Die Ionenstrahl-gestützte Abscheidung ist eine Kombinationstechnologie. Sie vereint die Vorteile der Ionenimplantation und der physikalischen Dampfabscheidung und stellt eine neuartige Oberflächenoptimierungstechnik mittels Ionenstrahl dar. Neben den Vorteilen der physikalischen Dampfabscheidung ermöglicht dieses Verfahren das kontinuierliche Wachstum von Schichten beliebiger Dicke unter strengeren Kontrollbedingungen. Kristallinität und Orientierung der Schicht werden deutlich verbessert, die Haftfestigkeit zwischen Schicht und Substrat erhöht, die Schichtdichte verbessert und Verbundschichten mit idealen stöchiometrischen Verhältnissen bei nahezu Raumtemperatur synthetisiert. Dies schließt auch neuartige Schichttypen ein, die bei Raumtemperatur und -druck nicht realisierbar sind. Die Ionenstrahl-gestützte Abscheidung vereint somit die Vorteile der Ionenimplantation und ermöglicht die Beschichtung des Substrats mit einer völlig anderen Schicht.
Bei allen Arten der physikalischen und chemischen Gasphasenabscheidung kann ein Satz zusätzlicher Ionenkanonen hinzugefügt werden, um ein IBAD-System zu bilden. Es gibt zwei allgemeine IBAD-Prozesse, wie in der Abbildung dargestellt:
Wie in Abb. (a) dargestellt, wird eine Elektronenstrahlverdampfungsquelle verwendet, um die Schicht mit dem aus der Ionenkanone emittierten Ionenstrahl zu bestrahlen und so eine ionenstrahlgestützte Abscheidung zu realisieren. Der Vorteil liegt in der Einstellbarkeit von Ionenstrahlenergie und -richtung. Allerdings kann nur eine einzige oder eine begrenzte Anzahl von Legierungen oder Verbindungen als Verdampfungsquelle verwendet werden, und die Dampfdrücke der einzelnen Legierungs- und Verbindungskomponenten unterscheiden sich, was die Herstellung einer Schicht mit der ursprünglichen Zusammensetzung der Verdampfungsquelle erschwert.
Abbildung (b) zeigt die ionenstrahlunterstützte Abscheidung, auch bekannt als Doppelionenstrahl-Sputterabscheidung. Dabei besteht das Target aus einem Ionenstrahl-Sputterbeschichtungsmaterial, dessen Sputterprodukte als Quelle dienen. Während der Abscheidung auf dem Substrat wird die ionenstrahlunterstützte Abscheidung durch Bestrahlung mit einer zweiten Ionenquelle erreicht. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Sputterpartikel selbst über eine gewisse Energie verfügen und somit eine bessere Haftung auf dem Substrat gewährleisten. Jede Komponente des Targets kann als Sputterbeschichtung abgeschieden oder durch Reaktionssputtern in den Film eingebracht werden. Die Zusammensetzung des Films lässt sich leicht anpassen. Allerdings ist die Abscheidungseffizienz gering, das Target ist teuer und es treten Probleme wie selektives Sputtern auf.
Veröffentlichungsdatum: 08.11.2022