VIIΙ Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ηιεθηξνληθήο Annealing Σερληθέο Δλαπόζεζεο

Transcript

1 VIIΙ Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ηιεθηξνληθήο Annealing Σερληθέο Δλαπόζεζεο Μάζεκα: Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά TT Σκήκα Μεραληθώλ Απηνκαηηζκνύ Σ.Δ.

2 Αλόπηεζε Annealing

3 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Ομείδσζε ηνπ Si (Ξεξή θαη Τγξή) Δηζαγσγή πξνζκίμεσλ ηνπ Si ρεκαηνπνίεζε δνκώλ ζην Si Φσηνιηζνγξαθία Δλαπόζεζε Poly-Si Δλαπόζεζε Γηειεθηξηθώλ Δλαπόζεζε Μεηάιισλ Αλόπηεζε Υεκηθνκεραληθή Λείαλζε Δγράξαμε (Ξεξή θαη Τγξή)

4 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS I

5 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS II

6 Αλόπηεζε Annealing Ανόπηηζη ή Annealing είλαη ε αύμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ δείγκαηνο (ή wafer) Si γηα θάπνην ρξνληθό δηάζηεκα Η διαθοπά με ηην οξείδυζη είλαη όηη ην πεξηβάιινλ πνπ εηζέξρεηαη ην δείγκα είλαη αδξαλέο θαη δελ αληηδξά κε ην Si ή κε θάπνην άιιν από ηα πιηθά Φπήζη ηος Annealing Γηάρπζε λνζεύζεσλ κέζα ζην Si Δπαλαθξπζηαιινπνίεζε Si Δπαλαθξπζηαιινπνίζε κεηάιισλ Σερληθέο sintering θ.α. 6 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 12/18/2016

7 πκβαηηθνί Φνύξλνη πκβαηηθόο Φνύξλνο πκβαηηθνί θνύξλνη Σν δείγκα εηζέξρεηαη (~10 ) θαη εμέξρεηαη αξγά (~10 ) από ην θνύξλν θαη εθηίζεηαη ζε ελδηάκεζεο ζεξκνθξαζίεο Αξγή δηαδηθαζία Υξόλνη annealing > 30 min 7

8 Rapid Thermal Annealing Άμεζη και απόηομη αύξηζη ηηρ θεπμοκπαζίαρ Το δείγμα δεν εκηίθεηαι ζε ενδιάμεζερ θεπμοκπαζίερ Γπήγοπη διαδικαζία 8 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο

9

10 Σερληθέο Δλαπόζεζεο Λεπηώλ Τκελίσλ

11 Οη Βαζηθέο Γηεξγαζίεο Ομείδσζε ηνπ Si (Ξεξή θαη Τγξή) Δηζαγσγή πξνζκίμεσλ ηνπ Si ρεκαηνπνίεζε δνκώλ ζην Si Φσηνιηζνγξαθία Δλαπόζεζε Poly-Si Δλαπόζεζε Γηειεθηξηθώλ Δλαπόζεζε Μεηάιισλ Αλόπηεζε Υεκηθνκεραληθή Λείαλζε Δγράξαμε (Ξεξή θαη Τγξή)

12 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS I

13 Σα Βήκαηα γηα ηελ Καηαζθεπή ελόο δηαθόπηε CMOS II

14 Σερληθέο Δλαπόζεζεο Λεπηώλ Τκελίσλ Physical Vapor Deposition (PVD) Sputtering Atomic Layer Deposition (ALD) Evaporation Chemical Vapor Deposition (CVD) Atmospheric Pressure CVD Low Pressure CVD Plasma Enhanced CVD

15 Σερληθέο Δλαπόζεζεο Λεπηώλ Τκελίσλ Οκνηόκνξθε Κάιπςε (Conformal Coverage) Αλνηόκνξθε Κάιπςε (Non-conformal Coverage) Οκνηόκνξθε Κάιπςε = Κάιπςε ζε όιε ηελ επηθάλεηα ηνπ πιηθνύ

16 Σερληθέο Physical Vapor Deposition (PVD)

17 Δλαπόζεζε κέζσ PVD Physical Vapor Deposition (PVD) Sputtering Evaporation Atomic Layer Deposition (ALD) Chemical Vapor Deposition (CVD) Atmospheric Pressure CVD Low Pressure CVD Plasma Enhanced CVD

