Techniklexikon

Sputtern

FestkörperphysikOberflächen- und Grenzflächenphysik, Ionenzerstäubung, Abdampfen von Atomen und Atomclustern von der Oberfläche eines Stoffes unter Bestrahlung mit beschleunigten Ionen. Technische Anwendungen sind das Ätzen (Sputterätzen, Absputtern) einer Oberfläche (Ionenätzen) zur Feinreinigung der Oberflächen (üblicherweise mit Ar-Ionenstrahlen), Herstellung dünner Oberflächenschichten (Ionenstrahlzerstäubung) und die Mikroanalyse der Zusammensetzung von Festkörpern in der Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS).

Beim Sputtern als Beschichtungstechnologie werden unter Beteiligung eines Niederdruckplasmas im Vakuum dünne Schichten erzeugt. Das Niederdruckplasma kann dabei durch eine Hochfrequenz oder Mikrowellenquelle (Magnetronsputtern), aber auch durch eine hohe Gleichspannung erzeugt werden.

Der Sputtervorgang beginnt mit einem elastischen Stoss zwischen einem beschleunigten Ion (Argon) und den Atomen des Targetmaterials (Metall, Halbleiter, Polymere). Ein oder mehrere Atome werden aus dem Target herausgelöst, das Ion wird neutralisiert (siehe Abb.). Der Energietransferkoeffizient kann aus dem Massenverhältnis der beteiligten Atome bestimmt werden. Die Sputterausbeute (Yield) ist der Quotient aus der Anzahl der vom Target emittierten Atome und der das Target erreichenden Atome. Die vom Target emittierten Atome kondensieren auf dem Substrat und bilden eine dünne Schicht.

Die Prozessparameter können beim Sputtern in grossem Umfang variiert werden. Beim reaktiven Sputtern findet unter Beteiligung eines weiteren Gases (Stickstoff, Sauerstoff) zusätzlich eine chemische Reaktion statt, z.B. bei der Herstellung von Titannitridschichten zum Verschleissschutz.

Sputtern: a) Ein beschleunigtes Ion trifft auf die Targetoberfläche, b) durch einem elastischen Stoss werden Atome aus dem Target herausgelöst und das Ion neutralisiert.