スパッタリングにおける圧力の影響は大きく、多面的である。
プロセスダイナミクスと成膜された薄膜の特性の両方に影響する。
圧力はプラズマ条件の決定に重要な役割を果たす。
また、スパッタ粒子のエネルギーと方向性にも影響する。
成膜プロセスの全体的な効率と品質は、圧力の影響を受けます。
スパッタリングにおける圧力について知っておくべき5つのポイント
1.プラズマ生成と安定性
スパッタリングでは、プラズマを維持するために約10^-2～10^-3Torrの圧力のプロセスガスが必要である。
このプラズマは、衝突によってターゲット物質をはじき出すイオンを供給するために不可欠である。
十分なイオン化とプラズマの安定性を得るためには、圧力は十分に高くなければならない。
しかし、スパッタされた粒子の基板への輸送を妨げるような過度の衝突を引き起こすほど高い圧力であってはならない。
2.粒子のエネルギーと方向性
圧力はスパッタ粒子のエネルギーと方向性に影響する。
圧力が高くなると、粒子の平均自由行程が減少し、衝突が多くなる。
その結果、基板に到達する粒子の角度分布が広くなります。
この結果、特に複雑な表面や凹凸のある表面で、より良好な被覆が実現します。
逆に、圧力が低いと、粒子は初期エネルギーをより多く保持し、より指向性の高い方法で移動する。
これは、より緻密で均一な膜を得るために有益である。
3.表面移動度と膜質
高い圧力における金属イオンの過剰なエネルギーは、基材に到達した後の表面移動度を増加させる。
この移動度の向上は、膜質の向上につながる。
粒子が再配列し、より均一で高密度の構造を形成することが可能になる。
ただし、これは基板温度と、関連する特定の材料特性にも依存する。
4.マグネトロンスパッタリングと圧力
マグネトロンスパッタリングでは、磁場の使用により低圧での動作が可能になる。
これは、ターゲット近傍に二次電子を捕捉してイオン化を促進し、安定したプラズマを維持することによって達成される。
これにより、スパッタレートが向上するだけでなく、より制御された成膜条件が可能になる。
これは所望の膜特性を達成するために極めて重要である。
5.反応性スパッタリングと圧力管理
反応性ガスを導入して基板上に化合物を形成する反応性スパッタリングでは、圧力を注意深く管理しなければならない。
膜の成長速度のバランスをとり、ターゲットの被毒を防ぐ必要がある。
圧力が低いと膜の成長が遅くなる。
高い圧力では、反応性ガスがターゲットと過剰に相互作用し、スパッタリング速度を低下させ、膜質を劣化させる可能性がある。
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