スパッタリングでプラズマに一般的に使用されるガスは、通常、不活性ガスであり、アルゴンが最も一般的で費用対効果の高い選択肢である。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板と反応せず、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媒体となるため、好まれる。
詳しい説明
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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、スパッタリングでは不活性ガスの選択が非常に重要である。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された膜に混入することがなくなります。
- 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つため、スパッタリングプロセス中の運動量移動が効率的に行われ、高いスパッタリング速度と成膜速度に不可欠である。
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プラズマの形成：
- 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、DCまたはRF電圧が印加されてガス原子がイオン化される。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。
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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。
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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。軽い元素の場合はネオンのようなガスが好まれ、重い元素の場合はクリプトンやキセノンを使用して運動量移動を最適化することができる。
- 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。
要約すると、スパッタリングにおけるプラズマ用ガスの選択は主に不活性ガスであり、その不活性特性と効率的なスパッタリングに適した原子量から、アルゴンが最も普及している。この選択により、成膜材料の所望の特性を変化させる可能性のある化学反応を導入することなく、薄膜成膜のための安定した制御可能な環境が保証されます。
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