スパッタリングでは、主に基板上への薄膜の成膜を促進するためにガスが使用される。ガスの選択は、所望の材料特性とターゲット材料の種類に依存する。アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスは非反応性であるため一般的に使用されるが、酸素、窒素、二酸化炭素、アセチレン、メタンなどの反応性ガスは、酸化物、窒化物、炭化物などの特定の化合物を成膜するために使用される。
不活性ガス
- アルゴン（Ar）： アルゴンは、スパッタリング速度が速く、不活性で、価格が安く、高純度で入手できるため、スパッタリングで最も一般的に使用されるガスである。幅広い用途と材料に適している。
- ネオン（Ne）： ネオンの原子量は軽元素の原子量と密接に一致するため、軽元素のスパッタリングに適しており、効率的な運動量移動が保証される。
- クリプトン（Kr）およびキセノン（Xe）： これらのガスは重元素のスパッタリングに使用される。アルゴンに比べて原子量が大きいため、運動量移動効率が高く、重いターゲット材を効果的にスパッタリングするのに重要である。
反応性ガス：
- 酸素（O2）： 酸化アルミニウム（Al2O3）、二酸化ケイ素（SiO2）、二酸化チタン（TiO2）などの酸化膜の成膜に使用される。酸素はターゲット材料と反応し、基板上に目的の酸化物を形成する。
- 窒素（N2）： 窒化チタン（TiN）、窒化ジルコニウム（ZrN）などの窒化膜の成膜を助ける。窒素はターゲット材料と反応して窒化物を形成する。
- 二酸化炭素（CO2）： 酸化物コーティングの成膜に使用され、二酸化炭素はターゲット材料と反応して酸化物を形成する。
- アセチレン（C2H2）とメタン（CH4）： これらのガスは、金属DLC（ダイヤモンドライクカーボン）、水素化炭化物、炭窒化物の成膜に使用される。ターゲット材料と反応して、これらの複雑な化合物を形成する。
ガスの組み合わせ：
多くのスパッタリングプロセスでは、不活性ガスと反応性ガスを組み合わせて使用する。たとえば、スパッタリング中に起こる化学反応を制御するために、アルゴンが酸素や窒素と併用されることが多い。これにより、成膜された膜の組成や特性を正確に制御することができる。プロセス制御：
スパッタリングチャンバー内のガスの選択とその圧力は、ターゲットに衝突する粒子のエネルギーと分布に大きく影響し、成膜速度と品質に影響を与えます。専門家は、これらのパラメーターを微調整して、望ましい膜の微細構造と特性を実現することができます。
