Dampfphasenprozesse

Dampfphasenprozesse sind Verfahren zur Abscheidung oder Beschichtung von Dünnschichten, bei denen Reaktionspartner in der Gasphase transportiert werden und an einer substratspezifischen Oberfläche reagieren. Typischerweise findet die Reaktion an der Substratoberfläche statt, während restliche Gasmoleküle aus dem Reaktionsraum abtransportiert werden. Die Verfahren spielen eine zentrale Rolle in der Halbleiterfertigung, der Optik, dem Schutz- und Verschleißschutz von Bauteilen sowie in der Energiespeicherung.

Zu den wichtigsten Dampfphasenprozessen gehören Chemical Vapor Deposition (CVD) und seine Varianten: LPCVD (Low-Pressure), APCVD (Atmospheric Pressure), PECVD (Plasma-unterstützt). ALD (Atomic Layer Deposition) ist ein sequentieller Dampfphasenprozess, der durch sich wiederholende einzelne Reaktionsschritte eine exakt kontrollierte Schichtdicke ermöglicht. Plasmaunterstützte Prozesse ermöglichen niedrigere Substrattemperaturen oder andere chemische Reaktionen.

Typische Reaktortypen sind Hot-Wall- und Cold-Wall-Reaktoren, tubular oder schalenförmig, mit linearem oder radialem Gaskanal. Betrieb erfolgt bei Drücken von mTorr bis Torr-Bereichen und Temperaturen von wenigen Hundert bis zu 1000 °C, je nach Material. Die Schichtqualität hängt ab von Temperatur, Druck, Reagenzfluss, Vorläufer-Stabilität, Reaktionskinetik und Verunreinigungen.

Anwendungen umfassen z. B. Siliziumoxid- und Siliziumnitride-Schichten für Mikroelektronik, Metalloxide und Graphitschichten für optische Beschichtungen, Schutz- und Barrierschichten, sowie beschichtete Filme in der Photovoltaik und Katalyse.

Vorteile sind gute Schichtkonformität, dünne Schichtstärken mit hoher Gleichmäßigkeit und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu beschichten. Herausforderungen sind hohe Prozesskosten, Reaktionspendeln, Gasvorschriften, Umwelt- und Sicherheitsaspekte sowie die Reinheit der Vorläufer und das Kontaminationsrisiko.

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