スパッタリングの歩留まりはいくつかの要因に影響される。こ れ ら の 要 因 に よ っ て 、ス パ ッ タリングプロセス中にターゲットから放出できる材料の量が決まります。
スパッタリング収率に影響を与える5つの主要要因
1.入射イオンのエネルギー
ターゲット材料に入射するイオンのエネルギーは極めて重要である。エネル ギーが高いイオンほど、ターゲット原子をより効果的に変位させることができ、スパッタリング収率の向上につながる。このエネルギーは通常プラズマによって供給される。
2.イオンとターゲット原子の質量
ターゲット原子の質量に対する入射イオンの質量も重要な役割を果たす。より重いイオンは、衝突時により多くのエネルギーを伝達することができ、より高い収率につながる。逆に、ターゲット原子が重いと変位させるのが難しくなる。
3.固体内の原子の結合エネルギー
ターゲット物質内の原子の結合エネルギーは、原子の排出のしやすさに影響する。結合エネル ギーが高いほど、原子を移動させるためにより多くのエネル ギーが必要となり、スパッタリング収率が低下する。
4.スパッタリングパラメーター
スパッタリングプロセスを最適化するために、さまざまなパラメーターを調整することができる。以下がその例である：
- ターゲットのパワー密度： 単位面積当たりにターゲットに印加される電力量。
- スパッタ電流と電圧： ターゲットに衝突するイオンのエネルギーと数を制御する。
- サンプルチャンバー内の圧力（真空度）： スパッタリングガスの圧力は、スパッタされた原子の平均自由行程とプラズマ密度に影響を与える。
- ターゲットから試料までの距離： 距離は、スパッタされた原子が基板に到達するまでの移動時間とエネルギーに影響する。
- スパッタガス： 使用するガスの種類は、イオンのイオン化とエネルギーに影響する。
- ターゲットの厚さと材質： ターゲットが厚いとスパッタリング時間を長く維持でき、材質が異なるとスパッタリング収率も異なる。
5.理論計算
スパッタリングレートは、イオン束密度、単位体積あたりのターゲット原子数、原子量、ターゲットと基板間の距離、イオン化の度合いなどの要素を考慮した計算式を用いて理論的に算出することができる。
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