Mikromechanikai technológiák

Hasonló dokumentumok
Mikromechanikai technológiák

Mikromechanikai technológiák

Vékonyrétegek - általános követelmények

József Attila Gimnázium és Eü. Szakközépiskola spec. mat.

Mikromechanikai technológiák. Rétegeltávolítás, marások. Fürjes Péter.

Moore & more than Moore

Mikromechanikai technológiák. Rétegeltávolítás, marások. Fürjes Péter. MEMS technológia - marások

MEMS, szenzorok. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

MEMS eszköz: a tranzisztor elektromechanikus analógja

SZENZOROK ÉS MIKROÁRAMKÖRÖK

ZH November 27.-én 8:15-től

MEMS. Micro Electro Mechanical Systems Eljárások és eszközök. MEMS alkalmazási területei - szemelvények. MEMS technológiák, eljárások - Oxidáció

MEMS. Micro Electro Mechanical Systems Eljárások és eszközök. MEMS technológia kialakulása

Anyagfelvitellel járó felületi technológiák 2. rész

MEMS TECHNOLÓGIÁK MEMS-EK ALKALMAZÁSI PÉLDÁI

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke.

Szepes László ELTE Kémiai Intézet

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Felületmódosító technológiák

SZENZOROK ÉS MIKROÁRAMKÖRÖK

VÉKONYRÉTEGEK ÉS ELŐÁLLÍTÁSUK

$% % & #&' ( ,,-."&#& /0, 1!! Félvezetk &2/3 4#+ 5 &675!! "# " $%&"" Az 1. IC: Jack Kilby # + 8 % 9/99: "#+ % ;! %% % 8/</< 4: % !

FÉLVEZETŐ ALAPÚ ESZKÖZÖK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA

FÉLVEZETŐ ALAPÚ ESZKÖZÖK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA

Laboratóriumi gyakorlat az MTA TTK MFA MMS Laboratóriumában

Félvezetők. Félvezető alapanyagok. Egykristály húzás 15/04/2015. Tiszta alapanyag előállítása. Nyersanyag: kvarchomok: SiO 2 Redukció szénnel SiO 2

A technológiában a fotolitográfiás lépés ismétlődik Fabrication of pmos (poly gate) transistor 4 level mask set. Source Gate Drain. Process sequence 1

MIKRO- ÉS NANOTECHNIKA II

SOIC Small outline IC. QFP Quad Flat Pack. PLCC Plastic Leaded Chip Carrier. QFN Quad Flat No-Lead

BIOMEMS eszközök TECHNOLÓGIÁJA és ORVOSDIAGNOSZTIKAI ALKALMAZÁSAIK

09/05/2016. Félvezetők. Az 1. IC: Jack Kilby 1958

MIKROELEKTRONIKAI ÉRZÉKELİK I

Havancsák Károly Nagyfelbontású kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTÉ-n: lehetőségek, eddigi eredmények

Szeletkötés háromdimenziós mikroszerkezetekhez

MTA AKI Kíváncsi Kémikus Kutatótábor Kétdimenziós kémia. Balogh Ádám Pósa Szonja Polett. Témavezetők: Klébert Szilvia Mohai Miklós

A nanotechnológia mikroszkópja

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok

Szakmai összefoglaló a T sz. kutatási projekt eredményeiről

INVERZ GEOMETRIÁJÚ IMPULZUSLÉZERES VÉKONYRÉTEG-ÉPÍTÉS

Integrált áramkörök/1. Informatika-elekronika előadás 10/20/2007

Elektronikai technológia vizsgatematika 2015 Nappali, Táv, Levelező

Újabb eredmények a grafén kutatásában

Arccal a nap felé Vékonyréteg napelemek és intelligens üvegek. Lábadi Zoltán MTA TTK MFA

Integrált áramkörök/2. Rencz Márta Elektronikus Eszközök Tanszék

Szilícium alapú mikrofluidikai eszközök technológiája Készítette: Fekete Zoltán, Dr. Fürjes Péter

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

MW-PECVD GYÉMÁNTRÉTEG NUKLEÁCIÓJA ÉS NÖVEKEDÉSE KÜLÖNBÖZŐ HORDOZÓKON. Ph.D. értekezés tézisfüzet

FÉLVEZETŐ ALAPÚ ESZKÖZÖK GYÁRTÁSTECHNOLÓGIÁJA

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

BIOMEMS / LAB-on-a-CHIP ESZKÖZÖK és ORVOSDIAGNOSZTIKAI ALKALMAZÁSAIK

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

MIKROFLUIDIKAI RENDSZEREK és ORVOSDIAGNOSZTIKAI ALKALMAZÁSAIK

NYÁK technológia 2 Többrétegű HDI

Jegyzetelési segédlet 8.

