Die Abscheiderate beim Sputtern ist ein kritischer Parameter bei der Herstellung dünner Schichten. Sie wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter die Sputterparameter, die Sputterrate und die physikalischen Eigenschaften des Zielmaterials. Aufgrund der zahlreichen Variablen ist es oft praktischer, die tatsächlich abgeschiedene Schichtdicke mit einem Schichtdickenmessgerät zu messen.
Sputterparameter und Abscheiderate
Die Abscheiderate beim Sputtern wird von verschiedenen Parametern beeinflusst. Dazu gehören der Sputterstrom, die Sputterspannung, der Druck in der Probenkammer, der Abstand zwischen Target und Probe, das Sputtergas, die Targetdicke, das Targetmaterial und das Probenmaterial bzw. die Probenmaterialien. Jede dieser Variablen kann beeinflussen, wie viel Material tatsächlich auf der Probenoberfläche abgeschieden wird.
So kann beispielsweise eine Erhöhung des Sputterstroms oder der Sputterspannung die Geschwindigkeit, mit der das Material vom Target ausgestoßen wird, erhöhen, wodurch sich die Abscheidungsrate steigern lässt. Diese Änderungen müssen jedoch mit der Notwendigkeit in Einklang gebracht werden, ein stabiles Plasma aufrechtzuerhalten und eine Beschädigung des Targets oder der Probe zu verhindern.
Sputtering-Rate und Abscheiderate
Die Sputterrate, d. h. die Anzahl der von der Oberfläche eines Targets gesputterten Monolagen pro Sekunde, ist ein Schlüsselfaktor für die Bestimmung der Abscheiderate. Sie wird nach der folgenden Formel berechnet:
[ \text{Sputtering rate} = \frac{MSj}{pN_Ae} ]
Dabei steht ( M ) für das Molgewicht des Targets, ( p ) für die Materialdichte, ( j ) für die Ionenstromdichte, ( N_A ) für die Avogadro-Zahl und ( e ) für die Elektronenladung. Diese Gleichung zeigt, dass die Sputterrate von den physikalischen Eigenschaften des Targetmaterials und der während des Sputterprozesses eingesetzten Energie abhängt.
Die gesputterten Atome bilden dann einen dünnen Film auf dem Substrat, wobei die Abscheiderate davon abhängt, wie effizient diese Atome vom Target auf das Substrat übertragen werden.
Physikalische Eigenschaften des Targetmaterials
Die physikalischen Eigenschaften des Targetmaterials, wie seine Dichte und Molmasse, wirken sich direkt auf die Sputter- und Abscheideraten aus. Materialien mit höherer Dichte und Molmasse benötigen möglicherweise mehr Energie, um effektiv zu sputtern, können aber zu höheren Abscheideraten führen, sobald der Prozess optimiert ist.
Auch die Reinheit des Zielmaterials kann die Abscheiderate beeinflussen, da Verunreinigungen die Sputterausbeute und die Qualität der abgeschiedenen Schicht beeinträchtigen können.
Praktische Messung der Abscheidungsrate
Angesichts der Komplexität des Sputterprozesses und der zahlreichen beteiligten Variablen ist es oft praktischer, die tatsächlich abgeschiedene Schichtdicke mit einem Dickenmessgerät zu messen. Diese Methode liefert eine direkte und genaue Messung der Abscheidungsrate, die dann zur Einstellung der Sputterparameter für eine optimale Leistung verwendet werden kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Abscheidungsrate beim Sputtern ein komplexer Parameter ist, der von mehreren Faktoren beeinflusst wird, darunter die Sputterparameter, die Sputterrate und die physikalischen Eigenschaften des Zielmaterials. Theoretische Berechnungen können zwar eine gewisse Orientierungshilfe bieten, doch ist die praktische Messung mit einem Dickenmessgerät oft die zuverlässigste Methode zur Bestimmung der Abscheiderate.
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