Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Additativa tekniker Anders Elfwing. Innehåll 2 Kiseltillverkning Dopning/oxidering av kisel PVD/CVD Övriga tekniker.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Additativa tekniker Anders Elfwing. Innehåll 2 Kiseltillverkning Dopning/oxidering av kisel PVD/CVD Övriga tekniker."— Presentationens avskrift:

1 Additativa tekniker Anders Elfwing

2 Innehåll 2 Kiseltillverkning Dopning/oxidering av kisel PVD/CVD Övriga tekniker

3 Kiselsubstrat - tillverkning 3 Czochralski crystal pulling method –Kiselkristall som seed –Drar sakta upp från ultraren kiselsmälta Float-zone crystal growth Långsamt roterande polykristallin stav RF värme spiral smälter lokalt kislet → återkristalliseras till monokristallin

4 Kiselsubstrat - tillverkning 4

5 5 Cutting wafers Andra substrat –Pyrex (borosilicate glass) –GaAs –SiC –Safir –Keramer

6 Oxidering 6 Två typer Torr oxidering Si + O 2 => SiO 2 Våt oxidering Si+ 2H 2 O => SiO 2 + 2H 2 Temperaturer (600)1050 – 1200°C Ett oxidskiktet av tjocklek d har konsumerat 0.46d kisel Oxidtillväxt: Si {100} B = (1050 °C våt) Si {111} B = (1050 °C våt)

7 Dopning av kiselsubstrat 7 Ledningsförmågan: σ=e(nμ e + pμ p ) Två metoder: Implantation: Joner accelereras genom magnetfält och elektriskt fält mot ytan Diffusion: Från gasfas (LPCVD), våt fas (doppning, sprayning eller spinning), ångfas. Temperaturökning nödvändring för att få dopningen att vandra in i ytan ( °C).

8 Tunna lager 8 PVD CVD...

9 Två huvudgrupper av deponering från gasfas 9 Fysika metoder PVD (Physical Vapor Deposition) Direkt beskjutning Sputtring Förångning Molecular beam epitaxy Kemiska metoder CVD (Chemical Vapor Deposition)

10 Förångning 10 Bra vakuum krävs för at få god kvalité på det förångade lagret. Vid Torr bildas det 4,4 kontaminerande monolager/s. Minskning av trycket med en tiopotens ger en minskning av det kontaminerande lagret med tiopotens Kontinuerlig tjockleksmätning: Ex: piezokristall

11 Förångning - Uppvärmning 11 Fyra olika metoder för uppvärmning a) Resistiv: ― Metal med lågt ångtryck (ex W) värms upp resistivt runt degeln. b) Induktion: ― RF induktionsspole värmer upp degeln. c) Elektronstråle: ― en elektronstråle fokuseras på metallen som smälter och förångas d) Laser: ― en laser fokuseras på metallen som smälter och förångas.

12 Target Resistive heating Surface Counter electrode e-

13 Target Electron Surface e- Electron gun e-

14 Target Laser Surface hv Laser hv

15 Reflection Compare with sputtering– what are the main differences? Between which physical states does a molecule go?

16 Förångning – Jämförelse av värmekällor 16 Kontaminering: - Främst genom den uppvärmd degelväggens kontakt med den smälta metall. - Elektronstråle mer fokuserad på enbart metallen och ger lägre kontaminering. VärmekällaFördelNackdel Resistivingen röntgenstrålningkontaminering Elektronstrålelåg kontamineringröntgenstrålning RF induktioningen röntgenstrålningkontaminering laserlåg kontaminering, ingen röntgenstrålning dyr tabell 3.7

17 Förångning - Beläggningshastighet och tjocklek 17 Vid ett ångtryck för den smälta metallen på 0,1 Torr avges ungefär 1000 atomlager per sekund Beräkning av tjocklek: d: förångad tjocklek r: avståndet mellan metallsmältan och substratet m: förångade massan ρ: metallens densitet θ: vinkel på substratet θ

18 Förångning – Litografi, Skuggmask och multilager 18  Litografi: Skydda vissa delar av substratet med mönstrad resist.  Skuggmask: Genom att luta substratet kan en mönstrad resist eller etsad substrat användas förr att styra var lagret byggs upp.  Multilager: Flera lager av metall kan förångas på en skiva utan att öppna burken och bryta vakuumet om det finns fler deglar på ett revolverbord. På så sätt kan undvika att metallerna får ett oxidskikt skikt innan nästa deponeringen sker. elektronkälla a) b)c) skugga

19 Sputtring 19 Samma typ av kammare som vid etsning Argonjoner (eller annan inert gas, ex. Xe) accelereras mot ett target där targetatomerna slås ut och deponeras på substratet Treshold för att slå ut atomerna Ag plasma

20 Sputtring - Egenskaper 20 Ger jämn beläggning över stora ytor Det mesta kan sputtras ― IFM: Cu, Ni, Al 1%Si, Cr, l(95%)Si(01%)Cu(04%), Al 100%, Ir, Au, Ta, Pd, Ni 2 P, TiSi 2, SiO 2, Pt, TaSi 2, Si, Al 2 O 3,Y 2 O 3. Hög ankomstenergi ger god vidhäftning Substratet värms upp Rengörning av substrat möjlig genom polvändning (etsning). Reactive sputtering: Det sputtrade materialet kan modifiera genom att tillsätta en reaktiv gas i plasman ― Ex: Tillsatt syre + Ir target ger IrO x (pH känsligt material).

