Was ist reaktives Sputtern?
Reaktives Sputtern ist eine Variante des Plasmasputterns, mit dem ein dünner Film auf einem Substratmaterial abgeschieden wird. Bei diesem Verfahren wird ein Targetmaterial wie Aluminium oder Gold in eine Kammer mit einer Atmosphäre aus einem positiv geladenen reaktiven Gas freigesetzt. Dieses Gas geht mit dem Targetmaterial eine chemische Bindung ein und wird als Verbindung auf einem Substratmaterial abgeschieden.
Während normales Plasmasputtern in einer Vakuumkammer stattfindet, in der keine Atmosphäre vorhanden ist, findet reaktives Sputtern in einer Vakuumkammer mit einer Niederdruckatmosphäre statt, die aus einem reaktiven Gas besteht. Spezielle Pumpen an der Maschine entfernen die normale Atmosphäre, die unter anderem aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff besteht, und füllen die Kammer mit einem Gas wie Argon, Sauerstoff oder Stickstoff. Das reaktive Gas im reaktiven Sputterprozess ist positiv geladen.
Das Targetmaterial wie Titan oder Aluminium wird dann ebenfalls in Form eines Gases in die Kammer freigesetzt und einem Magnetfeld hoher Intensität ausgesetzt. Dieses Feld verwandelt das Targetmaterial in ein negatives Ion. Das negativ geladene Targetmaterial wird von dem positiv geladenen reaktiven Material angezogen, und die beiden Elemente verbinden sich, bevor sie sich auf dem Substrat absetzen. Auf diese Weise können dünne Filme aus Verbindungen wie Titannitrid (TiN) oder Aluminiumoxid (Al 2 O 3) hergestellt werden.
Reaktives Sputtern erhöht die Geschwindigkeit, mit der ein dünner Film aus einer Verbindung hergestellt werden kann, erheblich. Während herkömmliches Plasma-Sputtern geeignet ist, um einen dünnen Film aus einem einzelnen Element zu erzeugen, dauert die Bildung von Verbundfilmen lange. Das Erzwingen der Bindung der Chemikalien als Teil des Dünnfilmprozesses beschleunigt die Geschwindigkeit, mit der sie sich auf dem Substrat absetzen.
Der Druck in der reaktiven Zerstäubungskammer muss sorgfältig geregelt werden, um das Wachstum des Dünnfilms zu maximieren. Bei niedrigen Drücken dauert es lange, bis sich der Film gebildet hat. Bei hohen Drücken kann das reaktive Gas die Targetoberfläche „vergiften“, wenn das Targetmaterial seine negative Ladung erhält. Dies verringert nicht nur die Wachstumsrate des Dünnfilms auf dem darunterliegenden Substrat, sondern erhöht auch die Vergiftungsrate; Je weniger negative Partikel vorhanden sind, desto weniger chemische Bindungen können sie mit dem positiv geladenen reaktiven Gas eingehen, und desto reaktiver ist das Gas, das die Zieloberfläche vergiftet. Das Überwachen und Einstellen des Drucks im System hilft, diese Vergiftung zu verhindern, und ermöglicht, dass der dünne Film schnell wächst.