スパッタリングと真空蒸着の違い：仕組み・段差被覆性・密着性・合金の組成を比較
どちらも、固体の材料を原子にして飛ばし、ウエハに付着させるPVD(物理気相成長)です。スパッタリングは、プラズマ中のアルゴンイオンをターゲットに衝突させ、はじき出された原子を堆積させます。真空蒸着は、高真空の中で材料を抵抗加熱や電子ビームで加熱して蒸発させます。スパッタリングは、合金の組成を保ちやすく密着性もよいので、LSIの配線やバリアメタルの主流です。蒸着は、原子がまっすぐ飛ぶ性質を生かして、リフトオフによる電極の形成などに使われます。
| 項目 | スパッタリング | 真空蒸着(抵抗加熱・電子ビーム) |
|---|---|---|
| 原子を飛ばす仕組み | プラズマ中のArイオンをターゲットに衝突させ、運動量を受け取った原子をはじき出す | 材料を抵抗加熱や電子ビームで加熱して蒸発させる |
| 圧力と原子のエネルギー | 0.1〜1 Pa程度のガスの中。届く原子は一般に数eV〜数十eV | 高真空(目安として10⁻⁴ Pa以下)。届く原子は約0.1 eVと低い |
| 段差被覆性 | 低め(蒸着よりはよい)。イオン化スパッタやコリメータで穴の底への成膜を改善 | 非常に低い。原子が直進するので、見通せない部分には付かない |
| 密着性と膜質 | よい。緻密な膜になりやすい | スパッタより劣りやすい。基板の加熱などで改善する |
| 合金・化合物の組成 | ターゲットとほぼ同じ組成で成膜できる。反応性スパッタで窒化物なども | 成分ごとの蒸気圧の差で組成がずれやすい(複数の蒸発源で同時に蒸着して調整) |
| 成膜速度 | マグネトロンで実用的な速度。材料によって差がある | 一般に高くしやすい |
| 基板への影響 | プラズマや高いエネルギーの粒子にさらされ、加熱や損傷が起こることがある | 基板の温度上昇は比較的小さい。電子ビーム蒸着ではX線による損傷に注意 |
| 主な用途 | LSIの配線(Al、Cu)、バリアメタル(Ta、TaN、TiN)、Cuのシード層、シリサイド用の金属 | リフトオフによる電極の形成(化合物半導体など)、研究開発、有機ELの発光層 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。