在半導(dǎo)體芯片的表面這個(gè)地方，一層做工精密的二氧化硅絕緣層會(huì)突然地呈現(xiàn)出蛛網(wǎng)形狀的裂紋狀態(tài)。在光伏面板的上頭，本來應(yīng)該具備透光特性的SiO?減反膜，會(huì)因?yàn)闊崃克斐傻膿p傷，而泛起一種渾濁的、呈現(xiàn)出霧狀的白斑現(xiàn)象。在精密的、用于光學(xué)的鏡頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)里，由高溫沉積過程所引發(fā)出來的膜層應(yīng)力，會(huì)讓鏡片本身發(fā)生微米級(jí)別的形變問題，進(jìn)而使得其成像質(zhì)量呈現(xiàn)出直線下降的情況。在這些具體場景的背后，有一個(gè)關(guān)鍵性的選擇問題一直以來都被人們給長期地忽視掉了：那就是對(duì)于二氧化硅的沉積處理，究竟是應(yīng)該去采用熱鍍的方式，還是說應(yīng)該去選用冷鍍的方法呢？

技術(shù)原理層面：

熱鍍工藝（主要指高溫濺射/蒸鍍方法）：

• 其核心原理在于： 基片的溫度往往需要被提升到 300℃以上這樣一個(gè)水平，如此一來便能讓原子得以獲得充足的、用于其在表面進(jìn)行遷移活動(dòng)的能量。

• 它所帶來的優(yōu)勢薄膜特性主要體現(xiàn)為： 一方面是擁有高度的致密性方面的表現(xiàn)，另一方面則展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性方面的特性，并且還具有較低缺陷（就拿針孔來說吧）呈現(xiàn)出來的效果。

• 不過，其需要付出的代價(jià)也是顯而易見的： 高溫環(huán)境會(huì)顯著地將膜層與基片兩者之間在熱膨脹系數(shù)上的差異給放大起來，進(jìn)而引發(fā)出來非常高的內(nèi)部應(yīng)力（常常會(huì)達(dá)到數(shù)百兆帕甚至吉帕斯卡這樣的級(jí)別）。像是塑料呀、復(fù)合物材料呀、已經(jīng)完成了裝配的器件呀，又或是那些精密的元件之類的地方，就極其容易發(fā)生變形、開裂乃至脫附這一系列的問題。與此同時(shí)，高溫環(huán)境還可能會(huì)去改變基底材料本身的微觀結(jié)構(gòu)，或者對(duì)預(yù)先鍍好的膜層去造成損傷性的后果。

冷鍍工藝（以磁控濺射技術(shù)為主導(dǎo)）：

• 它的核心原理則在于： 基片的溫度會(huì)被嚴(yán)格地加以控制在低于 100℃（甚至達(dá)到室溫水平），通過借助高能量粒子（比如說濺射出來的原子、離子等）所攜帶的動(dòng)能，來實(shí)現(xiàn)薄膜材料的生長過程。

• 其核心的優(yōu)勢方面體現(xiàn)在： 能夠帶來極低的熱應(yīng)力損傷方面的特性，并且能夠兼容幾乎所有的、對(duì)熱比較敏感的基底材料（像是聚合物材料呀、精密合金呀、預(yù)先加工好的器件之類的地方）。通過借助高能量粒子的轟擊作用，可以有效地去提升初期階段膜層與基底之間的結(jié)合力度。

• 當(dāng)然，它也面臨一些挑戰(zhàn)需要去應(yīng)對(duì)： 在低溫條件下，原子的遷移活動(dòng)會(huì)受到限制，如此一來，初期形成的膜層就有可能會(huì)呈現(xiàn)出比較疏松的狀態(tài)（比如形成柱狀結(jié)構(gòu)），這就需要去對(duì)相關(guān)的工藝參數(shù)（像是偏壓的設(shè)定呀、氣體的選用呀、功率的大小呀等等）進(jìn)行優(yōu)化處理，用以提升其致密性方面的表現(xiàn)。此外，殘余應(yīng)力的類型有可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，這就需要對(duì)其進(jìn)行精確的控制操作。

關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比：

案例驗(yàn)證環(huán)節(jié)：相關(guān)數(shù)據(jù)揭示出真實(shí)的性能鴻溝

半導(dǎo)體封裝失效的分析工作 (來源于某家MEMS傳感器企業(yè))：

• 面臨的問題是： 通過高溫濺射方式制備的SiO?鈍化層，導(dǎo)致了硅基MEMS結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了翹曲的現(xiàn)象，進(jìn)而使得器件的成品率僅僅維持在約65%的水平。

• 經(jīng)過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)： 測量結(jié)果顯示出，通過熱鍍方式得到的SiO?膜層所具有的應(yīng)力值大于 800 MPa (表現(xiàn)為張應(yīng)力)。在改用低溫磁控濺射方法（將基片溫度控制在 80℃）之后，并且對(duì)氬氧比例與偏壓參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化處理，應(yīng)力值便成功地降至低于 200 MPa (呈現(xiàn)為可控的壓應(yīng)力狀態(tài))。如此一來便使得器件的翹曲問題得以消除，良率也隨之提升到了98%的高度。

柔性顯示基板的鍍膜實(shí)踐 (來自O(shè)LED 面板的研發(fā)過程)：

• 遇到的問題是： 在聚酰亞胺(PI)這種基板材料上，去采用熱蒸鍍方法來沉積SiO?阻隔層時(shí)，造成了PI基板發(fā)生嚴(yán)重的卷曲現(xiàn)象 (其曲率半徑小于 5mm)，并且膜層也在多處地方出現(xiàn)了開裂的問題。

