Halbleiterprozesse und -anlagen: Dünnschichtabscheidungsprozesse und -anlagen
Bei der Dünnschichtabscheidung wird eine Nanoschicht auf ein Substrat aufgebracht und anschließend durch wiederholte Prozesse wie Ätzen und Polieren viele übereinanderliegende leitfähige oder isolierende Schichten erzeugt, wobei jede Schicht ein vorgegebenes Linienmuster aufweist. Auf diese Weise werden Halbleiterbauelemente und -schaltungen zu einem Chip mit komplexer Struktur integriert.
Die Dünnschichtabscheidung wird in drei Hauptkategorien unterteilt:
◈ Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ◈ Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
◈ Phische Gasphasenabscheidung (PVD) ◈ Phische Gasphasenabscheidung
◈ ALD (Atomlagenabscheidung) ALD (Atomlagenabscheidung)
Im Folgenden untersuchen wir die Dünnschichtabscheidungstechnologie anhand dieser drei Kategorien eingehend.
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)-Verfahren
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugt durch thermische Zersetzung und/oder Reaktion gasförmiger Verbindungen einen dünnen Film auf der Substratoberfläche. Zu den mittels CVD herstellbaren Filmmaterialien zählen Carbide, Nitride, Boride, Oxide, Sulfide, Selenide, Telluride sowie einige Metallverbindungen, Legierungen usw.
Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)-Verfahren
Unter Vakuumbedingungen wird das Oberflächenmaterial der Ausgangssubstanz (fest oder flüssig) mittels physikalischer Verfahren in gasförmige Atome, Moleküle oder teilweise Ionen verdampft. Durch ein Niederdruckgas- (oder Plasma-)Verfahren wird anschließend ein Film mit spezieller Funktion auf der Substratoberfläche abgeschieden. Mit physikalischer Gasphasenabscheidung lassen sich nicht nur Metall- und Legierungsfilme, sondern auch Filme aus Verbindungen, Keramik, Halbleitern, Polymeren usw. abscheiden.
Es gibt auch verschiedene Verfahren zur physikalischen Dampfabscheidung:
◈Dünnschichtbeschichtung
◈PVD-Sputtern
◈ Ionenbeschichtung
Atomlagenabscheidung (ALD)-Verfahren
Die Atomlagenabscheidung (ALD) ist eine hochpräzise Dünnschichtabscheidungstechnologie auf Basis der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), bei der Material Schicht für Schicht in Form eines einzelnen atomaren Films auf Basis der chemischen Gasphase auf die Substratoberfläche abgeschieden wird.
Im Gegensatz zur herkömmlichen CVD wird beim ALD-Abscheidungsprozess der Reaktionsvorläufer abwechselnd abgeschieden, und die chemische Reaktion des neuen Atomfilms steht in direktem Zusammenhang mit der vorherigen Schicht, sodass bei jeder Reaktion nur eine Atomlage abgeschieden wird.
Bei jeder Reaktion wird nur eine Atomlage abgeschieden, was auf selbstlimitierendes Wachstum hindeutet. Dadurch entsteht ein gleichmäßiger, porenfreier Film auf dem Substrat. Die Filmdicke lässt sich somit präzise durch die Anzahl der Abscheidungszyklen steuern.
Mittels ALD lassen sich Materialien wie Metalle, Oxide, Kohlenstoffverbindungen (Stickstoff, Schwefel, Silizium), verschiedene Halbleitermaterialien und supraleitende Materialien abscheiden. Mit zunehmender Integration integrierter Schaltungen und der damit einhergehenden Miniaturisierung, dem allmählichen Ersatz des traditionellen Siliziumoxid-Gates durch Gate-Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Materialien) sowie dem stetig wachsenden Aspektverhältnis steigen die Anforderungen an die Stufenabdeckung der Abscheidungstechnologie. Daher wird ALD zunehmend als neues Abscheidungsverfahren eingesetzt, das diese Anforderungen erfüllt.
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