Es gibt verschiedene Vakuumbeschichtungsverfahren, mit denen dünne Schichten (Beschichtungen) aus Metallen, Legierungen und Nichtmetallen erzeugt werden können. Dies kann durch mechanische, elektromechanische oder thermodynamische Verfahren geschehen. Die mineralisolierten Heizelemente von Kamet haben ein breites Anwendungsspektrum in Beschichtungssystemen.
Was ist chemische Gasphasenabscheidung (CVD)?
Die chemische Gasphasenabscheidung ist ein Vakuumverfahren zur Abscheidung dünner Schichten, bei dem thermisch induzierte chemische Reaktionen auf der Substratoberfläche genutzt werden. Der Prozess variiert je nach verwendetem Material leicht.
- Wenn es sich bei der Beschichtung um ein Metall oder eine Legierung handelt, wird es entweder durch Erhitzung oder Druckänderung verdampft. Die Dämpfe setzen sich dann auf dem kühleren Halbleiterwafer (Substrat) ab und bilden eine gleichmäßige Beschichtung.
- Handelt es sich bei der Beschichtung um ein Polymer, z.B. Siliziumnitrid, werden zwei oder mehr Gasvorläufer (Monomere) durch Hitze zersetzt, die dann in der Vakuumkammer miteinander reagieren und eine neue Polymerverbindung bilden, die sich als dünne Schicht auf dem Substrat ablagert.
Die Anpassung von Druck, Temperatur und Dauer beeinflusst die Dicke der abgeschiedenen Schicht. In der Tat gibt es eine Reihe von Unterkategorien von CVD-Verfahren, die von solchen Variablen abhängen. Dazu gehören:
- Chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD): wird bei Atmosphärendruck thermisch betrieben und hat hohe Abscheidungsraten. Es sind extrem hohe Temperaturen zwischen 1000°C und 1300°C erforderlich.
- Chemische Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD): nutzt niedrigen Druck und Hitze, um eine Reaktion mit einem Vorläufergas auf dem festen Substrat zu erzeugen. Der reduzierte Druck verringert unerwünschte Gasphasenreaktionen und verbessert die Gleichmäßigkeit des Films auf dem Halbleiterwafer. Der Temperaturbereich liegt normalerweise zwischen 570°C und 650°C.
- Chemische Gasphasenabscheidung im Ultrahochvakuum (UHCVD): findet bei sehr niedrigem Druck statt, typischerweise unter 10-6 Pa.
- Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD): ist ein Niedertemperaturverfahren (und damit wirtschaftlicher) für die Abscheidung von Dünnschichten. Es arbeitet mit Temperaturen zwischen 100°C und 400°C. Kaltes Plasma wird mit reaktiven Gasen versetzt, um die gewünschte Beschichtung auf dem Substrat zu erzeugen.
- Photoinitiierte chemische Gasphasenabscheidung (PICVD): nutzt UV-Licht, um chemische Reaktionen anzuregen. Sie ähnelt der PECVD, da Plasmen starke Emittenten von UV-Strahlung sind. Unter bestimmten Bedingungen kann PICVD bei oder nahe Atmosphärendruck betrieben werden.
- Atomic Layer Deposition (ALD): verwendet mehrere sich abwechselnde Gase. Jedes Gas reagiert mit der Substratoberfläche und sättigt sie. Die Kammer wird dann mit einem Inertgas gespült, bevor ein anderes reaktives Gas eingelassen wird, um die nächste Abscheidungsschicht zu bilden. Diese Technik wird auch in der Nanotechnologie eingesetzt.
Was sind die Vor- und Nachteile von CVD?
CVD kann für Dünnfilmschichten auf einer Vielzahl von Materialien wie Glas, Keramik, Metallen und Metalllegierungen mit einer recht hohen Abscheiderate eingesetzt werden. Ein Vorteil von CVD gegenüber der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) besteht darin, dass damit selbst auf komplexen Formen gleichmäßige Schichten erzeugt werden können. Diese Eigenschaft in Verbindung mit der hohen Reinheit der CVD-Beschichtung macht sie sehr nützlich für empfindliche nanotechnologische Prozesse. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung ist es einfach, Verunreinigungen aus den gasförmigen Ausgangsstoffen zu entfernen. Dies ist ein weiterer Vorteil für nanotechnologische Anwendungen.
Die Kehrseite der Medaille ist, dass die CVD-Vorprodukte hochgiftig, explosiv oder korrosiv sein können und die Restprodukte als Sondermüll anfallen. Außerdem können einige der Grundstoffe teuer sein.
Welche Heizlösungen bietet Kamet für CVD-Prozesse an?
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Prozesse bei CVD-Beschichtungsanwendungen zu erwärmen. Eine der wichtigsten und am häufigsten verwendeten ist die Widerstandsheizung. Dies ist das Fachgebiet von Kamet mit einer Reihe von hochwertigen mineralisolierten Heizelementen, die sich gut für CVD-Anwendungen eignen. Mikroheizer sind ein weiteres Beispiel für maßgeschneiderte Heizlösungen für CVD.
Aufgrund der Verwendung von CVD für Nanotechnologien ist die thermische Leistung entscheidend für die Kontrolle der Dünnschichtabscheidung und die Gewährleistung der Qualität. Bei Kamet verfügen wir über das Know-how, maßgeschneiderte Heizsysteme zu entwickeln, die den Herausforderungen der verschiedenen CVD-Prozesse gerecht werden. Unsere Hochtemperatur-Präzisionsheizungen können mit modernsten Temperatursensoren kombiniert werden und gewährleisten so die thermische Gleichmäßigkeit, die für diese Prozesse so wichtig ist.
Vorteile von mineralisolierten Heizelementen für CVD
- Temperaturen von bis zu 1000°C
- Maßgeschneiderte Mantelmaterialien sind für jede Umgebung erhältlich
- Nahtlose Übergänge zwischen dem heißen und dem kalten Teil des Heizgeräts
- Die heißen und kalten Abschnitte haben den gleichen Durchmesser
- Einfache Terminierung durch kalte Enden, die eine Überhitzung verhindern
- Geeignet für hohe Leistungsdichte
- Gleichmäßige Verteilung der Wärme auf eine Quelle, einen Wafer, ein Ziel oder ein Substrat
- Ein großer Biegeradius macht die Heizelemente geeignet für komplizierte, gebogene Anwendungen
- Präzise Heizung für kritische Prozesse
- Dünnere, massearme Designs sind möglich.
- Schnelle Aufwärmzeiten
- Versiegelte Heizelemente verhindern Verschmutzung
- Thermoelemente können in den Entwurf einbezogen werden
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