11. November:
Remembrance Day

… bei uns heisst er Volkstrauertag und findet am zweiten  Novemberwochenende statt – Gedenken an die Gefallenen des I. Weltkriegs, welcher das industrielle Töten auf die Schlachtfelder brachte. Und neue Dimensionen des Grauens eröffnete: Unterseeboote und Kampfflugzeuge. Danach nur eine kurze  Atempause, bis eine noch globalere Auseinandersetzung kam. Diese gebar die „Segnungen“ des Atomzeitalters – aus einer Massenvernichtungswaffe. Nun stehen wir vor einem zweiten kalten Krieg, oder schon wieder mitten darin.

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Rot wie das Blut der sinnlos Dahingeopferten: Klatschmohn oder Türkenmohn. Die Blume der Unterweltskönigin Persephone. Er bedeckte einst die Schlachtfelder in Flandern.                      Demeter Mourning ©abrasax 2015
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Wo wird der Weg hinführen … ? Passages ©abrasax 2008
Treibsand oder Sackgasse …? Dissolution ©beast666 2008
Treibsand oder Sackgasse …? Dissolution ©abrasax 2008

Der 11.November ist auch das Fest von St.Martin, der obwohl er Pazifist war – nicht leicht als kaiserlicher Leibgardist im alten Rom – als Schutzpatron der Soldaten gilt.

Ach ja, die Karnevalsaison am Rhein startet ebenfalls heute um 11:11 Uhr … na dann Alaf und Helau! Eigentlich findet sie doch schon das ganze Jahr über statt, wenn man die Jecken und Narren zählt, auf die man täglich trifft …

Titelfraktal: ©Skywatcher by scrano.

Trick or Treat …?

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Halloween Greetings ©scrano 2017

Halloween steht ja vor der Tür, damit es aber nur Süsses gibt, kein Kater droht und nicht in den sauren Apfel gebissen werden muss:

  • Qualitätsmanagementsystem up to date?
  • Schon mal an SPC oder FMEA gedacht?
  • Was so in Datengräbern schlummert:
    • Statistikkenntnisse aufpolieren ?
    • Datenbanklösung aktualisieren?

Zu allen diesen Fragestellungen haben wir etwas anzubieten … wir besuchen Sie auch gerne an ihrem Stand auf der Produktronica ’17 in München.

Dann also: Trick or Treat, und lassen Sie sich den Apfel schmecken.

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Fractal Apple Core ©scrano 2013

Thanks for stocks:
Federn-effektpinsel:fallnbrushes,
kitty:csyyt,
candle:darklingstock

Fraktal „Halloween Mandala“ by scrano

Schichtabscheidung via PVD: Der Teufel steckt im Detail …

Das Grundprinzip, nach dem Schichten mit PVD-Abscheidung erzeugt werden können, wurde bereits erklärt.

Der Teufel steckt aber, wie immer im Detail – das macht auch den Unterschied zwischen Theorie und Praxis aus.

  • Zuerst muss man sich darüber im Klaren sein, wofür die Schicht oder auch ein Gefüge aus Einzellagen zum Einsatz kommen soll.
  • Das Mass an Anforderungen an den Prozess und damit auch die benötigte Anlagentechnik wird wesentlich davon bestimmt.
  • Es gibt sehr unterschiedliche Anwendungen für PVD-Schichten, für die eine Optimierung des Grundprozesses Vorraussetzung ist.
  1. Hilfs-Layer – nicht permanent oder permanent auf dem Substrat
  2. Veredelungs-Layer als Finish
  3. Schicht als Schritt in einer Prozessfolge
  4. Schichtgefüge aus mehreren Lagen unterschiedlichen Materials, die unmittelbar hintereinander aufgebracht werden

Alle Schichten können auch reaktiv erzeugt werden, d.h. dem Sputtergas wird eine chemisch wirksame Komponente beigefügt, z.B. N oder O.

Anforderungen im Einzelnen:

Hilfslayer sind häufig Opferschichten, die als vorrübergehende Abdeckung/Schutz oder Haftvermittler für weitere Prozessschritte dienen. Deren wichtige Eigenschaften liegen meistens im optischen Bereich, und einer genügenden Dichtigkeit bereits bei dünnen Lagen. Häufig ist es z.B. irrelevant, welchen elektrischen Widerstand sie aufweisen.

