In situ meettechnieken voor een beter begrip van atomaire laag depositie: een big data approach

Groep: CoCooN

Promotor: Christophe Detavernier en Jolien Dendooven

Begeleiding: Andreas Werbrouck

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Stapsgewijze coating van 3D substraten met ALD. Uit Cremers et al., 2019
Stapsgewijze coating van 3D substraten met ALD. Uit Cremers et al., 2019

Atomaire laag depositie (ALD) is een techniek die toelaat om atoomlaag per atoomlaag dunne lagen af te zetten. Hierbij maakt ALD gebruik gebruik van gecontroleerde reacties tussen een moleculaire damp en het oppervlak dat gecoat moet worden. Dit zorgt ervoor dat ALD, naast vlakke substraten, ook probleemloos ingewikkelde 3D-oppervlakken kan coaten. Deze unieke eigenschappen (atomaire diktecontrole, coaten van 3D substraten) maken de techniek bijzonder geschikt voor (onder andere) toepassingen in de halfgeleiderindustrie en speelt de techniek een cruciale rol in de steeds verdergaande miniaturisering van componenten.

Voor het ontwikkelen en optimaliseren van nieuwe processen is het relevant om te onderzoeken welke gasvormige reactieproducten tijdens verschillende ALD-processen vrijkomen. Er bestaan verschillende technieken om de gassen in de reactor te karakteriseren: bij in-situ massaspectrometrie (MS) worden de gasmolecules onder een elektronenbundel geïoniseerd en gefragmenteerd, waarna de massa van de fragmenten bepaald wordt, om zo tot een unieke fingerprint van de molecules die als gas aanwezig zijn te komen. Bij in-situ atomaire emissiespectroscopie (AES - Gencoa Optix) wordt er lokaal een plasma gemaakt van het gas. Aan de hand van het optische emissiespectrum van dit plasma kunnen daarna de aanwezige atomen en ionen geïdentificeerd worden.

Onlangs werd binnen onze groep een nieuwe manier ontwikkeld om in situ massaspectra op te meten (Werbrouck et al., in voorbereiding). Massaspectrometrie werd eerder al gebruikt voor het bepalen van het massaspectrum van reactieproducten, maar onze nieuwe methodiek laat toe om veel van de beperkingen die traditioneel gelden te omzeilen en een volledig beeld te krijgen van de relevante reactieproducten. De AES-metingen leveren complementaire informatie en het gebruik van deze techniek is nieuw binnen de groep en de ALD-gemeenschap in het algemeen.

De grote hoeveelheid data die in situ gegenereerd wordt, zorgt ervoor dat het efficiënt verwerken van de data een must is: een stevige basiskennis Python (of een andere programmeertaal) en de wil om ook op dit vlak bij te leren is een absolute minimumvereiste, doorheen het jaar wordt verwacht dat je samen met de begeleider de nodige tools ontwikkelt voor het combineren en interpreteren van je data.

Tijdens deze thesis zal de student ervaring opdoen met ALD, in-situ technieken zoals optische emissiespectroscopie, massaspectrometrie, automatische dataverwerking en visualisatie. Dit project focust op een beter fundamenteel begrip van processen die cruciaal zijn voor de halfgeleiderindustrie.