DCスパッタリングが絶縁体に使用されない主な理由は、絶縁体固有の電気的特性により電荷が蓄積され、スパッタリングプロセスが中断され、動作に重大な問題が生じる可能性があるためである。
なぜDCスパッタリングは絶縁体に使用されないのか？5つの主な理由を説明する。
1.絶縁体ターゲットへの電荷蓄積
絶縁材料は定義上、電気をよく通しません。
直流スパッタリングでは、ターゲット材料に直流電流を流し、スパッタリングと呼ばれるプロセスで粒子を放出する。
し か し 、タ ー ゲ ッ ト が 絶 縁 体 で あ る 場 合 、流 れ る 直 流 電 流 は タ ー ゲ ッ ト 材 料 を 通 過 す る こ と が で き ず 、タ ー ゲ ッ ト に 電 荷 が 溜 ま っ て し ま う 。
この電荷の蓄積は、スパッタプロセスに不可欠な安定したガス放電の確立を妨げる。
安定した放電がなければ、スパッタリングプロセスは非効率となり、完全に停止することさえある。
2.絶縁基板上の電荷蓄積
同様に、基板が絶縁体の場合、成膜プロセス中に電子が蓄積されることがある。
この蓄積は、基板と蒸着膜の両方にダメージを与える破壊的な放電であるアークの発生につながる可能性がある。
これらのアークは、基板の絶縁特性を克服するために必要な高電圧の結果であり、その結果、電気的ストレスの高い局所的な領域が形成される。
3.反応性DCスパッタリングの課題
金属ターゲットを反応性ガスと組み合わせて絶縁被膜を形成する反応性DCスパッタリングを使用する場合でも、課題は残る。
絶縁被膜が基板上で成長するにつれて帯電し、アーク放電と同様の問題が生じる可能性がある。
さらに、陽極がコーティングされ、徐々に絶縁体に変化することがあり、これは陽極消失効果として知られる現象で、スパッタリングに必要な電気環境をさらに複雑にして問題を悪化させる。
4.代替手段RFスパッタリング
こうした制約を克服するため、絶縁材料にはRF（高周波）スパッタリングがよく用いられる。
RFスパッタリングでは交流電流を使用するため、ターゲットと基材の両方に電荷が蓄積するのを防ぐことができる。
この方法では、法外な高電圧を必要とせずに安定したプラズマ環境を維持できるため、絶縁材料の効果的なスパッタリングが可能になる。
5.まとめ
まとめると、DCスパッタリングは絶縁体上の電荷蓄積に対応できないため、絶縁材料の成膜や使用には適さない。
これに代わるRFスパッタリングは、スパッタリングプロセス中に絶縁体の電気的特性を管理するために交流電流を使用することで、より適切な方法を提供する。
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