Technologien zur Schichtabscheidung

Technologien zur Schichtabscheidung spielen in der Mikrosystemtechnik eine entscheidende Rolle, da es bspw. im LIGA-Verfahren zu zahlreichen Schichtabscheidungsvorgängen kommt. Die entstehende Schicht soll sehr dünn und möglichst gleichmäßig in ihrer Dicke sein. Sie soll sich auf dem Substrat, bspw. ein Silizium-Wafer, bilden. Zu den gängigsten Technologien zählen:

  • Epitaxie
  • Chemical Vapour Deposition
  • Physical Vapour Deposition
  • Lackierung / Belackung

Schichtabscheidung mittels Epitaxie

Ziel der Epitaxie ist die Schichtabscheidung von einkristallinem Silizium, also das Abscheiden einer Siliziumschicht im monoklinen Zustand. Die Abscheidung dieser Siliziumschicht findet auf einem bereits vorhandenen Silizium-Einkristall statt. In einen Reaktor strömen gasförmige Reaktanden ein. Ein möglicher und weitverbreiteter Reaktand ist Trichlorsilan (SiHCl3) zusammen mit Wasserstoff (H2). Der Reaktor kann unterschiedlich konstruiert sein. In dem sogennanten Pfannenkuchen-Reaktor (pancake reactor) strömen die gasförmigen Reaktanden von unten nach oben in den Reaktor ein. Das Gas fällt somit von Oben auf ausgelagerte Silizium-Wafer herab, die durch eine Induktionsspule erhitzt werden. Ein alternativer Reaktor, der auch sehr weit verbreitet ist, wäre bspw. der IR-beheizte Reaktor. Hier strömen die gasförmigen Reaktanden am Eingang ein, und scheiden sich unter Stahlungsbeheizung auf die ausgebreiteten  Silizium-Wafer ab.

Schichtabscheidung mittels Chemical Vapour Deposition

Instabile, gasförmige, Siliziumverbindungen durchströmen einen Reaktor. Die Moleküle, die sich auf Gasform befinden, zerfallen an der Oberfläche der einkristallinen Silizium-Wafer unter Zufuhr von Wärme. Die Wärme wird direkt um die Silizium-Wafer herum durch große Heizspulen erzeugt, damit die gasförmigen Moleküle sich erst hier und nicht schon davor zersetzen und somit absetzen. Chemical Vapour Deposition ist in Low Pressure Chemical Vapour Deposition (LPCVD) und Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) weiter zu unterteilen. Beim LPCVD herrscht ein sehr niedriger Druck im Reaktor, beim PECVD werden die gasförmigen Reaktanden bis in den Plasmabereich erhitzt. Bei Chemical Vapour Deposition treten Abgase auf, die abgeführt und verarbeitet werden müssen.

Schichtabscheidung mittels Physical Vapour Deposition

Unter Physical Vapour Deposition versteht man die Schichtabscheidung durch Sputtern oder Aufdampfen in einem Reaktor. Der Silizium-Wafer, oder was man sonnst als Substrat hat, wird regelrecht mit den zur Beschichtung gedachten Atomen bombardiert. Beim Aufdampfen lässt sich das mit einem Schmelztiegel realisieren, in dem das Beschichtungsmaterial verdampft und auf dem Substrat, also bspw. unserem Silizium-Wafer, kondensiert. Wichtig ist hierbei, dass eine Pumpe an den Reaktor geschlossen werden muss die laufend Gas abpumpt. Sonnst wird der Druck im Reaktor wegen der Gasentwicklung zu groß. Der Reaktor würde also sonnst womöglich explodieren. Sputtern gestaltet sich etwas aufwändiger als das Aufdampfen von Beschichtungsmaterial. Beim Sputtern wird ein Edelgas in den Reaktor gelassen und hier in einen plasmaähnlichen Zustand gebracht. Dadurch wird das Gas ionisiert. Durch Anlegen einer Spannung in Form eines elektrischen Feldes kann die Bewegung der Ionen gerichtet werden. Das Beschichtungsmaterial wird somit von den Ionen beschossen, wodurch sich Atome des Beschichtungsmaterials lösen (“Sputtern”) und auf dem Substrat, bspw. ein Silizium-Wafer, landen. Dem Reaktor kann außerdem noch ein Reaktionsgas hinzugeführt werden, das sich ebenfalls auf dem Substrat absetzt.

Belackung

Durch diesen “machanischen” Vorgang lässt sich ebenfalls eine dünne Schicht auf dem Substrat bilden. In der Industrie ist das Schleuderbelacken eine standardmäßig eingesetzte Technologie. Der Lack wird auf das Substrat aufgebracht, das Substrat von unten durch ein Vakuum angesaugt und dann rotiert. Der Lack verteilt sich so gleichmäßig auf dem Substrat. Danach kann man evtl. noch überschüssigen Lack entfernen und das Substrat “backen” (damit Lack trocknet). Das Schleuderbelacken ist auch deshalb so beliebt, weil es eine sehr gleichmäßige Schichtdicke gewährleistet.