異なる条件下での異なるターゲットのスパッタリング堆積速度

異なる条件下での異なるターゲットのスパッタリング堆積速度

（SD-900M低真空マグネトロンスパッタリングコーターの応用に基づく）

現代の材料科学と表面工学の分野では、薄膜堆積におけるその優れた性能により、マグネトロンスパッタリング技術は欠かせないプロセス方法となっています。スパッタリング技術は、半導体、光学、メモリ、装飾コーティングの分野で広く使用されています。膜の品質、厚さの均一性、性能に影響を与える重要な変数として、スパッタリング速度は、ターゲットの種類、真空度、動作ガス圧、電源、磁場強度など、多くの要因の影響を受けます。これらの要因がスパッタリング速度に与える影響を十分に理解することは、プロセスパラメータを最適化し、膜の品質を向上させるために非常に重要です。

本稿では、さまざまな条件下でのさまざまなターゲットのスパッタリング速度について説明し、VPI (Vision Precision Instruments) SD-900M モデル低真空マグネトロン スパッタリングコーターの実際のアプリケーションと組み合わせて、研究者やエンジニアに参考資料を提供します。

1. ターゲットの種類がスパッタリング率に与える影響

1. 対象の物理的および化学的性質

ターゲットのスパッタリング率は主にその物理的および化学的特性によって影響を受け、主な要因は次のとおりです。

- 原子質量: 原子量が大きい元素は原子運動量が大きいため、スパッタリング中に高エネルギーの粒子によってノックアウトされる可能性が高くなります。

- 結合エネルギー: 材料の表面結合エネルギーが低いほど、原子が表面から逃げやすくなり、スパッタリング率が高くなります。

- 表面原子密度: 表面原子密度が高いということは、スパッタリングに利用できる原子が多くなり、スパッタリング速度が速くなることを意味します。

たとえば、銅 (Cu) の原子量は 63.55 u、結合エネルギーは約 3.5 eV ですが、炭素 (C) の原子量は 12.01 u、結合エネルギーは約 7.4 eV です。したがって、同じ条件下では、銅のスパッタリング率は炭素よりもはるかに高くなります。

2 対象物質の純度と微細構造

- 純度: ターゲットの純度が高いと、より安定したスパッタリング環境が得られます。不純物が存在すると、スパッタリング中に不均一なプラズマが生成され、スパッタリング速度と膜の品質に影響する可能性があります。

- 結晶構造: 単結晶、多結晶、または非晶質ターゲットの結晶構造は、スパッタされた原子の指向性とエネルギー分布に影響を与え、スパッタリング速度に影響を与えます。

3. 合金および複合ターゲット

合金または複合ターゲットの場合、スパッタリング率は各構成元素のスパッタリング収率によっても影響を受けます。異なる元素のスパッタリング収率が異なると、構成元素の偏析が発生する可能性があり、プロセスパラメータを調整する必要があります。

第二に、スパッタリング条件がスパッタリング速度に与える影響

1. 真空と作動ガス圧力

- 真空度：高真空環境は不純物ガスの影響を低減し、スパッタリングプロセスの純度を確保するのに役立ちます。

- 作動ガス圧力: 通常はアルゴンなどの不活性ガスを使用します。ガス圧力はプラズマの密度とエネルギー分布に影響します。適切な圧力は安定したプラズマを形成し、スパッタリング率を高めるのに役立ちます。

2 電源と電圧を供給する

- 電力: 電力供給を増やすと、プラズマの密度とエネルギーが増加し、スパッタリング効果が向上します。

- 電圧: 高電圧は電子とイオンを加速し、ターゲットへの衝撃エネルギーを向上させ、スパッタリング率を向上させます。

3. 磁場の強さと構成

- 磁場の強さ: 磁場は電子を結合し、プラズマ密度を向上させるために使用されます。適切な磁場の強さはスパッタリング効率を向上させることができます。

- 磁場構成: 異なる磁場構成 (平面、円筒形など) は磁場分布に影響し、スパッタリング領域と速度に影響します。

4. ターゲットベース距離と基板温度

- ターゲットベース距離: ターゲットと基板間の距離は、スパッタされた原子が基板に到達する確率とエネルギーに影響します。

- 基板温度：基板温度は膜の成長パターンと結晶化品質に影響し、間接的にスパッタリング速度の有効利用に影響します。