Изпаряването и разпрашването принадлежат къмфизическо отлагане на пари (PVD). И двете прехвърлят метал от изходен материал върху повърхността на пробата. Въпреки това, "да можеш да образуваш покритие" не означава, че получените филми са идентични.
Разликите могат да бъдат разгледани чрез разглеждане на три ключови въпроса: Как материалът напуска източника? Как частиците се движат през вакуумната камера? След като достигнат повърхността, колко от тяхната енергия и информация за посоката се запазват?
01｜Не бързайте да сравнявате предимства и недостатъци - Първо разберете как се генерират металите
Термичното изпаряване разчита на резистивно нагрети лодки, нишки или тигли за нагряване на изходния материал, докато развие достатъчно налягане на парите.
Електронно-лъчевото изпарение използва фокусиран електронен лъч за концентриране на енергия върху локализирани участъци от изходния материал, което го прави подходящо за материали, които изискват много по-високи температури на източника.
Въпреки че техните механизми за нагряване се различават, последващият основен процес е подобен: изходният материал преминава в газова фаза, преминава през камерата с ниско налягане към по-хладната повърхност на пробата, където се адсорбира, образува ядра и постепенно се слива в тънкослоен слой.
Магнетронното разпрашване не "кипи" целевия материал. Работният газ се възбужда, за да образува плазма. Йоните получават енергия близо до повърхността на мишената и я бомбардират. Каскадите от сблъсъци избиват целевите атоми от повърхността. След това изхвърлените частици преминават през работния газ и достигат до пробата. Основната функция на магнитното поле е да ограничава по-ефективно електроните близо до повърхността на мишената, повишавайки ефективността на йонизацията и разряда.
Действителният поток, отложен върху пробата, все още се влияе от геометрията на мишената, разпределението на магнитното поле, работното налягане, разстоянието мишена-субстрат, позицията на приспособлението и режима на движение на пробата.
02｜Насочеността не е спецификация на устройството, а следствие от транспорта на частици
При конвенционалното изпаряване при висок вакуум сблъсъците на газовата фаза между източника и пробата са редки. Частиците се движат почти по права линия. Повърхностите на пробата, обърнати към източника, лесно приемат поток от частици, докато областите, засенчени от стъпала или странични стени на фоторезист, могат да получат ефект на засенчване. Това е добре познатото „отлагане на пряка видимост“.
Насочеността обаче не се определя само от термина "изпаряване". Размерите на източника, разстоянието от източник до пробата, ъгълът на наклон на пробата, засенчването на приспособлението и режимът на въртене променят ъгъла на падане на пристигащите частици. При наклонено поставяне на субстрата или планетарно движение същата система за изпаряване може активно да подобри покритието на страничните стени за определени характеристики.
Разпрашването изисква продължителен електрически разряд в рамките на специфична работна газова среда. След като целевите атоми напуснат целевата повърхност, те могат да се сблъскат с газови атоми и траекториите им да бъдат преразпределени. Освен това самата цел не е идеален точков източник. Следователно, конвенционалното разпрашване обикновено осигурява по-широко ъглово разпределение на падащите частици в пробата в сравнение със стандартното изпаряване. Независимо от това, твърдението, че "разпръскването няма насоченост" е също толкова неточно. Намаляването или повишаването на работното налягане, регулирането на разстоянието между целта и субстрата, използването на колимиращи структури и препозиционирането на пробата променят честотата на сблъсък и разпределението на ъгъла на падане. По-високото налягане може да разшири ъгловото разпространение на частиците и може също така да накара пристигащите частици да загубят повече енергия.
03｜Защо един процес благоприятства издигането, докато другият се представя по-добре за стъпаловидно покритие
Разликите в насочеността се засилват при среща с триизмерни структури. Основният принцип на повдигане е първо да се направят шаблони на отвори в слоя фоторезист, да се нанесе филм върху целия субстрат и след това да се разтвори фоторезистът, за да се отстрани заедно филмът върху резиста.
За успешно повдигане целевият филм върху субстрата вътре в отворите за предпочитане не трябва да образува непрекъсната връзка с филма върху горната част на съпротивлението по протежение на страничните стени. Изпаряването със силна насоченост на линията на видимост има тенденция да създава прекъсване на дебелината близо до страничните стени на съпротивлението.
