PVD-Verfahren

Das Aufwachsverhalten bei der Molekularstrahlepitaxie (Molecular beam epitaxy, MBE) entspricht dem der Siliciumgasphasenepitaxie. Jedoch wird in diesem Fall das Silicium auf eine andere Weise auf dem Wafer abgeschieden.

Der Prozess findet unter Ultrahochvakuum statt (UHV, 10^-8 Pa), der zu prozessierende Wafer wird mit der Oberseite nach unten an der Decke der Prozesskammer gehalten, und auf ca. 600–800 °C erhitzt damit sich das natürliche Oxid verflüchtigt.

Silicium wird dabei mit einem Elektronenstrahl in einem Tiegel verdampft, und scheidet sich dann auf dem Wafer ab. Dotierstoffe können in einer Effusorquelle verdampft werden und gelangen so mit dem Siliciumdampf auf den Wafer. Durch gezielte Temperaturregelung und mittels Blenden kann der Teilchenstrahl genau dosiert werden. Bei diesem Verfahren ist es außerdem möglich Schichten aus verschiedenen Stoffen übereinander wachsen zu lassen, die sonst auf Grund der unterschiedlichen Atomgrößen nicht möglich wären. So lassen sich Silicium und Germanium als Schicht erzeugen, die bei Hochfrequenzanwendungen in der Bipolartechnik von Nöten ist.

Genau darin liegt die Stärke des Verfahrens: Weil die Atome einzeln und ohne chemische Reaktion ankommen, lässt sich die Zusammensetzung von Atomlage zu Atomlage ändern. Für Schichtfolgen aus Verbindungshalbleitern, wie sie in Laserdioden und Hochfrequenzbauelementen gebraucht werden, ist das unverzichtbar. In der Siliciumfertigung spielt die MBE dagegen keine Rolle – dort ist sie zu langsam.

Jedoch ist der Aufwand bei dieser Epitaxie zur Erzeugung des UHV sehr hoch. Um diesen Druck, der weniger als dem billionsten Teil des normalen Luftdrucks entspricht, zu erreichen, müssen mehrere Pumpen kombiniert werden und die Prozesskammer lange abgepumpt werden. Dabei kann nur ein Wafer auf einmal prozessiert werden, das Wachstum beträgt nur ca. 1 µm pro Stunde.

Beim Aufdampfen können metallische Schichten, wie z.B. Aluminium, auf den Wafern erzeugt werden. Das Material befindet sich in einem Tiegel aus hochschmelzbarem Metall wie Tantal und wird dort erhitzt bis es in den gasförmigen Zustand übergeht. Der Metalldampf trifft senkrecht auf die Scheibe, so dass Kanten nicht gut bedeckt werden, die entstandene Schicht ist polykristallin. Alternativ zum Schmelzen im Tiegel kann das Metall auch mit einem Elektronenstrahl verdampft werden. Mit dieser Elektronenstrahlmethode ist es möglich eine, im Vergleich zur thermischen Aufdampfung, sehr genaue Abscheiderate zu erzielen. Da die Kantenabdeckung nicht sehr gut ist, werden diese zwei Verfahren meist zur ganzflächigen Rückseitenbeschichtung für die spätere elektrische Kontaktierung verwendet.

In der Fertigung integrierter Schaltungen ist das Aufdampfen weitgehend durch das Sputtern verdrängt worden, das dichtere Schichten und eine bessere Kantenbedeckung liefert. Erhalten hat es sich dort, wo gerade die schlechte Kantenbedeckung erwünscht ist: Beim Abhebeverfahren wird zuerst eine Lackmaske strukturiert, dann das Metall aufgedampft und anschließend der Lack samt dem darauf liegenden Metall abgelöst. Weil die Flanken der Lackmaske kaum bedeckt werden, reißt der Film an der Kante sauber ab. So lassen sich Metalle strukturieren, die sich schlecht ätzen lassen.