スパッタリング圧力が薄膜特性に及ぼす影響は大きい。
成膜プロセス、成膜特性、スパッタリングプロセス全体の効率に影響する。
スパッタリングでは、熱蒸着や電子ビーム蒸着に比べて高い圧力が必要である。
これは、ターゲットへのボンバードメントのためのイオン発生を促進するためのプロセスガスが必要なためである。
この高い圧力は、粒子の平均自由行程、成膜の角度とエネルギー、膜へのプロセスガスの混入に影響する。
これらの要因は、微細構造の欠陥につながる可能性があります。
スパッタリング圧力について知っておくべき4つのキーファクター
1.圧力と平均自由行程
スパッタリングでは通常、圧力は粒子の平均自由行程が熱や電子ビーム蒸発のようなシステムよりもはるかに短くなるレベルに維持される。
スパッタリングの圧力は10^-3Torr程度で、平均自由行程はわずか5cm程度である。
これは、真空ベースの蒸発システムで10^-8 Torrで観察される100メートルよりもかなり短い。
このように平均自由行程が短いため、スパッタされた粒子は基板に到達する前に何度も衝突することになる。
これが最終的な蒸着角度とエネルギーに影響する。
2.蒸着角度とエネルギー
プロセスガスの密度が高く、その結果衝突が起こるため、スパッタされた原子はさまざまな角度で基板に到達する。
スパッタされた原子は、表面に対して法線方向に入射するわけではない。
この非正規入射により、側壁の被覆率が向上する。
このため、スパッタリングはコンフォーマルコーティングには有利だが、リフトオフプロセスには不向きである。
蒸着される原子のエネルギーは、ガス圧とターゲット電圧にも影響される。
これは成膜中の基板加熱の一因となる。
3.プロセスガスの混入と微細構造欠陥
基板近傍にプロセスガスが大量に存在すると、そのガスが成長膜に吸収される可能性がある。
これは微細構造欠陥を引き起こす可能性がある。
この影響は、特に反応性スパッタリングに関連する。
反応性ガスによるターゲット表面の「被毒」を防ぐには、圧力の管理が重要である。
これは膜成長を妨げ、欠陥を増加させる可能性がある。
4.膜特性の調整
スパッタリング装置の圧力を調整することで、膜の応力と化学的性質を調整することができる。
プラズマ出力と圧力設定を操作し、成膜中に反応性ガスを導入することで、特定の要件を満たすように薄膜の特性を調整することが可能である。
要約すると、スパッタリング装置における圧力は、薄膜成膜の効率と品質を決定する上で重要な役割を果たす。
圧力は、粒子の平均自由行程、成膜の角度とエネルギー、プロセスガスの膜への混入、膜特性の調整能力に影響する。
スパッタリング圧力の適切な管理は、所望の膜特性を達成し、スパッタリングプロセスを最適化するために不可欠です。
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