18 Σερληθή Sputtering

19 Σερληθή Sputtering I Sputtering πλήζεο ηερληθή γηα ηελ νκνηόκνξθε ελαπόζεζε ιεπηώλ πκελίσλ. Μέηαιια Γηειεθηξηθά

20 Σερληθή Sputtering II Το Sputtering είλαη κία δηεξγαζία όπνπ κόξηα ελόο πιηθνύ εμάγνληαη από έλαλ ζηεξεό ζηόρν εμαηηίαο ηνπ βνκβαξδηζκνύ ηνπ από κόξηα πςειήο ελέξγεηαο. πλήζσο ζηα εξγαζηήξηα ρξεζηκνπνηνύληαη ηόληα αεξίσλ ηα νπνία επηηαρύλνληαη από έλα ειεθηξηθό (ή ειεθηξνκαγλεηηθό) πεδίν, απνθηνύλ πςειή ελέξγεηα θαη δεκηνπξγνύλ ζπλζήθεο πιάζκαηνο. Σν sputtering ζπκβαίλεη όηαλ ηα κόξηα έρνπλ θηλεηηθή ελέξγεηα πνιύ κεγαιύηεξε από ηε ζπλήζε ζεξκηθή ελέξγεηα ( 1 ev). Απηή ε δηαδηθαζία νδεγεί ζηε αθαίξεζε κνξίσλ από ην ζηεξεό ζηόρν θαη ηε δεκηνπξγία ελόο λέθνπο από απηά. Απηά ηα κόξηα πεγαίλνπλ θαη επηθάζνληαη ζε θάζνληαη πάλσ ζην δείγκα ην νπνίν βξίζθεηαη εληόο ηνπ ζαιάκνπ. Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 12/18/2016

21 Σερληθή Sputtering III DC Sputtering RF Sputtering Η ηερληθή ηνπ DC sputtering ρξεζηκνπνηεί πςειή ηάζε DC γηα λα δεκηνπξγήζεη πιάζκα αθαηξέζεη κόξηα από ην ζηόρν θαη λα ηα ελαπνζέζεη ζην δείγκα Η παξερόκελε ηζρύο δίλεηαη από κία RF πεγή (ζπλήζσο ζηα MHz). Ο ππθλσηήο C ρξεζηκεύεη γηα ηελ πόισζε DC. To θύθισκα πξνζαξκνγήο βνεζά ζηελ θαιύηεξε κεηαθνξά ελέξγεηαο πξνο ην δείγκα. Βαζηθό πιενλέθηεκα σο πξνο ην DC sputtering είλαη όηη γίλεηαη δπλαηή ε ελαπόζεζε δηειεθηξηθώλ ζηξσκάησλ.

22 Σερληθή Sputtering IV Magnetron Sputtering Reactive Sputtering ην reactive sputtering ηα κόξηα αληηδξνύλ κε θάπνην από ηα ζηνηρεία ηνπ αεξίνπ κίγκαηνο (π.ρ. Ο 2, Ν 2 ) θαη ελαπνηίζεληαη ηα πξνθύπηνληα κόξηα ην magnetron sputtering ηo plasma ζπγθεληξώλεηαη πάλσ από ην ζηόρν απμάλνληαο ην ξπζκό ελαπόζεζεο θαη κεηώλνληαο ηελ απαξαίηεηε πίεζε. 12/18/2016

23 Σερληθή Sputtering V 23 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο Plan-view and tilt-view SEM images of ITO layers sputtered on ZnO nanowire arrays at: (a) 1, (b) & (d) 3, and (c) & (e) 5 mtorr. 12/18/2016

24 Σερληθή Δμάρλσζεο

25 Σερληθή Δμάρλσζεο I Η εξάσνυζη είλαη κία θνηλή κέζνδνο ελαπόζεζεο ιεπηώλ πκελίσλ. Σν πιηθό εμαρλώλεηαη ππό θελό. Σν θελό επηηξέπεη ζηα κόξηα ηνπ πιηθνύ λα ηαμηδεύνπλ ζην δείγκα-ζηόρν ρσξίο λα ππάξρνπλ ζπγθξνύζεηο. Με ην πνπ θηάζνπλ ζην δείγκα ηα ειεύζεξα κόξηα ελαπνηίζεληαη θαη δεκηνπξγνύλ έλα ιεπηό θηικ από ην πιηθό. Μέηαλλα

