Upload
damon-haney
View
25
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. Typowe wymagania klasy czystości: 1000/100 (technologie 3 μ m). np. pamięci: 64k – 1000/100 >1M – 100/10. Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-1
Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-2
Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów
Typowe wymagania klasy czystości: 1000/100 (technologie 3 μm)
np. pamięci: 64k – 1000/100
>1M – 100/10
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-3
Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów
- wytwarzanie (nanoszenie) warstw
- fotolitografia
- trawienie
- bonding
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-4
Procesy technologiczne, w wyniku których powstają nowe warstwy
Parametry warstw:
- skład chemiczny
- struktura krystalograficzna
- orientacja krystalograficzna
- adhezja warstwy do podłoża
- grubość warstwy
- współczynnik załamania warstwy
- stała dielektryczna
- rezystywność (lub jej rozkład)
- współczynnik rozszerzalności termicznej
- naprężenia mechaniczne
- jednorodność (lub jej rozkład)
- profil (sposób pokrycia uskoków)
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-5
Procesy technologiczne, w wyniku których powstają nowe warstwy
Kryteria klasyfikacji procesów technologicznych:
- temperatura procesu (procesy nisko-, średnio- i wysokotemperaturowe)
- ciśnienie
- typ reakcji chemicznej (rozkład związków złożonych, utlenianie, azotkowanie, reakcje złożone,…)
- fakt konsumowania lub nie atomów podłoża
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-6
Utlenianie termiczne
- utlenianie w atmosferze tlenu suchego: Si + O2 → SiO2
- utlenianie w atmosferze pary wodnej: Si + H2O → SiO2 + H2
Dodatkowe efekty: redyfuzja domieszek, lokalne utlenianie
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-7
Chemiczne osadzanie z fazy lotnej CVD
CVD (Chemical Vapour Deposition) – procesy, w trakcie których na podłożu następuje wytwarzanie warstw ciała stałego z reagentów, które reagują ze sobą w fazie lotnej
Typy reakcji chemicznej:
- heterogeniczne, reakcje zachodzące bezpośrednio na powierzchni podłoża lub w jej pobliżu
- homogeniczne, reakcje zachodzące w fazie gazowej - niepożądane
Specjalnie przystosowane reaktory mogą być wykorzystywane do epitaksji
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-8
APCVD
APCVD (Atmospheric Pressure CVD) – osadzanie w warunkach ciśnienia atmosferycznego
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-9
LPCVD
LPCVD (Low Pressure CVD) – osadzanie pod obniżonym ciśnieniem
(T do 900ºC, p = 0.25 – 2 Tr)
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-10
PECVD
PECVD (Plasma Enhanced CVD) – osadzanie wspomagane plazmą
Reaktor planarny
- obniżenie temperatury osadzania
- większa liczba parametrów do kontroli
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-11
CVD: Podsumowanie
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-12
MOCVD (Metaloorganic CVD)
MBE (Molecular Beam Epitaxy)
- warstwy o ekstremalnie cienkich grubościach (1-100 nm) - struktury o obniżonej wymiarowości (2D – studnie kwantowe,1D – druty kwantowe, 0D – kropki kwantowe)
Najnowsze technologie wytwarzania warstw
Fizyczne osadzanie z fazy lotnej
- naparowanie próżniowe
- rozpylanie jonowe
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-13
Procesy technologiczne odwzorowania kształtów
Metody odwzorowywania kształtów
Wzór przenoszony na płytkę za pośrednictwem emulsji
Wzór przenoszony na płytkę bez pośrednictwa emulsji
Metoda substraktywna
(litografia + trawienie)
Metoda addytywna
(litografia + odrywanie)
Bezpośrednie trawienie skanującą wiązką jonową
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-14
Techniki litograficzne
Fotolitografia Elektronolitografia
skanująca wiązka elektronówmaska
+ tańsza od innych
- ograniczenia dyfrakcyjne (0.5μm)
- wymaga maski
+ nie wymaga maski
- długie czasy naświetlania
- rozproszenie elektronów
Jonolitografia
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-15
Trawienie
Procesy trawienia można podzielić na:
- mokre - realizowane w wodnych roztworach kwasów i ługów
- suche - realizowane w plazmie aktywnych chemicznie i szlachetnych gazów lub przy zastosowaniu wiązki jonowej
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-16
Trawienie mokre
Trawienie mokre w wodnych roztworach kwasów cechuje się dużą izotropią. Wyjątkiem jest proces trawienia monokrystalicznych materiałów np. krzemu w wodnych roztworach ługów. Poszczególne płaszczyzny krystalograficzne mają różne szybkości trawienia (np.: V<100>:V<111>=100:1) i dlatego można uzyskać dużą anizotropię.
