Projekt ALMET
Im Projekt ALMET wird ein kommerziell einsetzbarer Reaktor für die Atomlagenabscheidung verschiedener ultradünner Metallschichten, insbesondere Kupfer und Cobalt, entwickelt.
Atomlagenabscheidung ist ein zyklischer Prozess der es ermöglicht, dünne Schichten mit einer Genauigkeit im Bereich einzelner Atomlagen zu erzeugen. Aufgrund vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei der Katalyse, in Mikroenergiespeichern, magnetoresistiven Sensoren oder als Keimschichten für die elektrochemische Abscheidung in Mikrostrukturen eingesetzt, haben ultradünne Metallschichten in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Im Vergleich zu etablierten Methoden, wie etwa dem Magnetronsputtern, hat die Atomlagenabscheidung zahlreiche Vorteile. So ermöglicht sie die Beschichtung komplexer dreidimensionaler Strukturen mit präziser Kontrolle der Schichtdicke sowie hoher Konformität und Homogenität.
Die wichtigsten Ziele von ALMET sind gute Konformität der Metallschichten auf 200 mm Wafergrösse und Prozessentwicklung für unterschiedliche Arten von Abscheidereaktionen sowie plasmaunterstützte Abscheidung. Dazu wird von den Projektpartnern scia System und FAP eine industrietaugliche und kommerzialisierbare Pilotanlage samt geeigneter Plasmaquelle entwickelt und gefertigt. Der Partner Fraunhofer ENAS bringt Erfahrungen auf dem Gebiet der Atomlagenabscheidung von Kupfer und Cobalt ein und unterstützt die Anlegenentwicklung und -optimierung mit experimentellen Prozessen in einem vorhandenen Forschungsreaktor und mit Reaktorsimulationen. Um industriell nutzbare Abscheideraten zu erreichen, bedarf es der Optimierung des Reaktordesigns und der Zyklenzeiten.
Für die Optimierung der Reaktoren und Prozesse werden am Fraunhofer ENAS Reaktorsimulationen durchgeführt. Gegeüber aufwändigen experimentellen Tests erlauben die Simulationen eine enorme Einsparung an Arbeitszeit und Ressourcen. Am Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM) der TU Chemnitz werden in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern grundlegende atomistische Modelle erarbeitet und Simulationen durchgefürt, um die chemische Stabilität verschiedener Cobalt-Precursor-Moleküle zu bewerten, sowie um ein einfaches und in sich konsistentes Chemiemodell für die Kupfer-ALD zu erhalten. Die Rechnungen beschreiben die ablaufenden chemischen Prozesse auf der Ebene einzelner Atome. Hierfür kommen Methoden der theoretischen Chemie (Dichtefunktionaltheorie und reaktive Molekulardynamik) unter Nutzung von Hochleistungsrechnern zum Einsatz. Die am ZfM gewonnenen Ergebnisse dienen der Auswahl eines geeigneten Cobalt-Precursors sowie dem grundlegenden Verständnis der chemischen Oberflächenreaktionen bei der Atomlagenabscheidung von Kupfer. Letzteres kann mit Simulationen auf der Reaktor-Skala gekoppelt und damit zu einem umfassenden chemisch-physikalischen Multi-Skalen-Modell für die Kupfer-ALD mit dem entsprechenden Precursor erweitert werden.
