Wiederholung: Sputterprozess - TU Wien

Wiederholung: Sputterprozess

Feste Quelle, d. h. beliebigeQuellenform

Geringe Abscheidetemperatur

Weites Parameterfeld

Hohe Abscheideratenerreichbar

Gute Schichthaftung

Schichtzusammensetzung =Quellenzusammensetzung

Interessante Schichteigenschaften

Quelle (wassergekühlt)

+

+

+

+ +

Substrat

-600V

Masse

+BeschichtungsgutArbeitsgas, ionisiert oder neutral

!

Elementarprozesse: Besondere Kennzeichen:

Wiederholung: Gasentladung

Versuchsanordnung:

Kennlinie:

U

Iselbstst.Gasentladung

unselbstst.Gasentladung I

IVV

I II II

I: Ohm'sches VerhaltenII: SättigungsbereichIII: StossionisationIV: normales GlimmenV: anormales Glimmen

-

-

+

+

U≈1kV

p Pa≈10

Wiederholung: Sputterausbeute

Für kommerzielle Sputterprozesse gilt:

Y = 0,5 - 4

Sputterregimes: Single Knock On

+

Ionenenergie klein,und/oder Ionenmasse klein

110: −+ ∝<YM

E eV YEU

++

< ∝100

:

U0 = Oberflächen-bindungsenergie

Sputterregimes: Lineare Stosskaskade I

+

Freisetzungs-volumen: ca. 1 nm3 Ionenenergie 0.1 - 10 keV

Stoßpotentiale: E+ 0.1 - 1 keV: Born-MayerE+ 1 - 10 keV: Thomas-Fermi

( ) 02

4UE

MMMMY

t

t+

+

+

+∝

Mt = Masse der Targetatome

Sputterregimes: Lineare Stosskaskade IISenkrechter Einfall:

Sputterregimes: Lineare Stosskaskade IIISchräger Einfall:

Sputterregimes: Thermal Spike

+

Ionenenergie > 10 keV

YUk TB

∝ −

exp 0

d. i. eine Verdampfungs-charakteristik des Emissionsvolumens

Lineare Stosskaskade: Globale Charakteristika

+

Freisetzungs-volumen: ca. 1 nm3

Y = 0,5 - 4

Lineare Stosskaskade: Energieverteilung

E-2

E

n(E)dE

U /20 EmaxE

( ) dEUEEdEEn 3

0

)(+

∝ Emax = Maximalenergie, E Emax ∝ +

E = mittlere Emissionsenergie

Lineare Stosskaskade: Winkelverteilung

n<1n=1

n>1α

n n( ) cosα α∝n ≤ 1 E < 1 keVn >1 E > 1 keV

Sputtern von Legierungen: verschiedenes Y

Bei einer gleichmässigen Verteilung von Materialien verschiedener Sputterausbeuten entspricht (nach einer Einlaufphase) die Dampfstrahlzusammensetzung der ursprünglichen Targetzusammensetzung.

Sputtern von Legierungen: Konusbildung I

Liegt Material einer geringeren Sputterausbeute in Form von grossen Ausscheidungen vor, so kommt es zur Konusbildung am Target.

Sputtern von Legierungen: Konusbildung II

Die Seitenflächen der Konusse sind oft kristallographische Oberflächen oder haben einen Neigungswinkel, der dem des maximalen Y entspricht.

Sputtern von Einkristallen: SputterausbeuteDie Sputterausbeute ist abhängig vom kristallographischen Index einer Kristallebene.Beispiel: Konusbildung

Y = Y(h,k,l)

Sputtern von Einkristallen: Channelling

Je nach Einfalls-richtung dringen Ionen mehr oder weniger tief in einen Einkristall ein.

Sputtern von Einkristallen: Wehner-Spots

Stossfokussierung entlang dicht gepackter kristallographischer Richtungen:

Y = Maximum entlang dieser Richtungen! Positioniert man einen halbkugelförmigen Kollektor über einem einkristallinen Target, so entstehen dort "Wehner-Spots".