Pieder gan iztvaikošana, gan izsmidzināšanafizikālā tvaiku pārklāšana (PVD). Abi pārnes metālu no izejmateriāla uz parauga virsmu. Tomēr "spēja veidot pārklājumu" nenozīmē, ka iegūtās plēves ir identiskas.
Atšķirības var pārbaudīt, risinot trīs galvenos jautājumus: kā materiāls iziet no avota? Kā daļiņas pārvietojas pa vakuuma kameru? Cik daudz enerģijas un virziena informācijas saglabājas pēc virsmas sasniegšanas?
01｜Nesteidzieties salīdzināt priekšrocības un trūkumus - Vispirms izprotiet, kā rodas metāli
Termiskā iztvaikošana balstās uz pretestībā uzkarsētām laivām, pavedieniem vai tīģeļiem, lai uzsildītu izejmateriālu, līdz tas attīsta pietiekamu tvaika spiedienu.
Elektronu staru iztvaikošana izmanto fokusētu elektronu staru, lai koncentrētu enerģiju uz lokalizētiem avota materiāla apgabaliem, padarot to piemērotu materiāliem, kuriem nepieciešama daudz augstāka avota temperatūra.
Lai gan to sildīšanas mehānismi atšķiras, sekojošais pamatprocess ir līdzīgs: izejmateriāls pāriet gāzes fāzē, pārvietojas caur zemspiediena kameru uz vēsāku parauga virsmu, kur tas adsorbējas, veido kodolu un pakāpeniski saplūst plānā kārtiņā.
Magnetronu izsmidzināšana "neuzvāra" mērķa materiālu. Darba gāze tiek ierosināta, veidojot plazmu. Joni iegūst enerģiju mērķa virsmas tuvumā un bombardē mērķi. Sadursmes kaskādes izsit mērķa atomus no virsmas. Izmestās daļiņas iziet cauri darba gāzei un sasniedz paraugu. Magnētiskā lauka galvenā funkcija ir efektīvāk ierobežot elektronus mērķa virsmas tuvumā, palielinot jonizācijas un izlādes efektivitāti.
Faktisko plūsmu, kas nogulsnēta uz parauga, joprojām ietekmē mērķa ģeometrija, magnētiskā lauka sadalījums, darba spiediens, attālums no mērķa līdz substrātam, stiprinājuma pozīcija un parauga kustības režīms.
02｜ Virziens nav ierīces specifikācija, bet gan daļiņu transportēšanas sekas
Parastā augsta vakuuma iztvaikošanas gadījumā gāzes fāzes sadursmes starp avotu un paraugu ir reti sastopamas. Daļiņas pārvietojas gandrīz taisnās līnijās. Parauga virsmas, kas vērstas pret avotu, viegli uztver daļiņu plūsmu, savukārt apgabalos, ko aizēno pakāpieni vai fotorezista sānu sienas, var rasties ēnojuma efekti. Šī ir labi zināmā "redzes līnijas nogulsnēšanās".
Tomēr virzienu nenosaka tikai termins "iztvaikošana". Avota izmēri, attālums no avota līdz paraugam, parauga slīpuma leņķis, armatūras ēnojums un rotācijas režīms maina ienākošo daļiņu krītošo leņķi. Ar slīpu substrāta novietojumu vai planētu kustību viena un tā pati iztvaicēšanas sistēma var aktīvi uzlabot sānu sienu pārklājumu noteiktām funkcijām.
Izsmidzināšanai ir nepieciešama ilgstoša elektriskā izlāde noteiktā darba gāzes vidē. Pēc tam, kad mērķa atomi atstāj mērķa virsmu, tie var sadurties ar gāzes atomiem un to trajektorijas tiek pārdalītas. Turklāt pats mērķis nav ideāls punktveida avots. Līdz ar to parastā izsmidzināšana parasti nodrošina plašāku krītošo daļiņu leņķisko sadalījumu paraugā, salīdzinot ar standarta iztvaikošanu. Tomēr apgalvojums, ka "putināšanai nav virziena", ir tikpat neprecīzs. Darba spiediena pazemināšana vai paaugstināšana, attāluma no mērķa līdz substrātam pielāgošana, kolimējošu struktūru izmantošana un parauga pārvietošana maina sadursmes biežumu un krītošā leņķa sadalījumu. Augstāks spiediens var paplašināt daļiņu leņķisko izplatību, kā arī var izraisīt ienākošo daļiņu vairāk enerģijas zaudēšanu.
03｜Kāpēc viens process dod priekšroku pacelšanai, kamēr otrs darbojas labāk, lai nodrošinātu soļu pārklājumu
Virziena atšķirības pastiprinās, saskaroties ar trīsdimensiju struktūrām. Pacelšanas pamatprincips ir vispirms noformēt fotorezista slāņa atveres, uzklāt plēvi uz visa substrāta un pēc tam izšķīdināt fotorezistu, lai kopā noņemtu plēvi virs rezistenta.
Veiksmīgai pacelšanai mērķa plēvei uz pamatnes atveru iekšpusē nevajadzētu veidot nepārtrauktu savienojumu ar plēvi, kas atrodas aizsargplēves virspusē gar sānu sienām. Iztvaikošana ar spēcīgu redzamības līnijas virzienu mēdz radīt biezuma pārrāvumu pie pretestības sānu sienām.
