Die Kathodenzerstäubung mittels Edelmetall-Sputtertargets

Das Wort „Sputtern“ kommt aus dem Englischen und bedeutet im technischen Sinn soviel wie Kathodenzerstäubung.

Es handelt sich beim Sputtern um einen physikalischen Vorgang bei dem ein Festkörper (das Target) mit energiereichen Ionen beschossen wird. Bei den Ionen handelt es sich im Normalfall um Edelgasionen. Durch den Beschuss lösen sich Atome aus dem Target und gehen dabei in die Gasphase über. Mit den auf diese Weise erhaltenen Atomen kann z.B. anschließend ein Material „bedampft“ werden. Damit sich ein Atom überhaupt aus dem Target lösen kann ist eine bestimmte Mindestenergie nötig. Diese wird durch das Anlegen einer Spannung hervorgerufen.

Das ganze Verfahren findet in einer Vakuum-Kammer statt. Damit auf einem Material (Substrat) eine Schicht des Targetmaterials aufgebracht werden kann, bzw. physikalisch ausgedrückt kondensieren kann, wird das Substrat in die räumliche Nähe des Targets gebracht. Für diesen Vorgang muss der Druck in der Anlage so gering sein, dass die aus dem Target ausgelösten Atome das Substrat auch erreichen können. Dies ist bei einem Druck von etwa 10 -2 mbar möglich.

Sputter-Targets

Sie sind das Ausgangsmaterial für unterschiedliche Beschichtungsverfahren, dazu gehören unter anderem Ionenstrahl-, Laser-, und PVD-Techniken. Bei der Herstellung der Targets muss besonders auf eine hervorragende Qualität hinsichtlich Reinheit, Dichte und Zusammensetzung geachtet werden. Erst dadurch sind sie für einen Einsatz bei der Herstellung von hochwertigen Beschichtungen oder neuen Schichtsystemen geeignet 1.

Je nach Anwendung gibt es Targets aus unterschiedlichen Materialien, diese sind z.B. Keramiken oder Edelmetalle. Bei uns sind unterschiedliche Edelmetall-Targets erhältlich.

Sputter-Anlagen

Sie dienen vor allem der Herstellung von dünnen metallischen Filmen auf einem Substrat. Eingesetzt werden sie z.B. für die Herstellung von Goldbeschichtungen bei Proben für die Elektronenmikroskopie, bei der Probenpräparation für REM-Untersuchungen (hier müssen die Proben elektrisch leitend sein). Nicht leitende Proben werden zunächst mit hauchdünnen (z.B. 100 nm) leitfähigen Schichten (meist aus Gold) besputtert, um eine negative Aufladung der Oberfläche zu vermeiden.

Die auf dem Substrat aufwachsende Metallschicht ist neben der Qualität des Targets vor allem abhängig von dem in der Anlage vorhandenen Druck, vom Glimmstrom, der Zeit und vom Abstand des Präparats von der Kathode (z.B. Gold-Target) und lässt sich über diese Parameter steuern.

Weitere Anwendungen von Goldprodukten in der Elektro- und Halbleitertechnik

Auch z.B. in Aufdampfanlagen und beim Die-Bonden spielt Gold eine wichtige Rolle.

Eine Aufdampfanlage basiert auf einem anderen physikalischen Prinzip als die Sputterkammer. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Material nicht gerichtet auf das Substrat aufgebracht wird, es sind auch keine Ionen vorhanden, sondern das zu verdampfende Material wird lediglich erwärmt. Das Verfahren findet im Ultrahochvakuum (10 -7 – 10 -12 mbar) statt. Die bei diesem Prozess verwendeten Verdampfungsquellen, bestehen häufig aus Gold oder anderen Edelmetallen. Die einfachste Form einer Verdampfungsquelle besteht aus einem beheizten Draht (z.B. Gold-Draht) oder es werden Tiegel verwendet, die z.B. mit einem Edelmetall-Blech oder Granulat gefüllt sind. Je nach dem welche Eigenschaften gewünscht sind können unterschiedliche Materialien zum Aufdampfen verwendet werden. Eines der wichtigsten Materialien ist jedoch das auch bei uns erhältliche Gold.

Beim Die-Bonden handelt es sich um ein Kontaktierverfahren. Dabei werden Bonddrähte z.B. zwischen Chip und Anschlüssen „gelötet“. Auch hier ist Gold aufgrund seiner einmaligen Eigenschaften ein gerne verwendetes Material.

Die Verwendung von Gold

Was macht Gold zu einem so einzigartigen Material im Bereich des Sputterns, Aufdampfen und Kontaktierens?

Das Material Gold hat einige unvergleichliche Eigenschaften die es so wertvoll machen:

  • Gold ist sehr korrosionsbeständig
  • Gold ist ein ausgezeichneter elektrischer Leiter
  • bei Gold gibt es kaum einen Spannungsabfall durch Umwandlung in Wärme im Golddraht
  • Goldkontakte sind extrem langlebig
  • Gold lässt sich sehr gut verarbeiten
  • Königswasser ist die einzige Säure durch die Gold angegriffen werden kann

Literaturverzeichnis

[1] www.ifam-dd.fraunhofer.de/fhg/ifam_dd/gebiete/sputter-targets/index.jsp vom 15.07.2009

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© Junker Edelmetalle 2010
Autorin: M. Mindt