ALD 3D Nanoelektroden verbinden Zellen mit Schaltungen verbinden
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ALD 3D Nanoelektroden, die biologische Zellen intrazellulär mit integrierten Schaltungen verbinden.

Atomic Layer Deposition

Das Fraunhofer IMS bietet eine große Auswahl modernster ALD-Prozesse für die innovative Sensorik.

Atomic Layer Deposition

Picosun R-200: Einzelwafer Prozesse (200 mm)
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Picosun R-200: Einzelwafer Prozesse (200 mm)

Fortschrittliche Prozesstechnologie für neue MEMS- und NEMS-Devices

Medienresistente Schutzschichten für Sensoren, optische Beschichtungen, Hochkapazitäts-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 der chemischen Oberflächenreaktionen von mindestens zwei Präkursoren basiert. Der Prozess ermöglicht ein schichtweises Wachstum hochwertiger Schichten mit Dicken im Bereich von 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.

Anwendungsbereiche 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.

Verfügbare ALD-Prozesse

Material

Typ Temperatur

Homogenität

Widerstand

Max. Filmdicke

Applikationen

Al2O3

200 °C - 300 °C

98 %

 

50 - 100 nm

Schutzschicht,
Medium-k Dielectrikum

Ta2O5

275 °C

90 %

 

15 nm

Schutzschicht,
High-k Dielektrikum

ZnO

200 °C

96 %

5240 µΩcm

75 nm

Transparente leitende Schicht

AZO

200 °C

96 %

2075 µΩcm

75 nm

Transparente leitende Schicht

TiAlCN

400 °C

80 %

560 µΩcm

100 nm

leitende Schicht, Barriere

TiN

400 °C

75 %

140 µΩcm

30 nm

leitende Schicht, Barriere

Ru

350 °C

85 %

20 µΩcm

50 nm

leitende Schicht, elektrische oder optische Abschirmung

ALD Vorteile auf einem Blick

  • Sehr hohe Konformität der abgeschiedenen Schichten. Die sehr gute Seitenwandbedeckung von ALD-Schichten in Kavitäten mit hohem Aspekt Verhältnis ermöglicht Anwendungen im Bereich von 3D-Technologien.
  • Präzise Schichtdicken durch Monolayer-Wachstum.
  • Die abgeschiedenen Schichten sind von hoher Qualität und nahezu frei von Pinholes.
  • Eine wachsende Materialvielfalt steht zur Verfügung: Metalle, Isolatoren, High-k Dielektrika, funktionale Materialien für Sensoren (z. B. Metalloxide), optische Materialien sowie transparente leitfähige Oxide werden durch das Fraunhofer IMS bereitgestellt.

Unsere Technologien – Innovationen für Ihre Produkte

3D Integration

3D-Integration mittels Wafer-zu-Wafer-Bonding (W2W) und Chip-zu-Wafer-Bonding (C2W) ermöglicht eine Kostenreduktion durch eine höhere Integrationsdichte und kürzere Verbindungsweg.

Mikrobolometer

Technologie-Prozess zur Herstellung von kundenspezifischen ungekühlten Infrarotsensoren für Anwendungen im Wellenlängenbereich 3 µm bis 5 µm oder 8 µm bis 14 µm.

Vakuum Chip-Scale-Package

Wir haben mit der Vakuum-Chip-Scale-Packages Technologie (CSP) das kleinstmögliche Vakuumgehäuse für ungekühlte IR-Imager realisiert.

Drucksensoren

Wir betreiben Prozesse zur Herstellung von Drucksensorsystemen sowohl in der CMOS- als auch der MST-Fertigungslinie.

SPAD im Fokus

Spezielle Mikrolinsen erhöhen den Füllfaktor von SPADs um einen Faktor 7.

Unsere Technologiebereiche – Unsere Technologien für Ihre Entwicklung

Bildsensoren

Entwicklung von einzelnen Teilschritten bis zum vollständigen kundenspezifischen Prozess.

Biofunktionale Sensoren

Werkzeuge für die medizinische Diagnostik.

Spezialtechnologien

Das Fraunhofer IMS bietet auch Spezialtechnologien z. B. Hochtemperatur-Technologie an.

 

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