Verfahren der Vakuum-Dünnschichttechnik
Oberbegriff
PVD = Physical
Vapour Deposition
= physikal. Abscheidung
aus der Dampf-Phase
“PVD” wird etwas fälschlich
auch hier benutzt ...
CVD = Chemical
Vapour Deposition
= chem. Abscheidung
aus der Gasphase
IBAD =
Ion Beam Assisted
Deposition = Ionenstrahl-
unterstützte Beschichtung
Trockenätzen
= Dry Etching
Verfahren
Aufdampfen
Ion Plating
Molekularstrahl-Epitaxie
MBE
Sputtern(Dioden- und Magnetron-Sputtern), dt.„Materialzerstäubung“
thermisches CVD (ursprünglich nur in Inertgas, kein Vakuum)
PE-CVD = Plasma-enhanced CVD = Plasma-unterstütztes CVD (auch: PA-CVD = Plasma assisted CVD)
MO-CVD
Mikrowellen- und Laser-CVD
Alle PVD-Verfahren können Ionenstrahl- unterstützt werden. Zusätzlich gibt es „reine“ Ionenstrahl- verfahren, wie z.B. Ionenstrahl-Sputtern oder Ionenimplantation
Ionenätzen, Rücksputtern
Plasma-Ätzen
RIE (Reactive Ion Etching)
Ionenstrahl-Ätzen
= Ion Milling
Beschreibung
Widerstandsverdampfen: Material wird aus strom- durchflossenem Tiegel (Schiffchen) oder Wendel aus hochschmelzendem Material verdampft.
Elektronenstrahl: E-strahl oder -wolke wird durch Glühemmission erzeugt und verdampft Material von Stab oder aus Tiegel
Sonderversion, bei der der Dampf ionisiert wird und zum Substrat hin beschleunigt wird
Gerichtete Dampfströme aus (meist) sog. Knudsen-Zellen im UHV
Materialscheibe wird auf neg. Hochspannung gelegt, beim Manetron- Sputtern konzentriert ein zusätzlicher Permanent- magnet die Elektronen- wolke, (Argon-)Plasma zündet, Gasionen tragen Targetmaterial ab. DC-Sputtern = mit Gleichspannung, für alle leitfähigen Materialien, HF (engl. Rf) -Sputtern = mit Hochfrequenz, erfor- derlich für Nichtleiter
in Widerstands- beheiztem Quarzrohr- Reaktor (LP-CVD) oder wirbelstrombeheiztem "Barrel"-Reaktor wird Arbeitsgas gecrackt in niederschlagende Schichtkomponente und flüchtige Komponente
HF erzeugt in kapazitiver (Parallelplatten-Reaktor) oder induktiver Anordnung ein Niederdruckplasma, welches das Arbeitsgas zerlegt - wie oben
Variante des PE-CVD mit metall-organi- schen (meist giftigen) Trägergasen
wie zuvor, jedoch Leistungseinbringung mittels Laser oder Mikrowelle durch geeeignete Fenster
Der von einer Ionenquelle erzeugte (oft diffuse) Strahl unterstützt die Beschichtung (z.B. Argon verdichtet im Sputterprozeß die Schichtstruktur) oder enthält selbst das Beschichtungsmaterial
Ionisation des Arbeitsgases (typ. Argon) , Substrat auf neg. Potential zieht Ionen an und erzeugt rein physikalischen Abtrag
Reaktivgas (z.B. CF4) wird zerlegt und reagiert chemisch mit der Oberfl.
Kombination aus beiden vorangehenden Verfahren
direkter Beschuß des Substrates mittels Ionenquelle
typ.Kenngrößen
Vakuum < 10-4 mbar
Ströme
50 .. 500 Amp
5 .. 10 kV
@ 100 .. 1000 mA
< 10-4 .. 10-2 mb, am günstigsten mit separatem Ionenerzeuger
< 10-7 mbar
typ. Arbeitsabstand
< 10 cm
DC: 500 .. 1000 V (> 1,5 kV beim Diodensputtern) @ 1 .. 10 kW, einige 10-3 mbar,
HF: 13,56 Mhz @ 0,5 .. 5 kW, einige 10-2 mbar
T = 300 .. 1500°C,
Vakuum 10mbar-Bereich (Low-pressure = LP-CVD) bis Atmosphäre
13,56 Mhz,
> 100 W,
Bereich 10-2 mb,
oft zusätzliche Heizung nötig
wie vor
variabel
abhängig von Ionenquellen-Typ. >1kV bis mehrere kV
Vakuum in der Quelle im 10-2 mb- Bereich, d.h. Kammer muß beim Aufdampfen dif- ferentiell um 2 Dekaden besser gepumpt werden. Bei Beschleuni- gung im kV- Bereich Ströme im mA-Bereich, bei höherer Spannung (IonenImplanter) Ströme nur µA
wie Sputtern, jedoch höhere Leistung (typ. > 2 W/cm2), Wasserkühlung nötig
wie PE-CVD, jedoch höhere Leistungen
meist kleinformatige Reaktoren
1 .. 10 kV
@ 1 .. 100 mA
Anwendung
Standardverfahren für Metallisierung (Reflektoren, Folien, Gehäuse, ...)
für hochschmelzende Metalle und Isolatoren
Opt. Schichten, Hartstoffe
Saubere Monolayer in der Halbleitertechnik
gut reproduzierbares Verfahren für Schichten aller Art,industriell für Architekturglas, CD, Hartstoffe, Optik. Magnetschichten, Halbleiter
Halbleitertechnik
(Vapor Phase Epitaxie VPE), Hartstoffe
Halbleiter, typ. amorph- Silizium- Technologie
SiH4 -> Si + 2 H2, ähnlich für Si3N4,
neu auch für SiO- haltige Schichten mit „Plasma-Polymeri- sation“ = PP
chemisch „designte“ Trägergase, sog. „Precursors“
kaum industrialisiert, Laser-CVD auch für gezieltes „direct writing“ zur Leiterbahn-Reparatur
Halbleitertechnik, Optik, Supraleiter
Halbleitertechnik und sonstiges unspezifisches Ätzen
Halbleitertechnik
isotropes oder an-isotropes Ätzen von Halbleitern
Halbleiter, Multi-layer, Proben für Transmissions- El.-mikroskopie
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Rev. 11/09