26 Σηόσοι Κπιηήπια Σερληθή Δμάρλσζεο II Η καθαπόηηηα ηνπ ελαπνηηζέκελνπ πιηθνύ εμαξηάηαη από ην θελό θαη από ηελ θαζαξόηεηα ηεο πεγήο ηνπ πιηθνύ ε ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο θελνύ ε θαζαξόηεηα ζα είλαη κεγαιύηεξε όηαλ έρνπκε μεγαλύηεπο πςθμό εναπόθεζηρ (ειαρηζηνπνίεζε ησλ λνζεύζεσλ από ηνλ αέξα) Σν πάρνο αιιάδεη αλαιόγσο ηε γευμεηπία ηος θαλάμος Αλ ην κενό είναι σαμηλό ηόηε εμαηηίαο ησλ ζπγθξνύζεσλ κε ηα ελαπνκείλαληα κόξηα αέξα επεξεάδεηαη ε νκνηνκνξθία ηνπ πάρνπο Η εναπόθεζη μέζυ νήμαηορ δελ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε κεγάια πάρε εμαηηίαο ηεο έιιεηςεο πιηθνύ (κεγάιε αληίζηαζε ιεπηό λήκα ιίγν πιηθό) Η εμάρλσζε έρεη μεγαλύηεπο πςθμό εναπόθεζηρ από ηο sputtering Η εξάσνυζη με ηλεκηπονική δέζμη ρξεζηκνπνηείηαη ζπρλά θαη παξέρεη θαιό έιεγρν ηνπ ξπζκνύ ελαπόζεζεο. Δίλαη δπλαηή η σπήζη 2 πηγών ζην ίδην run. Η κάλςτη ηυν ζκαλοπαηιών (Step coverage) είλαη κία από ηηο βαζηθέο παξακέηξνπο, όπνπ αλαιόγσο ηελ εθαξκνγή είλαη θξίζηκε ή κε

27 Σερληθή Δμάρλσζεο III Thermal Evaporation Σα πιηθά (ζπλήζσο κέηαιια) κπαίλνπλ ζε έλα δνρείν (boat) όπνπ ζεξκαίλνληαη θαη εμαρλώλνληαη παξάγνληαο ειεύζεξα άηνκα ηα νπνία ελαπνηίζεληαη ζην δείγκα καο. Μία πποηγμένη μέθοδορ θεπμικήρ εξάχνωζηρ είναι η εναπόθεζη μοπιακήρ δέζμηρ (Molecular Beam Epitaxy - MBE)

28 Σερληθή Δμάρλσζεο IV E-beam evaporation Η εμάρλσζε ησλ πιηθώλ επηηπγράλεηαη κέζα κίαο ηλεκηπονικήρ δέζμηρ πνπ ζπγθξνύεηαη κε ην πιηθό θαη αλαγθάδεη ηα κόξηα ηνπ λα κεηαπεδήζνπλ εθηόο ηνπ ζηεξενύ θαη λα θηλεζνύλ ειεύζεξα πξνο ην δείγκα-ζηνρν

29 Σερληθή Δμάρλσζεο V Hot-wire evaporation Η εμάρλσζε κέζσ Hot-wire ζηεξίδεηαη ζηε ζέξκαλζε ελόο λήκαηνο κέζσ ηνπ θαηλνκέλνπ Joule, δειαδή κέζσ ηεο δηέιεπζεο πςεινύ ξεύκαηνο

30 Σερληθή Δλαπόζεζεο Αηνκηθνύ ηξώκαηνο

31 Atomic Layer Deposition Δλαπόζεζε γίλεηαη αλά αηνκηθό layer νκνηνγελέο νκνηόκνξθν πιήξεο θάιπςε Υξήζεηο Gate oxide Transition-metal nitrides γηα ηελ παξεκπόδηζε δηάρπζεο ηνπ Cu εληόο ηνπ Si Seed layer γηα Cu