  • Gute Haftung zum Untergrund
  • Dichtigkeit gegenüber einem Ätzreagenz
  • optische Dichte, Reflektivität
  • Entfernbarkeit, ohne Reste und Schädigung des Substrates
  • Anlagenparameter die das stabile Abscheiden von sehr dünnen Lagen im nm-Bereich erlauben

Veredelungs-Schichten sollen ihre gewünschten Eigenschaften im optischen und mechanischen Bereich aufweisen – z.B. Antireflexions-Vergütungen oder härtende und passivierende Überzüge. Es ist der häufigste Anwendungbereich für reaktiv abgeschiedene Schichten, z.B. TiN oder WC. Auch dekorative Layer für Schmuck fallen in diese Kategorie.

Charakteristika:

  • Dichtigkeit gegenüber korrosiven Einflüssen
  • Gute Haftung zum Untergrund
  • optische Dichte,
  • Reflektivität,
  • Farbe
  • Niedrige Schichtspannung
  • Abriebfestigkeit
  • Einstellbare Textur

Schichtabscheidung als Einzelschritt einer Prozessfolge, um eine Komponente des späteren Produkts zu generieren. Der einfachste Fall ist die oben erwähnte Finish-oder Vergütungs-Schicht.

Meistens werden aber mehrere Lagen auch unterschiedlichen Materials aufgebracht, die dann noch strukturiert werden. Diese Anwendung des PVD-Abscheidens ist einer der Kernprozesse im Halbleiter-Herstellungsverfahren, wobei PVD hier zur Deposition von leitenden Schichten verwendet wird. Deren Merkmale und Herausforderungen werden in dieser Artikelserie auch den Schwerpunkt bilden. Als Material für solche Schichtsysteme kommen in erster Linie alle für den Gesamtprozess verträglichen Metalle in Frage.

Einfachste Anordnung: Metalllage auf oxidierter Oberfläche oder einem anderen Isolator, sie wird dann strukturiert, um ein Leitbahnnetz zu erzeugen.

Regelfall: Metallschicht, die strukturiert werden und dann über Vias in einer isolierenden Zwischenlage zu einer weiteren Metalllage elektrischen Kontakt herstellen soll (z.B: Metall 1/2 bei einem CMOS – Prozess).

Schichtgefüge: Elektrisch verbindende Diffusionsbarriereschicht, die zwischen Halbleitermaterial und der ersten Leitbahnschicht eingebracht wird. Sie verhindert das unerwünschte Durchlegieren zwischen Metall und Halbleiter, da Si und das häufig verwendete Aluminium eine gegeseitige Löslichkeit besitzen. Bei hoher Stromdichte in z.B. Kontaktlöchern wird führt dieser Effekt zu Kontaktloch-Elektromigration, welche Kurzschlüsse verursachen kann.

Auf diese wird dann die eigentliche Leitbahnschicht aufgebracht.

Chrakteristische Merkmale solcher Schichten:

  • Gute Haftung zum Untergrund
  • Niedriger elektrischer Schichtwiderstand
  • Schichtdicken im Bereich von 10nm-1 µm.
  • Homogenität der Schichtdicke: Leiterbahnen dürfen z.B. nicht unterschiedliche Dicken aufweisen. Nachfolgende Strukturierungsprozesse brauchen ebenfalls gleichmässige Schichtstärken.
  • Stabilität der Schicht gegenüber thermischen und mechanischen Nachfolgeprozessen. Gefügestabilität: Fliess- bzw. Migrationsverhalten z.B. bei nachfolgenden Temperprozessen.
  • Niedrige Schichtspannung, bei falschen Parametern kann Ablösung erfolgen.
  • Leichte Entfernbarkeit ohne Reste zu hinterlassen, für nachfolgende Ätzprozesse wichtig.
  • Bei Diffusionsbarrieren ist ein wesentliches Merkmal die Dichtigkeit gegenüber Materialwanderung. Für solche Schichten muss häufig reaktiv abgeschieden werden, um ein Material mit der notwendigen Textur zu erzeugen. Hier finden sich häufig Verbindungen, wie sie schon bei den Veredelungsschichten erwähnt wurden.
  • Anpassung der Abscheidungsparameter an Substrate mit Topographie, z.B. das Verfüllen von Gräben und Löchern ohne Lunker.  Oder genug Seitenwandbedeckung ohne Abschatteffekte bei Lines&Spaces.

