スパッタ堆積のタイプ

- Dec 20, 2017-

スパッタリング源は、しばしば、 強い電場および磁場を利用して、帯電したプラズマ粒子をスパッタターゲットの表面近くに閉じ込める マグネトロン を使用する。 磁場中では、電子は磁場線の周りのらせん状の経路に追従し、そうでなければ起こるであろう標的表面近くの気体中性分子とのより多くの電離衝突を受ける。 (ターゲット材料が枯渇すると、ターゲットの表面に「レーストラック」エロージョンプロファイルが現れることがあります)。スパッタガスは、通常、 アルゴン などの不活性ガス です。 これらの衝突の結果として生成される余分なアルゴンイオンは、より高い堆積速度をもたらす。 このようにして、 プラズマ をより低い圧力で維持することもできる。 スパッタされた原子は中性に帯電しているため、磁気トラップの影響を受けません。 絶縁ターゲット上のチャージアップは、アノード - カソードバイアスの符号が高速(通常 13.56MHz )で 変化するRFスパッタリングの使用によって回避することができる RFスパッタリングは、絶縁性の高い酸化物膜を製造するが、RF電源およびインピーダンスマッチングネットワークの追加費用を伴って良好に機能する 強磁性ターゲットから漏洩する浮遊磁場も、スパッタリングプロセスを妨害する。 異常に強い永久磁石を有する特別に設計されたスパッタガンは、しばしば補償に使用されなければならない。


イオンビームスパッタリング

イオンビームスパッタリング(IBS)は、ターゲットが イオン源の 外部にある方法である ソースは、 ホットフィラメントイオン化ゲージの ような磁場なしで動作することができ ます。 カウフマン 源では、マグネトロンのように磁場によって閉じ込められた電子との衝突によってイオンが生成される。 それらはグリッドからターゲットに向かって発する電場によって加速される。 イオンが源を離れるとき、それらは第2の外部フィラメントからの電子によって中和される。 IBSは、イオンのエネルギーおよび磁束を独立して制御できるという利点を有する。 ターゲットに衝突する磁束は中性原子で構成されているため、絶縁ターゲットまたは導電ターゲットのいずれかをスパッタリングすることができます。 IBSは、 ディスクドライブ 用の薄膜ヘッドの製造に応用されている イオン源とサンプルチャンバとの間の圧力勾配は、ガス入口をソースに配置し、チューブを介してサンプルチャンバに射撃することによって生成される。 これにより、 UHV アプリケーションの ガスを節約し、汚染を低減し ます。 IBSの主な欠点は、イオン源の動作を維持するために必要な大量のメンテナンスである。


反応性スパッタリング

反応性スパッタリングでは、スパッタされた粒子は、基板をコーティングする前に化学反応を起こす。 従って、堆積された膜は、ターゲット材料とは異なる。 粒子が受ける化学反応は、酸素または窒素などのスパッタリングチャンバに導入される反応性ガスである。 酸化物および窒化物膜は、反応性スパッタリングを用いて製造されることが多い。 膜の組成は、不活性ガスと反応性ガスの相対圧力を変えることによって制御することができる。 膜の化学量論は、SiN xの応力およびSiO xの屈折率のような機能的特性を最適化するための重要なパラメータである。


イオンアシスト蒸着

イオンアシスト蒸着(IAD)では、基板は、スパッタガンよりも低い電力で動作する二次イオンビームに曝される。 通常、IBSで使用されるようなカウフマン源が、二次ビームを供給する。 IADは 、基材上 ダイヤモンド状の 炭素 を堆積させるために使用することができる ダイヤモンド結晶格子内に適切に結合できない基板上の任意の炭素原子は、二次ビームによってノックオフされる。 NASA はこの技術を用い て、1980年代 タービン ブレードに ダイヤモンド膜を堆積させる実験を行った IADは、 ハードディスク プラッタ 上の 四面体アモルファスカーボン 表面コーティング および医療用インプラント上の硬質遷移金属窒化物コーティングの製造 など、他の重要な産業用途に使用されている


高目標利用スパッタリング(HiTUS)

スパッタリングは、高密度プラズマの遠隔生成によっても実施することができる。 プラズマ は、ターゲットと 被コーティング 基板 とを含む主プロセスチャンバ内に開口する側部チャンバ内で生成 される。 プラズマはターゲット自体からではなく遠隔で生成されるので(ターゲットから イオン 電流はターゲットに印加される電圧とは無関係である)。


高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HiPIMS)

HiPIMSは、マグネトロンスパッタ堆積に基づく薄膜の物理蒸着のための方法である。 HiPIMSは、10%未満の低デューティサイクルで数十マイクロ秒の短パルス(インパルス)でkW / cm 2のオーダーの極めて高い出力密度を利用する。


ガス流スパッタリング

ガス流スパッタリングは 中空カソードランプが 作用するのと同じ効果 である 中空カソード効果 を利用 する。 ガスフロースパッタリングでは、 アルゴンの ような作動ガス が、負の電位にさらされた金属の開口部を通って導かれる。 チャンバ p 内の圧力 および 中空カソードの 特徴的な寸法 L パッシェンの法則 に従って 0.5Pa ・m p L <> であれば、 プラズマ密度 向上 する これは、周囲の表面上のイオンの高いフラックスおよび大きなスパッタ効果を引き起こす。 したがって、中空陰極ベースのガス流スパッタリングは、数μm/分の値までの大きな堆積速度と関連している可能性がある。