Abscheidung

Prozessentwicklung und -optimierung

Wir bieten ein umfassendes Portfolio an Abscheidetechnologien – ALD, CVD (einschließlich Epitaxie auf 300 mm) sowie PVD – für Anwendungen in Halbleiter-, MEMS-, MOEMS- und Sensortechnologien. Unsere Leistungen reichen von frühen Prozesskonzepten bis hin zur Unterstützung von Pilotlinien.

Wir entwickeln Prozesse und optimieren Schichten gezielt entsprechend Ihren technologischen Anforderungen. Unsere Expertinnen und Experten passen Abscheideparameter, Schichtdicken sowie Materialeigenschaften an, um die gewünschten elektrischen, optischen oder mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Dabei reichen unsere Services von einzelnen Prozessmodulen bis hin zu integrierten Prozessabläufen, einschließlich kundenspezifischer Materialien, Schichtstapel und applikationsspezifischer Integration.

Optimierungsziele:

• Elektrische Leitfähigkeit
• Optische Eigenschaften (Reflexion, Transmission)
• Mechanische Spannung
• Haftung und Grenzflächenqualität
• Schichtgleichmäßigkeit über 200-mm-Wafer

Auf Anfrage können kundenspezifische Materialien, Schichtstapel oder Schichtdicken realisiert werden.

Schichtcharakterisierung im Reinraum

Wir führen eine umfassende Charakterisierung abgeschiedener Schichten unter Reinraumbedingungen durch:

• Defektdichteanalyse
• Optische Charakterisierung (Schichtdicke und Reflexion)
• Schichtwiderstandsmessung
• Analyse der Schichtspannungen
• Schichtdickenbestimmung mittels Profilometer nach Stufenätzung
• Morphologieanalyse (SEM, XRD/XRR)
• Oberflächenrauheitsmessung (AFM)
• Mehr zu unseren Charakterisierungsmöglichkeiten hier

Die Atomlagenabscheidung (ALD) ist ein Dünnschicht-Abscheideverfahren, das auf zeitlich oder räumlich getrennten Oberflächenreaktionen basiert und dadurch zyklisch selbstlimitierende Monolagen-Bedeckung ermöglicht. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften – wie präziser Kontrolle der Schichtdicke, hervorragender Homogenität und Konformität sowie geringeren Abscheidetemperaturen im Vergleich zu anderen CVD-Verfahren – hat sich ALD zunehmend als Stand der Technik für eine wachsende Zahl von Anwendungen etabliert.

300 mm-ALD-Kompetenzzentrum

Wir bieten unsere führenden High-k-Technologien für 300-mm-(12-Zoll)- sowie kleinere Wafer in einem einzigartigen Kompetenzzentrum für Atomlagenabscheidung an. Damit überbrücken wir die hohe Einstiegshürde in den ALD-Bereich für Unternehmen jeder Größe.

Im Fokus stehen schnelle und präzise elektrische Messergebnisse für die Prozessentwicklung oder Fehleranalyse, kundenspezifische Tests und Charakterisierungsdienstleistungen auf Wafer-Level sowie das Scale-up neuer Präkursorchemien. Von ersten Laborergebnissen bis hin zu 300-mm-Produktionsanlagen, die für Device-Wafer qualifiziert sind und Pilot-Ramp-ups in die Fertigung unterstützen, deckt die Screening Fab sämtliche Prozessschritte ab.

ALD-abgeschiedene High-k-Oxide und Elektroden für:

• Stand-alone- und Embedded-Memorys (SRAM, DRAM, RRAM, FRAM)
• HfO₂, TiN und TaN für High-k/Metal-Gate (HKMG) in verschiedenen Varianten: High-k-first, High-k-last, FDSOI- und FinFET-Technologien
• Vollständig CMOS-kompatible ALD-basierte HfO₂-Ferroelektrika für FeFET-NVM-Speicher
• Passive Komponenten durch ALD-basierte 3D-High-k-MIM-Kondensatoren (für Puffer- und Entkopplungsanwendungen auf Chip- oder Package-Ebene, SoC/SiP)
• PEALD-Oxide und -Nitrides für Transistormodule sowie Sub-28-nm-Doppelstrukturierungsverfahren (z. B. SADP)
• Hardmasks für hochaspektige Ätzprozesse in Silizium und Oxid
• Passivierungsschichten für Photovoltaik
• ALD-Prozesse für MEMS/MOEMS-Anwendungen: Ätzstoppschichten, verschleißfeste Schichten, optische Schichten (Bragg-Reflektoren) und Sensormaterialien (ISFET) 

