Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

68 4. Hoch leitfähige und hoch transparente ZnO:Al-Schichten mit hoher Depositionsrate
P = 10 kW einen Wert von RDep = 115 nm·m/min. Dies entspricht einer statischen Depositionsrate
von ca. 440 nm/min. Einen tieferen Einblick in den Zusammenhang zwischen Depositionsrate
und Arbeitspunkt gibt Abb. 4.3(b). Im metallischen Modus (geringe Sauerstoffzugabe) nimmt
die Depositionsrate linear mit dem Sauerstofffluss zu. Dabei ist kein Einfluss der Entladungsleistung
zu beobachten. Im Übergangsbereich verläuft die Kurve in einer Schleife und fällt zum
oxidischen Modus ab.
Bei schwach reaktiver Prozessführung im metallischen Modus wird in der Regel die höchste
Sputterrate beobachtet. In der Literatur wird meist auch über monoton steigende Depositionsraten
bei der Annäherung an den metallischen Modus berichtet (siehe z.B. May et al. (2003)).
In dieser Arbeit werden oft hohe Substrattemperaturen (TS > 200 ◦ C) verwendet, so dass ein
zusätzlicher Effekt berücksichtigt werden muss: Bei Temperaturen oberhalb von 150 ◦ C dampft
metallisches Zink von Oberflächen in der Vakuumkammer insbesondere vom Substrat ab [Szyszka
(1999b)]. Alles nicht oxidierte und daher vom Substrat abdampfende Zink kann somit nicht
zum Wachstum der ZnO:Al-Schichten beitragen. Im und nahe dem metallischen Modus ist die
Depositionsrate nicht mehr durch die Sputterrate bestimmt, sondern wird durch die Menge des
angebotenen Sauerstoffs limitiert. Im oxidischen Modus dampft nahezu kein Zink mehr vom
Substrat ab und die verringerte Sputterrate limitiert die Depositionsrate. Dieser Effekt ist allerdings
für die relevanten Depositionsbedingungen gegenüber den sonstigen Einflüssen auf die
Depositionsrate vernachlässigbar.
4.2.2 Einfluss der Substrattemperatur
Der Dampfdruck von Zink ist temperaturabhängig und bestimmt die Abdampfrate des nicht oxidierten
Zinks vom Substrat. Der Einfluss der Substrattemperatur auf die Depositionsrate ist in
Abb. 4.4 dargestellt. Die verschiedenen Temperaturbereiche wurden an Targets mit unterschiedlichem
Aluminiumgehalt untersucht. Dafür wurden Schichten bei einer Entladungsleistung von
4 kW und einem Depositionsdruck zwischen 0,6 Pa und 0,9 Pa abgeschieden. Der Arbeitspunkt
wurde auf beste Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Transparenz optimiert (siehe Abschn. 5.3).
Die höchste Depositionsrate von RDep ≈ 64 nm·m/min wurde auf nicht geheizten Substraten erzielt.
Bei ungeheizten Substraten konnten transparente Schichten nur für Arbeitspunkte nahe dem
oxidischen Modus deponiert werden. Wird das Substrat zusätzlich zu der Prozesswärme geheizt,
sinkt die Depositionsrate mit zunehmender Substrattemperatur. Für die höchste Temperatur von
TS = 360 ◦ C erreichte RDep lediglich ca. ein Drittel der Rate auf ungeheiztem Substrat. Die Daten
lassen es nicht zu, eine Aussage über den Einfluss der Aluminiumkonzentration im Target auf
RDep zu machen. Die leichten Unterschiede der Depositionsraten für die verschiedenen Targets
können auch auf den verwendeten Sputterdruck und eine mögliche Verschiebung der optimierten