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範なカテゴリーに属する特殊技術であり、化合物材料の薄膜を基板上に成膜するように設計されている。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。
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、通常金属または半導体のターゲット材料が真空チャンバー内に置かれる。チャンバーは、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、その後基板上に蒸着される。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、所望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、それが成膜される。成膜された膜の化学量論、応力、屈折率などの組成や特性は、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。
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つけることが困難である。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ちます。
アプリケーションとシステム構成：