Im Folgenden werden die einzelnen technischen Methoden und deren Probleme und Randbedingungen ausführlicher beschrieben. Auch auf Anforderungen an die Anlagentechnik wird eingegangen.

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Animation:taffgoch

Jeder Einzelschritt muss sich harmonisch einfügen, sonst funktioniert die Prozessgesamtheit nicht.

 

The night, the i-Phone died – reboot!

und viele Nachträge

… frei nach Boney M. oder Paper Lace

„et tu Brute …?“ – Nicht nur bei Apple – Galaxy Note 7 hat auch Blähungen und einen bombigen Charme.

Im September letzten Jahres habe ich die Urfassung dieses Posts eingestellt, und musste seither laufend aktualisieren:

I-Phone 3 GS, plötzlich im letzten Sommer:

Stadium 1 - Pop Up display ist wohl anders gemeint …
iphone 3GS Stadium 1 – Pop Up display ist wohl anders gemeint …
blaeh2
Stadium 2 – Mindbending, ganz ohne Uri Geller …
blaeh
iphone 3GS Power Pack  – ready to blow up! Wie ein mini-Airbag, die stammen auch von Explosivstoffen ab – Landminen „Claymore style“.

Da denkt man nix Böses und legt sein altes i-phone 3GS abends auf den Nachttisch, und am Morgen danach … eine Blähung wie nach dem Genuss von Bohnen „Western Style“. Es war zwar nur noch als i-Pod eingesetzt – z.B. im Auto oder beim Sport – aber immerhin.

Subaru warnt eindringlich davor, solche Lithium-Gel Pack (Lipo=Lithium Polymer) bestückten Geräte im Auto (z.b. am Autoradio hängende usb-devices, wie mein altes Smartphone) zurückzulassen, wegen Brandgefahr. Na ja, Lithium ist ein Alkali-Metall wie Natrium oder Kalium und brennt an Luft oder bei Wassereinwirkung besser als Phosphor, was auch dem Entstehen entzündlicher Gase geschuldet ist – wenn also der Beutel platzt … dann gibt es schlimmstenfalls ein Wildfyre, wie neulich bei Cersei in „Game of Thrones“, nur im Kleinmassstab. So schön grün leuchtet es auch nicht … LiPos enthalten zwar nur wenig metallisches Lithium, im Gegesatz zu Li-Metall Batterien (nicht rechargeable), dafür bringt der „thermal runaway“ auch genug Energie für grössere Brände, eben auch wegen der Gase, und der Gefahr der „Ansteckung“ noch intakter Zellen in der Nähe des defekten Packs.

Also – fachgerecht entsorgen, und solche Zeitbomben nicht unbeaufsichtigt vor sich hin ticken lassen. Mein i-Phone war immer funktionstüchtig und bis zuletzt ohne Mucken oder merkbare Akku-Probleme (Hitzentwicklung) in Gebrauch.

Dass hier nicht nur Apple betroffen ist, sondern Li-Akkus generell mit Vorsicht zu geniessen sind, zeigt das Video der EMPA.

Tja, und nun hat es eben auch Samsung erwischt: Immer mehr Power für immer mehr (unnütze) Spielereien – und extra dünn und billig soll es auch noch sein! Da braucht man sich nicht wundern, dass die gegenwärtige Polymerakku-Technologie das nicht leisten kann, ohne Restrisiko (Fertigungsprobleme, vielleicht auch ein Design, das die Grenzen ausreizt und leichter zu Kurzschlüssen führt).

Und jetzt die Krönung: Manche der neuen drahtlosen Kopfhörer für Smartphones nutzen auch Li-Polymer-Akkus. Also hat man dann einen Satz heisse Ohren, sozusagen …? Gut die Dinger in den Ohrstöpseln sind klein … aber trotzdem.

In Hörgeräten werden jedenfalls NiMH Akkus verwendet, wenn überhaupt. Da gilt es wohl medizinische Zulassungen zu beachten. Bei  „in ear“ Kopfhörern – kein grosser Unterschied – anscheinend und unglaublicherweise nicht ? Ich habe deswegen vor solchen mini-Funk-Earphones immer etwas zurückgeschreckt – trotz des nervigen Kabelsalats der üblichen Kopfhörer.

