スパッタリングにおけるプラズマといえば、使用されるガスは一般的に不活性ガスである。
不活性ガスの中でもアルゴンが最も一般的で費用対効果に優れている。
アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンなどの不活性ガスは、ターゲット材料や基材と反応しないため好まれる。
不活性ガスは、関係する材料の化学組成を変化させることなく、プラズマ形成のための媒体を提供する。
スパッタリングでプラズマに使用されるガスは？(4つのポイント）
1.不活性ガスの選択
不活性ガスは、ターゲット材料や基材と化学反応してはならないため、不活性ガスの選択はスパッタリングにおいて極めて重要である。
これにより、成膜プロセスが化学的に安定した状態を保ち、不要な化合物が成膜に混入することがなくなる。
アルゴンは、入手しやすく費用効率が高いため、最も一般的に使用されているガスである。
アルゴンは適切な原子量を持ち、スパッタリングプロセス中の運動量の効率的な移動を可能にする。
2.プラズマ形成
プラズマは、真空チャンバー内でスパッタリングガスをイオン化することによって生成される。
ガスは低圧（通常数ミリTorr）で導入され、ガス原子をイオン化するためにDCまたはRF電圧が印加される。
このイオン化プロセスにより、正電荷を帯びたイオンと自由電子からなるプラズマが形成される。
プラズマ環境は動的で、中性のガス原子、イオン、電子、光子がほぼ平衡状態にある。
この環境は、スパッタリングプロセスに必要なエネルギー移動を促進する。
3.スパッタリングプロセス
スパッタリング中、ターゲット材料はプラズマからのイオンを浴びる。
このイオンからのエネルギー伝達により、ターゲット材料の粒子が放出され、基板上に堆積する。
ターゲットから材料が除去され、基板上に堆積する速度であるスパッタリング速度は、スパッタ収率、ターゲットのモル重量、材料密度、イオン電流密度など、いくつかの要因に依存する。
4.ガス選択のバリエーション
アルゴンが最も一般的な選択であるが、スパッタリングガスの選択はターゲット材料の原子量に基づいて調整することができる。
軽い元素ではネオンのようなガスが好まれ、重い元素では運動量移動を最適化するためにクリプトンやキセノンを使用することができる。
反応性ガスはまた、特定のスパッタリング・プロセスにおいて、特定のプロセス・パラメーターに応じて、ターゲット表面、飛行中、または基板上に化合物を形成するために使用することもできる。
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