Lexikon der Oberflächentechnik

Sputtern

Sputtern ist Ätzen durch Ionenbeschuss. Die Plasmaanlage ist für diesen Prozess als Sputterätzer ausgelegt. Bei dieser Betriebsart wird eine Arbeitselektrode mit dem Plasmagenerator verbunden, aber durch einen zwischengeschalteten Kondensator kapazitiv entkoppelt. Es ist also kein Stromfluss zwischen Generator und Elektrode möglich. Der Reaktor wird beim Sputtern vorzugsweise mit der HF-Frequenz 13,56 MHz betrieben. Bei dieser hohen Frequenz folgen die leichten Elektronen dem elektrischen Feld, für die schweren trägen Ionen ist die Frequenz zu hoch. Sie bleiben nahezu unbeweglich und kalt.
Immer wenn an der Arbeitselektrode positive Spannung anliegt, prallen Elektronen auf die Elektrode. Da diese aber durch den zwischengeschalteten Kondensator nicht abfließen können, lädt sich die Arbeitselektrode zunehmend negativ auf. Man nennt diesen Effekt Self-Bias. Das Substrat ist auf der Arbeitselektrode positioniert und lädt sich mit dieser auf.

Durch die Biasspannung wird dem HF-Wechselfeld ein Gleichspannungsfeld überlagert. Durch dieses werden nun auch Ionen auf die jetzt negative Arbeitselektrode und das Substrat beschleunigt.

Bevorzugtes Prozessgas für das Sputtern ist Argon. Es reagiert nicht chemisch, so dass es zu rein physikalischem Ätzen kommt. Die Ionen prallen beschleunigt auf das Substrat und können dort Atome, Moleküle und Radikale aus der Oberfläche schlagen, nahezu unabhängig von den Eigenschaften des Substrats selbst.

Dieser Ätzprozess wird als physikalisches Ätzen, Ionenätzen oder auch als Mikrosandstrahlen bezeichnet, weil die Wirkung dem Sandstrahlen entspricht mit einem auf atomare Dimensionen verkleinerten Sandkorn.

Durch Sputtern können Oberflächen von allen Substanzen gereinigt werden, die auf andere Art durch Plasmareinigen nicht entfernt werden können. Es werden außerdem wie beim Sandstrahlen Oberflächen vergrößert und dadurch Haftfestigkeiten verbessert.