Reaktives Sputtern ist eine spezielle Technik im Bereich der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD).
Es umfasst die Abscheidung dünner Schichten, bei der das Zielmaterial chemisch mit einem reaktiven Gas reagiert, um eine Verbundschicht auf einem Substrat zu bilden.
Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung dünner Schichten aus Verbindungen, die sich mit herkömmlichen Sputterverfahren in der Regel nicht so effizient herstellen lassen.
Was ist das Prinzip des reaktiven Sputterns? (4 Schlüsselpunkte werden erklärt)
1. Überblick über den Prozess
Beim reaktiven Sputtern wird ein Zielmaterial (z. B. Silizium) in einer Kammer mit einem reaktiven Gas (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) zerstäubt.
Die gesputterten Partikel reagieren mit diesem Gas und bilden Verbindungen wie Oxide oder Nitride, die dann auf einem Substrat abgeschieden werden.
Dieses Verfahren unterscheidet sich vom herkömmlichen Sputtern, bei dem ein Inertgas wie Argon verwendet wird und das Zielmaterial ohne chemische Veränderungen abgeschieden wird.
2. Erhöhte Abscheideraten
Die Einführung eines reaktiven Gases beschleunigt die Bildung von dünnen Verbundschichten erheblich.
Beim herkömmlichen Sputtern ist die Bildung von Verbundschichten langsamer, weil sich die Elemente nach der Abscheidung verbinden müssen.
Durch die Erleichterung dieser Bindung innerhalb des Sputterprozesses beschleunigt das reaktive Sputtern die Abscheidungsrate und macht es effizienter für die Herstellung von Verbundschichten.
3. Kontrolle und Konfiguration
Die Zusammensetzung der abgeschiedenen Schicht kann durch die Einstellung des relativen Drucks der Inert- und Reaktivgase genau kontrolliert werden.
Diese Kontrolle ist entscheidend für die Optimierung der funktionellen Eigenschaften der Schicht, z. B. der Spannung bei SiNx oder des Brechungsindex bei SiOx.
Sputtersysteme für die Dünnschichtabscheidung können mit verschiedenen Optionen konfiguriert werden, z. B. Vorheizstationen für das Substrat, Sputter-Ätz- oder Ionenquellen für die In-situ-Reinigung und Substratvorspannung, um die Qualität und Effizienz des Abscheidungsprozesses zu verbessern.
4. Herausforderungen und Modelle
Reaktive Sputterprozesse weisen häufig ein hystereseähnliches Verhalten auf, was die Steuerung des Abscheidungsprozesses erschwert.
Die korrekte Steuerung von Parametern wie dem Partialdruck der Gase ist von entscheidender Bedeutung.
Modelle wie das Berg-Modell wurden entwickelt, um die Auswirkungen der Zugabe von reaktivem Gas zum Sputterprozess vorherzusagen und zu steuern. Sie helfen bei der Optimierung der Abscheidungsraten und der Qualität der Schichten.
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