スパッタリング技術のまとめ

スパッタリング(PDV)技術についての資料です。
リアクティブスパッタ、セルフスパッタについても触れます。

スパッタリングの種類

2016-10-19 20:36:26 | 技術情報
最終更新 2016/10/27

ある程度スパッタリング技術についてご存知の方を想定しています。
ここでは、通常の教科書にない、ノウハウ的な話について触れて行きたいと思います。

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スパッタリングの技術的な種類。

1)通常のスパッタリング(Al,TiW WSi 等、装置・プロセス管理等)
2)リアクティブスパッタリング(TiNを中心に、WN、TaO についても少し触れます。)
3)バイアススパッタリング(Alを中心に)
4)セルフスパッタリング(Cuのみ。どの様な磁場構成が向くか、望ましいシールド形状等に触れます。)
5)高ボトムカバレジスパッタ(マグネットデザインを中心に)
等があります。これらについて順番に書いていく予定です。

その他:
TiN は面白い材料なので、その材料学的観点(物性、結晶構造、電子配置等)プロセス的観点からも触れる予定です。

スパッタリング装置の保守という視点から、パーティクル対策について触れる予定です。

磁場発生のための永久磁石を使った装置と、電磁石を使った装置のメリット・デメリットについても触れる予定です。
バランスマグネットとアンバランスマグネットの違いについては、成膜される材料の特性を積極的にコントロールする必要がある場合以外は、バランスマグネットを使う方が無難です。

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1-1) 通常のスパッタリングで用いるガス
通常はArガスを用います。Arである必然性はなくHe,Ne,Ar,Kr...等も使えます。

1) Arを用いる利点は 希ガスの中では比較的豊富に存在するため安価である事。
2) Meta-stable状態の寿命が長く、他のガスをイオン化しやすい事。
(リアクティブスパッタでは重要。)
3) Ar自身がイオン化しやすく、放電電圧を低くできる事。
(放電電圧が高い場合には、副作用を伴います。)


特に、1)は重要です。Al を Krでスパッタした経験がありますが、Arガスに比べメリットは認められませんでした。

プラズマを安定に閉じ込めるために、磁場を利用います。磁場は、永久磁石または電磁石を使って生成します。(電磁石を使った場合のメリット・デメリットは別途書きます。)

スパッタリングする材料をターゲットと呼びます。純金属の場合も合金の場合もあります。純金属の場合は比較的簡単ですが、合金の場合や その組成比やスパッタ率の差が大きい場合には、取り扱いに注意が必要です。(シリサイドターゲットのスパッタの所で触れます。)

ターゲットには、マイナスの電圧を印加します。

磁界と電界が直行する部分でターゲットから出てきた電子がトラップされ、不活性ガスであるArをイオン化(+)します。Arイオンは+の電荷を持つので、マイナス電位のターゲットに向かって加速されターゲットに衝突します。これによりターゲット材料が弾き出されます。

これがスパッタリング現象です。

(以下次回)

思いつくまま書いていくとまとまらないので、先に目次を完成させてから、それを埋めていく事にします。

次回は、10/30頃を予定しています。
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