Sputtern ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei der durch den Beschuss mit energiereichen Ionen Atome aus einem Zielmaterial herausgeschleudert werden, um dünne Schichten abzuscheiden. Diese Methode eignet sich besonders für Materialien mit hohem Schmelzpunkt und gewährleistet aufgrund der hohen kinetischen Energie der ausgestoßenen Atome eine gute Haftung.
5 Schlüsselpunkte erklärt
1. Mechanismus des Sputterns
Beim Sputtern werden Atome aus der Oberfläche eines Zielmaterials herausgeschleudert, wenn es von energiereichen Teilchen, in der Regel Ionen, getroffen wird.
Dieser Prozess wird durch Impulsübertragung zwischen den beschossenen Ionen und den Zielatomen angetrieben.
Die Ionen, in der Regel Argon, werden in eine Vakuumkammer eingeleitet, wo sie elektrisch angeregt werden und ein Plasma bilden.
Das Target, d. h. das abzuscheidende Material, wird in dieser Anordnung als Kathode platziert.
2. Prozessaufbau
Die Anlage für das Sputtern besteht aus einer Vakuumkammer, die mit einem kontrollierten Gas gefüllt ist, vor allem Argon, das inert ist und nicht mit dem Targetmaterial reagiert.
Die Kathode bzw. das Target wird elektrisch erregt, um eine Plasmaumgebung zu schaffen.
In dieser Umgebung werden die Argon-Ionen auf das Target beschleunigt und treffen es mit genügend Energie, um die Target-Atome in die Gasphase zu schleudern.
3. Abscheidung und Vorteile
Die ausgestoßenen Target-Atome wandern dann durch das Vakuum und lagern sich auf einem Substrat ab, wobei ein dünner Film entsteht.
Einer der Hauptvorteile des Sputterns besteht darin, dass die ausgestoßenen Atome im Vergleich zu den Atomen aus Verdampfungsprozessen eine wesentlich höhere kinetische Energie haben, was zu einer besseren Haftung und dichteren Schichten führt.
Außerdem können beim Sputtern Materialien mit sehr hohen Schmelzpunkten verarbeitet werden, die sich mit anderen Verfahren nur schwer abscheiden lassen.
4. Variationen und Anwendungen
Das Sputtern kann in verschiedenen Konfigurationen durchgeführt werden, z. B. von unten nach oben oder von oben nach unten, je nach den spezifischen Anforderungen des Abscheidungsprozesses.
Es ist in der Halbleiterindustrie weit verbreitet, um dünne Schichten aus Metallen, Legierungen und Dielektrika auf Siliziumwafern und anderen Substraten abzuscheiden.
5. Wiederaufstäuben
Ein weiteres Phänomen, das beim Sputtern beobachtet wird, ist das Resputtern, bei dem das abgeschiedene Material durch weiteren Ionen- oder Atombeschuss während des Abscheidungsprozesses wieder emittiert wird.
Dies kann sich auf die endgültigen Schichteigenschaften auswirken und wird bei fortgeschrittenen Anwendungen berücksichtigt, bei denen eine genaue Kontrolle der Schichtdicke und der Eigenschaften erforderlich ist.
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