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

3D bútorfrontok (előlapok) gyártása

MEMS eszközök és alkalmazásaik

Villamosipari anyagismeret. Program, követelmények ősz

DIPLOMAMUNKA TÉMÁK AZ MSC HALLGATÓK RÉSZÉRE A SZILÁRDTEST FIZIKAI TANSZÉKEN 2018/19.II.félévre

Betekintés a napelemek világába

Hibrid Integrált k, HIC

Havancsák Károly Az ELTE TTK kétsugaras pásztázó elektronmikroszkópja. Archeometriai műhely ELTE TTK 2013.

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

MEMS. Datz Dániel Anyagtudomány MSc

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

MIKRO-TÜKÖR BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY

G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

A mikromechanikai technológiák alapjai

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

A jövő anyaga: a szilícium. Az atomoktól a csillagokig február 24.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Plazmasugaras felülettisztítási kísérletek a Plasmatreater AS 400 laboratóriumi kisberendezéssel

Nem gyémánt, nem grafit, fullerén

Fotoindukált változások vizsgálata amorf félvezető kalkogenid arany nanorészecskéket tartalmazó rendszerekben

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

A napelemek fizikai alapjai

Aktuátorok korszerű anyagai. Készítette: Tomozi György

Vákuumtechnika Preparatív vákuum-rendszerek (elővákuum felhasználása) Csonka István Frigyes Dávid

Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István

7.3. Plazmasugaras megmunkálások

ENIAC SE2A ENIAC CAJAL

Digitális mikrofluidika THz-es képalkotáshoz

A napenergia alapjai

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

MEMS technológiák, eljárások

SZILICIUM PLAZMAMARÁSA

Arany mikrohuzalkötés. A folyamat. A folyamat. - A folyamat helyszíne: fokozott tisztaságú terület

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Mikropillárok plasztikus deformációja 3.

MIKROELEKTRONIKA 7. MOS struktúrák: -MOS dióda, Si MOS -CCD (+CMOS matrix) -MOS FET, SOI elemek -MOS memóriák

dr. Sipos Sándor dr. Sipos Sándor

Lézer hónolt felületek vizsgálata

Gázkisülés- és plazmafizikai kutatások az SZFKI-ban. Donkó Zoltán, Kutasi Kinga, Derzsi Aranka, Hartmann Péter, Ihor Korolov, Mezei Pál, Bánó Gergely

Átírás:

1 Mikromechanikai technológiák Fürjes Péter E-mail:, www.mems.hu

2 Ismétlés MEMS / mikromechanika litográfia pozitív / negatív reziszt lift-off CVD / ALD izotróp / anizotróp marás RIE / DRIE

3 TECHNOLÓGIA: a homoktól a processzorig

4 PLANÁR vs. 3D TRANZISZTOR

5 TECHNOLÓGIA: a homoktól a processzorig (3D TRI-GATE MOS)

6 MIKROMECHANIKA

7 Mikromechanika MEMS: a 2D IC technológia 3D szerkezetek membránok, felfüggesztett elemek, mozgó alkatrészek, mikrofluidikai alkalmazások: csatornák, üregek, reaktorok stb. Mikromegmunkálás: eljárások és eszközök: döntő többségében eltérnek a hagyományos mechanikai megmunkálásoktól elsősorban száraz ill. nedves kémiai marások és elektrokémiai módszerek, de klasszikus eljárások is lehetnek (lézer, v. gyémánttárcsás vágás) jellemző méretek: 1-500 m Si kristály vastagsága 380-500-1000 m

8 Tömbi vs. felületi mikromechanika Tömbi Felületi Mérettartományok 2-3 m < a < 100-500 m a < 2-3 m Termikus szigetelés + - Mechanikai stabilitás + - Membránok? egykristály amorf v. polikristályos harmadik lehetőség: Egykristályos anyagból a felületi mikromechanikára jellemző mérettartományok : Pl. Smart Cut

9 Tömbi vs. felületi mikromechanika Jellegzetes hiba: letapadás Megoldás: beépített ütköző vagy perforált alakzatok vagy száraz marások

