反応性スパッタリングは、プラズマ・スパッタリングという広義のカテゴリーに属する特殊技術である。反応性スパッタリングは、基板上に化合物材料の薄膜を成膜するために設計されている。
不活性ガスを用いてターゲット材料から直接基板上に原子を放出する標準的なスパッタリングとは異なり、反応性スパッタリングではスパッタリングチャンバー内に反応性ガスを導入する。
この反応性ガスはターゲット材料からスパッタされた原子と化学反応し、新しい化合物を形成して基板上に堆積させる。
5つのポイント
1.反応性スパッタリングのメカニズム
反応性スパッタリングでは、ターゲット材料（通常は金属または半導体）が真空チャンバー内に置かれる。
チャンバー内は、標準的なスパッタリングのように完全に排気されるのではなく、酸素や窒素などの反応性ガスの低圧雰囲気で満たされる。
反応性ガスはイオン化され、正電荷を帯びる。
高電圧が印加されると、正に帯電したガスイオンがターゲット材料と衝突し、ターゲットから原子が放出される。
放出された原子は、チャンバー内の反応性ガスと反応して化合物を形成し、その後基板上に堆積される。
2.化学反応と制御
スパッタされた原子と反応性ガスとの化学反応は、目的の化合物膜を形成するために極めて重要である。
例えば、ターゲット材料がシリコンで反応性ガスが酸素の場合、反応によって酸化シリコンが形成され、それが蒸着される。
成膜された膜の組成や特性（化学量論、応力、屈折率など）は、不活性ガスと反応性ガスの相対圧力を調整することで制御できる。
この制御は、薄膜の機能特性を最適化するために不可欠である。
3.課題と制御パラメーター
反応性スパッタリングは、ヒステリシスのような挙動を特徴とするため、理想的な動作条件を見出すのは困難である。
このプロセスでは、不活性ガスと反応性ガスの分圧、流量、ターゲットの侵食速度など、いくつかのパラメーターを注意深く制御する必要がある。
Bergモデルのようなモデルは、反応性ガスの添加による影響を見積もり、成膜プロセスを最適化するのに役立つ。
4.用途とシステム構成
反応性スパッタリングは、光学コーティング、半導体、保護層の製造など、薄膜の組成や構造を正確に制御する必要があるさまざまな用途で使用されている。
スパッタリングシステムは、成膜プロセスの効率と効果を高めるため、基板予熱ステーション、スパッタエッチング機能、複数カソードなど、さまざまなオプションで構成することができる。
5.まとめ
まとめると、反応性スパッタリングは、化合物材料の薄膜を成膜するための多用途かつ精密な方法である。
反応性ガスの相互作用とプロセスパラメーターを操作することで、膜の特性を制御することができる。
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