Transcript ALD- процесс

Оборудование BENEQ
ALD-технологии: от науки к промышленности
Эдгар Майоров
История технологии ALD

Впервые концепция процесса атомно-слоевого
осаждения была предложена В. Б. Алесковским в
его докторской диссертации, опубликованной в
1952 году.

Процесс впервые был описан под названием
«Молекулярное наслоение» в начале 1960 годов
профессором С. И. Кольцовым из Ленинградского
технологического института им. Ленсовета.

Эксперименты проводились под научным
руководством В. Б. Алесковского.

Впоследствии технология атомно-слоевого
осаждения была повторно изобретена финскими
учёными 1970-х годах и нашла коммерческое
применение в Финляндии, а затем и в других
странах мира.
June 2012
Beneq © 2012
Валентин Борисович
Алесковский
(1912-2006)
2
ALD-процесс
Стадии ALD-процесса
Стадия
Стадия
Стадия
Стадия
1.
2.
3.
4.
Ввод реагента А.
Продувка.
Ввод реагента Б.
Продувка.
Повтор N циклов
Триметилалюминий (TMA) + вода (H2O) = оксид алюминия (Al2O3) + метан (CH4)
Реагент А
June 2012
Продувка
Реагент Б
Beneq © 2012
Продувка
3
ALD-процесс
Особенности ALD-технологии:
 Подложка подвергается воздействию двух реагентов
последовательно
 Реагенты А и Б вступают в реакцию друг с другом только на
поверхности подложки, не контактируя друг с другом нигде
более
 В результате каждой полуреакции на поверхности
подложки образуется тонкая плёнка заданного состава
 Каждая полуреакция приводит к образованию активных
групп на поверхности подложки, которые обеспечивают
реакцию с последующим реагентом
June 2012
Beneq © 2012
4
ALD-процесс
Преимущества ALD-технологии
 Полный контроль толщины плёнки в ходе процесса,
начиная от монослоя до требуемого значения.
 Равномерность толщины плёнки на подложке.
 Покрываемая плёнка полностью повторяет поверхность
подложки, не оставляя непокрытых зон.
 Покрытие труднодоступных областей.
 Покрытие высокопористых структур: одинаковая толщина
плёнки как на поверхности, так и на всей глубине пор.
 Покрытие порошковых частиц.
 Возможность «конструирования» состава тонкой плёнки.
 Возможность легирования материала тонкой плёнки
различными примесями.
 Возможность чередования слоёв (наноламинаты).
 Превосходная воспроизводимость и предсказуемость
результата.
June 2012
Beneq © 2012
5
Области применения
Успешно полученные ALD-покрытия (примеры)
June 2012
Beneq © 2012
6
Области применения
Области применения ALD (примеры)
 Нанесение барьерных слоёв.
 Нанесение тонких плёнок полупроводников, металлов и
диэлектриков.
 Плёнки для пассивации поверхности.
 Оптические покрытия.
 Гидрофобные плёнки.
 Упрочнение стекла.
 Декоративные покрытия.
 Нанесение биосовместимых материалов на имплантаты.
June 2012
Beneq © 2012
7
Области применения
ALD в промышленности (примеры)
 Производство микроэлектроники: МОП-структуры, МДМструктуры, барьерные плёнки (нитрида титана и др.),
проводящие плёнки
 Производство солнечных модулей: буферные слои,
барьерные плёнки
 OLED: инкапсуляция (защита от кислорода и воды)
 Оптика: AR-покрытия, брэгговские отражатели, зеркала,
фильтры
 Производство электролюминесцентных дисплеев:
нанесение плёнок электролюминофора, барьерных и
диэлектрических плёнок
 Обработка поверхности: защита от внешних воздействий,
нанесение декоративных плёнок, усиление стекла
 Производство гибкой электроники
June 2012
Beneq © 2012
8
Деятельность компании
Оборудование
June 2012
Сервис по
нанесению
покрытий
Beneq © 2012
TFEL дисплеи
9
Оборудование
Оборудование BENEQ
 Компактные установки TFS 200 для R&D: широкое
разнообразие опций, конфигурируемая модульная
конструкция, эксплуатационная гибкость
 Установки TFS 500 для R&D и небольшого промышленного
производства: сочетание эксплуатационной гибкости и
высокой производительности
 Установки для промышленного производства P400 и P800:
высокая производительность, безотказная работа, минимум
технического обслуживания, быстрая перенастройка
 Установки, встраиваемые в существующую
производственную линию (производство солнечных
модулей и т. д.)
 Первая в мире Roll-to-Roll установка для непрерывного
ALD-нанесения на гибкие подложки
June 2012
Beneq © 2012
10
Оборудование
TFS 500
P400A and P800
TFS 200
WCS 500
June 2012
Beneq © 2012
11
ALD-система WCS 500
Диапазон рабочих температур
До 150 °C
Размер подложки (ширина ленты)
До 500 мм
Материал подложки
Полимерная плёнка или другой гибкий
материал
Скорость обработки
До 2 м/мин
Производительность (при толщине плёнки 25 нм)
400,000 м2/год
Система управления
На основе PLC с PC-интерфейсом
Размеры, ALD-система (длина × ширина × высота)
2060 × 2340 × 2150 мм
Размеры, узел подачи прекурсоров (длина × ширина × высота)
1750 × 800 × 1530 мм
Размеры, электрический шкаф (длина × ширина × высота)
1010 × 320 × 1220 мм
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
12
ALD-система WCS 500
История развития ALD-системы R2R:
2008
разработка концепции
2009-2011 тестовая R&D-система
2011-2012 промышленный прототип
2013 коммерческое производство
ALD
video
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
13
Фотовольтаика
В фотовольтаике
 Барьерные тонкоплёночные покрытия для Si-модулей.
 Буферный слой ZnS для CIGS-панелей.
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
14
Фотовольтаика
Преимущества Zn(O,S):
 Прирост эффективности солнечных модулей на 1%(абс.!)
по сравнению с CdS
 Безвредное производство, без использования кадмия.
Основная концепция: нет смысла получать «чистую»
энергию с использованием ядовитых компонентов.
Преимущества ALD-технологии:
 Чистота процесса. Вместо грязного CBD-процесса – сухой
и чистый ALD-процесс
 Высочайшая равномерность покрытия
 Отсутствие дефектов и непрерывность покрытия
 Строгий контроль состава тонкоплёночного покрытия
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
15
Фотовольтаика
ZnO:Al
ALD-ZnOS
CIGS
Mo
0.5 µm
Стекло
TEM, Уппсальский университет
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
16
Эффективность
Буферный слой Zn(O,S) vs. CdS
Буферный слой Zn(O,S)
Буферный слой CdS
Длина волны, нм
Uwe Zimmermann, Marta Ruth и Marika Edoff
21-ая Европейская конференция по фотовольтаике и солнечной энергетике, 4-8 сентября 2006, Дрезден, Германия
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
17
Буферный слой Zn(O,S) vs. CdS

