反応性スパッタリングのメカニズムは、金属ターゲットからスパッタリングされた原子と、基板上の放電ガスから拡散した反応性ガス分子との化学反応を伴います。この反応によって化合物薄膜が生成され、これが基板上のコーティング材料となる。
反応性スパッタリングでは、酸素や窒素などの非不活性ガスが、シリコンなどの元素ターゲット材料とともにスパッタリングチャンバーに導入される。ターゲットの金属分子が基板表面に到達すると、反応性ガス分子と反応して新しい化合物が形成される。この化合物が基板上に薄膜として堆積する。
このプロセスで使用される窒素や酸素などの反応性ガスは、基材表面の金属分子と化学的に反応し、硬い皮膜を形成する。反応性スパッタプロセスは、従来のスパッタリングと化学気相成長法（CVD）の原理を組み合わせたものである。成膜には大量の反応性ガスを使用し、余分なガスは排気される。金属のスパッタリングは、化合物のスパッタリングが遅いのに比べて速い。
酸素や窒素などの反応性ガスをスパッタリングチャンバーに導入することで、それぞれ酸化膜や窒化膜を作ることができる。膜の組成は、不活性ガスと反応性ガスの相対圧力を調整することで制御できる。膜の化学量論は、SiNxの応力やSiOxの屈折率などの機能特性を最適化するための重要なパラメータである。
反応性スパッタリングでは、所望の成膜を達成するために、作動ガス（または不活性ガス）や反応性ガスの分圧などのパラメーターを適切に制御する必要がある。このプロセスはヒステリシスに似た挙動を示すため、効率的な成膜のための理想的な作業点を見つける必要がある。スパッタリングプロセスにおける反応性ガスの影響を推定するために、Bergモデルのようなモデルが提案されている。
要約すると、反応性スパッタリングは、スパッタされた原子と反応性ガスとの間で化学反応が起こり、基板上に化合物薄膜が堆積するプラズマスパッタリングプロセスのバリエーションである。膜の組成は、不活性ガスと反応性ガスの相対圧力を調整することによって制御することができる。
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