Garavimas ir purškimas priklausofizinis nusodinimas garais (PVD). Abu perkelia metalą iš pradinės medžiagos ant mėginio paviršiaus. Tačiau „gebėjimas suformuoti dangą“ nereiškia, kad gautos plėvelės yra identiškos.
Skirtumai gali būti išnagrinėti sprendžiant tris pagrindinius klausimus: Kaip medžiaga išeina iš šaltinio? Kaip dalelės keliauja per vakuuminę kamerą? Kiek jų energijos ir krypties informacijos pasilieka pasiekus paviršių?
01｜ Neskubėkite lyginti privalumų ir trūkumų - Pirmiausia supraskite, kaip susidaro metalai
Terminis garinimas priklauso nuo varžos kaitinimo valčių, gijų arba tiglių, kad kaitintų pradinę medžiagą, kol susidarys pakankamas garų slėgis.
Garinant elektronų pluoštą, naudojamas sufokusuotas elektronų pluoštas, kad sutelktų energiją į lokalizuotas šaltinio medžiagos sritis, todėl jis tinka medžiagoms, kurioms reikia daug aukštesnės šaltinio temperatūros.
Nors jų šildymo mechanizmai skiriasi, tolesnis pagrindinis procesas yra panašus: žaliava pereina į dujų fazę, eina per žemo slėgio kamerą link vėsesnio mėginio paviršiaus, kur adsorbuojasi, formuojasi branduoliais ir palaipsniui susilieja į plonasluoksnį sluoksnį.
Magnetroninis purškimas „neužvirina“ tikslinės medžiagos. Darbinės dujos sužadinamos, kad susidarytų plazma. Jonai įgyja energiją šalia tikslinio paviršiaus ir bombarduoja taikinį. Susidūrimo kaskados išmuša tikslinius atomus iš paviršiaus. Tada išmestos dalelės keliauja per darbo dujas ir pasiekia mėginį. Pagrindinė magnetinio lauko funkcija yra efektyviau apriboti elektronus šalia tikslinio paviršiaus, didinant jonizacijos ir iškrovos efektyvumą.
Faktinį srautą, nusodintą ant mėginio, vis dar veikia taikinio geometrija, magnetinio lauko pasiskirstymas, darbinis slėgis, atstumas nuo objekto iki pagrindo, tvirtinimo padėtis ir mėginio judėjimo režimas.
02｜ Kryptis nėra įrenginio specifikacija, o dalelių transportavimo pasekmė
Įprasto didelio vakuumo garinimo metu šaltinio ir mėginio dujų fazės susidūrimai yra reti. Dalelės keliauja beveik tiesiomis linijomis. Mėginio paviršiai, nukreipti į šaltinį, lengvai gauna dalelių srautą, o laiptelių arba fotorezisto šoninių sienelių šešėliai gali patirti šešėlių poveikį. Tai yra gerai žinomas „matymo linijos nusėdimas“.
Tačiau kryptingumą lemia ne vien terminas „garavimas“. Šaltinio matmenys, atstumas nuo šaltinio iki mėginio, mėginio pakreipimo kampas, armatūros šešėliai ir sukimosi režimas keičia atvykstančių dalelių kritimo kampą. Esant pakreiptam substrato išdėstymui arba planetiniam judėjimui, ta pati garinimo sistema gali aktyviai pagerinti tam tikrų savybių šoninių sienelių aprėptį.
Purškimui reikia nuolatinės elektros iškrovos konkrečioje darbo dujų aplinkoje. Kai tiksliniai atomai palieka tikslinį paviršių, jie gali susidurti su dujų atomais ir jų trajektorijos pasiskirstys. Be to, pats taikinys nėra idealus taškinis šaltinis. Todėl įprastas purškimas paprastai suteikia platesnį kampinį krintančių dalelių pasiskirstymą mėginyje, palyginti su standartiniu garinimu. Nepaisant to, teiginys, kad „purškimas neturi kryptingumo“, yra toks pat netikslus. Sumažinus arba padidinus darbinį slėgį, reguliuojant atstumą nuo taikinio iki pagrindo, naudojant kolimuojančias struktūras ir keičiant mėginio padėtį, keičiasi susidūrimo dažnis ir kritimo kampo pasiskirstymas. Didesnis slėgis gali išplėsti dalelių kampinį plitimą, o atvykstančios dalelės gali prarasti daugiau energijos.
03｜Kodėl vienas procesas teikia pirmenybę pakėlimui, o kitas veikia geriau, kad aprėptų žingsnius
Krypties skirtumai sustiprėja susidūrus su trimatėmis struktūromis. Pagrindinis pakėlimo principas yra pirmiausia nupiešti fotorezisto sluoksnio angas, ant viso pagrindo uždėti plėvelę, o tada ištirpinti fotorezistą, kad kartu nuimtų plėvelę nuo rezisto viršaus.
Kad pakėlimas būtų sėkmingas, tikslinė plėvelė ant pagrindo angų viduje neturėtų sudaryti ištisinio ryšio su plėvele, esančia ant rezisto išilgai šoninių sienelių. Garavimas su stipriu matymo linijos kryptingumu linkęs sukurti storio plyšį šalia atsparaus šoninių sienelių.