Mit gefahrlosem blauen Dunst ist es auch vorbei, nun ist die e-Zigarette ebenfalls ein echter Knaller?

Tja, ist es das, was wir dann beim e-Auto unterm Hintern haben – den elektrischen Stuhl ? Ich dachte, den hätte der olle Edison erfunden, um den Wechselstrom zu verteufeln, aber jetzt funktioniert er sogar mit Gleichstrom …lol!

Zumindest kann es ein heisser Stuhl werden …!

Und wenn nichts mehr geht, dann das!

Trauriges Logbuch:

Langsam wächst sich das zu einer Epidemie aus.

Für Autos würde ich mir die Wasserstoff-Brennstoffzelle (schon seit den späten 1960iger Jahren im Gespräch) als Alternativstromquelle wünschen – klingt vielleicht gefährlicher als Akku, ist aber letzlich sicherer und Li ist auch kein unerschöpflicher Rohstoff.

In der Weltraumfahrt ein alter Hut und als sehr zuverlässig bewährt, für die Marine als geräuschloser U-Boot Antrieb im Einsatz, sogar als Blockkraftwerk für dezentrale Stromversorgung geeigntet, sind Brennstoffzellen wahre Alleskönner und der Schreck der E-Grosskonzerne.

Durch den ungerechtfertigten Akku-Hype für die e-Mobiliät (eine Sackgasse!) sind sie leider wieder in Gefahr in der Versenkung zu verschwinden.

Ach ja, zuletzt noch ein Kuriosum:

Falls einem die Blähakkus arges Kopfzerbrechen bereiten, vielleicht hilft ja das:

Bläh-Aspirin C nach Aufenthalt in einem feuchten Rucksack und anschliessender Hitzebhandlung im parkenden Auto.
Bläh-Aspirin C nach Aufenthalt in einem feuchten Rucksack und anschliessender „Hitzebhandlung“ im parkenden Auto. Nur gut, dass dieser Aufblas-Effekt nicht zur Entzündung führt.

 

PVD: Wie erreicht man Schichthomogenität?

Schichthomogenität, die sogenannte „uniformity“ ist unerlässlich für alle Anwendungen von PVD.

Ziel einer guten „uniformity“ ist es, auf einem Substrat nur geringfügige Schwankungen bezüglich der Schichtdicke bzw. des Schichtwiderstandes oder auch optischer Parameter zu erhalten.

Eine einfache einzusehende Voraussetzung ist es, dass das Target größer ist als das zu besputternde Substrat. Bei einem z.B. 6 “ Substrat sollte das Target eine Größe von 8 “ haben. Der Grund dafür sind Randeffekte beim Abtrag durch die Sputtergasionen und die Raumwinkeleigenschaften des erodierten Materials in Bezug auf das Substrat. Hier spielt auch die Anordnung der Magnete im Targethalter bei einer Magnetron-PVD-Anlage eine Rolle. Der Einsatz eines Substrathalters für mehrere Substrate, z.B. einer beweglichen Palette oder eines Drehtellers, hat ebenfalls eine sehr grosse Auswirkung auf die angestrebte Schichthomogenität.

Die Uniformity hängt von vielen weiteren Prozessparametern ab:

  • Abstand Targetoberfläche zu Substratoberfläche
  • Gasfluß (z.B.: Argon)
  • Prozessdruck
  • Leistung
  • Verweildauer von Substraten unter dem Target bei beweglichen Substrathaltern
  • Prozesszeit: Zu kurze Abscheidezeiten begünstigen Inhomogenitäten
  • festes oder variables Magnetfeld bei Magnetrontargets
  • Bias – (schon wieder der … Joker und Alptraum von Beschichtern, das gibt einen extra Artikel)

Bei beweglichen Substrathaltern für sogenannte Batch-Anlagen, wie sie in der Produktion eingesetzt werden, müssen vor allem für Drehteller einige Korrekturen vorgenommen werden:

Die Schichtdicke weist wegen der radial abhängigen Deposition einen Gradienten auf, auch andere Parameter können betroffen sein, z.B. bei reaktiver Abscheidung von optischen Schichten auch der Brechungsindex etc.

