Odparovanie a rozprašovanie patria kfyzikálne nanášanie pár (PVD). Oba prenášajú kov zo zdrojového materiálu na povrch vzorky. Avšak "schopnosť vytvoriť povlak" neznamená, že výsledné filmy sú identické.
Rozdiely možno preskúmať položením troch kľúčových otázok: Ako materiál opúšťa zdroj? Ako sa častice pohybujú cez vákuovú komoru? Koľko z ich energie a smerových informácií sa zachová po dosiahnutí povrchu?
01｜Neponáhľajte sa porovnávať prednosti a nedostatky - Najprv pochopte, ako vznikajú kovy
Tepelné vyparovanie sa spolieha na odporovo vyhrievané člny, vlákna alebo tégliky, ktoré zahrievajú zdrojový materiál, kým nevyvinie dostatočný tlak pár.
Odparovanie elektrónovým lúčom využíva zaostrený elektrónový lúč na sústredenie energie do lokalizovaných oblastí zdrojového materiálu, vďaka čomu je vhodný pre materiály, ktoré vyžadujú oveľa vyššie teploty zdroja.
Aj keď sa ich mechanizmy zahrievania líšia, následný základný proces je podobný: zdrojový materiál prechádza do plynnej fázy, prechádza cez nízkotlakovú komoru smerom k chladnejšiemu povrchu vzorky, kde sa adsorbuje, nukleuje a postupne sa spája do tenkej vrstvy.
Magnetrónovým naprašovaním sa materiál terča „nevarí“. Pracovný plyn je excitovaný za vzniku plazmy. Ióny získavajú energiu v blízkosti povrchu cieľa a bombardujú cieľ. Zrážkové kaskády vyrážajú cieľové atómy z povrchu. Vyvrhnuté častice potom prechádzajú pracovným plynom a dosahujú vzorku. Primárnou funkciou magnetického poľa je účinnejšie obmedziť elektróny v blízkosti cieľového povrchu, čím sa zvyšuje účinnosť ionizácie a výboja.
Skutočný tok uložený na vzorke je stále ovplyvnený geometriou cieľa, rozložením magnetického poľa, pracovným tlakom, vzdialenosťou medzi terčom a substrátom, polohou upínadla a režimom pohybu vzorky.
02｜Smerovosť nie je špecifikácia zariadenia, ale dôsledok transportu častíc
Pri konvenčnom vysokovákuovom odparovaní sú kolízie v plynnej fáze medzi zdrojom a vzorkou zriedkavé. Častice sa pohybujú takmer v priamom smere. Povrchy vzorky smerujúce k zdroju ľahko prijímajú tok častíc, zatiaľ čo oblasti zatienené schodíkmi alebo bočnými stenami fotorezistu môžu mať efekt tieňovania. Toto je dobre známe „ukladanie z priamej viditeľnosti“.
Smerovosť však nie je určená len pojmom „vyparovanie“. Rozmery zdroja, vzdialenosť zdroj-vzorka, uhol naklonenia vzorky, tienenie zariadenia a režim rotácie – to všetko mení uhol dopadu prichádzajúcich častíc. S nakloneným umiestnením substrátu alebo planetárnym pohybom môže rovnaký systém odparovania aktívne zlepšiť pokrytie bočných stien pre určité funkcie.
Naprašovanie vyžaduje trvalý elektrický výboj v špecifickom prostredí pracovného plynu. Keď cieľové atómy opustia povrch cieľa, môžu sa zraziť s atómami plynu a ich trajektórie sa prerozdelia. Okrem toho samotný cieľ nie je ideálnym bodovým zdrojom. V dôsledku toho konvenčné naprašovanie typicky poskytuje širšiu uhlovú distribúciu dopadajúcich častíc do vzorky v porovnaní so štandardným odparovaním. Napriek tomu je rovnako nepresné tvrdenie, že „naprašovanie nemá smerovosť“. Zníženie alebo zvýšenie pracovného tlaku, úprava vzdialenosti medzi terčom a substrátom, použitie kolimačných štruktúr a premiestnenie vzorky – to všetko mení frekvenciu kolízie a distribúciu uhla dopadu. Vyšší tlak môže rozšíriť uhlový rozptyl častíc a môže tiež spôsobiť, že prichádzajúce častice stratia viac energie.
03｜Prečo jeden proces uprednostňuje lift-off, zatiaľ čo druhý má lepší výkon pre pokrytie krokov
Rozdiely v smerovosti sa zosilňujú pri stretnutí s trojrozmernými štruktúrami. Základným princípom odlepovania je najprv vzorovať otvory vo vrstve fotorezistu, naniesť film na celý substrát a potom rozpustiť fotorezist, aby sa film na vrchu rezistu spoločne odstránil.
Pre úspešné odlepenie by cieľová fólia na substráte vo vnútri otvorov nemala tvoriť súvislé spojenie s fóliou na vrchu rezistu pozdĺž bočných stien. Odparovanie so silnou smerovosťou priamej viditeľnosti má tendenciu vytvárať hrúbkový zlom v blízkosti bočných stien rezistu.
