スパッタリングガスの圧力は、スパッタリングプロセス中の膜質とスパッタリング速度に大きな影響を与えます。以下では、圧力が膜質とスパッタリング速度に及ぼす主な影響を示す：
1. 膜質：
- 低圧： スパッタリングチャンバー内の圧力が低いと、結晶性の良い高密度の膜が得られます。これは、圧力が低いとスパッタされた原子の平均自由行程が長くなり、他の原子と衝突する前により遠くまで移動できるようになるためである。これにより、より均一で緻密な膜構造が得られ、結晶性が向上する。
- より高い圧力： 一方、高い圧力は成膜速度を高めることができる。しかし圧力が高くなりすぎると、膜の微細構造に空隙が生じる可能性がある。また、圧力が高くなると衝突頻度が高くなるため、膜の配向がランダムになり、結晶性に影響を与える可能性がある。従って、所望の膜質を得るためには、最適な圧力範囲を見つけることが重要である。
2. スパッタリング速度：
- 低い圧力： 一般に、圧力が低いとスパッタリング速度が低下する。これは、低圧ではスパッタリングガスの密度が低くなるため、ガスイオンとターゲット材料との衝突が少なくなるためである。その結果、放出されるターゲット原子の数が少なくなり、スパッタリング率が低下します。
- 高い圧力： 逆に、圧力が高いほど成膜速度は向上する。圧力が高いほどスパッタリングガスの密度が高くなるため、ターゲット材料との衝突が多くなり、スパッタリング速度が速くなる。しかし、圧力が高くなりすぎると、チャンバー内の反応性ガスがターゲット表面に悪影響を及ぼすターゲットポイズニングを引き起こす可能性がある。これは薄膜の成長速度を低下させ、その品質に影響する。
まとめると、スパッタリングガスの圧力は、膜質とスパッタリング速度を決定する上で重要な役割を果たす。適切なバランスを見つけることは、密度、結晶化度、均一性など、望ましい膜特性を達成するために重要である。薄膜の成長を最適化し、ターゲットの被毒を防ぐためには、スパッタリングチャンバー内の圧力を注意深く管理する必要があります。
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