在热蒸发中，台阶覆盖率描述了沉积薄膜如何均匀地覆盖基板的形貌，例如沟槽或脊线。它是衡量薄膜在三维特征上连续性的关键指标。由于工艺的性质，热蒸发通常会产生较差的台阶覆盖率，导致薄膜在垂直侧壁上比在水平表面上薄得多。
核心问题在于热蒸发是一种“视线”沉积技术。蒸发材料从源头沿直线传播，在基板上高大特征的后面形成“阴影”，这可能导致薄膜断裂和设备故障。
为什么热蒸发在台阶覆盖率方面表现不佳
理解为什么台阶覆盖率是一个挑战，归结于该过程的基本物理原理。这种局限性并非缺陷，而是薄膜形成方式的固有特性。
“视线”原理
热蒸发在高真空中进行，这意味着来自加热源材料的原子很少发生碰撞。它们沿直线运动，直到撞击到表面。
只有那些可以直接、无阻碍地看到蒸发源的表面才能被有效涂覆。
阴影效应解释
当基板具有形貌时，例如图案化层的边缘，这会形成一个“台阶”。这个台阶的顶角会阻挡入射蒸汽到达底角和侧壁的下部。
这种现象称为阴影效应。它类似于高大建筑物投下阴影，阻止阳光直接照射到其旁边的地面。
后果：薄膜不连续性
由于阴影效应，薄膜在顶部水平表面沉积较厚，但沿着垂直侧壁逐渐变薄。在台阶的底角，薄膜可能极薄或完全缺失。
这种不均匀性会产生薄弱点，薄膜很可能在此处不连续，特别是对于较高的台阶或较厚的薄膜。
台阶覆盖率差的实际影响
对于微制造和电子领域的许多应用而言，较差的台阶覆盖率不仅仅是几何上的缺陷，更是设备故障的直接原因。
开路和设备故障
最严重的后果是导电薄膜（例如金属互连线）的完全断裂。如果导线必须跨越一个台阶，较差的覆盖率可能会造成开路，导致设备根本无法工作。
电阻增加
即使薄膜没有完全断裂，台阶处变薄的部分也会比薄膜的其余部分具有显著更高的电阻。这会降低设备性能，产生过多的热量，并造成故障点。
设备可靠性受损
这些变薄的区域在机械和电气上都很脆弱。它们更容易随着时间的推移因温度循环或电迁移等应力而失效，严重影响设备的长期可靠性。
实现优异覆盖率的替代方案
当良好的台阶覆盖率是不可协商的要求时，热蒸发往往不是合适的工具。其他沉积技术专门设计用于创建更均匀或共形的薄膜。
溅射：更进一步
溅射是另一种物理气相沉积 (PVD) 方法，但它在比热蒸发更高的压力下运行。沉积的原子散射更多，从更广的角度到达基板。
这减少了阴影效应，并产生比热蒸发显著更好的台阶覆盖率，尽管它仍然不是完美的共形。
CVD 和 ALD：黄金标准
化学气相沉积 (CVD) 和 原子层沉积 (ALD) 从根本上是不同的。它们依赖于基板表面的化学反应，而不是视线物理过程。
由于前体气体可以到达所有暴露的表面，这些方法可以生产高度共形的薄膜。特别是 ALD，提供近乎完美的台阶覆盖率，使其成为涂覆深沟槽和其他高深宽比特征的理想选择。
为您的工艺做出正确的选择
选择正确的沉积方法需要将技术能力与您的特定结构目标相匹配。
- 如果您的主要关注点是平面上的简易性和成本：当台阶覆盖率不是问题时，热蒸发因其纯度和直接操作而成为绝佳选择。
- 如果您的主要关注点是在中等形貌上实现可靠的电接触：溅射提供了大大改进的工艺窗口和更好的台阶覆盖率，确保薄膜的连续性。
- 如果您的主要关注点是在复杂几何形状中实现完美、均匀的覆盖：化学气相沉积 (CVD) 或原子层沉积 (ALD) 是获得先进设备所需共形薄膜的必要条件。
最终，选择正确的沉积工具完全取决于理解您设备的形貌要求。
总结表：
| 特征 | 热蒸发 | 溅射 | CVD/ALD |
|---|---|---|---|
| 台阶覆盖率 | 差 | 好 | 极好（共形） |
| 工艺类型 | 视线PVD | 散射PVD | 化学反应 |
| 最适合 | 平面、简单涂层 | 中等形貌、可靠接触 | 高深宽比特征、完美均匀性 |
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