04｜Ko substrāta pieredze sniedz daudz tālāk par "vienkārši pārklātu ar metāla slāni"
Iztvaikošana bieži tiek brīvi aprakstīta kā "maiga", savukārt izsmidzināšana tiek uzskatīta par "spēcīgu bombardēšanu".
Abiem priekšstatiem ir faktiskais pamats, taču neviens no tiem nav patiess neatkarīgi no aprīkojuma un procesa apstākļiem.
Iztvaikošanas laikā paraugam joprojām var būt temperatūras paaugstināšanās, ko izraisa termiskais starojums, siltuma avota iedarbība un nogulsnēšanās ilgums.
Attiecībā uz elektronu staru sistēmām jāņem vērā arī papildu faktori, piemēram, elektroni, rentgenstari, izejmateriālu izšļakstīšanās un daļiņas.
Polimēri, fotorezisti, slāņi ar zemu kušanas temperatūru vai pret radiāciju jutīgas ierīces nav jāuzskata par drošiem, pamatojoties tikai uz procesa nosaukumu. Izsmidzināšanas vidē bez mērķa atomiem var būt arī jonu, elektronu, atstaroto neitrālu un piemaisījumu plūsmas. Substrāta novirze, plazmas atrašanās vieta un darba spiediens maina faktisko paraugam piegādāto enerģijas daudzumu. Mērena enerģija var veicināt virsmas migrāciju un saskarnes sasaisti, savukārt pārmērīga enerģija var izraisīt temperatūras paaugstināšanos, virsmas modifikācijas, atkārtotu izsmidzināšanu vai jutīgu slāņu bojājumus.
Tāpēc, apspriežot parauga toleranci, nevajadzētu tikai jautāt, "vai temperatūra ir augsta". Ir arī jāapsver, no kā sastāv parauga virsma, vai zem tā atrodas plāni oksīda slāņi vai divdimensiju materiāli, vai fotorezists joprojām ir, vai ierīces izgatavošana ir pabeigta un vai ir pieļaujama pēcprocesa atkausēšana vai tīrīšana.
05｜Kāpēc "izputinātās plēves ir blīvākas" ir tikai sākuma punkts
Plāna plēve nenolaižas kā ciets metāla bloks. Tā vietā ienākošās daļiņas vispirms adsorbējas un veido kodolu, veidojot salas. Pēc tam šīs salas aug un saplūst, galu galā pārvēršoties nepārtrauktā plēvē. Ienākošo daļiņu enerģija, substrāta temperatūra, nogulsnēšanās ātrums, krišanas leņķis, virsmas tīrība un atlikušā gāze nosaka daļiņu virsmas mobilitāti un maina graudu izmēru, porainību, raupjumu, tekstūru un atlikušo spriegumu. Enerģētiskās izsmidzinātās daļiņas un saistītās enerģijas plūsmas parasti rada cerības uz uzlabotu virsmas mobilitāti un salīdzinoši blīvām plēvēm.
Tomēr izsmidzinātās plēvēs var veidoties arī porainas kolonnu struktūras, ievērojams spriegums vai liels raupjums augsta darba spiediena apstākļos, būtiskiem sadursmes enerģijas zudumiem, nelabvēlīgiem kritiena leņķiem vai neatbilstošiem virsmas apstākļiem. Arī iztvaicētās plēves pēc savas būtības nav porainas. Substrāta temperatūras, nogulsnēšanās ātruma, virsmas apstrādes un papildu enerģijas ievadīšanas izmaiņas tāpat mainīs kodolu veidošanos un augšanas uzvedību.
Lielāks plēves blīvums automātiski nenozīmē labākas veiktspējas ierīces. Metāla elektrodi var piešķirt lielāku prioritāti kontakta pretestībai un malu integritātei; optiskās struktūras var vairāk koncentrēties uz raupjumu un optiskajām konstantēm; piekārtās konstrukcijas ir ļoti jutīgas pret stresu; difūzijas barjeras slāņi pievērš īpašu uzmanību nepārtrauktībai un defektu ceļiem. "Blīvs" ir tikai materiāls apraksts. Galu galā veiktspēja ir jānovērtē attiecībā pret plānās kārtiņas lietojuma funkcionālajām prasībām.
Kopsavilkums
Gan iztvaikošana, gan izsmidzināšana var nogulsnēt metālus, taču tās nav savstarpēji aizvietojamas spiedpogas opcijas. Iztvaikošana iztvaiko materiālus gāzes fāzē, karsējot, un uzrāda spēcīgu redzamības virzienu tipiskos apstākļos. Izsmidzināšana atbrīvo mērķa atomus ar jonu bombardēšanu; sadursmes darba gāzes un aprīkojuma ģeometrijā parasti rada plašāku ierašanās leņķu diapazonu.
Apgalvojumi, piemēram, "iztvaikošana ir labāka" vai "izsmidzināšana ir labāka", ir priekšlaicīgi. Piemērotā procesa maršrutā jāpaskaidro, kā daļiņas nonāk līdz pazīmēm, jānorāda, kurā vietā tiks pārbaudīts minimālais plēves biezums, kāda veida kļūmes ir jāparedz, un kādi galīgie kritēriji tiks izmantoti, lai spriestu, vai plānās kārtiņas slānis patiešām ir pildījis paredzēto funkciju.