Тесты мини-модулей
(125 x 125 мм) в
Уппсальском
университете
С ALD-слоем Zn(O,S)
эффективность модуля
выше на 1,2% по
сравнению с CBDслоем CdS
14,5%
Сила тока, мА

13,3%
Напряжение, В
Uwe Zimmermann, Marta Ruth и Marika Edoff
21-ая Европейская конференция по фотовольтаике и солнечной энергетике, 48 сентября 2006, Дрезден, Германия
ALD CIGS buffer
Beneq © 2013 CONFIDENTIAL
18
Опыт
Компетенция BENEQ
 Компетенция и высокая квалификация сотрудников
компании, многие из которых являются разработчиками
первых в мире промышленных ALD-установок
 Богатый референс-лист компаний
 Компания владеет собственным крупнейшим в мире
производством с использованием ALD-технологии – завод
Lumineq по производству электролюминесцентных
дисплеев; несколько десятков ALD-реакторов собственного
производства безотказно функционируют на протяжении
около 30 лет в круглосуточном режиме
 Компания обладает производственными мощностями и
необходимыми знаниями и опытом, позволяющими
осуществлять ALD-покрытия на заказ
June 2012
Beneq © 2012
19
В России
Открытие лаборатории в Институте физики и химии Мордовского
государственного университета им. Н. П. Огарёва
 Совместный проект с компанией Элтех СПб
 Установка TFS 200 для RND
 4 жидкостных, 3 газовых, 2 подогреваемых источника
прекурсоров, стандартная и 3D реакционные камеры
 Реагенты: TMA, DEZ, H2O, NH3, H2S, O2, Mn(thd)3
 Плёнки Al2O3, ZnO, ZnS:Mn, в будущем - нитриды
June 2012
Beneq © 2012
20
В России
BENEQ в России
 Компания имеет представительство в России:
- техническая поддержка на русском языке
- возможность оперативного выезда на предприятие
заказчика для решения технических задач
- в перспективе – склад запасных частей и расходных
материалов
 Открытие лаборатории AppLab на базе СанктПетербургского государственного
электротехнического университета (ЛЭТИ):
- разработка методик ALD-процессов, создание новых
рецептур
- оценка применимости ALD-технологии для решения задач
заказчика
- производство тестовых образцов
- демонстрация ALD-оборудования и ALD-технологии
June 2012
Beneq © 2012
21
В России
Контактная информация
г. Санкт-Петербург, ул. Чапаева, 5А, офис 321А
Тел:
E-mail:
+7 812 332 0154
[email protected]
Наталья Лим:
+7 921 564 6170
Юрий Кочанов: +7 921 564 6179
Эдгар Майоров: +7 921 564 6178
June 2012
Beneq © 2012
22
ALD-процесс
Поперечный разрез пористой структуры
глубиной 6,2 мкм с поперечным
размером у поверхности 120 нм.
- пористость 50:1
- материал покрытия – HfO2
- толщина плёнки – 20 нм
- процесс: (CpMe)2HfMe2 +O3 при 450 C
June 2012
Beneq © 2012
23
ALD-процесс
Поперечный разрез структуры электролюминесцентного дисплея
(собственное производство компании Beneq в г. Эспоо)
June 2012
Beneq © 2012
24
ALD-процесс
Снимок структуры поверхности с использованием сканирующего электронного
микроскопа
a) Без покрытия
b) Плёнка TiO2 толщиной 100 нм
c) 50 нм Al2O3+ 50 нм TiO2
d) 5 x (10 нм Al2O3+ 10 нм TiO2)
June 2012
Beneq © 2012
25
ALD-процесс
Многослойное оптическое
покрытие (TiO2 / Al2O3)
June 2012
Beneq © 2012
26
ALD-процесс
Покрытие серебряных изделий
защитной плёнкой,
предохраняющей серебро от
потускнения.
Увеличивается блеск изделий.
Внешний вид серебра не
изменяется на протяжении
многих месяцев и лет
Изделия не нуждаются в
дорогостоящей очистке
June 2012
Beneq © 2012
27
ALD-процесс
TFS NX300 – до 7 млн изделий в год
June 2012
Beneq © 2012
28
ALD-процесс
Плёнка подзатворного
диэлектрика HfO2,
выращенная при помощи
ALD-технологии на
поверхности 200миллиметровой
кремниевой подложки
June 2012
Beneq © 2012
29