21 Target Sputtering Plasma

22 Target Sputtering Plasma Surface

23 Reflection Compare with evaporation – what is the main differences? Between which physical states does a molecule go? In what respect is the process similar to dry etching?

24 Förångning och Sputtring – En Jämförelse 24 EgenskapFörångningSputtring Hastighet+ tusentals atomlager/sca 1 atomlager/s Tjocklekskontrollganska svårt+ lätt Deponeringsmaterialbegränsat urval+ nästan obegränsat Renhetbra Substrat värmning+ nejja Ytskador+ sällan (ev. med röntgen)Jonbombardemang Rengöringej möjligt+ polvändning Byte av material+ enkeltbyte av target Vidhäftning på substratofta dålig+ god Skuggeffekterstorasmå Filmegenskapernasvåra att kontrollera+ Kontrollerbart Kapital+ BilligDyrare

25 Molecular Beam Epitaxy (MBE) 25  Lagret får samma kristallmönster som substratet (epi=lika, taxi=ordning)  Växer långsamt (1 μm/h)  Hetta upp substratet i ultrahögvakuum ― °C, Torr  Ström av atomer från upphettade källa

26 Chemical Vapor Deposition (CVD) 26 Ett ämne tillförs i gasfas (ofta utspätt i inert gas). Energi tillförs och reaktionsprodukten fälls ut på substratet i fast form. Tillväxthastigheten begränsas antingen av processerna i gasfas eller de associerade med ytan.

27 CVD principle Material to be patterned Deposited layer

28 CVD uniform coverage

29 CVD - Viktiga parametrar 29 Gassammansättningen: - Bestämmer flaskhalsar Energitillförsel: - Påverkar reaktionshastigheterna i gasfasen och på ytan - Temperatur, plasma, laser…. Trycket: - Påverkat fri medelväglängd Flödet: - Påverkar diffusionen Exempel på reaktioner: Kisel SiHCl 3 + H 2 => Si(s) + 3HCl Kiseldioxid SiH 4 + 2O 2 => SiO 2 (s) + H 2 O °C Kiselnitrid 3SiH 4 + 4NH 3 => Si 3 N 4 (s) + 12H °C

30 Parylene 30

31 Översikt - CVD 31

32 Övriga tekniker 32 Spin coatning Electroplating Electroless plating Dip Coating Screen printing/Silk- Screening Casting Langmuir-Blodgett, SAM Layer by layer (LBL) Med flera…

33 Spin Coating 33 Tillverka tunna filmer Deponera Sprid ut Spinn till önskad tjocklek (Härda) Fördelar Upprepningsbart Variera många parametrar Multilager (Helst olika lösningsmedel)

34 Spin Coating - Tjocklek 34 Parametrar som påverkar tjocklek: Spinnhastighet (acceleration, sluthastighet) Lösningsmedlet (ångtryck, viskositet) Tiden Substratet Interferens mönster

35 Spin Coating - Problem 35 a. Luftbubblor b. Kometmönster c. Virvelmönster d. Annan tjocklek kring centrum e. Ej heltäckande film f. Pinnhål

36 Electroless Metal Deposition 36 Kemiskt deponering av tjocka metallager Reduktion Ni e - → Ni Oxidation H 2 PO H 2 0 → H 2 PO H + + 2e - Sammanlagda reaktionen Ni +2 + H 2 PO H 2 0 → Ni + H 2 PO H +

37 Andra additiva tekniker 37 Dip Coating

38 Andra additiva tekniker 38 Langmuir-Blodgett, SAM

39 Electroplating 39 Ledande substrat krävs Reaktionen sker i elektrolytisk cell T.ex NiCl 2 i KCl lösning Ni deponeras vid den negativa katoden och Cl 2 bildas vid den positiva anoden

40 1 PVD Base material Metal source Deposited Metal layer

41 2 Electroplating M+M+ Counter electrode M+M+

42 Reflections Why is a seeding layer needed? What is the resulting surface roughness? How can the thickness/layer morphology be controlled?

43 Electropolymerization 43 Ledande substrat krävs Reaktionen sker i elektrolytisk cell T.ex pyrrol HClO4 Polypyrrole bildas vid den positiva anoden n

44 1 PVD Material to be patterned Metal source Deposited Metal layer

45 2 Electropolymerization Counter electrode

46 Reflections Why is a metal layer needed? What is the resulting surface roughness? How can the film thickness be controlled?

47 Layer by layer 47

48 Papperselektronik 48 Rotating printing press, 200 μm Ink-jet Acreo/ Liu, Norrköping

49 Screen printing 49

50 Czochralski, electroplating, electroless deposition, spin coatning, dopning, sputtring, förångning, PVD, CVD, epitaxi Additativa tekniker ordlista


Ladda ner ppt "Additativa tekniker Anders Elfwing. Innehåll 2 Kiseltillverkning Dopning/oxidering av kisel PVD/CVD Övriga tekniker."

Liknande presentationer


Google-annonser