04｜Какво изживява субстратът отива далеч отвъд „простото покритие с метален слой“
Изпарението често се описва свободно като „нежно“, докато разпръскването се счита за „силно бомбардиране“.
И двете възприятия имат фактическа основа, но нито едно не е вярно независимо от оборудването и условията на процеса.
По време на изпаряването пробата все още може да претърпи повишаване на температурата, причинено от топлинно излъчване, излагане на източник на топлина и продължителност на отлагането.
За електронно-лъчеви системи трябва да се вземат предвид и допълнителни фактори като електрони, рентгенови лъчи, пръскане на изходния материал и частици.
Полимери, фоторезисти, слоеве с ниска точка на топене или чувствителни на радиация устройства не трябва да се считат за безопасни само въз основа на името на процеса. В среда на разпрашаване, освен целевите атоми, могат също да присъстват потоци от йони, електрони, отразени неутрали и примеси. Отклонението на субстрата, местоположението на плазмата и работното налягане променят действителната входяща енергия, доставена на пробата. Умерената енергия може да насърчи повърхностната миграция и междинното свързване, докато прекомерната енергия може да доведе до повишаване на температурата, модификация на повърхността, повторно разпръскване или увреждане на чувствителни слоеве.
Следователно, когато се обсъжда поносимостта на пробата, не трябва просто да се пита "дали температурата е висока". Необходимо е също така да се вземе предвид от какво се състои повърхността на пробата, дали отдолу лежат тънки оксидни слоеве или двуизмерни материали, дали фоторезистът все още присъства, дали производството на устройството е завършено и дали е допустимо отгряване или почистване след процеса.
05｜Защо „Напръсканите филми са по-плътни“ е само изявление за отправна точка
Тънкият филм не се спуска като плътен метален блок. Вместо това, входящите частици първо се адсорбират и образуват ядра, за да образуват острови. След това тези острови растат и се сливат, като в крайна сметка се развиват в непрекъснат филм. Енергията на пристигащите частици, температурата на субстрата, скоростта на отлагане, ъгълът на падане, чистотата на повърхността и остатъчният газ управляват повърхностната подвижност на частиците и променят размера на зърната, порьозността, грапавостта, текстурата и остатъчното напрежение. Енергийните разпръснати частици и свързаните с тях енергийни потоци обикновено водят до очаквания за повишена подвижност на повърхността и сравнително плътни филми.
Независимо от това, разпръснатите филми могат също да развият порести колонни структури, значително напрежение или висока грапавост при условия на високо работно налягане, значителна загуба на енергия при сблъсък, неблагоприятни ъгли на падане или неадекватни повърхностни условия. Нито изпарените филми са присъщо порести. Модификациите на температурата на субстрата, скоростта на отлагане, обработката на повърхността и допълнителните енергийни входове също ще променят поведението на нуклеация и растеж.
По-високата плътност на филма не води автоматично до устройства с по-добра производителност. Металните електроди могат да дадат по-висок приоритет на контактното съпротивление и целостта на ръба; оптичните структури могат да се фокусират повече върху грапавостта и оптичните константи; окачените конструкции са силно чувствителни към напрежение; дифузионно-бариерните слоеве обръщат голямо внимание на непрекъснатостта и пътищата на дефектите. „Плътно“ е просто материално описание. В крайна сметка производителността трябва да бъде оценена спрямо функционалните изисквания на тънкослойното приложение.
Резюме
Както изпаряването, така и разпрашването могат да отлагат метали, но те не са взаимозаменяеми опции за натискане на бутони. Изпарението изпарява материалите в газовата фаза чрез нагряване и проявява силна насоченост на линията на видимост при типични условия. Разпрашването освобождава целевите атоми чрез йонно бомбардиране; сблъсъци в работния газ и геометрията на оборудването обикновено дават по-широк диапазон от ъгли на пристигане.
Твърдения като "изпаряването е по-добро" или "разпръскването е по-добро" са преждевременни. Подходящ маршрут на процеса трябва да обясни как частиците достигат до характеристиките, да посочи кое място ще бъде инспектирано за минимална дебелина на филма, какви типове неизправности да се предвидят и какви крайни критерии ще се използват, за да се прецени дали тънкослойният слой наистина е изпълнил предназначената си функция.
