Download - Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów

USF_3 Technologia_A – M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-1

Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów



Typowe wymagania klasy czystości: 1000/100 (technologie 3 μm)

np. pamięci: 64k – 1000/100

>1M – 100/10



- wytwarzanie (nanoszenie) warstw

- fotolitografia

- trawienie

- bonding


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)


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


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


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


APCVD

APCVD (Atmospheric Pressure CVD) – osadzanie w warunkach ciśnienia atmosferycznego


LPCVD

LPCVD (Low Pressure CVD) – osadzanie pod obniżonym ciśnieniem

(T do 900ºC, p = 0.25 – 2 Tr)


PECVD

PECVD (Plasma Enhanced CVD) – osadzanie wspomagane plazmą

Reaktor planarny

- obniżenie temperatury osadzania

- większa liczba parametrów do kontroli


CVD: Podsumowanie


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


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


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


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


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


Trawienie mokre

Trawienie elektrochemiczne

Parametry:

- skład kąpieli

- temperatura kąpieli

- czas trwania

Jedna z najbardziej popularnych technik trawienia anizotropowego krzemu jest trawienie wodorotlenkiem potasu (KOH)


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


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


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


Przykład procesu technologicznego membrany krzemowej


Przykład procesu technologicznego czujnika ciśnienia

Download - Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów

Top Related