04｜ Aké skúsenosti so substrátom idú ďaleko za hranice „Jednoduché potiahnutie kovovou vrstvou“
Odparovanie je často voľne opísané ako „jemné“, zatiaľ čo rozprašovanie sa považuje za „silné bombardovanie“.
Obidva názory majú faktický základ, no ani jeden neplatí nezávisle od zariadenia a podmienok procesu.
Počas odparovania môže vzorka stále zaznamenať zvýšenie teploty spôsobené tepelným žiarením, vystavením zdroju tepla a trvaním depozície.
Pri systémoch s elektrónovým lúčom sa musia brať do úvahy aj ďalšie faktory, ako sú elektróny, röntgenové žiarenie, rozstrekovanie zdrojového materiálu a častice.
Polyméry, fotorezisty, vrstvy s nízkou teplotou topenia alebo zariadenia citlivé na žiarenie by sa nemali považovať za bezpečné len na základe názvu procesu. V prostredí naprašovania môžu byť okrem cieľových atómov prítomné aj toky iónov, elektrónov, odrazených neutrálov a nečistôt. Predpätie substrátu, umiestnenie plazmy a pracovný tlak menia skutočný energetický vstup dodaný do vzorky. Mierna energia môže podporovať migráciu povrchu a medzifázové spojenie, zatiaľ čo nadmerná energia môže viesť k zvýšeniu teploty, modifikácii povrchu, opätovnému naprašovaniu alebo poškodeniu citlivých vrstiev.
Preto pri diskusii o tolerancii vzorky by sme sa nemali len pýtať „či je teplota vysoká“. Je tiež potrebné zvážiť, z čoho pozostáva povrch vzorky, či pod ním ležia tenké oxidové vrstvy alebo dvojrozmerné materiály, či je stále prítomný fotorezist, či je zhotovenie zariadenia dokončené a či je prípustné následné žíhanie alebo čistenie.
05｜Prečo sú „naprašované filmy hustejšie“ je len východiskovým bodom
Tenký film nezostupuje ako pevný blok kovu. Namiesto toho prichádzajúce častice najskôr adsorbujú a nukleujú za vzniku ostrovov. Tieto ostrovy potom rastú a spájajú sa, až sa nakoniec vyvinú do súvislého filmu. Energia prichádzajúcich častíc, teplota substrátu, rýchlosť depozície, uhol dopadu, čistota povrchu a zvyškový plyn, to všetko riadi povrchovú pohyblivosť častíc a modifikuje veľkosť zŕn, pórovitosť, drsnosť, textúru a zvyškové napätie. Energetické rozprašované častice a súvisiace energetické toky vo všeobecnosti vedú k očakávaniam zvýšenej mobility povrchu a porovnateľne hustých filmov.
Napriek tomu môžu naprašované filmy tiež vytvárať pórovité stĺpovité štruktúry, značné napätie alebo vysokú drsnosť v podmienkach vysokého pracovného tlaku, výraznú stratu energie pri zrážke, nepriaznivé uhly dopadu alebo neadekvátne povrchové podmienky. Ani odparené filmy nie sú prirodzene porézne. Modifikácie teploty substrátu, rýchlosti nanášania, povrchovej úpravy a pomocných energetických vstupov tiež zmenia nukleáciu a rastové správanie.
Vyššia hustota filmu sa automaticky nepremieta do výkonnejších zariadení. Kovové elektródy môžu klásť vyššiu prioritu na kontaktný odpor a integritu hrán; optické štruktúry sa môžu viac zamerať na drsnosť a optické konštanty; zavesené konštrukcie sú vysoko citlivé na napätie; vrstvy difúznej bariéry venujú veľkú pozornosť kontinuite a dráham defektov. "Hustý" je len materiálový popis. V konečnom dôsledku musí byť výkon hodnotený podľa funkčných požiadaviek tenkovrstvovej aplikácie.
Zhrnutie
Odparovaním aj naprašovaním sa môžu usadzovať kovy, no nie sú to zameniteľné tlačidlá. Odparovanie odparuje materiály do plynnej fázy zahrievaním a za typických podmienok vykazuje silnú smerovosť priamej viditeľnosti. Naprašovanie uvoľňuje cieľové atómy bombardovaním iónmi; kolízie v rámci geometrie pracovného plynu a zariadenia vo všeobecnosti poskytujú širší rozsah uhlov vstupu.
Tvrdenia ako „odparovanie je lepšie“ alebo „odprašovanie je lepšie“ sú predčasné. Vhodná cesta procesu by mala vysvetľovať, ako častice prichádzajú k vlastnostiam, špecifikovať, ktoré miesto bude kontrolované na minimálnu hrúbku filmu, aké typy porúch je potrebné predvídať a aké konečné kritériá sa použijú na posúdenie, či tenkovrstvová vrstva skutočne splnila svoju zamýšľanú funkciu.
