PVD Cluster-Anlage

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420418394

Für die Forschung auf dem Gebiet der Mikro- und Nanosystemtechnik wird eine Drei-Kammer-Clusteranlage zur Abscheidung von Co-gesputterten Metallen, reaktiven Sputterschichten wie AlN und Metalloxide, sowie zum Aufdampfen benötigt. Durch die Anordnung in einem Cluster können unterschiedliche PVD-Verfahren ohne Vakuumbruch nacheinander kombiniert werden. Ein vergleichbares System ist bislang nicht vorhanden und für die zukünftigen Forschungen grundlegend. Der Lehrstuhl für Mikrosysteme an der Ruhr-Universität Bochum wurde 2017 neu eingerichtet. Der Vorgängerlehrstuhl Werkstoffe und Nanoelektronik hat nur Substrate bis ca. 1 cm2 Größe bearbeitet und sich bei PVD-Prozessen auf das Aufdampfen beschränkt. Ein Reinraum für die Aufstellung ist vorhanden und wird derzeit für 200 mm Wafer ertüchtigt. Metalle stellen für Mikrosysteme eine wichtige Basis als Leiterbahnen, Heizelement und Temperatursensoren dar und werden mit reproduzierbaren Eigenschaften für praktisch alle Mikrosystem-Prozesse benötigt. Multi-Lagen-Systeme aus Metallen wie Nickel und Aluminium von wenigen Nanometern Dicke bilden darüber hinaus eine wichtige neue Alternative für das reaktive Verlöten in der Aufbau- und Verbindungstechnik. Reaktiv gesputterte Schichten, allen voran das Aluminiumnitrid, bilden eine wichtige Ergänzung bei den funktionalen Dünnschichten. AlN ist chemisch und mechanisch hoch beständig und weist piezoelektrische Eigenschaften auf, wenn es c-Achsen-orientiert aufwächst. Es kann sowohl für Aktoren als auch in Energy Harvestern eingesetzt werden und erlaubt hochfeste Membranen auf Silicium. Das Aufdampfen erzeugt in Verbindung mit vorstrukturierten Substraten in der sog. Glanzwinkel-Abscheidung selbstorganisierende Nanostrukturen, die neuartige Eigenschaften in Mikrosysteme einbringen, die sich mit gesputterten Filmen so nicht erreichen lassen. Das Cluster deckt damit alle drei für MEMS bedeutenden physikalischen Abscheideverfahren ab und erlaubt eine beliebige Kombination von Schichten, ohne dass das Vakuum verlassen werden muss. Eine Oxidation der Oberfläche und der Quellen wird so zuverlässig vermieden. Eine der Kammern besitzt einen Inversen Sputterätzer zur Substratvorbehandlung, um das Oxid beim Einschleusen einmalig zu entfernen. Die Anlage ist für Substrate von 100 bis 200 mm ausgelegt, da sie kompatibel zu einem Cluster für 2D-Materialsysteme (Atomlagen-Abscheidung (ALD), Atomlagen-Ätzung (ALE), Reaktive Ionenätzen und Plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung) sein soll, das parallel im Rahmen der Forschungslabor Mikroelektronik-Initiative des BMBF beschafft wird und für 200 mm Wafer ausgelegt ist (ForLab PICT2DES). Es hat damit eine Schnittstelle zur Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: PVD Cluster-Anlage
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Martin Hoffmann