Ambele aparțin evaporarea și pulverizareadepunere fizică de vapori (PVD). Ambele transferă metalul dintr-un material sursă pe suprafața unei probe. Cu toate acestea, „a fi capabil să formeze o acoperire” nu înseamnă că filmele rezultate sunt identice.
Diferențele pot fi examinate abordând trei întrebări cheie: Cum părăsește materialul sursa? Cum circulă particulele prin camera de vid? După ce ajung la suprafață, cât de mult din energia lor și informațiile direcționale este reținută?
01｜Nu vă grăbiți să comparați meritele și dezavantajele - Mai întâi înțelegeți cum sunt generate metalele
Evaporarea termică se bazează pe bărci, filamente sau creuzete încălzite rezistiv pentru a încălzi materialul sursă până când acesta dezvoltă o presiune suficientă a vaporilor.
Evaporarea cu fascicul de electroni folosește un fascicul de electroni focalizat pentru a concentra energia în regiunile localizate ale materialului sursă, făcându-l potrivit pentru materialele care necesită temperaturi mult mai ridicate ale sursei.
Deși mecanismele lor de încălzire diferă, procesul fundamental ulterior este similar: materialul sursă trece în faza gazoasă, călătorește prin camera de joasă presiune către suprafața mai rece a probei, unde se adsorbe, se nucleează și se coalescează treptat într-un strat de peliculă subțire.
Pulverizarea cu magnetron nu „fierbe” materialul țintă. Gazul de lucru este excitat pentru a forma plasmă. Ionii câștigă energie lângă suprafața țintei și bombardează ținta. Cascadele de coliziune scot atomii țintă de la suprafață. Particulele ejectate călătoresc apoi prin gazul de lucru și ajung la probă. Funcția principală a câmpului magnetic este de a limita electronii mai eficient lângă suprafața țintă, sporind eficiența ionizării și a descărcării.
Fluxul real depus pe eșantion este încă afectat de geometria țintei, distribuția câmpului magnetic, presiunea de lucru, distanța țintă la substrat, poziția dispozitivului și modul de mișcare a probei.
02｜Directionalitatea nu este o specificație a dispozitivului, ci o consecință a transportului de particule
În evaporarea convențională în vid înalt, coliziunile în fază gazoasă între sursă și probă sunt rare. Particulele călătoresc aproape în linii drepte. Suprafețele probei îndreptate spre sursă primesc cu ușurință fluxul de particule, în timp ce zonele umbrite de trepte sau pereții laterali fotorezistenți pot experimenta efecte de umbră. Aceasta este binecunoscuta „depoziție în linie de vedere”.
Cu toate acestea, direcționalitatea nu este determinată doar de termenul „evaporare”. Dimensiunile sursei, distanța de la sursă la eșantion, unghiul de înclinare a probei, umbrirea dispozitivului și modul de rotație, toate modifică unghiul de incident al particulelor care sosesc. Cu plasarea înclinată a substratului sau mișcarea planetară, același sistem de evaporare poate îmbunătăți în mod activ acoperirea pereților laterali pentru anumite caracteristici.
Pulverizarea prin pulverizare necesită descărcări electrice susținute într-un mediu specific de gaz de lucru. După ce atomii țintă părăsesc suprafața țintă, aceștia se pot ciocni cu atomii de gaz și pot avea traiectoriile redistribuite. În plus, ținta în sine nu este o sursă punctuală ideală. În consecință, pulverizarea convențională oferă de obicei o distribuție unghiulară mai largă a particulelor incidente la probă în comparație cu evaporarea standard. Cu toate acestea, afirmația că „sputtering nu are direcționalitate” este la fel de inexactă. Scăderea sau creșterea presiunii de lucru, ajustarea distanței țintă-substrat, folosirea structurilor de colimare și repoziționarea eșantionului, toate modifică frecvența de coliziune și distribuția unghiului incident. Presiunea mai mare poate extinde răspândirea unghiulară a particulelor și poate determina, de asemenea, particulele care sosesc să piardă mai multă energie.
03｜De ce un proces favorizează decolarea în timp ce celălalt are performanțe mai bune pentru acoperirea pașilor
Diferențele de direcționalitate devin amplificate atunci când întâlnim structuri tridimensionale. Principiul fundamental al ridicării constă în modelarea deschiderilor în stratul fotorezistent, depunerea filmului pe întregul substrat și apoi dizolvarea fotorezistului pentru a îndepărta pelicula de deasupra rezistenței.
Pentru o ridicare reușită, filmul țintă de pe substrat în interiorul deschiderilor ar trebui, de preferință, să nu formeze o legătură continuă cu filmul de deasupra rezistenței de-a lungul pereților laterali. Evaporarea cu direcționalitate puternică de linie de vedere tinde să creeze o rupere de grosime în apropierea pereților laterali ai rezistenței.
