Atomlagenabscheidung (ALD)
Atomlagenabscheidung (ALD) ist eine Technik um Substrate mit dünnen Schichten zu versehen. Die Beschichtung wird dabei Atomlage für Atomlage aufgebaut, so dass die chemische Zusammensetzung und die Schichtdicke genau festgelegt werden kann.
Funktionsprinzip
|
Klassische ALD
Die zu beschichtende Oberfläche muss vorbehandelt werden, um sie chemisch zu aktivieren. Das Substrat wird in eine Vakuumkammer gelegt und dort geheizt. Wenn die erforderliche Temperatur erreicht ist, wird eine bestimmte Menge an Beschichtungsgas in die Kammer eingelassen. Durch die Temperatur reagieren die Moleküle des Beschichtungsgases mit der Oberfläche des Substrats. Aus chemischen Gründen kann auf diese Weise nur exakt eine Moleküllage an die Oberfläche gebunden werden. Im nächsten Prozessschritt wird das Gas in der Kammer mit einem anderen Gas ausgetauscht und die beschichtete Lage chemisch aktiviert. Anschließend wird das Gas in der Kammer erneut getauscht, um eine weitere Moleküllage abzuscheiden. Durch Wiederholung des Aktivierungs- und des Beschichtungsschritts wird eine ALD-Schicht erzeugt. |
Schema der ALD von Al2O3
|
Plasmaunterstützte ALD (PEALD)
Da die klassische ALD Temperaturen von mehreren 100 °C benötigt, kann sie nicht für die Beschichtung temperaturempfindlicher Materialien wie Kunststoffe verwendet werdenerwendet werden. Um die Prozesstemperatur niedrig zu halten, wird bei der PEALD die Aktivierungsenergie für die chemischen Reaktionen über ein Plasma statt thermisch zugeführt. Die Vorteile zur klassischen ALD sind:
Da die klassische ALD Temperaturen von mehreren 100 °C benötigt, kann sie nicht für die Beschichtung temperaturempfindlicher Materialien wie Kunststoffe verwendet werdenerwendet werden. Um die Prozesstemperatur niedrig zu halten, wird bei der PEALD die Aktivierungsenergie für die chemischen Reaktionen über ein Plasma statt thermisch zugeführt. Die Vorteile zur klassischen ALD sind:
- Die Prozesstemperatur ist geringer als 100 °C
- Eine Vorbehandlung ist nicht erforderlich, denn es wird eine kurze Plasma-Aktivierung durchgeführt
Mögliche Beschichtungen
Plasma Electronic ist spezialisiert auf PEALD und bietet Lösungen und Entwicklungen für folgende Anwendungen an:
In diesem Artikel ist der Einsatz von PEALD am Beispiel von High-k-Schichten beschrieben.
- Oxidschichten als hochdichte Barriere gegen Moleküle und Gase aller Art
- Oxid- oder Nitridschichten mit exakt definierten optischen Eigenschaften
- Schichten als High-k-Dielektrikum
- Korrosionsschutzschichten
In diesem Artikel ist der Einsatz von PEALD am Beispiel von High-k-Schichten beschrieben.
Vergleich zur chemischen Gasphasenabscheidung
Die Vorteile der ALD im Vergleich zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) sind:
Die Nachteile sind:
- Die Schichtdicke ist homogen
- Die chemische Zusammensetzung der Schicht ist genau definiert
- Es ist möglich Teile mit nahezu jeder beliebigen Form homogen zu beschichten
- Deutlich weniger Fehlstellen in der Beschichtung
Die Nachteile sind:
- Höhere Kosten für die Beschichtungsgase und deren Lagerung
- Die Substratgröße ist momentan auf 150 × 150 × 150 mm limitiert