10 Példák felületi mikromechanikára

11 Tömbi mikromechanika

12 LITOGRÁFIA

13 FOTOLITOGRÁFIAI MŰVELETSOR 1. Megmunkálandó felület előkészítése 2. Lakkfelvitel / lakkszárítás 3. Exponálás / előhívás Exponálást követő hőkezelés / keményítés 4. Megmunkálás a maszkoló fotolakk mintázat segítségével 5. Lakkeltávolítás, tisztítás

14 FOTOLITOGRÁFIAI MŰVELETSOR LIFT-OFF 1. Megmunkálandó felület előkészítése 2. Lakkfelvitel / lakkszárítás 3. Exponálás / előhívás Exponálást követő hőkezelés 4. Rétegleválasztás 5. Lakkeltávolítás, tisztítás

15 FOTOLITOGRÁFIAI MŰVELETSOR Lakkcentrifuga hotplate maszkillesztő / megvilágító előhívó Hg lámpa: 436 nm (g-line), 405 nm (h-line), 365 nm (i-line) KrF lézer: 248 nm / ArF lézer: 193 nm Következő generáció: extrém UV (EUV): 13.5 nm

16 RÉTEGLEVÁLASZTÁS

17 Vékonyrétegek - felhasználás Mikroelektronika, félvezető gyártástechnológia Mikro-elektromechanikai rendszerek (érzékelők, beavatkozók, MEMS) Hőelvezető bevonatok (BeO, AlN, gyémánt) Fotovoltaikus eszközök (napelemek) üveg és műanyaghordozóra leválasztott amorf és mikrokristályos Si vegyület-félvezetők (CuInGaSe, CdTe) Si egy- és multikristályos napelemek, (HIT) Optikai alkalmazások (szűrők, rácsok, antireflexiós rétegek, tükrök stb.) Kopásálló bevonatok optikai elemek védelme (pl. leválasztott gyémántréteggel) szerszámok kemény bevonata (TiN, WC, B 4 C, gyémánt, DLC) humán protézisek bevonata Korrózióálló bevonatok Dekorációs bevonatok

18 Vékonyrétegek - általános követelmények egyenletes vastagság a teljes szubsztráton homogén összetétel homogén szerkezet (amorf, polikristályos, epitaxiális) homogén fizikai és kémiai tulajdonságok tömörség (szivacs vs. réteg, tűlyuk) jó tapadás kis termomechanikai feszültség speciális követelmények (súrlódás, nedvesítés, biokompatibilitás, stb..) gazdaságosság leválási sebesség berendezés karbantartási igénye lépcsőfedés

19 Vékonyrétegek technológiák Fizikai módszerek (PVD, Physical Vapour Deposition) szilárd forrásból: olvadékból: Kémiai módszerek elektrolitból: (oldatból,szuszpenzióból: gázfázisból: párologtatás porlasztás: dc, rf, magnetron MBE (Molecular Beam Epitaxy) LPE (Liquid Phase Epitaxy) (egykristály húzása, Czohralsky, Floating zone) galvanizálás lecsapatás, szol-gél technika) CVD (Chemical Vapour Deposition) VPE (Vapour Phase Epitaxy) MOCVD (Metal Organic.) LPCVD (Low pressure ) PECVD (Plasma enhanced ) MWCVD (MicroWave ) PACVD (Photon assisted, néha plasma assisted) ALCVD (Atomic Layer.. ALD(ep..), ALEpitaxy)

20 CVD Kémiai gőzfázisú leválasztás egy vagy több gázhalmazállapotú reagens (prekurzor) kémiai reakciója a szilárd szubsztráton felületkatalizált reakció szilárd termék

21 Atmoszférikus CVD - APCVD Alacsony szabadúthossz Sebességmeghatározó: transzport (reagens vagy termék) Termikus aktiváció x = x v o ) 1/2 kinematikai viszkozitás a sűrűség egyenletesség ±10%, főleg egyszeletes reaktorok egyenletesség ±10%, főleg egyszeletes reaktorok SiO 2 : szilán és oxigén / 450oC

22 Alacsony nyomású CVD - LPCVD Nagy szabadúthossz Sebességmeghatározó: kémiai reakció Termikus / plazma aktiváció egyenletesség ±2-6%, batch és egyszeletes reaktorok

