スパッタリング、特にマグネトロンスパッタリングにおけるターゲット被毒とは、ターゲット表面の反応性ガス（窒素など）の吸収や窒化によって薄膜の成膜速度が低下する現象である。これは、反応性ガスの分圧が上昇するとターゲット表面に化合物が形成され、スパッタリング効率が低下するために起こる。その結果、放出されるターゲット原子の数が減り、基板上の薄膜成長率が低下する。この問題は、化合物薄膜を形成するために反応性ガスを意図的に導入する反応性スパッタリングプロセスで特に多く見られる。ターゲットの被毒を軽減するために、イオン化率の増加やガス流量の最適化などの修正がしばしば採用される。
キーポイントの説明
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標的毒の定義:
- ターゲット被毒とは、ターゲット表面での反応性ガス（窒素など）の吸収や化学反応によるスパッタリング中の薄膜成膜速度の低下を指す。
- この現象は、反応性ガスを使用して窒化物や酸化物などの化合物膜を形成する反応性スパッタリングプロセスで最もよく観察される。
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ターゲットポイズニングのメカニズム:
- 反応性ガス（窒素など）の分圧が上昇すると、ガス分子がターゲット表面に吸収される。
- この吸収により、ターゲット表面に化合物層（窒化物など）が形成される。
- 化合物層は、ターゲット材料の導電性や反応性が低下するため、スパッタリングに利用できる自由なターゲット原子の数を減少させる。
- その結果、放出されるターゲット原子の数が減り、基板への堆積速度が低下する。
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スパッタリングプロセスへの影響:
- 蒸着率の低下:ターゲット被毒の主な結果は、基板上の薄膜成長速度の大幅な低下である。
- 反応性ガスの増加:ターゲット表面が汚染されると、より多くの反応性ガスがターゲットをさらに汚染するために利用可能になり、問題を悪化させるフィードバックループが生じる。
- フィルム組成の変化:成膜された膜の化学組成も変化する可能性があり、これはターゲット表面が所望の材料を供給するのに有効でなくなるためである。
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影響を受けるスパッタリングの種類:
- ターゲット被毒は特に反応性スパッタリングに関連する。 反応性スパッタリング 反応性ガスを導入して化合物膜を形成する方法。
- また マグネトロンスパッタリング 特に反応性ガスとして窒素または酸素を使用する場合。
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緩和策:
- 電離の増加:反応ガスのイオン化を高めることにより、スパッタリングプロセスの効率を向上させ、ターゲット被毒の可能性を低減することができる。
- ガスフローの最適化:反応性ガスの流量と分圧を制御することで、成膜とターゲット被毒のバランスを保つことができる。
- パルススパッタリング:パルスDCスパッタリングのような技術は、定期的にターゲット表面をクリーニングすることで、ターゲットの被毒を減らすのに役立つ。
- ターゲットの回転:システムによっては、ターゲットを回転させることで、反応性ガスをより均一に分散させ、局所的な被毒を減らすことができる。
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装置および消耗品購入者との関連性:
- スパッタリング装置と消耗品の購入者にとって、ターゲット被毒を理解することは、適切なシステムと材料を選択する上で極めて重要である。
- 高度なイオン化およびガスフロー制御機能を備えたシステムは、ターゲット被毒を軽減する上でより効果的である。
- ターゲットのような消耗品は、特に反応性スパッタリングの用途では、被毒に対する耐性に基づいて選択すべきである。
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他のスパッタリング技術との比較:
- で DCダイオード・スパッタリング 反応性ガスが一般的に使用されないため、ターゲットの被毒は少ない。
- RFスパッタリング は、交番磁場がターゲット表面のクリーニングに役立つため、ターゲット被毒に強い。
- HiPIMS（ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリング） は、イオン化とターゲットクリーニングを改善する高エネルギーパルスを提供することによって、ターゲット被毒を低減することができる別の技術である。
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結論:
- ターゲット被毒は反応性スパッタリングおよびマグネトロンスパッタリングにおける重要な課題であり、成膜速度の低下や膜組成の変化につながる。
- そのメカニズムを理解し、緩和策を講じることで、装置や消耗品の購入者はスパッタリングプロセスを最適化し、性能と膜質を向上させることができる。
総括表：
| アスペクト | 詳細 |
|---|---|
| 定義 | ターゲットへの反応性ガス吸収による蒸着率の低下。 |
| メカニズム | 反応性ガスがターゲット上で化合物を形成し、スパッタリング効率を低下させる。 |
| 影響 | 成膜速度の低下、膜組成の変化。 |
| 影響を受ける技術 | 反応性スパッタリング、マグネトロンスパッタリング。 |
| 緩和戦略 | イオン化の増加、ガスフローの最適化、パルススパッタリング、ターゲットの回転。 |
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