Schnelles ALD-Präkursor-Screening

• Schnelles Screening durch den Einsatz von In-situ-Analytik (QCM und QMS)
• Grundlagenforschung zu Nukleationsverhalten, Schichtwachstum und Stufenbedeckung
• Skalierung von kleinen Proben bis hin zu 300-mm-Wafern
• Single-Wafer- und Batch-ALD-Prozesse
• Prozesskammern in Crossflow-, Showerhead- und Batch-Furnace-Konfiguration

Materialforschung und -entwicklung für:

• High-k-Oxide (HfO₂, ZrO₂, TiO₂, Al₂O₃, SiO₂)
• Metalle und Metallnitride
• Cu-Back-End-of-Line (BEoL) Barriere- und Seed-Schichten
• Hardmasks für hochaspektige Ätzprozesse in Silizium und Oxid
• Liner- und Spacer-Schichten
• Low-Cycle-Time-Testchips für elektrische Auswertung von MIS- / MIM-Strukturen
• Planare sowie 3D-Hochaspektstruktur-Systeme

Anwendungen

• Dielektrika / Passivierungsschichten: SiO₂, Al₂O₃
• High-k-Materialien: HfO₂, ZrO₂
• Ferroelektrische Materialien: HfO₂ dotiert mit Al, Zr, Si oder La

Substrate

• 300-mm-Siliziumwafer
• Single-Wafer-Prozesse

Anlagen

• ASM Pulsar
• Jusung Eureka 3000

Anwendungen

• Dielektrika / Passivierungsschichten: SiO₂, Al₂O₃, TiO₂
• High-k-Materialien: HfO₂
• Lithium-basierte Materialien: LiPON, LTO

Substrate

• 300-mm-Siliziumwafer
• Single-Wafer-Prozesse

Anlagen

• ASM EmerALD
• Oxford FlexAL

Anwendungen

• Liner-Schichten für Plug- und TSV-Anwendungen (Through-Silicon Vias)
• Elektrodenmaterialien

Substrate

• 200-mm-Siliziumwafer
• Single-Wafer-Prozesse

Anlagen

• (in Beschaffung)

Applications:

• Electrode material: TiN

Substrate:

• 300 mm silicon wafers, Batch process (up to 35 wafers per run)

Tools:

• ASM A412

Applications:

• Dielectrics/passivation: SiO₂, Al₂O₃
• 90°C - 300°C depositions

Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine Dünnschicht-Depositionstechnik, bei der feste Schichten aus gasförmigen Reaktanten gebildet werden. Dabei werden Präkursorgase in eine Reaktionskammer eingebracht, wo sie an der Substratoberfläche adsorbieren und anschließend chemisch zu einer festen Schicht reagieren. Die Aktivierung der Gasphasenreaktionen erfolgt entweder durch thermische Energie (thermische CVD) oder durch Plasmaionisation (plasmaunterstützte CVD). Je nach Prozessbedingungen können amorphe, polykristalline bis hin zu hochqualitativen epitaktischen Schichten erzeugt werden. CVD ermöglicht hohe Durchsätze, schnelle Abscheideraten und eine exzellente Homogenität über große Substratflächen.

Unser Angebot

• Maßgeschneiderte Prozesse für ein breites Spektrum an CVD-Anwendungen
• Hochdurchsatz-Abscheidung mit präziser Kontrolle der Filmeigenschaften
• Innovationsunterstützung für 300-mm-R&D-Prozesse
• Skalierbare, fabriknahe (fab-ready) Technologien für die Serienproduktion

Für plasmaunterstützte CVD (PECVD):

• Niedertemperaturprozesse für BEOL-Strukturen und temperatursensitive Substrate
• Plasma-optimierte Filmeigenschaften (einstellbare Dichte, Spannung und Zusammensetzung) 

