Der Hauptunterschied zwischen HF- (Hochfrequenz) und DC-Strom (Gleichstrom) beim Sputtern liegt in der Art der verwendeten Stromversorgung und den Mechanismen, mit denen sie das Zielmaterial ionisieren und auf dem Substrat abscheiden.
Zusammenfassung:
- DC-Sputtern: Verwendet eine Gleichstromversorgung, die normalerweise 2.000-5.000 Volt benötigt, um das Gasplasma durch Elektronenbeschuss direkt zu ionisieren.
- RF-Sputtern: Ersetzt die Gleichstromquelle durch eine Wechselstromquelle, die mit einer Frequenz von 1 MHz oder mehr arbeitet, und erfordert höhere Spannungen (1.012 Volt oder mehr), um ähnliche Abscheidungsraten zu erzielen. Beim RF-Sputtern wird kinetische Energie verwendet, um Elektronen aus Gasatomen zu entfernen, wobei Radiowellen zur Ionisierung erzeugt werden.
Ausführliche Erläuterung:
DC-Sputtern:
Beim Gleichstromsputtern wird eine Gleichstromquelle zur Erzeugung eines Plasmas in einer Vakuumkammer verwendet. Die Stromversorgung liefert eine konstante Spannung von typischerweise 2.000 bis 5.000 Volt, die ausreicht, um das in die Kammer eingeführte Inertgas zu ionisieren. Das ionisierte Gas oder Plasma wird dann auf das Zielmaterial beschleunigt, wodurch Atome herausgeschleudert werden und sich auf dem Substrat ablagern. Dieser Prozess beruht auf dem direkten Ionenbeschuss des Targets durch Elektronen aus dem Plasma.RF-Sputtern:
- Beim HF-Sputtern wird eine Wechselstromversorgung verwendet, die die Polarität der an das Target angelegten Energie ändert. Dieser Wechselstrom arbeitet mit einer hohen Frequenz, typischerweise 1 MHz oder höher. Die wechselnde Polarität ermöglicht das effektive Sputtern von Isoliermaterialien, da die auf der Target-Oberfläche gesammelten positiven Ionen während des positiven Halbzyklus neutralisiert und die Target-Atome während des negativen Halbzyklus gesputtert werden. Die höhere Frequenz und Spannung (1.012 Volt oder mehr) sind erforderlich, um die notwendige kinetische Energie zu erzeugen, die die Elektronen aus den Gasatomen herauslöst und Radiowellen erzeugt, die das Gas ionisieren und den Sputterprozess erleichtern.Vorteile und Nachteile des RF-Sputterns:
- Vorteile: Das RF-Sputtern ist besonders effektiv für die Abscheidung von Isoliermaterialien, die mit Gleichstromverfahren nur schwer zu sputtern sind. Der Wechselstrom ermöglicht eine effiziente Handhabung des Ladungsaufbaus auf dem Target, der bei isolierenden Materialien üblich ist.
Nachteilig:
Das HF-Sputtern erfordert eine komplexere und teurere Ausrüstung, einschließlich spezieller Anschlüsse und Kabel, die für hochfrequente Wechselströme ausgelegt sind. Außerdem wird das Substrat stärker erwärmt und es sind höhere Leistungen erforderlich, um vergleichbare Abscheideraten wie beim Gleichstromsputtern zu erzielen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen Hochfrequenz- und Gleichstromsputtern von dem abzuscheidenden Material und den spezifischen Anforderungen des Abscheidungsprozesses abhängt, wobei Hochfrequenz für isolierende Materialien bevorzugt wird, da sie den Aufbau von Ladungen effektiv bewältigen kann.
