スパッタ薄膜の応力を理解することは、その完全性と性能を確保する上で極めて重要である。
薄膜の応力は主に、成膜プロセスパラメータ、材料特性、薄膜と基板間の相互作用など、いくつかの要因に影響されます。
考慮すべき5つの主な要因
1.材料特性
薄膜の応力は次の式で計算できます：
σ = E x α x (T - T0)
- σ は薄膜の応力である。
- E は薄膜材料のヤング率で、材料の剛性を表す。
- α は薄膜材料の熱膨張係数で、温度変化によって材料がどの程度膨張または収縮するかを示す。
- T は成膜中の基板温度である。
- T0 は基板材料の熱膨張係数である。
この式から、薄膜の応力は、ヤング率と薄膜と基材の熱膨張差の積に正比例し、蒸着時の温度差でスケーリングされることがわかる。
2.蒸着プロセスパラメーター
成膜プロセスそのものが、薄膜の応力レベルを決定する上で重要な役割を果たす。
プラズマ支援プロセスであるスパッタリングでは、中性原子だけでなく、荷電種も成長膜表面に衝突する。
イオンフラックスと原子フラックスの比（Ji/Ja）は、薄膜の微細構造と形態に大きく影響し、ひいては残留応力にも影響する。
イオン照射量が多いと、膜に付加的なエネルギーが付与されるため、応力が増大する可能性がある。
3.蒸着速度
出力や圧力などのパラメータによって制御される蒸着速度は、膜の均一性と厚さに影響し、応力に影響を与える可能性があります。
蒸着速度が速いと、膜が急速に成長し、基板との格子不整合が生じる可能性があるため、応力が高くなる可能性があります。
4.膜の欠陥
不要なガスの封入や不規則な結晶粒成長などの膜欠陥も応力の一因となります。
これらの欠陥は、適切に管理されないと、クラックや層間剥離につながる可能性のある局所的な応力点を作り出す可能性があります。
5.フィルムと基板の相互作用
フィルムと基板の相互作用も重要な要素です。
成膜設定と成膜後処理を慎重に選択することによってこれらの要因を管理することは、応力を制御し、薄膜の完全性と性能を確保するために極めて重要です。
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