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PVDには蒸着とスパッタリングがあり,使える材料や膜の付き方などに違いがある。

 PVDには2つの手法があり,1つは蒸着,もう1つはスパッタリングである(図1)。蒸着は,主に金属を真空中で加熱,蒸発させ,基板上に薄い膜を堆積させる。蒸発した金属原子は真っすぐ飛んでいって基板の上に付くので,ある方向性を持って付着する性質がある。基板上に段差があったとき,水平面には付着するが,壁の部分には付着しにくい。

図1 PVDの2つの手法(蒸着とスパッタリング)
図1 PVDの2つの手法(蒸着とスパッタリング)

 合金や混合物の材料を使うと,加熱したときに先に蒸気圧が高い材料が飛び出して,その後から蒸気圧の低い材料が飛び出す。従って,元の材料が合金であっても,できる膜は2層に分かれて付いてしまうということも起きる。また,蒸発する温度で分解するような分子は蒸着できない。材料の加熱にはヒーターを使うが,融点が高い材料に対しては電子ビームを使うこともある。

 スパッタリングは,真空チャンバの中にArガスなどを入れて,基板とターゲットの間で放電させる。放電は直流または交流(高周波)で行うが,高周波の場合,セルフ・バイアス電圧といってターゲット側にマイナスの電圧が生じる。放電でできたプラスのイオンがこの電圧で加速されて衝突し,ターゲット材料がスパッタリングされ,基板に付着する。

 スパッタリングは,温度を上げて蒸発させるわけではないので,いろいろな材料を分子のまま飛び出させて基板上に成膜することができる。また,低真空中でArガスなどにぶつかりながら,いろいろな方向性を持って基板に付着するので,段差の角や壁にも膜が付く。つまり,蒸着よりステップ・カバレージが良い。