23 ALD atomi réteg leválasztás Sebességmeghatározó: kemiszorpció Termikus / plazma aktiváció atomi pontosság nagy homogenitás kiváló lépcsőfedés batch és egyszeletes reaktorok Jellemző anyagok: Al 2 O 3, ZnO, HfO,

24 Vékonyrétegek technológiák

25 MARÁSOK

26 Marások szerepe a mikrotechnológiában Cél: 3D struktúra kialakítása Nedves marás Folyékony marószer Kémiai folyamat Si nedves kémiai marása: HNO 3 + HF elegyében (1) Si + 2NO 2 + 2H 2 O SiO 2 + H 2 + 2HNO 2 Száraz marás Gáz fázisú marószerből plazma Kémiai és fizikai folyamat Si száraz marása: halogén alapú plazmákban Si+4F SiF 4 (2) Si + HNO 3 + 6HF H 2 SiF 6 + HNO 2 +H 2 O + H 2

27 Nedves kémiai marások A marási eljárásokkal szemben támasztott követelmények: egyenletes marási sebesség a teljes hordozó felületén nagy szelektivitás a maszkoló rétegre (általában fotolakk, de más is lehet) nagy szelektivitás a hordozó rétegre (v réteg /v hordozó >10..100) a marandó vékonyrétegek tipikus méretének megfelelő marási sebesség ( 0,1-1 m/perc) lehetőleg kémiai reakció kontrollált legyen (nem transzportfolyamat által)

28 Szilícium marása Izotróp: a tér minden irányában egyenletes a marási sebesség (pl. poli-maró - HF-HNO 3 - CH 3 COOOH ) Anizotróp: a különböző kristálytani irányokban más és más a marási sebesség (pl. lúgos maró KOH)

29 Szilícium marása KOH marószerben Szelettípus és orientáció is számít!

30 Száraz marások Hatékonyabb kémiai marás reaktív gyökök jelenlétében (pl. atomos F) Irányított anizotróp fizikai marás töltött részecskékkel (sűrűbb struktúra)

31 Plazma maró berendezések HDPE - High Density Plasma Etching Plazma sűrűség és Ion energia egymástól függetlenül ECR (electron-cyclotron-resonance) vagy ICP (inductively coupled plasma) forrás 10 11-10 12 ion/cm 3 sűrűségű plazmát, nagy sheath bias nélkül - így lehet kisebb nyomásokat használni 1-10 mtorr még jobban irányított a marás (kevesebb ütközés a sheath-ben) RF forrás előfeszíti a szeletet, ez határozza meg a becsapódó ion energiáját, amit tarthatunk alacsonyan a nagy ionsűrűség mellett is kisebb szubsztrát károsodás nagy marási sebesség: néhány m/min A hatás olyan, mint az ion segített marásnál!

32 DRIE Intro DRIE Deep Reactive Ion Etching Marási mélység : árok szélessége > 10:1 (MEMS, DRAM kapacitások) Két teljesítmény forrás: ICP a nagy reaktív gyök + ion sűrűség képzéshez CCP DC self-bias az ion energia meghatározásához Si DRIE Gáz összetétel: halogén alapú plazmákkal gyors a marás F-alapú, (pl. SF 6 ) gyors izotróp marás Cl-, Br-alapú (pl. Cl 2, HBr) ion segített marással anizotróp, de lassabb és mérgező Mixed mode DRIE / Cryo SF 6 + O 2 @ cryo C Pulsed mode DRIE / Bosch SF 6 + C 4 F 8 @ RT

33 DRIE Bosch Process Passziválás C 4 F 8 n CF 2 (PTFE) Marás SF 6 F + ionok ionbombázás + polimer marás (függőleges falak kivételével) SF 6 izotróp - enyhén anizotróp Si marás

34

35 SZELETKÖTÉS

36 Anódos szeletkötés Speciális üveg (magas alkáli-ion tartalom) Na + ionok mozgása kiürített réteg Oxigén kötésbe lép a szilíciummal Kevésbé érzékeny a felületi simaságra

37 LIGA

38 LIGA (KIT) Lithographie, Galvanoformung, Abformung (Litográfia, Electroplating, Öntés) Nagy oldalarányú mikroszerkezetek kialakítása (100:1) Merőleges oldalfalak, 10nm felületi érdességgel (optikai elemek) Magasság: 10mikrontól néhány mm-ig X-ray LIGA (PMMA) / UV LIGA (SU-8)

