Die Auswirkungen des Sputterdrucks auf die Eigenschaften der Dünnschicht sind erheblich.
Er beeinflusst den Abscheidungsprozess, die Schichteigenschaften und die Gesamteffizienz des Sputterprozesses.
Beim Sputtern ist ein höherer Druck erforderlich als bei der thermischen oder E-Beam-Verdampfung.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein Prozessgas benötigt wird, um die Ionenerzeugung für den Beschuss des Targets zu erleichtern.
Dieser höhere Druck wirkt sich auf die mittlere freie Weglänge der Teilchen, den Abscheidungswinkel und die Abscheidungsenergie sowie auf die Einbindung des Prozessgases in die Schicht aus.
Diese Faktoren können zu mikrostrukturellen Defekten führen.
4 Schlüsselfaktoren, die Sie über den Sputtering-Druck wissen müssen
1. Druck und mittlerer freier Weg
Beim Sputtern wird der Druck in der Regel auf einem Niveau gehalten, bei dem die mittlere freie Weglänge der Teilchen viel kürzer ist als bei Systemen wie der thermischen oder E-Beam-Verdampfung.
Bei Drücken um 10^-3 Torr beträgt die mittlere freie Weglänge beim Sputtern nur etwa 5 Zentimeter.
Dies ist deutlich kürzer als die 100 Meter, die bei 10^-8 Torr in vakuumbasierten Verdampfungssystemen beobachtet werden.
Diese kurze mittlere freie Weglänge führt dazu, dass die gesputterten Teilchen mehrfach zusammenstoßen, bevor sie das Substrat erreichen.
Dies wirkt sich auf ihren endgültigen Abscheidungswinkel und ihre Energie aus.
2. Abscheidungswinkel und Energie
Aufgrund der hohen Dichte des Prozessgases und der daraus resultierenden Kollisionen treffen die gesputterten Atome in verschiedenen Winkeln auf dem Substrat ein.
Sie treffen nicht einfach senkrecht zur Oberfläche ein.
Dieser nicht-normale Einfall kann zu einer besseren Abdeckung der Seitenwände führen.
Dies macht das Sputtern vorteilhaft für konforme Schichten, aber weniger geeignet für Liftoff-Prozesse.
Die Energie der abgeschiedenen Atome wird auch durch den Gasdruck und die Targetspannung beeinflusst.
Dies trägt zur Erwärmung des Substrats während der Abscheidung bei.
3. Einschluss von Prozessgas und mikrostrukturelle Defekte
Das Vorhandensein von reichlich Prozessgas in der Nähe des Substrats kann zu dessen Absorption in der wachsenden Schicht führen.
Dies kann potenziell zu mikrostrukturellen Defekten führen.
Dieser Effekt ist besonders beim reaktiven Sputtern von Bedeutung.
Hier ist die Steuerung des Drucks von entscheidender Bedeutung, um eine "Vergiftung" der Zieloberfläche durch reaktive Gase zu verhindern.
Dies kann das Schichtwachstum behindern und Defekte verstärken.
4. Abstimmung der Filmeigenschaften
Der Druck in Sputtersystemen kann angepasst werden, um die Schichtspannung und die chemische Zusammensetzung zu optimieren.
Durch Manipulation der Plasmaleistung und der Druckeinstellungen sowie durch Einleiten reaktiver Gase während der Abscheidung ist es möglich, die Eigenschaften der dünnen Schichten auf die jeweiligen Anforderungen abzustimmen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Druck in Sputteranlagen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Effizienz und Qualität der Dünnschichtabscheidung spielt.
Er beeinflusst die mittlere freie Weglänge der Partikel, den Abscheidungswinkel und die Abscheidungsenergie, die Einbindung des Prozessgases in die Schicht und die Möglichkeit, die Schichteigenschaften einzustellen.
Die richtige Steuerung des Sputterdrucks ist für die Erzielung der gewünschten Schichteigenschaften und die Optimierung des Sputterprozesses von entscheidender Bedeutung.
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