Nanoskalige ALD- und Sol-Gel-Schichten

Entsprechend den Entwicklungszielen der Halbleiterindustrie wird die Dichte der Bauelemente auf den Halbleiterchips immer höher und die Strukturbreite immer kleiner. Dies gilt auch für die Speicherkondensatoren im Arbeitsspeicher der Computer, dem DRAM (Dynamic Random Access Memory). Eine Methode, bei zukünftigen Technologiegenerationen hinreichend hohe Kapazitäten der Kondensatoren zu erreichen, ist die Verwendung so genannter high-k-Materialien, also von Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante. Diese neuen Materialien sollen mit Hilfe der ALD (Atomic Layer Deposition)-Technik hergestellt werden. ALD erlaubt dabei eine definierte Abscheidung Atomlage für Atomlage und es wird eine sehr hohe Gleichmäßigkeit der Schichten erreicht. Das IKTS ist an der Evaluierung neuer Materialien mittels ALD- und der Sol-Gel-Technik als auch an der technologischen Forschung zu ALD-Prozessen beteiligt. Im Reinraum des Fraunhofer-Center für Nanoelektronische Technologien (CNT) in Dresden wurde durch eine gemeinsame Investition von IKTS und CNT eine ALD-Anlage zur Beschichtung von 300 mm Wafern aufgebaut. Diese ALD-Anlage verfügt über zwei Prozesskammern in denen unterschiedliche keramische Dielektrika hergestellt werden können. Der Schwerpunkt liegt auf ZrO₂-und HfO₂-basierten Materialien. Beide Systeme haben ein hohes Anwendungspotenzial, da mit ihnen Dielektrizitätskonstanten bis ε_r = 40 in Abhängigkeit von der Kristallstruktur erreichbar sind. Das mittlere Bild zeigt ein Ergebnis der Untersuchungen zum Prozessfenster der ALD-Abscheidung von HfO₂. Beim ALD-Prozess werden die einzelnen Precursoren als Pulse nacheinander in den Reaktor eingespeist. Zwischen jedem Precursorpuls erfolgt ein Spülschritt mit Inertgas. Ein wichtiger Prozessparameter ist deshalb die Pulsdauer des Hafniumprecursors. Aus der Abbildung kann entnommen werden, dass für die Abscheidung eine Pulszeit > 250 ms erforderlich ist. Nur unter diesen Bedingungen wird eine vollständige Atomlage HfO₂ ausgebildet. Die dargestellte Schichtdicke ergibt sich nach einem ALD-Prozess von 50 Zyklen. Die Sol-Gel-Technik wird ebenfalls für die Evaluierung neuer Dielektrika eingesetzt. Das untere Bild zeigt eine 20 nm dicke Keramikschicht zwischen zwei Platinelektroden, die mittels Sol-Gel-Technik hergestellt wurde.

 

Leistungsangebot

 

• Erzeugung von nanoskaligen keramischen Materialien mit Schichtdicken zwischen 4 nm und 100 nm
• Durchführung von Schichtentwicklung und Musterbeschichtung

 

Technische Ausstattung

 

• ALD-Cluster ALD 300 (FHR Anlagenbau)
• 4“ Spin Coater (Convac)

 

Beispiele/Referenzen

 

• Herstellung von Oxidschichten aus Al₂O₃, HfO₂, ZrO₂ mittels ALD
• Entwicklung und Herstellung von Perowskitschichten mit hohen Dielektrizitätskonstanten