39 SOFT LITO

40 Mikrofluidika kialakítása PDMS polimerben UV megvilágítás maszk SU-8 fotoreziszt csatornák Szilícium hordozó Előnyei: biokompatibilis, rugalmas, transzparens olcsó, gyors és egyszerű felhasználás kovalens kötés önmagával, Si és üveg felülettel

41 A mikrofluidikai rendszer kialakítása polimerben Többrétegű 3D SU-8 technológia az öntőforma kialakításához Gyors prototípusgyártás PDMS öntés Hering-csont típusú kaotikus keverő

42 SMART WORLD

Mikromechanikai technológiák 43 GUESS WHO? Steve Jobs APPLE

44 SZEDJÜK SZÉT VIRTUÁLIS IPHONE-UNKAT! 2014 IPHONE 6 Szenzor Hub: 2007 IPHONE Gyorsulásmérő Proximity Környezeti világítás 2008/09 IPHONE 3 Magnetométer Gyorsulásmérő Proximity Környezeti világítás 2010/11 IPHONE 4 Giroszkóp MEMS mikrofon RGB / Proximity COMBO Magnetométer Gyorsulásmérő Proximity Környezeti világítás 2012/13 IPHONE 5 Szenzor Hub: Ujjjlenyomat Giroszkóp Magnetométer MEMS Mikrofon Gyorsulásmérő Proximity / RGB Környezeti világítás Nyomás 6 tengelyű gyorsulásmérő Ujjlenyomat Giroszkóp Magnetométer MEMS Mikrofon Gyorsulásmérő (diszkrét) Proximity / RGB Környezeti világítás

45 KONZOL

46 KONZOL TÖMBI MIKROMECHANIKA

47 KONZOL FELÜLETI MIKROMECHANIKA

48 COMB DRIVE / GIRO

49 GYORSULÁS - GIRO Képernyő forgatás: a gravitációs gyorsulás mérése Kapacitív mérési elv: kondenzátor elektródáinak távolsága Párhuzamos elektródájú (síkkondenzátor) elrendezésben az érzékenység kis elmozdulások esetén: A C A Co 2 d d d Bosch

50 GIRO TÖMBI MIKROMECHNAIKA SOI

51 GIRO FELÜLETI MIKROMECHNAIKA SOI

52 COMB DRIVE FELÜLETI MIKROMECHANIKA

53 MIKROFON

54 MIKROFON High Performance MEMS mikrofonok (3-4db) Felső elektróda: Au SiO2 / SiNx membránon Alsó elektróda: nsi A d C d A d Co 2 DRIE (mély reaktív ionmarással) mart membrán

55 MIKROFON TÖMBI MIKROMECHANIKA - KOH

56 MIKROFON - TÖMBI/FELÜLETI KOMBO

57 TÖMBI MIKROMECHANIKA: ELTEMETETT CSATORNA

58 Gyógyszeradagoló csatorna szilícium neurális elektródában Nagy átbocsájtó képességű csatorna hálózat egyetlen szubsztrátban Teljes tűtest keresztmetszet kihasználása Orientációtól független pozícionálhatóság CMOS kompatibilis gyárthatóság További litográfiára alkalmas felület

59 Eltemetett mikrocsatorna technológiája 5µm

60 INFRASTRUKTÚRA MIKRO / NANO MTA EK MFA MEMS labor: 300+150 m 2 clean room (4inch wafers) - 1 m felbontású maszkkészítés (Heidelberg laser PG & direkt írás), Maszkillesztő / nanoimprinting rendszer (Karl Süss MA 6, Quintel), DRIE (Oxford Instruments Plasmalab 100), Fizikai és kémiai rétegleválasztások (párologtatás, porlasztás, 2x4 diffúziós cső, LPCVD, ALD), Wafer bonder (Karl Süss BA 6), ion implanter, etc. Nanoskálás megmunkálás és karakterizáció: E-BEAM, FIB, SEM, TEM, AFM, XPS, EDX, Auger, SIMS RAITH 150 E-BEAM Direct írás / maszkgyártás Ultra nagy felbontás (8nm) Zeiss-SMT LEO 1540 XB SEM, Canion FIB nanoprocessing system SEM és fókuszált ionnyaláb (FIB), Gáz injektáló rendszer (GIS) (EBAD, IBAD) és Energia Diszperzív Spektroszkóp (EDS)