Materialien für 300 mm

• Dielektrika: SiO₂, SiN, SiON
• Low-k-Materialien: SiCOH (BD-1), ULK (BD-2)
• Passivierungs- und Barriere-Low-k-Materialien: SiC, SiCN, a-Si, a-C

Materialien für 200 mm

• Undotiertes Silikatglas (USG)
• Dotierte Silikatgläser (PSG, BPSG)
• aSi:B
• SiN

Anwendungen

• Interlayer-Dielektrika für CMOS-Bauelemente
• Diffusions- und Feuchtigkeitsbarrieren in der IC-Fertigung
• Hardmask- und Ätzstopp-Schichten für Lithografieprozesse
• Schichten für Stress-Engineering
• Interconnect-Dielektrika für fortschrittliche BEOL-Integration
• Reduktion von RC-Verzögerung und Leistungsaufnahme in Hochgeschwindigkeits-Logik
• Poröse Ultra-Low-k-Dielektrika für Technologieskalierung in modernen ICs
• Aktive und strukturelle Materialien für TFTs, MEMS und Sensoren

Materialien

• TiN (gepulste CVD / ALD-ähnlich)
• Bor-/phosphordotiertes Si
• Polykristallines Si und Ge
• Bor-/phosphordotiertes SiGe

Anwendungen

• Konforme Metall-Gate-Elektroden – exzellente Stufenbedeckung
• In-situ dotierte niederohmige Schichten
• Dehnungs- (Strain-) optimierte Transistor-Kanäle und Gates
• Bandlücken-abstimmbare Halbleiterelektroden
• Integration in fortschrittliche Logiktechnologien

Materialien

• SiO₂
• Polykristallines Si
• Amorphes Si

Eigenschaften

• Horizontaler Batch-Reaktor
• Bis zu 25 Wafer pro Batch (außer SiO₂ bei 620 °C)
• Gut geeignet für homogene Schichten in volumenähnlicher F&E und Pilotproduktion

Materialien

• Metalle: Co

Anwendungen

• Seed-/Liner-Schichten für Cu- oder Co-Interconnects – exzellente Stufenbedeckung
• Direkte Co-Interconnects

Materialien

• Wolfram (W)

Eigenschaften

• Single-Wafer-Prozess mit Frontside-only-Abscheidung
• Kontaktloser Shadow Ring mit 3 mm Edge Exclusion (keine Abscheidung im äußeren 3 mm Bereich)
• Vollflächige Abscheidung (reduzierte Edge Exclusion) auf Anfrage verfügbar
• Geeignet für Kontakt- und Via-Fill sowie lokale Interconnects

Epitaxie ist eine flexible Kristallwachstumstechnik, bei der die Kristallstruktur und -orientierung des Substrats während der Schichtbildung fortgeführt werden, wodurch hochwertige einkristalline Filme entstehen. In der führenden Halbleiterfertigung ist Epitaxie essenziell für Bandgap-Engineering durch defektfreie Heteroepitaxie-Stapel unterschiedlicher Materialien sowie für Strain-Engineering, bei dem Gitterfehlanpassungen zwischen Substrat und Wachstumsschicht zur Verbesserung der Ladungsträgermobilität in Transistor-Kanälen genutzt werden. Zusätzlich ermöglichen in-situ dotierte epitaktische Source- und Drain-Schichten die Ausbildung sehr scharfer p–n-Übergänge, die für die Leistung moderner Bauelemente entscheidend sind.

Der Fraunhofer IPMS verfügt über einen einzigartigen 300-mm-Batch-Reaktor für selektive Epitaxie. Silizium- und Silizium-Germanium-Schichten können im Bereich von Nanometer- bis Mikrometerdicken bereitgestellt werden. Selektive Epitaxie sowie In-situ-Dotierungstechnologien ermöglichen innovative Integrationskonzepte für Bauelemente. Darüber hinaus führt Batch-Verarbeitung zu deutlich reduzierten Kosten pro Wafer sowie zu einem niedrigen thermischen Budget bei gleichzeitig hoher Wafer-Produktivität. In Kombination mit moderner Infrastruktur für Wafer-Patterning, Reinigung und Charakterisierung bietet das Fraunhofer IPMS eine flexible Plattform für die Entwicklung einzelner Prozesse, Prozessmodule und integrierter Bauelemente.