Abhilfe schafft eine Blende vor dem Target, welche diese Abhängigkeit kompensiert. Diese ist für jedes Targetmaterial resp. dazugehörigen Prozessparametern  individuell anzufertigen und zu kennzeichnen – Verwechslung, z.B. nach Reinigung, führt zu Qualitätsproblemen.

Da die Form etwas anspruchsvoll ist, muss der Blendenauschnitt berechnet werden:

Als erstes ist die Schichtdickenverteilung auf dem Substrat ohne Blende aufzunehmen und zu dokumentieren. Dies kann durch die Belegung mit Schwingquarzen geschehen, die eine sehr genaue Dickenmessung zulassen. Diese Daten stellen den Input eines speziell dafür ausgelegten Algorithmus dar, der zunächst in erster Näherung eine Ausschnittsform berechnet. Nun erfolgt eine zweite Abscheidung mit der Roh-Blende, und identischen Prozessparametern, wie bei der ersten Abscheidung. Anhand der Basisform der Blende und der neuen Verteilung der Schichtdicken lässt sich nun berechnen, wie die Blende weiterbearbeitet werden muss, damit eine noch gleichmässigere Abscheidung zustande kommt. Durch mehrere solche Durchläufe iteriert man sich schliesslich zum optimalen Blendenausschnitt.

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Schichtdicke ohne Blende
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Schichtdicke mit Blende

Das Target sollte für solche Korrekturmassnahmen gut konditioniert und nicht schon am Ende seiner Lifetime angekommen sein. Ideal wäre es, wenn alle Korrektur-Runs in kurzem Zeitabstand hintereinander standfinden würden, so dass der unterschiedliche Abbrand des Target zu vernachlässigen ist.

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Die spezielle Form der Blende, am unteren Rand schmale, und auf der gegenüberliegenden Seite große Öffnung, ist bedingt durch die Rotation der Substrate unter dem Target (radial abhängige Geschwindigkeit). Die schmale Aussparung zeigt zur Achse des Drehtellers, wo die Winkelgeschwindigkeit geringer ist, als am äusseren Rand und mehr Material abgeschieden wird.

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Wie wir gesehen haben, ist eine Uniformityblende von großem Nutzen, um die Schichthomogenität zu optimieren. Doch wie immer, gibt es auch Schattenseiten. Über die Zahl der Abscheidungen wächst das Material auf der Blende stetig an, und führt dazu, dass es, wenn es zu dick geworden ist, und ggf. auch noch hohen mechanischen Stress in sich trägt, abplatzt und zu einer Partikelquelle wird.

Neben den Radialblenden gibt es noch sogenannte Kollimatoren, die dazu dienen, dass erodiertes Target-Material nur aus einem bestimmten Raumwinkel zur Abscheidung  auf das Substrat gelangt. Kollimatoren sind nützlich zum Verfüllen von Löchern oder Gräben, ohne dass an deren Seitenwänden ein übermässiges Schichtwachstum entsteht. Eine Variante besteht aus einer Art Röhre mit darin befindlichen Wabenstrukturen. Auch bei ihnen besteht die Gefahr der Partikelgenerierung, sie müssen daher, wie Radialblenden entweder  mit einer spannungsausgleichenden Haftschicht überzogen oder sehr häufig gereinigt werden.

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Wasserstoff als Energieträger II – Die Brennstoffzelle

Brennstoffzellen – Stromquellen der Zukunft

Obwohl als neuartige und daher noch zu evaluiernde Technologie dargestellt, ist das Konzept und auch die praktische Anwendung von Brennstoffzellen seit fast einem Jahrhundert bekannt.

Es wird eine kurze Geschichte dieser Technologie vorgestellt und ihr moderner Einsatz besonders im Hinblick auf die e-Mobilität diskutiert.

Vortragende: Claudia Reuter, Dipl. Physikerin

  • Termin: 8.12.2017 18:00 – 21:00 Uhr
  • Dauer: 2 Stunden
  • Gebühr: 6€, Mindestteilnehmer 5, Anmeldung bis 31.10.2017.
  • Ort: Weilheim, Kirchheim oder Esslingen

Wasserstoff als Energieträger I – Erzeugung & Speicherung

Eine Übersicht über die Einsatzmöglichkeiten des Superrohstoffs Wasserstoff, seine Gewinnung und Speicherung.

