search query: @keyword höyrystys / total: 2
reference: 2 / 2
« previous | next »
Author:Mutanen, Ilkka
Title:Low-resistance metal contact fabrication for silicon-based sensor elements
Matalaresistanssisen metallikontaktin valmistus piipohjaiseen anturielementtiin
Publication type:Master's thesis
Publication year:2013
Pages:vi + 79 s. + liitt. 9      Language:   eng
Department/School:Materiaalitekniikan laitos
Main subject:Soveltava materiaalitiede   (MT3001)
Supervisor:Franssila, Sami
Instructor:Holmberg, Heikki
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201311157848
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  2561   | Archive
Keywords:MEMS sensor
accelerometer
semiconductor technology
metal-semiconductor contact
contact resistance
metal silicide
dicing
evaporation
sintering
MEMS-anturi
kiihtyvyysanturi
puolijohdeteknologia
metalli-puolijohde -liitos
kontaktivastus
silisidi
sahaus
höyrystys
sintraus
Abstract (eng):The main goal of this thesis was to present a new contact metal fabrication process for Murata Electronics Oy's 3-axis ultra-low-noise acceleration sensor.
The current metal pad structure utilized in production (Ti/Pt/Au) suffers from poor yield due to series resistance values exceeding the limit of 50 omega.
The problem arises from an increase in the contact resistance values of a sensor element during sintering.
The objective is to find an alternative process or metal structure owing as small as possible series resistance values and/or variation, while keeping the possible intermetallic reactions in the metal stack in minimum.

In the theoretical part, metal-semiconductor contacts as well as metal silicides, their properties and formation temperatures were studied.
Low-resistance titanium silicide formation was found to be difficult or even impossible with Murata's equipment because of high silicidation temperature and titanium oxide formation, which deteriorates the contact performance.
A better alternative in terms of electrical contact formation would be platinum, since it has a low contact resistance on substrate in question (p-type Si), and platinum silicide can be formed with a small thermal budget.

In the experimental part, the possible effect of surface roughness on contact resistance between metal (Ti and Pt) and silicon was analysed, but no distinct correlation could be found.
It was verified that up to a decade smaller resistance values could be achieved with a single layer of platinum compared to titanium.
Inspired by the result, an optimal thickness and sintering temperature for the bottom platinum layer was determined, and resulting parameters were utilized in further studies with a platinum-based metal stack.
Four different metal structures utilizing platinum as the first contact metal were presented and tested in practise.

The most promising results were found for Pt/Ti/Pt/Au (thicknesses 100/225/125/125 nm, respectively) sintered at 400°C, which was superior to Ti/Pt/Au in many ways, including smaller contact resistance and improved thermal stability.
However, the adhesion of the structure was slightly inadequate, and before possible implementation to production, some effort should be made to improve the adhesion to a sufficient level.
Possible improvements include for example higher sintering temperature and thinning of the first platinum layer.
Abstract (fin):Tämän diplomityön päätavoitteena oli kehittää uusi metallikontaktin valmistusprosessi Murata Electronics Oy:n 3-aksiaaliseen ultra-matalakohinaiseen kiihtyvyysanturiin.
Tuotannossa tällä hetkellä käytetty metallipadirakenne (Ti/Pt/Au) aiheuttaa huonoa saantoa sarjavastuksen ylittäessä sille asetetun 50 oomegan rajan.
Ongelma on seurausta kontaktivastuksen kasvusta sintrauslämpökäsittelyssä.
Tavoitteena on löytää vaihtoehtoinen prosessi tai metallirakenne, jolla saavutetaan mahdollisimman pieni sarjavastus ja sen hajonta, sekä pidetään mahdolliset kontaktimetallien väliset reaktiot minimissä.

Teoreettisessa osuudessa tutkittiin metalli-puolijohde -liitoksia ja silisidejä, sekä niiden ominaisuuksia ja muodostumislämpötiloja.
Selvisi, että matalaresistanssisen titaanisilisidin muodostus on vaikeaa tai jopa mahdotonta Muratan laitteistolla korkean silisidinmuodostuslämpötilan ja titaanin oksidoitumisen takia, mikä myös huonontaa liitoksen laatua.
Parempi vaihtoehto sähköisen kontaktin muodostuksen kannalta olisi platina, koska sillä on pieni kontaktivastus p-seostettuun piihin ja platinasilisidiä voidaan muodostaa huomattavasti matalammissa lämpötiloissa.Kokeellisessa osuudessa analysoitiin pinnankarheuden mahdollista vaikutusta metallin (Ti tai Pt) ja piin välillä, mutta selkeää korrelaatiota ei havaittu.
Kokeissa todettiin, että jopa dekadin pienempiä vastusarvoja on mahdollista saavuttaa korvaamalla yksittäinen titaanikerros yksittäisellä platinakerroksella.
Tämän tuloksen innoittamana määritettiin platinalle optimaalinen kerrospaksuus ja sintrauslämpötila.
Saatuja parametrejä käytettiin jatkotutkimuksissa, joissa esitettiin ja testattiin käytännössä neljä vaihtoehtoista platinapohjaista metallirakennetta.

Lupaavimmat tulokset saatiin Pt/Ti/Pt/Au-rakenteelle (paksuudet 100/225/125/125 nm), joka sintrattiin 400°C:ssa.
Ehdotetulla rakenteella saavutettiin Ti/Pt/Au-rakenteeseen verrattuna pienemmät vastusarvot ja parempi lämpötilastabiilisuus.
Rakenteen toimivuutta haittaa kuitenkin hieman liian heikko adheesio, joka tulisi saada riittävälle tasolle ennen mahdollista tuotantoon ottamista.
Mahdollisia adheesion parannuskeinoja ovat esimerkiksi korkeampi sintrauslämpötila ja ohuempi platinan pohjakerros.
ED:2013-12-02
INSSI record number: 48117
+ add basket
« previous | next »
INSSI