Was ist eine ALD-Anlage?
ALD-Anlagen (Atomic Layer Deposition) werden zur Herstellung dünner Schichten im Nanobereich durch Atomlagenabscheidung (ALD) verwendet.
Da Atomschichten Schicht für Schicht abgeschieden werden, zeichnet sich ALD durch seine Fähigkeit aus, die Schichtdicke und die dichte, schrittweise Schichtbildung genau zu steuern. Sie hat jedoch den Nachteil einer langsamen Abscheidungsgeschwindigkeit.
Bei der ALD-Abscheidung wird eine Reihe von metallorganischen Materialien verwendet, von denen viele für den menschlichen Körper schädlich und hoch pyrophor sind. Die Handhabung erfordert Fachwissen und äußerste Sorgfalt.
Anwendungen von ALD-Anlagen
ALD-Anlagen werden häufig in der Halbleiter- und FPD-Produktion eingesetzt. In den letzten Jahren ist diese Technologie für die DRAM-Produktion unverzichtbar geworden. Im Folgenden werden Beispiele für mit ALD-Anlagen hergestellte Dünnschichten genannt.
1. Gate-Oxidschicht
Dünne Schichten mit hoher Dielektrizitätskonstante, die für die Herstellung von Transistoren wie z. B. FETs benötigt werden. Es werden hauptsächlich Oxidschichten wie Al2O3 und ZrO2 verwendet.
2. Sperrschicht
Der durch ALD gebildete Nitridfilm wird manchmal als Barrierefilm bezeichnet und wird verwendet, um die Diffusion von Übergangsmetallen wie Cu-Verdrahtungsmaterial zu verhindern, um Metallverunreinigungen und eine Verschlechterung der Isolierung um die Verdrahtung herum zu vermeiden.
3. Anti-Permeationsfilm
Hierbei handelt es sich um eine dünne Folie, die das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen Substanzen in das Harzgrundmaterial und das OLED-Panel verhindert. Indem sie das Eindringen von Fremdstoffen verhindert, trägt sie zur Qualitätserhaltung und zu einer längeren Lebensdauer bei.
Am häufigsten werden sie, wie oben beschrieben, in der Industrie, aber auch in der biomedizinischen Industrie eingesetzt. Typische Beispiele sind künstliche Gelenke und künstliche Knochen, wo eine biokompatible Membran auf metallischen künstlichen Knochen gebildet wird, um eine Abstoßung zu verhindern. Sie wird auch zur Beschichtung von Medikamenten verwendet, um deren Wirkungsdauer zu beeinflussen.
Funktionsweise der ALD-Anlagen
Die ALD-Anlage ist mit einer Vakuumkammer aus Edelstahl oder Aluminium ausgestattet und besteht aus einem Materialgaszufuhrteil, einem Materialgasabfuhrteil und einer Steuereinheit zur Kontrolle des Prozesses.
Das metallorganische Material, das als Vorläufer verwendet wird, wird als Vorläufer bezeichnet. Die Vorstufe wird zunächst in die Vakuumkammer eingeführt und auf der Oberfläche des Substrats adsorbiert. Anschließend wird die Kammer einmal evakuiert, um überschüssigen Precursor zu entfernen, der dann oxidiert und nitriert wird, um eine dünne Schicht zu bilden.
In diesem Zyklus, der mehrmals wiederholt werden kann, um einen Film abzuscheiden, wird eine Atomschicht gebildet. Auch der Spülvorgang ist beim ALD-Beschichtungsprozess sehr wichtig, da verschiedene Ausgangsstoffe und Oxidationsquellen in der Kammer verbleiben und sich negativ auf die Schichtqualität auswirken können.
Um die Effizienz der Abscheidung zu verbessern, kann das Substrat erhitzt oder durch Plasma unterstützt werden. Die Heizmethode wird als thermische ALD und die plasmaunterstützte Methode als Plasma-ALD bezeichnet.
Weitere Informationen zu ALD-Anlagen
1. Unterschiede zwischen ALD und CVD- / PVD-Verfahren
CVD ist die Abkürzung für Chemical Vapor Deposition (Chemische Gasphasenabscheidung) und PVD ist die Abkürzung für Physical Vapor Deposition (Physikalische Gasphasenabscheidung).
ALD wird auch als eine Art von CVD bezeichnet, weil dabei Gase verwendet werden. Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass sich bei ALD Filme Schicht für Schicht ablagern können, im Gegensatz zu CVD, bei dem sich Verbindungen wie SiO2 und SiNx durch Gaszersetzung wie Staub ablagern.
Bei der PVD wird das Abscheidungsmaterial erhitzt, gesputtert, mit Ionenstrahlen bestrahlt oder mit einem Laser im Vakuum bestrahlt, um das Abscheidungsmaterial zu verdampfen oder in einen Partikelzustand zu streuen, der sich dann auf dem Objekt festsetzt und abscheidet.
Bei der Abscheidung von Schichten mittels ALD ist es möglich, Schichten auf Strukturen abzuscheiden, die schmaler und tiefer sind als solche, die mittels CVD und PVD abgeschieden werden. Insbesondere bietet die ALD-Technologie überlegene Abscheidungsmöglichkeiten, wenn es darum geht, Schichten auf Poren mit einer Größe von weniger als 100 nm abzuscheiden, da ALD-Gase tief in die Schicht eindringen können, wodurch die Technologie sehr gut geeignet ist, Schichten auf Objekten mit einer großen Anzahl kleiner Poren abzuscheiden.
2. Marktgröße für ALD-Anlagen
Der Weltmarkt für ALD wird bis 2028 voraussichtlich 6,5 Mrd. USD erreichen. Der größte Teil des Marktes für die Dünnschichtabscheidung entfällt derzeit auf die CVD. In diesem Zusammenhang spielt die ALD-Technologie eine sehr wichtige Rolle im Herstellungsprozess von Halbleiterbauelementen und verfügt über eine vergleichsweise hohe Abscheidungsleistung und Produktionsgeschwindigkeit. Die ALD-Technologie ist daher ein Markt, der in Zukunft weiter wachsen wird und auf seiner einzigartigen Bedeutung aufbaut.