Trawienie izotropowe Trawienie anizotropowe
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-17
Trawienie mokre
Trawienie elektrochemiczne
Parametry:
- skład kąpieli
- temperatura kąpieli
- czas trwania
Jedna z najbardziej popularnych technik trawienia anizotropowego krzemu jest trawienie wodorotlenkiem potasu (KOH)
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-18
Trawienie suche
Technika suchego trawienia została opracowana dla potrzeb mikroelektroniki i umożliwia uzyskiwanie wzorów o większej rozdzielczości niż w przypadku trawienia mokrego (obecnie standardowo wytwarza się tą techniką wzory o szerokości linii nawet mniejszej niż 100nm).
Suche trawienie wykonuje się technikami jonowymi i plazmowymi, które wykorzystują zjawiska zachodzące w plazmie lub oddziaływanie wiązki jonów z materiałem trawionym.
Główne mechanizmy suchego trawienia to reakcje chemiczne i fizyczne: Mechanizm chemiczny polega na reakcji wolnych rodników z materiałem trawionym, wytworzeniu lotnych produktów tej reakcji i odpompowaniu ich z reaktora
Mechanizm fizyczny polega na wybijaniu atomów lub cząsteczek trawionego materiału przez wysokoenergetyczne jony
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-19
Trawienie suche
Urządzeniem realizującym trawienie plazmowe jest reaktor planarny, który może pracować w modzie trawienia plazmowego PE (ang. Plasma Etching) albo w modzie reaktywnego trawienia jonowego RIE (ang. Reactive Ion Etching)
PE
udział jonów w procesie trawienia jest nieznaczny, dominuje chemiczne oddziaływanie rodników z materiałem trawionym
duże szybkości
wysoka selektywność
RIE
duże energie jonów > od 50eV
mechanizm fizyczny ma duży wpływ na proces trawienia, który jest bardziej anizotropowy i mniej selektywny
kompromis pomiędzy szybkością a anizotropią
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-20
Trawienie sucheZastosowanie procesu plazmowego trawienia w technologii mikroelementów ma następujące zalety:• wymiary trawionych wzorów mogą być mniejsze niż 1mm i zależą praktycznie tylko od zastosowanej maski, • uzyskiwane profile formowanych struktur nie zależą od krystalografii podłoża,• profil trawienia można dobierać w zależności od konstrukcji przyrządu, • możliwe jest selektywne usunięcie tzw. warstwy poświęcanej (ang. sacrificial layer) celem uwolnienia ruchomej struktury, • plazma nie wywiera nacisku na mikrostruktury przestrzenne
Zalety te okupione są skomplikowaniem próżniowego urządzenia do trawienia oraz samego procesu trawienia, który zależy od wielu parametrów. Podstawowe z nich to:• ciśnienie tła próżniowego w reaktorze oraz konieczność stosowania bezolejowego systemu pompowego, odpornego na działanie chemicznie aktywnych gazów, • rodzaj gazu roboczego, który może być również mieszaniną wielu gazów, • przepływ gazu roboczego (cm3/min),• ciśnienie gazu roboczego, • temperatura podłoża, • rodzaj i wielkość powierzchni trawionego podłoża, • materiał ścian bocznych i elektrod reaktora, • geometria reaktora, • elektromagnetyczne parametry wzbudzania wyładowania jarzeniowego
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-21
Przykład procesu technologicznego membrany krzemowej
USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-22
Przykład procesu technologicznego czujnika ciśnienia