32 Atomic Layer Deposition

33 Σερληθέο Chemical Vapor Deposition (CVD)

34 Δλαπόζεζε κέζσ PVD Physical Vapor Deposition (PVD) Sputtering Atomic Layer Deposition (ALD) Evaporation Chemical Vapor Deposition (CVD) Atmospheric Pressure CVD Low Pressure CVD Plasma Enhanced CVD

35 Αξρή ιεηηνπξγίαο CVD ηεξίδεηαη ζηελ παξνρή κείγκαηνο αεξίσλ ην νπνίν ζα αληηδξάζεη ζε θάπνηα ζεξκνθξαζία θαη ζα παξαρζεί ην επηζπκεηό πκέλην. Παξάκεηξνη: Θεξκνθξαζία αληίδξαζεο Πίεζε ζαιάκνπ Αέξην κείγκα 35 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 12/18/2016

36 Low-Pressure CVD (LPCVD) Υακειή πίεζε ( Pa) γηα πεξηνξηζκό ησλ παξαζηηηθώλ αληηδξάζεσλ Καλύηεπη ομοιογένεια ζηο θιλμ Ομοιόμοπθη κάλςτη Απγό, ςτηλέρ T ( > 600 ο C) 36 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 12/18/2016

37 Low-Pressure CVD (LPCVD) poly-si SiO 2 Si 3 N 4 Αέριο Τπιχλωποζιλάνη, ζιλάνη SiH 3 Cl Si + H 2 + HCl SiH 4 Si + 2 H 2 Θερμοκρασία Σ~ ν C Αέριο 1. SiH 4 + O 2 SiO H 2 2. SiCl 2 H 2 + 2N 2 O SiO 2 + 2N 2 + 2HCl 3. Si(OC 2 H 5 ) 4 SiO 2 + byproducts Θερμοκρασία 1. LTO o C 2. SiCl 2 H o C 3. Si(OC 2 H 5 ) o C Αέριο 3 SiH NH 3 Si 3 N H 2 3 SiCl 2 H NH 3 Si 3 N HCl + 6 H 2 Θερμοκρασία o C 37 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 12/18/2016

38 Low-Pressure CVD (LPCVD) Γξαθέλην Αέριο Μεθάνιο: CH 4 Θερμοκρασία Σ~ C 38 12/18/2016

39 Atmospheric Pressure CVD (APCVD) Αηκνζθαηξηθή πίεζε ( Pa) Φηηνό μησάνημα Γπήγοπο Μη ομοιόμοπθο, μη ομοιογενέρ ζηπώμα 39 12/18/2016

40 Plasma Enhanced CVD (PECVD) CVD κε ππνβνήζεζε πιάζκαηνο ΥΛΙΚΑ Φαμηλέρ θεπμοκπαζίερ ( o C) SiO 2 Γπήγοπο Si 3 N 4 40 Ακπιβό μησάνημα, έκθεζη ζε πλάζμα, 1-4 wafers παπάλληλα Si x O y N z amorphous Si

41 ύλνςε Σερληθώλ Δλαπόζεζεο

42 ύγθξηζε ηερληθώλ Κάλςτη ζκαλιού (step coverage) Ρςθμόρ Εναπόθεζηρ Επίδπαζη ζηο ςπόζηπυμα Θεπμοκπαζία ςποζηπώμαηορ Sputtering Evaporation ALD CVD Καιή Μέηξηα Σέιεηα Καιή Μηθξόο Μεγάινο Μηθξόο Αλαιόγσο ηελ ηερληθή Μεγάιε Μηθξή Μηθξή Μηθξή Μέηξηα Υακειή Ρπζκηδόκελε Τςειή

43 VIIΙ Γηεξγαζίεο Μίθξν & Ναλν-Ηιεθηξνληθήο Annealing Σερληθέο Δλαπόζεζεο Σέινο γηα ζήκεξα Νανοηλεκηπονική Τεσνολογία Θευπία: Γεπηέξα, 09:00 12:00 Επγαζηήπιο: Σξίηε, 09:00 11:00 43 Ναλνειεθηξνληθή Σερλνινγία ΑΔΙ Πεηξαηά Σ.Σ. αξάθεο Παλαγηώηεο 12/18/2016