Wat is reactief sputteren?
Reactief sputteren is een variatie van het plasma-sputterproces dat wordt gebruikt om een dunne film op een substraatmateriaal af te zetten. In dit proces wordt een doelmateriaal, zoals aluminium of goud, afgegeven in een kamer met een atmosfeer gemaakt van een positief geladen reactief gas. Dit gas vormt een chemische binding met het doelmateriaal en wordt als een verbinding op een substraatmateriaal afgezet.
Terwijl normaal plasmasputteren plaatsvindt in een vacuümkamer die vrij is van een atmosfeer, vindt reactief sputteren plaats in een vacuümkamer met een lage drukatmosfeer bestaande uit een reactief gas. Speciale pompen op de machine verwijderen de normale atmosfeer, die is gemaakt van koolstof, zuurstof en stikstof onder andere sporenelementen, en vullen de kamer met een gas, zoals argon, zuurstof of stikstof. Het reactieve gas in het reactieve sputterproces heeft een positieve lading.
Het doelmateriaal, zoals titanium of aluminium, wordt vervolgens in de kamer vrijgegeven, ook in de vorm van een gas, en blootgesteld aan een magnetisch veld met hoge intensiteit. Dit veld verandert het doelmateriaal in een negatief ion. Het negatief geladen doelmateriaal wordt aangetrokken door het positief geladen reactieve materiaal en de twee elementen binden zich voordat het op het substraat bezinkt. Op deze manier kunnen dunne films worden gemaakt van verbindingen zoals titanium-nitride (TiN) of aluminiumoxide (Al2O3).
Reactief sputteren verhoogt aanzienlijk de snelheid waarmee een dunne film kan worden gemaakt van een verbinding. Hoewel traditioneel plasmasputteren geschikt is bij het maken van een dunne film uit een enkel element, duurt het lang voordat samengestelde films worden gevormd. Als u de chemicaliën dwingt om te binden als onderdeel van het dunne-filmproces, wordt de snelheid waarmee ze zich op het substraat afzetten sneller.
De druk in de reactieve sputterkamer moet zorgvuldig worden beheerd om de groei van de dunne film te maximaliseren. Bij lage drukken duurt het lang voordat de film is gevormd. Bij hoge drukken kan het reactieve gas het doeloppervlak "vergiftigen", dat is wanneer het doelmateriaal zijn negatieve lading ontvangt. Dit verlaagt niet alleen de groeisnelheid voor de dunne film op het onderliggende substraat, maar verhoogt ook de vergiftigingssnelheid; hoe minder negatieve deeltjes er zijn, hoe minder chemische bindingen ze kunnen vormen met het positief geladen reactieve gas en dus, hoe reactiever gas er is om het doeloppervlak te vergiftigen. Monitoring en aanpassing van de druk in het systeem helpt deze vergiftiging te voorkomen en zorgt ervoor dat de dunne film snel groeit.