Die Sputterbeschichtung ist ein Verfahren, bei dem der Druck normalerweise zwischen 10^-2 Pa und 10 Pa liegt.
Dieser relativ hohe Druck spielt bei der Sputterbeschichtung eine wichtige Rolle.
Er wirkt sich auf verschiedene Aspekte aus, u. a. auf die mittlere freie Weglänge der Prozessgasmoleküle, den Winkel, unter dem die Adatome auf dem Substrat ankommen, und das Potenzial für die Gasabsorption in der wachsenden Schicht.
Dies kann zu mikrostrukturellen Defekten führen.
Wie hoch ist der Druck bei der Sputter-Beschichtung? (5 Schlüsselfaktoren werden erklärt)
1. Druckbereich und sein Einfluss auf die mittlere freie Weglänge
Bei der Sputterbeschichtung liegt der Arbeitsdruck im Allgemeinen zwischen 10^-2 Pa und 10 Pa.
Dieser Druckbereich ist viel höher als bei thermischen oder E-Beam-Verdampfungssystemen, die mit Drücken um 10^-8 Torr (etwa 10^-10 Pa) arbeiten.
Bei diesen höheren Drücken beim Sputtern ist die mittlere freie Weglänge (die durchschnittliche Entfernung, die ein Teilchen zwischen den Kollisionen zurücklegt) viel kürzer.
Beim Gleichstrom-Magnetron-Sputtern (dcMS) bei 10^-3 Torr (ca. 10^-5 Pa) beträgt die mittlere freie Weglänge beispielsweise nur etwa 5 Zentimeter.
Bei Systemen, die bei 10^-8 Torr arbeiten, sind es dagegen 100 Meter.
2. Auswirkung auf die Ankunftswinkel der Adatome
Aufgrund der hohen Dichte des Prozessgases und der kurzen mittleren freien Weglänge treffen die Adatome bei Sputterprozessen in der Regel in zufälligen Winkeln auf dem Substrat ein.
Dies unterscheidet sich von den Aufdampfverfahren, bei denen die Adatome in der Regel in einem normalen Winkel auf das Substrat treffen.
Die zufälligen Winkel beim Sputtern sind das Ergebnis zahlreicher Kollisionen, die auf dem Weg der Adatome vom Target zum Substrat auftreten.
3. Gasabsorption und mikrostrukturelle Defekte
Die große Menge an Prozessgas in der Nähe der Substrat/Schicht-Grenzfläche kann dazu führen, dass ein Teil dieses Gases in der wachsenden Schicht absorbiert wird.
Diese Absorption kann zu mikrostrukturellen Defekten führen, die die Eigenschaften und die Leistung der Schicht beeinträchtigen können.
4. Druckmanagement bei der reaktiven Zerstäubung
Beim reaktiven Sputtern ist die Steuerung des Drucks von entscheidender Bedeutung, um eine "Vergiftung" der Target-Oberfläche zu verhindern.
Dies kann das Wachstum der Dünnschicht behindern.
Bei niedrigem Druck ist die Filmbildung langsam, während bei hohem Druck das reaktive Gas die Oberfläche des Targets negativ beeinflussen kann.
Dadurch verringert sich die Wachstumsrate des Films und die Vergiftungsrate des Targets steigt.
5. Anforderungen an das Vakuumsystem
Das Vakuumsystem für das Sputtern erfordert einen Basisdruck im Hochvakuumbereich (typischerweise 10^-6 mbar oder besser), um saubere Oberflächen zu gewährleisten und Verunreinigungen zu vermeiden.
Während des Sputterprozesses wird der Druck durch Einleiten des Sputtergases auf den mTorr-Bereich (10^-3 bis 10^-2 mbar) eingestellt.
Dies wird durch einen Durchflussregler gesteuert.
Auch die Dicke der abgeschiedenen Schicht wird während dieses Prozesses überwacht und gesteuert.
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