Vortragende: Claudia Reuter, Dipl. Physikerin

  • Dauer: 2 Stunden
  • Termin: 1.12. 2017 18:00-21:00
  • Mindesteilnehmer: 5, Anmeldung bis 31.10.2017
  • Gebühr: 6€
  • Ort: Weilheim,  Esslingen oder Kirchheim

Gefährdungspotentiale beim Plasma-Konditionieren von Oberflächen

Plasmaverfahren sind nicht nur zur Abscheidung dienlich, sie stellen auch eine ganz Anzahl von Anwendungen zur Oberflächenbehandlung vor Nachfolgeprozessen zur Verfügung:

  • Veränderung des Ladungszustands
  • Einstellen einer definierten Mikrorauhigkeit
  • Entfernung störender Beläge

Während für die erste Anforderung bereits ein Freistrahlplasma (Corona discharge, atmosphärischer Plasmajet) genügt, muss man bei den anderen beiden auf Prozessabläufe im Hochvakuum zurückgreifen. Die hier erzeugten Gasentladungen bergen aber einige „Stolpersteine“, die es zu beachten gibt.

Zwei Arten der Erzeugung von solchem Plasma sind gebräuchlich:

  • RF (kapazitiv gekoppelt – CCP) mit Elektroden im Inneren der Reaktionskammer
  • Mikrowellenerzeugung (magnetisiert (ECR) oder unmagnetisiert), Einkopplung über z.B. Hohlleiter.

Ein typisches Plasma enthält:

  • Neutrale Moleküle : Dichte ~10¹⁶/cm³
  • Radikale: ~10¹⁴/cm³
  • Elektronen: ~10⁸/cm³
  • Positive Ionen ~10⁸/cm³

Es gibt eine Million mal mehr Radikale als Ionen, da diese eine um Grössen-ordnungen längere Lebensdauer haben.

Sie werden durch Dissoziation, Disproportionierung und Rekombination erzeugt. Sie entstehen bereits bei geringen Energien. Bei der Rekombination wird Energie in Form von UV-Licht freigesetzt.

  • Ionen ätzen nicht direkt, ausser sie sind selbst reaktiv (zB. Cl, F) und das Plasma ist anisotrop.
  • Sie sind im Fall von z.B. Ar nur Stosspartner des Reaktivgases oder physikalische Komponenten des Ätzprozesses.

Die Hauptreaktion wird von den Radikalen getragen. Sie sind ungeladen, sehr reaktiv und binden sich an die Oberflächen, wo dann die chemischen Prozesse ablaufen.

Bei höheren Drücken sind mehr Radikale zu erwarten, als bei niedrigeren, da eine erhöhte Stosswahrscheinlichkeit eine grössere Wechselwirkung zwischen den gasförmigen Komponenten  im Plasma ermöglicht.


Der Mechanismus der Randschicht (Dunkelzone, Sheath):

→ Durch Ausbildung des sog. „Debye-Sheaths“ wird im RF-Plasma bei den gebräuchlichen Frequenzen im (z.B.13.56) MHz Bereich ein hoher Spannungsabfall in Richtung Substrat erzeugt:

  • Ionen werden in diese Richtung beschleunigt und erzeugen Schäden.

Ein Effekt, der beim anisotropen RIE Ätzen durchaus erwünscht ist, nicht aber beim Reinigen oder Konditionieren.unbenannt-1rewzwte

DC Sheath Spannung:     

Die Sheath Spannung erhöht sich mit dem RF-Strom und verringert sich mit der Anregungsfrequenz

Spezialfall Mikrowellenplasma:

Im Mikrowellenplasma entsteht das Phänomen des hohen Spannungsabfalls an einer Randschicht nicht, da die Breite und der Spannungsabfall des Sheaths von der Stärke des RF-Stroms (e- die das Sheath passieren) und der Anregungsfrequenz des Plasmas abhängen.