• 通過驗(yàn)證確認(rèn)： 在切換到室溫條件下的磁控濺射工藝后，并且去采用了高密度等離子體源與低功率密度、長時(shí)間沉積的策略。如此一來便獲得了連續(xù)的、沒有裂紋呈現(xiàn)出來的SiO?膜層，PI基板的曲率半徑也得以大于 50mm，從而滿足了柔性器件在應(yīng)用方面的要求。其水汽透過率(WVTR)指標(biāo)也達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求 (< 10?? g/m²/day)。

精密光學(xué)鏡頭的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) (來自某家高端鏡頭生產(chǎn)廠家)：

• 面臨的問題是： 通過高溫方式去沉積SiO?增透膜，引起了已經(jīng)膠合在一起的鏡片組出現(xiàn)了脫膠的現(xiàn)象，與此同時(shí)，熱應(yīng)力也導(dǎo)致了面形精度超出了容許的誤差范圍 (RMS值大于 λ/10)。

• 經(jīng)過驗(yàn)證表明： 通過借助精密控溫的磁控濺射技術(shù)（將基片溫度穩(wěn)定地控制在 50±5℃的范圍內(nèi)），并且結(jié)合運(yùn)用了離子束輔助沉積(IAD)的技術(shù)手段。如此一來便使得膜層的應(yīng)力分布呈現(xiàn)出均勻且極低的特性，鏡片的面形精度也能夠穩(wěn)定地保持在 RMS 小于 λ/20 的水平，從而徹底地解決了脫膠方面的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而讓量產(chǎn)良率提升了35個(gè)百分點(diǎn)。

解決方案探討：為您的具體應(yīng)用去匹配最佳的鍍膜路徑

進(jìn)行選擇絕非是一個(gè)簡單的二分法問題，其核心要點(diǎn)在于如何去精準(zhǔn)地讓工藝與實(shí)際需求達(dá)成匹配的狀態(tài)：

要是追求極限性能方面的表現(xiàn) (適用于耐高溫的基材)：

• 要是基片材料本身就能夠去承受高溫條件（就拿硅晶圓、特定種類的陶瓷來說吧），并且對(duì)于極致的致密性或者化學(xué)惰性方面有著嚴(yán)苛的要求（比如在某些半導(dǎo)體柵氧層的制備中，或者是在超強(qiáng)腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用場景），那么，經(jīng)過優(yōu)化處理的熱鍍工藝仍然可以被當(dāng)作一個(gè)選項(xiàng)來加以考慮。但必須要注意的是，需要去精細(xì)地控制好升溫和降溫的速率以及溫度的均勻性狀態(tài)，用以最大限度地去降低熱應(yīng)力可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

要是兼容性與可靠性方面的考量處于優(yōu)先地位 (適用于主流的應(yīng)用場景)：

• 當(dāng)我們需要去面對(duì)像是聚合物材料、復(fù)合基板材料、預(yù)先加工好的器件、精密的元件，以及多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)這類對(duì)象時(shí)，低溫磁控濺射方法可以說是唯一可靠的解決方案選項(xiàng)。這里的關(guān)鍵之處在于以下幾個(gè)方面：

  • 等離子體的優(yōu)化處理： 需要去采用具有高離化率的濺射源 (例如HiPIMS技術(shù), 脈沖直流技術(shù))，用以增加沉積粒子的能量水平，從而補(bǔ)償?shù)蜏貤l件下遷移能力不足的問題。

  • 偏壓的精確控制： 需要去施加適量的基片偏壓，通過借助離子轟擊的作用來增強(qiáng)致密化的效果以及膜層與基底的結(jié)合力度，**與此同時(shí)，**也要去避免過度的轟擊所可能造成的損傷后果。

  • 反應(yīng)氣體的管理運(yùn)作： 需要去精確地調(diào)控氧氣的流量以及等離子體的狀態(tài)參數(shù)，用以確保能夠生成化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確的SiO?，從而避免出現(xiàn)缺氧或者過氧化的情況。

  • 應(yīng)力的工程化調(diào)控： 通過借助對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)整動(dòng)作，來主動(dòng)地去控制膜層應(yīng)力的類型（通常壓應(yīng)力是更優(yōu)的選擇）及其大小數(shù)值。

要是面對(duì)復(fù)雜的需求狀況：

• 要是對(duì)于致密性與低溫條件同時(shí)都有著極高的要求，那么可以去探索像是離子束輔助沉積 (IBAD) 技術(shù)，或者是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD) 技術(shù)，將它們作為補(bǔ)充性的方案來加以運(yùn)用，不過這樣做會(huì)帶來成本與復(fù)雜度方面的增加。

結(jié)論要點(diǎn)：冷鍍技術(shù)現(xiàn)已成為精密鍍膜領(lǐng)域的主流選擇

要是基片的溫度變成了一個(gè)無法逾越的限制因素，要是膜層的應(yīng)力去引發(fā)了致命性的失效問題，要是器件的復(fù)雜性程度去要求采用一種“溫和”的工藝手段——在這些情況下，通過低溫磁控濺射方法來沉積二氧化硅的技術(shù)，已經(jīng)從一種替代性的方案，躍升成為了確?？煽啃缘幕h(huán)節(jié)。它所具備的核心價(jià)值，就在于成功地剝離了高溫條件所帶來的束縛，從而為材料的選擇與設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)釋放出了無限的可能性空間。

技術(shù)升級(jí)的本質(zhì)內(nèi)涵，就在于要不斷地去突破工藝本身存在的邊界限制，進(jìn)而為那些尖端的產(chǎn)品去創(chuàng)造出得以生存和發(fā)展的空間。下一次當(dāng)您需要去面對(duì)二氧化硅鍍膜選擇這個(gè)問題的時(shí)候，關(guān)注點(diǎn)就不再是“能不能去做成”，而是轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;如何在低溫的條件下把這件事情做得更好”。