04｜Ce experiența substratului merge mult dincolo de „a fi pur și simplu acoperit cu un strat de metal”
Evaporarea este adesea descrisă în mod liber ca fiind „bândă”, în timp ce pulverizarea este considerată ca având „bombardament puternic”.
Ambele percepții au baze faptice, dar nici una nu este adevărată independent de echipamente și condițiile procesului.
În timpul evaporării, eșantionul poate suferi în continuare o creștere a temperaturii cauzată de radiația termică, expunerea la sursa de căldură și durata depunerii.
Pentru sistemele cu fascicul de electroni, trebuie luați în considerare și factori suplimentari, cum ar fi electronii, razele X, stropirea materialului sursă și particulele.
Polimerii, fotorezistele, straturile cu punct de topire scăzut sau dispozitivele sensibile la radiații nu ar trebui considerate sigure doar pe baza denumirii procesului. Într-un mediu de pulverizare, în afară de atomii țintă, pot fi prezente și fluxuri de ioni, electroni, neutri reflectați și impurități. Deviația substratului, localizarea plasmei și presiunea de lucru modifică energia efectivă furnizată probei. Energia moderată poate promova migrarea suprafeței și legarea interfacială, în timp ce energia excesivă poate duce la creșterea temperaturii, modificarea suprafeței, re-pulverizare sau deteriorarea straturilor sensibile.
Prin urmare, atunci când discutăm despre toleranța eșantionului, nu ar trebui să ne întrebăm doar „dacă temperatura este ridicată”. De asemenea, este necesar să se ia în considerare în ce constă suprafața eșantionului, dacă dedesubt se află straturi subțiri de oxid sau materiale bidimensionale, dacă fotorezistul este încă prezent, dacă fabricarea dispozitivului este completă și dacă este permisă recoacere sau curățare post-proces.
05｜De ce „filmele pulverizate sunt mai dense” este doar o declarație de pornire
O peliculă subțire nu coboară ca un bloc solid de metal. În schimb, particulele care intră mai întâi se adsorb și se nucleează pentru a forma insule. Aceste insule cresc apoi se unesc, dezvoltându-se în cele din urmă într-un film continuu. Energia particulelor care sosesc, temperatura substratului, rata de depunere, unghiul de incident, curățenia suprafeței și gazul rezidual guvernează mobilitatea de suprafață a particulelor și modifică dimensiunea granulelor, porozitatea, rugozitatea, textura și stresul rezidual. Particulele energetice pulverizate și fluxurile de energie asociate conduc, în general, la așteptări de mobilitate sporită a suprafeței și filme comparativ dense.
Cu toate acestea, filmele pulverizate pot dezvolta, de asemenea, structuri columnare poroase, solicitări substanțiale sau rugozitate ridicată în condiții de presiune de lucru ridicată, pierderi semnificative de energie prin coliziune, unghiuri de incidente nefavorabile sau condiții de suprafață inadecvate. Nici filmele evaporate nu sunt inerent poroase. Modificările temperaturii substratului, ratei de depunere, tratamentului suprafeței și aporturilor de energie auxiliară vor modifica, de asemenea, comportamentul de nucleare și creștere.
Densitatea mai mare a peliculei nu se traduce automat în dispozitive cu performanțe mai bune. Electrozii metalici pot acorda o prioritate mai mare rezistenței de contact și integrității marginilor; structurile optice se pot concentra mai mult pe rugozitate și constante optice; structurile suspendate sunt foarte sensibile la stres; Straturile de barieră de difuzie acordă o atenție deosebită continuității și căilor defectelor. „Dens” este doar o descriere materială. În cele din urmă, performanța trebuie evaluată în raport cu cerințele funcționale ale aplicației cu peliculă subțire.
Rezumat
Atât evaporarea, cât și pulverizarea pot depune metale, dar nu sunt opțiuni de buton interschimbabile. Evaporarea vaporizează materialele în faza gazoasă prin încălzire și prezintă o direcționalitate puternică în linia vizuală în condiții tipice. Pulverizarea eliberează atomii țintă prin bombardarea ionică; coliziunile în geometria gazului de lucru și a echipamentului generează, în general, o gamă mai largă de unghiuri de sosire.
Afirmații precum „evaporarea este mai bună” sau „pulverizarea este mai bună” sunt premature. O rută de proces adecvată ar trebui să explice modul în care particulele ajung la caracteristici, să specifice care locație va fi inspectată pentru grosimea minimă a filmului, ce tipuri de defecțiuni trebuie anticipate și ce criterii finale vor fi utilizate pentru a aprecia dacă stratul de peliculă subțire și-a îndeplinit cu adevărat funcția prevăzută.