Allgemein gilt:

  • Sehr geringer „self bias“ bei hohen Frequenzen: 2.45 GHz, zB. ECR-Verascher.
  • → Kein Ionenbombardement des Substrates
  • → Kein gerichtetes Plasma, daher isotrope Wirkung, nicht für RIE zur  Strukturierung geeignet, gut für Reinigungszwecke.

Konkrete Anwendung von Plasmaentladungen als Reinigung oder konditionierende Vorbehandlung für Fügeprozesse, bei empfindlichen Substraten oder bereits mit Bauelelement-Strukturen:

Im Fall des elektrodenfrei Magnetron-erzeugten Plasmas mit einer Frequenz von 2.42 GHZ (Quelle ausserhalb des Rezipienten, wie beim Mikrowellenherd) handelt es sich nicht um ein CCP, daher keine Probleme mit Ionenschäden.

Einkopplung von Mikrowellenenergie in sensible Bauelemente:

Bei der üblichen externen Quelle sollte der Leistungs-Peak der eingestrahlten Mikrowellenenergie innerhalb des Rezipienten (Resonanz-Abstimmung des Hohlleiters mit dem Rezipienten notwendig) liegen.

Wenn Bauelemente mit Metallkomponenten in kritischen Längen durch Mikrowellenplasmen behandelt werden, besteht die Gefahr des Antenneneffekts, die zu Zerstörung führen kann → z.B. HF-Hybride mit Streifenleitern oder MMIC!

Man beachte: Auch Bonddrähte können als Antenne wirken.

Schäden durch UV-Licht aus der Gasentladung:

  • Die dabei auftretenden Energien müssen durch Analyse des Spektrums der benötigten Gasmischung bestimmt werden.
  • Ar-O2 Mischungen – wie sie z.B. zum Veraschen von Polymeren (z.B. beim Resiststrippen) benutzt werden, emittieren i. A. oberhalb von 400 nm.

Schäden durch thermische Belastung

Hohe Plasmadichten und hohe Elektronentemperaturen können thermische Schäden verursachen, da dann der Wärmeübertrag auf das Substrat relevant wird.

Neue Artikelserie: Prozesse in der Mikro- und Nanotechnologie

 

Nachdem doch ein gewisses Interesse an unseren Posts über Halbleiter-Technologie besteht, haben wir uns entschlossen, eine Serie über die unterschiedlichen  Fertigungsschritte inklusive der dazu gehörenden begleitenden Verfahren in den Blogbereich unserer Seite einzustellen.

Wir werden zunächst die Prozesse und Probleme der leitenden Schichten betrachten:

Abscheidung:

  • PVD:  Kathodenzerstäubung und Aufdampfen

Strukturierung:

Später wird es noch mit Isolierschichten/Dielektrika weitergehen, schliesslich gibt es noch Informationen über Ionen-Implantation und Mikro-Lithografie.

Über Back-Endverfahren: Zusatzprozesse zur Veredelung, Vereinzeln, Die-Bonden, Drahtbonden, Gehäusen etc. wird es eine extra Artikelserie geben.

Z.B. Oberflächenbehandlung mit Plasma-Verfahren …

Hier geht es nicht um irgendwelches trockenpfurziges und formel-geschwängertes Gewabere, das kann man schliesslich in jedem Lehrbuch nachlesen – oder auch nicht, je nach Qualität des literarischen Erzeugnisses. Es sollen vielmehr die Prozesse aus einer „hands-on“ Perspektive gezeigt und die Mechanismen und Probleme anschaulich erklärt werden, samt der maschintechnischen Anforderungen und Lösungen, die eine derart komplexe Technologie mit sich bringt.

Wer dann unbedingt noch Formeln braucht – dem kann ich gerne persönlich auf die Sprünge helfen (konkrete Nachfrage an mich, per email). Da die Prozesse, besonders solche, die Plasma benötigen, allerdings häufig durch die vielen Synergien recht schnell in ein deterministisches Chaos übergehen, helfen einem analytische formale Beschreibungen nur bedingt zum Verständnis der Sachlage. Manchmal wäre eine Alchemistenausbildung vielleicht besser … keine Angst, nur ein Scherzchen.

Aber selbst Computermodelle sind hier oft überfordert, eine echte quantitative Vorhersage zu produzieren.

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Einen Vortrag über den Gesamtherstellungsprozess bieten wir auch an – ebenso ein Wochenend-Seminar.