit verschiedenen Methoden verdampft (z. B. mit einem kurzen, starken Laserpuls, mit einem Lichtbogen oder durch Ionen- oder Elektronenbeschuss) und kondensiert dann in Form eines dünnen Films auf der Substratoberfläche. Die physikalischen Eigenschaften des abgeschiedenen Materials hängen vom Dampfdruck der Vorläufermaterialien ab.
In der VLSI-Fertigung ist das Sputtern die am weitesten verbreitete Methode zur Herstellung von PVD-Dünnschichten. Das PVD-Verfahren durch Sputtern umfasst die folgende Abfolge von Schritten: 1) Das abzuscheidende Material wird durch physikalische Mittel in Dampf umgewandelt; 2) der Dampf wird über einen Bereich mit niedrigem Druck von der Quelle zum Substrat transportiert; und 3) der Dampf kondensiert auf dem Substrat, um die dünne Schicht zu bilden.
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