半導体におけるスパッタリングとは？薄膜形成のための重要なPvd技術

半導体製造におけるスパッタリングは、シリコンウェーハなどの基板上に材料の薄膜を堆積させるために使用される物理蒸着（PVD）技術である。このプロセスでは、ターゲット材料に高エネルギーのイオン（通常はアルゴンのような不活性ガス）を照射し、ターゲットから原子を放出させる。放出された原子は真空中を移動し、基板上に堆積して薄く均一な膜を形成する。スパッタリングは、優れた密着性と均一性を備えた高純度の被膜を形成できるため、半導体製造に広く利用されている。特に、半導体部品の電気伝導性と熱伝導性に不可欠な金のような金属を成膜するのに適している。

要点の説明

スパッタリングの定義:
- スパッタリングはPVDプロセスの一つで、高エネルギーイオンの衝突により、原子が固体ターゲット材料から放出される。放出された原子は基板上に堆積し、薄膜を形成する。この方法は、精密で高品質なコーティングを形成するために、半導体製造に広く用いられている。
スパッタリングのメカニズム:
- プロセスは、まず反応室内を真空にして不純物と水分を除去する。
- 不活性ガス（通常はアルゴン）がチャンバー内に導入され、高電圧を印加してイオン化される。
- イオン化されたアルゴン原子は、負に帯電したターゲット材料に向かって加速され、ターゲット材料と衝突してターゲットから原子を放出する。
- 放出された原子は真空中を移動し、基板上に堆積して薄膜を形成する。
スパッタプロセスの主なステップ:
- 真空創造:チャンバー内を1Pa程度の圧力まで排気し、汚染物質を除去する。
- 不活性ガス導入:アルゴンガスを導入して低圧雰囲気を作る。
- 加熱:チャンバーを150℃から750℃に加熱し、プロセスを促進する。
- 磁場の発生:ターゲットと電磁石の間に工具を設置し、磁場を発生させることでイオン照射の効率を高める。
- イオン化とボンバードメント:高電圧を印加してアルゴンガスをイオン化し、ターゲットを負に帯電させて正に帯電したアルゴンイオンを引き寄せ、ターゲットに衝突させて原子を放出させる。
- 成膜:放出された原子は基板上に堆積し、薄膜を形成する。
半導体製造における応用:
- スパッタリングは、半導体部品の電気および熱伝導性に重要な金のような金属の薄膜を成膜するために、半導体産業で広く使用されている。
- このプロセスでは、半導体製造の高い技術要件を満たすために不可欠な、極めて純度の高い単一原子厚のコーティングを施すことができます。
スパッタリングの利点:
- 高純度:スパッタリングは、半導体用途に不可欠な極めて純度の高い膜を作ることができる。
- 均一性:このプロセスは、非常に均一で一貫性のある薄膜の成膜を可能にする。
- 汎用性:スパッタリングは、金属、セラミック、合金を含むさまざまな材料を、さまざまなタイプの基板に成膜するために使用できる。
- 接着:スパッタリングで成膜された膜は、一般的に基板との密着性に優れ、耐久性と信頼性を確保できる。
課題と考察:
- コスト:スパッタリングは一般にコスト効率が高いが、高純度のターゲットとプロセスパラメーターの精密な制御が必要なため、コストが高くなることがある。
- 複雑さ:このプロセスには、高度な設備と、圧力、温度、電圧などの条件の慎重な制御が必要である。
- 材料の制限:材料によっては、物理的または化学的特性によりスパッタリングに適さない場合があります。

要約すると、スパッタリングは半導体製造において重要な技術であり、半導体デバイスの性能に不可欠な高品質、均一、高純度の薄膜の成膜を可能にする。膜特性を精密に制御できるスパッタリングは、先端電子部品の製造に不可欠な技術である。

総括表

アスペクト	詳細
定義	高エネルギーイオンがターゲットから原子を放出し、基板上に堆積させるPVDプロセス。
メカニズム	不活性ガス（アルゴン）をイオン化し、加速してターゲットに衝突させ、原子を放出する。
主な手順	真空生成、不活性ガス導入、加熱、磁場生成、イオン化、蒸着。
応用例	半導体の電気伝導性と熱伝導性を高めるために、金などの金属を蒸着する。
利点	高純度、均一性、汎用性、優れた接着性。
課題	コスト、複雑さ、材料の制限