DCマグネトロンスパッタリングとRFマグネトロンスパッタリングに分けられます。
DC スパッタリング法では、ターゲットがイオン衝撃プロセスで得られた正電荷をそれに密接した陰極に移動できる必要がありますが、この方法では導体データのみをスパッタリングできますが、これは絶縁データには適していません。絶縁ターゲットに衝撃を与える際、表面のイオン電荷を中和することができず、ターゲット表面の電位が上昇し、印加電圧のほぼすべてがターゲットに印加されるため、ターゲット間のイオン加速とイオン化の可能性が低くなります。二極が減少したり、イオン化できなくなったりして、連続放電ができなくなったり、放電中断、スパッタリング中断の原因となります。したがって、高周波スパッタリング (RF) は、絶縁ターゲットまたは導電性の低い非金属ターゲットに使用する必要があります。
スパッタリングプロセスには、複雑な散乱プロセスとさまざまなエネルギー伝達プロセスが含まれます。まず、入射粒子がターゲット原子に弾性衝突し、入射粒子の運動エネルギーの一部がターゲット原子に伝達されます。一部の対象原子の運動エネルギーが周囲の他の原子によって形成されるポテンシャル障壁（金属の場合は5～10ev）を超え、格子格子から叩き出されてオフサイト原子が生成され、さらに隣接する原子との衝突が繰り返されます。 、衝突カスケードが発生します。この衝突カスケードがターゲットの表面に到達すると、ターゲットの表面に近い原子の運動エネルギーが表面結合エネルギー (金属の場合は 1 ～ 6ev) より大きい場合、これらの原子はターゲットの表面から分離します。そして真空に入ります。
スパッタリング コーティングは、荷電粒子を使用して真空中でターゲットの表面を衝突させ、衝突した粒子を基板上に蓄積させる技術です。通常、入射イオンの生成には、低圧不活性ガスのグロー放電が使用されます。陰極ターゲットはコーティング材料で作られ、基板は陽極として使用され、0.1～10paのアルゴンまたはその他の不活性ガスが真空チャンバーに導入され、陰極（ターゲット）1～3kv DC負高の作用下でグロー放電が発生します。電圧または 13.56MHz RF 電圧。イオン化したアルゴンイオンがターゲット表面に衝突すると、ターゲット原子が飛散して基板上に蓄積し、薄膜が形成されます。現在、主に二次スパッタリング、三次または四次スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、ターゲットスパッタリング、RFスパッタリング、バイアススパッタリング、非対称通信RFスパッタリング、イオンビームスパッタリング、および反応性スパッタリングを含む多くのスパッタリング方法が存在する。
スパッタされた原子は、数十電子ボルトのエネルギーを持った正イオンと運動エネルギーを交換して飛び散るため、高いエネルギーを持ち、積層時の原子の分散性が向上し、積層配置の緻密性が向上し、積層構造の微細化につながります。作成されたフィルムは基材との接着力が強いです。
スパッタリング中、ガスがイオン化された後、ガスイオンは電界の作用によりカソードに接続されたターゲットに飛び、電子は接地された壁面キャビティおよび基板に飛びます。このように、低電圧、低圧下ではイオンの数が少なく、ターゲットのスパッタリングパワーも小さいため、低電圧、低圧下ではイオンの数が少なく、ターゲットのスパッタリングパワーも小さくなります。高電圧および高圧では、より多くのイオンが発生する可能性がありますが、基板に飛来する電子のエネルギーが高いため、基板が加熱されやすくなり、さらには二次スパッタリングが起こり、膜の品質に影響を及ぼします。さらに、基板に到達する過程でターゲット原子とガス分子が衝突する確率も大幅に増加します。したがって、キャビティ全体に飛散し、ターゲットを無駄にするだけでなく、多層膜作製時に各層を汚染することになる。
上記の欠点を解決するために、1970 年代に DC マグネトロン スパッタリング技術が開発されました。これにより、カソードのスパッタリング速度が遅いという欠点や電子による基板温度の上昇が効果的に克服されます。したがって、急速に開発され、広く使用されています。
その原理は次のとおりです。マグネトロンスパッタリングでは、移動する電子は磁場中でローレンツ力を受けるため、その運動軌道は曲がりくねった、あるいはらせん運動になり、運動経路は長くなります。したがって、作動ガス分子との衝突回数が増加し、プラズマ密度が増加し、マグネトロンスパッタリング速度が大幅に向上し、より低いスパッタリング電圧および圧力下で作動して膜汚染の傾向を低減することができる。一方で、基板表面に入射する原子のエネルギーも向上するため、膜の品質を大幅に向上させることができます。同時に、多重衝突によってエネルギーを失った電子は、アノードに到達すると低エネルギー電子となっているため、基板が過熱することはありません。したがって、マグネトロンスパッタリングは「高速」「低温」という利点があります。この方法の欠点は、絶縁膜の作製ができないことと、マグネトロン電極の不均一磁場によりターゲットのエッチング不均一が顕著となり、ターゲットの利用率が通常20％～30％程度と低いことです。 %。
投稿日時: 2022 年 5 月 16 日