Konforme Schichten auf allen Geometrien
Atomlage um Atomlage – streng zyklenweise zur gewünschten Schicht
Zum Aufbringen dünner Schichten, bei denen oberflächenkonforme Abscheidung und Präzision der Schichtdicke Priorität haben, wird die Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition – ALD) eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein CVD-Verfahren, bei dem die Schichtbildung durch zwei oder mehr zyklisch wechselnde Oberflächenreaktionen erfolgt.
Haupteinsatzgebiet war und ist die Halbleiterelektronik, zum Beispiel das Erzeugen von high-k Gate-Schichten in MOSFETs. Allerdings kommen die Vorzüge der ALD-Technologie zunehmend auch in anderen Branchen zum Tragen, unter anderem bei der Herstellung von MEMS, Barriereschichten, optischen Beschichtungen oder von funktionalen Schichten auf Partikeln oder in Kapillaren.
Im Unterschied zu den herkömmlichen CVD-Verfahren, bei denen die Reaktion der Ausgangsstoffe (Präkursoren) kontinuierlich und auch im umgebenden Gasvolumen stattfindet, erfolgt diese bei der ALD ausschließlich auf der zu beschichtenden Oberfläche. Es ist ein zyklischer Prozess, der aus mehreren Teilreaktionen besteht. Dafür wird das Substrat abwechselnd – also niemals gleichzeitig – mit den Ausgangsstoffen in Kontakt gebracht. An der zu beschichtenden Oberfläche findet dann jeweils nur eine Teilreaktion statt. Die einzelnen Reaktionsschritte sind selbstbegrenzend:
Für das Schichtwachstum stehen dem Precursor nur die chemischen Verbindungen dieser Oberfläche zur Verfügung. Sind dort keine freien Reaktionspartner mehr vorhanden, dann ist die Teilreaktion abgeschlossen. Zwischen den einzelnen Reaktionsschritten wird die Prozesskammer evakuiert und/oder mit Inertgas gespült. So werden noch vorhandene Precursor-Moleküle entfernt.
In jedem Zyklus wird eine Schicht in Größenordnung einer Atomlage abgeschieden. Üblicherweise findet die Beschichtung in einem Reaktorraum statt und die Gase werden nacheinander zugeführt. Allerdings ist alternativ auch ein Transport des Substrats zwischen zwei Zonen mit je einem Precursor möglich (spatial ALD). Um die angestrebte Schichtdicke zu erreichen, wird die gesamte Abfolge mit allen Reaktions- und Spülvorgängen üblicherweise mehrfach wiederholt. Dabei wächst – nach einer gewissen Anfangsphase infolge von Oberflächeneigenschaften – die Schicht proportional zur Anzahl der Reaktionszyklen, was eine präzise Steuerung der Schichtdicke gestattet.
Mittels ALD lassen sich auch auf geometrisch anspruchsvollen Oberflächen ultra-dünne Funktionsschichten mit exzellenter Schichtdickenhomogenität abscheiden. Die Prozesstemperaturen sind dabei mit üblicherweise 150 °C bis 400 °C relativ niedrig. Plasma oder besonders reaktive Precursoren können verwendet werden, um die Reaktionstemperaturen weiter zu senken.
FHR konstruiert und fertigt ALD-Anlagen individuell, angepasst an die Wünsche und Anforderungen der Kunden. Bezüglich Kammerauslegung, Gasführung, Bubblersystem, Heiz- und Kühloptionen sind die ALD-Systeme von FHR nahezu frei konfigurierbar. Das Angebot umfasst Plattformen für 100, 150 und 300 Millimeter ebenso wie ALD-Module zur Integration in Cluster-Anlagen. Darüber hinaus sind auch Sonderanlagen auf Basis der ALD-Technologie möglich.
