Fortschrittliche Prozesstechnologie für neue MEMS- und NEMS-Devices
Medienresistente Schutzschichten (für Sensoren, optische Beschichtungen, Hochkapazität-Trench-Kondensatoren, neue NEMS-Devices für Gassensoren, Biosensoren mit Nanodrähten, ultradünne freistehende Membranen: All dies ist mit moderner ALD-Technologie (Atomic Layer Deposition) realisierbar.
ALD ist ein Abscheidungsprozess, der auf chemische Oberflächenreaktionen von mindestens zwei Präkusoren basiert. Der Prozess ermöglicht ein schichtweises Wachstum hochwertiger Schichten mit Dicken im Bereich 1-100 nm. Eine stetig wachsende Auswahl an ALD-Materialien ermöglicht neue innovative Sensoranwendungen. Im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) agiert das Fraunhofer IMS als ALD-Kompetenzzentrum. Am Fraunhofer IMS steht die ALD-Technik für 200 mm-Wafer zur Verfügung.
Anwendungsbereich der ALD-Technologie
Da die Prozess-Temperatur bei der ALD-Abscheidung im Vergleich zu herkömmlichen CVD-Verfahren niedrig ist, können ALD-Schichten insbesondere auf Substraten mit integrierten Schaltungen, d. h. auf CMOS-Wafern, abgeschieden werden. Somit kann die ALD-Technologie für unterschiedliche MEMS, NEMS oder CMOS-bezogene Anwendungen eingesetzt werden, wie z. B.:
- Kostengünstige 3D-NEMS-Technologien zur Erzeugung freistehender Nanostrukturen auf CMOS-Oberflächen mit höchster Reproduzierbarkeit sind durch das Fraunhofer IMS entwickelt und patentiert worden.
- Medienresistente Schichten für Sensor-Applikationen wie z. B. Drucksensoren oder zur Verkapselung medizinischer Implantate. Aluminiumoxid (Al2O3) und Tantalpentoxid (Ta2O5) stehen als ALD-Passivierung zur Verfügung. Auf Wunsch können weitere ALD-Materialien am Fraunhofer IMS implementiert werden.
- Elektrische oder optische Abschirmungen können durch metallische Schichten wie Ruthenium (Ru) hergestellt werden. Darüber hinaus können ALD-Schichten als transparente leitfähige Elektrodenschichten z. B. für optische Sensoren oder Solarzellenanwendungen eingesetzt werden.
- Aufgrund der hohen Konformität des ALD-Prozesses können Dielektrika ideal als Isolation in Trench-Kondensatoren verwendet werden. Für Trench-Kondensatoren stehen High- und Medium-k-Dielektrika zur Verfügung. Das Fraunhofer IMS hat Erfahrung in der Entwicklung von Trench-Kondensatoren für Hochtemperatur-Anwendungen (mehr als 250 °C) auf Basis von ALD-Schichten.
Die ALD-Technologie bietet die Möglichkeit, freistehende 3D-MEMS- oder NEMS-Strukturen mit Wanddicken im Nanometer-Bereich auf CMOS-Oberflächen zu realisieren. Die Kombination verschiedener ALD-Materialien ermöglicht die exakte Einstellung der physikalischen und chemischen Parameter der freistehenden Struktur. Aufgrund der nanoskaligen Wanddicke und einer geringen mechanischen sowie thermischen Masse eignen sich die 3D-Strukturen ideal für fortschrittliche Sensoranwendungen in der Gas- oder Biosensorik. Des Weiteren werden am Fraunhofer IMS Nanowire, ultradünne Membranen und Cantilever mit Hilfe der ALD-Technologie hergestellt.
Sonderlösungen für beliebig geformte Bauelemente, wie z. B. verpackte Sensoren oder Beschichtungen mit Sondermaterialien, können auf Anfrage realisiert werden.