04｜Kokia substrato patirtis yra daug daugiau nei „paprasčiausiai padengimas metalo sluoksniu“
Garavimas dažnai laisvai apibūdinamas kaip „švelnus“, o purškimas laikomas „stipriu bombardavimu“.
Abu suvokimai turi faktinį pagrindą, tačiau nė vienas iš jų negalioja nepriklausomai nuo įrangos ir proceso sąlygų.
Garinimo metu mėginio temperatūra vis tiek gali pakilti dėl šiluminės spinduliuotės, šilumos šaltinio poveikio ir nusodinimo trukmės.
Elektronų pluošto sistemų atveju taip pat reikia atsižvelgti į papildomus veiksnius, pvz., elektronus, rentgeno spindulius, žaliavų purslus ir daleles.
Polimerai, fotorezistai, žemos lydymosi temperatūros sluoksniai arba spinduliuotei jautrūs prietaisai neturėtų būti laikomi saugiais vien remiantis proceso pavadinimu. Purškiamoje aplinkoje, be tikslinių atomų, taip pat gali būti jonų, elektronų, atsispindėjusių neutralių ir priemaišų srautų. Pagrindo poslinkis, plazmos vieta ir darbinis slėgis keičia faktinę į mėginį tiekiamos energijos kiekį. Vidutinė energija gali skatinti paviršiaus migraciją ir sąsajų sujungimą, o perteklinė energija gali sukelti temperatūros kilimą, paviršiaus modifikaciją, pakartotinį purškimą arba pažeisti jautrius sluoksnius.
Todėl, kalbant apie mėginio toleranciją, nereikėtų vien klausti „ar aukšta temperatūra“. Taip pat būtina atsižvelgti į tai, iš ko susideda mėginio paviršius, ar po juo yra ploni oksido sluoksniai ar dvimatės medžiagos, ar vis dar yra fotorezisto, ar prietaiso gamyba baigta ir ar leistinas atkaitinimas arba valymas po proceso.
05｜Kodėl „aptaškytos plėvelės yra tankesnės“ yra tik pradinis teiginys
Plona plėvelė nenusileidžia kaip vientisas metalo luitas. Vietoj to, įeinančios dalelės pirmiausia adsorbuojasi ir formuojasi branduoliais, sudarydamos salas. Tada šios salos auga ir susilieja, galiausiai virsdamos ištisine plėvele. Atvykstančių dalelių energija, pagrindo temperatūra, nusodinimo greitis, kritimo kampas, paviršiaus švarumas ir liekamosios dujos – visa tai lemia dalelių paviršiaus mobilumą ir keičia grūdelių dydį, poringumą, šiurkštumą, tekstūrą ir liekamąjį įtempį. Energingos purškiamos dalelės ir susiję energijos srautai paprastai lemia didesnio paviršiaus mobilumo ir palyginti tankių plėvelių lūkesčius.
Nepaisant to, purškiamos plėvelės taip pat gali sukurti akytas stulpelių struktūras, didelį įtempį arba didelį šiurkštumą esant aukštam darbiniam slėgiui, dideliems susidūrimo energijos nuostoliams, nepalankiems kritimo kampams arba netinkamoms paviršiaus sąlygoms. Išgaravusios plėvelės taip pat nėra akytos. Substrato temperatūros, nusodinimo greičio, paviršiaus apdorojimo ir pagalbinės energijos įvesties pakeitimai taip pat pakeis branduolio susidarymą ir augimo elgseną.
Didesnis plėvelės tankis automatiškai nereiškia geresnių įrenginių. Metaliniai elektrodai gali teikti didesnį prioritetą kontaktiniam atsparumui ir krašto vientisumui; optinėse struktūrose gali būti daugiau dėmesio skiriama šiurkštumui ir optinėms konstantoms; pakabinamos konstrukcijos yra labai jautrios įtempiams; difuzijos barjero sluoksniai daug dėmesio skiria tęstinumui ir defektų keliams. „Tankus“ yra tik materialus aprašymas. Galiausiai eksploatacinės savybės turi būti įvertintos atsižvelgiant į funkcinius plonosios plėvelės taikymo reikalavimus.
Santrauka
Tiek garavimas, tiek purškimas gali nusodinti metalus, tačiau tai nėra keičiami mygtukų variantai. Garinimas kaitinant išgaruoja medžiagas į dujų fazę ir įprastomis sąlygomis pasižymi stipriu regėjimo linijos kryptingumu. Purškimas išlaisvina tikslinius atomus per jonų bombardavimą; susidūrimai darbinių dujų ir įrangos geometrijoje paprastai suteikia platesnį atvykimo kampų diapazoną.
Tokie teiginiai kaip „geresnis garavimas“ arba „geresnis purškimas“ yra per anksti. Tinkamas proceso maršrutas turėtų paaiškinti, kaip dalelės patenka į ypatybes, nurodyti, kurioje vietoje bus tikrinamas minimalus plėvelės storis, kokių tipų gedimai numatomi ir kokie galutiniai kriterijai bus naudojami vertinant, ar plonasluoksnis sluoksnis tikrai atliko numatytą funkciją.