Unser Angebot

• Atomar geordnetes Schichtwachstum
• Strain- und Bandgap-Tuning durch Anpassung der Zusammensetzung
• Batch-Prozessierung für reduzierte Betriebskosten (Cost of Ownership)
• Selektive Epitaxie für die Entwicklung innovativer Bauelemente
• Flexible Plattform für gemeinsame Technologieentwicklung
• Vollständige Laborunterstützung für die Charakterisierung epitaktischer Schichten

Anwendungen

• Embedded SiGe zur Strain-Erzeugung in Transistor-Kanälen
• In-situ dotierte, niederohmige Source-/Drain-Kontakte
• Einkristalline, bandstruktur-engineerte Heterostrukturen und Supergitter
• Bildung aktiver Bereiche z. B. in SiGe-HBT- oder BiCMOS-Bauelementen 

Die physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD) ist eine präzise Technik zur Abscheidung dünner Schichten, bei der Material unter Hochvakuumbedingungen von einer Quelle auf ein Substrat übertragen wird. Dieses Verfahren ermöglicht gleichmäßige, hochwertige Filme, die für Halbleiter-, MEMS- und Sensorelemente essenziell sind.

Wir bieten fortschrittliche PVD-Abscheidungen von Metallen, Metalloxiden und Metallnitriden auf 200-mm- und 300-mm-Wafern und unterstützen damit Forschung, Prototypenentwicklung sowie Pilotfertigung.

Mit modernen Sputter- und Elektronenstrahlverdampfungssystemen ermöglichen wir eine präzise Kontrolle von Schichtdicke, Zusammensetzung und Materialeigenschaften und gewährleisten so eine konsistente Performance für anspruchsvolle elektronische, optische und sensorische Anwendungen.

Abscheidbare Materialien

200-mm-Dünnschicht-Abscheidungskapazitäten

Unsere Infrastruktur umfasst drei Sputter-Cluster-Systeme für DC- und RF-Sputtern und ermöglicht eine flexible physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD) für eine breite Palette an Materialien.

Kernfähigkeiten

• PVD-Abscheidung von Metallen, Metalloxiden und Metallnitriden
• Verarbeitung von 200-mm-Wafern
• Fortschrittliche Sputter-Cluster-Anlagen mit:
  • DC-Sputtern
  • RF-Sputtern
  • optionaler Wafer-Bias-Vorbehandlung
  • integrierter Wafer-Entgasung
• Elektronenstrahlverdampfung für spezielle Materialien
• Abscheidung von Einzelschichten und Multilayer-Stapeln, in-situ oder über mehrere Systeme hinweg (materialabhängig)

Unsere Teams entwickeln maßgeschneiderte Multilayer-Strukturen nach Ihren Anforderungen und gewährleisten dabei optimale Haftung, Homogenität und Filmeigenschaften.

Anwendungen

Unsere Dünnschichtprozesse unterstützen eine Vielzahl von Halbleiter-, MEMS- und Sensoranwendungen.

Typische Anwendungen:

• Metallisierungsschichten für Halbleiterbauelemente
• Barriere- und Diffusionsschichten
• MEMS-Aktuatorstrukturen
• Optische Beschichtungen, einschließlich Antireflexionsschichten
• Spiegelschichten für optische und mikrooptische Bauelemente
• Funktionale Dünnschichten für chemische und biologische Sensoren

Technologische Plattformen umfassen:

• SLM Mirror Systems
• ISFET Sensoren
• CMUT Devices

Available materials and alloys:

• FEOL: Si, Co, Hf (N, Ox), Zr (N, Ox), Ti (N, Ox), cosputtering of 2 materials is possible, deposition on hot wafer (up to 400°C)
• MRAM: CoFeB, CoFe, W, Mo, MgO, Ta, Co, Pt, Ru, Ni
• Other processes available in the tool: degas in Ar atmosphere (RT - 440°C), surface preclean (etching) with Ar plasma, annealing in vacuum (up to 450°C)
• Ta(N), Cu, Ti
• Other processes available in the tool: Mo-CVD Co, ALD, TaN, degas/Annealing in Ar/H2c atmosphere (up to 440°C)

Metrology:

• OBM
• XPS